 Từ đó người ta chế tạo ra đồng hồ chạy bằng năng lượng của quả tạ kéo lên cao (về sau chuyển thành dùng dây cót), có các bánh xe răng to nhỏ khác nhau để gắn với kim chỉ giờ, chỉ phút, chỉ giây. Nhưng cơ bản nhất là có một cơ cấu gọi là bánh xe con cóc và cò mổ để đúng một chu kỳ của con lắc bánh xe chuyển động nhích lên một răng. Tìm được chu kỳ dao động của con lắc làm chuẩn, việc đo thời gian chính xác hẳn lên và đồng hồ quả lắc chiếm vị trí độc tôn gần 400 năm. Các loại đồng hồ đeo tay, để bàn mà sau này người ta gọi là đồng hồ cơ thực chất cũng là đồng hồ quả lắc, nhưng quả lắc ở đây không phải là vật treo lắc qua lắc lại mà là bánh đà, quay xuôi, quay ngược. Lấy chuẩn theo chu kỳ dao động của con lắc đến một mức độ nào đó, chưa thật chính xác. Lý do là chu kỳ dao động của con lắc bị thay đổi. Thí dụ do điều kiện xung quanh, chiều dài con lắc khó giữ cố định: trời nóng do dãn nở nhiệt nên nó dài ra, trời lạnh nó co lại, đồng hồ tốt chạy một ngày đêm có thể nhanh hay chậm đến một phút, vài chục giây. Tinh thể thạch anh được phát hiện là có tính chất áp điện, kỹ thuật điện tử phát triển, người ta thấy rằng từ tinh thể thạch anh (hình 1), có thể chọn lọc phương hướng để cưa cắt thành một mảnh mỏng và phủ lớp dẫn điện ở hai mặt bên làm điện cực rồi dùng điện tạo ra lực kích thích cho bản thạch anh dao động cơ. Điều đặc biệt là dao động cơ của bản thạch anh dài hay ngắn, rộng hay hẹp, mỏng hay dày. Nhiệt độ, các điều khiển khác của môi trường xung quanh hầu như không ảnh hưởng. Nếu tạo ra những xung điện có tần số bằng tần số dao động riêng của bản thạch anh thì bản thạch anh dao động cộng hưởng, không những dao động khá mạnh được duy trì mà cả hệ trở thành một bộ phận phát dao động điện tần số không thay đổi, cực kỳ chính xác. Đây chính là quả tim giữ nhịp đập không đổi cho đồng hồ Quartz, còn gọi là đồng hồ thạch anh hay đồng hồ điện tử. Cụ thể ở đồng hồ thạch anh treo tường, đeo tay, chủ yếu nhất là bản thạch anh giống như cái âm thoa nhưng rất nhỏ đuợc tạo hình chính xác sao cho tần số dao động là 32768 hertz, tức là dao động 32768 lần trong một giây. Ban đầu để làm bản đao động này thực sự phải cưa, cắt mài thủ công từ tinh thể áp điện nhân tạo và gia công hàng loạt theo kiểu của công nghệ vi điện tử. Số 32768 là bằng 2 15một số rất chẵn gọn theo cơ số 2 để từ đấy theo kỹ thuật số chuyển thời gian dao động ra giây (dãy mạch kế tiếp 15 tầng, mỗi tầng chia 2).  Sơ đồ nguyên lý của đồng hồ thạch anh vẽ ở hình 2 (1) là pin cung cấp năng lượng cho mạch điện tử. (2) là mạch điện tử làm cho bản thạch anh dao động 32768 lần trong một giây. (3) mạch biến dao động của tinh thể thành các xung điện phát ra đều đặn, cứ 32768 dao động ứng với một giây là một xung. (4) các xung điện điều khiển một động cơ điện nhỏ nhích từng bước, mỗi bước là 1 giây. (5) Động cơ điện làm quay các bánh xe răng. (6) các bánh xe răng điều khiển các kim đồng hồ quay trên mặt số chỉ thị. Đấy là đồng hồ quartz, có kim chỉ như đồng hồ cơ. Ở các đồng hồ quartz hiện số, các xung điện phát ra được dẫn đến để điều khiển các thanh hiện số tinh thể lỏng hiện ra giờ, phút, giây bằng số. Như vậy giữ nhịp cho đồng hồ là một bản mỏng quartz, chế tạo đúng chuẩn thì đồng hồ chạy rất chính xác. Nếu chế tạo không thật chuẩn bản thạch anh dao động với tần số 32768 cộng 1 hoặc trừ 1, sai số tương đối là 1/32768 » 3.10 -5. Với độ chính xác giả sử còn thấp như vậy thì chạy trong một ngày đêm (24 x 32768 = 86400 giây) đồng hồ sữ bị sai 86400 x 3.10 -5= 2,64 giây, tức là một tháng ai cỡ 79,3 giây tức là cỡ 1 phút. Bản thạch anh (hay vật liệu áp điện tương đương) có tần số dao động 32768 lần trong một giây thường dùng làm chuẩn ở các đồng hồ quartz treo tường, để bàn… Chính xác hơn phải có những bản thạch anh dao động chuẩn với tần số gấp đôi gấp ba hoặc cao nữa và được điều chỉnh tần số bằng cách thêm vào hoặc bớt đi một trọng lượng ở đầu mút bản thạch anh (bằng cách bốc bay thêm hoặc khoét bớt dùng tia laze). Đồng hồ quartz chính xác hơn đồng hồ con lắc nhiều bậc. Nếu muốn có độ chính xác cao hơn hẳn người ta phải chuyển sang dùng đồng hồ nguyên tử. Ở đấy số dao động chuẩn không phải lấy từ bản thạch anh mà là lấy từ thời gian nhảy mức của electron trong một số loại nguyên tử. Thí dụ đối với Cesi có thể sử dụng tần số 9.192.631.770 chu kỳ trong một giây, lúc bấy giờ độ chính xác là 10 -10, nghĩa là 300 năm mới sai có một giây. Có thể chọn những nguyên tử khác và những mức nhảy khác để hàng ngàn hàng chục ngàn năm mới sai một giây. Nhưng để đảm bảo cho đồng hồ nguyên tử chạy được phải có nhiều biện pháp khác phức tạp hơn nhiều đồng hồ quartz.
|
