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两千年前的中国古代计时器精度可达0.02%

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  • 发布时间:2013/10/4 18:45:46
  • 作者:AnyWay中国

一、中国古代高精度计时器-漏刻

  漏刻是中国古代重要的计时工具。漏,指漏壶;刻,指箭刻,即由漏壶水面的高低,通过箭刻的标度来标示时间。漏刻的历史不仅古老,而且经历了漫长的发展历程,几乎始于新石器后期一直应用至清代。至今保存最早的漏刻,是西汉时制造的。据史籍记载,漏刻的发展大致为,由单壶到多级壶,由沉箭法到浮箭法。东汉时,张衡改单壶为双壶,改沉箭为浮箭。为了尽量保持漏壶水量基本不变,水滴受水壶速度均匀,从而提高计时器精度,后来经过不断改进,漏壶多至三级、四级,以三级漏使用最为广泛。

  中国的漏刻,在很长的历史时期内,一直是世界上最精确的计时器。经考证大约在西汉中期,中国漏刻的计时精确度比14世纪欧洲的机械钟还高。东汉以后,漏刻的日误差大多在20秒以内。采用百分数表示,计时器精度约0.02%!欧洲直到18世纪机械钟的精确度才开始超过漏刻。

  图1所示为西汉漏壶,上刻铭文“千章铜漏一,重三十二斤”“和平二年”(公元前27年)“四月造”。图2所示为元代延佑三年(公元1316年)造四级式漏刻,由日壶、月壶、星壶和受水壶组成。

古代高精度计时器-西汉漏壶

图1 古代高精度计时器-西汉漏壶

古代高精度计时器-元代四级式漏刻

图2 古代高精度计时器-元代四级式漏刻

二、现在高精度计时器-铯原子喷泉时间频率基准装置

  时间是七个国际基本物理量之一,现代计时器精度可以达到非常高,存放在中国计量科学研究院的“NIM4#激光冷却—铯原子喷泉时间频率基准装置”的精度可达5e-15

  IM4#激光冷却—铯原子喷泉时间频率基准装置由物理真空系统、激光光学系统和电子控制系统、微波系统组成。6束激光将高真空气室中的铯原子冷却并上抛,铯原子在上抛和下落过程中2次与微波作用,发生状况改变。晶振5MHz信号经倍频综合到铯原子跃迁的微波频率上,通过检测铯原子与微波作用后的状态,可将晶振的频率准确地锁定地铯原子的跃迁频率上。实际工作中由于铯原子总处于非理想状态,产生一定的频移,通过严格的不确定度评定,对产生的频移进行修正,使基准钟输出准确的频率量值。