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钟表是如何诞生的?

2014-04-16  老庄.

  钟表是钟和表的统称,它们都是计量和指示时间的精密仪器。钟表出现后,人类可以精准且方便地计算时间,使人类能够精确地把握生命中的每分每秒。

   在古代,人类主要利用天文现象和流动物质的连续运动来计时。古老的巴比伦王国发明了土圭,它可以根据太阳投影的长短和方位的变化判断时间。中国人发明制 造的日晷、漏壶、沙漏都是世界上古老的计时器。日晷是利用日影的方位计时;漏壶和沙漏则是利用水流和沙流的流量计时。东汉张衡制造漏水转浑天仪,用齿轮系 统把浑象和计时漏壶联结起来,漏壶滴水推动浑象均匀地旋转,一天刚好转一周,这是最早出现的机械钟。北宋宰相苏颂和韩公廉等创制水运仪象台,已运用了擒纵 器。擒纵器是机械钟表的“心脏”,是极其重要的关键部件。

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  欧洲古老的机械钟,出现在14世纪的欧洲,它是由挂在绳子一端的重锤所驱动,绳子的另一端绕在一个轴上,随着重锤的下降,轴相应地转动,再通过齿轮带动钟的指针旋转。

  1510年,德国锁匠彼得·亨莱思首创用钢发条代替重锤,创造了用冕状轮擒纵机构的小型机械钟表,然而这种表的计时效果并不理想:发条若是上得太紧,指针就会走得过快;发条若是上得过松,指针就会运行得慢。

   针对这一缺点,捷克人雅各布·赫克对其进行了改进。他设计出一个锥形涡轮,由锥形涡轮和一卷发条共同组成表的驱动机构。当发条逐渐舒张时,它通过一条绳 子带动锥形涡轮和表内的齿轮。锥形涡轮的形状恰好能够补偿发条作用的变化。当发条卷紧时,作用力强烈地作用在锥形涡轮的顶端,这里的杠杆作用较弱;当发条 慢慢放松时,它的拉力就减弱,作用力作用在涡轮轮子的底部,这里的杠杆作用则较强。因此,钟表机械能够均匀地运转。

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   1582年前后,意大利的伽利略发明了重力摆。1657年,荷兰的惠更斯把重力摆引入机械钟,制成了世界上第一台精确的摆钟。摆钟不像以前的钟表要另设 驱动机构来推动对称横臂,而是由地球重力来推动。随着单摆被用于时钟,时钟的精度越来越高,到了17世纪中叶,钟表的最小误差已由每天15分钟,减少到 10分钟。

  1660年,英国的胡克发明了游丝,这是钟表里的弹性元件,用以控制摆轮做等时往复运动。它为现代精密机械钟表的出现奠定了基础。后来,钟表的技术,特别是针对擒纵调速器的技术,得到频繁而卓越的发展。

   机械钟表虽有多种结构形式,但其工作原理基本相同。它主要是由原动系、传动系、擒纵调速器及指针系式上的条拨针系条组成。18~19世纪,钟表制造业已 逐步实现工业化生产,并达到相当高的水平。20世纪,随着电子工业的迅速发展,电池驱动钟、交流电钟、电机械表、指针式石英电子钟表、数字式石英电子钟表 相继问世。第一只石英表在1969年首度出现。石英表的计时非常精准,平均工作误差为每日0.0001秒或者更少。如今,钟表进入了微电子技术与精密机械 相结合的石英化新时期。




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