石英表的工作原理完整Word文件下载.docx

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水晶（α-石英）是一种有名的压电晶体。

如果按一定方向对水晶晶体上切下的薄片施加压力，那么在此薄片上将会产生电荷。

如果按相反方向拉伸这一薄片，在此薄片上也会出现电荷，不过符号相反。

挤压或拉伸的力愈大，晶体上的电荷也会愈多。

如果在薄片的两端镀上电极，并通以交流电，那么薄片将会作周期性的伸长或缩短，即开始振动。

石英电子表中有一个核心部件叫石英振子，其中应用的便是水晶可以制作压电石英薄片。

（2）、石英谐振现象：

石英谐振器简称为晶振，它是利用具有压电效应的石英晶体片制成的。

这种石英晶体薄片受到外加交变电场的作用时会产生机械振动，当交变电场的频率与石英晶体的固有频率相同时，振动便变得很强烈，这就是晶体谐振特性的反应。

类似于我们熟悉的共振现象。

石英表中常用的石英固有频率是32768赫兹。

因为石英具有压电效应，加以交变电场之后，石英晶体的尺寸会发生变化，从而它的振动频率也随之改变，直到与交变电场的频率达到一致时，发生晶体谐振。

根据晶体切片的厚度和角度不同就可以从而产生不同的谐振频率。

（3）、石英表的集成电路，全名为互补型金属一氧化物一半导体集成电路（ComplementaryMetaloxide-Semiconductor）缩写成CMOS。

它控制了电子表的所有功能。

CMOS集成电路，由石英振荡电路、分频电路、计数电路、译码电路、驱动电路、升压电路、及控制电路等组成，各部分电路的作用及原理概述如下：

a）CMOS石英振荡电路

表用CMOS石英振荡电路是由石英谐振器、CMOS倒相器、偏置电阻Rf及振荡电容C1、C2等组成的，如下图所示。

它的基本功能是用以产生32768赫兹的正弦信号作为手表的时间基准。

途中BG1是P沟道增强型场效应管；

BG2是N沟道增强型场效应管，两管栅极相连作为输入端，而漏极相连作为输出端；

Rf为偏置电阻，它使BG1、BG2构成的倒相器工作在线性放大区。

C1为微调电容器，调整它的容量可以改变振荡电路的振荡频率，它的作用相当于机械表中的快慢针；

C2为固定电容器，其容量为20~40微微法；

BW为石英谐振器，在电路中的作用等效于一个电感，与BG1、BG2、C1、C2一起组成一个三点式振荡电路；

D1、D2是BG1、BG2保护二极管，由于倒相器输入阻抗很高，通过静电感应可能产生极高的电压，此时二极管提供旁路以避免因静电感应而使栅极击穿。

CMOS倒相器的工作原理是：

当输入端VG为低电平是，nMOS管截止，pMOS管导通，由VDD通过pMOS向电容C2充电，VD趋向低电平。

可见输出电压总与输入电压反相，所以把这个电路称之为CMOS倒相器。

当电源接通时，被倒相器放大了的与石英谐振器的振荡频率相同的谐波与石英谐振器发生压电谐振。

此时，在BW、C1、C2组成的串联谐振回路里就有很大的与谐振频率相一致的交变电流通过。

这一电流在C1、C2上产生很大的且相位相反的交变电压，C1上的交变电压被反馈到倒相器的输入端。

由于此反馈信号与原输入信号同相，因此就有加强了原来的输入信号。

这个过程周而复始，使得石英谐振器的震动越来越强烈，达到一定程度时，就使倒相器进入非线性区，这时倒相器的增益下降，从而使石英谐振器始终稳定在某一振幅而不停地振动。

此时，石英振荡电路就输出与石英谐振器相同频率的基准信号，当石英谐振器的谐振频率为32768赫兹时，振荡电路就不停地输出32768赫兹的基准信号，然后将这一基准频率送入分频电路进行分频。

b）分频电路

分频电路的作用是把输入脉冲信号的频率成倍降低。

电子表中采用的分频电路都是由二分频电路组成的，二分频电路能是输出信号的频率比输入信号的频率降低一半。

如果石英振荡电路的振荡频率为32768=215赫兹，则分频器要由15级相同的二分频电路级联而成，下图为分频电路框图。

c）计数电路

计数电路是石英表的记忆装置，它不停地、准确地记录着时间。

计数器实际上就是由数级二分频电路加上适当的门电路组成的，在电子表CMOS集成电路中设有：

60进位的秒、分计数器，12或24进位的时计数器，28、30或31进位的日计数器，12进位的月计数器，7进位的周计数器等。

d）译码电路

寄存在计数电路中的时间信息是以二进制来表示的。

用译码电路把计数器所累计的时间通过显示器件以十进制数反映出来。

液晶显示数字式适应电子手表的数字是七段显示单元，其译码电路是七段译码电路。

下图a为电路示意图。

月、日、时、分、秒的七段显示单元如图b所示，周历显示用一个九段显示单元和一个八段显示单元，如图c所示，他们联合显示英文星期日至星期六的前两个字母，显示规律如图d所示。

如果控制u、i、r段字段不显示，上两个显示单元就是七段显示单元。

e）驱动电路

液晶显示器必须用交流信号驱动，而译码器输出的信号是直流信号，采用驱动电路把译码电路输出的信号转换成能够驱动液晶显示的32赫兹的方波信号。

4、步进电机（马达）

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。

在非超载的情况下，电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数，而不受负载变化的影响，当步进驱动器接收到一个脉冲信号，它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度，称为“步距角”，它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。

可以通过控制脉冲个数来控制角位移量，从而达到准确定位的目的；

同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度，从而达到调速的目的。

在指针式石英钟表内，步进电机作为换能器，把秒脉冲信号变成机械轮系的转动，带动指针指示时间。

三、石英表的工作原理

石英表总体的工作原理和过程是:

1、氧化银扣式电池向集成电路提供特定电压之后通过其中的振荡电路和石英谐振器使石英振子起振，形成振荡电路源。

振荡器产生32768赫的信号。

振荡器电路包括石英晶体振荡器及C/MOS-LSI电路。

2、振荡器电路包括微调电容器，用以调整快慢。

3、在分频电路上，把从振荡器电路输入的振荡信号32768赫兹进行215次分频，直至输出的脉冲信号为1赫。

4、驱动电路把分频电路输出的一秒钟一个脉冲信号进行放大，然后在一秒钟的间歇时间内交替地传送正负脉冲信号至驱动线圈上。

5、驱动线圈接收了脉冲信号电流以后，步进马达即以每秒60。

的角度，间歇地转动。

6、步进马达的转动，传动至轮列，从而带动秒、分、时针及日历机构转动。

步进马达、秒、分、时针及日历机构之间存在着齿轮计数器。

通过大小齿轮的反复结合，让一个齿轮转过一圈的距离而另一个齿轮只转过很小一个角度。

例如，秒针的齿轮转过6度，秒针就走一格，即一秒。

根据大小齿轮之间特定的传动比，秒针齿轮走整整一圈，带动分针齿轮走6度，即一分钟，以此类推。

7、氧化银电池是电子电路和步进马达的能源，它可以在两年或更长的时间内，供应稳定的电能。

安全阀的工作原理

以下两张图片是常规安全阀和先导式安全阀的内部结构，根据结构分析工作原理和维修方法。

1、当安全阀的整定压力大于被保护系统的工作压力时，阀门处于关闭状态，如图所示、这时作用在阀瓣上的力有弹簧预紧力F，方向向下，介质的作用力，方向向上，再就是阀座对阀瓣的托力（密封力），这个密封力在密封面上所产生的比压力，保证了安全阀关闭件间有了必需的密封性。

2、当系统中的压力升高且超过正常工作压力时，由于此时的弹簧预紧力和密封力未发生变化，系统压力的升高，使得关闭件密封面上的密封力随之减少：

随着介质压力的进一步升高，当进口压力等于安全阀的整定压力时，阀瓣与阀座之间的作用力等于零（密封力等于零）；

当进口压力继续升高略高于整定压力时，阀瓣向上运动，突跳开启。

此时安全阀处于开启状态，如下图左所示：

3、一旦阀门开启，随着介质的快速流出，由反冲盘裙边的内沿与调节圈外径所围成的环形流道对介质产生节流作用，以及利用反冲盘上流体的静压力，安全阀阀瓣继续向上快速运动，此时，流量始终被阀瓣和阀座之间的开度限制着，直到阀瓣离开阀座的高度达到四分之一流道直径，此后，流量便由喉部的流道直径控制，继而全量排放，使介质压力迅速下降。

此时安全阀处于排放状态，如图所示

4、当介质压力P小于弹簧力F时,阀瓣又会在弹簧力的作用下迅速地回落到关闭位置，使关闭件间又产生了密封比压力，阻止了介质从密封面间流出，安全阀又处在了新的密封关闭状态，使系统压力又回到了正常工作状况，图示状态。

二、综合全国的规范标准来看，如：

TSGZF001-2006《安全阀安全技术监察规程》、《蒸汽锅炉安全技术监察规程》和《压力容器安全技术监察规程》等安全技术规范，都要求安全阀在以下几个方面得到满足:

a、准确开启-涉及到整定压力偏差。

b、稳定排放-涉及到开启高度、排放压力、排放量。

c、及时关闭-涉及到回座压力。

d、可靠密封-涉及到泄漏率。

安全继电器工作原理

关于安全继电器工作原理，实际上存在两个层面问题：

一是未能区分安全继电器与普通继电器的区别。

二是不清楚安全继电器如何搭建形成的安全继电器模块。

大家想了解安全继电器工作原理，其实真正同应用相关的的是安全继电器模块的工作原理！

基于当前安全设计在国内尚处于刚刚有所需求的实际情况，工程师无论是对安全继电器，还是安全继电器工作原理都不是特别清楚，为了更好服务设计工作，天之行愿就安全继电器工作原理同广大设计人员进行相关的交流。

第一个问题：

安全继电器元件是如何构建安全继电器模块的，涉及安全继电器与普通继电器的区别

第二个问题：

安全继电器工作原理才是我们搭建安全回路时，真正需要知道的！

下面我们将从三个方面予以介绍：

一、功能作用—解决什么问题？

在设备运行过程中，由于外部的原因，或者违规操作（无论是不懂导致的误动作或是疲劳导致的误动作），以及内部器件失效，都可能导致事故的出现，轻则财物损失，重则发生机毁人亡的恶性事故，为了降低这些事故的出现，我们在进行这些设备的设计时，一般都会针对相关情况做出相应的安全设计：

如急停设计、安全门设计、安全光幕设计，双手启动设计，安全边沿设计等。

这些设计要时刻实现相应的安全功能，必须基于所有的器件都能保持动作正常，功能完好！

显然这是一种理想状态，真实的情况是：

从来没有“不坏”的器件，总是有一些器件在运行中会出现这样或那样的异常，导致其功能出现故障。

这样由于某个器件出现了故障，将会导致设计中整个安全功能的丧失，从而使得事故发生的概率大幅度的提高！

举个例子：

当周围环境出现了状况，你希望急停设计启动，断电停机！

当你拍下急停按钮时，由于种种原因，按钮卡阻了，接入电路中的常闭触点未能分开，自然也就无法实现断电停机----急停安全设计完全失效！

又或者，当你拍下急停按钮后，急停按钮没有问题，接主电源的交流接触器发生了触头粘连，不能断开，此时你当然无法实现断电停机----急停安全设计完全失效！

在上述举例中，我们发现，任一个器件的功能异常，就可以导致整个安全设计的丧失！

也许有人会说，选高品质的器件就可以解决这个问题!

是的，没错，提高器件品质永远是降低事故的一个不二选择！

然而，品质提高永远在路上。

如何在当下现实的器件品质水平下，可靠维持安全设计功能的实现，从而降低事故发生的概率就成了一个必须解决的问题！

也就是说，如何在承认器件可能存在故障的前提下，任然能维持系统安全功能不丧失，且故障能被及时检查出来！

安全继电器原理就是为解决此问题而被发明出来的一个功能器件。

二、安全继电器模块动作逻辑 

安全继电器模块是基于双路冗余思想设计的一个功能器件，通过安全模块搭建一个安全回路即可解决上述设计存在的隐患问题。

以天之行TXAS1-3012安全继电器模块在急停监控回路中的应用为例，我们来了解一下安全回路的动作逻辑：

上图中：

1、安全继电器模块TXAS1-3012在检测到双触点急停按钮E-S的两路常闭触点均处于闭合状态，才具备启动条件。

2、且当反馈回路检测控制接触器K1、K2的辅助常闭触点也处于闭合状态。

3、在按下启动按钮S后，安全模块启动：

输出回路13-14,23-24,33-34闭合，电源接通。

当周围环境出现紧急情况：

A、急停按钮拍下 

B、模块内部逻辑检测到输入状态改变，其输出瞬时断开 

C、控制接触器线圈失电，主回路断开，电源开路，设备停机 

这个设计同前面相比较，显然一路急停按钮的卡阻，一个接触器触点的粘连，均不会导致整个急停设计功能的丧失：

拍下急停按钮，任一路常闭断开，任一接触器分断，都可实现断电停机！

双路冗余设计，显然代价是高的，但为安全付出一些成本，是值得的！

看到这里你们就有点明白安全继电器的工作原理了，那我们继续往下看！

三、如何接线—安全继电器模块在不同应用行业以及不同的场景应用中接线模式不同。

这些不同，总的来说包括以下两个方面：

一是因为应用场景组合不同，安全继电器模块的输入不同；

二是危险发生的位置不同，安全继电器模块输出切断的形式（直接切断和间接切断）和断开的位置不同。

下面，以天之行安全继电器模块TXAS1-3012在注射机行业应用为例，了解一下具体的接线方案。

国家强制标准：

橡胶塑料注射成型机安全要求GB22530-2021中涉及安全继电器模块的安全事项包括 

1、急停设计 

2、前安全门安全要求设计 

3、后安全门安全要求设计 

4、射嘴护罩安全要求设计 

5、电气安全同液压安全的互锁要求设计 

6、安全等级要求 

目前业界的做法如下图，基本为生产企业和检查机构所认可。

安全回路控制部分接线：

A、双路急停按钮E-S两组触点的下端分别接入安全继电器模块的电源接线位A1、A2，上端分别接入直流24V电源的正负极。

B、前后安全门的两组行程开关SW1-SW2，SW3-SW4对应触点串联后分别接入安全模块 

输入端接线位S11-S12，S21-S22.另外行程开关SW5作为直接切断信号接入液压安全阀控制回路。

C、若系统为手动启动，则S33-S34需间接入启动按钮S。

若无需手动启动，关门即启动，则S33-S34间无需接入启动按钮。

D、控制接触器K1、K2在上次分断中是否可靠分断，其情况反馈影响本次启动：

两个接 

触器的辅助常闭触点需串联接入启动回路。

E、上次电气安全回路同液压安全回路的互锁检验，其状态情况反馈也会影响本次启动。

其互锁控制回路反馈信号--K5接触器的辅助常开信号需串进启动回路。

F、射嘴护罩安全开关信号串进K1接触器的控制回路，用以监视射嘴护罩是否关闭。

G、安全模块输出接线位13-14串进接触器K1的控制回路， 

23-24串进接触器K2的控制回路 

H、安全模块输出接线位33-34去到控制器的相关脚位，给控制器急停、安全门监控信号。

I、安全模块输出接线位41-42接入电器回路同液压回路的互锁控制回路。

安全回路主回路接线：

a、两个控制接触器K1、K2对应主触点串联 

b、控制器相应控制信号分别接入主触点串接的动作阀中。

通过上例，我们看到安全继电器模块在实际应用中，接线确实有行业特点，实际接线中需认真对待。

通过以上三方面的内容，我们基本对“安全继电器工作原理”有了一定的了解，所有品牌的安全继电器工作原理都是一样的，了解了上面的内容，我们无需再问：

皮尔兹pilz安全继电器工作原理，施耐德安全继电器工作原理，欧姆龙安全继电器工作原理，西门子安全继电器工作原理，施迈赛安全继电器工作原理。

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