Aja mõõtmise ja kuvamise seadmed on oma elu alustanud üle 5500 aasta tagasi Babülooni ja Egiptuse iidsetes tsivilisatsioonides. Sellest hetkest alates hakati aega mõõtma üha suurema täpsusega, viies meid lõpuks ajaloo juurde, kui mehaanilised kellad lõpuks meie ellu sisenesid. Alates hetkest, mil see kujutas endast ühte esimestest inimese leiutistest, kuni tänapäevani, mil aatomkellad saavad täpselt mõõta nii uskumatult pisikesi kui ka uskumatult suuri ajavahemikke - kõige põhilisem põhimõte, millel iga kellatöö on võnkumine.
Isegi kui me nägime läbi ajaloo kellade, mis kasutavad paljusid erinevaid füüsikalisi protsesse, on võnkumine kõigi nende aluseks ja kõigil neil on sarnased analoogosad, mida siin kirjeldatakse. Aja mõõtmiseks peab kellal olema toiteallikas, võnkuv objekt, mis kordab oma liikumist ikka ja jälle, kontroller, mis lööb need võnkuvad löögid impulssideks (hõõrdumise kaudu). Seejärel kogutakse need impulsid standarditud pikkusega loendurite ahelasse (sekundid, minutid, tunnid jne). Lõpuks suunatakse ajaloendur displei indikaatorile, mis näitab tulemusi inimesele loetaval kujul.
Energiaallikas
Iga kell peab pidevalt töötama ja seetõttu peab sellel olema energiaallikas (mõnikord isegi sekundaarne allikas hädaolukorras), mis juhib kõiki selle mehhanisme ja tagab täpse ja usaldusväärse aja mõõtmise.
Mehaanilisi kellasid saab toita riputatavate raskuste (võnkuva pendli), ketiratta, trumli või peavedru abil.
Elekter, mis kantakse kella otse elektrivõrgust või salvestatakse akudesse.
Automaatsed jõuallikad, mis kasutavad kasutaja liikumise kineetilist jõudu väikese raskuse liikumise genereerimiseks ja kas mehaaniliseks vooluallikaks või rongisisesele andmekandjale (aku) ühendatud elektrigeneraatoriks.
Ostsillaator
Füüsikaline harmooniline ostsillaator on iga moodsa kella põhikomponent. Pideva sagedusliikumise abil suudavad kellamehhanismid neid võnkumisi hõivata ja muuta need täpselt ajastatud impulssideks, mis näitavad täpse aja möödumist. Siin on mõned kõige tavalisemad ostsillaatorid:
Mehaaniliste kellade tasakaalustusratas ja pendel.
Kvartskristall kvartskellades.
Vibreerivad elektronid ja aatomid aatomkellades.
Kontroller
Kontroller on mehhanism, mis hõivab ostsillaatorite liikumissageduse ja teisendab impulssideks, mis võivad meile näidata aja möödumist. Kaks kõige tavalisemat kellakontrolleri seadet on:
Põgenemine, mida kasutatakse mehaaniliste kellade jaoks, mida käitatakse pendel- ja tasakaalustusratastega.
Elektrooniline ostsillaatori ahel, mis genereerib ostsillaatoriga sünkroniseeritud elektriimpulsse.
Loendurkett
Loendurkett on mehhanism, mis loendab kontrolleri loodud impulsid ja varjab need traditsioonilisteks sekundi, minuti ja tunni ajamõõtühikuteks.
Indikaator
Kuva kella osa, mille ülesandeks on visuaalselt kuvada teavet, mida ülejäänud kellamehhanismid koguvad. Varased kellad tähistasid aega kuuldavalt löövate kellukeste abil, 1800-ndatel võeti kasutusele minutikäed, digitaalsed kellad tõid kaasaegse tehnoloogia kasutusele 20. sajandi teises pooles ja 21. sajand tõi meile kõnelevad kellad osana kaasaegsest kaasaskantavast arvutimaailmast (nutitelefonid, tahvelarvutid, sülearvutid).
