مقدمه
نمایشگرهای ساعت همانطور که از نام آنها بر می‌آید وظیفه‌ی نمایش ساعت را بر عهده دارند و دامنه‌ی وسیعی را در بر می‌گیرند. در واقع از ساعت مچی شما تا ساعت‌هایی که در ماهواره‌ها بکار رفته دارای یک نمایشگر ساعت هستند.
بطور کلی نمایشگرها به دو دسته‌ی کلی تقسیم می‌شوند: عقربه‌ای و عددی و از یک دیدگاه دیگر به سه دسته‌ی مکانیکی، الکترومکانیکی و الکترونیکی تقسیم می‌شوند. شاید به ذهن برسد که نمایشگر عقربه‌ای دیگر استفاده‌ای ندارد و می‌بایست نمایشگرهای دیجیتال جایگزین آن بشوند. نمایشگر عددی دقت وظاهر بهتری دارد ولي با این وجود نمایشگر عقربه‌ای به دلایل فرهنگی، سواد عمومی، گستردگی مصرف کننده، سرعت بالای قرائت، خطای قرائت و هزاران دلیل دیگر هنوز جای خود را بطور کامل به نمایشگرهای عقربه‌ای 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 قرائت شود.
با توجه به این توضیحات این نیاز احساس می‌شود که یک بررسی کلی از روش‌ها و مدل‌های مختلف اندازه گیری زمان و نمایشگر ساعت انجام شود تا بتوان بسته به نیاز و شرایط نصب و استفاده‌ی نمایشگر، از میان این تنوع نمایشگرها و روش‌هاي اندازه گیری زمان، نمایشگر مورد نظر با کارایی بالا را انتخاب نمود. لذا در این بررسی سعی براین است كه انواع ساعت‌ها را بصورت کلی و کاربردی مورد بررسی قرار دهیم.
-
روش‌های متداول اندازه گیری زمان
-
نوسان ساز مکانیکی
-
این ساعت‌ها دارای دو چرخ دنده‌ی در هم درگیر هستند و میزان گردش آن توسط یک مکانیزم پایدار کنترل است بطوری که هر ثانیه مقدار مناسبی گردش داشته باشد. نام این سیستم چرخ‌دنگ می‌باشد، چرخ‌دنگ ساز و کاری است که حرکت دورانی پیوسته را به حرکت گسسته تبدیل می‌کند.
انرژی این سیستم مکانیکی از حرکت در اثر جاذبه‌ی زمین، و شارژ یک فنر کششی یا پیچشی یا یک موتور الکتریکی تأمین می‌شود. ولی میزان حرکت که مقدار گذشت زمان را نشان می‌دهد، وابسته به اندازه و ابعاد یک پاندول و یا چرخ دنده‌ی تعادل می‌باشد. در هر یک از موارد فوق بطور معمول نمایش بصورت عقربه‌ای بوده ودقت آن وابستگی شدید به عوامل فیزیکی اطراف دارد. به عنوان مثال تغییر در دما، اصطکاک و یا ضربه باعث خطا می‌شود.
-
نوسان ساز کریستال کوارتز
کوارتز در ساعت وسیله‌ی تپش و ضربان ساز است و با انرژی کمکی که از باطری به آن داده می‌شود تولید ضربان می‌کند که این ضربان و یا نوسان وابسته به زاویه‌ای که کوارتز را بریده‌اند می‌باشد که این ضربان برای ساعت سریع است و ضربان آن را با مدارهای کوچک دیگری که تقسیم کننده‌ها نامیده می‌شوند دقیقا 60 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 ضربان‌ها می‌تواند توسط شمارش‌گر الکترونیکی شمارش شوند و بسته به بهای ساعت می‌تواند دارای چند رقم باشد و یا دقت بالایی داشته باشد. نخستین بار در سال 1929 از بلور کوارتز برای زمان سنجی استفاده شد. این ابداع دقت زمان سنجی را بسیار فراتر از ساعت‌های آونگ دار الکتریکی افزایش داد و در سال‌های دهه‌ی 1930 به عنوان استاندارد اندازه گیری زمان جایگزین متداول گردیدند. ساعت‌های کوارتز اکنون به خاطر هزینه‌ی کم و عملکرد عالی، رایج‌ترین 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 اگر در شرایط بسيار خوبی قرار گیرند دارای دقت خوبی هستند و حداکثر خطای آنها حدود یک تا دو ثانيه در هر ده سال است.
-
نوسان ساز اتمی
ساعت اتمی گونه‌ای از ساعت است که بسآمد تشدید نوسان ساز داخلی خود را از ارتعاشات الکترون اتم عنصر خاصی ساخته و به عنوان تجهیز نگهداری یا مرجع زمان به کار می‌گیرد.این ساعت‌ها دقیق‌ترین ساعت بسآمدی شناخته شده‌اند و به عنوان استانداردهای اولیه برای سرویس جهانی پخش زمان، برای کنترل بسآمد پخش برنامه‌های تلویزیونی و سیستم‌های موقعیت یاب جهانی همانند جی پی اس به کار می‌روند. ساعت‌های اتمی از امواج دقیق مایکروویو منتشر شده از الکترون استفاده می‌کنند و امواج مذکور هنگامی تولید می‌شوند که الکترون‌ها در اتم‌ها سطح انرژی خود را تغییرمی‌دهند 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 فنآوری‌ها نیازمند زمان سنجی دقیق می‌باشند. برای مثال سامانه‌ی جهانی تعیین موقعیت (GPS) برای تعیین محل دقیق یک گیرنده در هر کجای جهان، از محاسبات بسیار دقیق زمانی استفاده می‌کند.
-
نوسان ساز تَله‌ی یونی اتم
اکنون ساعت‌های پیشتاز قرن بیست و یکم ساعت‌های تَله‌ی 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 (تَله) 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 برگزیده‌اند که نسبت به سزیم فرکانس بسیار بالاتری دارد و تیک تیک‌های قابل شمارش آن بيشترند. این مطلب باعث می‌شود که ثانیه شماری آن دقیق‌تر باشد. دستیابی به دقتی 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.
-
انواع نمایشگر
ساعت‌ها خود به سه دسته‌ی مکانیکی، الکترومکانیکی و الکترونیکی تقسیم می‌شوند ولی نمایش ساعت فقط در دو صورت عقربه‌ای و عددی مرسوم می‌باشد. بسیار مهم است که نمایش ساعت چه قدر دقیق و بر اساس چه مرجعی باشد.
در ایران معمولا افراد ساعت خود را با رادیو یا تلويزيون تنظیم می‌کنند ولی باید این نکته را در نظر داشت که این سیگنال با تأخیری كه گاه تا چند ثانیه هم می‌رسد به گیرنده رسیده است. در تلفن‌های همراه گزینه‌ای وجود دارد که می‌توان آن را با فرستنده‌ی امواج تلفن همزمان کرد که گاهی نیز تلفن همراه ممکن است با شبکه هم خوانی نداشته و ساعت راغلط نمایش دهد. در ادامه سعی می‌كنيم انواع نمایشگرهای ساعت را از دیدگاه مرجع آنها بررسی کنيم.
-
نمایشگرهای مکانیکی عقربه‌ای
از رایج‌ترین نمایشگرهای ساعت هستند که دارای کریستال کوارتز بوده و سیستم مکانیکی آنها قدمی است و برای کارهای روزمره مناسب بوده ولی قابلیت دریافت زمان از جایی را ندارند و می‌بایست هر چند روز یک بار آنها را تنظیم کرد. در صورت داشتن پنجره‌ی روز شمار ماه، تاریخ 29 تا یکم ماه قابل اعتماد نبوده و باید اول ماه‌های کمتر از 31 روز تنظیم مجدد شوند. ساعت‌های مچی و دیواری معمولی از این دسته هستند.
مشخصه‌ها:
-
نمایشگر: عقربه‌ای
-
طریقه‌ی تنظیم: دستی
-
انرژی مصرفی: مصرف باتری یا برق
-
خطا: کمتر از یک ثانیه در ماه
-
ارزش: ارزان
-
مزایا: دارای دانش فنی عمومی
-
نمایشگرهای صنعتی ضربه‌ی الکتریکی
این نمایشگرها دارای یک محرک الکترومکانیکی (معمولاً موتور الکتریکی) و مجموعه‌ای از چرخ دنده می‌باشند. برای استفاده از این نمایشگرها نیاز به یک نوسان ساز است که به مادر ساعت معروف می‌باشد. این نوسان ساز ها ضربه‌های یک دقیقه‌ای تولید کرده و در هر دقیقه باعث حرکت عقربه‌ی دقیقه شمار می‌شوند. در این مادر ساعت‌ها ضربه‌های الکتریکی با مدت زمان ثانیه و ده دقیقه نیز ممکن است موجود باشد. در هر صورت مبنای سنجش زمان یک کریستال کوارتز است.
مشخصه‌ها:
-
نمایشگر: عقربه‌ای
-
طریقه‌ی تنظیم: دستی
-
انرژی مصرفی: مصرف باتری یا برق
-
خطا: کمتر از یک ثانیه در ماه
-
ارزش: ارزان
-
ضعف: تنظیم سخت، عدم اطمینان
-
مزایا: دارای دانش فنی عمومی، سیم کشی آسان کم حجم
-
نمایشگرهای رادیویی
این نمایشگرها به ظاهر شبیه نمایشگرهای صنعتی ضربه هستند با این تفاوت که نمایشگرهايی مکانیکی می‌باشند و زمان را می‌توانند با کريستال داخلی سنجش کنند. از مزیت این ساعت‌ها این است که فقط به انرژی برق نیاز دارند و می‌توانند زمان خود را از یک فرستنده‌ی زمان دریافت نمایند. در کشور‌های پیشرفته و در حال پیشرفت زمان بصورت رادیویی در تمام کشور ارسال می‌گردد. زمان ارسالی به دلیل وجود یک سیستم بسیار دقیق در فرستنده قابل اعتماد است. روش رادیویی می‌تواند بصورت محلی نیز در جایی که دسترسی به این سیگنال‌های رادیویی ميسر نیست ایجاد شود. از معروف‌ترین این سیگنال‌ها DCF77 در اروپا است که مرجع آن یک ساعت اتمی در آلمان می‌باشد و WWVB در آمریکا که مرجع آن در یک ساعت اتمی کلورادو می‌باشد. این نمایشگرها دارای کاربرد وسیع شامل ساعت‌های مچی، دیواری، رو میزی، خیابانی، برج‌ها و ... می‌باشند.
مشخصه‌ها:
-
نمایشگر: عقربه‌ای - عددی
-
طریقه‌ی تنظیم: خودکار
-
انرژی مصرفی: مصرف باتری یا برق
-
خطا: معادل ساعت مرجع فرستنده که معمولاً اتمی می‌باشد.
-
ارزش: متوسط
-
ضعف:نیاز به دریافت سیگنال برای تنظیم خودکار
-
مزایا: قابلیت اطمینان بالا و نیاز به سیم‌کشی کم در موارد مصرف صنعتی و دقت بالا و تعمیر و نگهداری ارزان
-
نمایشگرهای کد زمانی
این نمایشگرها کارکردی شبیه نمایشگر ساعت رادیویی دارند با این تفاوت که با دو سیم هم به آنها انرژی الکتریکی را رسانده و هم زمان را روی آنها تنظیم می‌کنند.از مزیت‌هاي این ساعت‌ها این است که فقط به سیم‌کشی جهت انرژی برق نیاز دارند و می‌توانند زمان خود را از یک فرستنده‌ی زمان که سیگنال زمان را همراه با برق مصرفی ارسال می‌کند تنظیم نمایند. این روش یک استاندارد جهانی به نام IRIG است که خود به چندین نوع تقسیم می‌شود که نوع A و B از معروف‌ترین و پرکاربرد‌ترین آنها هستند. در ارسال سیگنال رادیویی نیز از همین استاندارد استفاده می‌شود با این تفاوت که در بستر رادیویی به كار رفته است. این استاندارد انواعی دارد که با تغییراتی برای کاربرد خاص یا منطقه‌ی جغرافیایی خاصی مورد استفاده قرار می‌گيرد. به عنوان مثال در کشورفرانسه از AFNOR استفاده می‌شود که همان IRIG نوع B است که به آن اطلاعاتی از تاریخ (روز هفته و روز ماه و ماه و سال) اضافه شده است.
مشخصه‌ها:
-
نمایشگر: عقربه‌ای - عددی
-
طریقه‌ی تنظیم: اتوماتیک
-
انرژی مصرفی: مصرف برق
-
خطا: معادل ساعت مرجع فرستنده که معمولاً اتمی می‌باشد.
-
ارزش: گران
-
ضعف:نیاز به دریافت سیگنال ماهواره جهت تنظیم خودکار
-
مزایا: قابلیت اطمینان بالا و نیاز به سیم‌کشی کم در موارد مصرف صنعتی و دقت بالا و تعمیر و نگهداری ارزان، قابل استفاده در تمام نقاط زمین
-
نمایشگرهای LAN/WIFI
این نمایشگرها کارکردی شبیه نمایشگر ساعت رادیویی دارند با این تفاوت که سیگنال ساعت را یا توسط یک شبکه‌ی بی‌سیم WiFi یا یک شبکه‌ی محلی LAN متصل به اینترنت از یک مرجع زمانی شبکه‌ای دریافت می‌کند. مرجع زمانی اینترنتی یک سرویس دهنده‌ی زمان است که به روشی به نام پروتکل ارسال زمان در شبکه یا NTP زمان دقیق را به تجهیزات شبکه ارسال می‌نماید. در برخی موارد که نیاز به اینترنت وجود ندارد یا به دلایلی می‌بایست شبکه‌ی محلی از اینترنت مجزا باشد، یک سرویس دهنده‌ی زمان (NTP Server) توسط یک مادر ساعت متصل به GPS ایجاد می‌کنند.
مشخصه‌ها:
-
نمایشگر: عقربه‌ای - عددی
-
طریقه‌ی تنظیم: خودکار
-
انرژی مصرفی: مصرف باتری یا برق
-
خطا: معادل ساعت مرجع فرستنده که معمولاً اتمی می‌باشد.
-
ارزش: متوسط
-
ضعف:نیاز به اینترنت
-
مزایا: قابلیت اطمینان بالا و نیاز به سیم‌کشی کم در موارد مصرف صنعتی و دقت بالا، قابلیت کنترل کارکرد از راه دور
-
نمایشگرهای ماهواره‌ای
این نمایشگرها نوعی نمایشگر ساعت رادیویی می‌باشند که سیگنال زمان را از ماهواره‌های موقعیت‌یابی جهانی دریافت می‌کنند. این نمایشگرها همانند ساعت‌های رادیویی دارای کاربرد وسیعي می‌باشند.
مشخصه‌ها:
-
نمایشگر: عقربه‌ای - عددی
-
طریقه‌ی تنظیم: اتوماتیک
-
انرژی مصرفی: مصرف باتری یا برق
-
خطا: معادل ساعت مرجع فرستنده که معمولاً اتمی می‌باشد.
-
ارزش: گران
-
ضعف:نیاز به دریافت سیگنال ماهواره جهت تنظیم خودکار
-
مزایا: قابلیت اطمینان بالا و نیاز به سیم‌کشی کم در موارد مصرف صنعتی و دقت بالا و تعمیر و نگهداری ارزان، قابل استفاده در تمام نقاط زمین
مراجع
http://www.watchworkshop.co.uk/pages/Watch%20movements.html
http://www.tebyan.net/newmobile.aspx/Comment/index.aspx?pid=201945
http://www.exphy.uni-duesseldorf.de/optical_clock/What/index.php
http://www.meinbergglobal.com/english/glossary/afnor.htm
http://en.wikipedia.org/wiki/IRIG_timecode