Bộ dao động: Trái tim của mọi chiếc đồng hồ
Bộ dao động là gì?
Nói rộng ra, bộ dao động là một cơ chế biến năng lượng thành dao động tuần hoàn. Chuyển động này thường diễn ra xung quanh một điểm trung tâm, hầu như luôn là vị trí không hoạt động của bộ dao động. Bộ dao động được sử dụng trong các thiết bị đo thời gian tạo ra dao động tắt dần điều hòa. Điều này có nghĩa là dao động rất đều đặn và trừ khi được cung cấp đủ năng lượng, nó sẽ tiếp tục mất động lượng cho đến khi nó dừng lại.
Trong đồng hồ đeo tay cơ khí và đồng hồ bỏ túi, bánh xe cân bằng đảm nhận vai trò tạo dao động, trong khi đồng hồ lắc có chuyển động cơ học thường sử dụng con lắc. Đồng hồ thạch anh và đồng hồ thông minh có tinh thể thạch anh để thiết lập nhịp điệu. Trong mọi trường hợp, bộ dao động càng nhanh thì tần số càng cao và do đó đồng hồ sẽ càng chính xác.
Các bộ dao động khác nhau hoạt động như thế nào?
Chúng ta hãy xem xét kỹ hơn các loại bộ dao động phổ biến nhất. Để đơn giản hóa mọi thứ, chúng ta sẽ tập trung vào hệ thống dao động được sử dụng trong đồng hồ đeo tay. Bánh xe cân bằng và bộ dao động thạch anh cho đến nay được sử dụng rộng rãi nhất.
Bánh xe cân bằng
Bánh xe cân bằng đã được cấp bằng sáng chế vào năm 1675. Nó được phát triển bởi nhà khoa học người Hà Lan Christiaan Huygens, người đã được công nhận vì công trình phát triển đồng hồ quả lắc của mình.
Bánh xe cân bằng bao gồm một vành cân bằng, dây tóc và thanh cân bằng trung tâm. Vành cân bằng, thường là một vòng mỏng, được di chuyển qua lại bằng dây tóc, được làm bằng một sợi dây mỏng. Chuyển động này được sử dụng để giải phóng bộ thoát, điều chỉnh dòng năng lượng trong đồng hồ theo những khoảng thời gian đều đặn. Năng lượng này sau đó được truyền tới bộ truyền bánh răng và cuối cùng đến tay đồng hồ. Tùy thuộc vào cấu trúc, quá trình này lặp lại ở tần số từ 2,5 Hz đến 5 Hz hoặc từ 18.000 đến 36.000 rung động mỗi giờ (vph). Tiêu chuẩn công nghiệp cho các chuyển động cơ học hiện đại hiện nằm trong khoảng từ 21.600 đến 28.800 vph, tức là 3,5 đến 4 Hz.
Vì nhiệm vụ chính của bánh xe cân bằng là đảm bảo đồng hồ chạy chính xác nên tốc độ dao động của nó cần phải được tinh chỉnh. Do đó, người thợ đồng hồ phải đảm bảo rằng dao động càng đều càng tốt và biên độ, tức là độ lệch tối đa của bánh xe cân bằng, không quá lớn cũng không quá nhỏ. Những điều chỉnh tương ứng thường được thực hiện bằng cách sử dụng bộ điều chỉnh, được sử dụng để điều chỉnh độ căng của dây tóc. Một lựa chọn khác là gắn các vật nặng nhỏ vào vành cân bằng để bù đắp cho mọi sự mất cân bằng.
Để tránh bánh xe cân bằng bị mất đồng bộ do va đập và rung lắc mạnh, nó thường được trang bị hệ thống chống sốc. Tuy nhiên, hệ thống này vẫn không đảm bảo khả năng chống sốc 100%, đó là lý do tại sao đồng hồ có bộ máy cơ thường không phù hợp với hầu hết các môn thể thao. Nếu lò xo cân bằng được làm bằng vật liệu từ tính, bạn cũng cần tránh xa từ trường, vì chúng có thể gây hư hại cho đồng hồ.
Ưu và nhược điểm: Bánh xe cân bằng
- Đã sử dụng được 350 năm
- Giữ vững mãi mãi với bảo trì tốt
- Không cần pin
- Trưng bày nghề thủ công cơ khí tinh xảo
- Thường không chính xác như bộ dao động thạch anh
- Bảo trì cao hơn
- Dễ bị sốc
- Dự trữ năng lượng tương đối thấp
- Có thể nhạy cảm với từ trường tùy thuộc vào vật liệu
Dao động thạch anh
Về lý thuyết, bộ dao động của đồng hồ thạch anh không khác nhiều so với đồng hồ cơ. Tuy nhiên, không giống như bánh xe cân bằng, bộ dao động thạch anh không có bất kỳ bộ phận cơ khí nào, thay vào đó là tinh thể thạch anh và mạch điện nhỏ. Pin đóng vai trò là nơi lưu trữ năng lượng và động cơ bước đóng vai trò là bộ thoát trong đồng hồ có màn hình analog.
Khi điện áp được đặt vào tinh thể thạch anh, nó bắt đầu rung. Điều này là do hiệu ứng áp điện, được Pierre và Jacques Curie phát hiện vào năm 1880. Tinh thể dao động nhanh như thế nào phụ thuộc vào kích thước và hình dạng của nó; thạch anh trong đồng hồ đeo tay chỉ có kích thước vài mm và thường có hình dạng giống như một âm thoa. Điều này đảm bảo rằng tinh thể rung ở tần số chính xác theo tiêu chuẩn công nghiệp là 32,768 kHz, hay 32.768 rung động mỗi giây. Dao động được mạch đọc và “chuyển” thành xung – chính xác là một xung mỗi giây.
Nhờ tần số cao hơn đáng kể của bộ dao động thạch anh, đồng hồ thạch anh thường chính xác hơn nhiều so với các đồng hồ cơ học. Một chiếc đồng hồ thạch anh sẽ chỉ sai lệch trung bình từ 10 đến 30 giây mỗi tháng, trong khi một số đồng hồ cơ sẽ sai lệch nhiều như vậy trong một ngày. Điều đó nói lên rằng, các chuyển động cơ học được điều chỉnh tốt cũng có khả năng mang lại hiệu suất tốt hơn đáng kể.
Đồng hồ thạch anh có một ưu điểm khác là chúng chứa rất ít thành phần cơ khí, khiến chúng không bị ảnh hưởng bởi rung động và từ trường, đồng thời loại bỏ sự phiền toái về hao chi phí vì không cần phải bảo dưỡng thường xuyên như đồng hồ cơ. Cuối cùng, những chiếc đồng hồ này không cần phải được cung cấp năng lượng mới cứ sau vài ngày để tiếp tục hoạt động; người đeo chỉ cần thay pin vài năm một lần.
Ưu và nhược điểm: Bộ dao động thạch anh
- Độ chính xác rất cao
- Khả năng chống sốc và từ trường mạnh
- Bảo trì thấp hơn
- Dự trữ năng lượng lâu dài
- Cần pin: có hại cho môi trường
- Duy trì giá trị thấp
Các bộ dao động khác
Đã có nhiều nỗ lực nhằm cách mạng hóa bộ dao động trong suốt lịch sử chế tạo đồng hồ. Một trong những phát minh thú vị nhất trong vài thập kỷ qua là Spring Drive của Grand Seiko. Các kỹ sư của gã khổng lồ đồng hồ Nhật Bản đã cho ra mắt chiếc đồng hồ đeo tay thạch anh được sản xuất hàng loạt đầu tiên, đã kết hợp được độ chính xác của bộ dao động tinh thể thạch anh với sự hấp dẫn của một chuyển động cơ học.
Zenith cũng đã có bước đột phá mới với “Zenith Oscillator” được giới thiệu cách đây vài năm. Bộ dao động này chỉ có một thành phần duy nhất được làm từ silicon đơn tinh thể thay thế cả bánh xe cân bằng và bộ thoát. Tần số dao động là 15 Hz, khiến các chuyển động sử dụng công nghệ này trở thành chuyển động cơ học chính xác nhất mọi thời đại, ít nhất là theo Zenith.
