РЕЗОНАТОР С СОГЛАСОВАННЫМИ ПРУЖИНОЙ БАЛАНСА И БАЛАНСОМ
RESONATOR WITH MATCHED BALANCE SPRING AND BALANCE

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.
-1
-1
-1
-1
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 °C до +9,9 млн °C, 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:
-1
-1
- коэффициент температурного расширения баланса, по существу, равен +9 млн °С, 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;
-1
-1
- коэффициент температурного расширения баланса, по существу, равен +9,9 млн °C, 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
b
где m - масса и r - радиус поворота, который зависит от коэффициента α 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;
s
-1
-1
α - коэффициент температурного расширения пружины баланса, выраженный в млн°C;
b
-1
-1
α - коэффициент температурного расширения баланса, выраженный в млн°C.
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.
b
-1
-1
-1
-1
Опытным путем было установлено, что если угол θ среза по существу равен +2°, коэффициент α температурного расширения баланса должен быть по существу равен +9 млн °C для получения теплового коэффициента, по существу равного +0,06 с в день °C, что значительно ниже значения ±0,6 с в день °C согласно требованиям Швейцарского института тестирования хронометров (COSC).
-1
-1
-1
–1
-1
b
В более общем смысле для того, чтобы тепловой коэффициент резонатора 1 оставался по существу равным ±0,1 с в день °C, 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 температурного расширения баланса 3 составляет от +6 млн °C до +9,9 млн °C.
b
b
-1
-1
-1
-1
Для соответствия этим коэффициентам α 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 температурного расширения титана и платины по существу равны +9 млн °С, и коэффициент температурного расширения DURIMPHY по существу равен +9,9 млн °C. 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.