@BobT – En række gode quartz spørgsmål. - Den beskrivelse anvender man altid, når spørgsmålet giver grå hår i hovedet
Både som geolog, ur- & instrument interesseret og i det hele taget interesseret i ”hvordan ting virker” – har quartz altid haft min opmærksomhed.
Quartz er lige så gammel som kloden; men menneskets kundskab om mineralet, har nærmest haft en eksplosiv vækst blot de sidste 100 år.
Før 1880 vidste man ikke ret meget mere om quartz, end at det kunne findes i naturen som smukke sekskantede krystaller, f.eks. den gennemsigtige Bjergkrystal, den violette Ametyst og den gule Citrin.
På grund af den smukke form og mulighed for at polere krystallet, anvendtes det ofte som smykkesten, og var bortset fra sin hårdhed (Moh’s skala = 7) ikke kendt for synderligt mere.
1880 opdagede brødrene Curie, at quartz er piezoelektrisk, altså at det afgiver en spænding ved deformation og ligeledes deformerer når det pålægges en elektrisk spænding.
Denne opdagelse er central i vor nutidige anvendelse af mineralet, og medførte senere en massiv forskning i materialets egenskaber.
I 1927 byggede Warren Morrison på Bell telephone Laboratory det første brugbare quartz ur, der I løbet af de næste 30 år fortrængte de mekaniske observatorie ure.
Urene var udelukkende til stationært brug, da de stadig havde køleskabsstørrelse.
At få quartz uret ned i armbåndsurs størrelse, afventede en anden revolutionerende opdagelse.
Den kom i slutningen af 40’erne og begyndelsen af 50’erne, hvor de første transistorer så dagens lys.
Først som Germanium transistorer og senere som Silicium transistorer. Forskningen i Silicium havde ”spinn off” på forskningen i quartz, og det førte frem til det første quartz armbåndsur.
1969 Seiko lancerer det første quartz armbåndsur, (Seiko Astron). Forskningen i quartz boomede.
Som oscillator i armbåndsure, har quartz været anvendt i mange forskellige former, f.eks. i (firkantet) barre form i Beta21, i linseform som i Ω Marine Chronometer og i stemmegaffelform
De forskellige former gav forskellige elektriske egenskaber, og havde forskellige produktionsomkostninger, hvor stemmegaffel formen er billigst at masse producere i ensartet kvalitet.
De forskellige former medførte forskellige egenskaber, og ligeledes hvordan man skar sit element ud af den oprindelige quartz stang.
Quartz er anisotropisk. Det vil sige at det har forskellige egenskaber langs sine krystalakser.
Ved at lægge sin skæring langs med, eller vinklet på en eller flere krystal akser, kan man fremme en eller kombinere flere egenskaber.
Ved vinklingen af skæringen, kan man principielt vælge mellem 3 hovedegenskaber:
# optiske
# mekaniske, og
# elektriske.
Figuren med kurveskarerne, der er vist i posten ovenfor, er egenskaberne for en krystal skåret ved en AT skæring (AT cut).
Bogstavet ”T” betyder at skæringen er temperatur kompenserende. Det indledende ”A” er den første skæring man udtænkte til temperatur kompensering.
Kurveskarerne har principielt form som et 3-die grads polynomium, med et ”fladt” stykke, hvor den søgte egenskab er særligt udtalt.
For AT skæringen er det altså ingen, eller ringe temperaturpåvirkning i det valgte driftsområde.
Denne egenskab er ingen selvfølge.
Nedenfor er indsat temperatur afvigelsen for et quartz krystal, udformet som en stemmegaffel.
Det ses, at krystallen kun har ideelle egenskaber i et snævert område omkring (brugs) ideal temperaturen. For henholdsvis højere og lavere temperatur, vil uret gå for langsomt.
Det vil, i modsætning til AT-skæringen - sige, at et ”besøg på den for varme side” ikke vil blive kompenseret af et evt. ”besøg på den for kolde side”.
Med andre ord: ”et besøg udenfor idealområdet, medfører tabte sekunder, der aldrig indvindes”.
Både AT-skæringens lange temperatur neutrale driftsområde og ”for meget udkompenseres af for lidt”, medfører en kolossal forskel i ydelse, og også i hvor høj grad uret er efterspurgt af HEQ entusiaster.
I streng faglig tale, er AT-skæringen ikke temperatur kompenseret. Den er temperatur stabiliseret.
Med effekten af, ”at en over temperatur udkompenseres af en under temperatur”, kan man strække sig til, at AT-skæringen er passivt kompenserende.
Blandt de aktivt kompenserende quartz ure, er den legendariske Rolex Oyster Quartz et lysende eksempel.
Princippet i Oyster Quartz er TCVCXO (Temperature Compensated Voltage Controlled X-tal Oscillator), eller lidt mere mundret:
En temperatur kompenseret spændingsstyret krystal oscillator.
Ligeledes meget mundret forklaret: ”Rolex har stukket et stegetermometer ind i urværket” – en termistor registrerer temperaturen i værket, og styrer spændingen på oscillatoren.
Herved opnås en gang konstans på 20-30 sek/år.
Temperatur kompenseringen i kaliber 1441 er endnu mere elaboreret.
På nedenstående illustration fra Steve Waddington’s
Old-Omegas – caliber 1441
… findes en del af forklaringen.
Der er 2 krystaller i værket. Driftskrystallet fungerer på standardmæssige 32 KHz, mens det Ω kalder ”a quartz thermometer” er et master krystal, der svinger på 262 KHz.
På grund af de forskellige svingnings tal, siger man at deres bølgetog er faseforskudt. Division af master og slave svingningstal giver en faseforskydning på ca. 1:8.
En temperaturpåvirkning, vil ændre denne faseforskydning radikalt.
En tilstrækkelig stor ændring af faseforskydningen, vil medføre at logikken i kaliber 1441 vil vælge en ny temperatur karakteristik, blandt en sværm af parallelforskudte karakteristikker.
I forhold til Oyster Quartz, er Seamaster 200’s kaliber 1441 således digitalt temperaturkompenseret; mens Oyster Quartz er analogt kompenseret.
BobT Skrev:#2 Kan der for cal. 1441 siges, at en stigning på 1°C medfører en konstant ændring i præcisionen (∆ sek/måned)?
Som jeg (foreløbig) har tolket af litteraturen, vil den temperatur forøgelse blot medføre en (konstant) forskydning af karakteristikken, og dermed kompensering af (ellers)tabt nøjagtighed.
Jeg havde en kilde, hvor det var beskrevet, ved hvilke niveauer logikken skiftede, men sådan er det jo ofte: jeg ved jeg har set den; men hvor????
(jeg skal dog nok komme efter den )
BobT Skrev:#3 Er der andre udefra komne faktorer der påvirker præcisionen?
(Her tænkes på om magnetisme eller andet kan påvirke)
Temperaturen er den alt afgørende fejlkilde på quartz ure. Stærke magnetfelter vil i værste fald inducere en spænding i steppermotoren, som værket næppe vil kunne lide.
(her tror jeg vi skal have McAllan på banen, for ham tiltror jeg, at have bedre overblik over dette forhold)
BobT Skrev:#4 I forhold til Quartz ure tales der ofte om ∆ sek/år. Hvor lang en observationsperiode skal der til, for at kunne validere målingen?
De allermest (vidunderligt) nørdede HEQ-entusiaster råder både over oscilloskop og frekvenstællere, hvormed de måler direkte på et opsamlet signal fra svingningskredsen.
Så kan en nøjagtighedsmåling og ∆ drift pr. °C udmåles på nogle timer, og nøjagtigheden kan realistisk omsættes til afvigelse pr. år.
Vi andre har nok kun den ”hårde” vej med observation over lang tid
BobT Skrev:#5 Når værket kan stilles/påvirkes til at gå ±0,33 sek/måned, skal man så minimum måle over en måned før en ny justering kan foretaget?
Uden special udstyr, tror jeg (uden at have andet end en tro) at det vil være minimums tiden mellem justeringer.
BobT Skrev:#6 Hvilken målemetode anvendes? Jeg tænker på om stopursmetode er nøjagtig nok eller om videometode er nødvendig jf. Methods of Determining the Accuracy of a Watch
jeg vil mene, at reaktionstid med stopursmetoden bliver for stor en fejlkilde, og at man derfor er henvist til videometoden.
Anvendt litteratur:
Introduction to Quartz Frequency Standards - Quartz and the Quartz Crystal Unit
Iøvrigt et lille tankevækkende citat fra kilden:
Of the man-grown single crystals, quartz, at more than 2000 tons per year (in 1991), is second only to silicon in quantity grown.
Mere end 2.000 tons pr. år!!!! – det bliver godt nok til et anseeligt antal quartz ure og PC’er om året
Med venlig hilsen - Geodoc
![[-]](https://urdebatten.dk/images/collapse.png)
... sølle 18 minutter tog det, før den korrekte besvarelse dukkede op - Respekt!
