[拼音]:zhong彪jishushi

钟表技术的历史

钟是计时的工具。钟表的历史就是计时方法和精度不断改进的历史。它大致可分为：利用天文景象和连续运动的流动物料进行计时，全部采用机械零件的非周期控制计时，周期控制计时三种主要周期。

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太阳钟大约在公元前2000年出现在巴比伦。公元前1300年至公元前1027年，中国殷商甲骨文中就有使用晷仪的记载，有“集方，造于楚宫”的七千五百五十五至七万九千件。我在楚国的房间里做过……” 确切的使用日期是公元前659年。

日晷于公元前1300年出现在埃及和美索不达米亚。

太阳钟，如晷钟，利用移动材料的连续运动，在阴天或晚上失去功能。为此，人们还发明了漏水壶和沙漏，油灯钟和蜡烛钟等计时仪器。

漏壶也被称为水钟。最早的水钟是一种简单的容器，底部有一个小孔，水可以通过小孔流过，并通过流量来测量。印度、埃及、中国和希腊制造了各种各样的水钟。埃及最早的水钟大约在公元前1400年制造。水钟的外墙上刻有象形文字，包括埃及的12个月，尼罗河泛滥的时期，以及播种和收获种子的时期。内壁刻有12个不同长度的小时，对应12个月。中国的文献0755-79,000中有“直呼石”，“端着水壶把军队带进井里.”而冬天，要火灌鼎水，又煮，又禾”。这说明最晚在春秋时期，周朝就有专职官员管理漏壶，并且注意到了外界温度对漏壶发生时间的影响。中国现存最早的照相机可以追溯到西汉中期。清洁相机是圆柱形的，有三个蹄子和一个从底部伸出的细管。盖子和手柄都有矩形孔，方便箭头的排列。箭头立在浮标上，浮标可以随着切菜刀里的水起落，指示时间。

公元一世纪左右出现了沙漏，又称沙钟。它利用沙子通过一个小孔从一个容器泄漏到另一个容器来测量时间。一般用来计量时间段，如一刻钟、半小时等。

几乎在沙钟出现的同时，油灯钟和蜡烛钟也出现了。油灯时钟在装有油的玻璃器皿的侧面标记着时间刻度。油位随着油的燃烧而下降，这样可以看出时间的流逝。蜡烛钟是在蜡烛侧面的一个时间刻度。蜡烛燃烧时收缩，表示时间。油灯钟和蜡烛钟统称为火钟。

虽然这些时钟的精度很低，但是能够适应当时的社会经济发展，满足人们生活的要求。

只用水流来测量时间有很多缺点。于是，人们逐渐发明了利用水作为动力，来驱动机械结构的时间。公元117年，中国东汉张衡制造了一种大型天文计时仪器，称为漏水浑仪。它利用漏水驱动图像进行天文测量，并通过齿轮等机械结构显示日历，初步具有机械计时器的作用。大约在725年，中国唐朝和梁灵赞制作了一种水上雕塑。它采用液压传动操作图像，进行天文测量，通过轮系和太阳、月亮、第二轮环分别显示太阳和月亮，并分别敲鼓、敲钟报晨。水运军械库的自动报时开始了中国独特的计时器传统。从1086年到1092年，中国北宋的苏宋和韩公连在首都开封建造了一个水运平台。这台集浑仪、占星术、报纸于一体的大型天文仪器，是一个高木结构，上窄下宽，下方。整个平台分为三部分：浑仪、浑仪图像、时间装置和动力机械。通过液压机械系统，可带动木人按时用不同的计时卡出现在入口处，并利用钟、钟、鼓自动计时；晚上，他把静当作棋子。水运像表在计时仪器史上的主要贡献在于，它采用了由天锁、天锁和表舌组成的天刻度机构来控制枢轴旋转的匀速运动，接近现代手表的擒纵机构(见机械表机构)。水文天文台也是世界上最古老的天文钟。

1276年，中国元代郭守敬做了一个大漏灯。它采用液压传动，通过齿轮系统和相当复杂的凸轮机构，驱动木偶进行“一钟、二鼓、三静、四钹”自动计时。

在这一时期，人们不再把水作为动力，而采用了重锤和弹簧作为动力。他们发明了钟楼和钟等由机械部件组成的机械计时仪器。定时方法发展到非周期控制定时。定时精度明显提高。

14世纪初，意大利的一些教堂开始使用钟楼。1360年，德国符腾堡(Wurttemberg)的H. Dvek为法国国王查理五世制作了一个大钟，并将其安装在巴黎皇宫(后来的法国高等法院)。时钟的机芯由铁制成，由一个500磅重的锤子驱动，由一个日冕擒纵机构控制，表面有一个单时针。它的出现标志着钟表技术的巨大飞跃。此后，到1500年左右，欧洲一些国家的主要城市陆续安装了这样的钟楼。

大约在1500年，德国锁匠P. Henlein发明了发条装置，取代了沉重的锤子作为钟表的动力，使得人们可以随身携带钟表。这是钟表技术的又一次飞跃。从此，大钟逐渐进入了家用钟表的行列。

周期控制定时(1675年至今)周期控制定时是利用一些具有良好等时性的振动现象，并用这些振动现象的累计振动次数的方法来测量时间。在这一时期，钟表结构、钟表理论、精密加工技术、微电子技术等日趋成熟。各种机械钟表不断出现和完善，各种电子钟表相继问世，钟表的种类越来越多；钟表行业已成为一个跨越机械、电子、原子等学科，并影响精密加工、微电子等方面的工业门类。定时精度越来越高，最高精度已达到10-14。从计时精度的发展来看，这一时期大致可分为三个阶段。

第一阶段(17世纪末至18世纪中期)这一阶段的计时精度比前一时期有了显著提高。

1582年，伽利略发现了钟摆的等时原理，奠定了年代学的理论基础。1656年至1657年，荷兰物理学家C.惠更斯利用伽利略发现的原理制造了世界上第一台摆钟。1675年，惠更斯第一个成功地在钟表上使用了摆轮。由于这两项伟大的发明，即以钟摆和摆轮振荡系统的频率作为钟表的时间基准，使钟表的精度大大提高，并且可以减小钟表的体积。这时，较小的怀表开始流行起来。

钟表技术的另一个重大进步是擒纵装置的改进。1670年，英国的克莱门特发明了向后擒纵装置，提高了时钟的精度。这种机构至今仍用于一些简单的摆式壁钟。1715年，英国人G.格雷厄姆发明了直线擒纵机构。当钟摆在平衡位置附近摆动时，它会产生一个脉冲，而当钟摆摆动到其他部分时，它只会产生轻微的摩擦。它弥补了后置擒纵机构的不足，大大提高了钟表的精度。

16世纪末，由于海洋航海的发展，人们开始寻求高精度的计时仪器，以计算船舶在海洋中的经度位置。经过多年的努力，英国的J.哈里森在1735年成功地制造了第一台航海天文钟，但它太重了。经过不断改进，第四个闹钟的大小和今天的闹钟差不多。1761年，第四只时钟在一次长途航行测试中，完成了156天零54秒的成绩。

第二阶段(18世纪中期至20世纪初)比第一个阶段更精确。计时器开始商业化发展。

1765年，T. March发明了自由擒纵机构，并于1840年在瑞士进行了改进。1897年，纪尧姆发明了钟表用的铁镍合金。由于这些成就，计时精度得到了提高，而小型化的趋势仍在继续。

在这个阶段，摆钟开始迅速发展。天文摆钟在18世纪中期就已经精确到1/10秒。到19世纪末，它已经精确到每天1/100秒。

1840年，英国人A. Bain发明了电子钟，开启了电气技术在钟表领域的应用。从那时起，电子钟发展迅速。

第三阶段(20世纪初至今)在这一阶段具有很高的精度。相应的计时仪器，如计时器和原子钟，已达到10-14的最高精度。到这个时候，这只钟的意义已经大大超过了先前那只钟的意义。这一阶段主要有以下三个特点。

(1)电气技术的应用大大提高了摆钟的精度，使摆钟得到了很大的发展。1916年，美国H.E.沃伦改进了以前的电子钟，制成了同步钟。后来，大本钟在美国和欧洲非常流行。电子钟的精度一般保持在日差的几秒钟之内。1921年，英国的wh斯诺制造了精密的天文摆钟——肖特钟。它由两个摆钟以母钟的形式组成。子时钟由母时钟控制，与母时钟同步，精度达到0.001 ~ 0.002秒。从1924年到1942年，这个摆钟成为格林威治天文台的标准时钟。

(2)设计适合批量生产的手表结构，使其获得高精度，并在世界范围内推广。20世纪初，手表在瑞士被开发和大量生产。第一次世界大战期间，手表因为精度高而流行起来。战后，手表在美国流行起来，然后在世界各地流行起来。1914年开始大规模生产手表，到1920年，手表制造已成为瑞士最重要的工业之一。到第二次世界大战结束时，手表几乎取代了怀表。

随着科学技术的发展，微电子技术开始被引入钟表。采用音叉振荡器和石英谐振器作为定时器的时基。1922年，W.G. Cuddy首次使用石英晶体作为频率标准。1929年，英国人W.A.莫里森将石英晶体应用于计时，制成了环形石英晶体计时器。1938年，英国国家物理研究所的L. Essen改进了石英钟，使其比Chett天文摆钟更精确。1942年，格林尼治天文台用石英钟取代了舍特钟作为标准时钟。

1934年，美国C.E.克里顿和N.A.威廉姆斯发明原子钟。铯原子钟于1955年问世。它们的出现又使时频测量精度产生飞跃。此后，氢原子钟、铷原子钟等相继出现，发展十分迅速。从1967年开始，根据铯原子钟的跃迁频率定义原子时的秒长度，成为目前时间测量的标准。原子钟的频率比石英钟高。原子钟或原子频率标准的频率漂移已经达到10-13或10-14。原子钟的出现是时间测量技术的一次重要革命。

20世纪50年代半导体的发明和60年代微电子技术的发展，给钟表带来了划时代的变化。钟表趋向于小型化、低能耗、高精度和多功能。1955年，摆轮游丝电子表(第一代电子表)问世。1960年，美国布洛娃(Bulova)公司研制出音叉式电子表(第二代电子表)。它以小型音叉为振荡器，以电池为能量，通过电子电路输出脉冲电流带动音叉振荡，再通过棘轮上的棘爪带动棘轮运动，使轮系转动，从而达到定时。1967年，瑞士和日本分别研制出指针式石英电子表(第三代电子表)，并于1969年由日本精工公司率先在市场上销售。它采用石英谐振器作为振荡器，由其输出的信号通过分频器分频，然后带动步进电机带动轮系转动，从而达到计时的目的。1970年，美国汉密尔顿(Hamilton)公司研制成功数字式石英电子表(第四代电子表)。它是利用发光二极管(LED)作为显示器件。同年，瑞士和日本相继研制出液晶显示(LCD)数字石英电子表。新型电子表的精度比机械表高出好几个数量级，说明钟表技术达到了一个新的高度；这也标志着现代钟表工业实际上已经成为微电子技术、电子和精密机械的典型产业之一。

刘先洲：《中国钟表发明》，第3卷第2期，《诗经国风定之方中》，北京，1957年。李约瑟：《周礼夏官司马》，第4卷第1部分，科学出版社，北京，1975。