|
СОДЕРЖАНИЕ
Краткая характеристика современных наручных и настольных часов с автономным питанием 3
Основные параметры гальванических элементов 14
Системы гальванических элементов, используемых в электронных часах 20
Замена гальванических элементов в часах 26
Приложения 37
Словарь основных английских терминов 69
Английские сокращения и термины, встречающиеся в инструкциях к часам 70
КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА СОВРЕМЕННЫХ НАРУЧНЫХ И НАСТОЛЬНЫХ ЧАСОВ С АВТОНОМНЫМ ПИТАНИЕМ
В механических наручных и настольных часах времязадающим элементом является пружинный балансный механизм, который за счет энергии заводной пружины обеспечивает высокостабильное пошаговое движение зубчатых колес механизма; с ними связаны секундная, минутная и часовая стрелки, а также календарное и секундомерное устройства. Чувствительность механизма к изменению температуры и силе заводной пружины является причиной невысокой точности хода обычных механических часов. Для повышения точности хода было предложено использовать в механических часах камертонный генератор. Такие электронные (правильнее сказать электромеханические) часы в незначительных количествах выпускаются и в настоящее время. Точность хода у них заметно выше, чем у механических. Однако необходимость прецизионного выполнения механических деталей делает сложным производство таких часов, они довольно дороги и не очень надежны.
Достижения современной электроники в области миниатюризации дискретных радиокомпонентов (в частности, кварцев), микросхем, использование новых физических эффектов в индикаторах времени позволили создать дешевые, легкие, надежные и точные наручные, а также настольные электронные часы с автономным питанием на 1—2 года и более.
В настоящее время электронные часы различают по следующим группам параметров:
по времязадающему элементу и виду индикации времени (аналоговая или цифровая); по назначению;
по степени защиты от дестабилизирующих факторов; по виду используемого питания и степени его автономности;
по индикации параметров времени; по системе календаря; по специальным функциям; по дополнительным функциям.
Рассмотрим основные характеристики этих групп параметров.
Времязадающий элемент и вид индикации времени. Различают четыре подгруппы: камертонные (электронные) с аналоговой индикацией (циферблат со стрелками), кварцевые с аналоговой индикацией (включая и полностью электронные часы с жидкокристаллическим дисплеем, на экране которого формируются движущиеся «стрелки»), кварцевые с цифровой и знаковой индикацией и гибридные с аналоговой и цифровой индикацией. Внешний вид характерных часов этих подгрупп показан на рис. 1.
Назначение. По назначению можно выделить пять подгрупп: мужские, женские и универсальные наручные электронные часы, детские и настольные, которые нередко выпускают в виде комбинации с табличными календарями, микрокалькуляторами, играми и радиоприемниками (рис. 2).
Характерная особенность мужских часов — значительное число дополнительных функциональных возможностей, повышенная точность (±15 с/мес), повышенная степень защищенности от дестабилизирующих факторов, наличие подсветки циферблата. В женских часах дополнительных функциональных возможностей заметно меньше, секунды на дисплее (как правило) не индицируются, точность ниже (±30 с/мес), габаритные размеры существенно меньше, часы нередко выполняются в виде кулонов. Детские часы (в том числе и для подростков) отражают особенности мужских и женских часов, но имеют более броские цветовые решения, они существенно дешевле и менее точны (±1 мин/мес). Малые габаритные размеры и масса современных наручных электронных часов (часы F-85 фирмы Casio, Япония, весят с браслетом всего 22 г) послужили причиной выпуска их в виде универсальных. В настольных часах нередко используется тот же электронный блок, что и в наручных. Главным отличием являются большие размеры знаков на дисплее и различные дополнительные функциональные возможности; один, два или более будильников, наличие таймера, табличного календаря и т. п.
Степень защиты от дестабилизирующих факторов. Наиболее неприятными видами дестабилизирующих факторов являются воздействие влаги и механических ударов и вибраций. По водостойкости обычные электронные часы допускают попадание капель дождя и брызг воды при умывании. Часы с повышенной водостойкостью обеспечивают нормальную работу при погружении на глубину 50, 100 или 200 м, что особо отмечается на корпусе. Ударопрочные часы для спортсменов имеют внутренние и наружные амортизирующие устройства, обеспечивающие нормальную работу при ударах и вибрациях (рис. 3).
Используемое питание и степень его автономности. Рост экономичности современных микросхем для электронных часов (за период с 1980 по 1985 г. потребление ими энергии уменьшилось в 10—30 раз) заставил изменить показатели гальванических элементов как по величине их емкости, так и по сохранности в течение всего времени эксплуатации. В часах 5—8-летней давности использовались, как правило, два крупногабаритных (011,6X5,6 мм) ртутно-цинковых или серебряно-цинковых гальванических элемента. В настоящее время питание осуществляется от одного малогабаритного серебряно-цинкового элемента (05,8...7,9X1,6...2,1 мм) или от аккумулятора с солнечной батареей. Широко используют литиевые гальванические элементы, которые обладают очень малым током саморазряда (рис. 4 и 5).
Индикация параметров времени. В часах с аналоговой индикацией показания часов, минут и секунд считываются с циферблата со стрелками. Цифрами и знаками на малогабаритном дисплее показывают: часы, минуты, секунды, время до (AM, А или без обозначения) или после (PM, Р) полудня, данные календаря (месяц, число, день недели). В часах с цифровой индикацией все параметры текущего времени и календаря показываются цифрами, символами и буквами.
Система календаря. В современных электронных наручных часах используются две системы календаря: на один год (февраль 28 дней) и многолетний (на 4—40 лет), в программе которого заложено автоматическое переключение с обычного на високосный год и обратно.
Дополнительные функции. Характерная особенность современных наручных электронных часов в большом числе дополнительных функций. Наиболее характерные из них следующие:
возможность отсчета времени по двум системам (12-часовой или 24-часовой);
наличие второго времени (например, при поездке в другой часовой пояс переводят не основное время, а второе, сохраняя без изменения свое местное время):
наличие фиксированных (до 8) показаний часовых поясов (например, Лондон, Париж, Москва, Токио, Гонолулу, Сан-Франциско, Чикаго, Нью-Йорк);
один или несколько (до 4) автономных будильников со своими характерными сигналами, подача сигналов каждый час или каждые полчаса;
наличие таймера (от 1 до 59 мин и более) и секундо» мера с точностью 0,1 или 0,01 с, обеспечивающего возможность нормального счета времени (общего), измерения чистого времени, времени этапа соревнования, отдельной фиксации времени первого и второго призеров;
возможность измерения температуры от 10 до 40°С с разрешающей способностью шкалы до Чз градуса (точность ±2°С в диапазоне температур от 10 до 40вС) и установки сигнала на пониженную или повышенную температуру;
формирование акустических сигналов (темп ходьбы или бега) с заданными интервалами, работа в режиме шагомера с показаниями, соответствующими длине шага владельца.
Некоторые из этих дополнительных функций полезны для владельца; полезность же других (например, секундомера с точностью 0,01 с, что в 10 раз превышает способность человека точно зафиксировать длительность временного интервала) достаточно сомнительна.
Специальные функции. Эти функции реализуются в комбинированных устройствах, частью которых являются часы. Поэтому только в том случае, если основное назначение устройства — индикация параметров времени, можно говорить о часах со специальными функциями. В других случаях анализ комбинированного устройства достаточно сложен и его можно относить к разным видам изделий бытовой электроники.
Характерными примерами наручных электронных часов со специальными функциями могут быть часы фирмы Casio модели CS-83-1 (разновидности CS-831-1 и CS-821 G-9), CL-30-1 (разновидность CL-300-1), ТС-50-1 (разновидности ТС-500-1 и ТС-600-1) и CFX-20-1 (разновидность CFX-200-1). Разновидности отличаются от базовой модели материалом корпуса и его отделкой. Во всех перечисленных моделях имеется встроенный микрокалькулятор на 8 разрядов (7 для отрицательного числа), позволяющий выполнять четыре арифметических действия. Модель CS-83-1 и ее разновидности (рис. 6) имеют толщину 6,6 мм и питаются от одного серебряно-цинкового элемента с емкостью 40 мА-ч в течение примерно 15 мес. Аналогичная по своим параметрам модель CL-30-1 (рис. 7) имеет солнечную батарею и серебряно-цинковый аккумулятор 926R емкостью около 42 мА-ч со сроком службы около 7 лет.
Рис. 6. Часы со встроенным микрокалькулятором и питанием от внутреннего гальванического элемента
Рис. 7. Часы со встроенным микрокалькулятором, солнечной батареей и внутренним аккумулятором
Рис. 8. Часы со встроенным микрокалькулятором и сенсорной системой управления: а — примеры показаний на дисплее; б — варианты показаний; в — конструкция дисплея; 1, 6 — пленки поляроида; 2 — нижняя стеклянная пластина с соединениями; 3 — защитный материал; 4 — жидкий кристалл; 5 — верхняя стеклянная пластина с соединениями; 7, 11 — изоляционные пленки; 8 — электрод В2; 9 — электрод А2; 10 — электрод В1; 12 — электрод А1
Модель ТС-50-1 (рис. 8) аналогична рассмотренным и отличается от них источником питания в виде литиевого элемента BR-1616 емкостью 30мА-ч, которого хватает примерно на 1,5 года, и сенсорной системой управления, выполненной так, что габаритные размеры комбинированного устройства практически равны обычным часам. Модель CFX-20-1 (рис. 9) имеет встроенный 8-раз-рядный микрокалькулятор с 25 основными научными функциями, переводом 12 единиц метричес-
Рис. 9. Часы со встроенным научным микрокалькулятором (а) и варианты показаний на дисплее (б):
1 — калькулятор; 2 — непрерывный хронометраж; 3 — секундомер; 4 — будильник
Рис. 10. Часы со встроенными играми: гольф (о), пирамида (б), теннис (в); со встроенным словарем на 1711 слов и 5-язычным переводчиком 36 ходовых фраз (г), с жидкокристаллическим индикатором, обеспечивающим знаковую и аналоговую индикацию (д)
кой и англо-американской систем единиц и литиевым элементом BR-2020 емкостью 90 мА-ч, которого хватает примерно на 15 мес работы.
Часы моделей GG-9-1, GM-40-1, AG-50-1 (рис. 10)
имеет встроенные игры: гольф, пирамиду и теннис. Часы ТЕ-2500-1 имеют встроенный англо-испанский и испаноанглийский словарь на 1711 слов и 5-язычный переводчик на 36 ходовых фраз на английском, японском, испанском, французском и немецком языках. Часы LD-660-1 обеспечивают по желанию владельца знаковую или аналоговую индикацию на жидкокристаллическом индикаторе (ЖКИ).
Так как в рекламных проспектах время работы часов от внутреннего источника дается, как правило, только для работы в режиме отсчета времени, то при интенсивной работе владельца с дополнительными и специальными функциями разряд гальванического элемента (элементов) может произойти гораздо раньше. Поэтому важно правильно оценить режимы работы таких комбинированных уст-
ройств, чтобы не рассматривать прекращение их нормальной работы как неисправность. Как правило, после установки нового гальванического элемента часы продолжают свою нормальную работу.
Как уже говорилось раньше, в кварцевых часах в качестве времязадающего элемента используется кварцевый генератор. В нем (в отличие от так называемых параметрических генераторов, где частота электрических колебаний определяется параметрами катушки индуктивности и конденсатора контура) используются механические колебания пластинки кварца, вырезанной из кристалла под определенным углом к координатным осям и с определенными размерами. Стабильность частоты колебаний такой пластинки очень высока, что позволяет гарантировать месячную погрешность хода часов ±15 илй ±30 с (реально эти величины обычно на порядок меньше, т. е. ±1,5 или ±3 с в месяц). Это в 30—100 раз меньше, чем у механических часов. Механические колебания пластинки кварца преобразуются в электрические сигналы в виде последовательности прямоугольных импульсов, поступающих на другие узлы. Чаще всего и в старых моделях использовали кварцы на частоту колебаний 32768 Гц. В новых моделях часов используют и другие более высокие частоты, которые позволяют повышать стабильность работы, уменьшить габаритные размеры кварцевого резонатора и упростить схему часов в целом.
Рис. 11. Структурная схема электронных часов
Рис. 12. Конструктивная схема часов: а — с аналоговой индикацией и электромеханическим приводом: 1 — катушка электромеханического привода стрелок; 2 — механический привод стрелок; 3 — кварцевый резонатор; 4— элемент питания; б — полностью электронных с цифровой индикацией на одном или двух серебряно-цинковых или ртутно - цинковых элементах: 1 — лампочка подсветки; 2 — плата; 3 — кварцевый резонатор; 4 — отражатель; 5 — индикатор (дисплей); 6 — обойма; 7—рамка контактная; 8— микросхема; 9 — элемент питания
дня недели, числа и месяца. Конструктивно кварцевый резонатор кварцевого генератора, индикатор, подборные и регулировочные элементы (на схеме они не показаны), электронная часть схемы и гальванические элементы выполняются в виде самостоятельных устройств. Их конструктивная схема показана на рис. 12. В пластмассовую обойму вставляется индикатор (дисплей) с отражателем (для повышения контраста знаков). Соединение индикатора со схемой выполняется с помощью двух (или одной) контактных рамок в виде отрезков ребристой проводящей резины, которые фиксируются в специальных пазах обоймы. На печатной плате устанавливаются кварцевый резонатор, лампочка подсветки, микросхема (иногда две), подстроенный конденсатор и кнопки управления (головки кнопок укрепляются в корпусе). Гальванические элемен-
ты устанавливаются в специальных гнездах обоймы. В собранном виде этот модуль устанавливают в корпус часов. Особенностью модуля является то, что он, как правило, обеспечивает не только возможность автономной работы часов (иногда не удается в таком виде проверить только работу лампочки подсветки и будильника), но и проверку частоты колебаний генератора, его подстройки и проверку напряжений питания. Ряд узлов в этой конструкции крепится винтами.
В более современных конструкциях с плоскими литиевыми элементами (рис. 13) винты вообще не используются. Две штампованные металлические профилированные крышки надеваются сверху и снизу на пластмассовую обойму с 8 пружинящими зубцами, которые защелкиваются при надевании верхней и нижней крышек. Последовательно нажимая 4 зубца, мы можем освободить верхнюю крышку н проверить или заменить дисплей. Делая то же самое с 4 другими зубцами, мы можем освободить нижнюю крышку и сменить плоский литиевый элемент, проверить работу узлов, расположенных на печатной плате.
Такая конструкция при точном изготовлении деталей позволяет автоматизировать сборочные операции и удешевить производство часов.
Для обеспечения нормальной работы часов в условиях ударов и вибраций в конструкцию корпуса вводят демпфирующие прокладки (рис. 14), повышающие стойкость против механических дестабилизирующих воздействий.
Знание перечисленных особенностей электронных наручных и настольных часов облегчит специалисту по ремонту часов более правильный подход к оценке нарушений в работе часов из-за источников питания и поможет принять обоснованное решение по их замене.
ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ
Основными параметрами гальванических элементов являются: емкость электрической энергии (большая часть которой отдается во внешнюю цепь и используется для выполнения полезной работы, а меньшая теряется на внутренних сопротивлениях в виде тепла), рабочее напряжение и длительность эксплуатации. Эти параметры определяются целым рядом дополнительных условий.
В зависимости от величины емкость измеряют в ампер-часах (А-ч) или миллиампер-часах (мА-ч). Физический смысл этого понятия в том, сколько часов можно разряжать элемент данным током при сохранении напряжения в допустимых для эксплуатации пределах. Емкость зависит от объема и качества (энергоемкости) используемых рабочих (активных) материалов и конструкции элемента в целом. Современные рациональные конструкции позволяют при незначительных объемах обеспечивать большие площади контакта активных материалов и эффективно их использовать.
За рубежом гальванические элементы ртутно-цинковой системы (отечественный элемент РЦ 31С и ему подобные) выпускаются только с высоким внутренним сопротивлением (High resistance) и используются только в режиме малых и постоянных токов нагрузки в камертонных и кварцевых часах с аналоговой или цифровой индикацией, но без сигналов будильника и лампочки подсветки. С такими параметрами выпускается и большое число серебряноцинковых элементов. Те серебряно-цинковые элементы, которые используются при кратковременной значительной токовой нагрузке, выпускаются с низким внутренним сопротивлением (Low resistance) и применяются в часах с будильниками и подсветкой. Отечественная промышленность производит серебряно-цинковые гальванические элементы только с низким внутренним сопротивлением, что позволяет использовать их в любых моделях электронных наручных часов.
Внутреннее сопротивление гальванических элементов определяется используемыми активными материалами, от сочетания которых зависят ЭДС и рабочее напряжение. Поэтому у элементов разных электрохимических систем разные ЭДС и другие эксплуатационные характеристики. Для нормальной работы электронных часов очень важно рабочее напряжение, не зависящее от времени и температурных колебаний. Практически любые электрохимические системы не могут обеспечить это условие и рабочие напряжения в начале U„ и конце UK работы отличаются друг от друга.
Кроме свойств активных материалов на внутреннее сопротивление и величину разрядного тока существенно влияет конструкция электродов гальванического элемента. Именно поэтому гальванические элементы выполняются в виде высоких (обычные крупногабаритные элементы серии Кб и им аналогичные и миниатюрные карандашные литиевые элементы) или низких цилиндров (кнопочные или пуговичные элементы), которые обладают лучшими эксплуатационными параметрами, чем элементы с примерно равными размерами по всем трем осям. Необходимо помнить, что емкость гальванического элемента заметно зависит от величины разрядного тока: чем выше величина разрядного тока, тем ниже емкость элемента.
Есть еще три группы важных факторов, влияющих на работу гальванических элементов: срок хранения с момента изготовления до начала эксплуатации, температура и режим работы в реальных условиях.
С момента окончания изготовления внутри гальванического элемента начинаются электрохимические процессы внутреннего саморазряда. Этот саморазряд может быть активизирован условиями хранения: повышенной температурой и влажностью в помещении. Поэтому очень важной эксплуатационной характеристикой является время хранения свежеизготовленного элемента. Для элементов марганцево-цинковой системы допустимое время хранения (в зависимости от конкретных особенностей элемента, технологии изготовления и используемых материалов) обычно 6—9 мес, для литиевых — до 5 и более лет. Эксплуатация элемента с просроченным сроком хранения не только сократит срок его нормальной эксплуатации, но может быть причиной порчи часов из-за потеков электролита.
KOHEЦ ФPAГMEHTA КНИГИ
СЛОВАРЬ ОСНОВНЫХ АНГЛИЙСКИХ ТЕРМИНОВ
air-zinc — воздушно-цинковая (система) alkaline — щелочная (система), щелочной (электролит) application — применение, предназначение для работы battery — батарея
calculator — калькулятор (назначение) camera — фотокиноаппаратура (применение) capacity — емкость (обычно в мА-ч) cell — элемент
cigarette lighter — сигаретная зажигалка (применение) communication device — средство связи (применение) current source — источник тока (питания) cylindrical — цилиндрическая (конструкция) dimension — размер electrolyte — электролит electronic — электронный
fishing float — рыбный буй (поплавок с сигналом) game — игра (применение)
general purpose (high) — основное применение с высоким сопротивлением нагрузки
general purpose (low) — основное применение с малым сопротивлением нагрузки
hearing aid — слуховые аппараты (применение) high drain — большой разрядный ток
high performance — высокие эксплуатационные параметры
lighter — зажигалка (применение)
lithium — литиевая (система)
low drain — малый разрядный ток
manganese-zinc — марганцево-цинковая (система)
measuring equipment — измерительное оборудование (применение)
medical instrument — медицинский аппарат (применение)
mercuric oxide — ртутно-окисная (система)
microphone — микрофон (применение)
mini radios — миниатюрный радиоприемник (применение)
nickel-zinc — никель-цинковая (система)
nominal — номинальное (напряжение, емкость)
other electronic application — прочие электронные приборы
photographic light meter — фотоэкспонометр
pocket bell — карманный будильник (применение)
primary — первичный (источник питания)
rated capacity — расчетная емкость
saline — солевой (электролит)
silver oxide — серебряно-окисная (система)
single-use — одноразового (применения)
solar — солнечная (батарея)
standart — обычные, универсальные (элементы, батареи)
system — система (вид системы — гальванической пары) use — применение
voltage — напряжение (элемента, батареи)
watch — часы (применение)
weight — вес (масса)
wristwatch — наручные часы (назначение)
АНГЛИЙСКИЕ СОКРАЩЕНИЯ И ТЕРМИНЫ. ВСТРЕЧАЮЩИЕСЯ В ИНСТРУКЦИЯХ К ЧАСАМ
Adjust — устанавливать, выверять (точное время)
AM — ante meridien — до полудня, т. е. от 0 до 12.00 ч (в часах с 12-часовой индикацией времени)
CHR — ем. chronograph chronograph — секундомер FR — см. Friday Friday — пятница Н — см. hour hour — час
Lap — фиксация промежуточного результата на дисплее (при непрерывном отсчете времени) min — см. minute minute — минута МО — см. Monday mode — режим работы Monday — понедельник Р — см. РМ
PM — post meridien — пополудни, т. е. от 12.00 до 24.00 ч (в часах с 12-часовой индикацией времени)
reset — вторичный пуск секундомера после фиксации промежуточного
результата (см. Lap) при непрерывном отсчете
SA — см. Saturday
Saturday — суббота
SEC — см. second
second — секунда
select — выбор одного из режимов
set — установка
signal — сигнал (обычно смены часа)
start — пуск секундомера для счета времени от индицируемого значения
slop — остановка счета времени секундомером
SU — см. Sunday
Sunday — воскресенье
ТН — см. Ihursday
Thursday — четверг
lime — время
TU — см. Tuesday
Tuesday — вторник
WE см. Wendhesday
Wcndhesday — среда
|
