观看

背景

最古老的确定时间的方法是观察太阳在天空中的位置。当太阳直射头顶时，时间大约是中午12:00。日晷的使用是稍晚一点的发展，但不太受个人判断的影响。在白天，阳光照射在位于校准表盘中心的垂直杆上，从而在表盘上投下阴影，并为读者提供相对准确的时间读数。

十四世纪机械钟的发明是一项重大进步——它提供了一种更简洁、更一致的时间测量方法。机械钟包括一系列复杂的轮子、齿轮和杠杆，由落锤和钟摆（或后来的上弦弹簧）提供动力。这些部件一起移动表盘上的指针或指针以显示时间。紧随其后的是整点、半点和刻钟的钟声或锣声。到了 18 世纪，可以使用更小的家用时钟，并且与它们的前辈不同，它们被关闭并密封在一个表壳中。

运动部件的工艺越精细，时钟就越准确。从发明到 20 世纪中叶，钟表制造的发展重点是使运动部件尽可能准确地工作。金属技术和小型化的发展、小零件的润滑以及在承受最大压力的地方（宝石机芯）首先使用天然蓝宝石（然后是人造蓝宝石）都成为钟表科学不可或缺的组成部分。到 19 世纪末，直径可能为 2 到 3 英寸（5 到 7 厘米）的小型怀表已经面市。到 1960 年代，机械手表是美国的日常用品。然而，钟表制造商面临的核心问题仍然是相同的：机械部件磨损、不准确和损坏。

在二战结束后的几年里，对原子物理学的兴趣导致了原子钟的发展。放射性物质以已知的稳定速率发射粒子（衰变）。机械时钟的棘轮计时部件可以被一个装置取代，每当放射性元素发射一个粒子时，该装置就会刺激手表运动。顺便说一句，原子钟仍然在制造和销售，并且发现它们始终准确。

随着1970年代和1980年代微芯片的发展，发明了一种新型手表。将微芯片技术与石英晶体相结合的手表成为标准；今天生产的非石英手表很少。微芯片用于持续向手表表盘发送信号。因为它不是带有运动部件的机械装置，所以不会磨损。

石英在手表中的使用利用了一种众所周知的电，称为 压电。 压电是当石英处于电气和/或机械压力 （压电 来自希腊语动词，意思是“按”）。石英表使用一块石英所产生的电力，并受到 电池 的电力 发送 石英表的心脏是一小块石英。以天然形式，石英首先被装入一个巨大的水壶或高压釜中。高压釜顶部悬挂着具有所需晶体结构的石英种子或微小颗粒。将碱性物质泵入高压釜底部，将高压釜加热至高温，将石英溶解在热碱性液体中，使其蒸发，并沉积在种子上。大约 75 天后，可以打开腔室，取出新生长的石英晶体并将其切割成正确的比例。一个或多个微芯片的规则的、可数的一系列信号（振荡）。 （相比之下，电子挂钟利用壁电流的规律性来跟踪时间。）

最精确的石英表是那些通过发光二极管 (LED) 产生的电子控制数字显示器显示时间的石英表 或 液晶显示器 (LCD)。 当然，可以让微处理器将其信号发送到机械设备，使指针在表盘上移动，从而创建模拟显示。但是由于指针是通过手表的齿轮系进行机械操作的，因此模拟手表通常不如数字手表准确并且容易磨损。这两种类型的手表都达到了极高的精度，数字手表通常每月精确到三秒以内。

原材料

电子手表使用了许多最现代的材料，包括塑料和合金金属。外壳可以由塑料或金属制成；带金属表壳的手表通常包括 不锈钢 后盾。微芯片通常由硅制成，而 LED 通常由砷化镓、磷化镓或磷化砷化镓制成。 LCD 由夹在玻璃片之间的液晶组成。零件之间的电触点通常由少量金制成 （或镀金）；金是一种几乎理想的电导体，可以成功使用非常少量。

制造
过程

本节将重点介绍带有 LED 显示屏的石英数字手表。尽管此类手表的组装必须小心且有条不紊地进行，但制造过程中最重要的方面是部件的制造。

石英

• 1 石英表的核心是一小块石英。合成生产的石英由制造商用金刚石锯切割并运送到制表商使用。 “生长”石英的生产是该过程中的关键步骤。

  天然形式的石英首先被装入一个巨大的水壶或高压灭菌器（医生和牙医使用相同的设备对器械进行消毒）。高压釜顶部悬挂着种子或石英细小颗粒 在手表组装中，将整套晶体和微芯片设置在电路板上。还安装了电池，为石英晶体发电并为LED显示屏供电。具有所需的晶体结构。将碱性物质泵入高压釜底部，然后将高压釜加热到大约 750 华氏度（400 摄氏度）的温度。天然石英溶解在热碱性液体中，蒸发并沉积在种子上。当它自行沉积时，它遵循种子的晶体结构模式。大约 75 天后，可以打开腔室，取出新生长的石英晶体并将其切割成正确的比例。切割中的不同角度和厚度会导致可预测的振荡率。手表中使用的石英所需的振荡速率是 100,000 兆赫兹或每秒 100,000 次振荡。

• 2 为了最有效地工作，需要将石英片密封在一种或另一种真空室中。最常见的是，石英被放置在一种胶囊中，电线连接到两端，以便胶囊可以焊接或以其他方式连接到电路板。

微芯片

• 3 电池通过石英产生的电子引线（产生振荡）将进入用作“分频电路”的微芯片。 Microchip 的制造与石英一样，也是由供应商向手表制造商进行。制作微芯片是一个广泛而复杂的过程，涉及将微观电子电路化学和/或 X 射线蚀刻到一小块二氧化硅上。
• 4 大约 100,000 次/秒的振荡率被减少到 1 或 60 次或其他一些更易于管理的振荡次数。然后将新的振荡模式发送到另一个用作“计数器-解码器-驱动器”的微芯片。该芯片实际上会计算它接收到的振荡。如果每秒有 60 次振荡，芯片将每秒更改 LED 上的读数。在 3,600 次振荡 (60 x 60) 后，计数器将指示 LED 更改数分钟的读数。并且，在 60 x 60 x 60 次振荡 (216,000) 后，计数器将更改小时读数。

组装

• 5 整套晶体和微芯片都安装在一块电路板上。该板包含一个空间来容纳电池，该电池为石英晶体供电，并为 LED 显示屏供电。通常，电池的空间位于面向外壳背面的表面的外侧。更换电池的方法是拆下手表背面，摇出旧电池，然后放入新电池。
• 6 然后连接用于设置手表的机制。这种机制包括两个延伸到表壳之外的销。一个引脚让计数器电路知道要重置哪个读数——秒、分钟或小时。多次按下第二个引脚以使显示达到所需的读数。
• 7 然后将整个电路板连同电池一起装入外壳中，并系上腕带。

其他手表功能

由于石英表中的微芯片能够保存大量信息，因此从工程角度来看，可以毫不费力地为手表添加其他功能。连接到计数器电路的外壳上的附加按钮可以提供警报、潮汐信息等。微芯片可以很容易地被编程，只需按一下按钮就可以将手表向前或向后设定一个定义的时间，这样所有者就可以确定另一个时区的时间，或者可能有两个、三个或更多时区时间依次显示。

质量控制

电子手表的所有部件均在严格的质量控制体系下制造。例如，石英晶体在用于手表之前会测试其频率。微芯片必须在空气经过特殊过滤的“洁净室”环境中制造，因为即使是最微小的灰尘颗粒也会使芯片变得无用。微芯片经过仔细检查，并在使用前进行准确性的台架测试。

手表制造完成后，会在运往市场之前再次进行测试。除了计时精度外，它还经过跌落测试，在跌落和其他滥用后必须继续正常运行；温度测试；和水测试。虽然制表师可以通过适当的测试和证明，声称手表在某些已知规格下“防水”，但说手表“防水”是不准确的，因为没有特定的规格，指定是没有意义的。

大型手表公司自己制造所有组件，确保产品质量标准在制造过程的最早阶段就到位。

未来

由于今天的电子手表设计非常准确，因此准确性并不是手表制造商的唯一目标。未来产品的变化将利用其他领域的其他技术，例如在手表上增加计算器功能，甚至增加无线电发射器，如果佩戴者迷路或遇到麻烦，可以发出可追踪的信号。