معرفی و بررسی نمایشگرهای ساعت

بطور کلی نمایشگرها به دو دسته کلی تقسیم می شوند عقربه ای و عددی و از یک دیدگاه دیگر به سه دسته مکانیکی، الکترومکانیکی و الکترونیکی تقسیم می شوند. شاید به ذهن برسد که نمایشگر عقربه ای دیگر استفاده ای ندارد و می بایست نمایشگر ها دیجیتال جایگزین آن بشوند. نمایشگر عددی دقت وظاهر بهتری دارد با این وجود باز نمایشکر عقربه ای به دلایل فرهنگی، سواد عمومی، گستردگی مصرف کننده، سرعت بالا قراعت، خطا قراعت و… هزان دلیل دیگر هنوز جای خود را به صورت کامل به نمایشگر های عقربه ای نداده است و گاه نیاز است این دو در کنار هم قرار گیرند تا در دید اول حدود ساعت و در نگاه دوم با دقت خوب زمان قراعت شود.

با توجه به این توضیحات این نیاز احساس می شود که یک بررسی کلی از روشها و مدل های مختلف اندازه گیری زمان و نمایشگر ساعت انجام شود تا بتوان بسته به نیاز و شرایط نصب و استفاده نمایشگر، از میان این تنوع نمایشگرها و روش اندازه گیری زمان، نمایشگر مورد نظر با کارایی بالا را انخاب نمود. لذا در این بررسی سعی براین شده انواع ساعت ها را بصورت کلی و کاربردی مورد بررسی قرار دهیم.

۱. روشهای متداول اندازه گیری زمان
۱.۱. نوسان ساز مکانیکی

این ساعت ها دارای دوچرخ دنده در هم درگیر و میزان گردش آن توسط یک مکانیزم پایدار کنترل بطوری که هر ثانیه مقدار مناسبی گردش داشته باشد.نام این سیستم چرخ‌دنگ می باشد،چرخ‌دنگ ساز و کاری است که حرکت دورانی پیوسته را به حرکت گسسته تبدیل می‌کند.

انرژی این سیستم مکانیکی از حرکت جازبه زمین، شازژ یک فنر کششی یا پیچشی یا یک موتور الکتریکی تامین می شود. ولی میزان حرکت که مقدار گذشت زمان را نشان می­دهد، وابسته به اندازه و ابعاد یک پاندول و یا چرخ دنده تعادل می باشد. در هر یک از موارد فوق بطور معمول نمایش بصورت عقربه ای بوده ودقت آن وابستگی شدید به عوامل فیزیکی اطراف دارد. به عنوان مثال تغییر در دما، اصتحکاک و یا ضربه باعث خطا میشود.

۱.۲. نوسان ساز کریستال کوارتز

کوارتز در ساعت وسیله تپش و ضربان ساز است و با انرژی کمکی که از باطری به آن داده می شود تولید ضربان می کند که این ضربان و یا نوسان وابسته به زاویه ای که کوارتز را بریده اند می باشد که این ضربان برای ساعت سریع است و ضربان آنرا با مدار های کوچک دیگری که تقسیم کننده ها نامیده می شوند دقیقا ۶۰ ضربه در ثانیه (هرتز) می­کنند و این ضربان ضربانی است که به یک سیستم چرخ‌دنگ داده شده و این سیستم با دقت خوبی شروع بکار میکند. این ضربان ها می تواند توسط شمارش گر الکترونیکی شمارش شوند و بسته به بهای ساعت می­تواند دارای چند رقم باشد و یا دقت بالایی داشته باشد. نخستین بار در سال ۱۹۲۹ از بلور کوارتز برای زمان سنجی استفاده شد. این ابداع دقت زمان سنجی را بسیار فراتر از ساعتهای آونگ دارالکتریکی افزایش داد و در سالهای دهه ۱۹۳۰ به عنوان استاندارد اندازه گیری زمان جایگزین متداول گردیدند. ساعتهای کوارتز اکنون بخاطر هزینه کم و عملکرد عالی، رایج ترین شکل ابزارهای زمان سنجی را تشکیل می‌دهند.

دقت ساعتهای کوارتز محدود است، زیرا اندازه و شکل بلور بر ارتعاش مکانیکی تأثیر می‌گذارد و در واقع بروز خطا ناشی از این مطلب است که هیچ دو بلوری مشابه یکدیگر نیست. نوسانهای حاصل از بلور کوارتز بسیار اگر در شرایط خبی قرار گیرند دارای دقیق خوبی هستند و حداکثر خطا آنها حدود یک تا دو ثانیه در هر ده سال است.

۱.۳. نوسان ساز اتمی

ساعت اتمی گونه‌ای از ساعت است که بسامد تشدید نوسان ساز داخلی خود را از از ارتعاشات الکترون اتم عنصر خاصی ساخته و به عنوان تجهیز نگهداری یا مرجع زمان به کار می‌گیرد.این ساعت‌ها دقیق‌ترین ساعت بسامدی شناخته شده‌اند و به عنوان استانداردهای اولیه برای سرویس جهانی پخش زمان، برای کنترل بسامد پخش برنامه‌های تلویزیونی و سیستم‌های موقعیت یاب جهانی همانند جی پی اس به کار می‌روند.ساعت‌های اتمی از از موج­ها دقیق مایکروویو منتشر شده از الکترون استفاده می‌کنند و موج‌های مذکور هنگامی تولید می‌شوند که الکترون‌ها در اتم‌ها سطح انرژی خود را تغییرمی دهد و به این دلیل نور منتشر می‌شود.

ساعتهای اتمی بخش الزامی زندگی نوین را تشکیل می‌دهند. ترابری ، ارتباطات ، تولید کالا و انرژی و بسیاری از دیگر فناوریها نیازمند زمان سنجی دقیق می‌باشند. برای مثال سامانه جهانی تعیین موقعیت (GPS) برای تعیین محل دقیق یک گیرنده در هر کجای جهان ، از محاسبات بسیار دقیق زمانی استفاده می‌کند.

۱.۴. نوسان سازتله یونی اتم

اکنون ساعتهای پیشتاز قرن بیستم و یکم ساعتهای تله یونی هستند. یونها اتمهای بارداری هستند که بار الکتریکی آنها این امکان را فراهم می‌سازد تا به کمک میدانهای مغناطیسی بتوان یونهای منفرد را به دام (تله) انداخت و برای مدت نامحدود نگهداشت. سپس یک پرتو لیزر می‌تواند در حالی که یون ، ثابت نگه داشته شده است آن را تا نزدیکی صفر مطلق سرد کند. در آزمایشگاه ملی فیزیک بریتانیا برای این کار فلز یتربیوم را برگزیده اند که نسبت به سزیم فرکانس بسیار بالاتری دارد و تیک تیکهای قابل شمارش آن زیادترند. این مطلب باعث می‌شود که ثانیه شماری آن دقیق‌تر باشد. دستیابی به دقتهای حدود هزار برابر بیشتر از بهترین ساعتهای اتمی موجود امری ممکن است. چنین دقتی معادل یک ثانیه در تمام طول عمر کیهان و کائنات است.