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배경

시간을 결정하는 가장 오래된 방법은 하늘에서 태양의 위치를 ​​관찰하는 것입니다. 태양이 바로 머리 위에 있을 때 시간은 대략 정오 12시입니다. 약간 나중에 개발되고 개인의 판단에 덜 좌우되는 것은 해시계의 사용입니다. 낮 시간 동안 햇빛은 보정된 다이얼 중앙에 위치한 수직 기둥에 떨어지므로 다이얼에 그림자를 드리우고 독자에게 비교적 정확한 시간 판독값을 제공합니다.

14세기 기계식 시계의 발명은 시간을 측정하는 보다 간결하고 일관성 있는 방법을 제공하여 큰 발전을 이뤘습니다. 기계식 시계에는 떨어지는 추와 추(또는 나중에 감긴 스프링)로 구동되는 복잡한 일련의 바퀴, 기어 및 레버가 포함됩니다. 이 조각들은 함께 다이얼에서 손을 움직여 시간을 표시합니다. 시간, 30분, 4분의 1시에 차임이나 징이 추가되는 것은 곧 이어졌습니다. 18세기에 이르러 가정에서 사용하는 더 작은 시계를 사용할 수 있게 되었고 이전 시계와 달리 케이스에 밀봉되어 봉인되었습니다.

움직이는 부품의 솜씨가 더 엄격할수록 시계는 더 정확해졌습니다. 발명에서 20세기 중반까지 시계 제작의 발전은 움직이는 부품이 가능한 한 정확하게 작동하도록 하는 데 중점을 두었습니다. 금속 기술과 소형화의 발전, 작은 부품의 윤활, 가장 스트레스를 받는 지점(보석 무브먼트)에 처음으로 천연 사파이어(그리고 나서 인공 사파이어)를 사용하는 것은 모두 시계 과학의 필수 구성 요소가 되었습니다. 19세기 말경에는 지름이 2~3인치(5~7센티미터) 정도인 작은 회중시계가 출시되었습니다. 기계식 손목시계는 1960년대까지 미국에서 일상적인 품목이었습니다. 그러나 시계와 시계 제작자가 직면한 핵심 문제는 동일하게 유지되었습니다. 기계 부품이 마모되고 부정확해지고 파손되는 것입니다.

제2차 세계 대전 직후 몇 년 동안 원자 물리학에 대한 관심은 원자 시계의 개발로 이어졌습니다. 방사성 물질은 알려진 일정한 속도로 입자(붕괴)를 방출합니다. 시간을 맞추기 위해 딸깍거리는 기계식 시계의 부품은 방사성 원소에 의해 입자가 방출될 때마다 시계의 움직임을 자극하는 장치로 대체될 수 있습니다. 덧붙여서, 원자시계는 여전히 만들어지고 판매되고 있으며, 그것들은 일관되게 정확한 것으로 밝혀졌습니다.

1970년대와 1980년대에 마이크로칩이 개발되면서 새로운 형태의 시계가 발명되었습니다. 마이크로칩 기술과 수정 수정이 결합된 손목시계가 표준이 되었습니다. 오늘날 만들어진 비 석영 손목시계는 거의 없습니다. 마이크로칩은 시계 다이얼에 지속적으로 신호를 보내는 데 사용됩니다. 움직이는 부분이 있는 기계장치가 아니기 때문에 마모되지 않습니다.

시계에 석영을 사용하는 것은 압전기로 알려진 오래 전부터 알려진 유형의 전기를 사용합니다. 압전은 석영이 전기적 및/또는 기계적 압력 (piezo "누르다"를 의미하는 그리스어 동사에서 파생됨). 쿼츠 시계는 배터리 의 전기를 받는 쿼츠 조각의 전기를 사용합니다. 보내다 쿼츠 시계의 핵심은 작은 석영 조각입니다. 자연적인 형태로 석영은 먼저 거대한 주전자나 오토클레이브에 넣습니다. 오토클레이브 상단에는 원하는 결정 구조를 가진 석영의 씨앗이나 작은 입자가 매달려 있습니다. 알칼리성 물질을 오토클레이브의 바닥으로 펌핑하고 오토클레이브를 고온으로 가열하여 석영을 뜨거운 알칼리성 액체에 용해시키고 증발시켜 종자에 침착시킨다. 약 75일 후에 챔버를 열 수 있으며 새로 성장한 수정을 제거하고 올바른 비율로자를 수 있습니다. 하나 이상의 마이크로칩에 대한 규칙적이고 셀 수 있는 일련의 신호(진동). (반대로 전기 벽시계는 벽 전류의 규칙성을 사용하여 시간을 추적합니다.)

가장 정확한 쿼츠 시계는 발광 다이오드(LED) 를 통해 생성된 전자 제어 디지털 디스플레이에 시간이 표시되는 시계입니다. 또는 액정 디스플레이(LCD). 물론 마이크로프로세서가 시계 화면에서 바늘을 움직이게 하는 기계 장치에 신호를 보내 아날로그 디스플레이를 만드는 것도 가능합니다. 그러나 바늘은 기어 트레인으로 알려진 시계의 일부를 통해 기계적으로 작동되기 때문에 아날로그 시계는 일반적으로 디지털만큼 정확하지 않고 마모될 수 있습니다. 두 유형의 시계 모두 엄청난 정확도를 달성했으며 디지털 시계는 일반적으로 한 달에 3초 이내로 정확합니다.

원자재

전자 시계는 플라스틱과 합금 금속을 포함하여 가장 현대적인 재료를 많이 사용합니다. 케이스는 플라스틱이나 금속으로 만들 수 있습니다. 금속 케이스가 있는 시계에는 종종 스테인리스 스틸 이 포함됩니다. 역행. 마이크로칩은 일반적으로 실리콘으로 만들어지고 LED는 일반적으로 갈륨 비소, 갈륨 인화물 또는 갈륨 비소 인화물로 만들어집니다. LCD는 유리 조각 사이에 끼워진 액정으로 구성됩니다. 부품 사이의 전기 접점은 일반적으로 소량의 금 으로 만들어집니다. (또는 금도금됨); 금은 거의 이상적인 전기 전도체이며 극소량으로도 성공적으로 사용할 수 있습니다.

제조
프로세스

이 섹션에서는 LED 디스플레이가 있는 석영 디지털 시계에 중점을 둘 것입니다. 이러한 시계의 조립은 신중하고 체계적으로 수행되어야 하지만 제조 공정의 가장 중요한 측면은 구성 요소의 제조에 있습니다.

석영

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1 쿼츠 시계의 심장은 작은 석영 조각입니다. 인공적으로 생산된 석영은 다이아몬드 톱으로 제조사에서 절단되어 시계 제작자에게 보내져 사용됩니다. "성장된" 석영의 생산은 이 과정에서 중요한 단계입니다.

천연 형태의 석영은 먼저 거대한 주전자나 오토클레이브(의사와 치과의사가 기구를 소독하는 데 사용하는 것과 동일한 장치)에 넣습니다. 오토클레이브 상단에는 석영의 씨앗 또는 작은 입자가 매달려 있습니다. 시계 조립에서 전체 크리스탈 및 마이크로칩 세트는 회로 기판에 설치됩니다. 수정에 전력을 생산하고 LED 디스플레이에 전원을 공급하는 배터리도 설치됩니다. 원하는 결정 구조로 알칼리성 물질이 오토클레이브의 바닥으로 펌핑되고 ​​오토클레이브는 대략 화씨 750도(섭씨 400도)의 온도로 가열됩니다. 천연 석영은 뜨거운 알칼리성 액체에 용해되고 증발하여 종자에 침착됩니다. 스스로 침전하면서 종자의 결정 구조 패턴을 따릅니다. 약 75일 후에 챔버를 열 수 있으며 새로 성장한 수정을 제거하고 올바른 비율로자를 수 있습니다. 절단의 다양한 각도와 두께로 인해 예측 가능한 진동률이 발생합니다. 손목시계에 사용되는 석영의 원하는 진동 속도는 초당 100,000 메가헤르츠 또는 100,000 진동입니다.

2 가장 효과적으로 작동하려면 석영 조각을 일종의 진공 챔버에 밀봉해야 합니다. 가장 일반적으로 석영은 일종의 캡슐에 배치되며 양쪽 끝에 와이어가 부착되어 캡슐을 납땜하거나 회로 기판에 연결할 수 있습니다.

마이크로칩

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3 수정(진동 생성)을 통해 배터리에서 생성된 전자 리드는 "주파수 분할 회로" 역할을 하는 마이크로칩으로 이동합니다. 석영과 마찬가지로 마이크로칩 제조도 시계 제조업체에 공급업체가 수행합니다. 마이크로칩을 만드는 광범위하고 복잡한 공정에는 미세한 이산화규소 조각에 미세한 전자 회로를 화학적 및/또는 x-선 에칭하는 작업이 포함됩니다.

4 초당 100,000회 정도의 진동률이 1 또는 60회 또는 기타 관리 가능한 진동 수로 줄어듭니다. 그런 다음 새로운 진동 패턴이 "카운터 디코더 드라이버"로 작동하는 다른 마이크로칩으로 전송됩니다. 이 칩은 실제로 받는 진동을 계산합니다. 초당 60번의 진동이 있는 경우 칩은 1초마다 LED의 판독값을 변경합니다. 3,600번의 진동(60 x 60) 후에 카운터는 몇 분 동안 판독값을 변경하도록 LED에 지시합니다. 그리고 60 x 60 x 60 진동(216,000) 후에 카운터는 시간 판독값을 변경합니다.

조립

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5 수정과 마이크로칩의 전체 세트는 회로 기판에 설정됩니다. 기판에는 수정에 전기를 공급하고 LED 디스플레이에 전원을 공급하는 배터리를 보관할 수 있는 공간이 있습니다. 일반적으로 배터리를 위한 공간은 케이스 뒷면을 향하는 면의 바깥쪽에 있습니다. 배터리는 시계 뒷면을 제거하고 기존 배터리를 털어낸 다음 새 배터리를 넣으면 교체할 수 있습니다.

6 시계를 설정하는 데 사용되는 메커니즘이 연결됩니다. 이 메커니즘에는 시계 케이스 너머로 확장되는 두 개의 핀이 포함됩니다. 하나의 핀을 통해 카운터 회로는 초, 분 또는 시간 중에서 재설정할 판독값을 알 수 있습니다. 두 번째 핀을 여러 번 눌러 디스플레이를 원하는 판독값으로 가져옵니다.

7 그런 다음 배터리와 함께 전체 회로 기판을 케이스에 닫고 손목 끈을 부착합니다.

추가 시계 기능

쿼츠 시계의 마이크로칩은 많은 양의 정보를 담을 수 있기 때문에 공학적인 관점에서 보면 시계에 다른 기능을 큰 어려움 없이 추가할 수 있습니다. 카운터 회로에 연결된 케이스의 추가 푸시 버튼은 알람, 조수 정보 등을 제공할 수 있습니다. 마이크로칩은 버튼을 눌러 정의된 양만큼 시계를 앞으로 또는 뒤로 설정하도록 쉽게 프로그래밍할 수 있으므로 소유자가 다른 시간대의 시간을 결정할 수 있거나 두 개, 세 개 또는 그 이상의 시간대 시간을 가질 수 있습니다. 순차적으로 표시됩니다.

품질 관리

전자 시계의 모든 구성 요소는 엄격한 품질 관리 시스템에 따라 제조됩니다. 예를 들어, 석영 수정은 시계에 사용되기 전에 주파수 테스트를 거칩니다. 아주 작은 먼지 입자라도 칩을 무용지물로 만들 수 있기 때문에 마이크로칩은 특별히 여과된 ​​공기가 있는 "클린룸" 환경에서 만들어야 합니다. 마이크로칩은 주의 깊게 검사되며 사용 전에 정확성에 대한 벤치 테스트도 거칩니다.

시계가 제조된 후 시장에 출하되기 전에 다시 테스트를 거칩니다. 시간 측정 정확도 외에도 떨어뜨리거나 남용한 후에도 계속 적절하게 작동해야 하는 낙하 테스트를 거쳤습니다. 온도 테스트; 그리고 물 테스트. 시계 제작자는 적절한 테스트와 증거를 통해 시계가 알려진 특정 사양에서 "방수성"이라고 주장할 수 있지만 특정 사양이 없으면 지정이 의미가 없기 때문에 시계가 "방수성"이라고 말하는 것은 부정확합니다.

대형 시계 회사는 모든 부품을 자체적으로 제작하여 제품 품질 표준이 제조 공정의 가장 초기 단계에 적용되도록 합니다.

미래

오늘날의 전자 시계는 설계상 매우 정확하기 때문에 시계 제조업체가 목표로 하는 목표는 정확성만이 아닙니다. 제품의 향후 변경은 시계에 계산기 기능을 추가하거나 착용자가 길을 잃거나 문제가 발생한 경우 추적 가능한 신호를 보낼 수 있는 무선 송신기 추가와 같은 다른 분야의 다른 기술을 활용할 것입니다.