Ремонт электронных китайских часов своими руками
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 09.09.2024
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:
Сейчас, наверное, почти в каждом доме есть китайские настенные часы на обычной полуторавольтовой пальчиковой батарейке (типа АА), или маленький электронный будильник с таким же механизмом и пищалкой. Чем они хороши́, так это лёгкостью хода, тихим звуком работы (тиканьем) и способностью работать с высокой точностью в течении года на одной батарейке (с хорошей батарейкой даже больше — два и более года). Устройство их очень простое — маленький шаговый двигатель, который поворачивается на 180° каждую секунду и три зубчатых колеса, которые передают это вращение на центральное секундное колесо. На этой центральной оси находятся ещё два колеса — минутное и часовое. Центральная ось с секундной стрелкой поворачивается на 1/60 минуты каждую секунду. Проще говоря она отсчитывает секунды. Далее всё происходит, как в обычных механических часах — маленькая шестерёнка (триб) на оси секундного колеса через промежуточное передаёт вращение на минутное, оно поворачивает вексельное колесо, а с него вращение передаётся на часовое колесо.
Теперь немного подробнее. Шаговый двигатель. Так он называется потому, что как бы шагает каждую секунду — поворачивается, как я уже писа́л на 180°. Сделано это очень просто — обычный электромагнит с сердечником из мягкого листового железа (чтобы легко размагничивался) и двумя разомкнутыми полюсами, между которыми помещён магнит, одетый на пластмассовую ось с шестерёнкой на одном из концов.
При подаче на катушку импульса тока от кварцевого генератора, сердечник намагничивается и устанавливает магнит в определённое положение своим магнитным полем. Ровно через секунду на катушку приходит новый импульс с обратной полярностью, т. е. плюс и минус на катушке электромагнита меняются местами. Магнитное поле на концах сердечника переворачивается и магнитик с шестерёнкой тоже поворачивается. Так происходит каждую секунду и секундная стрелка отсчитывает время. За ней поворачиваются две другие стрелки через свои колёса и показывают время с точностью до секунды. На некоторых часах секундную ось укорачивают и стрелку на неё не ставят. Это делают для того, чтобы приблизить внешний вид часов к старинным механическим часам. На них даже ставят маятник, который приводится в движение от отдельного импульсного электромагнита и часы выглядят вполне правдоподобно старинными.
Хотя механизм очень прост, эти часы тоже ломаются. Эти поломки не сто́ит сравнивать с настоящими часовыми механизмами, я имею в виду механические часы с пружинным или гиревым заводом. Они гораздо проще. И поломки у них тоже простые. Я раньше много ремонтировал таких и подобных механизмов, а сейчас и у меня остановились часы на кухне. Буду их ремонтировать и по ходу дела расскажу об этом Вам, моим читателям. Кому-то это будет просто интересно, а кому-то поможет отремонтировать свои.
Пособие для начинающего мастера
Часовые приборы можно классифицировать по-разному: по принципу действия, по устройству колебательной системы, наконец, по назначению.
По принципу действия часовые механизмы могут быть механическими, электронно-механическими или электронными. Используемые в устройстве часов колебательные системы (баланс, маятник, кварцевый генератор, камертон и др.) зависят от способа применения и предназначения часов. Так, например, маятниковые часы могут работать только в том случае, если маятник подвешен вертикально, то есть часы должны быть неподвижны. Это напольные, настенные или (в редких случаях) настольные часы. Балансовая колебательная система, в отличие от маятниковой, не боится перемещений механизма, поэтому она используется в основном в наручных или карманных часах.
Механические часы, помимо этого, могут подразделяться по типу применяемого двигателя: гиревого или пружинного. Самые простейшие по конструкции — это настенные маятниковые часы с гиревым двигателем, такие, например, как часы с кукушкой.
Механические часы, кроме основного механизма, могут располагать еще и различными дополнительными устройствами. Например, в крупногабаритных часах это может быть бой, календарное или сигнальное устройство; в наручных часах — автоматический подзавод пружины, секундомер, сигнальное или календарное устройство и т. д.
Электронно-механические часы могут быть как наручными, так и стационарными (настольными или настенными). Электронные и электронно-механические часы также могут быть снабжены дополнительными устройствами.
Книга посвящена в основном ремонту самых распространенных часов — наручных и будильников.
В механических часах таковыми являются: двигатель, основная колесная система, колебательная система или регулятор, спуск или ход, стрелочный механизм, механизм завода пружины и перевода стрелок.
Источником энергии в часах является двигатель.
Он может быть пружинным или гиревым. Заведенный двигатель запасает энергию, а затем через колесную систему передает ее регулятору и стрелочному механизму. Основная колесная система состоит из зубчатых колес (секундного, промежуточного, центрального), передающих энергию от двигателя через спуск на регулятор и стрелочный механизм. Регулятор управляет раскручиванием пружины (или распусканием гири). Спуск, являющийся промежуточным узлом, периодически освобождает зубчатую передачу в колесной системе и передает энергию пружины регулятору. Стрелочный механизм состоит из системы зубчатых колес (переводные, вексельное, часовое) и передает стрелкам движение от основной колесной системы.
Механизм завода пружины и перевода стрелок состоит из заводного вала, барабанного и заводного колеса и системы рычагов. Основание часового механизма — платина, одна из сторон которой называется мостовой, а другая — циферблатной. На мостовой стороне располагаются: двигатель, основная колесная система (или ангренаж), анкерное колесо, анкерная вилка, баланс-спираль, механизм автоподзавода у часов, располагающих такой системой, а на циферблатной — стрелочный механизм, механизм завода пружины и перевода стрелок и календарный механизм, если таковой предусмотрен.
Заводная головка навинчена на заводной вал.
При вращении головки, т. е. при заводе часов, вал тоже вращается, передавая движение на заводное колесо и далее — на барабанное колесо, надетое на вал барабана. На нем крепится внутренний виток заводной пружины, и при вращении колеса пружина накручивается на вал. Когда заведенная пружина начинает раскручиваться, то вращение барабана передается на центральное колесо. Центральное колесо, в свою очередь, вращает колесо промежуточное, а оно — секундное, приводящее в движение секундную стрелку. Затем с секундного колеса движение передается на анкерное колесо, поддерживающее колебания баланса. Наконец, через вексельное колесо движение передается часовому колесу с часовой стрелкой.
Для ремонта часов в домашних условиях вам пригодятся: лупа, несколько отверток с диаметром лезвий от 0,6 до 2 мм, 2–3 пинцета, набор ключей, плоскогубцы, кусачки, напильники, игла, нож, штангенциркуль, приспособления для чистки и смазки (масленка, щетки, резиновая груша и др.). Бензин для смазки можно наливать в обыкновенный чайный стакан, только необходимо плотно закрывать его. В качестве щеток для чистки деталей можно использовать старые зубные щетки.
Глава 1. Ремонт механических часов
Поскольку довольно часто причиной остановки часов является загрязненность механизма, высыхание масла, проникновение влаги внутрь корпуса часов и т. д., то иногда бывает достаточно просто разобрать часы, при этом промыв или смазав их механизм. Перед разборкой часов изучите прилагаемую схему (рис. 1).
Рис. 1. Кинематическая и принципиальная схема механизма часов:
2 — ролик двойной;
4 — камень сквозной;
5 и 6—калош накладной и импульсный;
8 — штифты ограничительные;
9 — вилка анкерная;
10 — ось анкерной вилки;
11 и 12—полеты входная и выходная;
14 — колодка спирали;
15 и 16 — штифты регулировочного градусника;
17 — колесо анкерное;
18 — камень сквозной;
19 — триб анкерного колеса;
20 — колесо секундное;
21 — триб секундного колеса;
22 — стрелка секундная;
23 — колесо промежуточное;
24 — триб промежуточного колеса;
25 — колесо центральное;
26 — триб центрального колеса;
28 — пружина заводная;
29 — вал барабана;
30 — накладка мечевидная;
31 — колесо барабанное;
33 — пружина собачки;
34 — муфта кулачковая;
35 — колесо заводное;
36 — триб заводной;
37 — вал заводной;
38 — рычаг переводной;
39 — пружина переводного рычага (фиксатор);
40 — рычаг заводной;
41 — пружина заводного рычага;
42 и 43 — колеса переводные;
44 — колесо вексельное;
45 — триб вексельного колеса;
46 — колесо часовое;
47 — стрелка часовая;
48 — стрелка минутная;
49 — триб минутной стрелки (минутник)
Разборка проводится в следующей последовательности:
— Снять заднюю крышку корпуса (удобнее всего подцепить ее ножом; некоторые крышки откручиваются). Как правило, такие неисправности, как лопнувшая пружина, сломанные или погнутые колеса, разболтавшиеся винты, видны сразу же.
— Если при беглом осмотре все выглядит целым, следует вынуть механизм из корпуса. Для этого сначала надо спустить заводную пружину; делается это так: заводной головкой собачка отводится в крайнее положение (момент завода) и придерживается пинцетом, а заводная головка в это время осторожно вращается пальцами. Затем извлекается заводной вал. Для этого надо установить его в положение перевода стрелок и ослабить винт переводного рычага. Потом механизм вынимается из корпуса и заводной вал опять становится на место. В некоторых моделях корпус часов устроен так, что механизм можно вытащить и без снятия заводного вала.
Номиналы гасящих резисторов в цепях сегментов индикаторов нужно подбирать под конкретный тип индикаторов, обеспечивая оптимальный ток через сегмент. Иначе сегменты проживут одно мгновение, но очень ярко. Здесь они указаны для SA23-11 (2,3 дюйма высотой).
Вместе с тем всё-таки у меня по мере эксплуатации устройства появилась одна претензия к работе схемы. Вернее не к самой схеме, а к реализации в ней резервного питания МК.
Дело в том, что в качестве источника резервного питания на случай прекращения основного сетевого там предусмотрен элемент типа CR2032. Емкость его ничтожна, и в случае частых отключений электроэнергии её хватает суммарно от силы часа на полтора-два. Затем МК обесточивается и сбрасывается в нули. Приходится потом вскрывать часы, менять батарейку и заново выставлять время. Это неудобно, когда перебои с электроэнергией — обычное дело. Особенно, если часы висят в месте, не очень доступном без применения "спецсредств" типа лестницы.
Я решил модернизировать схему питания часов.
Хочу более подробно рассказать об этом применительно к конструкции на больших светодиодных индикаторах высотой 5 дюймов (12,6см) зеленого свечения.
Особенности изменений следующие.
1. Индикаторы 5" требуют более высокого напряжения питания, так как каждый сегмент включает в себя семь последовательно соединенных параллельных пар светодиодов, падение напряжения на каждой из них около 3,1в. Общее падение напряжения на цепочке одного сегмента примененных мной индикаторов зеленого цвета составляет более 21в.
Поэтому для их питания был применен источник АС DC 24в.
2. Использованы кнопки управления исполнения IP65 со светодиодной подсветкой 12в:
следовательно потребовался модуль DC DC Step Down для понижения с 24в до 12 вольт: Использовал малогабаритный китайский 22x18мм. Вот такой:
3. Для питания схемы управления нужно напряжение 5в. Поэтому после 12 вольтового модуля был применен ещё один. Тоже микро:
4. Развязка по питанию тоже изменена. Из схемы убран диод Шоттки ВАТ41 (VD2) и заменен перемычкой. А для развязки применена схема на полевом транзисторе Р-канала с низкоуровневым (логикой) управлением на затворе — IRLML6402TR:
Дело в том, что бывшая в схеме развязка на диодах хоть и Шоттки, но имеет недостаток — напряжение всегда будет ниже чем у источника на величину прямого падения напряжения на диоде.
Хотя диод Шоттки и отличает от обычного кремниевого диода именно низкое падение напряжения на нем, но даже в данном случае это примерно 0,45 вольт по даташиту (в реалии на моём экземпляре — 0,7 в), что при номинальном напряжении батареи 3,7 в, а близком к разряженному состоянию — 3,3в, это очень существенно.
При напряжении ниже 3-х вольт МК может обнулиться.
Вот ещё одно подтверждение, что CR2032, c её смешной ёмкостью, в этой схеме — как в бане гудок на самом деле. Напряжение на ней падает очень быстро и МК в итоге обнуляется.
Схема же на полевике не имеет этого недостатка.Работает она очень четко и просто. Когда напряжение на затворе G (VCC — источник питания) пропадает или становится ниже напряжения на стоке D (в данном случае на аккумуляторе) транзистора, транзистор открывается и ток течет от аккумулятора в нагрузку. Напряжение при этом практически равно напряжению источника из-за ничтожно малого, почти нулевого, сопротивления канала открытого полевого транзистора.
Как только напряжение на затворе восстанавливается (5в), транзистор закрывается и нагрузка питается от основного источника через диод Шоттки VD1.
5. В качестве резервного источника питания решено было использовать LiIo аккумулятор размерности 18650 с номинальным напряжением 3,7в. Этого напряжения вполне достаточно, чтобы МК продолжал работать при отсутствии сетевого напряжения. Индикации, естественно, в этом случае нет до восстановления основного питания.
Но…
Батарея со временем разряжается. К тому же литий очень критичен как к глубокому разряду, так и к перезарядке. Следовательно, необходим модуль контроля зарядки и разрядки батареи, который бы включал зарядку когда батарея разрядится до критического уровня ( примерно 3,2 в) и отключал её, когда батарея зарядится до 4,25 в. У наших китайских братьев есть и такой. Это миниатюрный модуль на базе микросхемы ТР4056 (питание — 5В, зарядный ток — 1А):
Ток зарядки батареи определяет резистор R3 на его плате. В стоке его номинал 1,2 кОм, ток зарядки при этом — 1 А. Изменяя его номинал, можно изменять ток зарядки и соответственно общий ток потребления. Чтобы не грузить излишне модуль с выходным напряжением 5в (по п.3, а он запитан у меня именно от него), я ограничил ток зарядки около 500 мА, заменив этот резистор номиналом 2 кОм.
Процесс зарядки индицируется на этом модуле горением красного светодиода. Окончание зарядки — синим.
Собрал всё это в кучку. Подключил на прогон на сутки (может что нагреется или задымится), убедился, что всё работает в штатном режиме.
Собрал всё это в самодельном корпусе из алюминиевого профиля соединив его части пластиковыми углами, для этого профиля предназначенными. Лицевая панель — оргстекло 3 мм, прозрачное в зоне индикаторов и тонированное 100% пленкой для автостекол вне её.
Как отдельную фенечку для себя, я поместил на переднюю панель цифровой вольтметр. Тоже китайский копеечный (2,5 — 30 в). Он мне показывает текущее напряжение на аккумуляторной батарее резервного питания и успокаивает душу в отношении здоровья литиевого аккумулятора.
Вот в общем-то и всё. Теперь не надо производить никаких манипуляций с часами, даже если сеть обесточивается сравнительно часто и надолго. Емкости резервного аккумулятора (2500 мАч) хватает с избытком.
А это готовое изделие:
Читайте также: