古代性仪器怎么用

❶ 古代计时仪器漏和刻是怎样发明和使用的

漏和刻是我国古代一种计量时间的仪器，是古人发明的诸多计时工具中最有代表性仪器，充分体现了我国古代人民的智慧。

漏是指带孔的壶，刻是指附有刻度的浮箭。有泄水型和受水型两种。早期多为泄水型漏刻，水从漏壶孔流出，漏壶中的浮箭随水面下降，浮箭上的刻度指示时间。

受水型漏刻的浮箭在受水壶中，随水面上升指示时间，为了得到均匀水流可置多级受水壶。

漏是漏水的壶，借助水的漏出以计量时间的流逝，是守时仪器。刻是带有刻度的标尺，与漏壶配合使用，随壶水的漏出不断反映不同的时刻，属于报时仪器。从文献史料和逻辑推理来看，漏的出现当早于刻。

漏壶的起源应是相当早的。原始氏族公社时期就能制造精美的陶器，总会出现破损漏水的情况，而漏水的多少与所经时间有关，这就是用漏壶来计时的实践基础。人们从漏水的壶发展到专门制造有孔的漏壶，这一仪器就诞生了。

据史书载，漏刻之作开始于轩辕之时，在夏商时期有了发展。轩辕黄帝是传说中的人物，漏壶为他所创不尽可信，但说在夏商时代有了很大发展还可考虑。

殷商时期已知立杆测影，判方向、知时刻，因而漏和刻的发明不会晚于商代。在先秦典籍中，见到有关漏的记述，在汉代以后文献中已经见有刻和漏刻的描写。

最原始的漏壶没有节制水流的措施，只是让其自漏，从满壶漏至空，再加满水接着漏。显然满壶和浅壶漏水的速度不同，但一壶水从满漏至空都是大体等时的。

如内蒙古自治区杭锦旗1976年出土的西汉漏壶每次漏空大约10分钟，因而计量时间可用漏了多少壶来表示。

为了不间断地添水行漏，计数漏了多少壶，需要有人日夜守候，这也许就是《周礼·夏官司马》中提到“挈壶氏”的原因。书中说夏官司马所属有挈壶氏，设下士6人及史两人，徒12人。

有军事行动时，掌悬挂两壶、辔、畚物。两壶，一为水壶，悬水壶以示水井位置；一为滴水计时的漏，命名击柝之人能按时更换。

如此众多的人员守候一个漏壶显然是很大的负担，人们必然会产生节制漏水速度的要求，或在壶内壁出水口处垫以云母片，或在漏水孔中塞以丝织物等，使漏水缓慢而又不断，这样每一壶水漏出的时间长了，就减轻了不断添水的负担。

由于不能以漏多少壶来计时，而要随时注意漏壶里的水漏掉多少，这就是刻产生的基础。最初可能是在壶内壁上刻画。后来为了便于读数，就放一支箭在壶里，在箭杆上划刻度，看水退到什么刻度就知道时间了。

由于漏水速度的减慢，改用刻来作为计量时间的单位，壶水的满浅影响漏水速率的问题就显得突出起来。

可以说，我国漏刻技术几千年的发展史就是克服漏水不均匀、提高计时精度的奋斗过程。其间也有箭舟的创造，沉箭式和浮箭式的使用，以及称漏的发明等巧妙的设计。

箭舟是浮在漏壶里的小舟，载刻箭以浮；沉箭式是指随着水的漏出，壶里水面下降，箭舟载刻箭下沉而读数；浮箭式是指另用一不漏水的箭壶积存漏出的水，水越积越多，水面升高，箭舟载刻箭浮起而读数；称漏是称漏出之水的重量来计时。

它们都属于报时和显示时间的装置，其报时的准确程度均受到漏水是否均匀的影响。

为了克服壶里水位的满浅影响漏水的速率这一问题，最初想到的当然是不断添水以保持壶里水位的基本稳定，这样沉箭式就不能使用，必然出现浮箭式。

不断添水这一工作又是件麻烦的事，因而就出现了多级漏壶，用上一级漏壶漏出的水来补充下一级漏壶的水位，使其保持基本稳定。显然，这样的补偿壶越多，最下面一个漏壶的水位就越是稳定。

东汉时期张衡做的漏水转浑天仪里用的是二级漏壶，晋代的记载中有三级漏壶，唐代的制度是四级漏壶。从理论上来说还可以再加，但实际上是不可能无限制地增加补偿漏壶的数量的，因此保持水位稳定这一问题并未彻底解决。

宋代科学家燕肃迈出了关键性的一步，他抛弃了增加补偿漏壶这一老路，采用漫流式的平水壶解决了历史上长久未克服的水位稳定问题。这一发明在他制造的莲花漏中第一次使用。

莲花漏只用两个壶，叫“上匮”和“下匮”，其下匮开有两孔，一在上，一在下，下孔漏水入箭壶，以示浮箭读数，而从上孔漏出的水经竹注筒入减水盎。

只要从上匮来的水略多于下匮漏入箭壶的水，下匮的水位就会不断升高，当要高于孔时，多余的水必然经上孔流出，使下匮的水位永远稳定在上孔的位置上，这就起了平定水位的作用，使下匮漏出的水保持稳定。

莲花漏的发明和使用，是漏壶发展史上的重大成就。自宋代以后，莲花漏广泛应用于漏壶中，甚至发展成二级平水壶，使稳定性更加提高。

在解决水位稳定的漫长岁月中，对其他影响漏水精度的问题也做出了许多改进。

其中有保持水温、克服温度变化影响水流的顺涩；采用玉做漏水管，克服铜管久用锈蚀的问题；渴鸟即虹吸管的使用，克服了漏孔制造的困难；用洁净泉水，克服水质影响流速；采用控制漏水装置“权”，调节流水速度等。这些无疑也是我国漏壶发展史上的成就。

由于历代科学家的不懈努力，漏壶技术得到了很大发展。对于漏壶精度，我国古代很早就知道用测日影和观测恒星的方法同漏刻作比对，以校准漏刻。

❷ 中国古代计时器水运仪象台

水运仪象台是中国古代一种集观测、演示和报时系统为一体的综合性观测仪器，其特点与原理如下：

1. 设计与制造：

   • 时间：水运仪象台于北宋元祐三年由苏颂、韩公廉等人打造，其设计于绍圣初年完成。
   • 结构：台高约三丈五尺余，宽二丈一尺，采用上狭下广的木结构。下层设有提水装置，通过人力推动河车带动升水上轮和下轮，将水提到天河，再注入天池。

2. 工作原理：

   • 水位恒定：台中平水壶保持水位恒定，通过一定截面的水管向枢轮上的受水壶流泄恒定流量的水，从而推动枢轮旋转。
   • 擒纵机构：枢轮上方和圆周旁设有一套“天衡”装置，即擒纵机构。它将枢轮的连续旋转运动转化为间歇旋转运动，提高了计时的精准度。
   • 受水壶设计：受水壶可能采用可倾式设计，当积水达到特定重量时，受水壶围绕转轴向下倾转，通过一系列机械传动，使枢轮得以转动。

3. 核心部件：

   • 齿轮传动系统：水运仪象台的核心是其复杂的齿轮传动系统，它使得仪器能够准确地进行时间计量和天文观测。
   • 平衡重锤：天权和枢权作为平衡重锤，分别用于调整天衡机构的工作灵敏度和枢轮转动一对轮辐时受水壶所需的受水量，从而校正计时误差。

4. 历史意义：

   • 水运仪象台是中国古代计时器和天文观测仪器的重要代表，体现了中国古代科技的高度发展。
   • 它的设计和制造原理在当时具有创新性，对后世的天文观测和计时器发展产生了深远影响。