古代的计时工具有哪些？

古代的计时工具有哪些？

人类最早使用的计时仪器是利用太阳的射影长短和方向来判断时间的。前者称为圭表，用来测量日中时间、定四季和辨方位；后者称为日晷，用来测量时间。二者统称为太阳钟。
　　公元前1300～前1027年，中国殷商时期的甲骨文，已有使用圭表的记载。《诗经·国风·定之方中》篇有，“定之方中，作于楚宫。揆之以日，作于楚室……”。确切记载使用圭表的时间为公元前659年。
　　圭表等太阳钟在阴天或夜间就失去效用。为此人们又发明了漏壶和沙漏、油灯钟和蜡烛钟等计时仪器。
　　中国古代应用机械原理设计的计时器主要有两大类，一类利用流体力学计时，有刻漏和后来出现的沙漏；一类采用机械传动结构计时，有浑天仪、水运仪象台等。此外，还有应用天文原理（大都根据日影方向测定时间）计时的日晷，它也是中国最古老的计时器之一。 日晷、水钟、沙漏
　　圭表、各种日晷、以滴水多寡来计时的各种水钟，还有沙钟、火钟、蜡烛钟、辊弹漏刻千章铜漏、延佑滴漏、龙舟香漏、火龙出水、赤道式日晷、赤道经纬仪、浑仪等
　　圭表
　　圭表中的“表”是一根垂直立在地面的标竿或石柱；“圭”是从表的跟脚上以水平位置伸向北方的一条石板。每当太阳转到正南方向的时候，表影就落在圭面上。量出表影的长度，就可以推算出冬至、夏至等各节气的时刻。表影最长的时候，冬至到了；表影最短的时候，夏至来临了。它是我国创制最古老、使用最熟悉的一种天文仪器。 日晷 日晷也是通过观测日影计时的仪器，主要是根据日影的位置以确定当时的时辰或刻数。从出土文物来看，汉以前已使用日晷，在机械钟表传入中国之前，日晷一直是通常使用的计时器。日晷的主要部件是由一根晷针和刻有刻线的晷面组成，随着太阳在天空运行，晷针的投影像钟表的指针一样在晷面上移动，就可以指示时辰。 漏刻 圭表和漏刻都是用太阳的影子计算时间的，然而遇到了阴雨天或黑夜便失去作用了，于是一种白天黑夜都能计时的水钟便应运而生，这就是漏刻。漏，是指漏壶；刻，是指刻箭。箭，则是标有时间刻度的标尺。漏刻是以壶盛水，利用水均衡滴漏原理，观测壶中刻箭上显示的数据来计算时间。作为计时器，漏刻的使用比日晷更为普遍。我国古代诸多文人骚客留下了许多有关漏刻的富有诗情画意的章句。如唐代诗人李贺：“似将海水添宫漏，共滴长门一夜长。”宋代苏轼：“缺月挂疏桐，漏断人初静。”在机械钟表传入中国之前，漏刻是我国使用最普遍的一种计时器。 刻漏
　　又称漏刻、漏壶。漏壶主要有泄水型和受水型两类。早期的刻漏多为泄水型。水从漏壶底部侧面流泄，格叉和关舌又上升，使浮在漏壶水面上的漏箭随水面下降，由漏箭上的刻度指示时间。后来创造出受水型，水从漏壶以恒定的流量注入受水壶，浮在受水壶水面上的漏箭随水面上升指示时间，提高了计时精度。
　　为了获得恒定的流量，首先应使漏壶的水位保持恒定。其次，向受水壶注水的水管截面面积必须固定，水管采用“渴乌”（虹吸）原理，便于调整和修理。有两种保持水位恒定或接近恒定的方法，均见于宋代杨甲著《六经图》（刊于1153年）中的“齐国风挈壶氏图”。图中“唐制吕才（约公元600～650）定”刻漏是在漏壶上方加几个补偿壶，“今制燕肃(1030)定”刻漏采用溢流法，深四寸。多余的水由平水壶（下匮）通过竹注筒流入减水盎。燕肃创制的漏壶叫莲花漏，北宋时曾风行各地。
　　《全上古三代秦汉三国六朝文·全后汉文》中在桓谭（卒于公元56年）的文章里说刻漏度数因干、湿、冷、暖而异，在白天和夜间需要分别参照日晷和星宿核对。当时已认识到水温和空气湿度对刻漏计时精度的影响。
　　刻漏的最早记载见于《周礼》。已出土的文物中最古老的刻漏是西汉遗物，共3件，均为泄水型。其中以1976年内蒙古自治区伊克昭盟杭锦旗出土的青铜漏壶最为完整，并刻有明确纪年。比较完整的传世刻漏有两个，均为受水型：一个在北京中国历史博物馆，是元代延祐三年(1316)造；一个在北京故宫博物院，是清代制造。
　　沙漏
　　因刻漏冬天水易结冰，故有改用流沙驱动的。《明史·天文志》载明初詹希元创造了“五轮沙漏”。后来周述学加大了流沙孔，以防堵塞，改用六个轮子。宋濂(1310～1381)著《宋学士文集》记载了沙漏结构，有零件尺寸和减速齿轮各轮齿数，并说第五轮的轴梢没有齿，而装有指示时间的测景盘。
　　浑天仪
　　古代文献中有汉武帝时(公元前140～前87)洛下闳、鲜于妄人作浑天仪之说，但未提到它的结构。《晋书·天文志》记载东汉张衡 (公元78～139)制造浑天仪，说在密室中用漏水驱动，仪器指示的星辰出没时间与天文观察的结果相符。《新唐书·天文志》对唐开元十三年(725)僧一行和梁令瓒设计的浑天仪有较详细的记述。仪器上分别装有日、月两个轮环，用水轮驱动浑象。浑象每天转一周，日环转1/365周，仪器还装有两个木偶，分别击鼓报刻，是一座上狭下广的木建筑。
　　水运仪象台
　　为北宋元祐三年(1088)苏颂、韩公廉等人所制。他们于绍圣(1094～1097)初年著《新仪象法要》，载有总图和部件图多幅。这台水运仪象台高三丈五尺余， 宽二丈一尺，是一座上狭下广的木建筑。台的下层有提水装置，由人力推动河车，带动升水上轮和下轮（筒车），将水提到天河（受水槽），注入天池（蓄水池）。台中平水壶保持水位恒定，并通过一定截面的水管向枢轮（水轮）上的受水壶流泄恒定流量的水，推动枢轮。枢轮通过传动齿轮带动昼夜机轮、浑象和浑仪。
　　水运仪象台有一套比较复杂的齿轮传动系统。 在枢轮的上方和圆周旁有“天衡”装置──擒纵机构，这是计时机械史上一项重大创造，它把枢轮的连续旋转运动变为间歇旋转运动。
　　大明灯漏
　　1276年，中国元代的郭守敬制成大明灯漏。它是利用水力驱动，通过齿轮系及相当复杂的凸轮机构，带动木偶进行“一刻鸣钟、二刻鼓、三钲、四铙”的自动报时。

沙漏，日冕，滴水计时，太阳.

日晷 沙漏 蜡烛 香

日晷 沙漏 香

历史上的计时划分和计时器发明
公元前20000年：史前人以在木棍和骨头上刻标记的方式来计时。
公元前8000年：埃及人制订了每年12个月，每月均为 30天的历法。
公元前3000年：两河流域的苏美尔人把一年分为12个月，每月30天，每天分为 360个周期，每个周期为4分钟。
公元前2000年：巴比伦人使用每年354天的历法，每月 29天和30天相轮。与此同时，玛雅人创立了一年2印天和365天的历法。
公元前1500年：埃及发明第一个移动日晷，将一天分为12个周期。接着又发明一种叫漏刻的计时器。
公元前700年：巴比伦人把一天分为相等的12个部分。
公元前100年：雅典出现以一天24小时为基础的机械漏刻。 公元200年：西方开始引入星期概念。
公元400年：中国发展了机械漏刻。
公元1100年：日晷在欧洲得到发展。
公元1350年：德国钟表匠发明第一个机械闹钟。
公元1500年：意大利教堂响起了机械钟声。
公元1510年：德国纽伦堡出现带发条的怀表。
公元1583年：格里历在罗马、西班牙、葡萄牙、法国和荷兰部分地区生效。
公元1656年：荷兰一位天文学家发明自摆钟。
公元1700年：时钟上除时针外又加上了分针。
公元1800年：计时精确度到1／100秒。
公元1840年：建立格林威治标准时间。
公元1850年：计时精确到1／1000秒。
公元1884年：华盛顿会议制订全球时区表。
公元1928年：发明石英钟。
公元1949年：发明第一台原子钟。
公元1950年：计时精确到微秒。
公元1965年：计时精确到毫微秒。
公元1970年：计时精确到微微秒。
公元1972年：建立全球协调时间时。
公元1990年：精确到毫微微秒。
公元1998年：建立超冷铯原子钟，比微微秒又要精确10万倍。
太阳钟
在历史的长河中，天文学和计时学是相伴发展的，可以说有了天文学，也就有了计时学，计时仪器和天文仪器一样，是经过漫长的发展历程逐渐精确化的。最古老的计时仪器是土圭、圭表和日晷，其原理是通过太阳的投影和方位计时，一般通称太阳钟。
1.1土圭
土圭是最古老的计时仪器，是一种构造简单，直立的地上的杆子用以观察太阳光投射的杆影，通过杆影移动规律、影的长短，以定冬至、夏至日。“尚书·尧典”中记述土圭始于尧帝时期，即公元前2357-2258年，史学界认为“尧典”不是尧时写的，是周代史官根据传闻编写，后经春秋战国（公元前7~2世纪）时儒家陆续补订而成。因此我们可以认为，至迟在公元前7世纪掌管天地四时的官吏已使用土圭分出二分二至，确定一年为366天。到殷商时代（公元前1520~1030年）测时已达到相当高的精度，其干支记日法一直延用到今天。
1.2圭表
由于土圭的构造简单，不易掌握，所以逐渐发展为圭表。“隋书天文志”将圭表的创造追溯到公元6世纪：南北朝梁武帝天监年间（公元503~519年）祖（祖冲之之子）造八尺高的铜圭表，观测圭上表影的长短，测订时间。但1965年江苏仪征东汉墓（公元25~220年）出土了一件青铜铸的圭表，这说明圭表的创制和使用要早于记载几百年。待到“元史·天文志”对圭表的形制、构造、材质都有详尽的记述。
元初郭守敬按照圭表的原理在河南登封建立了高耸的观星台，在大都（今北京）设置了圭表。明正统二年至七年（公元1437~1442年）在北京古观象台建造圭表，清乾隆九年（公元1744年）重修并加以改进。古代圭表是用来判断方向，测定季节，四季划分和推算历法，对农业生产发展起到重要作用。
1.3日晷
日晷又称晷仪，也是观测日影记时的仪器，它与圭表的区别是：圭表的根据日影的长短判别方向测定季节、全年日数和冬至、夏至就在的日子，推算历法等；日晷的应用，主要是根据日影的位置，以指定当时的时辰或刻数，是我国古代较为普遍使用的计时仪器，但在史籍中却少有记载，现在史料中最早的记载是“汉书·律历志·制汉历”一节：太史令司马迁建议共议“乃定东西，主晷仪，下刻漏”，而“汉书·艺文志”中列有晷书34卷，但仅存书名，而无内容。
“隋书·天文志”中记载了耿询的成就，“观测日晷和刻漏，是测天地正仪象的根本”。“明史·天文志”对日晷的形制，定时之法都有详细的记载。较之圭表，它已复杂多了，可以说是一种真正的仪器了，发展到清代，不仅可以计时用，日晷本身已成为一件装饰艺术品。
中国太阳钟的历史上，指极表或指极针的发现可上溯到公元前四世纪，而周汉之间的12时辰制是非常先进的，在公元前四世纪以前已成为一种不变的时制。
唐代的赤道式日晷，是所有日晷中计时最准确的。后经阿拉件人或犹太人将其传入西方，十七世纪时赤道式日晷风行于欧洲，人们称它为“二分式日晷”。明末之后，中西各种日晷在社会上广泛使用，种类之多，前所未有。山西姚乔林是十八世纪著名的日晷制作家，其流派远播广东。
总之，太阳钟横跨人类历史数千年，在使用中不断发展和进步，为社会的发展，科学技术的进步起到了推动的作用，不仅可以计时，而且能求得标准时间，甚至可以校对现代的钟表。
日晷所测的是真太阳时或视太阳时，因为地球轨道偏心率以及地球倾角的影响，真太阳时和平太阳时是不一致的。因此，不依靠太阳测时的方法成为事实，而且更为重要。欧洲在十四世纪早期，机械钟出现以前，主要靠日晷计时，而中国对水钟或刻漏则十分重视，并发展成为一种文化，达到登峰造极的地步。为机械钟表的诞生作了科学和技术上的准备。
2.1水钟
水钟在中国又叫做“刻漏”，“漏壶”。根据等时性原理，滴水记时有两种方法，一种是利用特殊容器记录把水漏完的时间（泄水型），另一种是底部不开口的容器，另一种是底部不开口的容器，记录它用多少时间把水装满（受水型）。中国的水钟，最先是泄水型，后来泄水型与受水型同时并用或两者合一。自公元85年左右，浮子上装有漏箭的受水型漏壶逐渐流行，甚至到处使用。
从公元二世纪张衡的时代，到公元六世纪耿询的时代，使表演用的浑天仪和天球仪转动起来的水钟技术孕育了早期机械钟的出现。公元25年，一行和梁令瓒发明了擒纵机构，这种装置实质上就是早期的机械时钟，早于欧洲六个世纪。中国的浑仪在长期的发展过程中往往形式上是天文观测仪器，而本质上是时钟装置，因为从张衡的时代起，天文技术人员一直想做一种缓慢放置的齿轮，以便达到与天上的周日视运动步调一致。
公元725年一行和梁令瓒实质上解决了这一难题，因此，皇室对设在宫中放置不停的天球（天文钟）感兴趣是毫不奇怪的。
公元1088~1090年，苏颂和他的同事们在开封建立的水运仪像台是机械时钟和观测用浑仪的完美结合，在原理上是成功的，因此，可以说他比罗伯特、胡克先行六个世纪，比方和斐先行七个半世纪。
2.2香篆钟
水钟尽管是有发展前途的，但是古人仍在广泛的领域进行不竭探索，在某些情况下，也可能有其他较水钟更为准确的计时方法，据宋代学者薛季宣说，除日晷刻漏之外，有一种香篆钟于十二世纪中叶在中国流行。荷兰高罗培著“狄仁杰断案传奇”中，记述了唐宫计时用的香篆钟为梅花形黄铜盘，盘子内梅花五瓣，各缭绕着一圈盘香，用以计时焚薰，称为“五孕祥云”。

圭（读作guī）表是一种既简单又重要的测天仪器，它由垂直的表（一般高八尺）和水平的圭组成。它利用了立竿见影的道理来测量日影长度。主要功能是测定冬至日所在，并进而确定回归年长度。此外，通过观测表影的变化可确定方向和节气。
日晷（读作guǐ）又称“日规”，是我国古代利用日影测得时刻的又一种计时仪器。通常由铜制的指针和石制的圆盘组成。铜制的指针叫做“晷针”， 石制的圆盘叫做“晷面”。使用时，观察日影投在盘上的位置，就能分辨出不同的时间。日晷的计时精度能准确到刻（15分钟）。
铜壶滴漏又名“漏刻”或“漏壶”。即用一个在壶底或靠近底部凿有小孔的盛水工具，利用孔口流水使铜壶的水位变化来计算时间。 我国发明的铜壶滴漏比外国制作的滴水计时器要早的多，应用也普遍，成为历代计时的重要工具。
苏颂水运仪象台：
宋元佑年间(西元1088年)，吏部尚书苏颂观察太史局与翰林两天文台不同构造之天文观测仪器后，兼采自汉唐以来诸家对於浑仪、浑象、激水运输之说法，将此三者合而为一，仪象装置分别置於一台中之上下隔，而枢机轮轴等隐藏於木台中；司辰、击鼓、摇铃、执牌等的报时设备连於轮轴之上且出没於五层木阁内，以水力激轮的方式使仪象运作。制成中国唯一有说明的自动水运天文(浑)仪(浑)象及自动报时天文台，名为「水运仪象台」。由此可知，水运仪象台是由三部份所构成，最上面的浑仪、然后是浑象，接著是推动运作的水力轮轴装置，并且在木阁内的轮轴上也连有报时的设备，成为中国最重要的天文观测与计时报时装置，其构造之精巧细致使得在修复水运仪象台时遭到不少困难，而其发明用来控制运转稳定的「擒纵器」更比现代钟表内的「卡子」早一千年，实为中国天文方面的重大成就。
其他还有千章铜漏、延佑滴漏、龙舟香漏、火龙出水、赤道式日晷、赤道经纬仪、浑仪 沙漏

1. 日晷，有日晷针盘组成。晷针插在盘中心，晷盘上刻着表示时刻的分划。太阳照射的针影投射在晷盘的分划上，就能指示出时刻。 　　
2.阴雨天和夜晚则用漏刻。漏刻又称漏壶，包括下有小孔的铜壶和带有刻度的刻箭两部分。水匀速流下，通过刻度观察水位变化，即可确定时刻。 　　
3.唐代僧一行发明了最早的自鸣钟，用漏水激轮，一日一夜转一周，29转多为一个月365转为一年。同时装有2个木人，每一刻一击鼓，一个时辰（相当于一个2个小时）一撞钟。
4.元代郭守敬也曾发明出不同声音的机械报时钟。
5.民间更多使用燃香，蜡烛等计时方法。

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