时钟

<image>

时钟（clock，timepiece）简称钟，所有计时装置都可以称为计时仪器。钟表在现代汉语中一般有两种意思，一是各类钟和表的总称，另一个是专指体积较大的表，尤指机械结构的有钟摆的钟。

时钟是人类最早发明的物品之一，原因是需要持续量测时间间隔，有些自然的时间间隔（如日、闰月及年）可以用观测而得，较短的时间间隔就需要利用时钟。数千年计时设备的原理也有大幅变化，日晷是利用在物体在一平面上影子的变化来计时，计算时间间隔的仪器也有许多种，包括最广为人知的沙漏。配合日晷的水钟可能是最早的计时仪器。欧洲在1300年发明了擒纵器，后来也创作了第一个机械钟，可以利用像摆轮之类的振荡计时设备。发条驱动的时钟约在15世纪出现，钟表业约在15世纪至16世纪开始发展，1656年发明了摆钟，因此在计时的准确性又进一步提升，当时因为航海导航对时间的精确性要求，也带动时钟可靠性及精确性的提升。电子时钟在1840年申请专利，二十世纪电子学的发展产生了可以完全不用机械机芯的时钟。

现在时钟内的计时元件是谐振子，一个会以固定精准频率振荡的物体，谐振子可能是单摆、音叉、石英晶体，或是原子在发射微波时电子的振荡。类比型的时钟会用指针及角度表示时间，数位时钟则是用数字的方式表示，有两种时间表示法：十二小时制及二十四小时制。大部分数位时钟都是用电子设备及液晶、LED及真空荧光显示器来显示时间。时钟功能也是现在电脑、手机或平板电脑的标准功能之一。

为了方便性、距离、电话或是失明人士的需求，有用声音报时的听觉时钟。为了盲人需求，也有用触摸方式可以感知其时间的盲人时钟，其中有些类似传统时间，但调整其设计，可以直接触摸表面得知时间，但又不会影响计时功能。计时技术也在持续演进之中。

有关钟表的研究称为钟表学。

## 字源

英语中的“Clock”源自拉丁语“clocca”，这个字于13世纪在欧洲出现。

在汉语上，“锺”与“钟”是两种不同的事物，“锺”原本是指一种酒器，“钟”是一种乐器。中国大陆、新加坡及马来西亚的简化字表中，“锺”与“钟”合并成“钟”，另外“锺”字在有歧义时方能使用，以作区别。“钟”古作乐器，至少唐代具时计作用，古分夜五更，每更敲钟，故钟生时计之意，属于衍生字义。日本使用时计作钟的汉字载体。于汉字文化圈中时计皆具有钟的意义。

## 历史

<image>

<image>

<image>

原始人凭天空颜色的变化、太阳的光度来判断时间。古埃及发现影子长度会随时间改变，发明日晷在早上计时，他们亦发现水的流动需要的时间是固定的，因此发明了水钟。古代中国人亦有以水来计时的工具——铜壶滴漏。

中国除了用水流来计时外，中国古代民间亦有利用燃点线香来计量时间。龙舟报时更香就是利用烧香来计时的仪器，它更设有定时响闹的作用。龙舟上挂了数条两端系着金属球的幼线，线下放了燃著的香。每隔一段时间，香便会烧断一条线子，当金属球跌进下面的盛器时，便会发出报时响闹。这种烧香时计最早见于宋代的文献中。用更香来计算时间的精度不高，但由于它简单易行，极之适合民间使用，所以曾经十分流行。据文献记载有些更香可燃烧一昼夜，有些甚至可以燃烧至一个月。

公元1088年，宋朝的科学家苏颂和韩工廉等人制造了史上首座以水力作自动化机械操作的水运仪象台苏州微缩仿制古代水运仪象台，新华网2006年8月21日，它是把浑仪、浑象和机械计时器组合起来的装置。它以水力作为动力来源，具有科学的擒纵机构，高约12米，7米见方，分三层：上层放浑仪，进行天文观测；中层放浑象，可以模拟天体作同步演示；下层是该仪器的心脏，计时、报时、动力源的形成与输出都在这一层中。

公元1276年，中国元代的郭守敬制成大明灯漏。它是利用水力驱动，通过齿轮系及相当复杂的凸轮结构，带动木偶进行“一刻鸣钟、二刻鼓、三钲、四铙”的自动报时。自宋起，十二时辰分初正即廿四小时系统，一刻即今天的十五分钟，其准确度较德国之桌钟早三百多年。

公元1283年，在英格兰的出现史上首座以砝码带动的机械钟。

13世纪，意大利北部的僧侣开始建立钟塔（时钟楼），其目的是提醒人祷告的时间。

公元1360年詹希元创制“五轮沙漏”，以齿轮、时刻盘合成。

16世纪中叶，德国开始有桌上的钟。那些钟只有一支针，钟面分成四部分，使时间准确至最近的十五分钟。

公元1657年，惠更斯发现摆的频率可以计算时间，造出了第一个摆钟。1670年英国人William Clement发明锚形擒纵器。

公元1797年，美国人伊莱·泰瑞获得一个钟的专利权。他被视为美国钟表业的始祖。

公元1840年，英国的钟表匠亚历山大·贝恩发明了电钟。

公元1946年，美国的物理学家伊西多·拉比博士弄清楚了原子钟的原理。于两年后，创造出了世界上第一座原子钟，原子钟至今也是最先进的钟。它的运转是借助铯、氢原子的天然振动而完成的，它可以在300年内维持准确运转，误差十分小。

18到19世纪，钟表制造业逐步实行了工业化生产。

20世纪，开始进入石英化时期。

21世纪，根据原子钟原理而研制的能自动对时的电波钟表技术逐渐成熟。

## 类型

<image>

<image>

<image>

手表亦可以算是钟的一种，但一般的钟都是指较大型，不是常常可以随身携带的。

按计时原理：

- 水钟：利用水的流动计时。
- 沙漏：利用沙的流动计时。
- 日晷：利用一物体影子的变化计时。
- 摆钟：利用单摆的简谐运动计时。
- 日晷沙漏
- 漏壶：利用水漏出后，水面的高低来计时。
- 火钟：靠燃烧某物，观看剩余量得知时间。
- 灯钟：用油灯计时，燃烧后观看剩余的油量指示出时间。
- 香钟：比油灯方便。价格便宜，方便实用，古代颇为流行。用模子制成盘香，粗细均匀，燃烧速度平均，同样观看盘香上刻度知道时辰。亦有闹钟作用，盘香烧到某一点时，挂在盘香上的重物落下，击中硬物，发出声响。
- 蜡烛钟：燃烧速度基本相同，在蜡烛上刻上刻度便可简单计算时间间隔。
- 原子钟：它以原子共振频率标准来计算及保持时间的准确
- 石英钟：利用石英晶体电压特性的精确时钟。
- 电波钟：是指可以通过接收授时无线电波进行即时时间校准的时钟。

按外观：

- 二进制时钟：以二进制方式显示的时钟。
- 老爷钟：长型，有钟摆的时钟。
- 布谷鸟钟：在特定时刻会出现布谷鸟，发出悦耳的“咕咕”叫声，19世纪后半叶起，成为世界闻名的纪念品和外国人眼中德国的一种标志。
- 战车钟：战车形状的音乐座钟，为自动机械的一种，常置于壁炉架或桌上，源于16世纪后半叶德国南部。
- 投影钟：其钟面是用投影方式投射到其他表面的时钟。

按功用：

- 闹钟：可设定在指定时间响闹的时钟。
- 天文钟：能同时显示天文讯息的时钟。
- 世界钟：能显示全世界各大城市时间的时钟。
- 棋钟：两组对应的时钟，比别计算如国际象棋比赛二位对手使用的时间。
- 足球赛钟（45分钟）：计算足球赛进行的时间。

## 发展

### 有摆钟表

是由阿拉伯工匠最早设计出来的。其工作原理是等速运动原理。

### 机械钟表

机械钟表的动力系统是发条，计时单位是小时、分钟、秒，分别采用了12进位制和60进位制。

### 交流电钟表

19世纪中期，由于发现了机械钟表的缺点再加上电的普及。因此出现了以交流电来代替人工发条的“交流电时钟”。

### 石英钟表

上世纪90年代初，由于人们的生活越来越富裕。此时人们大量从外国进口石英挂钟，因此石英挂钟价格逐渐被市场压低。但也象征着电子时钟正式被时代的洪流所淘汰。

## 功用

在家庭、办公室及其他场所都有时钟，像表之类小型的设备可以戴在手腕上或是身上，较大型的会在公众场所，例如火车站或是教堂内，在电脑显示器、手机、便携式媒体播放器的角落也会有时间显示。

大部分的数位电脑会依靠一定固定频率的信号来同步处理，这称为时脉讯号 （有些研究计划正在发展用异步电路处理的CPU）。像电脑等设备，也会显示像日期，年份等资讯，这和时脉讯号不同，不过也会透过时脉讯号计时而得，也有些设备会有专门的实时时钟（RTC）芯片。

时钟的主要目的是显示时间，但也有以下的一些功用。

- 时间管理：时钟也可以在指定的时间发出警示声响提醒使用者，帮助人们进行时间管理，这种时钟称为闹钟，其音量可能一开始较小声，渐渐的变大声，或是声响先中断一段时间，隔几分钟后再重新发出警示声响。
- 定时控制：时钟可以控制一些需定时动作的设备，例如中央供暖、录影机等，这种应用下的时钟常称为计时器。另外像太阳能跟踪装置及望远镜架都需要根据地球自转而进行位置或角度的精细调整，也需要配合时钟的资讯。
- 导航：自十二世纪起，航海上的导航需要精确的经度及纬度，纬度可以依天文导航得知，而经度的量测就需要准确的时间计算，约翰·哈里森在十八世纪中发明了航海时计，开普敦的午炮会固定在中午发射，方便船员校正时间。
- 地震学：在判断地震震央位置时，会用一个公共的时钟，至少有四个观测员，观测并记录不同位置不同地震波的到达时间，以检测震央位置。

### 时间标准

有些科学研究需要非常准确的时间，在校正时钟时也需要一个时间的标准。像原子中在能阶之间的电子跃迁之类的过程，其发生周期非常固定，因此若计算这类过程的周期，即可得到准确的时间，这就是原子钟。这类的时钟体积庞大，价格昂贵，且需要在受控环境下运作，不过精确度会远高于一般的需求，一般会在计量学的标准实验室中才会有这类设备。

## 文化差异

- 在闽语、粤语、吴语与华语通行的华人社会，不可将时钟赠予他人，因在汉语中“送钟”是“送终”的谐音。有些习俗也将手表视为钟，因此也不能送人。
- 在台湾台语的“钟”和“终”不同音，且在日治时代“时计 (とけい/Tokei)”和日文的“登庆”、“登惠”同音，除了寓意喜庆吉祥，更有勉励珍惜光阴之意。战后受到华语“送钟”和“送终”同音，才作为一种忌讳或都市传说流传。惟不受此华语禁忌影响者，壁钟、自鸣钟或镜面钟摆钟仍会作为新居、入厝或乔迁的贺礼。

## 外部链接

- 话说计时器的演变（原始内容 存档于2007-03-03）