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【转帖】中国古代计时器  

2009-10-09 17:11:50|  分类: 八字命理 |  标签: |举报 |字号 订阅

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中国古代计时器的创始时间不晚于战国时代(公元前476~前222)。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。

   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,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1 [《六经图》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,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(图2[内蒙古伊克昭盟出土的西汉铜漏壶])。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,月环转[917-01]周。仪器还装有两个木偶,分别击鼓报刻,撞钟报辰。

   水运仪象台  为北宋元三年(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(图3[《新仪象法要》中的水运仪象台])。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(见彩图[复原的水运仪象台结构图,原为北宋元三年(1088年)苏颂、韩]三年(1088年)苏颂、韩" class=image>[公廉等制作])。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(图4[水运仪象台齿轮传动系统])。枢轮的动力通过枢轴和地毂、下轮两个齿轮传到天柱。天柱上装有上轮、中轮和下轮 3个齿轮。上轮通过后毂和前毂两个齿轮驱动浑仪(齿圈);中轮通过拨牙机轮驱动机轮轴。机轮轴顶部的天轮(大齿轮)通过中间齿轮和赤道牙(齿圈)驱动浑象。由于齿轮齿数的适当安排使浑仪、机轮轴和浑象每昼夜各旋转一周。装在机轮轴上的昼夜机轮(即各种报时轮:时刻钟鼓轮、时初正司辰轮、报刻司辰轮、夜漏金钲轮、夜漏箭轮和夜漏更筹司辰轮)每昼夜旋转一周。这些报时轮的机构分为两类。一类是在轮子上装置若干凸轮,按一定时间用杠杆、绳索等带动司辰木偶,完成一定的动作,如击鼓、撞钟等。另一类是在轮子上装有若干司辰木偶,各持时辰牌,随着轮子旋转,分别按时在窗口出现。报时装置是一大套高度机械化的、富有艺术性的机构,采用了钟、鼓、铃、钲4种乐器和绯、紫、绿3种司辰服色。

   在枢轮的上方和圆周旁有“天衡”装置──擒纵机构(图5 [水运仪象台擒纵机构])。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。《新仪象法要》所载“天衡”图未绘出枢轮和装在枢轮上的受水壶,而书中的文字描述又仅寥寥数语:“枢轮直径一丈一尺,以七十二辐双植于一毂为三十六洪,束以三辋。每洪夹持受水壶一,总三十六壶,每壶长一尺,阔五寸,深四寸。于壶侧置铁拨牙以拨天衡关舌。”因此对受水壶的结构,特别是它的工作原理有不同的推测,其中有一种方案采用了可倾式受水壶。当枢轮圆周上接受注水的受水壶积水不到一定的重量时,左天锁挡住枢轮的一个轮辐,使枢轮不能转动。当积水到达一定的重量时,枢权(重锤)不足以平衡受水壶重力时,受水壶围绕转轴向下倾转。装在壶侧的铁拨牙压迫格叉和关舌下降,关舌通过天条带动杠杆,使天关和左天锁上提,枢轮得以转动。转过一个受水壶后,格叉和关舌又上升,天关连同左天锁下落,枢轮的下一对轮辐又被挡住。右天锁的作用是防止枢轮转动时回弹。天权和枢权是两个平衡重锤。天权用于平衡左天锁和天关的一部分重力,可调整天衡机构的工作灵敏度。枢权用于调整枢轮转动一对轮辐时受水壶所需的受水量,即间歇运动的周期,从而校正计时的误差。

                 韩云芩

原帖有图例,来自:

http://www.chinabaike.com/article/1/78/443/2007/20070524114352_2.html

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