古代計時

　人類最早使用的計時儀器是利用太陽的射影長短和方向來判斷時間的。前者稱為圭表，用來測量日中時間、定四季和辨方位；後者稱為日晷，用來測量時間。二者統稱為太陽鍾。

　　公元前1300～前1027年，中國殷商時期的甲骨文，已有使用圭表的記載。《詩經·國風·定之方中》篇有，「定之方中，作於楚宮。揆之以日，作於楚室……」。確切記載使用圭表的時間為公元前659年。

　　圭表等太陽鍾在陰天或夜間就失去效用。為此人們又發明了漏壺和沙漏、油燈鍾和蠟燭鍾等計時儀器。

　　中國古代應用機械原理設計的計時器主要有兩大類，一類利用流體力學計時，有刻漏和後來出現的沙漏；一類採用機械傳動結構計時，有渾天儀、水運儀象台等。此外，還有應用天文原理（大都根據日影方向測定時間）計時的日晷，它也是中國最古老的計時器之一。

[編輯本段]圭表

　　圭表中的「表」是一根垂直立在地面的標竿或石柱；「圭」是從表的跟腳上以水平位置伸向北方的一條石板。每當太陽轉到正南方向的時候，表影就落在圭面上。量出表影的長度，就可以推算出冬至、夏至等各節氣的時刻。表影最長的時候，冬至到了；表影最短的時候，夏至來臨了。它是我國創製最古老、使用最熟悉的一種天文儀器。

[編輯本段]刻漏

　　又稱漏刻、漏壺。漏壺主要有泄水型和受水型兩類。早期的刻漏多為泄水型。水從漏壺底部側面流泄，格叉和關舌又上升，使浮在漏壺水面上的漏箭隨水面下降，由漏箭上的刻度指示時間。後來創造出受水型，水從漏壺以恆定的流量注入受水壺，浮在受水壺水面上的漏箭隨水面上升指示時間，提高了計時精度。

　　為了獲得恆定的流量，首先應使漏壺的水位保持恆定。其次，向受水壺注水的水管截面面積必須固定，水管採用「渴烏」（虹吸）原理，便於調整和修理。有兩種保持水位恆定或接近恆定的方法，均見於宋代楊甲著《六經圖》（刊於1153年）中的「齊國風挈壺氏圖」。圖中「唐制呂才（約公元600～650）定」刻漏是在漏壺上方加幾個補償壺，「今制燕肅(1030)定」刻漏採用溢流法，深四寸。多餘的水由平水壺（下匱）通過竹注筒流入減水盎。燕肅創製的漏壺叫蓮花漏，北宋時曾風行各地。

　　《全上古三代秦漢三國六朝文·全後漢文》中在桓譚（卒於公元56年）的文章里說刻漏度數因干、濕、冷、暖而異，在白天和夜間需要分別參照日晷和星宿核對。當時已認識到水溫和空氣濕度對刻漏計時精度的影響。

　　刻漏的最早記載見於《周禮》。已出土的文物中最古老的刻漏是西漢遺物，共3件，均為泄水型。其中以1976年內蒙古自治區伊克昭盟杭錦旗出土的青銅漏壺最為完整，並刻有明確紀年。比較完整的傳世刻漏有兩個，均為受水型：一個在北京中國歷史博物館，是元代延祐三年(1316)造；一個在北京故宮博物院，是清代製造。

[編輯本段]沙漏

　　因刻漏冬天水易結冰，故有改用流沙驅動的。《明史·天文志》載明初詹希元創造了「五輪沙漏」。後來周述學加大了流沙孔，以防堵塞，改用六個輪子。宋濂(1310～1381)著《宋學士文集》記載了沙漏結構，有零件尺寸和減速齒輪各輪齒數，並說第五輪的軸梢沒有齒，而裝有指示時間的測景盤。

[編輯本段]渾天儀

　　古代文獻中有漢武帝時(公元前140～前87)洛下閎、鮮於妄人作渾天儀之說，但未提到它的結構。《晉書·天文志》記載東漢張衡 (公元78～139)製造渾天儀，說在密室中用漏水驅動，儀器指示的星辰出沒時間與天文觀察的結果相符。《新唐書·天文志》對唐開元十三年(725)僧一行和梁令瓚設計的渾天儀有較詳細的記述。儀器上分別裝有日、月兩個輪環，用水輪驅動渾象。渾象每天轉一周，日環轉1/365周，儀器還裝有兩個木偶，分別擊鼓報刻，是一座上狹下廣的木建築。

[編輯本段]水運儀象台

　　為北宋元祐三年(1088)蘇頌、韓公廉等人所制。他們於紹聖(1094～1097)初年著《新儀象法要》，載有總圖和部件圖多幅。這台水運儀象台高三丈五尺余， 寬二丈一尺，是一座上狹下廣的木建築。台的下層有提水裝置，由人力推動河車，帶動升水上輪和下輪（筒車），將水提到天河（受水槽），注入天池（蓄水池）。台中平水壺保持水位恆定，並通過一定截面的水管向樞輪（水輪）上的受水壺流泄恆定流量的水，推動樞輪。樞輪通過傳動齒輪帶動晝夜機輪、渾象和渾儀。

　　水運儀象台有一套比較複雜的齒輪傳動系統。 在樞輪的上方和圓周旁有「天衡」裝置──擒縱機構，這是計時機械史上一項重大創造，它把樞輪的連續旋轉運動變為間歇旋轉運動。

[編輯本段]大明燈漏

　　1276年，中國元代的郭守敬製成大明燈漏。它是利用水力驅動，通過齒輪系及相當複雜的凸輪機構，帶動木偶進行「一刻鳴鐘、二刻鼓、三鉦、四鐃」的自動報時。
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