古代人们制作的利用太阳来计量时间的仪器是甚么？(古代人们制作的利用太阳来计量时间的仪器是甚么原理)

　　在很古的时候，人们没有准确计量时间的工具，只是以太阳升降来判断时间的早晚，因此有“日出而作，日入而息”之语。　　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。圭表　　“圭表”是一种依靠计算日影长度来计时的工具，由“圭”和“表”两个部件组成：直立在地面测日影的标杆或石柱叫做表，南北放置测量表影的刻板叫做圭。时间又被称为“光阴”，意即太阳在地上留下的阴影，光阴一词就和圭表有关系。圭表是测定正午的日影长度以定节令，定回归年或阳历年。在很长一段历史时期内，中国所测定的回归年数值的准确度斗居世界第一。通过进一步研究计算，古代汉族学者还掌握了二十四节气的圭表日影长度。这样，圭表不仅可以用来制定节令，而且还可以用来在历书中排出未来的阳历年以及二十四个二节令的日期，作为指导汉族劳动人民农事活动的重要依据。日晷　　在圭表的基础上，人们又发明了“日晷”，又称“日规”，本义是指太阳的影子，还是以光的投影来判断时刻。日晷由一根晷针和一个刻有刻线的晷盘组成。当太阳的方位变动时，晷针在晷盘的投影所指的方向也不一样。古人根据长期的观察，确立了十二个时辰所对应的日影方位并以此来判断时间。比如“午时三刻”指的其实就是日晷盘午时位置的第三个刻度。这项发明被人类沿用达几千年之久。　　圭表和日晷都是利用太阳来计时的方法。但碰到阴雨天如何计时呢？古人发明了“漏刻”的方法。“漏刻”就是利用水流的均衡性原理，在壶里盛水，通过观察壶上刻有时间的标尺（叫刻箭）位置来判断时间。“漏刻”的方式由于不受天气和气候的影响，在中国民间长期被广泛使用。机械动力的计时器在中国古代也是存在的。宋代苏颂在张衡发明的水运浑天仪的基础上改造完成的水运仪象台可以准确报时，并显示十二个时辰。月晷　　是与日晷相似，用来指示时间的工具。最基本的月晷是与日晷相同的，但只有在满月的夜晚才能正确的显示时间。而因为月出时间平均每天延迟48分钟，因此假设有足够的月光能读出时间，满月之后指示的时间每天平均会快48分钟。因此，在满月前或后一个星期，月晷指示的时间会与实际的相差5小时又36分钟。 比较高级的月晷会包括一张图表，显示如何计算以得到正确的时间，并且有转盘可以调整经度和纬度。刻漏　　又叫做“漏壶”。根据等时性原理滴水记时有泄水型和受水型两类：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，记录它用多少时间把水装满（受水型）。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。五轮沙漏 　　也叫做沙钟，是一种测量时间的装置。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。沙漏通过充满了沙子的玻璃球从上面穿过狭窄的管道流入底部玻璃球所需要的时间来对时间进行测量。一旦所有的沙子都已流到的底部玻璃球，该沙漏可以被颠倒以测量时间了，一般的沙漏有一个名义上的运行时间1分钟。水运浑天仪　　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。　　水运浑天仪是一具依靠水力而使其运转，能模仿天体运行的仪器，并可以测定时间。这个浑天仪改进了汉代科学家张衡的设计，注水激轮，令其自转，昼夜一周，除了表现星宿的运动以外，还能表现日升月落，当然比张衡的水运浑象仪更加精巧、复杂了。所以，当水运浑天仪造成之后，置于武成殿前，文武百僚观看后，无不为其制作精妙，测定朔望、报告时辰准确而叹服，共称其妙。　　特别需要提出的是在水运浑天仪上，还设有两个木人，（相关文物遗迹“商州铜佛龛”）用齿轮带动，一个木人每刻（古代把一昼夜分为一百刻）自动击鼓，一个木人每辰（合现在两个小时）自动撞钟。这两个木人当然应该说是运用机械原理而制成的古代机器人。这是一个十分巧妙的计时机械，是世界上最早的机械时钟装置，是现代机械类钟表的祖先，比公元1370年西方才出现的威克钟要早六个世纪，这充分显示了中国古代劳动人民和科学家的聪明才智。　　尽管这架水运浑天仪在使用了一段时间后，便因铜铁渐涩，不能自转而进入博物馆了。但是，僧一行和梁令瓒却以获得天文钟的发明权而永垂史册。英国著名科技史家李约瑟博士在《中国科学技术史》第四卷中说：僧一行和梁令瓒所发明的平行联动装置，实质上就是最早的机械时钟，是一切擒纵器的祖先，走在欧洲14世纪第一具机械时钟的前面；西方关于钟表装置是14世纪早期欧洲的发明这一说法，是完全错误的。　　水运浑天仪上刻有二十八宿，注水激轮，每天一周，恰恰与天体周日视运动一致。水运浑天仪一半在水柜里，柜的上框，有如地则自然撞钟。整个水运浑天仪既能演示日、月、星辰的视运动，又能自动报时,有二木人，每刻(古代把一昼夜分做一百刻=0.24小时=14,4分钟)击鼓，每时辰（合现在两小时）撞钟。这是世界上最早将擒纵装置应用于计时，比外国自鸣钟的出现早了六百多年。一行等人的成就又超过了张衡。（也是最早的报时机器人）。　　一行等以新制的黄道游仪观测日月五星的运动，测量一些恒星的赤道坐标和对黄道的相对位置，发现这些恒星的位置同汉代所测结果有很大变动。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，这是计时机械世界史上继一行之后的重大创造的继续，它把枢轮的连续旋转运动变为间歇旋转运动。　　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。《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。 香篆钟 香篆钟这种古代计时器鲜为人知。据宋代学者薛季宣著书记载，香篆钟是一种于12世纪中叶在中国流行的古代计时器。《狄仁杰断案传奇》中，也记述了唐代宫廷内用香篆钟计时的情形：香篆钟为梅花形黄铜盘子，盘内有梅花五瓣，每瓣梅花各缭绕一圈盘香，焚熏后，根据盘香的烧没程度来计时，时人谓之“五孕祥云”。大明灯漏 1276年，元代著名科学家郭守敬创制了大明灯漏。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”的自动报时器。因其造型似宫灯，又放置于皇宫的大明殿，所以称为大明殿灯漏。　　除此外，还有油灯钟、蜡烛钟等计时工具。17世纪后，西方更为精密的钟表传入，人们逐渐放弃了原有的计时工具。在计时方法上，古人采用百刻制的方式，即将一昼夜均分为一百刻，一刻约等于14.4分。隋唐时期发明了十二时辰计时。西方钟表传入中国后，为适应24小时计时的方法，百刻制改为96刻制；一个时辰两个小时，一个小时四刻。