1.    روشهای متداول اندازه گیری زمان

1.1.     نوسان ساز مکانیکی

این ساعت ها دارای دوچرخ دنده  در هم درگیر و میزان گردش آن توسط یک مکانیزم پایدار کنترل بطوری که هر ثانیه مقدار مناسبی گردش داشته باشد.نام این سیستم چرخ‌دنگ  می باشد،چرخ‌دنگ ساز و کاری است که حرکت دورانی پیوسته را به حرکت گسسته تبدیل می‌کند.

انرژی این سیستم  مکانیکی از حرکت جازبه زمین، شازژ یک فنر کششی یا پیچشی یا یک موتور الکتریکی تامین می شود. ولی میزان حرکت که مقدار گذشت زمان را نشان می­دهد، وابسته به اندازه و ابعاد یک پاندول و یا چرخ دنده تعادل می باشد. در هر یک از موارد فوق بطور معمول نمایش بصورت عقربه ای بوده ودقت آن وابستگی شدید به عوامل فیزیکی  اطراف دارد. به عنوان مثال تغییر در دما، اصتحکاک و یا ضربه باعث خطا میشود.

   

 

1.2.    نوسان ساز کریستال کوارتز

 کوارتز در ساعت وسیله تپش و ضربان ساز است و با انرژی کمکی که از باطری به آن داده می شود تولید  ضربان می کند که این ضربان و یا نوسان وابسته به زاویه ای که کوارتز را بریده اند می باشد که این ضربان برای ساعت سریع است و ضربان آنرا با مدار های کوچک دیگری که تقسیم کننده ها نامیده می شوند دقیقا 60 ضربه در ثانیه (هرتز) می­کنند و این ضربان ضربانی است که به یک سیستم چرخ‌دنگ داده شده و این سیستم با دقت خوبی شروع بکار میکند. این ضربان ها می تواند توسط شمارش گر الکترونیکی شمارش شوند و بسته به بهای ساعت می­تواند دارای چند رقم  باشد و یا دقت بالایی داشته باشد.  نخستین بار در سال 1929 از بلور کوارتز برای زمان سنجی استفاده شد. این ابداع دقت زمان سنجی را بسیار فراتر از ساعتهای آونگ دارالکتریکی افزایش داد و در سالهای دهه 1930 به عنوان استاندارد اندازه گیری زمان جایگزین متداول گردیدند. ساعتهای کوارتز اکنون بخاطر هزینه کم و عملکرد عالی، رایج ترین شکل ابزارهای زمان سنجی را تشکیل می‌دهند.

دقت ساعتهای کوارتز محدود است، زیرا اندازه و شکل بلور بر ارتعاش مکانیکی تأثیر می‌گذارد و در واقع بروز خطا ناشی از این مطلب است که هیچ دو بلوری مشابه یکدیگر نیست. نوسانهای حاصل از بلور کوارتز بسيار اگر در شرایط خبی قرار گیرند دارای  دقيق خوبی هستند و حداکثر خطا آنها حدود یک تا دو ثانيه در هر ده سال است. 

   

 

1.3.    نوسان ساز اتمی

ساعت اتمی گونه‌ای از ساعت است که بسامد تشدید  نوسان ساز داخلی خود را از از ارتعاشات الکترون اتم عنصر خاصی ساخته و به عنوان تجهیز نگهداری یا مرجع زمان به کار می‌گیرد.این ساعت‌ها دقیق‌ترین ساعت بسامدی شناخته شده‌اند و به عنوان استانداردهای اولیه برای سرویس جهانی پخش زمان، برای کنترل بسامد پخش برنامه‌های تلویزیونی و سیستم‌های موقعیت یاب جهانی همانند جی پی اس به کار می‌روند.ساعت‌های اتمی از از موج­ها دقیق مایکروویو منتشر شده از الکترون استفاده می‌کنند و موج‌های مذکور هنگامی تولید می‌شوند که الکترون‌ها در اتم‌ها سطح انرژی خود را تغییرمی دهد و به این دلیل نور منتشر می‌شود.

ساعتهای اتمی بخش الزامی زندگی نوین را تشکیل می‌دهند. ترابری ، ارتباطات ، تولید کالا و انرژی و بسیاری از دیگر فناوریها نیازمند زمان سنجی دقیق می‌باشند. برای مثال سامانه جهانی تعیین موقعیت (GPS) برای تعیین محل دقیق یک گیرنده در هر کجای جهان ، از محاسبات بسیار دقیق زمانی استفاده می‌کند.

 

1.4.    نوسان سازتله یونی اتم

  اکنون ساعتهای پیشتاز قرن بیستم و یکم ساعتهای تله یونی هستند. یونها اتمهای بارداری هستند که بار الکتریکی آنها این امکان را فراهم می‌سازد تا به کمک میدانهای مغناطیسی بتوان یونهای منفرد را به دام (تله) انداخت و برای مدت نامحدود نگهداشت. سپس یک پرتو لیزر می‌تواند در حالی که یون ، ثابت نگه داشته شده است آن را تا نزدیکی صفر مطلق سرد کند. در آزمایشگاه ملی فیزیک بریتانیا برای این کار فلز یتربیوم را برگزیده اند که نسبت به سزیم فرکانس بسیار بالاتری دارد و تیک تیکهای قابل شمارش آن زیادترند. این مطلب باعث می‌شود که ثانیه شماری آن دقیق‌تر باشد. دستیابی به دقتهای حدود هزار برابر بیشتر از بهترین ساعتهای اتمی موجود امری ممکن است. چنین دقتی معادل یک ثانیه در تمام طول عمر کیهان و کائنات است. 

 

2.    انواع نمایشگر

ساعت ها خود به سه دسته مکانیکی، الکترومکانیکی و الکترونیکی تقسیم می شوند ولی نمایش ساعت فقط در دو صورت عقربه ای و عددی مرسوم می باشد.ولی بسیار مهم است که نمایش ساعت چه قدر دقیق و بر اساس چه مرجع ای نمایش داده شده باشد.

          

 

در ایران معمولا افراد ساعت خود را با رادیو یا تلویزیون تنظیم میکنند ولی‌ باید این نکته را در نظر داشت که این سیگنال با تاخیر رسیده گاه تا چند ثانیه هم می‌رسد . در تلفن‌های همراه گزینه‌ای وجود دارد که می‌توان آن را با فرستنده امواج تلفن حما زمان کرد که گاهی نیز تلفن همراه با شبکه همخوانی مدشت و ساعت را غلط نمایش دهد. در ادامه سعی‌ شده انواع نمایشگر‌های ساعت را از دیدگاه مرجع آنها برسی‌ کرد.

2.1.    نمایشگرهای مکانیکی عقربه ای

از رایج ترین نمایشگر های ساعت هستند که دارای کریستال کوارتز بوده و سیستم مکانیکی آنها قدمی است ولی برای کارهای روز مره مناسب بوده و قابلیت دریافت زمان از جایی را ندارند. می بایست هر چند روز یک بار تنظیم کرد. در صورت داشتن پنجره روز شمار ماه تاریخ 29 تا یکم ماه قابل اعتماد نبوده و باید اول ماه های کمتر از 31 روز تنظیم مجدد شوند. ساعت های مچی و دیواری معمولی از این دسته هستند.

مشخصه های:

1-     نمایشگر : عقربه ای

2-     طریقه تنظیم : دستی

3-     انرژی  مصرفی : مصرف باتری یا برق

4-     خطا : کمتر از یک ثانیه در ماه

5-     ارزش : ارزان

6-     مزایا : دارای دانش فنی عمومی

      

 

2.2.     نمایشگرهای صنعتی ضربه الکتریکی

این نمایشگرها دارای یک محرک الکترومکانیکی (معمولا موتور الکتریکی) و مجموعه ای از چرخ دنده می­باشند. برای استفاده از این نمایشگرها نیاز به یک نوسان ساز است که به مادر ساعت معروف می باشد. این نوسان ساز ها ضربه های یک دقیقه ای تولید کرده و در هر دقیقه باعث حرکت عقربه دقیقه شمار می شوند. در این مادر ساعت ها ضربه های الکتریکی با مدت زمان ثانیه و ده دقیقه نیز ممکن است موجود باشد. در هر صورت مبنا سنجش زمان یک کریرستال کوارتز می باشد.   

مشخصه های:

1-     نمایشگر : عقربه ای

2-     طریقه تنظیم : دستی

3-     انرژی  مصرفی : مصرف باتری یا برق

4-     خطا : کمتر از یک ثانیه در ماه

5-     ارزش : ارزان

6-     ضعف : تنظیم سخت، عدم اطمینان

7-     مزایا : دارای دانش فنی عمومی، سیم کشی آسان کم حجم

 

   

2.3.     نمایشگرهای رادیویی

این نمایشگرها به ظاهر شبیه نمایشگرهای صنعتی ضربه هستند با این تفاوت که یک نمایشگرهای مکانیکی می باشند و زمان را می توانند با کرستال داخلی سنجش کنند. از مزیت این ساعت ها این است که فقط به انرژی برق نیاز دارند و می توانند زمان خود را از یک فرسنده زمان دریافت نمایند. در کشور های پیشرفته و در حال پیشرف زمان بصورت رادیویی در تمام کشور ارسال می­گردد. زمان ارسالی بدلیل وجود یک سیستم بسیار دقیق در فرسنده قابل اعتماد است. روش رادیویی می تواند بصورت محلی نیز در جایی که دسترسی به این سیگنال های رادیویی قابل دریافت نیست ایجاد شود. از معروف ترین این سیگنال ها DCF77 در اروپا که مرجع آن در آلمان یک ساعت اتمی می باشد و WWVB در آمریکا که مرجع آن در کلورادو یک ساعت اتمی می باشد. این نمایشگرهای دارای کاربرد وسیع شامل ساعت های مچی، دیواری، رو میزی، خیابانی، برج ها و ... می باشند.

مشخصه های:

1-     نمایشگر : عقربه ای - عددی

2-     طریقه تنظیم : خودکار

3-     انرژی  مصرفی : مصرف باتری یا برق

4-     خطا : معادل ساعت مرجع فرسنده که معمولا اتمی می باشد

5-     ارزش : متوسط

6-     ضعف :نیاز به دریافت سیگنال برای تنظیم خودکار

7-     مزایا : قابلیت اطمینان بالا و در موارد مصرف ه  ای صنعتی نیاز به سیم کشی کم و دقت بالا و تعمیر و نگهداری ارزان

 

2.4.    نمایشگرهای کد زمانی

این نمایشگرها کارکردی شبیه نمایشگر ساعت رایویی هستند با این تفاوت که با دو سیم هم به آنها انرژی الکتریکی را رسانده و هم زمان را روی آنها تنظیم می کنند.از مزیت این ساعت ها این است که فقط به سیم کشی جهت  انرژی برق نیاز دارند و می توانند زمان خود را از یک فرسنده زمان که سیگنال زمان را همراه با برق مصرفی ارسال می کند تنظیم نمایند.این روش یک استاندار جهانی به نام  IRIG که خود به چندین نوع تقسیم می شود که نوع A و B از معروف ترین و پرکاربرد ترین آنها هستند. در ارسال سیگنال رادیویی نیز از همین استاندارد با این تفاوت که در بستر رادیویی استفاده شده است. این استاندارد انواعی دارد که با تغییراتی برای کاربرد خاص یا منطقه جغرافیایی خاصی مورد استفاده دارد. به عنوان مثال در برخی کشورفرانسه از AFNOR استفاده می شود که همان IRIG نوع B است که به آن اطلاعاتی از تاریخ (روز هفته و روز ماه و ماه و سال) اضافه شده است.

مشخصه های:

1-     نمایشگر : عقربه ای - عددی

2-     طریقه تنظیم : اتوماتیک

3-     انرژی  مصرفی : مصرف برق

4-     خطا : معادل ساعت مرجع فرسنده که معمولا اتمی می باشد

5-      ارزش : گران

6-     ضعف :نیاز به دریافت سیگنال ماهواره جهت تنظیم خودکار

7-     مزایا : قابلیت اطمینان بالا و در موارد مصرف های صنعتی نیاز به سیم کشی کم و دقت بالا و تعمیر و نگهداری ارزان، قابل استفاده در تمام نقاط زمین

 

2.5.    نمایشگرهای LAN/WIFI  

 این نمایشگرها کارکردی شبیه نمایشگر ساعت رایویی هستند با این تفاوت که سیگنال ساعت را یا توسط یک شبکه بیسیم WiFi یا یک شبکه محلی LAN متصل به اینترنت از یک مرجع زمانی شبکه دریافت می کند. مرجع زمانی اینترنتی یک سرویس دهنده زمان است که به روشی به نام پروتکل ارسال زمان در شبکه یا NTP زمان دقیق را به تجهیزات شبکه ارسال می نماید. در برخی موارد که نیاز به اینترنت وجود ندارد یا به دلایلی می بایست شبکه محلی از اینترنت مجزا باشد یک سرویس دهنده ی زمان (NTP Server) توسط یک مادر ساعت متصل به GPS ایجاد می­کنند.

مشخصه های:

1-     نمایشگر : عقربه ای - عددی

2-     طریقه تنظیم : خودکار

3-     انرژی  مصرفی : مصرف باتری یا برق

4-     خطا : معادل ساعت مرجع فرسنده که معمولا اتمی می باشد

5-     ارزش : متوسط

6-     ضعف :نیاز به اینترنت

7-          مزایا : قابلیت اطمینان بالا و در موارد مصرف های صنعتی نیاز به سیم کشی کم و دقت، قابلیت کنترل کارکرد از راه دور

         

 

2.6.    نمایشگرهای ماهوارهای

این نمایشگرها نوعی نمایشگر ساعت رایویی می باشند که سیگنال زمان را از ماهواره های موقعیت یابی  جهانی دریافت می کنند.این نمایشگرهای دارای کاربرد وسیع همانند ساعت های رادیویی می باشند.

مشخصه های:

8-     نمایشگر : عقربه ای - عددی

9-     طریقه تنظیم : اتوماتیک

10- انرژی  مصرفی : مصرف باتری یا برق

11- خطا : معادل ساعت مرجع فرسنده که معمولا اتمی می باشد

12-  ارزش : گران

13- ضعف :نیاز به دریافت سیگنال ماهواره جهت تنظیم خودکار

14- مزایا : قابلیت اطمینان بالا و در موارد مصرف های صنعتی نیاز به سیم کشی کم و دقت بالا و تعمیر و نگهداری ارزان، قابل استفاده در تمام نقاط زمین