时间计量发展史综述

时间计量技术发展史综述

1 时间计量技术发展史的概述

1.1 时间简述

时间无处不有，它可以计量，却看不见摸不着；人人都了解它，天天使用它，却解释不了它。但谁也不能消灭它，改变它，它永远不会多也不会少。时间的本质一直迷惑着人们，但时间在我们日常生活中充满着巨大的实用的价值，简单来说时间是一种能用机械钟、电钟或其他物理性质的钟来观察或测量的物理量。

1.2时间计量器具的发展

几千年以来，地球和太阳所组成的“钟”有效地调节着每天的活动，古代的人们在日出开始工作，日落时结束一天的劳动。如果说实质性的钟是什么时候出现的，早在有文化记载之前的几个世纪，地球上的原始人就创造了原始钟和原始日历，比如说英国南部斯通恒指的石碑建筑和有四千年历史的爱尔兰都柏林附近的约格兰治古墓，是目前发现的最早的守时钟。古埃及人建造的日规和水钟，是至今仍保存完好的最古老的钟，古希腊人和古罗马人一直采用这种钟计时，直到公元八世纪到十一世纪之间，中国人发明了另一种水钟，流传到了国外并在国外普遍流行，但是该水钟不能适应西欧冬天气候的缺点，滴下的水会结冰，于是在十四世纪的时候“沙漏”便为了克服水钟结冰的问题而引入西欧。同时在十四世纪的时候出现了第一台机械钟，由于该钟的周期和装配、摩擦以及驱动密切相关，受制造工艺的限制，该钟一天只能守时15分钟左右，在十五世纪时该种机械钟的驱动结构用发条取代了重锤，但是还是受外界因素的影响很大，效果不能令人满意。为了避免外界因素对周期的影响，伽利略发明了摆钟，而事实也证明了摆钟的周期只与摆的长度有关，在伽利略逝世后，1656年，荷兰科学家克里斯琴·惠更斯在伽利略研究的基础上制造出了每天只差10s的摆钟。与此同时英国科学罗伯特·胡克在研究如何用一根金属簧片来调节钟的频率，然而还是惠更斯首先研制成功了用发条控制的钟，它的派生物“游丝”至今还用于机械手表。在改善摆钟的守时精度问题上，摩擦问题还是无法完全克服，所以需要时不时的对钟进行能量补充，为了解决这个问题，1921年科学家威廉·汉密尔顿·肖特研制出了双摆钟，

一个自由摆，一个从动摆，这种摆钟守时精度达到了五年内只差几秒。1929年，美国沃伦博士研制出基于压电效应的石英晶体钟，石英晶体钟的出现跨出了探索新方案的第一步。好的石英钟守时偏差每月仅1毫秒，而质量较差的石英钟几天内就漂移达1毫秒左右，其影响因素有温度、晶体的纯净度以及老化问题等。1949年，美国国家标准局宣布制成世界上第一台原子钟，采用的粒子为氨分子，之后又将铯原子与铷原子用于原子钟，铯原子钟守时误差精度达到了三十七万年误差一秒，铷原子钟，精度上比铯原子钟差，但它比铯原子钟便宜，更适合许多方面的实际应用。

1.3时间计量器具的组成部分以及准确度和稳定度的保证

根据上述计量器具发展的讨论，可以说各种计量器具有三个主要特性：

1）必须要有某种能产生“周期现象”的谐振器；

2）必须以某种方式使能量馈入到谐振器中去，以维持其周期运动，我们把谐振器和能源结合起来称为振荡器；

3）需要用一些手段来计数、累计并显示振荡器的“滴答”声或者摆动数，这就是钟的指针。

一个理想的谐振器，应该是一个一经启动就能永远运转下去的装置，但实际上由于摩擦的存在，任何运动的物体最终都会停止下来。根据谐振器一次受激后能维持摆动的次数，可用来判断谐振器的相对优值，该值称为“品质因数”或者“Q值”，高Q谐振器只能以自然频率或接近自然频率振动，这个特性与谐振器的准确度和稳定度有着密切的关系。一个守时精度较高的钟要确保它的准确度与稳定度除了要保证谐振器有着较高的Q值，还要保证谐振器在它的谐振频率上运转。其中石英钟的Q=105-106,原子钟的Q=105-109，今天时间单位秒是按照铯原子的特定谐振频率来定义的。

2结束语

在现代科技中，无论是哪一种物质的运动都和时间计量密不可分，从人类日常的生活、工作安排，一直到卫星发射、导弹发射、跟踪及精密制导、飞机导航、船舶定位、天文观测、大地测量、无线通讯、交通运输等各个方面，都和时间计量紧密联系在一起。

时间计量技术的发展是和科学和技术各个领域中许多深刻而重要的发现交织在一起的。新的

《计量史》研究生课程论文

物理学现象和定理的发现，不断为新的时间测量方法与技术打定基础，无论是在非常长的时间间隔方面还是非常短的时间间隔方面都可以大大提高测量的准确度。而时间测量方法及技术的改善，对于许多重要的科学和技术问题的解决，又有巨大的帮助。随着社会的发展和科技的进步，以及对时间计量精度的要求不断提高，更多的、更高新的时间计量技术会不断地被人类发明出来，而人类的生活也会随着时间计量技术的进步发生翻天覆地的变化。GPS技术便是由时间计量技术而引发的一个革命性发展，那下一个由时间计量技术带来的革命性发展虽然还未知，但是未来一定会存在的。

参考文献:

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