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向法拉第致敬-电工们是如何推动手表发展的

2020-11-12 15:13:54


作者 smartmind


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直到1950年,机械手表的基本构造已经被沿用了300多年,电磁感应原理也被发现了100多年,人类已经跨入了电气化的时代,但是手表似乎和电仍然挂不上什么钩。


此时的手表就像是纽约摩天大楼里的圣诞老人,虽然恪守着传统,但是与周围环境泾渭分明。这时候,电工们终于决定要做点什么了,他们智慧的大脑对手表的发展做了不小的推动,让恪守传统多年的手表也进入了电气化时代。也许是石英危机的能量如此之大,1950年代到1960年代,这个石英危机来临的前夜,传统机械与新型电气都在手表上大放异彩的年代,慢慢淡出了人们的视野。


今天,本着向法拉第老先生和电工们致敬,歌颂一下电工们上马能编程写程序,下马能给女神修电脑的精神,我们聊一聊石英到来前的电工们开创的电气手表时代 。


大多数人的印象中,电子表总是与拥有五颜六色的表壳、黑白色的数显屏幕的石英表相等同。实际上,石英表是电子手表的一种,因为它也是用电的,但是电子手表其实是个大家族,从今天我们要聊的电气手表到原子钟,都可以叫电子表。只是后来日本人的石英表来势汹汹,影响实在太大,几乎断了瑞士钟表的根,把大多数人脑海里的电子表都洗成了卡西欧和精工。

石英危机影响之广连007电影都受波及


为何叫电气手表,因为1950-60年代,石英手表还没有出现(还在实验室里),此时的电子表还是采用电磁感应原理工作,简单的说,就是那时是潮人的你,手上可能挂这个电动机还跟旁边的小姑娘吹呢。


猫帅戴的也是法拉第老师的作品


下面,我们正式说一下电气手表的种类,电气手表按照出现的年代和原理,大致可以分为带摆轮的线圈感应式手表和音叉结构的手表。


一、带摆轮的线圈感应式手表:

这是最早出现的“电子手表”,实现了手表驱动由发条向电池的转变,电工们执着的认为在电气时代仍然用手给钟表上发条是件很丢人的事情,他们把目光投向了电池。1957年,汉密尔顿发明了人类第一支电动手表,也可以叫第一支电子表,外观上跟一般的机械表没有太大不同,但是机芯就大相径庭了。

可以明显的看到那个大电池还有线路


顾名思义,“带摆轮的线圈感应式手表”就是机芯有摆轮和线圈,原理相当接近于我们的电动机,简单的说就是电池给线圈通电,线圈产生磁场,推动摆轮摆动来带动齿轮运转,齿轮组将摆动的高频率分频成秒、分、小时,通过指针显示在表盘上。具体还可以按照线圈的固定方式分为固定线圈和活动线圈,如果按照是否由机械控制电流方向,则可以分为机械控制和电子控制。具体原理就不再深究了,电工们有兴趣可以放狗搜一下,很有意思。下面简要介绍一下:


1. 活动线圈式电子表

活动线圈式机芯的摆轮像一个锚,内有线圈并通电形成磁场,在固定的永磁体上来回摆动,当通过磁场时靠磁场相斥加速,通过后由机械控制器断电,由螺旋弹簧提供反作用力完成回摆。活动线圈式的电子表仍然含有机械的控制器,本质上并不能完全被称为是电子表。


猫王戴的Hamilton Ventura 就是这种结构,这也是猫王最钟爱的手表:



2. 固定线圈式电子表

固定线圈式机芯就是将线圈固定,摆轮有铁质部件,相当于电动机的转子,直接受磁场加速,由二极管作为控制器断电,同样由螺旋弹簧提供动力完成回摆。固定线圈的结构不再像活动式线圈那样含有机械接触的部件,寿命更长。同时摆轮没有纤细的线圈,更容易保养。固定线圈式的电子表由二极管来控制断电,已经完全摆脱了机械结构的影响,已经是真正意义的电子表了。


比如Vulcain R148手表就是这种结构:


3. 晶体管控制的摆轮电子表

电工们的脑袋是不断闪烁着光芒的,上面两种结构有一半的动作都是靠螺旋弹簧来完成,结构也相对复杂,于是电工们想到了一个升级版本。利用新出现的晶体管电路来控制电流的方向(高频交流电),不断交流变化的电流通过线圈产生磁场,作用于带有磁铁的摆轮往返运动,频率更加精密可控,结构也相对简单。



这只Bulova的Caravelle手表就是这种结构:



二、音叉时代

感谢电工们聪明的大脑和彻底革命的精神,上面的线圈摆轮式电子表仍然没有完全摆脱传统手表的摆轮和游丝的结构,仍然依靠摆轮作为时间频率的发生器,而且摆轮转的越快,带来的磨损问题就越大,当时的电池水平也不允许摆轮提高频率带来的功耗。于是乎,电工们决定采取革命,完全抛弃传统手表的结构,一种新型结构的手表呼之欲出,他将采用完全不同的时间频率发生器。


这次的革命家还是美国人,叫Bulova,它推出了一个系列,叫Accutron。这个名字在整个60年代,基本就是音叉结构电子表和精准的代名词。这个结构是如此的具有革命性,以至于在当时也引起了不小的潮流,欧米茄、浪琴、甚至劳力士都开发过相同结构的手表。


宝路华是如此对自己的革命性设计有自信,Accutron的部分系列采用了全**的结构,从正面我们可以对手表机芯的上的两个线圈一目了然,就像一架被解剖开的老式电话机。在两个线圈中间,就是音叉表之所以得名的音叉结构。宝路华是如此迷恋这个结构带来的巨大成功和荣誉,以至于将公司的Logo都改成了一只音叉。(音叉是啥大家肯定都见过,就是体检听力测试时医生拿在手里,放到你耳边猛敲一下,嗡嗡响的那个东东)


这个结构有什么特点呢?特点就在音叉上,原理简单的说就是手表有两个线圈筒,依靠晶体管电路控制电流频率产生电磁感应,两个电磁筒中间是一个像音叉一样的两齿叉子,两齿叉子受到电磁感应开始震动,就像受到敲击后的医用音叉。音叉的两齿上有两个支架跟随音叉震动做往复运动,从而推动另一端的齿轮转动。


音叉震动的频率是每秒300多次,任何形式的摆轮结构都可谓是难以望其项背,所以音叉结构的电子表又被叫做“嗡嗡表”。嗡嗡的声音也带来了当时超高的精度,宝路华的Accutron系列通过了美国铁路时计认证(Ball历史上也是),Spaceview系列还上过太空。在获得巨大的荣誉同时,也成为当时销量最好的手表。其结构被很多正宗的瑞士表厂采用,一时间风头无俩。


电子表的出现在那个年代基本就是黑科技,人类第一次摆脱了发条和游丝的控制,双手被释放出来,不用再考虑上链或者活动量的问题。手表正式走进了电子时代,跟蓬勃发展的电子科技相呼应,也为以后石英的出现打下来基础。


但是受制于当时科技水平和设计结构,电磁感应式的手表始终无法摆脱耗电量大,结构复杂,加工难度大和保养困难的问题。很遗憾这场发动自美国的手表工业革命没能继续下去,而此时的东方,“黑暗势力”正在**。正所谓“人无百日好,花无百日红”。好景不长,1969年,从来没有入过欧美人法眼的日本人,带来了一项在未来二十年彻底改变了钟表历史的发明:石英表。


每当我回想这段历史的时候,我都会想起梅尔吉普森主演的《启示录》,在电影的结尾,梅尔吉普森饰演的玛雅人中终于逃脱了部族互相残杀被当作人祭的命运,但当他逃到海边站在山顶瞭望,却看见了西班牙人的战船已经到来。





欢迎大家关注我的一家之言

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OHSEAL:

好文,学习了。汉弥Ventura真有型,好像也挺贵。


smartmind:

国内估计卖不上价,主要后面汉密尔顿的品牌不行了,国外老美在猫王的光环下还是挺喜欢的。


bxjbobby:

呸,汉密尔顿怎么不行了?我刚买了一个!


chlogan:

巨大的电摆曾经口水过。不过容易坏,坏了没法修。收藏品的大忌啊


smartmind:

是啊,基本都是拆机件维修了


胖哥:

梅尔吉普森饰演的玛雅人中终于逃脱了部族互相残杀被当作人祭的命运,但当他逃到海边站在山顶瞭望,却看见了西班牙人的战船已经到来。太文艺范了


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