中国古代计时器

中国古代计时器
目录
简介
圭表
刻漏
沙漏
浑天仪
水运仪象台
大明灯漏
中国古代计时器time measuring or indicating apparatus in ancient China
[编辑本段]
简介
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上，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。

[编辑本段]
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。

[编辑本段]
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。

[编辑本段]
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。

[编辑本段]
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。

[编辑本段]
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。

[编辑本段]
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。

浑天仪
[编辑本段]
浑天仪究源
浑天仪是浑仪和浑象的总称。

浑仪是测量天体球面坐标的一种仪器，而浑象是古代用来演示天象的仪表。

它们是我国东汉天文学家张衡所制的。

西方的浑天仪最早由埃拉托色尼于公元前255年发明。

葡萄牙国旗上画有浑仪。

自马努埃一世起浑天仪成为该国之象征。

西方的浑天仪
浑仪模仿肉眼所见的天球形状，把仪器制成多个同心圆环，整体看犹如一个圆球，然后通过可绕中心旋转的窥管观测天体。

浑仪的历史悠久，有人认为西汉落下闳、鲜于妄人、耿寿昌都造过圆仪，东汉贾逵、傅安等在圆仪上加黄道环，改称“黄道铜仪”。

早期结构如何已没有记载。

而最早有详细结构记载的是东晋史官丞南阳孔挺在光初六年，即公元323年所造的两重环铜浑仪，这架仪器由
六合仪和四游仪组成。

到了唐贞观七年，即公元633年，李淳风增加了三圾仪，把两重环改为三重仪，成为一架比较完备的浑仪，称为“浑天黄道仪”。

唐朝以后所造的浑仪，基本上与李淳风的浑仪相似，只是圆环或零部件有所增减而已。

随着浑仪环数的增加，观测时遮蔽的天区愈来愈多，因此，从北宋开始简化浑仪，到了元朝郭守敬则对浑仪进行彻底改革，创制出简仪。

浑象的构造是一个大圆球上刻画或镶嵌星宿、赤道、黄道、恒稳圈、恒显圈等，类似现今的天球仪。

浑象又有两种形式，一种形式是在天球外围---地平圈，以象征地。

天球转动时，球内的地仍然不动。

现代著作中把这种地在天内的浑象专称为“浑天象”。

通常认为浑象最初是由西汉耿寿昌创制。

东汉张衡的浑象是他设计的漏水转浑天仪的演示部分。

以后，天文学家还多次制造过浑象，并且和水力机械联系在一起，以取得和天球周日运动同步的效果。

唐代的一行和梁令瓒，宋代苏颂和韩公廉等人，把浑象和自动极时装置结合起来，发展成为世界上最早的天文钟。

应该说是被张衡改进过。

[编辑本段]
韩国对浑天仪历史的歪曲
“中国古代天文学家落下闳（阆中人）发明的…浑天仪‟怎么…跑‟到韩币上去了呢？”日前，一位韩国游客在阆中旅游，在他持有的一张1万元韩币上，中国古代天文仪器“浑天仪”赫然纸上，阆中外事办主任蒲仕川对此十分不解。

于是，蒲拨通了记者电话。

记者在这张韩币上看到，韩币背面的浑天仪图案十分清晰，但未加任何说明。

阆中市文联主席彭莉，彭说：“韩国在一万韩元的钞票上，赫然印上了我国的浑天仪，是不妥当的，早在2005年，韩国成功将…端午节‟申遗；此后更传出将中医改为韩医申遗的呼声；此番又将举世闻名的中国…浑天仪‟请到了自家纸币上，剽窃我国传统文化的野心真的是…跃然纸上‟。

同时，也反映出中国非物资文化遗产保护中的缺陷，若我们将…浑天仪‟及早给予申遗保护，也不至于韩国人…胆大妄为‟了。

”
阆中名城研究会副主任李文明告诉记者，对于中韩的文化之争由来以久，韩国人似乎总想从中华五千年文化中抢去点什么，但是，历史岂容更改？作为后人又如何抢得去？端午节被韩国申遗了，
这一回，中国的浑天仪又被印上了韩国新版纸币，中国传统文化正在受到越来越多的冲击，应该引起国人的重视。

中国浑天仪上韩币韩国人很自豪
记者获悉，韩国银行于1月22日正式发行新版万元和千元的韩元纸币。

在新版万元纸币上，中国古代天文仪器浑天仪赫然纸上，这在韩国国内引发了轩然大波。

国人如何应对这一文化侵袭？新华社1月23日电：韩国央行总裁李成太在发行仪式上致贺词说，新币提高了安全性、缩小了纸币大小，还采用了科学、艺术领域具有历史意义的图案，在文化方面提升了自豪感。

新华社在消息中称：浑天仪是浑仪和浑象的总称，均为我国东汉天文学家张衡所制。

韩国拥有所谓独创的浑天表，韩国媒体表示，将浑天仪印在货币上，可能使人误解为浑天仪是能代表韩国的科学成果。

首尔大学历史系教授文重亮(音)说：“浑天仪最早源于中国，因此不能出现在韩国货币上。

”韩国网民也在银行网站留言，要求“更换设计图案并停止发行”。

业内人士则认为银行方面在选择新版纸币图案时忽视了货币特有的科学性和历史内涵，这种做法显然不妥。

面对外界质疑，韩国银行前发行局局长金斗经解释说：“浑天表的箱体型设计与货币图案显得格格不入，因此，我们退而求其次，选择浑天仪作为货币图案。

”
韩国银行还发表声明称“纸币图案中所用的浑天仪是浑天表的一部分，浑天仪虽由中国最先制造，但有多种形态，认为纸币上的浑天仪是中国制造的浑天仪是没有道理的。

浑天表中的浑天仪中间有一个地球仪，这种设计是韩国独创的。

”
韩国报章批评，韩国银行只考虑图案设计，忽略了纸币图样应具有的科学及历史意义。

韩国历史学家指出，韩国银行把中国发明的天文观测仪浑天仪印在韩国货币上并不恰当，可能会使人误以为浑天仪是韩国的科学成果。

对于科学家的批评，韩国《朝鲜日报》分析，引起这次事件的另一主因，是银行的货币图案咨询委员会中没有科学及历史专家。

浑天仪是中国的发明者是阆中人
日前，记者在阆中古城中的“落下闳故居”了解到，浑仪是一观测仪器，内有窥管，亦称望管，用以测定昏、旦和夜半中星以及天体的赤道坐标，也能测定天体的黄道经度和地平坐标。

浑象是一个演示性和仪器，在一大球上刻画或镶有星宿、赤道、黄道、恒隐圈、恒显圈等。

浑仪和浑象是反映浑天说的仪器，即是“物化”和“浑天说”。

“浑仪”和“浑象”是“浑天说”这一宇宙理论的物理模型。

因而浑仪和浑象常统称为浑天仪。

或称浑天仪、浑天象。

西汉末杨雄（公元前58-18年）在《法言·重黎》篇里写道：“或问浑天。

曰落下闳营之，鲜于妄人度之，耿中丞象之。

”这里的浑天，即浑天仪，包括了浑仪和浑象。

科学史界已普遍认同：西汉的落下闳（今阆中人）是提出“浑天说”的最早的代表人物。

浑天说是中国古代三大宇宙理论之一。

落下闳是“浑天说”最早和代表人物，张衡是“浑天说”的发扬光大者。

落下闳研制的浑天仪和浑象，在中国用了二千多年，他的创新是开拓性的。

关于落下闳
落下闳（约公元前156－公元前87年），姓落下，名闳，字长公，西汉巴郡阆中（今四川省阆中市）人。

世界古代杰出的民间天文学家和历算学家。

明晓天文，隐居民间。

武帝元封六年被征召长安制造新历。

太初元年（公元前104年）创制成我国历史上第一部完整的有文字记载的新历《太初历》。

他改革了不合理的岁首制度，改定为从孟春正月为岁首，从此有了现在的春节，后人尊他为“春节老人”；将24节气纳入中国历法体系之中；改革置闰方法，使节令、物候与月份安排得更为准确，对农牧业生产和人民生活起了极为重要的作用。

他创制的浑天仪是世界上第一台比较精密完整的观测仪器。

他的浑天说是世界最早以地球为中心的先进宇宙结构理论。

为历法计算所需，他还发明了应用辗转相除法求渐进分数的“通其率”算法。

其学说与成就对中国后代天文学家如张衡、僧一行、阆中的任文孙、任文公父子及周群祖孙等影响颇大。

据学者们考证，张衡在当时已经利用了力学上的惯性原理，“都柱”实际上起到的正是惯性摆的作用。

同时张衡对地震波的传播和方向性也一定有所了解，这些成就在当时来说是十分了不起的，而欧洲直到1880年，才制成与此类似的仪器，比起张衡的发明足足晚了一千七百多年。

水运仪象台
目录
简介
组成
报时装置
动力机构
浑象密室
浑仪板屋
《新仪象法要》
[编辑本段]
简介
北宋时代把浑仪、浑象和报时装置结合在一起的大型天文仪器，是苏颂、韩公廉等人在开封设计制造的。

宋元祐元年(公元1086年)开始设计，到元祐七年全部完成。

它是中国古代的卓越创造。

其中的擒纵器是钟表的关键部件。

因此，英国科学家李约瑟等人认为水运仪象台“可能是欧洲中世纪天文钟的直接祖先”。

整座仪器高约12米，宽约7米，是一座上狭下广、呈正方台形的木结构建筑。

其中浑仪等为铜制。

全台共分三隔。

下隔包括报时装置和全台的动力机构等。

中隔是间密室，放置浑象。

上隔是个板屋，中放浑仪。

水运仪象台的构思广泛吸收了以前各家仪器的优点，尤其是吸取了北宋初年天文学家张思训所改进的自动报时装置的长处；在机械结构方面，采用了民间使用的水车、筒车、桔槔、凸轮和天平秤杆等机械原理，把观测、演示和报时设备集中起来，组成了一个整体，成为一部自动化的天文台。

国际上对水运仪象台的设计给予了高度的评价，认为浑象一昼夜自转一圈，不仅形象地演示了天象的变化，也是现代天文台的跟踪器械—转仪钟的祖先；水运仪象台中首创的擒纵器机构是后世钟表的关键部件，因此它又是钟表的祖先。

水运仪象台为了观测上的方便，设计了活动的屋顶，是今天天文台活动圆顶的祖先。

[编辑本段]
组成
根据《新仪象法要》记载，水运仪象台是一座底为正方形、下宽上窄略有收分的木结构建筑，高大约有十二米，底宽大约有七米，共分为三大层。

上层是一个露天的平台，设有浑仪一座，用龙柱支持，下面有水槽以定水平。

浑仪上面覆盖有遮蔽日晒雨淋的木板屋顶，为了便于观测，屋顶可以随意开闭，构思比较巧妙。

露台到仪象台的台基有七米多高。

中层是一间没有窗户的“密室”，里面放置浑象。

天球的一半隐没在“地平”之下，另一半露在“地平”的上面，靠机轮带动旋转，一昼夜转动一圈，真实地再现了星辰的起落等天象的变化。

下层包括报时装置和全台的动力机构等。

设有向南打开的大门，门里装置有五层木阁，木阁后面是机械传动系统。

[编辑本段]
报时装置
第一层木阁又名“正衙钟鼓楼”，负责全台的标准报时。

木阁设有三个小门。

到了每个时辰（古代一天分做十二个时辰，一个时辰又分为时初和时正）的时初，就有一个穿红衣服的木人在左门里摇铃；每逢时正，有一个穿紫色衣服的木人在右门里敲钟；每过一刻钟，一个穿绿衣的木人在中门击鼓。

第二层木阁可以报告十二个时辰的时初、时正名称，相当于现代时钟的时针表盘。

这一层的机轮边有二十四个司辰木人，手拿时辰牌，牌面依次写着子初、子正、丑初、丑正等。

每逢时初，时正，司辰木人按时在木阁门前出现。

第三层木阁专刻报的时间。

共有九十六个司辰木人，其中有二十四个木人报时初、时正，其余木人报刻。

例如：子正：初刻、二刻、三刻；丑初：初刻、二刻、三刻，等等。

第四层木阁报告晚上的时刻。

木人可以根据四季的不同击钲报更数。

第五层木阁装置有三十八个木人，木人位置可以随着节气的变更，报告昏、晓、日出以及几更几筹等详细情况。

每层木阁内都有相应的机轮或轮辋，上挂抱牌木人；或用拨牙拨动门口木人手臂敲打乐器。

这些机轮都装在一根机轮轴上。

机轮轴有传动机构和天柱相连。

天柱是贯通全台上中下三隔的传动轴。

天柱下有个下轮，与枢轮轴伸出的地毂相结合。

当作为原动轮的枢轮转动时就经过地毂传动，使天柱旋转起来，由此带动全仪。

[编辑本段]
动力机构
在下隔的中央部分设有一个直径达3米多的枢轮。

枢轮上有72条木辐，挟持着36个水斗和勾状铁拨子。

枢轮顶部和边上附设一组杠杆装置，它们相当于钟表中的擒纵器。

在枢轮东面装有一组两级漏壶。

壶水注入水斗，斗满时，枢轮即往下转动。

但因擒纵器的控制，使它只能转过一个斗。

这样就把变速运动变为等间歇运动，使整个仪器运转均匀。

枢轮下有退水壶。

在枢轮转动中各斗的水又陆续回到退水壶里。

另用一套打水装置，由打水人搬转水车，把水打回到上面的一个受水槽中，再由槽中流入下面的漏壶中去。

因此，水可以循环使用。

打水装置和打水人则安置在下隔的北部。

整个机械轮系的运转依靠水的恒定流量，推动水轮做间歇运动，带动仪器转动，因而命名为“水运仪象台”。

[编辑本段]
浑象密室
浑象一半装在地柜里面，一半露出柜面。

浑象中间的赤道带上装有齿牙。

机轮轴的天轮和它相接，以带动浑象和天穹一起旋转。

[编辑本段]
浑仪板屋
浑仪结构和唐、宋浑仪类似，只是在中间一重三辰仪里加一个在赤道方向的天运环，环有齿牙，和天柱的上轮相接，由天柱通过天运环带动三辰仪一起转动。

这是后世转仪钟的一个雏形。

浑仪置于板屋内，屋顶板可自由摘除，是近代望远镜室活动屋顶的先驱。

[编辑本段]
《新仪象法要》
苏颂为水运仪象台所作的设计说明书。

成书于宋神宗绍圣初年，约当公元1094～1096年间。

据《宋史•艺文志》等记载，本书又曾名《绍圣仪象法要》、《仪象法纂》等。

今通行各本都源出南宋乾道壬辰(公元1172年)施元之刻本，共三卷。

施元之曾据当时所见的各本进行过校补。

书中所谓“一本”、“别本”就是施元之补入的。

通行本中以《守山阁丛书》刊本为善。

书首有苏颂《进仪象状》一篇，报告造水运仪象台的缘起、经过和它与前代类似仪器相比的特点等。

正文以图为主，介绍水运仪象台总体和各部结构。

各图附有文字说明。

卷上介绍浑仪，有图十七种。

卷中介绍浑象。

除五种结构图外，另有星图二种五幅，四时昏晓中星图九种。

卷下则为水运仪象台总体、台内各原动及传动机械、报时机构等，共图二十三种，附别本作法图四种。

其中还有唯一的一段不带图的文字：“仪象运水法”，讲述利用水力带动整个仪象台运转的过程。

总计全书共有图六十种。

这些结构图是中国现存最古的机械图纸。

它采用透视和示意的画法，并标注名称来描绘机件。

通过复原研究，证明这些图的一点一线都有根据，与书中所记尺寸数字准确相符。

本书是中国现存最早的水力运转天文仪器专著。

它反映了中国十一世纪的天文学和机械制造技术水平。

通过研究，人们得以了解中国古代的水运仪象传统，从此还得知近代机械钟表的关键性部件──锚状擒纵器是中国发明的。