鐘(clock )
計(jì)量和指示時(shí)間的儀器。機(jī)芯直徑一般大于50mm,厚度一般大于12mm。通常置于某個(gè)位置使用?,F(xiàn)代的一些小型鐘,也有用表的機(jī)芯裝上鐘的外殼的。
鐘的發(fā)展經(jīng)歷了數(shù)千年的歷史(見(jiàn)鐘表技術(shù)史)?,F(xiàn)代鐘隨著使用范圍的不斷擴(kuò)大,功能日益增加,種類(lèi)也越來(lái)越多。一般可按振動(dòng)原理、能源和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、主要用途進(jìn)行分類(lèi),并常以幾種分類(lèi)方法混合命名。
按振動(dòng)原理分類(lèi) 絕大部分的鐘是利用周期性振動(dòng)過(guò)程來(lái)計(jì)量時(shí)間的。按其產(chǎn)生周期性振動(dòng)的原理,鐘可分為4類(lèi):①頻率較低的機(jī)械振動(dòng)鐘,如擺錘式機(jī)械鐘、擺輪游絲式機(jī)械鐘等。其振動(dòng)頻率通常為數(shù)赫甚至 1赫以下,日差(見(jiàn)鐘表日差)為10~120秒/日,高精度天文擺鐘的日差為每天千分之幾秒。②頻率稍高的普通電磁振動(dòng)鐘,如音叉鐘、晶體管鐘、交流同步電鐘等。其振動(dòng)頻率通常在1000Hz以內(nèi),日差為2~20秒/日。③頻率較高的石英振蕩鐘,如各種石英電子鐘。其振蕩頻率通常在5MHz以內(nèi)(有32768Hz、4194304Hz等),日差一般在0.2秒/日以內(nèi),高精度石英電子鐘已達(dá)到幾十年誤差不大于1秒。④頻率更高的原子振蕩鐘,如銫原子鐘。頻率為9192631770Hz(原子時(shí)的秒長(zhǎng),是銫原子基態(tài)的兩個(gè)超精細(xì)能級(jí)間在零磁場(chǎng)下躍遷輻射9192631770周所持續(xù)的時(shí)間),其準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度極高,相對(duì)頻率穩(wěn)定度可達(dá)10-13。鑒于此,1967年,國(guó)際度量衡委員會(huì)決定,以銫原子鐘的原子時(shí)的秒長(zhǎng),作為時(shí)間計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)。
按能源和結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分類(lèi) 可分為機(jī)械鐘、電機(jī)械鐘、交流同步電鐘、電子鐘、光電鐘、溫差鐘等。①機(jī)械鐘:由機(jī)械能驅(qū)動(dòng),通常以重錘或發(fā)條作為貯能元件,鐘的各個(gè)基本組成部分均由機(jī)械零件構(gòu)成(見(jiàn)機(jī)械鐘表機(jī)構(gòu))。有擺鐘、鬧鐘、旅行鐘等。②電機(jī)械鐘:由電能(交流電或電池)驅(qū)動(dòng),其基本組成部分既有機(jī)械零件又有電子元器件,振動(dòng)系統(tǒng)采用機(jī)械振動(dòng)與電磁線路相結(jié)合。有晶體管鐘、電擺鐘、音叉鐘等。這類(lèi)鐘的走時(shí)精度比普通機(jī)械鐘有所提高,使用也比較方便。但結(jié)構(gòu)復(fù)雜,在石英電子鐘大量投入市場(chǎng)以后,已很少再發(fā)展了。③交流同步電鐘:振動(dòng)系統(tǒng)實(shí)際上是發(fā)電廠的發(fā)電機(jī),鐘的機(jī)芯主要是個(gè)同步電機(jī),將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,驅(qū)動(dòng)指針系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)。這種鐘的走時(shí)精度受供電系統(tǒng)交流電源的頻率穩(wěn)定性制約。④電子鐘:由電能(交流電或電池)驅(qū)動(dòng),其基本組成部分一般由電子元器件構(gòu)成(指針系也有采用機(jī)械傳動(dòng)的)。電子鐘中使用最多的是石英電子鐘。由于采用了振蕩頻率穩(wěn)定的石英振蕩器和相應(yīng)的集成電路,石英電子鐘比其他各類(lèi)鐘有明顯的優(yōu)越性,包括走時(shí)精度高、穩(wěn)定性好、使用方便、耗電量小、走時(shí)延續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、體積小、功能多、制造成本低等。石英電子鐘指示時(shí)刻的方式有指針式和數(shù)字顯示兩種,有的鐘兩種方式均具備(見(jiàn)石英電子鐘表結(jié)構(gòu))。⑤光電鐘:以光(包括自然光和電燈光)作為能源,并用硅光電池將光能轉(zhuǎn)換為電能,輸入蓄電池以供應(yīng)鐘的電能。硅光電池的充電電壓和電流可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)計(jì)。這類(lèi)鐘雖然避免了更換電池的麻煩,但增加了制造成本。⑥溫差鐘:以空氣溫度升降變化使某種物質(zhì)產(chǎn)生的能量作為能源。這類(lèi)鐘是將一種膨脹系數(shù)特別大的物質(zhì)(如氯乙烷,C2H5Cl)裝入可伸縮的密封盒內(nèi),盒的一端與上條機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)。當(dāng)空氣溫度變化而引起密封盒熱脹冷縮時(shí),即可自動(dòng)上條。鐘的機(jī)芯是一種專(zhuān)門(mén)的機(jī)械機(jī)芯。這類(lèi)鐘成本較高,生產(chǎn)量很少。
按主要用途分類(lèi) 可分為生活用鐘和專(zhuān)用鐘(或稱技術(shù)用鐘)兩大類(lèi)。不同的機(jī)芯結(jié)構(gòu)可以制成同一用途的鐘,而同一結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)機(jī)芯,只要增加或改變少數(shù)零部件,又可制成不同用途的鐘。①生活用鐘:人們?cè)谌粘I钪杏?jì)時(shí)用的鐘。包括旅行鐘、單機(jī)臺(tái)鐘、鬧鐘、座鐘(見(jiàn)擺鐘)、扭擺鐘、掛鐘(又稱壁鐘)、落地鐘、塔鐘、子母鐘、世界時(shí)鐘、電波鐘(用于公共場(chǎng)所,能接收發(fā)射臺(tái)發(fā)出的時(shí)間信號(hào))和花壇鐘等。②專(zhuān)用鐘:具有專(zhuān)業(yè)性計(jì)時(shí)功能的鐘。用于工業(yè)、交通、天文、體育、軍事等部門(mén)。包括周波鐘(能指示發(fā)電廠發(fā)出的交流電的50Hz頻率的誤差值)、作息鐘、考勤鐘、定時(shí)開(kāi)關(guān)鐘、積時(shí)鐘(累計(jì)工作時(shí)間)、汽車(chē)鐘、船鐘、航海天文鐘、坦克鐘、潛艇鐘、體育用鐘(見(jiàn)體育用鐘表)、天文臺(tái)用精密擺鐘、銫原子鐘、銣原子鐘和氫原子鐘等。
為了擴(kuò)展鐘的用途,可在各種類(lèi)型的基礎(chǔ)機(jī)芯上,增加附加機(jī)構(gòu)以增加功能。這些附加機(jī)構(gòu)有單歷機(jī)構(gòu)、雙歷機(jī)構(gòu)、三歷(日期、星期、月份)機(jī)構(gòu)、各種活動(dòng)體、各種報(bào)時(shí)裝置等。