中國(guó)最早的機(jī)械鐘-水運(yùn)儀象臺(tái)

宋元佑三年（公元1088年）在著名科學(xué)家蘇頌的倡議和領(lǐng)導(dǎo)下，一座杰出的天文記時(shí)儀器──水運(yùn)儀象臺(tái)，在當(dāng)時(shí)的京城開(kāi)封制成。這是一臺(tái)把渾儀、渾象和報(bào)時(shí)裝置結(jié)合在一起的大型天文儀器，廣泛吸收了以前各家儀器的優(yōu)點(diǎn)，尤其是吸取了北宋初年天文學(xué)家張思訓(xùn)所改進(jìn)的自動(dòng)報(bào)時(shí)裝置的長(zhǎng)處；在機(jī)械結(jié)構(gòu)方面，采用了民間使用的水車(chē)、筒車(chē)、桔槔、凸輪和天平秤桿等機(jī)械原理，把觀(guān)測(cè)、演示和報(bào)時(shí)設(shè)備集中起來(lái)，組成了一個(gè)整體，成為一部自動(dòng)化的天文臺(tái)。

    水運(yùn)儀象臺(tái)是十一世紀(jì)末我國(guó)杰出的天文儀器，也是世界上最古老的天文鐘。國(guó)際上對(duì)水運(yùn)儀象臺(tái)的設(shè)計(jì)給予了高度的評(píng)價(jià)，認(rèn)為水運(yùn)儀象臺(tái)為了觀(guān)測(cè)上的方便，設(shè)計(jì)了活動(dòng)的屋頂，這是今天天文臺(tái)活動(dòng)圓頂?shù)淖嫦�；渾象一晝夜自轉(zhuǎn)一圈，不僅形象地演示了天象的變化，也是現(xiàn)代天文臺(tái)的跟蹤器械 — 轉(zhuǎn)儀鐘的祖先；水運(yùn)儀象臺(tái)中首創(chuàng)的擒縱器機(jī)構(gòu)是后世鐘表的關(guān)鍵部件，因此它又是鐘表的祖先。從水運(yùn)儀象臺(tái)可以反映出中國(guó)古代力學(xué)知識(shí)的應(yīng)用已經(jīng)達(dá)到了相當(dāng)高的水平。

    根據(jù)《新儀象法要》記載，水運(yùn)儀象臺(tái)是一座底為正方形、下寬上窄略有收分的木結(jié)構(gòu)建筑，高大約有十二米，底寬大約有七米，共分為三大層。

    上層是一個(gè)露天的平臺(tái)，設(shè)有渾儀一座，用龍柱支持，下面有水槽以定水平。渾儀上面覆蓋有遮蔽日曬雨淋的木板屋頂，為了便于觀(guān)測(cè)，屋頂可以隨意開(kāi)閉，構(gòu)思比較巧妙。露臺(tái)到儀象臺(tái)的臺(tái)基有七米多高。

    中層是一間沒(méi)有窗戶(hù)的“密室”，里面放置渾象。天球的一半隱沒(méi)在“地平”之下，另一半露在“地平”的上面，靠機(jī)輪帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，一晝夜轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，真實(shí)地再現(xiàn)了星辰的起落等天象的變化。 

    下層設(shè)有向南打開(kāi)的大門(mén)，門(mén)里裝置有五層木閣，木閣后面是機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)。 

    第一層木閣又名“正衙鐘鼓樓”，負(fù)責(zé)全臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)報(bào)時(shí)。木閣設(shè)有三個(gè)小門(mén)。到了每個(gè)時(shí)辰（古代一天分做十二個(gè)時(shí)辰，一個(gè)時(shí)辰又分為時(shí)初和時(shí)正）的時(shí)初，就有一個(gè)穿紅衣服的木人在左門(mén)里搖鈴；每逢時(shí)正，有一個(gè)穿紫色衣服的木人在右門(mén)里敲鐘；每過(guò)一刻鐘，一個(gè)穿綠衣的木人在中門(mén)擊鼓。 

    第二層木閣可以報(bào)告十二個(gè)時(shí)辰的時(shí)初、時(shí)正名稱(chēng)，相當(dāng)于現(xiàn)代時(shí)鐘的時(shí)針表盤(pán)。這一層的機(jī)輪邊有二十四個(gè)司辰木人，手拿時(shí)辰牌，牌面依次寫(xiě)著子初、子正、丑初、丑正等。每逢時(shí)初，時(shí)正，司辰木人按時(shí)在木閣門(mén)前出現(xiàn)。 

    第三層木閣專(zhuān)刻報(bào)的時(shí)間。共有九十六個(gè)司辰木人，其中有二十四個(gè)木人報(bào)時(shí)初、時(shí)正，其余木人報(bào)刻。例如：子正：初刻、二刻、三刻；丑初：初刻、二刻、三刻，等等。 

    第四層木閣報(bào)告晚上的時(shí)刻。木人可以根據(jù)四季的不同擊鉦報(bào)更數(shù)。

    第五層木閣裝置有三十八個(gè)木人，木人位置可以隨著節(jié)氣的變更，報(bào)告昏、曉、日出以及幾更幾籌等詳細(xì)情況。 

    五層木閣里的木人能夠表演出這些精彩、準(zhǔn)確的報(bào)時(shí)動(dòng)作，是靠一套復(fù)雜的機(jī)械裝置“晝夜輪機(jī)”帶動(dòng)的。而整個(gè)機(jī)械輪系的運(yùn)轉(zhuǎn)依靠水的恒定流量，推動(dòng)水輪做間歇運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)儀器轉(zhuǎn)動(dòng)，因而命名為“水運(yùn)儀象臺(tái)”。