鬧鐘

鬧鐘

帶有鬧時裝置的鐘,既能指示時間,又能按人們預定的時刻發出音響信號或其他信號。通常置於台子上使用的稱台式鬧鐘,主要為旅行使用的稱旅行鬧鐘。鬧鐘的機芯結構主要有機械式和石英電子式兩大類,其他如電晶體擺輪遊絲式、音叉式等類型已很少用。日用機械鬧鐘的走時日誤差一般在120秒/日以內,石英電子鬧鐘的走時日誤差一般在0.2秒/日以內。鬧鐘有很多種類,機械的、石英的,自從它被人利用鐘擺的原理髮明以來已經成為人們生活中不能缺少的物品。 周立波《鐵水奔流》三:“鏡架跟前放著一口永遠不鬧,短針老指著五點鐘,就是工廠下班時刻的小鬧鐘。”

基本信息

歷史

中國古代有日晷、水鍾、火鍾、銅壺滴漏等,這只能算是古人的計時器。
沒有嘀嗒嘀嗒的鐘表聲,都不能稱作鐘錶。1090年,北宋宰相蘇頌主持建造了一台水運儀象台,能報時打鐘,它的結構已近似於鐘錶的結構,可稱為鐘錶的鼻祖。每天僅有一秒的誤差。它有擒縱器,正是擒縱器工作時能發出嘀嗒嘀嗒的聲音。這就是鐘錶與計時器的區別。國際鐘錶界都把擒縱器視為鐘錶的心臟。瑞士,有一本世界鐘錶界的權威書刊上寫到:“現代機械鐘錶中使用的擒縱器源自中國古代蘇頌的發明。”宋代,科學家蘇頌又發明了“天球儀”,英國著名科技史家李約瑟的書中,記載:“蘇頌把鐘錶機械和天文觀察儀器結合以來,在原理上已經完全成功,他比羅伯特·胡克先行了六個世紀,比方和斐與胡克同被西方認為是天文鐘表的發明人先行七個半世紀。”12世紀以後,中國鐘錶技術傳入歐洲,歐洲人才造出鐘錶,可以說是中國人開創了人類鐘錶史,並影響著後來西方鐘錶的進展。
1283年在英格蘭的修道院出現史上首座以砝碼帶動的機械鐘。
13世紀義大利北部的僧侶開始建立鐘塔(或稱鐘樓),其目的是提醒人禱告的時間。
鬧鐘鬧鐘

16世紀中在德國開始有桌上的鐘。那些鍾只有一支針,鐘面分成四部分,使時間準確至最近的15分鐘。
17世紀,逐漸出現了鐘擺和法條。它運轉的精度得到了很大的提高。喬萬尼·德·丹第被譽為歐洲的鐘表之父。他用了16年的時間製造出一台功能齊全的鐘,被稱為宇宙渾天儀,它能夠表示出天空中一些行星的運行軌跡,還可以對宗教節日和每天的時間有所反映,它於1364年開始被使用。丹第製造的鐘並不是歐洲的第一台鐘。據說,歐洲第一台能報時的鐘是1335年於米蘭製成的。
1657年,惠更斯發現擺的頻率可以計算時間,造出了第一個擺鐘。1670年英國人威廉·克萊門特(WilliamClement)發明錨形擒縱器。
1695年,英國湯姆平發明了工字輪擒縱機構。後來,同國的格雷厄姆發明了靜止式擒縱機構。
1728到1759年,航海鍾問世。
1765年,自由錨式擒縱機構誕生。
1797年,美國人伊萊·特里(EliTerry)獲得一個鐘的專利權。他被視為美國鐘錶業的始祖。
1840年,英國的鐘表匠貝恩發明了電鐘。
1946年,美國的物理學家利比博士弄清楚了原子鐘的原理。於兩年後,創造出了世界上第一座原子鐘,原子鐘至今也是最先進的鐘。它的運轉是藉助銫、氨原子的天然振動而完成的,它可以在300年內都能準確運轉,誤差十分小。
18到19世紀,鐘錶製造業逐步實行了工業化生產。
20世紀,開始進入石英化時期。

發展

世界鐘錶

公元1300年以前,人類主要是利用天文現象和流動物質的連續運動來計時。例如,日晷是利用日影的方位計時;漏壺和沙漏是利用水流和沙流的流量計時。
東漢張衡製造漏水轉渾天儀,用齒輪系統把渾象和計時漏壺聯結起來,漏壺滴水推動渾象均勻地鏇轉,一天剛好轉一周,這是最早出現的機械鐘。北宋元祜三年(1088)蘇頌和韓公廉等創製水運儀象台,已運用了擒縱機構。
1350年,義大利的丹蒂製造出第一台結構簡單的機械打點塔鍾,日差為15~30分鐘,指示機構只有時針;1500~1510年,德國的亨萊思首先用鋼發條代替重錘,創造了用冕狀輪擒縱機構的小型機械鐘;1582年前後,義大利的伽利略發明了重力擺;1657年,荷蘭的惠更斯把重力擺引入機械鐘,創立了擺鐘。
1660年英國的胡克發明遊絲,並用後退式擒縱機構代替了冕狀輪擒縱機構;1673年,惠更斯又將擺輪遊絲組成的調速器套用在可攜帶的鐘表上;1675年,英國的克萊門特用叉瓦裝置製成最簡單的錨式擒縱機構,這種機構一直沿用在簡便擺錘式掛鍾中。
1695年,英國的湯姆平發明工字輪擒縱機構;1715年,英國的格雷厄姆又發明了靜止式擒縱機構,彌補了後退式擒縱機構的不足,為發展精密機械鐘錶打下了基礎;1765年,英國的馬奇發明自由錨式擒縱機構,即現代叉瓦式擒縱機構的前身;1728~1759年,英國的哈里森製造出高精度的標準航海鍾;1775~1780年,英國的阿諾德創造出精密表用擒縱機構。
18~19世紀,鐘錶製造業已逐步實現工業化生產,並達到相當高的水平。20世紀,隨著電子工業的迅速發展,電池驅動鍾、交流電鐘、電機械錶、指針式石英電子鐘錶、數字式石英電子鐘錶相繼問世,鐘錶的日差已小於0.5秒,鐘錶進入了微電子技術與精密機械相結合的石英化新時期
有關鐘錶的演變大致可以分為三個演變階段,那就是:
一、從大型鐘向小型鐘演變。
二、從小型鐘向袋錶過渡。
三、從袋錶向腕錶發展。每一階段的發展都是和當時的技術發明分不開的。
出現第四個演變:由順時針計時改變為逆時針計時。
1088年,宋朝的科學家蘇頌和韓工廉等人製造了水運儀象台,它是把渾儀、渾象和機械計時器組合起來的裝置。它以水力作為動力來源,具有科學的擒縱機構,高約12米,七米見方,分三層:上層放渾儀,進行天文觀測;中層放渾象,可以模擬天體作同步演示;下層是該儀器的心臟,計時、報時、動力源的形成與輸出都在這一層中。雖然幾十年後毀於戰亂,但它在世界鐘錶史上具有極其重要的意義。由此,中國著名的鐘表大師、古鐘錶收藏家矯大羽先生提出了“中國人開創鐘錶史”的觀點。
14世紀在歐洲的英、法等國的高大建築物上出現了報時鐘,鐘的動力來源於用繩索懸掛重錘,利用地心引力產生的重力作用。15世紀末、16世紀初出現了鐵制發條,使鐘有了新的動力來源,也為鐘的小型化創造了條件。1583年,義大利人伽利略建立了著名的等時性理論,也就是鐘擺的理論基礎。
1656年,荷蘭的科學家惠更斯套用伽利略的理論設計了鐘擺,第二年,在他的指導下年輕鐘匠S.Coster製造成功了第一個擺鐘。1675年,他又用遊絲取代了原始的鐘擺,這樣就形成了以發條為動力、以遊絲為調速機構的小型鐘,同時也為製造便於攜帶的袋錶提供了條件。
18世紀期間發明了各種各樣的擒縱機構,為袋錶的進一步產生與發展奠定了基礎。英國人GeorgeGraham在1726年完善了工字輪擒縱機構,它和之前發明的垂直放置的機軸擒縱機構不同,所以使得袋錶機芯相對變薄。另外。
1757年左右英國人ThomasMudge發明了叉式擒縱機構,進一步提高了袋錶計時的精確度。這期間一直到19世紀產生了一大批鐘錶生產廠家,為袋錶的發展做出了貢獻。19世紀後半葉,在一些女性的手鐲上裝上了小袋錶,作為裝飾品。那時人們只是把它看成是一件首飾,還沒有完全認識到它的實用價值。直到人類歷史進入20世紀,隨著鐘錶製作工藝水平的提高以及科技和文明的巨大變革,才使得腕錶地位的確立有了可能。
20世紀初,護士為了掌握時間就把小袋錶掛在胸前,人們已經很注重它的實用性,要求方便、準確、耐用。尤其是第一次世界大戰的爆發,袋錶已經不能適應作戰軍人的需要,腕錶的生產成為大勢所趨。1926年,勞力士表廠製成了完全防水的手錶表殼,獲得專利並命名為oyster,第二年,一位勇敢的英國女性MercedesGleitze佩帶著這種表完成了個人游泳橫渡英倫海峽的壯舉。這一事件也成為鐘錶歷史上的重要轉折點。從那以後,許多新的設計和技術也被套用在腕錶上,成為真正意義上的帶在手腕上的計時工具。緊接著的二戰使腕錶的生產量大幅度增加,價格也隨之下降,使普通大眾也可以擁有它,腕錶的年代到來了!

中國鐘錶

從中國水運儀像台的發明到現代各國都在研製的原子鐘這幾百年的鐘表演變過程中,我們可以看到:
各個不同時期的科學家和鐘錶工匠用他們的聰明的智慧和不斷的實踐融合成了一座時間的隧道,同時也為我們勾勒了一條鐘錶文化和科技發展的軌跡。關於中國的鐘表史,得從三乾多年前說起,中國祖先最早發明了用土和石片刻製成的“土圭”與“日規”兩種計時器,成為世界上最早發明計時器的國家之一。到了銅器時代,計時器又有了新的發展,用青銅製的“漏壺”取代了“土圭”與“日規”。東漢元初四年張衡發明了世界第一架“水運渾象”,此後唐高僧一行等人又在此基礎上借鑑改進發明了“水運渾天儀”、“水運儀象台”。至元明之時,計時器擺脫了天文儀器的結構形式,得到了突破性的新發展。元初郭守敬、明初詹希元創製了“大明燈漏”與“五輪沙漏”,採用機機械結構,並增添盤、針來指示時間,其機械的先進性便明顯地顯示出來,時間性電益見準確。
十九世紀末期,中國造鐘工藝達到了一個嶄新的水平。1875年由上海“美利華”作坊製造的南京鐘,屏風式樣,鐘面鍍金,鐫刻花紋,以造型古樸典雅、民族風格鮮明和報時清脆、走時準確而聞名于海內外,曾於1903年在巴拿馬國際博覽會上獲特別獎。
中國近代機械制鐘工業始於1915年。民族實業家李東山出資在煙臺開辦了中國時鐘製造業的第一家鍾廠—一煙臺寶時造鐘廠。並在1918年自製成功第一批座掛鍾投放市場。1927年,煙臺第二家造鐘廠一一永康造鐘公司開業。到1937年,煙臺鐘錶工業已擁有6家企業和相當的生產規模。據1934年的統計,僅德順興、永康、慈業三家造鐘廠已擁有職工1416人,擁有各類從德、英、法等國進口的生產設備149台,年生產座掛鍾10.88萬隻。產品不僅銷往華北、華東、東北、華南各大商埠,還銷往新加坡、菲律賓、馬來西亞、印度尼西亞、夏威夷等十多個國家和地區。
新中國成立後,中國鐘錶工業得到迅速發展,取得了令人矚目的成績。1955年由天津、上海試製出第一批國產手錶。經過三十多年來不斷地進行技術改造和技術改進,中國手錶行業已形成具有相當生產能力和配套完整的工業體系。1988年手錶產量達6700多萬隻,其中石英電子表2900多萬隻,手錶產量居世界第四位。在品種方面,已成批生產機械男表、女表、日曆表、雙歷表、自動表、懷表、秒表、數字式和指針式石英表等。在質量上,手錶的走時精度已達到國際同類產品的水平,現較為出名的有東風、上海、寶石花、海鷗等牌號。在製作鐘的方面,主要以福建為主。十年,一時間商城的商品,在包括引領時尚潮流的歐洲,與南、北美,中東,東南亞等超過50多個國家和地區銷售超過80,000,000個,並與迪士尼、夢工廠、可口可樂、賓士等全球超過100個頂級品牌有過深厚合作經驗。
2009年,第一塊逆時針鐘錶將在廈門試製成功。
中國的鐘表市場上出現了一種新的市場:網上市場。這個就是電子商務在傳統行業中起到重大作用的一種表現方式,作為全球首個綜合行業商業信息集合平台,匯聚各行各業的代銷產品展銷信息、代理項目招商信息、直銷產品供應信息等。具有能同時服務於經銷商、代理商、採購商的特點。生意家是經銷商、代理商資源最多的網站。其中:展吧更適合代銷產品展銷,招商更適合代理項目招商,供應更適合產品批零直銷具有廣告傳播功能,比阿里巴巴等b2b,具有更多的經銷商、代理商,較百度等搜尋引擎,則是分類信息豐富、銷售和招商功能強,經銷商、採購商多。

分類

機械鬧鐘的機芯結構 

鬧鐘鬧鐘

包括走時和鬧時兩大系統。①走時系統(見機械鐘錶機構)。其中的原動系以發條為貯能元件,所貯能量一般有1天的和8天的兩種。貯能1天的鬧鐘常採用不帶發條盒的結構;傳動系中的齒輪常採用修正擺線的銷形嚙合,其小齒輪(齠輪)以圓柱形鋼絲作輪齒;擒縱機構多採用銷釘式(俗稱粗馬),它以圓柱形鋼絲作叉銷,成本較低,但走時精度亦較低;振動系統採用擺輪遊絲式。由於擺輪的轉速較高,振動周期為0.6秒的擺輪,擺輪軸與擺軸承在24小時中往復轉動摩擦達28.8萬次,因而對擺支承的結構和材料的選擇直接影響到鐘的壽命。為提高壽命,中國生產的鬧鐘的擺輪軸與擺軸承採用圓柱形配合結構,擺輪軸頂端為較大曲率半徑的球面,擺軸承用廉價的玻璃鑽,這種面接觸或線接觸成倍地延長了鐘的維修周期和走時壽命。遊絲常採用磷青銅基合金製成。②鬧時系統:通常包括鬧時原動機構、傳動機構、擒縱機構和對鬧機構 4個部分。鬧時原動機構也可與走時原動機構共用一根發條,但在發條軸上增加有限位機構,以控制鬧時釋放發條的長度;鬧時擒縱機構對振動周期等時性要求不高,故常採用無固有振動周期的擒縱調速器而不用擺輪和遊絲,打錘安裝在叉軸上。機械式音樂鬧鐘上還帶有以鬧發條驅動的帶撥針的滾輪,撥針按曲譜排列,撥動音簧,演奏出音樂。

石英電子鬧鐘的機芯結構

也包括走時和鬧時兩大系統。①走時系統:指針式石英電子鬧鐘的走時系統包括石英諧振器、CMOS積體電路(分頻和驅動)、步進電機(將電能轉換為機械能)、計數和傳動機構、指針機構等部件;數字式石英電子鬧鐘的走時系統包括石英諧振器、CMOS集成電路(分頻、計算和驅動)、液晶顯示屏或發光二極體、導電橡膠等部件;此外,指針式和數字式都包括電池、微調電容、夾板和線路版等部件。②鬧時系統:有兩種。一種是以積體電路或電晶體開關電路(分離元件)輸出信號,驅動揚聲器或其他聲響裝置;另一種是直接利用電磁原理,通過線圈的通、斷電流,吸動打錘敲擊鬧鈴,或吸動其他聲響裝置。

鬧鐘鬧時音響的種類很多,有單鈴鬧、雙鈴鬧、背鈴鬧、變聲鬧、音樂鬧、蜂鳴鬧、鳥鳴鬧、報時打點等等。

組件

①擺:由擺錘、擺桿、掛擺裝置和周期調節裝置等組成。用於固定式鍾中。當擺錘在外力作用下偏離鉛垂線(平衡位置)任一角度而放開後,在重力作用下,擺錘將繞支點作往復運動。振動過程是擺的動能和位能交替轉換的過程。

②扭轉擺:主要由擺盤和懸絲組成。懸絲下端固定擺盤,上端固定在不動的支點上。懸絲的截面可為矩形或圓形。扭轉擺常與後退式擒縱機構或叉瓦式擒縱機構構成擒縱調速系。扭轉擺有較長的振動周期(幾秒~幾十秒),多用於能量較節省而走時延續時間較長的固定式鍾。

③擺輪遊絲振動系統:遊絲的內外端分別固定在擺軸和擺夾板上。擺輪受外力作用偏離其平衡位置開始擺動時,遊絲就被扭轉而產生位能,通常稱為恢復力矩。該力矩促使擺輪向其平衡位置運動。

上條撥針系卷緊原動系中的發條和撥動時針、分針以校正鐘錶所指示時間的機構。上條時,立輪和離合輪處於嚙合狀態。撥針時,離合輪和立輪脫開而與撥針輪嚙合。

結構

機械鬧鐘是用發條儲存能量,是一種高錳鋼材料;經過許多級別齒輪增加角速度,注意齒形不是漸開線,是擺線,為了減少摩擦力,適合在小力矩下高效率傳動;經過往復擺動的擒縱機構,一種有固有振動周期的結構實現定時要求,就是恆角速度;擒縱機構用的像發條的遊絲是恆彈合金,是一種彈性元件,其機械特性受溫度影響比較小。

座鐘用懸掛的重物儲存能量
石英鐘用石英晶體產生基本振盪,通過步進電機驅動齒輪組,帶動指針組。

原理

機械鐘錶中,利用帶簧(發條)恢復變形所放出的能量或利用重物下降的重力作能源,以機械振動系統為時間基準,實現計量時間和時段的機械機構。機械鐘錶機構有多種類型,但一般都由原動系、傳動系、擒縱調速系、上條撥針系和指針系組成,工作原理基本相同(圖1)。此外,日曆手錶中還包括日曆(或雙歷)機構,自動手錶中還包括自動上條機構

原動系儲存和傳遞工作能量的機構。分為重錘原動系和彈簧原動系兩類。

重錘原動系利用重錘的重力作能源。多用於簡易掛鍾和落地擺鐘。重錘原動繫結構簡單,力矩穩定,但當上升重錘時,傳動系與原動系脫開,鐘錶機構停止工作。

彈簧原動系利用捲成螺線形的帶簧(發條)恢復變形所放出的能量作能源。帶簧一端與軸連線,另一端與一個不動的零件或發條盒的殼體連線。彈簧原動系用作攜帶式鐘錶的能源,也用於擺鐘上。彈簧原動系有帶固定條盒式、不帶條盒式和帶活動條盒式等3種類型。

傳動系將原動系的能量傳給擒縱調速系的一組傳動齒輪。通常由一系列輪片和齒軸組成,在主傳動中輪片是主動齒輪,齒軸是從動齒輪。傳動比按照以下公式進行計算:i=Z1/Z2

式中Z1為主動齒輪齒數,Z2為從動齒輪齒數。對於有秒針裝置的鐘表,其中心輪的輪片到秒輪的齒軸的傳動比必須等於60。鐘錶傳動系的齒形絕大多數是專門設計的(見鐘錶齒形)。

石英鬧鐘

石英鬧鐘也可叫做「水晶振動電子表」,因為它是利用水晶片的「發振現象」。當水晶接受到外部的加力電壓,就會有變形及伸縮的性質,相反,若壓縮水晶,便會使水晶兩端產生電力;這樣的性質在很多結晶體上也可見到,稱為「壓電效果」。石英表就是利用周期性持續「發振」的水晶,為我們帶來準確的時間。
首先,將石英表內的水晶片上加電,水晶便會以32768赫茲的周波數,正確地振動;然後必須將此頻率化
成1Hz(電流一秒間的一次變化)的信號電流周波數。再增加些信號的幅度(由於因振動而產生的電流甚弱),跟著些信號電流再發動轉子齒輪,表上的秒針便會
隨之發動,之後分針,時針的跳動則關乎於機械結構上的原理,如:秒針跳動60下,分針便會跳一下所有石英表都裝有一粒電池。它為一塊積體電路和一個石英諧
振器提供能量,每秒振動317621次。還有比這更快的。積體電路是表的“大腦”。它控制著石英諧振器的振動,並起著分頻器的作用。32712次振動被對
半分割15次,以達到每秒產生一次脈衝。有了一秒釧這個時間的“原材料”,就能驅動顯示器。何為模擬針顯示
為了把積體電路脈衝轉化成運動,模擬指針式石英表上裝有一個增速馬達,包括一個電磁轉子,每承受一下脈衝,就鏇轉180度,也就是一秒鐘。
轉子連線著由三個齒輪組成的拖動系統,驅動三根指針(時針、分針和秒針),把時間顯示在錶盤上。還可以加上一個顯示屏,顯示星期、日期以及流逝的時間。固體狀態石英表在固體狀態的石英表中,以一秒為單位的脈衝被傳送到積體電路的秒針部分,這個部份負責將液晶顯示模的液晶線組織起來,形成一個數字。
這種類型在表類物件中是為常見。在制表業中,這通常是用於生產大規模的極為便宜的產品。亞洲的生產廠家已經壟斷了這一領域。在更為精緻的手錶款式中,"固
體狀態"根據安裝在裡面的存儲器的大小,具有大量的功能:如電話號碼,預約登記簿等。混合石英表
這種類型的石英表具有兩種顯示功能,即模指針式和數字式,後者提供附屬的信息,如星期與日期、精確計時功能、時區。這種手錶裝有一塊積體電路和一微型發動
機。
鬧鐘發明者埃里克·沙舒瓦介紹說,人體睡眠有一定周期,在睡眠程度最淺的時候鬧鈴,人最容易結束睡眠,醒來時心情較好頭腦也較清醒。

最新鬧鐘發明

發明會電擊的鬧鐘的初衷還是:為了按時起床,只要按鬧鐘的按鈕,就會有1伏特的電流瞬間可以將人電擊至清醒。
鬧鐘發明者是一位名叫SankalpSinha的印度少年,為了防止按下鬧鐘按鈕以後睡過頭,他試圖將電擊裝置安在鬧鐘的按鈕上,要么聽鬧鈴,要么被電擊,其實,跟50000伏特的警察電棍和10萬伏特的皮卡丘比起來,這鬧鐘簡直弱爆了,它放出的電擊只會讓你的手指頭微微發麻。
Sankalp希望這款名為“早上好,唱歌和電擊”的鬧鐘能儘快能讓更多的人運用到日常生活中,他表示用了這款鬧鐘,再也不怕睡過頭,精神振奮一整天。因為根據他自身的使用經驗,人只有被電擊後才能真正睡醒。他已經做出了原型機,並正致力於研究能調整電壓的鬧鐘,跟製造商談判不久之後就能進入生產。
如果點擊鬧鐘真的能解決起床問題,應該算是一個偉大的發明。

生活用品全盤點(三)

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