机电一体化概论 第4－2章

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1、第二节电子手表手表是一种计时仪器，分为机械手表和电子手表两大类。一、机械手表的结构机械手表是以发条为动力，通过一系列的机构带动指针实现计时的，图4－5为其机构示意图。普通机械手表的基本结构可以分成六个系统：1．上条拨针系统该系统要实现两个功能：（1）上紧发条，为手表走时提供动力；（2）拨动时针和分针，调整时间。2．原动系统原动系统由发条等零件组成，是手表工作的动力源，对于手表走时是否准确有直接的关系。3．传动系统传动系统是将原动系统的动力传递到擒纵系统的中间环节。4．擒纵系统通过擒纵齿轮与叉瓦之间的运动，使手表传动件的运动由圆周运动（擒纵轮

2、）转变为往复运动（擒纵叉），给调速系统的摆轮游丝补充能量。5．调速系统调速系统的主要机件是摆轮和游丝，用来控制传动系统的转动速度，使传动系统按照计时要求的转速转动。6．指针系统其作用是通过秒针、分针和时针转动，显示时间。二、机械手表的缺点从机械结构来说，机械手表已达到较完善的程度，但在使用中还存在一些不足之处：1．对于普通机械手表，需要人工每24小时左右上一次发条。2．等时性较差，即当上足发条时走时偏快，发条不足时走时偏慢。3．结构比较复杂，零部件较多，普通的机械手表由140～150个零件组成。4．走时精度较差。按照我国国家标准（GB403

3、3）规定，机械一级手表的每日走时误差允许在55秒之内，这是目前机械手表标准的最高精度。机械手表走时精度不高主要是由其调速系统采用摆轮游丝机构所决定的。钟表的走时误差可用下式来确定式中Δt－日差，秒/日；Δf－调速系统（振荡器）的频率偏差，Hz；f－调速系统（振荡器）的固有（振荡）频率，Hz。由上式可知，日差与调速系统的振荡频率误差成正比，与调速系统的振荡频率成反比。振荡频率误差越小，振荡频率越高，则日差越小。但是，在技术上减小振荡频率误差比较困难。因此，为了提高机械手表的走时精度必须提高摆轮游丝的振荡频率。解决问题的主要思路：提高计时装置的

4、振荡频率来减小计时误差。三、晶体管－摆轮游丝式电子手表（结构改进型）这种手表的调速系统仍采用摆轮游丝系统，只是在摆轮上装有永久性磁钢。在靠近磁钢处有一线圈，用晶体管作为线圈电流的换向开关。线圈形成的变化的磁场不断变换对磁钢的作用力，使摆轮保持持续不断的往复运动，以保障手表能够准确地计时。这种电子手表的优点是用电池作为能源，可以：★免去上发条★走时的等时性好★走时误差约为15秒/日由于这种电子手表仍采用摆轮游丝系统，其最高振荡频率只能达到10Hz，因而走时精度难以进一步提高。四、音叉式电子手表（原理改进型）这种电子手表是根据物理学上的音叉谐振

5、原理，在音叉的两个叉头绕上线圈，当输入换向电流时，两个线圈产生吸引力或排斥力，以此不断地输入能量，使音叉持续不停地振动。这种电子手表省去了摆轮游丝机构，简化了机械结构，并且把振荡频率提高到400Hz，走时误差为5秒/日。这种电子手表存在的主要问题是：★制造困难（棘轮直径为3mm，有200个齿）★机械磨损（棘轮采用铍青铜）★抗震性能差（棘轮的齿高为0.10mm）五、指针式石英电子手表（原理改进型）这种电子手表利用石英晶体在两端受到电压作用产生的压电效应，使石英晶体成为振荡源（振荡频率215Hz），经分频电路的16次分频，获得一个0.5Hz频率

6、的信号，再经过放大、整形后，去驱动步进电机，带动传动齿轮和指针齿轮来计时。由于石英谐振器频率很高，可达到32768Hz，因而走时精度可大大提高，走时误差为0.5秒/日。★与机械式手表相比，这种手表多了一种功能：停秒功能。六、数字式石英电子手表（原理改进型）这是一种全电子化的手表，表中没有运动的机械构件。这种手表的石英振荡器的振荡频率也是32768Hz。这一振荡频率经集成电路中的分频电路15次分频后，输出1Hz的标准电信号，送入计数器进行“时、分、秒”和“月、日、星期”的计数，并存入寄存器中。注意：数字式石英电子表走时精度与指针式石英电子表处

7、于同一等级（走时误差0.5秒/日）。由于数字式石英电子表的关键元器件是集成电路，随着电子技术的飞速发展，集成电路的功能不断增强，为开发数字式石英电子表的功能提供了便利条件。因此，具有各种新功能的数字式石英电子表层出不穷，已远远超过手表的功能范畴。目前已出现的新产品有：双显示手表、计算器手表、报时器手表、收音机手表、电视机手表、传呼机手表、血压计手表、脉搏计手表、温度计手表、字典手表等。七、高精度电子手表电子手表发展非常迅速，新型电子手表不断涌现。这里仅介绍一种超高频石英手表和一种电波钟。1.超高频石英手表这种石英手表的原理与指针式石英手表基

8、本相同，差别仅在于前者的石英谐振器具有更高的振荡频率和更多级次的分频电路，从而进一步提高手表的走时精度。这种手表采用4000kHz的超高频振荡源，走时精度为5秒/年。2.电波钟电