Резонатор с согласованными пружиной баланса и балансом

Резонатор с согласованными пружиной баланса и балансом

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к резонатору с согласованными пружиной баланса и балансом и, в частности, к пружине баланса, образованной из монокристалла кварца.

Уровень техники

В патентном документе EP №1519250 раскрывается изготовление пружины баланса из монокристалла кварца. Однако согласование пружины баланса нелегко осуществить на практике.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения состоит в том, чтобы устранить все или часть вышеуказанных недостатков с помощью улучшенного согласования пружины баланса, изготовленной из кварца, и баланса.

Изобретение относится к резонатору, содержащему пружину баланса, выполненную из монокристалла кварца с кристаллографическими осями x, y, z, где x - электрическая ось и y - механическая ось, и взаимодействующую с балансом; согласно изобретению коэффициент температурного расширения баланса составляет от +6 млн^-1 °C^-1 до +9,9 млн^-1 °C^-1, и угол среза пружины баланса по отношению к оси z монокристалла кварца составляет от -5° до +5°, так чтобы резонатор был менее восприимчив к изменениям температуры.

Согласно другим предпочтительным признакам изобретения:

- коэффициент температурного расширения баланса, по существу, равен +9 млн^-1 °С^-1, и угол среза пружины баланса по отношению к оси z вышеуказанного кристалла кварца, по существу, равен +2°;

- по меньшей мере один участок баланса изготовлен из титана или платины;

- коэффициент температурного расширения баланса, по существу, равен +9,9 млн^-1 °C^-1, и угол среза пружины баланса по отношению к оси z вышеуказанного кристалла кварца, по существу, равен +5°;

- по меньшей мере один участок баланса изготовлен из сплава DURIMPHY.

Краткое описание чертежей

Другие отличительные признаки и преимущества станут понятными из приведенного ниже описания неограничивающего примера со ссылкой на приложенные чертежи.

На фиг.1 и 2 показаны схематичные виды угла θ среза пружины баланса, изготовленной из кристалла кварца по изобретению;

на фиг.3 - схематичный вид резонатора с пружинным балансом по изобретению.

Осуществление изобретения

Как показано на фиг.3, изобретение относится к резонатору 1 типа баланс 3 - пружина 5 баланса. Баланс 3 и пружина 5 баланса предпочтительно установлены на одной оси 7. В этом резонаторе 1 момент инерции I баланса 3 вычисляется по формуле

где m - масса и r - радиус поворота, который зависит от коэффициента α_b теплового расширения баланса.

Кроме того, константа С упругости пружины 5 баланса вычисляется по формуле

где E - модуль упругости пружины баланса, h - высота, e - толщина и L - ее развернутая длина.

И, наконец, частота/резонатора с пружинным балансом вычисляется по формуле

Желательно, чтобы резонатор имел нулевое изменение частоты при изменении температуры. В случае резонатора с пружинным балансом изменение частоты при изменении температуры, по существу, соответствует следующей формуле:

где

- изменение частоты при изменении температуры;

- изменение модуля упругости при изменении температуры, т.е. температурный коэффициент упругости (СТЕ) пружины баланса;

α_s - коэффициент температурного расширения пружины баланса, выраженный в млн^-1°C^-1;

α_b - коэффициент температурного расширения баланса, выраженный в млн^-1°C^-1.

Поскольку колебания любого резонатора должны поддерживаться в отношении временной или частотной базы, система поддержки также может содействовать тепловой зависимости, например швейцарский анкерный ход (не показан), взаимодействующий с импульсной колонкой 9 ролика 11, также установленного на оси 7.

Как показано на фиг.1 и 2, изобретение, в частности, относится к резонатору 1, в котором пружина 5 баланса образована из монокристалла кварца, имеющего кристаллографические оси x, y, z, где x - электрическая ось и y - механическая ось. На фиг. 1 и 2 показано, что ориентация высоты h витков по существу такая же, как и ориентация кристаллографической оси z. В частности, высота h образует угол θ с осью z, которая может быть положительной или отрицательной. Характеристики пружины 5 баланса могут варьироваться посредством модификации угла θ без необходимости изменения геометрии пружины баланса.

Из формул (1)-(4) понятно, что имеется возможность согласования пружины 5 баланса и баланса 3, так чтобы частота f резонатора 1 фактически была невосприимчива к изменениям температуры. В добавление к исключительным тепловым свойствам использование кварца для изготовления пружины 5 баланса также создает преимущество обеспечения исключительных механических и химических свойств, в частности, в отношении износа и очень низкой восприимчивости к магнитным полям.

Опытным путем было установлено, что если угол θ среза по существу равен +2°, коэффициент α_b температурного расширения баланса должен быть по существу равен +9 млн^-1 °C^-1 для получения теплового коэффициента, по существу равного +0,06 с в день °C^-1, что значительно ниже значения ±0,6 с в день °C^-1 согласно требованиям Швейцарского института тестирования хронометров (COSC).

В более общем смысле для того, чтобы тепловой коэффициент резонатора 1 оставался по существу равным ±0,1 с в день °C^-1, т.е. соответствовал требованиям COSC, и угол 9 среза пружины 5 баланса по отношению к оси z кристаллического кварца составлял от -5° до +5°, коэффициент α_b температурного расширения баланса 3 составляет от +6 млн^-1 °C^-1 до +9,9 млн^–1 °C^-1.

Для соответствия этим коэффициентам α_b температурного расширения баланс 3 может, в частности, содержать титан, и/или сплав DURIMPHY (обозначение AFNOR: Z2NKD 18-09-05), и/или платину. Фактически, коэффициенты α_b температурного расширения титана и платины по существу равны +9 млн^-1 °С^-1, и коэффициент температурного расширения DURIMPHY по существу равен +9,9 млн^-1 °C^-1. Кроме того, следует отметить, что DURIMPHY может иметь низкую восприимчивость к магнитным полям, соответствующим температуре отпуска.

Разумеется, изобретение не ограничивается представленным примером, и возможны различные варианты и изменения, которые будут понятны специалистам в этой области, в частности для изготовления баланса 3 может использоваться любой другой материал, соответствующий коэффициентам температурного расширения, указанным выше.

1. Резонатор (1), содержащий пружину (5) баланса, выполненную из монокристалла кварца с кристаллографическими осями x, y, z, где x - электрическая ось и y - механическая ось, и взаимодействующую с балансом (3), отличающийся тем, что коэффициент (α_b) температурного расширения баланса (3) составляет от +6 млн^-1 °C^-1 до +9,9 млн^-1 °C^-1, и угол (θ) среза пружины (5) баланса по отношению к оси z монокристалла кварца составляет от -5° до +5°, так чтобы резонатор (1) был менее восприимчив к изменениям температуры.

2. Резонатор (1) по п.1, отличающийся тем, что коэффициент (α_b) температурного расширения баланса (3) по существу равен +9 млн^-1 °C^-1, и угол (θ) среза пружины (5) баланса по отношению к оси z монокристалла кварца по существу равен +2°.

3. Резонатор (1) по п.2, отличающийся тем, что по меньшей мере один участок баланса (3) изготовлен из титана.

4. Резонатор (1) по п.2, отличающийся тем, что по меньшей мере один участок баланса (3) изготовлен из платины.

5. Резонатор (1) по п.1, отличающийся тем, что коэффициент (α_b) температурного расширения баланса (3) по существу равен +9,9 млн^-1 °C^-1, и угол (θ) среза пружины (5) баланса по отношению к оси z монокристалла кварца по существу равен +5°.

6. Резонатор (1) по п.5, отличающийся тем, что по меньшей мере один участок баланса (3) изготовлен из сплава DURIMPHY.