（苏）ВНПипуныров 著   张遐龄 译



首先，应用电子学手段使音叉作为高频振子，是瑞士电子学领域专家马克思•哈特采尔(Макс Хетцел)于公元1956年建议的.美国Бюлова公司曾利用这个发明制造了电子——机械手表“Аккутрон”，公元1960年末在市场上出售。在石英手表出现以前，“Аккутрон”手表是基于电子学的最为常见的计时仪器。

“”手表原理图示于图1，有磁电晶体管驱动和感应释放系统。在长25.5毫米的微型音叉1叉臂端部有两个杯状的磁导体4，是用阿姆克(армко)型软磁材料制成的。在导磁体底部压入用阿尔尼克斯(альникс)材料制的锥形永久磁铁2。音叉用螺钉刚性地固定在表的主夹板上，这里，还因定有塑料架，插在永久磁铁和音叉导磁体之间的间隙中。在音叉右臂导磁体和磁铁的间隙中，伸入缠绕2000圈的释放线圈6和在同一塑料架上共轴缠绕6000的线圈5的一部分。缠绕在类似的塑料架上的线圈3的第二部分，伸入到第二个导磁体的间隙中，与线圈5串联。激励线圈接入晶体管的发射极和基极之间；而脉冲线圈接入晶体管的集电极和发射极之间；在这个线路中还接入微型氧化汞电池，其容量约为80毫安小时，在1.3伏电压下给手表系统供电。脉冲线圈3、5从电流电源和带有电容和电阻的振荡电路通过晶体管得到周期脉冲。

当音叉振动时，磁铁连同导磁体沿着线圈移动，这样，在激励线圈中产生附加在晶体管基极的电动势，晶体管开启，导通几分之一秒钟，电流从电源沿晶体管的集电极——发射极线路通向脉冲线圈。这个线圈的场作用于音叉并给它传递必需的脉冲，以维持音叉360赫兹频率的振动。

运动传递给附加装置(指针机构)是以如下方式进行的：在音叉的一个脚上装有一个小的手指形弹簧，其端部有一宝石7。这个弹簧称之为棘爪，它的功能是每秒钟推动棘轮9，也就是在音叉每振动一次推动一次。这个弹簧传递的力借助小齿转动棘轮；棘轮的齿距只有百分之几毫米，直径小于大头针针头，厚度等于人头发厚度的一半。棘轮9固定在齿轮10上，运动从这里传到表的指针。

端部为宝石的第二个定位弹簧，起着棘爪的功能，防止棘轮反向转动，消除棘轮自由振动。

棘轮机构的结构允许音叉在很宽的振幅区域里进行振动，与此同时，棘爪同样也可以在很宽的区域里移动，指针运动的结果可能很快或很慢。当音叉振幅开始呈现出偏离确定值的趋势时，电子系统很快反应出来，立即使音叉回到低振幅区域。因此，在这样情况下，音叉按已给振幅稳定自振的自动调整是建立在反馈原理基础上的。

“Аккутрон”手表指针的移动是均匀的，这是由于中心轮与棘爪是刚性连结的。“Аккутрон”手表无需调整人员对走时进行特殊的调整，与机械表相比，这是很大的优点。对音叉的频率和平衡的调整，是在电子仪器的帮助下实现的，无需专门的知识。同样是在电子仪器的帮助下，对音叉合金的温度系数进行检测.

在平均日差的最大偏差为±5秒钟时“Аккутрон”音叉电子手表的平均日差在±2秒钟范围内。按精度指标音叉表要比一般机械表和接触式电手表高出许多，特别是在长时间工作情况下。

现在我们来看一下“Аккутрон”手表的使用特性。随着音叉振动频率的增高位差减小，但是在“Аккутрон”手表里应用的音叉是相对低频(360赫兹)的，从品质因数和精度的观点来看是不合适的。在这种手表里所以限制选择较高的频率，是因为音叉的一个臂直接将运动传递到指针。当音叉处于水平位置时，日差停留在同一水平上；当音叉臂向下时，位差可达±5秒钟，特别是当音叉臂转为向上时，这个误差更大，但表处于这个位置(6字向下)是很少的。

一般都将表调整成这样：在面上、面下、3下和9下位差时，使其昼夜走快1 秒钟。如果表在人手里平均每昼夜有1/3的时间处于12下位置时，在这个位置走慢将补偿其他位置的走快。

等时性 当振幅变化50%时，手表的指示值变化3/4秒钟；当温度变化1℃时， 一昼夜手表走时可能变化1 秒钟，但对材料进行相应选择后，音叉的温度系数可能减小很多。

磁场的作用   手表能承受60奥斯特的磁场时，引起的走时破坏一昼夜不高于7秒钟。

保证 “Бюлова”公司保证的手表走时精度是每月±1分钟左右。

在音叉手表里，作为振子的音叉，除了完成自己的基本功能外，还要运转指针，因此，它的“自由”要受到若干限制。这个缺点也是现今在精密计时里得到广泛应用的所有其他高频振子所特有的。与此相联的是，建立独立的指针机构问题具有很大的现实性。现今，能够制造非常经济的步进马达，将电脉冲变成步进移动，用这种办法解决了这个问题。

电手表“”在宇宙中失重条件下，在很强的磁场中，当受到撞击和震动时，都工作得相当可靠。为进行宇航研究，装在导航装置中的表，是将三只“Аккутрон”表机用线路连接起来的，这种办法使走时精度提高到一昼夜1秒钟。

石英手表 所有无线电装置的进一步微型化，或者减小它的规格尺寸和重量，最终导致在电子学中出现新的科技方向——微电子学。基于基础理论课题已获解决的固体物理学和半导体技术的科学技术进步，是微电子学产生的决定性先决条件。现今，微电子学已是所有电子技术的总方向。硅半导体性质的发现和在陶瓷片里，在玻璃上沉淀半导体技术的发展，对微电子学的发展产生了积极的影响。在集成电路技术（也称为分子电子学）的帮助下，例如，在尺寸2×2毫米、厚0.1毫米的硅片上，可以安置下计算机电路的所有基本电路、衰减电路和逻辑电路。现代精密技术的基本任务，是在单位体积里取得最为有利的放置集成元件，进一步缩小它们的尺寸和增加结构元件分布的密度，也就是增加每一立方厘米的元件数量。

石英手表出现的决定性前提是，在微电子学领域取得了可以制造集成电路， 以及在精密机械领域所取得的成就。制造这种表的筹备工作，是从公元1960年到1967年在马克思•赫采尔（Макс Хецел）领导下在瑞士钟表公司研究中心(CEH) 进行的。

在CEH的表里，应用的振子频率为8192赫兹，经过5级二进制分频器之后，在输出端等于256赫兹。棘轮转换器所用的震动片与分频器的输出信号同步，驱动手表指针机构运动。

公元1967年，石英手表在瑞士纽沙泰尔天文台试验时，得到的评价数为0.152 （摆轮手表评价数的纪录为1.64）。

在瑞士首批生产的石英电子手表之一“Лонжин”牌手表里，应用的振子频率与CEH表一样，但转换器用的是频率为170赫兹的固定谐振器。

从公元1969年到1970年，成批生产石英手表的有8家瑞士公司、日本“Сейко”公司和美国“Гамильтон”公司。

石英手表由两个基本部件组成：电子组件（石英振子、成型器、分频器和驱动系统)和机械组件，包括振动电机或步进电机和指针系统。“Гамильтон”公司生产的“Пульсар”手表除外，该表用数字显示代替了指针。

在这种表里，指示系统用的是二极管，将电能转换为光能。当按下在表壳上方的按钮时，在表盘上亮点指示时和分的数字。为使表指示出秒，应将按钮按住更长的时间。经过1.5秒钟后显示熄灭。显示亮度根据外界照度自动调整。

“Гамильтон”手表的电源是电压为4.5伏的小型电池（使用寿命6个月）。换电池时，手表自动接到备用电源。手表走时精度2~3秒钟/月。表有40个集成电路和3500个晶体管。应用振动频率为32768赫兹的石英作为振子，分频到1赫兹。

石英手表以及和其相关的问题，曾是1969年国际精密计时会议讨论的对象。在承认新的石英表前景的同时，注意力转向了它的高价值，如日本“Сейко”公司的石英表售价约为500英磅。

现今，在利用高频石英谐振器、步进电机、不同电子显示系统的集成电路和原子电池方面，正在进行着紧张的研究工作。在压电精密计时领域里实验的目的是，确定最佳的几何形状和石英的振动方向。同样对石英谐振器的气压系数也在进行研究。
电子系统制造工艺的飞速发展，不仅改善了石英电子表的技术指标，而且也降低了价格，从增强石英电子手表在世界手表市场上竞争能力来看，这是非常重要的。

对于机械表来说，只要石英手表还有相当大部分是机械件，这个竞争还不是很激烈的，因为制造这些机械件对于机械表和电子表的工艺是一样的。

给了电和电子手表以应有的评价，同时不可忽略：作为广为传播的日用计时仪器的机械手表，仍然保留着自己重要作用，不仅是现在就是将来也还是需要的，因此，提高它的走时精度和稳定性问题，比起制造新高频振子电子系统的手表来说，仍然具有不小的意义。对此，无论是应用新的含金来制造摆轮、游丝和走时发条，还是采取有效措施来完善自动上条、表壳密封、防震装置等，无疑都是重要的。为了降低这种表的售价，必需的前提是具备的，如果考虑到在手表生产自动化领域所取得的成就以及前景，对于引入自动生产线、完善工艺过程、在生产中应用电子技术，以及对于表走时的调整和检测都是可行的。

现今，在一些书刊、杂志上仍然经常讨论的问题是，对机械表的要求应该是怎样的，以使其在将来能与电子表竞争。鉴于这个问题，Э.弗兰坎施坦（Франкенштейн）的的结论是：在走时精度方面，如果机械表在很多年里平均日差保持在±20秒钟， 只有在这样情况下，才能与电子表竞争。对表的保证期应不少于3~5年。如果若是说近期，只能是划分这种或其他钟表的使用范围，绝不是一种表（电子表）独占统治地位纪元的来临和在所有领域里取代其他表（机械表）。作为日用手表，机械表仍然长时间地和稳固地保持着自己的意义，如果成功地合理利用一切潜在
的可能来完善它的走时。电子钟表在科学和技术所有领域里将成为不可代替的计时工具。

为此，引用一下M.赫特采尔（Хетцел