Quartz (Kuvars) Saat Nasıl Çalışır
Gönderilme zamanı: 20 Eyl 2012, 16:29Merhaba arkadaşlar, bir süre önce bir saat aldım, almadan önce çok araştırdım okudum, mekanik ve quartz saatler hakkında kısmen bilgi sahibi oldum. Forumda da quartz saatlerin çalışması hakkında teknik bilgiler toplu halde olmadığı için öğrendiklerimi bu başlıkta paylaşmak istiyorum.
Gördüğümüzde burun kıvırdığımız quartz saatler aslında uzun araştırma ve çalışmalar sonucu ulaşılabilmiş, kusursuza yakın (çok az verim kaybı ile çalışan) yüksek bir teknoloji. Konu saat olunca böyle bir teknolojini önemi hepimizin malumudur, bi başlıkta bi arkadaşımız "quartz saatler saatçilerin rüyasıydı" gibi bir söz söylemişti, ben de bu fikre katılıyorum. le Lockle vadisinde hep daha hassas saatler üretebilmek için çalışan saat ustalarının rüyasında bile göremeyeceği bir teknoloji bu. Ömürleri yetseydi Antoni Patek ve Adrien Philippe bu teknolojiyi ayakta alkışlarlardı herhalde. Tabi quartz saatler ile mekanik saatler biribiriyle yarışamaz, karşılaştırılamaz, bunlar ayrı kategoriler çünkü. Bir mekanik saat bir başka mekanik saatle yarışabilir, benzer şekilde bir quartz saat de ancak başka bir quartz saatin rakibi olabilir. Yoksa "Quartz saat mi daha iyi mekanik mi?" gibi sorular saçmadır. "1967 mustang mı yoksa 2012 c63 mü daha iyi?" sorusu gibi.
Bu arada Mekanik saatlerin çalışması hakkında açılmış konu: viewtopic.php?f=49&t=3038
Quartz saat mekanizmasının detaylarına geçmeden önce, en genel anlamda bir saatin öğelerinin bilinmesi gerekir. Herkes biliyordur burda ama ben konunun bütünlüğünü korumak amacıyla kısaca bahsedeyim. Bir saat mekanizmasının temel görevi bir güç kaynağından gelen enerji ile saniye kolunu döndürmektir. Ama saniye kolunun dakikada bir tur dönmesi için de güç kaynağından gelen enerjiyi düzenlemesi gerekir, yani güç kaynağından gelen enerjiyi eşit büyüklüklere bölmesi ve kontrollü bir şekilde saniye koluna aktarması gerekir. Bu düzenlemeyi yapan sisteme Balans mekanizması, kontrol mekanizması, osilatör gibi isimler veriliyor. O halde bir saat mekanizmasını kabaca Güç kaynağı, balans mekanizması ve saniye kolunu döndüren sistem olarak üç öğeye ayırmak makul olur. Güç kaynağı mekanik saatlarde zemberek denilen yaydır, quartz saatlerde ise bir pildir. Saniyeyi döndüren sistem hem mekanik hem de quartz saatlerde benzerdir, çarklardan oluşan bir sistem. Tabi birisi elektrik enerjisiyle çalışan bir motora bağlı. Balans sistemi ise saatler arasındaki farkı yaratan sistemdir. Bu sistem yeni paragrafı hak ediyor bence
1853 te Galilei Galileo (Bildiğimiz Galile) belirli uzunluktaki bir sarkaçın, ileri hareketi ile geri hareketinin aynı sürede tamamladığını keşfetti. Pendulum Clock denilen saatler bu düşünce ile çalışır. Yukarıdaki resimde bir örneğini gördüğünüz saatlerde, ucunda bir ağırlık olan bir sarkaç vardır, bu sarkaç sağa sola gider gelir. Her sağa veya sola gidişinde bunun bağlı olduğu dişli bir diş döner. Sağa gidişinde tik, sola gidip gelişinde tak hesabı. Galile'nin dediğine göre tik ne kadar süre ise tak da o kadar. Ama yerçekimi, sürtünme gibi doğal faktörlerden dolayı sarkaç hep aynı salınımı üretmez, gittikçe yavaşlar ve sonunda durur. Yani birinci tik ile birinci tak aynı süre, ikinci tik ve ikinci tak birbiriyle aynı süre ama birinci tik ve birinci tak dan daha kısa. Böyle böyle söner sarkaç. Bunu engellemek için sarkaç bir zembereğe bağlanmıştır ve her turda zemberek bir miktar destek verir ve sarkaç yerçekimi ve sürtünmeyle kaybettiği enerjiyi tamamlar. Bu sayede, aynı tik ile bunun eşi olan tak ın aynı uzunlukta olmasının yanında, bundan sonraki tik ve takların da eşit uzunlukta olması sağlanmıştır. Bu sayede zemberekten gelen enerjinin yardımıyla saniye kolunun eşit aralıklarda düzgün olarak dönmesi sağlanmıştır, yani balans mekanizması işini yapmıştır. Günümüz mekanik saatlerinde bu sistem hairspring, balace wheel, pallet fork ve escapement wheel gibi parçaların oluşturduğu sistemdir. (Türkçe karşılıklarını bilmediğim için ingilizce yazdım). Hairspring denilen yaya bir tokat atarsınız o da döner gelir sana tokat atar, birinci tokat tik ikinci tokat tak
Bu sistemin detayları yukarıda verdiğim linkteki başlıkta var
Şimdi gelelim quartz saat mekanizmasındaki balas sistemine. Mekanizma adını bu sistemden almıştır zaten. Bu tür mekanizmaların balans sisteminde "QUARTZ" denilen bir bileşik kullanılıyor. Google de ararsanız yukarıdaki gibi kristal bir resim çıkar karşınıza. Quartz denilen madde, ismi biraz bilim kurgu olasa da kimyasal ismi Silikon Diyoksit (SiO2) olan, dünyada birçok kaya ve kum çeşidinde bolca bulunan bir bileşiktir. Ama yüksek derecede saf ve yoğun kuartz kaynağı malesef fazla değildir, bu nedenle günümüzde saatlerde kullanılan quartz maddesi sentetik quartzdır. Bu quartz maddesinin özelliği şu: Quartz maddesi piezoelektrik özelliğe sahiptir. Piezoelektrik özelliğe sahip olması demek şu: Quartz maddesine düşük bir voltajda elektrik akımı verirseniz madde titreşim üretir, titrer yani. Ayrıca bunun tersini de yapabilir, yani: quartz maddesini biraz titretirsiniz düşük voltajlı bir elektrik akımı üretir. Bu özelliğe sahip tek madde quartz değil tabi, ama titreşim sayısı yüksek, sıcaklıktan, yerçekiminden vesaire en az düzeyde etkilenen madde quartz. Yani en stabil piezoelektrik madde quartz. Günümüz saatlerinde kullanılan quartz maddesi genelde, korunaklı bir tüp içinde çatal şeklinde olup saniyede 32.768 kez (2^15) defa titreşecek şekilde tasarlanmıştır. Bu şekle sokulmuş quartz düzeneğe quartz osilatörü denir. Aşağıda örnek resmini görebilirsiniz. Bu arada Quartz Osilatörü daha yüksek titreşim üretebilecek şekilde de dizayn edilebilir, uzunluğu kalınlığı felan küçültülerek. Ama 2 nin kuvvetlerinden bir sayıda bir titreşim üretmesi istenen bir olaydır, çünkü bu sayede elektronik olarak titreşimi saymak daha kolay olur, ikiye bölerek Quartz maddesinin fiziksel ve kimyasal özellikleri üzerine detaylı bir yazı için şuraya bakabilirsiniz, ben burada fazla detaya girmeyeceğim.
Peki quartz maddesi nasıl balans mekanizmasının işlevini yapıyor? Şöyle; quartz osilatörüne elektrik verdiğimizde titreşecek, titreştiği için de elektrik üretecek geri gönderecek (piezoelektrik özelliğinden dolayı), Tabi quartzdan gelen elektrik sinyallerini (32768 sinyal) sayan, ve belli bir sayıya her ulaştığında bir elektirk sinyali üreten bir çip var. Bu çip, quartzın titreşimleri sayesinde elektrik akımının düzenli bir şekilde aktarılmasını sağlamış olacak, saniye kolunu çeviren motorda (step motor, adım motoru, türkçeleştirme konusundaki yardımı için Thevenin'e teşekkürler) bu düzenli akımla çalıştırmış olacak ki orantılı bir dönüş olacak, saatin hassaslığı sağlanacak. Bunu aşağıdaki resimdeki gibi adım adım yazarsak:
1. Pilden gelen elektrik enerjisi çipe aktarılıyor
2. Çip elektriği quartz osilatörüne veriyor, kuartz titreşiyor ve çipe geri sinyaller gönderiyor. 32768 defa
3. Çip gelen sinyalleri algılıyor, içindeki trimmer denilen bir parça sayesinde sayıyor, quartzın titreşimleri belli bir sayıya her ulaşmasında bir sinyal üretiyor, saniyede bir sinyal üretmiş oluyor
4-5-6. Bu saniyede bir kez üretilen akım ile adım motoru çalışıyor, saniyede bir kez hareket ederek, dişliler gibi çeşitli aktarma araçlarıyla saniye kolu dönüyor.
Kabaca quartz mekanizmanın çalışma prensibi bu, kilit nokta quartz maddesinin özelliği. Yukarıda saydığım parçaları bir saat üzerinde görelim:
1. Pil
2. Adım motoru
3. Çip
4. Çipin quartz osilatörüne ve adım motoruna bağlantı hatları
5. Quartz osilatör
6. Tarih ayar kolu
7-8. Enerji aktarımı yapan dişli ve miller.
Yukarıdaki şemalara ve resimlere bakınca quartz mekanizmaların tamamen elektronik, el işçiliği içermeyen makineler olduğu hissine kapılmayın. Çok estetik mekanizmalar mevcut. Birkaç örnek:
Biraz uzun bi yazı oldu sanırım, hepsini okuduysanız helal olsun Şaka bi yana yazımı okuduysanız, ingilizce bilmiyorsanız bile, aşağıdaki videoyu kolaylıkla anlayacaksınız.
Bu arada Quartz saatler hakkında daha detaylı teknik bilgi için şu makaleyi inceleyebilirsiniz. Gerçekten güzel bi derleme.
Ayrıca youtube de güzel bir video buldum (Asymptote'nin yönlendirmesiyle), üç parçadan oluşan bu video gerçekten izlenmeli:
http://www.youtube.com/watch?v=vCEQ5J97pO4
http://www.youtube.com/watch?v=8HGCzKsSSRA
http://www.youtube.com/watch?v=OW844rJHGi0
Gördüğümüzde burun kıvırdığımız quartz saatler aslında uzun araştırma ve çalışmalar sonucu ulaşılabilmiş, kusursuza yakın (çok az verim kaybı ile çalışan) yüksek bir teknoloji. Konu saat olunca böyle bir teknolojini önemi hepimizin malumudur, bi başlıkta bi arkadaşımız "quartz saatler saatçilerin rüyasıydı" gibi bir söz söylemişti, ben de bu fikre katılıyorum. le Lockle vadisinde hep daha hassas saatler üretebilmek için çalışan saat ustalarının rüyasında bile göremeyeceği bir teknoloji bu. Ömürleri yetseydi Antoni Patek ve Adrien Philippe bu teknolojiyi ayakta alkışlarlardı herhalde. Tabi quartz saatler ile mekanik saatler biribiriyle yarışamaz, karşılaştırılamaz, bunlar ayrı kategoriler çünkü. Bir mekanik saat bir başka mekanik saatle yarışabilir, benzer şekilde bir quartz saat de ancak başka bir quartz saatin rakibi olabilir. Yoksa "Quartz saat mi daha iyi mekanik mi?" gibi sorular saçmadır. "1967 mustang mı yoksa 2012 c63 mü daha iyi?" sorusu gibi.
Bu arada Mekanik saatlerin çalışması hakkında açılmış konu: viewtopic.php?f=49&t=3038
Quartz saat mekanizmasının detaylarına geçmeden önce, en genel anlamda bir saatin öğelerinin bilinmesi gerekir. Herkes biliyordur burda ama ben konunun bütünlüğünü korumak amacıyla kısaca bahsedeyim. Bir saat mekanizmasının temel görevi bir güç kaynağından gelen enerji ile saniye kolunu döndürmektir. Ama saniye kolunun dakikada bir tur dönmesi için de güç kaynağından gelen enerjiyi düzenlemesi gerekir, yani güç kaynağından gelen enerjiyi eşit büyüklüklere bölmesi ve kontrollü bir şekilde saniye koluna aktarması gerekir. Bu düzenlemeyi yapan sisteme Balans mekanizması, kontrol mekanizması, osilatör gibi isimler veriliyor. O halde bir saat mekanizmasını kabaca Güç kaynağı, balans mekanizması ve saniye kolunu döndüren sistem olarak üç öğeye ayırmak makul olur. Güç kaynağı mekanik saatlarde zemberek denilen yaydır, quartz saatlerde ise bir pildir. Saniyeyi döndüren sistem hem mekanik hem de quartz saatlerde benzerdir, çarklardan oluşan bir sistem. Tabi birisi elektrik enerjisiyle çalışan bir motora bağlı. Balans sistemi ise saatler arasındaki farkı yaratan sistemdir. Bu sistem yeni paragrafı hak ediyor bence
1853 te Galilei Galileo (Bildiğimiz Galile) belirli uzunluktaki bir sarkaçın, ileri hareketi ile geri hareketinin aynı sürede tamamladığını keşfetti. Pendulum Clock denilen saatler bu düşünce ile çalışır. Yukarıdaki resimde bir örneğini gördüğünüz saatlerde, ucunda bir ağırlık olan bir sarkaç vardır, bu sarkaç sağa sola gider gelir. Her sağa veya sola gidişinde bunun bağlı olduğu dişli bir diş döner. Sağa gidişinde tik, sola gidip gelişinde tak hesabı. Galile'nin dediğine göre tik ne kadar süre ise tak da o kadar. Ama yerçekimi, sürtünme gibi doğal faktörlerden dolayı sarkaç hep aynı salınımı üretmez, gittikçe yavaşlar ve sonunda durur. Yani birinci tik ile birinci tak aynı süre, ikinci tik ve ikinci tak birbiriyle aynı süre ama birinci tik ve birinci tak dan daha kısa. Böyle böyle söner sarkaç. Bunu engellemek için sarkaç bir zembereğe bağlanmıştır ve her turda zemberek bir miktar destek verir ve sarkaç yerçekimi ve sürtünmeyle kaybettiği enerjiyi tamamlar. Bu sayede, aynı tik ile bunun eşi olan tak ın aynı uzunlukta olmasının yanında, bundan sonraki tik ve takların da eşit uzunlukta olması sağlanmıştır. Bu sayede zemberekten gelen enerjinin yardımıyla saniye kolunun eşit aralıklarda düzgün olarak dönmesi sağlanmıştır, yani balans mekanizması işini yapmıştır. Günümüz mekanik saatlerinde bu sistem hairspring, balace wheel, pallet fork ve escapement wheel gibi parçaların oluşturduğu sistemdir. (Türkçe karşılıklarını bilmediğim için ingilizce yazdım). Hairspring denilen yaya bir tokat atarsınız o da döner gelir sana tokat atar, birinci tokat tik ikinci tokat tak
Bu sistemin detayları yukarıda verdiğim linkteki başlıkta var Şimdi gelelim quartz saat mekanizmasındaki balas sistemine. Mekanizma adını bu sistemden almıştır zaten. Bu tür mekanizmaların balans sisteminde "QUARTZ" denilen bir bileşik kullanılıyor. Google de ararsanız yukarıdaki gibi kristal bir resim çıkar karşınıza. Quartz denilen madde, ismi biraz bilim kurgu olasa da kimyasal ismi Silikon Diyoksit (SiO2) olan, dünyada birçok kaya ve kum çeşidinde bolca bulunan bir bileşiktir. Ama yüksek derecede saf ve yoğun kuartz kaynağı malesef fazla değildir, bu nedenle günümüzde saatlerde kullanılan quartz maddesi sentetik quartzdır. Bu quartz maddesinin özelliği şu: Quartz maddesi piezoelektrik özelliğe sahiptir. Piezoelektrik özelliğe sahip olması demek şu: Quartz maddesine düşük bir voltajda elektrik akımı verirseniz madde titreşim üretir, titrer yani. Ayrıca bunun tersini de yapabilir, yani: quartz maddesini biraz titretirsiniz düşük voltajlı bir elektrik akımı üretir. Bu özelliğe sahip tek madde quartz değil tabi, ama titreşim sayısı yüksek, sıcaklıktan, yerçekiminden vesaire en az düzeyde etkilenen madde quartz. Yani en stabil piezoelektrik madde quartz. Günümüz saatlerinde kullanılan quartz maddesi genelde, korunaklı bir tüp içinde çatal şeklinde olup saniyede 32.768 kez (2^15) defa titreşecek şekilde tasarlanmıştır. Bu şekle sokulmuş quartz düzeneğe quartz osilatörü denir. Aşağıda örnek resmini görebilirsiniz. Bu arada Quartz Osilatörü daha yüksek titreşim üretebilecek şekilde de dizayn edilebilir, uzunluğu kalınlığı felan küçültülerek. Ama 2 nin kuvvetlerinden bir sayıda bir titreşim üretmesi istenen bir olaydır, çünkü bu sayede elektronik olarak titreşimi saymak daha kolay olur, ikiye bölerek
Quartz maddesinin fiziksel ve kimyasal özellikleri üzerine detaylı bir yazı için şuraya bakabilirsiniz, ben burada fazla detaya girmeyeceğim.Peki quartz maddesi nasıl balans mekanizmasının işlevini yapıyor? Şöyle; quartz osilatörüne elektrik verdiğimizde titreşecek, titreştiği için de elektrik üretecek geri gönderecek (piezoelektrik özelliğinden dolayı), Tabi quartzdan gelen elektrik sinyallerini (32768 sinyal) sayan, ve belli bir sayıya her ulaştığında bir elektirk sinyali üreten bir çip var. Bu çip, quartzın titreşimleri sayesinde elektrik akımının düzenli bir şekilde aktarılmasını sağlamış olacak, saniye kolunu çeviren motorda (step motor, adım motoru, türkçeleştirme konusundaki yardımı için Thevenin'e teşekkürler) bu düzenli akımla çalıştırmış olacak ki orantılı bir dönüş olacak, saatin hassaslığı sağlanacak. Bunu aşağıdaki resimdeki gibi adım adım yazarsak:
1. Pilden gelen elektrik enerjisi çipe aktarılıyor
2. Çip elektriği quartz osilatörüne veriyor, kuartz titreşiyor ve çipe geri sinyaller gönderiyor. 32768 defa
3. Çip gelen sinyalleri algılıyor, içindeki trimmer denilen bir parça sayesinde sayıyor, quartzın titreşimleri belli bir sayıya her ulaşmasında bir sinyal üretiyor, saniyede bir sinyal üretmiş oluyor
4-5-6. Bu saniyede bir kez üretilen akım ile adım motoru çalışıyor, saniyede bir kez hareket ederek, dişliler gibi çeşitli aktarma araçlarıyla saniye kolu dönüyor.
Kabaca quartz mekanizmanın çalışma prensibi bu, kilit nokta quartz maddesinin özelliği. Yukarıda saydığım parçaları bir saat üzerinde görelim:
1. Pil
2. Adım motoru
3. Çip
4. Çipin quartz osilatörüne ve adım motoruna bağlantı hatları
5. Quartz osilatör
6. Tarih ayar kolu
7-8. Enerji aktarımı yapan dişli ve miller.
Yukarıdaki şemalara ve resimlere bakınca quartz mekanizmaların tamamen elektronik, el işçiliği içermeyen makineler olduğu hissine kapılmayın. Çok estetik mekanizmalar mevcut. Birkaç örnek:
Biraz uzun bi yazı oldu sanırım, hepsini okuduysanız helal olsun
Şaka bi yana yazımı okuduysanız, ingilizce bilmiyorsanız bile, aşağıdaki videoyu kolaylıkla anlayacaksınız.Bu arada Quartz saatler hakkında daha detaylı teknik bilgi için şu makaleyi inceleyebilirsiniz. Gerçekten güzel bi derleme.
Ayrıca youtube de güzel bir video buldum (Asymptote'nin yönlendirmesiyle), üç parçadan oluşan bu video gerçekten izlenmeli:
http://www.youtube.com/watch?v=vCEQ5J97pO4
http://www.youtube.com/watch?v=8HGCzKsSSRA
http://www.youtube.com/watch?v=OW844rJHGi0
Saatler hakkında sıfır bilgiyle bir kişi okusa şu yazıyı, gerçekten sistemin nasıl çalıştığını anlar. Forumda bu tarz bilgilendirici postların artması dileğimle tekrar çok teşekkür ediyorum.. 