中国古代计时器(卷名：机械工程)
time measuring or indicating apparatus in ancient China
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）。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）。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。
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
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（图3）。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）。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)。 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)。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。
