MIYOTA QUARTZ


Quartz strojcek

Hodinky s quartzovym strojcekom su hodinky. Ktore pouzivaju elektricky oscilator, ktory je regulovavy kremennym krystalom kvoli udrzaniu presneho casu. Tento krystalovy oscilator vytvara signal s velmi stabilnou a presnou frekvenciou, takze strojceky typu quartz su zväcsa presnejsie ako kvalitne mechanicke hodinky. Vseobecne plati, ze tento typ strojceka prevadza tuto elektricku frekvenciu na zobrazovanie hodin, minut a sekund. V dnesnej dobe je quartz najrozsirenejsim strojcekom pouzivanym ako pohon väcsiny hodin, ako aj v pocitacoch a inych zariadeniach merajucich cas.

Vysvetlenie

Z chemickeho hladiska by sme ho mohli definovat ako zluceninu zvanu oxid kremicity. V pripade, ze je krystal kremena spravne rezany a namontovany, moze vytvarat vibracie alebo oscilovat za pouzitia elektrickej energie. Kazda tato oscilacia sposobi zmenu napätia v celom krystali, ktory moze byt zachyteny odpovedajucim elektrickym obvodom. Frekvencia, pri ktorej krystal osciluje je zavisla na jeho tvare, velkosti a pozicii, v ktorej su prisluchajuce elektrody umiestnene.
V pripade dosiahnutia presne tvarovaneho a vhodne umiestneneho krystalu bude tento vytvarat pozadovanu frekvenciu. Tato frekvencia byva zvycajne 32,768 Hz. Krystal pre tuto frekvenciu je maly a moze byt lahko pocitany za pouzitia 15 bitoveho binarneho digitalneho pocitadla. V pripade, ze je obvod a krystal pod napatim, vytvaraju sa dane frekvencie, ktore su spocitane a zodpovedajuco tomu sa zobrazeny cas posunie o 1 sekundu. Tato vlastnost vytvarania elektrickeho prudu na zaklade vytvoreneho mechanickeho tlaku a naopak je znama ako piezoelektricita.
Mnohe materialy mozu byt formovane do platov, pripaden dosiek, ktore rezonuju. Avsak odkedy moze byt kremenny krystal priamo riadeny elektrickym signalom, nie su potrebne ziadne pridavne reproduktory alebo mikrofony.
Kremen ma dalsiu vyhodu, ze jeho velkost sa nemeni vzhladom na jeho teplotu. Taveny kremen sa casto pouziva na laboratorne pristroje, ktore musia byt nezavisle od teploty. Toto je zabezpecene rezonancnou frekvenciou kremena a tym, ze jeho velkost sa nebude vyrazne menit. Quartzove hodinky zostavaju relativne presne aj pri velkych teplotnych vykyvoch.

Mechanizmus

V modernych quartzovych hodinach je kremenny krystal v tvare malej ladicky rezany laserovym lucom alebo precizne lapovany aby viborval presne na frekvencii 32,768 hZ. Tato frekvencia je rovna presne dvom na pätnastu (32768) za sekundu. Mocnina cisla 2 je zvolena kvoli jednoduchosti digitalneho delenia vzhladom na odvodenie frekvencie 1 Hz signalu potrebneho na pohon druhej rucicky hodiniek. Vo väcsine hodin je rezonator v malej casti velie asi 4 mm.
Dovodom na pouzitie rezonatora s frekvenciou 32,678 Hz je kompromis medzi fyzickou velkostou nizkofrekvencnych krystalov pre male hodinky a velky odber vysokofrekvencnych krystalov, ktore znizuju zivotnost baterii. V sedemdesiatych rokoch zaviedli tzv MOS integro vane obvody, ktore mali zivotnost baterie 12 mesiacov. Technologia sa pouzivala na rucickove a digitalne hodinky. LED dispere boli vzacnostou vzhladom na ich vysoku spotrebu energie.

Presnost
Relativna stabilita rezonatora a jeho riadiaci obvod su ovela lepsie, ako ich absolutna presnost. Rezonatory standardnej kvality tohto typu su zarukou dlhodobej presnosti okolo 6 ppm pri 31°C - to je odchylka typyckeho quartzu, ktory pracuje s presnostou plus minus 0,5 sekundy za den pri teplote tela.
Ak su quartzove hodinky hodnotene tym, ze sa porovnavaju vzhladom na presnost atomovych hodin aby sa zistila ich presnost, pri presnom naladeni je mozne ziskat rocnu odchylku 10 sekund. Tato presnost je dostatocna aj na vykonavanie astrologickych vypoctov.
Niektore premiove typy hodinie dokazu vykonavat samoregulaciu. To je viac, ako len pocitanie vibracii - ich pocitac dokaze zmenit pozicie ruciciek vzhladom na prijaty signal ohladne presneho casu.
Vyspelejsie typy hodiniek dokazu merat teplotu a podla nej regulovat casovy priebeh. Vytvaraju akusi kompenzaciu vzhladom na okolitu teplotu a tym zabezpecuju zvysenu presnost oproti jednoduchsim typom quartzovych strojcekov.
Vela lacnych quartz hodiniek pouziva techniku zvanu inhibicna kompenzacia. Krystal je naladeny aby sa predbiehal a digitalna logika je naprogramovana tak, ale preskocila male mnozstvo cyklov v pravidelnych intervaloch ako napriklad 10 sekund alebo aj jedna minuta. Vyhodou tejto metrody su nizsie naklady na presnost narezania kremena v tovarni a tym padom znizenie nakladov na vyrobu tychto strojcekov, nizsia predajna cena a zvysena dostupnost medzi ludmi.

Historia

Piezoelektricke vlastnosti kremena boli objavene Jacquesom a Pierrom Curie v roku 1880. Prvy strojcek quartz s krystalovym oscilatorom bol vyrobeny panom Walterom G. Cady v roku 1921. V roku 1923 D. W. Dye v National Physical Laboratory v UK a Warren Marrison v Bell Telephone Laboratories vytvorili sekvencie s presnostou casovych segnalo s quartz oscilatorom. V roku 1927 bol vytvoreny prvy quartzovy strojcek v hodinach Warrenom Marrisonom a J.W. Hortonom a Bell Telephone Laboratories.
Dalsie 3 desatrocia prebiehal rozvoj quartzovych hodiny ako preciznost casoveho standard v laboratornych podmienkach. V January 1932 boli quartzove hodiny suce na meranie malych variacii vzhladom na rotacie zeme. Narodny urad standardizacie na zaklade casovych standardov Spojenych Statov pouzival ako meraci prostriedok quartz medzi rokmi 1930 a 1960. Potom presiel na atomove hodiny. Na väcsi rozvoj musel quartz cakat az na vyvoj polovodicov a lacnej digitalnej logiky v 60 tych rokoch.
Prvy prototype analogovych quartzovych naramkovych hodin bol odhaleny v roku 1967 vo Svajciarsku v CEH (Centre Electronique Horloger) v Neuchatel ako aj prototyp Astron odhaleny firmou Seiko v Japonsku. Seiko pracovalo na tychto hodinach od roku 1958. V roku 1969 Seiko vyrobilo svetovo prvy komercne predajny quartz v naramkovych hodinkach - Astron. Presnost a nizke vyrobne naklady viedli k sireniu quartzovych hodiny od tej doby. Do roku 1980 sa quartz umiestnoval do kuchynskych casovacov, budikov, benkovych sejfov, casovych zamkov, poistiek casovych municii,...