中国古代科技--机械与仪器

正正發表於 2009-3-11 20:56:10

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转自汉文化论坛  作者:远草 发表: 2006-11-09 04:05:25


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简单机械 西元前8000～前2800年期间出现了陶轮（制陶用转台），农具大约出现在西元前6000～前5000年，除石斧、石刀外，还有石锄、石铲、石镰、蚌镰、骨镰和骨耜。石斧和石刀上已有用硬质砂子磨削而成的孔。 　中国在大约40～50万年前，就已出现加工粗糙的刮削器、砍砸器和三棱形尖状器等原始工具。4～5万年前出现磨制技术，许多石器都已比较光滑，刃部也较锋利，并有单刃、双刃、凸刃、凹刃和圆刃之分。 　　杠杆、滑轮，物理学上称作简单机械。杠杆的使用或许可以追溯到原始人时期。当原始人拾起一根棍棒和野兽搏斗或用它撬动一块巨石，他们实际上就是在使用杠杆。石器时代人们所用得石刃、石斧，都用天然绳索把它们和木柄捆绑在一起，或者在石器上凿孔，装上木柄。这表明他们在实践中懂得了杠杆得经验法则：延长力臂可以增大力量。 


 杠杆在中国的典型发展



 

1. 秤（天平）   杠杆在中国的典型发展是秤的发明和它的广泛应用。在一根杠杆上安装吊绳作为支点，一端挂上重物，另一端挂上砝码或秤锤，就可以称量物体的重量。古代人称它「权衡」或「衡器」。「权」就是砝码或秤锤，「衡」是指秤杆。迄今为止，考古发掘的最早的秤是在长沙附近左家公山上战国时期楚墓中的天平。它是西元前四到三世纪的制品，是个等臂秤。不等臂秤可能早在春秋时期就已经使用了。古代中国人还发明了有两个支点的秤，俗称铢秤。使用这种秤，变动支点而不需要换秤杆就可以称量比较重的物体。这是中国人在衡器上的重大发明之一，也表明中国人在实践中完全掌握了阿基米德杠杆原理 2．桔槔   桔槔是在一根竖立的架子上加上一根细长的杠杆，当中是支点，末端悬挂一个重物，前段悬挂水桶。当人把水桶放入水中打满水以后，由于杠杆末端的重力作用，便能轻易把水提拉至所需处。桔槔早在春秋时期就已相当普遍，而且延续了几千年，是中国农村历代通用的旧式提水器具。 3．辘轳   　　辘轳也是从杠杆演变来的汲水工具。据《物原》记载：「史佚始作辘轳」。史佚是周代初期的史官。早在西元前一千一百多年前中国已经发明了辘轳。到春秋时期，辘轳就已经流行。辘轳的制造和应用，在古代是和农业的发展紧密结合的，它广泛地应用在农业灌溉上。辘轳的应用在我国时间较长，虽经改进，但大体保持了原形，说明在3000年前我们的祖先就设计了结构很合理的辘轳。解放前在我国的北方缺水地区，仍在使用辘轳提水灌溉小片土地。现在一些地下水很深的山区，也还在使用辘轳从深井中提水，以供人们饮用。在其它工业方面，有使用牛力带动辘轳，再装上其它工具用来凿井或汲卤的。 古代农业机械 古代播种机械



 

1. 耒耜   我国很早就发明了耒耜，用耒耜来翻整土地，播种庄稼，进行农业生产。后来，随着农业生产的发展，人们又将耒耜发展成犁。「工欲善其事，必先利其器」，对于农业生产工具的重视，也反映了我国古代农学水平的提高，中国第一部农具专著陆龟蒙的《耒耜经》虽然篇幅很短，但却详细记载了当时江东地区所普遍采用的一种水田耕作农具「曲辕犁」。曲辕犁改直辕为曲辕，犁架变小，轻便灵活，起土省力，效率高，从而改变了二牛抬杠的牵引方法。后来由于牛耕的出现和冶铁业的兴起，战国时期便出现了铁制的耕犁，河北易县燕下都遗址和河南辉县都出土过战国时期的铁犁铧。铁犁铧的发明是一个了不起的成就，它标志着人类社会发展的新时期，也标志着人类改造自然的斗争进入一个新的阶段。汉代的农具铁犁已有犁壁，能起翻土和碎土的作用。 2．耧车   中国是世界上机械发展最早的国家之一。中国古代在机械方面有许多发明创造，在动力的利用和机械结构的设计上都有自己的特色。中国劳动人民很早以前己经懂得用牛、马来拉车了，到2500多年以前，牲畜力己被利用到农业生产方面，当时人们除了利用牲畜驮拉运输外，并利用牲畜来帮助耕田和播种。 　　在战国时期就有了播种机械。我国古代的耧车，就是现代播种机的始祖，因播种幅宽不一，行数不同，汉武帝的时候，赵过在一脚耧和二脚耧的基础山，创造发明了能同时播种三行的三脚耧。一人在前面牵牛拉着耧车，一人在后面手扶耧车播种，一天就能播种一顷地，大大提高了播种效率。汉武帝曾经下令在全国范围里推广这种先进的播种机，还改进了其他耕耘工具，加以提倡代田法，对当时农业生产发展起了推动作用。 


 古代先进的灌溉机械 1．马钧创制了新式提水机具——翻车 　　翻车，是一种刮板式连续提水机械，又名龙骨水车，是我国古代最著名的农业灌溉机械之一。《后汉书》记有毕岚作翻车，三国马钧加以完善。翻车可用手摇、脚踏、牛转、水转或风转驱动。龙骨叶板用作链条，卧于矩形长槽中，车身斜置河边或池塘边。下链轮和车身一部分没入水中。驱动链轮，叶板就沿槽刮水上升，到长槽上端将水送出。如此连续循环，把水输送到需要之处，可连续取水，功效大大提高，操作搬运方便，还可及时转移取水点。我国古代链传动的最早应用就是在翻车上，是农业灌溉机械的一项重大改进。 　　 2．筒车 水力机械也有新的进展，唐代已有筒车，从人力提水发展为水力提水。筒车是由竹或木制成的轮形提水机械。竹筒或木筒在水中注满水，随轮转到上部时，水自动泻入盛水槽，输入田里。水转筒车的水筒与水轮联成一体，既是接受水力的驱动构件，又是提水倒水的工作构件，其机构简明紧凑，设计构思巧妙。 


 古代先进的粮食加工机械 　　谷物收获脱粒以后，要加工成米或面才能食用。我国古代在粮食加工方面发明了不少机械，如磨、碾、碓、扇车、罗等，后来又发明了用水利作动力的水碓和水磨，这些机械效率高，应用广，也是农业机械方面的重要发明。　　



 

1．扇车   　　西元前一世纪，西汉时我国已有扬去谷物中的秕糠用的风车（扇车）。欧洲约一千四百年后才有类似的风车。扇车主要用于清除谷物颗粒中的糠秕，由车架、外壳、风扇、喂料斗及调节门等构成，工作时手摇风扇，开启调节门，让谷物缓缓落下，谷壳及轻杂物被风力吹出机外。 　　 2．水碓   　　西汉末年出现了水碓，它是利用水力舂米的机械。水碓的动力机械是一个大的立式水轮，轮上装有若干板叶，转轴上装有一些彼此错开的拨板，拨板是用来拨动碓杆的。每个碓用柱子架起一根木杆，杆的一端装一块圆锥形石头。下面的石臼里放上准备加工的稻谷。流水冲击水轮使它转动，轴上的拨板臼拨动碓杆的梢，使碓头一起一落地进行舂米。利用水碓，可以日夜加工粮食。凡在溪流江河的岸边都可以设置水碓，还可根据水势大小设置多个水碓，设置两个以上的叫做连机碓，最常用是设置四个碓。 　　 3．石磨   　　鲁班是中国古代一位优秀的创造发明家。他生活在春秋末期，叫公输班，因为他是鲁国人，所以又叫鲁班。据说他发明了木工用的锯子、刨子、曲尺等。他还用他的智慧，解决了人们生活中的不少问题。在鲁班生活的时代，人们要吃米粉、麦粉，都是把米麦放在石臼里，用粗石棍来捣。用这种方法很费力，捣出来的粉有粗有细，而且一次捣得很少。鲁班想找一种用力少收效大的方法。就用两块有一定厚度的扁圆柱形的石头制成磨扇。下扇中间装有一个短的立轴，用铁制成，上扇中间有一个相应的空套，两扇相合以后，下扇固定，上扇可以绕轴转动。两扇相对的一面，留有一个空膛，叫磨膛，膛的外周制成一起一伏的磨齿。上扇有磨眼，磨面的时候，谷物通过磨眼流入磨膛，均匀地分布在四周，被磨成粉末，从夹缝中流到磨盘上，过罗筛去麸皮等就得到面粉。许多农村现在还在用石磨磨面。 　　磨，最初叫硙（wei），汉代才叫做磨。磨有用人力的、畜力的和水力的。用水力作为动力的磨，大约在晋代就发明了。水磨的动力部分是一个卧式水轮，在轮的立轴上安装磨的上扇，流水冲动水轮带动磨转动，这种磨适合于安装在水的冲动力比较大的地方。假如水的冲动力比较小，但是水量比较大，可以安装另外一种形式的水磨：动力机械是一个立轮，在轮轴上安装一个齿轮，和磨轴下部平装的一个齿轮相衔接。水轮的转动是通过齿轮使磨转动的。这两种形式的水磨，构造比较简单，应用很广。 交通运输机械 1．古代的独轮车   独轮车的创始者据说就是三国时的蜀相诸葛亮，它的前身就是木牛流马。这种独轮车，在北方汉族与排子大车相比身形较小，俗称「小车」，在西南汉族，用它行驶时「叽咯叽咯」响个不停，俗称「鸡公车」。江南汉族因它前头尖，后头两个推把如同羊角，俗称「羊角车」。古时候，女子结婚后回娘家时，用的就是这种独轮车，回娘家时，丈夫推着车子，妻子坐在上面，就这样两人双双回到娘家。独轮车在当时是一种既经济而用得最广的交通工具，这在交通运输史上是一项十分重要的发明。 　　在运输工具方面，人力和水力并用，在技术上有进一步发展。南朝祖冲之所造日行百里的所谓千里船和南朝粱侯景军中的160桨快艇，都是人力推进的快速舰艇，南北朝时期出现了车船。唐代的李皋对车船的改进起了承前启后的作用。上古时代的运输，全靠手提、头顶、肩扛、背负、橇引完成。后来，又以马、牛来驮运，随着农业、畜牧业和手工业生产的发展，产品不断增多，交换也开始发生，产生了对运输工具的要求，逐步创造出滚木、轮和轴，最后出现了车这种陆地运输工具。原始的车轮没有轮辐，这种车轮在汉、唐时代著作中称之为「辁」。《左传》记载，曾做过夏王朝「车正」（车辆总管）的奚仲最善于造车。夏代前后，出现了无辐条的辁和各种有辐条的车轮；汉代陆贾的《新语》中还说奚仲「挠曲为轮，因直为辕」，创造了有辐的车轮。由辁发展到轮，使车辆的行走部件发生了一次大变革，为殷代造车奠定了基础。殷商和西周时已有相当精致的两轮车。陆上交通运输工具不断发展。1980年出土的秦始皇陵铜车马代表了当时铸造技术、金属加工和组装工艺的水平。如东汉以后出现的指南车记和里鼓车。 2．记里鼓车   　　记里鼓车是配有减速齿轮系的古代车辆，因车上木人击鼓以示行进里数而得名，一般作为帝王出行仪仗车辆，至迟在汉代已问世。其工作原理是利用车轮在地面的转动带动齿轮转动，变换为凸轮杠杆作用使木人抬手击鼓。每行走一里击鼓一次。从它的内部构造来说，所应用的减速齿轮系统已相当复杂，可以说是现代车辆上计程仪的先驱。 3．指南车   相传早在5000多年前，黄帝时代就已经发明了指南车，当时黄帝曾凭着它在大雾弥漫的战场上指示方向，战胜了蚩尤。西周初期，当时南方的越棠氏人因回国迷路，周公就用指南车护送越棠氏使臣回国。三国马钧所造的指南车除用齿轮传动外，还有自动离合装置，是利用齿轮传动系统和离合装置来指示方向。在特定条件下，车子转向时木人手臂仍指南。在技术上又胜记里鼓车一筹。指南车是古代一种指示方向的车辆，也是古代帝王出门时，作为仪仗的车辆之一，以显示皇权的威武与豪华。 　　指南车起源很早，历代曾几度重制，但均未留下资料。直至宋代才有完整的资料。 



 

地震仪器 西元132年张衡创制了世界上第一台地震仪，即候风地动仪。 　　我国记录地震还是很早。出土的晋代《竹书纪年》记载有帝舜时期「地坼及泉」、夏桀末年「社坼裂」的现象，可能是关于地震最早的记载了。据史书《五行志》记载，西元92年以后，几乎连年发生地震，地震地区大至数十郡，地裂地陷，江河泛滥，房屋倒塌。张衡鉴于地震的频繁，创造了候风地动仪，以测定地震的方位。 　　候风有候气的意思，古人以为地震是由地气所吊起的，因而以此为名。地动仪由精铜铸成，外形像一个大酒壶，中间的圆径八尺，顶上有突出的子，仪器的外表刻有篆文以及山、龟、鸟、兽等图形。仪器内部中央立着一根铜质都柱（上粗下细的棍关）。仪体外部周围铸着八条龙，头向下，尾朝上，按东，南，西，北，东南，东北，西南，西北八个方向布列。龙头和内部信道中的发动机关相连，每个龙头嘴里衔有一粒小铜珠。地上对准龙嘴处，蹲着八个铜蟾蜍，昂着头，张着嘴。当某处发生地震，都柱便倒向那一方，触动牙机，使发生地震方向的龙头张开嘴巴，吐出铜珠，落到铜蟾蜍嘴里，发出「当啷」声响，人们就知道哪个方向发生地震。仪器制成不久便测出顺帝永和三年二月初三在陇西发生的地震，可见仪器灵敏度相当高。那次地震，朝野上下，颇为震动。但由于当时朝堂上谶讳迷信劫力很盛，张衡的这一重要发明没有得到应有的重视，候风地动仪也没有被保存下来。近代的地震仪在西元1880年才制成，它的原理和张衡地动仪基本相似。 万象支架 　　现代的飞机、导弹和轮船不论怎样急速在空中或海上运动，都能辨认方向，这是由于安装了陀螺仪的缘故。西汉末（西元1世纪）巧工丁缓的「被中香炉」是世界上已知最早的常平支架，其构造精巧，无论球体香炉如何滚动，其中心位置的半球形炉体都能始终保持水平状态。镂空球内有两个环互相垂直而可灵活转动，炉体可绕三个互相垂直的轴线转动。其原理与现代陀螺仪中的万向支架相同。 弩弓、冶铁水排、木风箱 


 弩弓   　　大约在3万年以前，我国就发明了弓箭，这是机械方面最早的一项发明；说明人类开始使用复合工具，弓是利用人在拉弦过程中积累起来的力量，以瞬间爆发的形式将箭弹射出去，这说明人类已经具备了机械储存力量的知识。正如恩格斯所说：「弓箭对于蒙昧时代，正如铁剑对于野蛮时代和火器对于文明时代一样，乃是决定性的武器。」弓和箭是使用时间最长的古老兵器，弓箭可以远射，原始人有了弓箭，就比较容易获得猎物，也可以制服那些凶猛的野兽了。后来，部落之间发生战争，弓箭就成了重要的兵器。最早的弓是用单片的木头或者竹子做的弓背，用动物的筋制成弓弦；箭是一头削尖了的木棍或竹竿。 　　春秋时期出现弩，控制射击的弩机已是比较灵巧的机械装置。弩弓的发射原理是相同的，比弓箭射得远，杀伤力强，并克服了拉弓时体力受限制而不能持久得弱点。到汉代，弩机的加工精度和表面光洁度已达到相当高的水平。汉弩有一石至十石等八种规格，这些规格的形成表明机械制造标准在汉代已初步确立。弩机上留下了作工、锻工、磨工等的名字。宋应星（1587～1644（？））的《天工开物》在卷十五《佳兵篇》中记述了测试弓弦弹力大小的方法：「凡试弓力，以足踏弦就地，秤钩搭挂弓腰，弦满之时，推移秤锤所压，则知多少」，方法十分巧妙。该书在我国失传300年，于1926年才由日本找回翻印本。 　　 


冶铁水排   　　水排是我国古代一种冶铁用的水利鼓风装置。人类早期的鼓风器大都是皮囊。一座炉子用好几个囊，放在一起，排成一排，就叫「排囊」用水力推动这些排囊，就叫「水排」。水排发明于东汉早期，是南阳太守杜诗（？－38）在总结劳动人民实践经验基础上发明的。因为它「用力少，见功多」所以大家乐于使用。三国时期的韩暨把它推广到了魏国官营冶炼作坊中，用水排代替过去的马排、人排，四季不歇。水排不但节省了人力、畜力，而且鼓风能力比较强，因此促进了冶铁业的发展。水排在我国沿用了很长一个时期，直到本世纪七十年代，一些地方还在使用。 　　汉代的水排由同一时期的水碓和翻车结构推测，也是一种轮轴拉杆传动装置、我国古代水排构造的详细技术最早见于元代的《王祯农书》，依水轮放置方式的差别，分为立轮式和卧轮式两种。都是通过轮轴、拉杆及绳索把圆周运动变成直线往复运动的，以此达到起闭风扇和鼓风的目的。因为水轮转动一次，风扇可以起闭多次，所以鼓风效能大大提高。 　　 


 木风箱   　　鼓风器最早是皮囊，后来是风扇，再后来是风箱。风扇大约发明于西元十世纪以前。活塞式风箱最早见于明代，是一种古老的活塞式鼓风器，记载史见于明代宋应星著的《天工开物》，沿用至今。风箱两端各设一个进风口，口上设有活瓣，箱侧设有一风道，风道侧端各设一个出风口，口上亦置有活瓣。通过伸出风箱外的拉杆，驱动活塞往复运动，促使活瓣一起一闭，以达到鼓风的目的。木风箱的动力有人力和水利等。风箱靠活塞推动和空气压力自动启闭活门，成为金属冶铸的有效的鼓风设备。 走马灯   中国很早就利用热力作为动力，现在中国民间很流行的走马灯，就是在八百多年前发明的。走马灯虽然是一种玩具式的灯，但它的原理和近代的燃气轮机是一样的，而燃气轮机是近十几年才研制成功，在欧洲，1550年有过一种雏型燃气轮机的记载，但也比中国发明走马灯要迟四百多年。　 　 巢车   古代的装甲侦察车，用于窥伺城中动静，带有可以升降的牛皮车厢，这是利用滑轮和辘轳联合运作制成的可升降的活动瞭望台。　 　 尖底瓶   关于物体的重心及其应用，我国约在六千年前新石器时代就已经有所认识。西安半坡遗址出土的盛水陶罐，其结构为红陶质地，器形为小直口，细颈，长圆腹，尖底，肩部或腹部有对称的双系，用以穿绳。器表有多绳纹。烧结程度较好，质地坚实。汲水时由于重力作用，瓶口会自然向下，待水将满时，瓶身自动倒转，口部向上。这是仰韶文化半坡类型最具代表性的器物之一。仰韶文化庙底沟类型及马家窑文化遗存中发现的尖底瓶略有不同。庙底沟类型的尖底瓶为双唇，小口，器身瘦长，肩腹部无系。马家窑文化的尖低瓶为侈口，直颈，折肩，腹有双系以细泥橙黄陶制成，器表涂浅红色陶衣，以黑彩绘旋纹，纹饰充满动感，制作精细。西周时，这种提水壶经过改进，变成了宫廷的玩物――欹器。它也是一种利用重心来调节平衡的器物，空的时候倾斜，装水不多不少时直立，水装多了就翻倒。正可谓"虚则欹、中则正，满则覆"。 


纺织科技  　　纺坠是最古老的纺纱工具。有的用兽骨制成，也有的由拈杆插在纺轮中间形成的。纺轮有石质、骨质、陶质和玉质等，形状有圆形、球形、锥形、台形、蘑菇4和齿轮形等。早期的纺轮比较厚重，适合纺粗的纱线，新石器时代晚期，纺轮变的轻薄而精细，可以纺更纤细的纱。纺坠的工作原理是用一手转动拈杆，另一手牵扯纤维续接。由于纺坠纺纱效率较低纱线的拈度也不均匀，因此出现了根据纺坠工作原理制作的单锭手摇式纺车，由一个锭、一个绳轮和手柄组成。 纺车的使用提高了纺纱的效率和质量，并根据织物的要求，纺制粗细不同的纱线。经过不断的改进，单锭改为多锭，手摇改为脚踏，脚踏纺车是我国古代纺织机械史上的重要发明。元代出现了脚踏五锭麻纺车，每昼夜能纺二斤纱。还有以人力、蓄力或水力引动的大纺车，有三十二枚纱锭，一昼夜能纺一百斤纱，这是当时世界上最先进的纺纱机械。 在西方，直到1769年，英国人阿克莱才制出「水车纺机」，比中国的水转大纺车晚了几个世纪。 纺轮   　　为陶制和铜制，是早期的纺织工具，由缚盘和缚杆组成，陶制纺轮中的园孔是插缚杆用的，当人手用力使纺盘转动时，缚自身的重力使一堆乱麻似的纤维牵伸拉细，缚盘旋转时产生的力使拉细的纤维拈而成麻花状。在纺缚不断旋转中，纤维牵伸和加拈的力也就不断沿着与缚盘垂直的方向（即缚杆的方向）向上传递，纤维不断被牵伸加拈，当缚盘停止转动时，将加拈过的纱缠绕在缚杆上即「纺纱」。 脚踏三锭纺车图   　　人们为了进一步提高劳动生产率，在一架纺车上装2－3个锭子两手用于纺纱，用脚来操作转动锭子，脚踏复锭纺车劳动生产率比单锭提高2－4倍。 现代织布机的始祖——腰机    　　原始的织机是席地而坐的「踞织机」，又叫腰机。云南晋宁石寨山遗址出土的距今2000多年的纺织贮贝器盖上铸造了一组女奴隶在奴隶主的监视下席地而织的形象。这种足蹬式腰机没有机架，卷布轴的一端系于腰间，双足蹬住另一端的经轴并张紧织物，用分经棍将经纱按奇偶数分成两层，用提综杆提起经纱形成梭口，以骨针引纬，打纬刀打纬。腰机织造最重要的成就就是采用了提综杆、分经棍和打纬刀。 古代织造技术的最高成就——提花机   提花的工艺方法源于原始腰机挑花，汉代时这种工艺方法已经用于斜织机和水平织机。通常采用一蹑（脚踏板）控制一综（吊起经线的装置）来织制花纹，为了织出花纹，就要增加综框的数目，两片综框只能织出平纹组织，3——4片综框能织出斜纹组织，5片以上的综框才能织出缎纹组织。因此，要织复杂的、花形循环较大的花，必须把经纱分成更多的组，多综多蹑的花机逐步形成。据《西京杂记》载：有巨鹿人陈宝光妻所织散花绫「机用一百二十蹑」，这么多的综蹑织造起来十分烦琐，到了三国时马均「旧绫机丧功费日乃思绫机之变」改六十综蹑为十二综蹑，采用束综提花的方法，即方便了操作又提高了效率。   花本式提花机出现于东汉，又称花楼。是我国古代织造技术最高成就的代表。它用线制花本贮存提花程序，再用衢线牵引经丝开口。花本是提花机上贮存纹样信息的一套程序，它由代表经线的脚子线和代表纬线的耳子线根据纹样要求编织而成。上机时，脚子线与提升经线的纤线相连，此时，拉动耳子线一侧的脚子线就可以起到提升相关经线的作用。织造时上下两人配合，一人为挽花工，坐在三尺高的花楼上挽花提综，一人踏杆引纬织造。东汉王逸《机妇赋》中，用「纤纤静女，经之络之，动摇多容，俯仰生姿」来形容织工和提花工合作操纵提花机的场面。 　　提花机后经丝绸之路传入西方，对现代电子计算机发展中程序控制与存储技术的发明有启示作用。 天体测量仪器 我国古代使用的的天体测量仪器主要有浑仪、简仪等；表演天体视运动的仪器主要是浑象等。 浑仪   浑仪是以浑天说为理论基础制造的测量天体的仪器。 　　浑天说是我国古代的一种重要宇宙理论，认为"浑天如鸡子，天体圆如蛋丸，地如鸡中黄"，天内充满了水，天靠气支撑着，地则浮在水面上。天的大圆分为365.25度，浑天旋轴两端分别称为南极、北极，赤道垂直于天极，黄道斜交着天的大圆，黄赤道交角为24度。 　　浑仪正是以此为基础而设计的。我国浑仪的发明大约是在西元前四世纪至　西元前一世纪之间（即战国中期至秦汉时期）。早期的浑仪比较简单，经过历代天文学家的改进，到了唐代，由天文学家李淳风设计了一架比较精密完善的浑天黄道仪。整个仪器分为三层，外层叫六合仪，包括地平圈、子午圈和赤道圈。中层叫三辰仪，是由白道环、黄道环和赤道环构成。里层叫四游仪，包括一个四游环和窥管。现存明制浑仪基本就是这种结构，所不同的是取消了三辰仪中的白道环，而加上了二分环和二至环。由于浑仪的圈环过于复杂，遮掩天区，影响观测，所以元代的天文学家郭守敬将其简化，创制了简仪。 简仪   天文学家郭守敬于西元1276年创制的一种测量天体位置的仪器。 因将结构繁复的唐宋浑仪加以革新简化而成，故称简仪。它包括相互独立的赤道装置和地平装置，以地球环绕太阳公转一周的时间 365.25 日分度。简仪的赤道装置用于测量天体的去极度和入宿度（赤道坐标），与现代望远镜中广泛应用的天图式赤道装置的基本结构相同。它由北高南低两个支架，托着正南北方向的极轴，围绕极轴旋转的是四游双环，四游环上的窥管两端安有十字丝，这是后世望远镜中十字丝的鼻祖。极轴南端重迭放置固定的百刻环和游旋的赤道环。为了减少百刻环与赤道环之间的摩擦，郭守敬在两环之间安装了四个小圆柱体，这种结构与近代"滚柱轴承"减少摩擦阻力的原理相同。简仪的地平装置称为立运仪，它与近代的地平经纬仪基本相似。它包括一个固定的阴纬环和一个直立的、可以绕铅垂线旋转的立运环，并有窥管和界衡各一。这个装置可以测量天体的地平方位和地平高度。简仪的底座架中装有正方案，用来校正仪器的南北方向。在明制简仪中正方案改为日晷。 　　简仪的创制，是我国天文仪器制造史上的一大飞跃，是当时世界上的一项先进技术。欧洲直到三百多年之后的1598年才由丹麦天文学家第谷发明与之类似的装置。欧洲直到三百多年之后的1598年才由丹麦天文学家第谷发明与之类似的装置。 　　郭守敬创制的简仪，在满清康熙五十四年（西元1715年）被传教士纪理安当作废铜给熔化了。现在保存在南京紫金山天文台的简仪是明代正统二年到七年（西元1437-1422年）间的复制品。 郭守敬（1231-1316年），河北邢台人，蒙元时期著名的天文学家。 　　郭守敬自小师从祖父郭荣学习天文、算学和水利。他对天文学尤其感兴趣，常自己动手制造天文土仪器用于观察天象。西元1276年，元太祖忽必烈下令编制新历，郭守敬奉命参加修历。四年后，新历《授时历》基本完成。这是中国古代一部优秀的历法，在制定过程中，郭守敬作出了卓越的成绩。郭守敬在制历之初就提出了"历之本在于测验，而测验之器莫先于仪表"。为此，他在三年之内，共设计出简仪、高表、星晷定时仪，以及立运仪、日月食仪、玲珑仪等１２种新天文仪器，其精巧程度和准确度大大超过前人。除此之外，他还是位杰出的水利专家和地理学家，曾主持了若干重要的水利工程，至今受到中外专家赞誉。 浑象 　　浑象是一种表演天体视运动的仪器。它把太阳、月亮、二十八宿等天体以及赤道和黄道都绘制在一个圆球面上，能使人不受时间限制，随时了解当时的天象。白天可以看到当时在天空中看不到的星星和月亮，而且位置不差；阴天和夜晚也能看到太阳所在的位置。用它能表演太阳、月亮以及其他星象东升和西落的时刻、方位，还能形象地说明夏天白天长，冬天黑夜长的道理等。 　　我国的第一架浑象大约是西元前70～50年间耿寿昌创制的。后来历代都十分重视浑象的制造工作，张衡、一行、苏颂等许多天文学家都曾进行过设计，这些实物现在都没有了，仅存的清代天体仪可算是古代浑象的仿制品。 


 假天仪   　　一般的浑象，大都是人站在球外边看，这对于计算坐标和观察星空有它方便的地方，但对于象征天穹来说，还是不够逼真。宋代的苏颂、韩公廉共同研制了一个能从内部观看形象的设备。它在球面相应于天空星象的位置凿有小孔，人进到球内，可以看到点点光亮如天上繁星，转动球体，则"中星、昏、晚（晓），应时皆见于窍中。"这种假天仪可说是近代天象仪的祖先.。
 
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