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Il Funzionamento di un orologio al quarzo 

Autore: Fabio Dell'Orto | 1 aprile 2010

Gli appassionati di orologeria si suddividono in due grandi categorie: gli “ultra-puristi” che considerano orologio quasi esclusivamente quello che si serve di un movimento meccanico, e i “tecnologici” che pur di avere al polso un misuratore del tempo in grado di esaltare ed assolvere funzioni di ogni genere, accettano che i circuiti elettronici siano l’anima del loro strumento.

In realtà il divario ideologico tra queste due scuole di pensiero, pur essendo ancora netto e marcato, non è più abissale come qualche anno orsono, e questo in virtù dell’affidabilità e della esasperazione tecnologica che gli orologi al quarzo sono in grado di esibire.
Se esistono da una parte movimenti meccanici dozzinali e meccanismi eccelsi, così, nell’orologeria elettronica possiamo incontrare prodotti di bassa lega o gioielli di tecnologia e miniaturizzazione.

Si impone quindi, anche per chi non ne aveva prima di oggi valutato l’opportunità, l’obbligo di volgere uno sguardo curioso anche al mondo dell’elettronica da polso.

Cos’è un orologio al quarzo? Come funziona?

Occorre prima di tutto puntualizzare che questa nostra disanima verterà esclusivamente sugli orologi analogici, quelli, perciò, che mostrano l’orario attraverso il classico e storico metodo delle lancette.
Si chiama “orologio al quarzo”  perché si serve delle caratteristiche peculiari di questo cristallo per raggiungere la precisione e l’accuratezza a cui ci ha abituato.
Esso ha capacità specifiche che lo rendono pressoché unico a questi scopi.

Se sottoposto ad una compressione, il quarzo produce una differenza di potenziale elettrico, mentre se sollecitato elettricamente vibra a frequenze pressoché costanti.
Queste abilità lo avvicinano ad essere un circuito oscillatore “stand alone”, e per di più  di grande precisione.
In orologeria il cristallo di quarzo viene calcolato, tagliato e modellato in modo da oscillare ad una frequenza in Hertz di 2 con esponente 15, il che significa che riesce ad oscillare 32768 volte ogni secondo.

Ne deriva che dividendo per 2 e per 15 volte questa oscillazione, si otterrà perfettamente un impulso al secondo.
Da notare che già in questa fase si può evidenziare la differenza tra un orologio al quarzo di buona qualità ed uno dozzinale: il cristallo raggiunge una precisione ancora maggiore dopo essere stato a lungo sollecitato, e quindi dopo avere normalizzato la propria elasticità. Questo è il motivo per cui gli orologi di sensibile pregio tecnico montano quarzi “stagionati”, che abbiano oscillato per almeno un anno in laboratorio.

E’ estremamente indicativo rilevare che negli orologi delle ultime generazioni non viene più utilizzato il trimmer, condensatore variabile che serviva per regolare la precisione dell’oscillazione: ormai il quarzo raggiunge una straordinaria stabilità  e viene tarato in fabbrica.
Attraverso il modulo elettronico, che in circuito integrato, bobina e circuito stampato ha i suoi protagonisti, l’impulso viene prodotto alternativamente ogni secondo alle estremità  di un ponte sfalsato, il quale circonda il rotore, e che di conseguenza e per via della variazione della polarità in funzione dell’alternanza, viene attratto magneticamente ogni secondo, sempre e soltanto in una direzione.
Questo sistema (il più semplice e classico) viene definito “passo a passo”.

Altre ruote, opportunamente collegate al rotore, servono da demoltiplica per trascinare le lancette.
L’energia necessaria al funzionamento viene fornita dalla batteria, che può essere al litio, con un potenziale elettrico di 3 V., o all’ossido di argento (V. 1,55).
In realtà la frequenza di oscillazione di un quarzo può essere influenzata anche dalla temperatura.
Il grafico della sua curva di risposta in funzione termica, crea la prima onda di una sinusoide. In termini pratici e non tecnici, significa che ogni importante variazione di temperatura, sia essa in aumento o in diminuzione, produce come effetto un rallentamento della oscillazione e quindi della marcia oraria.
Il cristallo di quarzo assolve così  le funzioni di termometro (o meglio di termostato).
Negli anni ’90, ad esempio, i tecnici della Longines produssero il “V.H.P.”, acronimo di “very high precision”, orologio con doppio quarzo: uno oscillatore e tradizionale, e l’altro che fungeva da termometro per innescare in caso di variazione termica, un circuito correttore dell’oscillazione: in questo modo l’orologio correggeva autonomamente la deriva del quarzo sfruttando la causa della deriva stessa.

Concettualmente l’orologio al quarzo non si differenzi  molto dallo schema di un orologio meccanico.
Visto sotto questo aspetto, il confronto può essere così sintetizzato:
Meccanico:
Fonte di energia: molla, bariletto. Trasmissione: ruotismo. Oscillatore: bilanciere.
Quarzo:
Fonte di energia: batteria. Trasmissione: ruotismo, rotore pas a pas. Oscillatore: quarzo.
Lo schema sopra descritto è molto semplificato e, se si vuole essere pignoli, neppure assolutamente corretto; serve però dal punto di vista didattico a comprendere nel modo giusto le funzioni svolte dai più importanti componenti.
Il quarzo è fisicamente racchiuso in un cilindretto metallico, e “interagisce” con l’esterno  tramite due terminali saldati sul circuito stampato.
Abbiamo già parlato del trimmer, condensatore variabile oggi pressochè inutilizzato, che serviva per variare l’oscillazione e regolare micrometricamente la marcia oraria. Detto condensatore era parte integrante di un circuito LC (acronimo inglese di “impedenza-capacità”) che comprendeva un resistore, la bobina e, appunto, il trimmer).

Un orologio al quarzo può essere smontato da un tecnico con relativa facilità, adottando precauzioni di base, quali ad esempio una protezione anti-statica (un bracciale che scarica a terra ogni micro-tensione elettrica, anche quella statica).
L’orologio al quarzo si può suddividere in parte meccanica e parte elettronica, le quali possono essere testate, riparate e/o sostituite indipendentemente.
Le tipologie di guasto degli orologi a quarzo sono molto inferiori numericamente rispetto a quelle dei meccanici, mentre il discorso è inverso se si considerano le casistiche: ne deriva che ci sono varietà maggiori di guasto nei meccanici, ma si verificano, nel complesso, con meno frequenza.
Per ora … basta così! Ulteriori nozioni teoriche e prove pratiche saranno oggetto di altri post. 

Post a cura di: Enrico Cannoletta

Categoria: Orologi da polso | 8 Commenti »

8 Commenti del Post “Il Funzionamento di un orologio al quarzo ”

  1. oni Ha scritto questo commento il:
    29 novembre 2010 alle 17:05

    ciao, forse puoi darmi un consiglio. ho portato a ripare un sector 255 perchè non andava più l’ora, mentre il cronometro funzionava ancora. il tutto in una gioielleria/orologeria con lab annesso. gli lascio l’orologio per un preventivo, se lo tengono ben 3 giorni, torno a prenderlo e il preventivo sono diventati 24 euro… a loro detta, su quelle cifre riparano senza chiedere, oltre avrebbero avvisato. penso ok, un po caro ma basta funzioni, dice di aver sostituito la bobina. frettolosamente mi metto l’orologio al polso senza neanche vedere se funziona, l’ora era sbagliata ma ho pensato, forse non l’ha regolata dopo la riparazione, cmq torno in macchina e poco dopo, mi rendo conto che l’orologio non funziona. già piuttosto incazzato, torno in negozio il giorno dopo, il tipo riprende l’orologio, lo riapre, ci traffica dentro, me lo restituisce dopo qualche minuto, il tutto senza spese sia chiaro, e mi dice che se ancora non va, va smontato pezzo per pezzo, per vedere cosa ha. costo altri 25 euro. io li sul momento credo e spero che cmq funzioni, questo orologio non muove la lancetta dei secondi e quindi per vedere se va devi aspettare che si muovano i minuti… nsomma riesco e come l’altra volta, tac, l’orologio non funziona. premetto che tornando a casa mi giravano le balle non poco e se fossi tornato subito in negozio, molto probabilmente sarebbero volate parole poco piacevoli… quindi forse meglio aver evitato. la mia domanda è questa: ti sembra un comportamento lecito quello del gioielliere? riparare un orologio per 24 euro senza neanche chiedere, tenerselo 3 giorni, non prendersi neanche la briga di controllare prima di consegnarlo se effettivamente funzioni, e restituirmelo “aggiustato”, facendomi pagare, per darmelo cmq rotto. secondariamente, è giusta la sua richiesta di ulteroriori 25 euro, per un lavoro che forse avrebbe dovuto fare la prima volta che lo aveva per le mani? voglio dire, io mi sarei aspettato che montata la bobina, sempre se è vero che l’abbia cambiata, trovandolo cmq morto, mi avrebbe dovuto dire, guarda qui c’è da fare questo e questo, avessi saputo fin da principio che c’era da spenderci 50 euro, su un orologio che nuovo sta sulle 200… beh probabilmente avrei lasciato perdere. ora invece mi trovo fuori di 24, e con l’obbligo di spenderne altrettante, altrimenti le prime 24 sarebbero state completamente inutili. ti chiedo scusa per il lungo post, ma era per spiegarti nel dettaglio i fatti, se puoi consigliarmi mi sarebbe molto utile, saluti.

  2. marco Ha scritto questo commento il:
    29 novembre 2010 alle 18:54

    Carissimo,
    cosa altro da aggiungere a quanto da Te detto?

    Appena lo letto ho pensato “che superficiale il Collega!”.

    Di fatto il mestiere dell’orologiaio è distante miglia da tutto quanto sia affrettato e superficiale.

    Sarebbe stato sufficiente, anche se si provava con un intervento parziale, testare l’orologio prima di una consegna.

    Nel caso non funzionasse era abbastanza formulare poi un preventivo completo.

    La dove non veniva accettato nessuno si scandalizzava se veniva chiesto un piccolo contributo alle spese di invio.

    Ad ora comunque la richiesta totale di c.a 50Euro per un intervento non è eccessiva (di media ci si posiziona sulla 80Euro e più): ovvio che a sto punto vanno specificati quali termini di garanzia vengono concessi (abitualmente 6 mesi)!

    Valuta poi Tu se intervenire !

  3. oni Ha scritto questo commento il:
    29 novembre 2010 alle 19:04

    ecco questa della garanzia è un info importante, considerato il precedente intervento, sarebbe buona cosa mettere in chiaro, che se gli rifaccio mettere le mani sopra, questa volta deve per lo meno, funzionare e anche per un tot di tempo. ti ringrazio molto per la risposta, per altro molto celere, valuterò se tornare da lui, cosa che eviterei molto volentieri, ma che rifarei solo perchè ha già intascato metà del lavoro (…) oppure se spendere gli stessi soldi altrove. cari saluti.

  4. francesco Ha scritto questo commento il:
    21 agosto 2011 alle 17:19

    caro tecnico voglio un consiglio da te ho lavorato da piccolo aggiustavo orologi per 12 anni poi ho smesso adesso ho 45 ,25 anni fa smessi di riparare orologi secondo te adesso come potrei riprendere a fare questom lavoro grazie che amo tanto ciao.

  5. Enrico Cannoletta Ha scritto questo commento il:
    22 agosto 2011 alle 19:10

    Ciao Francesco,
    puoi chiedere a qualche collega di ospitarti per aiutarti a riprendere la manualità, e per introdurti alle nuove tecnologie.
    Successivamente dovresti allestire un piccolo laboratorio, anche in casa.
    Il passo successivo, quando ti sentirai pronto potrebbe essere quello di visitare i negozianti e lasciare il tuo recapito sperando che ti affidino le loro riparazioni.
    Molti hanno cominciato così.
    Fammi sapere.

  6. giovanni canale Ha scritto questo commento il:
    2 marzo 2012 alle 18:54

    La prego diaiutarmi in questo problema: ho un orologio al quarzo ( Passerotti ) con cassa in oro, a cui ci tengo perchè, a mio parere è elegante. Purtroppo ha il difetto che , quando lo porto al polso, si ferma ( la lancetta dei secondi si blocca su “8”). Con un leggero colpetto riprende; dopo un tempo variabile dai 15 minuti ai 40 si riferma di nuovo. Se, mentre va, lo lascio in un cassetto,esso va senza mai fermarsi. Ho visionato su you tube alcuni filmati che spiegano il funzionamento e come si revisionano ed le domando: dove può essere localizzato il difetto? Grazie

  7. nemoralis Ha scritto questo commento il:
    23 marzo 2016 alle 21:36

    Salve.Ho un eberhard cal.5183. L’ho rinvenuto con acido di batteria fuoriuscito. Ho smontato il circuito. Ho pulito tutta la parte meccanica utilizzando solventi adatti. L’ho provato con una pila nuova ma non dà segni di vita. Con multimetro digitale ho misurato la continuità della bobina ed è ok. La tensione arriva al processore. Le tensioni sono presenti. L’assorbimento è circa 7 microampere. Il quarzo sarà diventato duro? Trovare un circuito di ricambio è molto difficile. Potete aiutarmi? Grazie.

  8. Vincenzo Andreone Ha scritto questo commento il:
    15 agosto 2017 alle 21:26

    ho sostituito la pila al mio orologio,dopo pochi minuti la lancetta dei secondi si blocca.Non convinto ho sostituito ancora una volta la pila a bottone,come precedentemente il problema si ripresenta. casa si può fare per risolvere il problema?Grazie.

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