Глава 2. Ремонт электронных часов

Электронные часы подразделяются на две основные конструктивные разновидности. Первая — это собственно механические часы с пружинным двигателем и электрическим подзаводом; вторая — электронные часы, источником энергии для которых служит электрическая батарея или аккумулятор.

Двигатель в таких часах отсутствует, а энергия источника питания используется для непосредственного приведения в действие регулятора хода.

Часы с электроподзаводом известны уже несколько десятилетий; чисто электронные часы, особенно наручные, появились в течение последних десятилетий. Все они являются более высокоточными по сравнению с механическими модификациями и могут непрерывно функционировать без смены источника тока в течение года и более.

Часы электромагнитного или магнитоэлектрического принципа действия

По принципу работы электронные часы можно подразделить на контактные, бесконтактные (транзисторные), синхронные, камертонные и т. д.

В контактных часах электрическая цепь питания привода регулятора хода замыкается при помощи контакта. В бесконтактных часах с той же целью применяется миниатюрный транзистор. Синхронные часы приводятся в действие синхронным электродвигателем. А камертонные часы в качестве регулятора хода располагают крошечным камертоном, колебания которого и приводят в движение их механизм.

В настоящее время существует несколько десятков различных типов контактных часов и почти столько же транзисторных. Определенной систематизации их конструкций не существует.

Здесь рассмотрены несколько наиболее интересных вариантов.

Электронно-механические контактные наручные часы

Принцип действий этих часов основан на взаимодействии постоянного магнита и электрической катушки. Импульс, приводящий в движение регулятор хода, в этих часах вызывается при помощи электрического контакта.

Если в механических часах движение стрелок осуществляется за счет энергии, подаваемой от заводной пружины через двигатель, а колебательная система баланс — спираль тоже расходует энергию пружины на поддержание колебательного процесса, при этом выполняя функции только лишь регулятора хода, то в электронно-механических часах система баланс — спираль — электромагнит выполняет одновременно две функции: регулятора и двигателя. Энергия от баланса через колесную систему передается сразу на стрелки. Таким образом, кинематическая схема контактных электронно-механических часов заметно отличается от кинематической схемы обычных механических часов.

Компоновка механизма электронно-механических часов также отличается от обычной. В большинстве случаев в электронно-механических часах применяются балансы, которые по диаметру значительно больше, чем балансы в механических часах такого же размера. Это связано с тем, что большой баланс располагает и большей инерцией. Использование в электронно-механических часах такого баланса позволяет улучшить стабильность хода часов и значительно облегчает их работу.

Механизм часов собран в трех уровнях. На верхнем уровне располагается баланс, посередине — магнитная система, колесная передача и батарея, а внизу — стрелочный механизм. Через все три уровня проходит ось баланса, которая специально удлинена. Чтобы защитить ее от возможных повреждений при ударах, использованы специальные амортизаторы, подобные противоударным устройствам в механических часах.

В часах установлен элемент питания (батарейка). Одним из своих полюсов батарейка прикасается к токосъемной шине. По этой шине ток поступает в изолированную от остального механизма часов колонку, которая несет контактную пластину. Эта пластина продета сквозь проволочную петельку, закрепленную на второй пластине, также изолированной от остального механизма.

Другой полюс батарейки контактирует с массой всего механизма. В этом направлении ток от батарейки поступает через спираль на баланс, а оттуда — на закрепленную в прорези обода баланса катушку. Катушка соединена одним концом с самим балансом. Имейте в виду, все детали электронной схемы малогабаритных часов очень малы.

На балансе установлен контактный штифт, к которому подключается второй конец катушки. А под балансом располагается изготовленный из специального платиново-кобальтового сплава постоянный магнит большой мощности. Магнитопровод из электротехнической стали создает необходимую концентрацию магнитного поля на пути катушки и снижает рассеивание магнитного поля.

На оси баланса установлен ролик, в котором закреплен эллипс. Как только баланс приходит в движение и начинает колебаться, эллипс поочередно захватывает зубья храповика и вращает его. Когда храповик выходит из зацепления с эллипсом, его фиксирует магнит, также изготовленный из платиново-кобальтового сплава. Зубья стального храповика поочередно притягиваются к магниту, таким образом храповик фиксируется.

Когда движение баланса происходит в направлении рабочего хода, эллипс захватывает очередной зуб храповика и поворачивает его, в результате следующий зуб храповика оказывается в магнитном поле. Подтянутый магнитом храповик фиксируется в этом положении.

При обратном движении баланса эллипс не выводит зафиксированный зуб из поля магнита, так как смещает его лишь незначительно. Храповик опять притягивается магнитом и снова занимает исходное положение.

Триб храповика, в свою очередь, находится в зацеплении с секундным центральным колесом. Это колесо при вращении сопряжено с минутным колесом. На втулке минутного колеса установлен минутный триб. Через вексельное колесо и его триб он соединяется с часовым колесом.

Кинематика часов такова: если вложить в них батарейку и качнуть баланс, то контактный штифт соприкасается с пластиной и электрическая цепь замыкается. Ток течет через катушку, из-за чего вокруг нее возникнет электромагнитное поле. В тот момент, когда катушка оказывается вблизи постоянного магнита, срабатывает контакт.

Из-за взаимодействия электрических полей катушки и магнита на катушку будет действовать сила, направленная на выталкивание катушки из магнитного поля. Движение приведет к тому, что баланс повернется и начнет вращаться. Когда же катушка выйдет из зоны действия магнита, контакт будет разомкнут и импульс перестанет поступать на баланс.

Под воздействием спирали баланс изменяет направление своего вращения. Из-за этого катушка снова приближается к постоянному магниту. Но контакта не происходит, так как контактный штифт проходит мимо конца пластины, не прикасаясь к нему.

В наручных электронных часах необходимы некоторые дополнительные устройства. Дело в том, что при пуске часов нужно сообщить балансу начальный импульс. Для этого предназначено устройство в виде специальной системы рычагов. Одновременно это устройство предназначается и для защиты баланса от поломки при переводе стрелок.

Система рычагов тормозит баланс при включении механизма перевода стрелок.

Электронно-механические бесконтактные часы

Эти часы также снабжены электромагнитным приводом баланса, то есть приводом такого типа, в котором импульс балансу сообщается вследствие взаимодействия полей постоянного магнита и электрической катушки (рис. 7).

Рис. 7. Принципиальная схема работы электронно-механических часов:

1 —магниты постоянные;

2 — спираль;

3 — баланс;

4 — противовесы;

5 — магнитопроводы;

L1 — катушка возбуждения;

L2 — катушка импульсная;

C1—С2 — конденсаторы;

R — резистор;

Т— транзистор;

Б—база; К—коллектор; Э — эмиттер;

Е — источник питания

Однако сам процесс формирования импульса в этих часах осуществляется не с помощью контакта, а посредством миниатюрного транзистора.

На одной их стороне закреплены постоянные магниты (1), а на противоположной — противовесы (4). Катушка часов разделена на две секции. Одна из них называется катушкой возбуждения (на рисунке — L1), другая — импульсной катушкой (L2). Они устанавливаются на платине часов таким образом, чтобы проходить через зазор между постоянными магнитами. Катушка возбуждения включена между эмиттером и базой транзистора, импульсная — между эмиттером и коллектором. В разрыв этой цепи включен элемент питания. На балансовом регуляторе таких часов (3) находятся магнитопроводы (5).

Около одной трети всего полезного объема механизма занимает источник тока. Батарейка удерживается в корпусе при помощи пружинки, которая одновременно соединяет источник тока со всем остальным механизмом.

В верхней части механизма находится мост, на котором крепятся контактные пластины. Мост крепления баланса, укрепленная на самом балансе катушка и магнитопровод размещаются в правой части корпуса.

Своеобразное «поэтажное» расположение деталей и узлов в электронно-механичесих часах приводит к увеличению их высотного размера. К недостаткам малогабаритных электронно-механических контактных часов этой конструкции относится и то, что сама контактная группа считается малонадежным узлом. Источниками возможных нарушений в работе таких наручных часов может быть окисление контактов, приводящее к дефектам работы часов, а также то, что контактные пластины неустойчивы к вибрациям и ударам.

Кроме того, у этих часов есть еще два недостатка: довольно большой расход тока, из-за чего работа часов от одного источника тока сокращается от 1 года до 8-10 месяцев; а также то, что транзисторы надо при монтаже схемы часов подбирать индивидуально.

На балансе расположены магнитопроводы, а на них закреплены два постоянных магнита. На протиэположной стороне баланса находятся противовесы. Катушки установлены на платине часов таким образом, что при колебаниях баланса они проходят сквозь зазор между постоянными магнитами.

Если качнуть баланс, то при прохождении катушек в магнитном поле постоянных магнитов в катушке возбуждения возникает электродвижущая сила. Направление витков катушки выбрано таким образом, что транзистор мгновенно откроется и ток от источника потечет через коллекторно-эмиттерный переход транзистора. Затем он попадает на импульсную катушку. Вокруг катушки в результате этого возникнет магнитное поле, которое будет взаимодействовать с магнитным полем постоянных магнитов. Эти поля взаимно отталкиваются, что сообщает балансу нужный импульс.

Как правило, балансовый регулятор электронно-механических часов сделан в виде двух круглых ободков из мягкого магнитного материала. На этих ободках укрепляются постоянные магниты и их противовесы.

В этих часах, как и в электронно-механических часах контактного типа, баланс также является не только регулятором хода, но и двигателем стрелочного механизма. То есть для приведения в действие часов необходимо сообщить импульс балансу.

Источники тока

В качестве источника тока в наручных электронно-механических часах использована миниатюрная батарейка пуговичной конструкции. Довольно частой операцией в практике ремонта наручных электронно-механических часов является замена источника тока. К сожалению, во многих существующих в настоящее время конструкциях этих часов батарейка установлена так, что замена ее самим владельцем часов практически исключена.

Источник тока размещается либо в гнезде платины, либо на крышке корпуса. Он установлен там совершенно свободно и удерживается специальной пружиной. В некоторых модификациях предусмотрена дополнительная миниатюрная крышка, которая ввинчивается в основную крышку корпуса. Чтобы извлечь батарейку, запас энергии которой израсходован, из корпуса часов, отверните закрывающую ее крышку или снимите удерживающую ее пружину и переверните часы мостами вниз. Батарейка легко выпадает из гнезда.

Когда вы устанавливаете источник тока, внимательно следите за его полярностью. Обычно на крышке батарейки в большинстве случаев положительный электрод отмечается при помощи выгравированного знака «+». Если такой знак отсутствует, тогда приходится ориентироваться по четко выраженным корпусу и крышке элемента.

Если вам пришлось заменять источник тока в тех часах, конструкция которых вам неизвестна, тогда прежде чем вытащить из корпуса использованный элемент, хорошенько запомните его положение в механизме. Новый элемент должен быть установлен в таком же положении.

Перед установкой нового элемента необходимо проверить дату его изготовления. Обычно она проставляется на упаковке. Если элементы хранились более 10–12 месяцев, то к использованию они непригодны. При отсутствии на упаковке даты изготовления проверьте напряжение источника тока. В том случае, если напряжение на 0,1 В ниже номинального, такой источник тока применять не стоит.

При установке нового источника тока рекомендуется пользоваться большим пластмассовым пинцетом. Не прикасайтесь к источнику тока пальцами, поскольку даже краткое прикосновение сказывается отрицательно на элементах некоторых типов. Если нет пинцета, можно использовать резиновые напальчники.

Элементы, хранившиеся долгое время без упаковки, применять не рекомендуется. Храниться элементы должны только в промышленной упаковке — полистирольном мешочке. Также лучше не использовать те элементы, у которых от долгого хранения на соединительном шве крышки выступил белый порошкообразный налет.

Ремонт малогабаритных электрических часов

Разборку наручных часов и анализ дефектов их устройства и хода надо проводить в определенной последовательности. Для работы с часами необходим немагнитный (латунный или пластмассовый) пинцет. Не используйте латунные пинцеты с никелевым покрытием.

Последовательность разборки часов следующая:

— отверните крышку корпуса, выньте пружинное кольцо, затем ослабьте винт переводного рычага и выньте головку перевода стрелок. После этого механизм часов можно извлечь из корпуса;

— из механизма извлеките установочное кольцо, освободите удерживающую источник тока байонетную пружину или мост. Затем снимите источник тока;

— отделите стрелки от механизма, после чего уложите механизм на какую-нибудь подставку;

— осторожно отделите мост с контактными пружинками. Когда снимаете мост, необходимо следить, чтобы контакты не задели спираль;

— снимите верхнюю пластину магнитопровода; для этого надо ослабить винт крепления моста баланса, вывернуть винт крепления магнитопровода (ближний к мосту баланса) и ослабить второй его винт;

— поверните магнитопровод по часовой стрелке, при этом постарайтесь не задеть катушку. Затем выверните второй винт полностью и снимите магнитопровод. Нижняя пластина магнитопровода при этом будет удерживаться только притяжением магнитов.

Осматривая механизм часов, надо прежде всего проверить электрические характеристики. Во-первых, это правильность исходного положения и процесса замыкания контактов. Затем необходимо проверить напряжение источника тока, а также качество изоляции токопровода относительно платины. Все электрические характеристики удобно измерять универсальным измерительным прибором — тестером (микроампервольтомметр). При пробое изоляции (стрелка омметра отклоняется) необходимо переклеить токопровод эпоксидной смолой. Для промывания контактов используется только спирт. Все дефекты механической части исправляют обычным способом, так же как в механических часах.

При сборке часов по отношению к контактной группе необходимо соблюдать особую осторожность. После того как вы закончили ремонт, контакты надо обязательно отрегулировать.

Основные дефекты наручных электронно-механических часов и способы их устранения

— Если часы резко изменяют суточный ход или периодически останавливаются, причиной может быть падение амплитуды; разряд источника тока до 1,3 В.

Чтобы исправить часы, замените источник тока.

— Если часы периодически останавливаются, причиной может быть деформация контактных пластин или натыкание пластин на размыкающий камень.

Чтобы избежать этого, надо отладить контакты.

— Если часы останавливаются, это может быть из-за того, что отклеился токосъемник или же токосъемник пробивает током на баланс, или оборвана катушка. Во всех этих случаях надо сменить баланс.

— Если механизм часов работает, а их стрелки тем не менее стоят, причиной может быть слабая фиксация ходового колеса либо засорение ангренажа. Чтобы исправить неполадки, в первом случае надо приблизить к колесу фиксирующий магнит; во втором — прочистить трубку центрального триба.

— Если часы отличаются большой нестабильностью суточного хода (в течение суток то спешат, то отстают), это может произойти из-за намагниченности стальных деталей часов. Выпрессуйте постоянные магниты и размагнитьте механизм.

— Если у часов большая погрешность суточного хода, это значит, что у них разрегулированы или изношены контакты. Их следует сменить и отладить.

— Если стрелки часов показывают неправильное время, хотя механизм исправен, причина — слабый фрикционный узел. Чтобы исправить положение, достаточно обжать минутник.

— Если часы спешат, значит, упала амплитуда и контакты подгорают. Их надо промыть спиртом.

— Если катушка задевает за ангренажный мост или верхний магнитопровод, значит, она деформирована или оборвана. Надо ослабить винты крепления катушки, затем установить ее в плоскости, закрепить и уравновесить баланс.

— Если нет напряжения на контактной колонке, плохой контакт батарейки с токопроводом и токопровода с колонкой, нужно подогнуть токопровод.

— Если отскочил контакт контактной пластины, смените контакты.

— Если токопровод пробивает током на платину, надо переклеить токопровод.

— Если часы часто меняют ход, причиной могут быть дробные импульсы на балансе. Для исправления надо зачистить и отладить контакты.