计时仪器

**時鐘**簡稱為**鐘**，所有計時裝置都可以稱為**計時儀器**。**鐘錶**在現代漢語中一般有兩種意思，一是各類**鐘**和錶的總稱，另一個是專指體積較大的表，尤指機械結構的有鐘擺的鐘。

時鐘是人類最早發明的物品之一，原因是需要持續量測時間間隔，有些自然的時間間隔（如日、閏月及年）可以用觀測而得，較短的時間間隔就需要利用時鐘。數千年計時設備的原理也有大幅變化，日晷是利用在物體在一平面上影子的變化來計時，計算時間間隔的儀器也有許多種，包括最廣為人知的沙漏。配合日晷的水鐘可能是最早的計時儀器。歐洲在 1300 年發明了擒縱器，後來也創作了第一個機械鐘，可以利用像擺輪之類的振盪計時設備。發條驅動的時鐘約在 15 世紀出現，鐘錶業約在 15 世紀至 16 世紀開始發展，1656 年發明了擺鐘，因此在計時的準確性又進一步提昇，當時因為航海導航對時間的精確性要求，也帶動時鐘可靠性及精確性的提昇。電子時鐘在 1840 年申請專利，二十世紀電子學的發展產生了可以完全不用機械機芯的時鐘。

現在時鐘內的計時元件是諧振子，一個會以固定精準頻率振盪的物體，諧振子可能是單擺、音叉、石英晶體，或是原子在發射微波時電子的振盪。類比型的時鐘會用指針及角度表示時間，數位時鐘則是用數字的方式表示，有兩種時間表示法：十二小時制及二十四小時制。大部份數位時鐘都是用電子設備及液晶、LED 及真空熒光顯示器來顯示時間。時鐘功能也是現在電腦、手機或平板電腦的標準功能之一。

為了方便性、距離、電話或是失明人士的需求，有用聲音報時的聽覺時鐘。為了盲人需求，也有用觸摸方式可以感知其時間的盲人時鐘，其中有些類似傳統時間，但調整其設計，可以直接觸摸錶面得知時間，但又不會影響計時功能。計時技術也在持續演進之中。

有關鐘表的研究稱為鐘表學。

## 字源

英語中的「Clock」源自拉丁語「clocca」，這個字於 13 世紀在歐洲出現。

在漢語上，「鍾」與「鐘」是兩種不同的事物，「鍾」原本是指一種酒器，「鐘」是一種樂器。中國大陸、新加坡及馬來西亞的簡化字表中，「鍾」與「鐘」合併成「钟」，另外「锺」字在有歧義時方能使用，以作區別。「鐘」古作樂器，至少唐代具時計作用，古分夜五更，每更敲鐘，故鐘生時計之意，屬於衍生字義。日本使用時計作鐘的漢字載體。於漢字文化圈中時計皆具有鐘的意義。

## 歷史

原始人憑天空顏色的變化、太陽的光度來判斷時間。古埃及發現影子長度會隨時間改變，發明日晷在早上計時，他們亦發現水的流動需要的時間是固定的，因此發明了水鐘。古代中國人亦有以水來計時的工具 —— 銅壺滴漏。

中國除了用水流來計時外，中國古代民間亦有利用燃點線香來計量時間。龍舟報時更香就是利用燒香來計時的儀器，它更設有定時響鬧的作用。龍舟上掛了數條兩端繫著金屬球的幼線，線下放了燃著的香。每隔一段時間，香便會燒斷一條線子，當金屬球跌進下面的盛器時，便會發出報時響鬧。這種燒香時計最早見於宋代的文獻中。用更香來計算時間的精度不高，但由於它簡單易行，極之適合民間使用，所以曾經十分流行。據文獻記載有些更香可燃燒一晝夜，有些甚至可以燃燒至一個月。

公元 1088 年，宋朝的科學家蘇頌和韓工廉等人製造了史上首座以水力作自動化機械操作的水運儀象台，它是把渾儀、渾象和機械計時器組合起來的裝置。它以水力作為動力來源，具有科學的擒縱機構，高約 12 米，7 米見方，分三層：上層放渾儀，進行天文觀測；中層放渾象，可以模擬天體作同步演示；下層是該儀器的心臟，計時、報時、動力源的形成與輸出都在這一層中。

公元 1276 年，中國元代的郭守敬製成大明燈漏。它是利用水力驅動，通過齒輪系及相當複雜的凸輪結構，帶動木偶進行「一刻鳴鐘、二刻鼓、三鉦、四鐃」的自動報時。自宋起，十二時辰分初正即廿四小時系統，一刻即今天的十五分鐘，其準確度較德國之桌鐘早三百多年。

公元 1283 年，在英格蘭的修道院出現史上首座以砝碼帶動的機械鐘。

13 世紀，義大利北部的僧侶開始建立鐘塔（時鐘樓），其目的是提醒人禱告的時間。

公元 1360 年詹希元創制「五輪沙漏」，以齒輪、時刻盤合成。

16 世紀中葉，德國開始有桌上的鐘。那些鐘只有一支針，鐘面分成四部分，使時間準確至最近的十五分鐘。

公元 1657 年，惠更斯發現擺的頻率可以計算時間，造出了第一個擺鐘。1670 年英國人 William Clement 發明錨形擒縱器。

公元 1797 年，美國人伊萊・泰瑞獲得一個鐘的專利權。他被視為美國鐘錶業的始祖。

公元 1840 年，英國的鐘表匠亞歷山大・貝恩發明了電鐘。

公元 1946 年，美國的物理學家伊西多・拉比博士弄清楚了原子鐘的原理。於兩年後，創造出了世界上第一座原子鐘，原子鐘至今也是最先進的鐘。它的運轉是藉助銫、氫原子的天然振動而完成的，它可以在 300 年內維持準確運轉，誤差十分小。

18 到 19 世紀，鐘錶製造業逐步實行了工業化生產。

20 世紀，開始進入石英化時期。

21 世紀，根據原子鐘原理而研製的能自動對時的電波鐘表技術逐漸成熟。

## 類型

手錶亦可以算是鐘的一種，但一般的鐘都是指較大型，不是常常可以隨身攜帶的。

按計時原理：

* 水鐘：利用水的流動計時。
* 沙漏：利用沙的流動計時。
* 日晷：利用一物體影子的變化計時。
* 擺鐘：利用單擺的簡諧運動計時。
* 日晷沙漏
* 漏壺：利用水漏出後，水面的高低來計時。
* 火鐘：靠燃燒某物，觀看剩餘量得知時間。
  * 燈鐘：用油燈計時，燃燒後觀看剩餘的油量指示出時間。
  * 香鐘：比油燈方便。價格便宜，方便實用，古代頗為流行。用模子製成盤香，粗細均勻，燃燒速度平均，同樣觀看盤香上刻度知道時辰。亦有鬧鐘作用，盤香燒到某一點時，掛在盤香上的重物落下，擊中硬物，發出聲響。
  * 蠟燭鐘：燃燒速度基本相同，在蠟燭上刻上刻度便可簡單計算時間間隔。
* 原子鐘：它以原子共振頻率標準來計算及保持時間的準確
* 石英鐘：利用石英晶體電壓特性的精確時鐘。
* 電波鐘：是指可以通過接收授時無線電波進行即時時間校準的時鐘。

按外觀：

* 二進制時鐘：以二進位方式顯示的時鐘。
* 老爺鐘：長型，有鐘擺的的時鐘。
* 布穀鳥鐘：在特定時刻會出現布穀鳥，發出悅耳的「咕咕」叫聲，19 世紀後半葉起，成為世界聞名的紀念品和外國人眼中德國的一種標誌。
* 投影鐘：其鐘面是用投影方式投射到其他表面的時鐘。

按功用：

* 鬧鐘：可設定在指定時間響鬧的時鐘。
* 天文鐘：能同時顯示天文訊息的時鐘。
* 世界鐘：能顯示全世界各大城市時間的時鐘。
* 棋鐘：兩組對應的時鐘，比別計算如西洋棋比賽二位對手使用的時間。
* 足球賽鐘（45 分鐘）：計算足球賽進行的時間。

## 發展

### 有擺鐘表

是由阿拉伯工匠最早設計出來的。其工作原理是等速運動原理。

### 機械鐘錶

機械鐘錶的動力系統是發條，計時單位是小時、分鐘、秒，分別採用了 12 進位制和 60 進位制。

### 交流電鐘錶

19 世紀中期，由於發現了機械鐘錶的缺點再加上電的普及。因此出現了以交流電來代替人工發條的「交流電時鐘」。

### 石英鐘錶

上世紀 90 年代初，由於人們的生活越來越富裕。此時人們大量從外國進口石英掛鍾，因此石英掛鍾價格逐漸被市場壓低。但也象徵著電子時鐘正式被時代的洪流所淘汰。

## 功用

在家庭、辦公室及其他場所都有時鐘，像錶之類小型的設備可以戴在手腕上或是身上，較大型的會在公眾場所，例如火車站或是教堂內，在電腦顯示器、手機、可攜式媒體播放器的角落也會有時間顯示。

大部份的數位電腦會依靠一定固定頻率的信號來同步處理，這稱為時脈訊號 （有些研究計劃正在發展用非同步電路處理的 CPU）。像電腦等設備，也會顯示像日期，年份等資訊，這和時脈訊號不同，不過也會透過時脈訊號計時而得，也有些設備會有專門的實時時鐘（RTC）晶片。

時鐘的主要目的是顯示時間，但也有以下的一些功用。

* 時間管理：時鐘也可以在指定的時間發出警示聲響提醒使用者，幫助人們進行時間管理，這種時鐘稱為鬧鐘，其音量可能一開始較小聲，漸漸的變大聲，或是聲響先中斷一段時間，隔幾分鐘後再重新發出警示聲響。
* 定時控制：時鐘可以控制一些需定時動作的設備，例如中央供暖、錄影機等，這種應用下的時鐘常稱為計時器。另外像太陽能跟蹤裝置及望遠鏡架都需要根據地球自轉而進行位置或角度的精細調整，也需要配合時鐘的資訊。
* 導航：自十二世紀起，航海上的導航需要精確的經度及緯度，緯度可以依天文導航得知，而經度的量測就需要準確的時間計算，約翰・哈里森在十八世紀中發明了航海時計，開普敦的午砲會固定在中午發射，方便船員校正時間。
* 地震學：在判斷地震震央位置時，會用一個公共的時鐘，至少有四個觀測員，觀測並記錄不同位置不同地震波的到達時間，以檢測震央位置。

### 時間標準

有些科學研究需要非常準確的時間，在校正時鐘時也需要一個時間的標準。像原子中在能階之間的電子躍遷之類的過程，其發生週期非常固定，因此若計算這類過程的週期，即可得到準確的時間，這就是原子鐘。這類的時鐘體積龐大，價格昂貴，且需要在受控環境下運作，不過精確度會遠高於一般的需求，一般會在計量學的標準實驗室中才會有這類設備。

## 文化

### 華人

在華人社會，不可將時鐘贈予他人，因在漢語中「送鐘」是「送終」的諧音。有些習俗也將手錶視為鐘，因此也不能送人。

## 相關條目

## 參考文獻

## 外部連結

* 話說計時器的演變（原始內容存檔於 2007-03-03）