古代性儀器怎麼用

❶ 古代計時儀器漏和刻是怎樣發明和使用的

漏和刻是我國古代一種計量時間的儀器，是古人發明的諸多計時工具中最有代表性儀器，充分體現了我國古代人民的智慧。

漏是指帶孔的壺，刻是指附有刻度的浮箭。有泄水型和受水型兩種。早期多為泄水型漏刻，水從漏壺孔流出，漏壺中的浮箭隨水面下降，浮箭上的刻度指示時間。

受水型漏刻的浮箭在受水壺中，隨水面上升指示時間，為了得到均勻水流可置多級受水壺。

漏是漏水的壺，藉助水的漏出以計量時間的流逝，是守時儀器。刻是帶有刻度的標尺，與漏壺配合使用，隨壺水的漏出不斷反映不同的時刻，屬於報時儀器。從文獻史料和邏輯推理來看，漏的出現當早於刻。

漏壺的起源應是相當早的。原始氏族公社時期就能製造精美的陶器，總會出現破損漏水的情況，而漏水的多少與所經時間有關，這就是用漏壺來計時的實踐基礎。人們從漏水的壺發展到專門製造有孔的漏壺，這一儀器就誕生了。

據史書載，漏刻之作開始於軒轅之時，在夏商時期有了發展。軒轅黃帝是傳說中的人物，漏壺為他所創不盡可信，但說在夏商時代有了很大發展還可考慮。

殷商時期已知立桿測影，判方向、知時刻，因而漏和刻的發明不會晚於商代。在先秦典籍中，見到有關漏的記述，在漢代以後文獻中已經見有刻和漏刻的描寫。

最原始的漏壺沒有節制水流的措施，只是讓其自漏，從滿壺漏至空，再加滿水接著漏。顯然滿壺和淺壺漏水的速度不同，但一壺水從滿漏至空都是大體等時的。

如內蒙古自治區杭錦旗1976年出土的西漢漏壺每次漏空大約10分鍾，因而計量時間可用漏了多少壺來表示。

為了不間斷地添水行漏，計數漏了多少壺，需要有人日夜守候，這也許就是《周禮·夏官司馬》中提到「挈壺氏」的原因。書中說夏官司馬所屬有挈壺氏，設下士6人及史兩人，徒12人。

有軍事行動時，掌懸掛兩壺、轡、畚物。兩壺，一為水壺，懸水壺以示水井位置；一為滴水計時的漏，命名擊柝之人能按時更換。

如此眾多的人員守候一個漏壺顯然是很大的負擔，人們必然會產生節制漏水速度的要求，或在壺內壁出水口處墊以雲母片，或在漏水孔中塞以絲織物等，使漏水緩慢而又不斷，這樣每一壺水漏出的時間長了，就減輕了不斷添水的負擔。

由於不能以漏多少壺來計時，而要隨時注意漏壺里的水漏掉多少，這就是刻產生的基礎。最初可能是在壺內壁上刻畫。後來為了便於讀數，就放一支箭在壺里，在箭桿上劃刻度，看水退到什麼刻度就知道時間了。

由於漏水速度的減慢，改用刻來作為計量時間的單位，壺水的滿淺影響漏水速率的問題就顯得突出起來。

可以說，我國漏刻技術幾千年的發展史就是克服漏水不均勻、提高計時精度的奮斗過程。其間也有箭舟的創造，沉箭式和浮箭式的使用，以及稱漏的發明等巧妙的設計。

箭舟是浮在漏壺里的小舟，載刻箭以浮；沉箭式是指隨著水的漏出，壺里水面下降，箭舟載刻箭下沉而讀數；浮箭式是指另用一不漏水的箭壺積存漏出的水，水越積越多，水面升高，箭舟載刻箭浮起而讀數；稱漏是稱漏出之水的重量來計時。

它們都屬於報時和顯示時間的裝置，其報時的准確程度均受到漏水是否均勻的影響。

為了克服壺里水位的滿淺影響漏水的速率這一問題，最初想到的當然是不斷添水以保持壺里水位的基本穩定，這樣沉箭式就不能使用，必然出現浮箭式。

不斷添水這一工作又是件麻煩的事，因而就出現了多級漏壺，用上一級漏壺漏出的水來補充下一級漏壺的水位，使其保持基本穩定。顯然，這樣的補償壺越多，最下面一個漏壺的水位就越是穩定。

東漢時期張衡做的漏水轉渾天儀里用的是二級漏壺，晉代的記載中有三級漏壺，唐代的制度是四級漏壺。從理論上來說還可以再加，但實際上是不可能無限制地增加補償漏壺的數量的，因此保持水位穩定這一問題並未徹底解決。

宋代科學家燕肅邁出了關鍵性的一步，他拋棄了增加補償漏壺這一老路，採用漫流式的平水壺解決了歷史上長久未克服的水位穩定問題。這一發明在他製造的蓮花漏中第一次使用。

蓮花漏只用兩個壺，叫「上匱」和「下匱」，其下匱開有兩孔，一在上，一在下，下孔漏水入箭壺，以示浮箭讀數，而從上孔漏出的水經竹注筒入減水盎。

只要從上匱來的水略多於下匱漏入箭壺的水，下匱的水位就會不斷升高，當要高於孔時，多餘的水必然經上孔流出，使下匱的水位永遠穩定在上孔的位置上，這就起了平定水位的作用，使下匱漏出的水保持穩定。

蓮花漏的發明和使用，是漏壺發展史上的重大成就。自宋代以後，蓮花漏廣泛應用於漏壺中，甚至發展成二級平水壺，使穩定性更加提高。

在解決水位穩定的漫長歲月中，對其他影響漏水精度的問題也做出了許多改進。

其中有保持水溫、克服溫度變化影響水流的順澀；採用玉做漏水管，克服銅管久用銹蝕的問題；渴鳥即虹吸管的使用，克服了漏孔製造的困難；用潔凈泉水，克服水質影響流速；採用控制漏水裝置「權」，調節流水速度等。這些無疑也是我國漏壺發展史上的成就。

由於歷代科學家的不懈努力，漏壺技術得到了很大發展。對於漏壺精度，我國古代很早就知道用測日影和觀測恆星的方法同漏刻作比對，以校準漏刻。

❷ 中國古代計時器水運儀象台

水運儀象台是中國古代一種集觀測、演示和報時系統為一體的綜合性觀測儀器，其特點與原理如下：

1. 設計與製造：

   • 時間：水運儀象台於北宋元祐三年由蘇頌、韓公廉等人打造，其設計於紹聖初年完成。
   • 結構：台高約三丈五尺余，寬二丈一尺，採用上狹下廣的木結構。下層設有提水裝置，通過人力推動河車帶動升水上輪和下輪，將水提到天河，再注入天池。

2. 工作原理：

   • 水位恆定：台中平水壺保持水位恆定，通過一定截面的水管向樞輪上的受水壺流泄恆定流量的水，從而推動樞輪旋轉。
   • 擒縱機構：樞輪上方和圓周旁設有一套「天衡」裝置，即擒縱機構。它將樞輪的連續旋轉運動轉化為間歇旋轉運動，提高了計時的精準度。
   • 受水壺設計：受水壺可能採用可傾式設計，當積水達到特定重量時，受水壺圍繞轉軸向下傾轉，通過一系列機械傳動，使樞輪得以轉動。

3. 核心部件：

   • 齒輪傳動系統：水運儀象台的核心是其復雜的齒輪傳動系統，它使得儀器能夠准確地進行時間計量和天文觀測。
   • 平衡重錘：天權和樞權作為平衡重錘，分別用於調整天衡機構的工作靈敏度和樞輪轉動一對輪輻時受水壺所需的受水量，從而校正計時誤差。

4. 歷史意義：

   • 水運儀象台是中國古代計時器和天文觀測儀器的重要代表，體現了中國古代科技的高度發展。
   • 它的設計和製造原理在當時具有創新性，對後世的天文觀測和計時器發展產生了深遠影響。