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石英鐘
(計時器具)
鎖定
- 中文名
- 石英鐘
- 外文名
- quartz clock
- 用 途
- 計時的器具
- 領 域
- 科學研究、工程技術、日常生活
- 精 度
- 十萬分之一秒
- 原 理
- 壓電效應
- 出現時間
- 1928年
- 發明者
- 沃倫·馬裏森
- 主要部件
- 一個很穩定的石英振盪器
石英鐘原理
石英晶體的傳感器的核心是傳感元件——壓電石英晶片。其工作原理是壓電效應,即石英晶體在某些方向受到機械應力後,便會產生電偶極子,相反, 若在石英某方向施以電壓,則其特定方向上會產生形變,這一現象稱為逆壓電效應。若在石英晶體上施加交變電場,則晶體晶格將產生機械振動,當外加電場的頻率和晶體的固有振盪頻率一致時,則出現晶體的諧振。由於石英晶體在壓力下產出的電場強度很小,這樣僅需很弱的外加電場即可產生形變,這一特性使壓電石英晶體很容易在外加交變電場激勵下產生諧振。其振盪能量損耗小,振盪頻率極穩定。這些再加上石英優良的機械、電氣和化學穩定性,使它自40年代以來就成為石英鐘、電子錶、電話、電視、計算機等與數字電路有關的頻率基準元件。
石英晶體具有一個有趣的特性,就是在一側導入正電流,同時在另一側導入負電流後,負電流一側會收縮並彎曲成U字形。如果定時交替在石英晶體兩側導入正、負電流,石英晶體就會產生振盪。石英晶體就是根據這種振盪計時的。個人電腦內置的石英晶體每秒振盪1431萬8180次。石英鐘的工作原理就是如此。
石英鐘缺點
問題就在於石英晶體在品質上存在缺陷,品質差就很難按照正確的振盪數振盪。天然石英晶體的雜質含量和形態等大多並不統一,因此就要使用人造石英晶體。不過,均勻地進行石英生產難度很大。精度高則每秒誤差在正負10萬分之一秒以內,精度低每秒誤差甚至達到1萬分之一秒。1萬分之一秒也許感覺並不大,但是從計算上來講,每天的誤差就是0.864秒,而1個月則會差約半分鐘。石英手錶不準也是這個原因。
石英鐘種類
電波鐘錶,也稱為無線控制計時鐘表(英文名稱為:Radio controlled timepieces)。電波鐘錶作為一個系統的技術原理是:首先,由標準時間授時中心將標準時間信號進行編碼(商業碼則進行加密),利用低頻(20KHz——80KHz)載波方式將時間信號以無線電長波發播出去。電波鐘錶通過內置微型無線電接收系統接受該低頻無線電時碼信號,由專用集成芯片進行時碼信號解調,再由計時裝置內設的控制機構自動調節鐘錶的計時。通過這樣一個技術過程,使得所有接收該標準時間信號的鐘表(或其他計時裝置)都與標準時間授時中心的標準時間保持高度同步,進而全部電波鐘錶顯示嚴格一致的時間。電子鐘錶的工作原理是根據“電生磁、磁生電”的物理現象設計而成。即由電能轉換為磁能,再由磁能轉換為機械能,帶動時分針運轉,達到計時目的。
2、晶體鬧鐘 與晶體管擺輪鍾一樣性能,加上一個由電能供給的鬧時裝置。