Quartz, Kinetic eller Automatic?

[Geodoc]

Claus_K Skrev:Hej Brian - og velkommen til

… og det skriver jeg også.

Claus_K Skrev:Et quartz-ur er godt nok mere præcist, men de fleste ur-entusiaster er af den opfattelse, at det mangler "sjæl".
Og du vil også opdage, at der er længere (læs: langt) mellem begejstringen for quartz herinde. Sekundviseren på et quartz tikker med ét slag pr. sekund.

… og det kan ikke siges bedre, end at ”der er meget langt mellem kvarts begejstrede på forum”. – men lad så mig som en af de få, supplere.

Mit indlæg er et supplement, for dine spørgsmål kan næppe besvares klarere end Claus_K allerede har gjort.
Supplementet har såmænd bare det formål, at kaste lidt mere lys over kvarts, da jeg ofte konstaterer, at kvarts afvises på grund af forudfattet og almindeligt anerkendt (nem?) holdning.
… så du kan trygt lytte til Claus_K (som jeg er 95 % enig med), og sætte dig ind i følgende, for bedre at kunne afvise kvarts som værende uinteressant og uden sjæl.

Hvad er historien?
Det er en almindelig antagelse, at da William B. Shockley i 1951 opfandt transistoren, så havde man her en universel byggeklods, der var helt færdig, og kunne indbygges i hvad som helst.
Helt forkert! – Der begyndt først at være morgengry i 1958, da Jack S. Kilby (Texas Instruments) udviklede det integrerede kredsløb (IC).

Kvartsuret opfandtes allerede i 1927 af den canadisk fødte Warren Marrison, der var teleingeniør på Bell Telephone Laboratories.
Udviklingen hvilede på tidligere arbejder om piezoelektricitet af W. G. Cady og G. W. Pierce.
I 1940’erne afløste kvartsuret de mekaniske ure på tidsstandard observatorierne.

Så sent som i 1958 konstruerede forskere på Seikosha factory, et praktisk kvartsur til brug på TV stationen CBC (Chubu Broadcasting Corporation) i Nagoya, Japan.
Uret var (fortsat) på størrelse med et køleskab, så der syntes stadig lang vej fra et fungerende kvartsur til et, der kunne placeres på håndleddet.

Hvordan virker ”skidtet” egentligt?
Kvartsurene virker efter det piezoelektriske princip. - Det er bedst kendt fra lightere og findes også indbygget som ”starter” af visse gaskomfurer.
At et materiale er piezoelektrisk betyder, at når det deformeres (påvirkes fysisk), så udsender det en spænding, og hvis det påtrykkes en spænding, så deformerer det.

Det lyder gevaldigt teknisk, så lad os søge en analogi i noget allerede kendt. – Det er ringe apparatet. (figuren nedenfor)



#1 Når strømmen sluttes, løber den gennem hammerafbryderen, gennem spolerne og retur.
#2 Med strøm på spolerne tiltrækker de hammeren (klokke knebelen), der giver et spjæt over mod klokken og siger ding.
#3 Ved ”spjættet” afbrydes strømmen af hammerafbryderen, og hammeren fjedrer tilbage til udgangspositionen
#4 Ved denne bevægelse slutter hammerafbryderen atter strøm, og vi fortsætter fra #2

Analogien med kvartsuret er følgende:
#1 Når der sættes et batteri i et kvartsur, vil driver kredsløbet sende en spændingsimpuls til kvarts krystallet.
#2 Nu giver kvarts krystallet et (piezoelektrisk) ”spjæt” og ændrer form.
#3 Efter form ændringen svinger krystallet tilbage til oprindelig form, og udsender en (piezoelektrisk) spænding.
#4 Denne udsendte spænding er signal til driver kredsløbet om, at sende en ny impuls, og vi fortsætter fra #2.

Erstatter vi ordene: hammer og krystal med: Stemmegaffel, har vi også en rimelig forståelsesmæssig analogi til stemmegaffel uret. (Accutron).

Nu vil den almindelige arrogance være tilfredsstillet, for nu har vi forstået det der med de konstante svingninger. – Helt forkert.
Vi har fået noget til at svinge; men står aldeles uden noget, der kan vise klokken.

I 1962 grundlægger de 20 største schweiziske urmærker, CEH (Centre Electronique Horloger de Neuchâtel), og står klar med et kvarts urværk (Beta21) i 1967.
I Beta 21 svingede et kvartskrystal på 8,192 KHz. Denne frekvens neddeltes med 32 til 256 Hz, der fødtes til en Omega produceret mikromotor.
Denne motor påvirkede et ganghjul 256 gange i sekundet og trak et ”urværk”.
Når der er anvendt ” ” er det fordi, i et egentligt urværk løber kraften fra fjederhuset, gennem løbeværket og frem til ganghjulet; mens kvartsuret sender kraften den modsatte vej.
Nu er hvert sekund inddelt i 256 ”bidder”, og kvartsurets sekundviser bevæger sig fuldstændig flydende. (Hov Claus_K; den havde du ikke set komme )

Der er nu ingen grund til at ”hænge Claus_K ud, for den senere udvikling af kvartsurene medførte yderligere reduktion af de mekaniske (urværks)dele med ”dead second” stepper motoren.
Altså, at det er fuldstændig korrekt, at i mere end 99 % af nutidens kvartsure ”rykker” sekundviseren med 1 sekund ad gangen.
Et fænomen ”kvartshadere” elsker at hade.

I 1972 valgte Ω at ”sætte tingene på plads”, og anvendte den nye kvarts teknologi til at udvikle ”verdens mest præcise armbåndsur”.
Resultatet af anstrengelserne var MegaQuartz2400 Marine Chronometer. Indenfor sin gruppe af ”high end quartz” ure, er det stadig verdens mest præcise. Specifikationen er: ± 12 sek/år.
Der er senere udviklet mere præcise kvartsure, helt ned under ±3 sek/år; men de hviler på andre konstruktionsprincipper.

At udvikle Marine Chronometer, svarer i sværhedsgrad til nutidens urhuse, der lejlighedsvis producerer kolossalt komplicerede ure med tourbillon, minute repeater, evighedskalender og jeg skal komme efter dig.
Kort sagt, at urhusene af og til sætter sig for at bygge et ur, ”der er umuligt”.
Når det er mekanisk, er det naturligvis beundringsværdigt. Er det kvarts er det nærmest snyd og noget latterligt skrammel. - Helt forkert!

I udviklingsarbejdet kæmpede Ω med kredse (transistorer), der var tilstrækkeligt hurtige til, at de kunne behandle signaler i højfrekvens området.
For at et digitalt kredsløb skal fungere korrekt, er der strenge krav til, hvordan det slutter og bryder en elektrisk spænding.
Et perfekt digitalt signal, ser ud som på nedenstående figur.



Man ser impulsen forme en fuldstændig firkantet figur, med lodrette flanker og fuldstændigt vandret forløb.

I elektronikkens barndom var dette sandelig ikke en selvfølge, og navnlig ikke når man satte teknologien under pres ved at gå op i frekvens.
Så er vi netop i ”det umulige område”, hvor Ω befandt sig med Marine Chronometer.

På nedenstående figur ses nogle af de fænomener, som den daværende teknologi kæmpede imod, og såmænd også i dag, hver gang man ønsker at behandle endnu hurtigere signaler.



På figuren er indtegnet en rød kurve, der beskriver alle de steder det kunne gå galt. Det skal anføres, at når man havde styr på en anomali, introducerede man den næste.
Figuren viser, at det var vanskeligt at få en tilstrækkeligt veldefineret og hurtig kontaktslutning på grund af forflanke tøven.
Jo mindre man gjorde forflanke tøvningen, desto mere ”ivrig” blev transistoren for at reagere hurtigt, hvorefter man introducerede over shot.
I bestræbelserne for at opnå et stabilt spændingsniveau, opstod der ringning, altså at spændingen ”flaksede”.
Dæmpning af overshot og ringning medførte fading, altså at kredsen ikke kunne holde konstant spændingsniveau.
Slutteligt havde man problemet med overhovedet at få afviklet impulsen med en veldefineret form, altså bagflanke tøven.

Det siger sig selv, at forøgelse af signalhastighed på kredse, med disse svagheder, medførte en signalform, der i bedste fald var upræcis, og i værste fald uanvendelig.

Efterskrift.
Det er forholdsvis langt ud i skoven at påstå, at med transistoren og de integrerede kredse, havde man universelle byggeklodser, der gjorde bygning af kvartsure til en primitiv og foragtelig disciplin.

At udviklingen af kvartsure foregik med ”raket fart”, kan ses af, at mestrene indenfor de mekaniske ure var et par hundrede år om at bringe temperaturafvigelser under kontrol;
mens den elektroniske industri brugte mindre end 10 år.
Nu har det på ingen måde været min hensigt med ”supplementet”, at søge at overtale nogen til at elske ”tankstationens 50 kroners kvartsur”, eller kvartsure i det hele taget.

Derimod vedstår jeg gerne hensigten, at gøre op med den almindelige opfattelse af, at det var herrenemt, at bygge præcise kvartsure, og at denne disciplin aldrig søgte udfordringerne, som de mekaniske mestre gjorde/gør.

Mekanisk eller kvarts?
- Der er jo forskel på om man fascineres af Københavns Jernbane Damp Galop, eller om man (også?) kan høre ”musikken” i dieselmotorens dundren, generatorens syngen og køleturbinernes fløjten

Med venlig hilsen - Geodoc