古代的計(jì)時(shí)工具

中國古代計(jì)時(shí)器的發(fā)明時(shí)間不晚于戰(zhàn)國時(shí)代（公元前476～公元前222年）。應(yīng)用機(jī)械原理設(shè)計(jì)的計(jì)時(shí)器主要有兩大類：一類利用流體力學(xué)計(jì)時(shí)，有漏刻和后來出現(xiàn)的沙漏；一類采用機(jī)械傳動(dòng)結(jié)構(gòu)計(jì)時(shí)，有水運(yùn)渾天儀、水運(yùn)儀象臺(tái)等。此外，還有應(yīng)用天文原理（根據(jù)日影方向測定時(shí)間）計(jì)時(shí)的日晷，它是中國古老的計(jì)時(shí)器之一。

日 晷

日晷，又稱“日規(guī)”，是我國古代的一種計(jì)時(shí)儀器。其原理是利用太陽的投影方向來測定并劃分時(shí)刻，通常由晷針（表）和晷面（帶刻度的表座）組成。利用日晷計(jì)時(shí)的方法是人類在天文計(jì)時(shí)領(lǐng)域的重大發(fā)明，被人類沿用達(dá)幾千年之久。

圭 表

圭表是度量日影長度的一種天文儀器，由“圭”和“表”兩個(gè)部件組成。和日晷一樣，圭表也是利用日影進(jìn)行測量的古代天文儀器。通俗地說，就是垂直于地面立一根桿，通過觀察，記錄它正午時(shí)影子的長短變化來確定季節(jié)的變化。垂直于地面的直桿叫“表”，水平放置于地面上刻有刻度以測量影長的標(biāo)尺叫“圭”。

漏 刻

漏刻是我國古代一種計(jì)量時(shí)間的儀器?，F(xiàn)存于北京故宮博物院的銅壺漏刻是公元1745年制造的。最上面漏壺的水從雕刻精致的龍口流出，依次流向下壺。箭壺蓋上有個(gè)銅人仿佛抱著箭桿，箭桿上刻有96格，每格為15分鐘，人們根據(jù)銅人手握箭桿處的標(biāo)志來報(bào)告時(shí)間。

沙 漏

因冬天水易結(jié)冰，故改用流沙驅(qū)動(dòng)?！睹魇贰ぬ煳闹尽酚涊d，明初詹希元?jiǎng)?chuàng)造了“五輪沙漏”。五輪沙漏增加了機(jī)械齒輪組，用流沙的動(dòng)力推動(dòng)齒輪組轉(zhuǎn)動(dòng)。這樣的沙漏設(shè)有時(shí)刻盤，上面刻有一天的時(shí)刻，相當(dāng)于現(xiàn)在時(shí)鐘的鐘面。時(shí)刻盤中心有一根指針，齒輪轉(zhuǎn)動(dòng)使指針在時(shí)刻盤上指示時(shí)刻。詹希元還巧妙地在中輪上添加了一組機(jī)械傳動(dòng)裝置，這些機(jī)械裝置能使五輪沙漏上的兩個(gè)小木人每到整時(shí)就轉(zhuǎn)出來擊鼓報(bào)時(shí)。五輪沙漏計(jì)時(shí)器的結(jié)構(gòu)原理和現(xiàn)代鐘表的結(jié)構(gòu)原理幾乎相同。

水運(yùn)渾天儀

水運(yùn)渾天儀也稱漏水渾天儀，用一個(gè)直徑四尺多的銅球，上面刻有二十八宿、中外星官以及黃赤道、南北極、二十四節(jié)氣、恒顯圈、恒隱圈等，成一渾象，再用一套轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，把渾象和漏壺結(jié)合起來，以漏壺流水控制渾象，使它與天球同步轉(zhuǎn)動(dòng)，以顯示星空的周日視運(yùn)動(dòng)。它還有一個(gè)附屬機(jī)構(gòu)，即“瑞輪冥莢”（張衡發(fā)明的計(jì)時(shí)器），是一種機(jī)械日歷，由傳動(dòng)裝置和渾象相連，從每月初一起，每天生一葉片；月半后每天落一葉片。它所用的兩級(jí)漏壺是現(xiàn)今所知最早的關(guān)于兩級(jí)漏壺的記載。

天體儀

天體儀的主要組成部分是一個(gè)空心銅球，球面上刻有縱橫交錯(cuò)的網(wǎng)格，用于量度天體的具體位置；球面上凸出的小圓點(diǎn)代表天上的亮星，嚴(yán)格按照亮星之間的相互位置標(biāo)刻。整個(gè)銅球可以繞一根金屬軸轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)一周代表一個(gè)晝夜。

水運(yùn)儀象臺(tái)

水運(yùn)儀象臺(tái)有一套比較復(fù)雜的齒輪傳動(dòng)系統(tǒng)。在樞輪的上方和圓周旁有“天衡”裝置——擒縱機(jī)構(gòu)，是在北宋時(shí)代把渾儀、渾象和報(bào)時(shí)裝置結(jié)合在一起的大型天文儀器，是蘇頌、韓公廉等人在開封設(shè)計(jì)制造的。宋元佑元年（公元1086年）開始設(shè)計(jì)，到元佑七年全部完成。

大明殿燈漏

大明殿燈漏，因燈漏上有七件寶物，因此又叫七寶燈漏。它是世界上第一臺(tái)大型水力自鳴鐘，比西方鐘表早了400多年，由中國元代的郭守敬設(shè)計(jì)。大明殿燈漏形似宮燈，高五米六。燈漏上部有彎曲的梁，曲梁的兩端各裝有龍頭，龍嘴能張合，龍的眼珠能轉(zhuǎn)動(dòng)，用這樣的動(dòng)作顯示燈漏內(nèi)的水流是快是慢。燈漏下部四角位置各有一個(gè)木人手執(zhí)鐘、鼓、鉦、鐃響器，一刻鳴鐘，二刻擊鼓，三刻擊鉦，四刻擊鐃，人們可以通過不同的聲音判斷時(shí)間。