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Clock

【摘  自】中國大百科全書
【漢語拼音】zhong
【中文詞條】時鐘
【外文詞條】Clock
【作  者】王放

知識分類:分類檢索/音樂‧舞蹈/音樂/〔樂器與演奏藝術〕/樂器/體鳴樂器/鐘


計量和指示時間的儀器。機芯直徑一般大於50mm,厚度一般大於12mm。通常置於某個位置使用。現代的一些小型鐘,也有用錶的機芯裝上鐘的外殼的。

鐘的發展經歷了數千年的歷史。現代鐘隨著使用範圍的不斷擴大,功能日益增加,種類也越來越多。一般可按振動原理、能源和結構特點、主要用途進行分類,並常以幾種分類方法混合命名。

按振動原理分類 絕大部分的鐘是利用週期性振動過程來計量時間的。按其產生週期性振動的原理,鐘可分為4類:一、頻率較低的機械振動鐘,如擺錘式機械鐘、擺輪遊絲式機械鐘等。其振動頻率通常為數赫甚至1赫以下,日差為10~120秒/日,高精度天文擺鐘的日差為每天千分之幾秒。二、頻率稍高的普通電磁振動鐘,如音叉鐘、晶體管鐘、交流同步電鐘等。其振動頻率通常在1000Hz以內,日差為2~20秒/日。三、頻率較高的石英振盪鐘,如各種石英電子鐘。其振盪頻率通常在5MHz以內(有32768Hz、4194304Hz等),日差一般在0.2秒/日以內,高精度石英電子鐘已達到幾十年誤差不大於1秒。四、頻率更高的原子振盪鐘,如銫原子鐘。頻率為9192631770Hz(原子時的秒長,是銫原子基態的兩個超精細能級間在零磁場下躍遷輻射9192631770周所持續的時間),其準確度和穩定度極高,相對頻率穩定度可達10。鑑於此,1967年,國際度量衡委員會決定,以銫原子鐘的原子時的秒長,作為時間計量標準。

按能源和結構特點分類 可分為機械鐘、電機械鐘、交流同步電鐘、電子鐘、光電鐘、溫差鐘等。一、機械鐘:由機械能驅動,通常以重錘或發條作為貯能元件,鐘的各個基本組成部分均由機械零件構成。有擺鐘、鬧鐘、旅行鐘等。二、電機械鐘:由電能(交流電或電池)驅動,其基本組成部分既有機械零件又有電子元器件,振動系統採用機械振動與電磁線路相結合。有晶體管鐘、電擺鐘、音叉鐘等。這類鐘的走時精度比普通機械鐘有所提高,使用也比較方便。但結構複雜,在石英電子鐘大量投入市場以後,已很少再發展了。三、交流同步電鐘:振動系統實際上是發電廠的發電機,鐘的機芯主要是個同步電機,將電能轉換為機械能,驅動指針系統運轉。這種鐘的走時精度受供電系統交流電源的頻率穩定性制約。四、電子鐘:由電能(交流電或電池)驅動,其基本組成部分一般由電子元器件構成(指針系也有採用機械傳動的)。電子鐘中使用最多的是石英電子鐘。由於採用了振盪頻率穩定的石英振盪器和相應的集成電路,石英電子鐘比其他各類鐘有明顯的優越性,包括走時精度高、穩定性好、使用方便、耗電量小、走時延續時間長、體積小、功能多、製造成本低等。石英電子鐘指示時刻的方式有指針式和數字顯示兩種,有的鐘兩種方式均具備。五、光電鐘:以光(包括自然光和電燈光)作為能源,並用硅光電池將光能轉換為電能,輸入蓄電池以供應鐘的電能。硅光電池的充電電壓和電流可以根據需要進行設計。這類鐘雖然避免了更換電池的麻煩,但增加了製造成本。六、溫差鐘:以空氣溫度昇降變化使某種物質產生的能量作為能源。這類鐘是將一種膨脹係數特別大的物質(如氯乙烷,C H Cl)裝入可伸縮的密封盒內,盒的一端與上條機構聯動。當空氣溫度變化而引起密封盒熱脹冷縮時,即可自動上條。鐘的機芯是一種專門的機械機芯。這類鐘成本較高,生產量很少。

‧【西方觀點】

時鐘
Clock


【摘  自】大英百科全書
【中文詞條】時鐘
【外文詞條】Clock

知識分類:自然科學>度量;工程技術>工業技術與製造技術


一種計時機器,其原理是在相等時距,作有規率運動,運動次數經記錄後顯示出來。鐘,不論何種型式,均以此原理運作。

由齒輪操縱全機械式鐘之緣起,至今不明。最初此種發明,可能發明而且使用在寺院,使司事定時敲打銅鐘,召喚教士祈禱。文獻中有明文記載之最早機械鐘為重力驅動,裝於塔內,稱為塔鐘。此類鐘既不打點,亦無指針或度盤。

1335年第一座公用打點鐘建於米蘭。在英國,最古而猶留存至今的鐘設於索爾斯堡(Salisbury)大教堂內,係1386年所建。法國盧昂鐘建於1389年,屹立至今。英國威爾斯大教堂鐘現保存在科學博物館。索爾斯堡鐘每一小時正敲一次,而盧昂鐘及威爾斯鐘則每一刻鐘鳴響一次。後期英國鐘,均為大鐵架結構,由懸吊重錘驅動。重錘連於索,索繞於鼓,鼓由冠輪制約。計時誤差,每天可高達半小時。最早室內鐘為上述大型公用鐘之縮形,出現於14世紀末期,極少留傳至今。早期室內鐘,設計極為簡陋,無外殼保護及防塵。此類鐘樹立於基座上,基座上有一孔眼以使重錘穿過。

約在1500年,一位德國鎖匠亨萊恩(PeterHenlein)開始做出由彈簧操縱之小鐘。這是最早可攜式計時器,使鐘錶製造術邁進一大步。此類鐘之度盤,置於頂端,僅有時針(分針直至1670年才出現),而且露於空氣。一直到17世紀,鐘方有玻璃蓋面。

自16世紀末起,鐘型為直立式,類似室內重錘操作鐘,惟不能攜帶。在17世紀初期,鐘內機械始有外殼包住,外殼係玻璃所製。

約在1582年,伽利略發現鐘擺計時特徵。荷蘭天文學家及物理學家惠更斯(ChristiaanHuygens)自1656年起應用鐘擺,作為計時控制器。惠氏的發明使製鐘術之重要性與發展,更上一層樓。於是短擺懸錘鐘裝於木盒內,懸於牆上,日漸流行。1670年,英國鐘匠克里門(WilliamClement)首先製出長擺(秒擺)鐘。下一步則為將擺與錘均置於盒內,於是有長盒鐘,即落地鐘問世。

鐘擺為一可靠計時器。如擺弧小,則一全程擺動所需之時間(週期),僅與擺長有關,而與擺弧幅度幾不相干。相當於一秒週期之擺長約為99公分(39吋)若擺長增加0.025公釐(0.001吋),則使鐘每天損失一秒左右。因此變改擺長,為調時靈敏方法。變改方法通常是將擺錘放在螺絲帽中,後者可上下旋釘在擺桿上。

因溫度變化引起擺桿伸縮,將影響擺之計時。即是,溫度每上升2.2℃(4℉),鋼桿擺鐘每天將損失一秒。為準確計時,擺長應盡可能保持不變。可行方法有好幾種。例如,用不同金屬作擺,使不同膨脹係數導致互相抵消效果。一種流行方法,是用玻璃或金屬瓶作擺錘,瓶內裝適量水銀。第二種是用青銅及鋼作格架擺。第三種擺桿,用鋅鐵分別作同心套管。較便宜方法是用特殊因瓦合金(Invar)作擺桿。此種材料膨脹係數很低,溫差不大時,擺長伸縮微不足道。

在擺鐘內,擺每游盪一次,擒縱輪即轉動一個齒,同時送一衝力到擺,使其保持繼續游盪。理想擒縱可完成上述兩種功能而不干擾自由擺動。貝克特(EdmundBeckett)——後來的格里姆索普爵士(LordGrimthorpe),曾發明雙重三腳重力擒縱器並用以製作大鐘,於1859年裝在威斯敏斯特,即今日所謂大本鐘(BigBen)。此後,該鐘成為所有確實準時塔鐘之典型。

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