近代擒纵调速器的发展历程

近代机械钟表主要的发展在西方。

14世纪以前，水钟的机械化在西方计时器的发展中占有极重要的地位。机械化水钟的运动，系以重锤用绳索、滚子和滑轮相连而产生，以带动报时装置；其运动的控制，是以一个浮子悬于水池来达成，而以漏壶装置来控制水池水量，使水均匀地流入或流出，本身并无擒纵机构。

西方的第一个擒纵调速器型式是摆杆机轴擒纵调速器，其代表作是发明于14世纪的德维克时钟（Usher，1929）。德维克时钟的动力为重锤驱动。其振荡器为一平衡杆，具有可调节的权重，以调节摆动频率；权重越重或距轴心越远，则摆动频率越慢。其擒纵机构为机轴擒纵机构，是属于反击式擒纵机构，利用机轴上下两块相互以直角或较大角度错开固定的掣板，随平衡杆的摆动频率与冠轮的轮齿交互作用，使传动齿轮系产生间歇运动。

16世纪初，以弹簧驱动为动力源的钟表成为趋势，而摆杆机轴擒纵调速器在型式与构造并没有太大改变。16世纪末，钟表的精确度有所提高，但仍存在相当的误差，直到17世纪中叶摆开始运用于时钟，取代了平衡杆，计时的精度才跃升至10-4（日误差约在15秒左右）。

伽利略于1583年开始研究摆，其后建立摆的等时性理论。后来惠更斯承继伽利略的工作，对钟摆进行了更具体的研究，并于1657年制造了第一座摆钟。具游丝摆轮是振荡器的一种，其发明在17世纪末期，应归功于胡克、惠更斯（法，1674）、欧特费尔等人。其原理，就皮埃尔·勒·罗伊所言：“是在每一种弹簧的有效长度内，其在某一定长度下，无论其振幅为大或小，皆具有等时性。”因摆轮具有较大的振幅，在其规律的摆动中，不易受到外力的扰乱，可运用于携带式的钟表。

由于钟摆与具游丝摆轮的应用，促使威廉·克莱门特于1675年发明了锚状擒纵机构，其后与钟摆和摆轮相配合的擒纵机构相继发明，且型式多样。振荡器的特性对擒纵机构的构造，具有决定性。

钟摆只有极短的摆动弧度，因此配合之擒纵机构的有效直达角约为1.5至8度。而摆轮的摆动弧度有120至540度，其擒纵机构之直达角介于14至15度（卡雷列，1970）。主要型式可分以下三类：

1.反击式擒纵机构，如钩形擒纵机构。(www.xing528.com)

2.停击式擒纵机构，如格雷姆擒纵机构。

3.自由式擒纵机构，如杠杆式擒纵机构。

反击式擒纵机构，钟摆摆动在补充弧线之间，其擒纵轮的逆转，对振荡器自由摆动有不良影响。而停击式擒纵机构是针对这项缺点所改良，因此其动力的损失极小，故此类擒纵调速器可将钟摆摆动之弧度维持在极小的限度；其中，以格雷姆擒纵机构的性能最佳，由于其具有摆幅极小的特性，符合单摆等时性的原理，精度极高，可度量的时间单位为0.1秒，故多用于天文钟上。

虽然格雷姆擒纵机构使摆钟达到高度的精确性，但是重锤驱动时钟之精确度仍具有一定的限度。天文观测上对时间精度的要求日益提高，19世纪中叶，电气设施的发展，提供了一种新的装置，以维持与控制摆之运动。电磁驱动擒纵调速器设计的主要困难，是提供一施于摆之冲击力的机构，并且必须对其运动的干扰减至最低。此项困难在1905年为霍普·琼斯所发明的同步分离重力擒纵机构所克服，其主要是因为具有一个非经常性冲击的同步开关装置。然而之前的电磁驱动的擒纵调速器，是用钟摆直接驱动擒纵轮，以运转时钟，故钟摆的运动易受干扰。因此，在1879年戴维·吉尔爵士提出电气钟需要有一个自由摆装置，此建议被路德于1898年发明的路德自由摆装置所实现。电磁驱动擒纵调速器的发展，直到肖特于1921年建造之电气钟才至臻完备，其是以断续同步器来实现从动钟与自由钟间的两个摆之相位差保持不变。肖特电气天文钟，在精度上日误差不超过0.002—0.003秒（Hope-Jones，1931）232。

电气表的擒纵调速器，其擒纵机构与一般弹簧驱动之机械表大致相同，而振荡系统一般是采用可动磁钢型摆轮，依靠脉冲驱动线圈与永久磁铁的耦合作用，将电池的能量传给摆轮组件，以维持摆轮的等时性摆动，而摆轮的摆动是通过擒纵机构（如杠杆式擒纵机构）来推动电气表的齿轮系。

20世纪由于微电子组件的发明及对新材料的认识，电子钟表如雨后春笋般出现，擒纵调速器不再只是机械型式。20世纪50年代出现了音叉电子表，是利用音叉机械式的振荡频率作为计时的基准，其响应来自驱动线圈的脉动，而擒纵机构则被棘爪机构所取代。20世纪60年代起，制表工艺掌握了石英晶体振荡器技术，其利用高频率与高稳定度的石英振荡频率，经过电路驱动类似擒纵机构功能的步进马达或集成电路。

20世纪60年代以前，天文计时器的发展一直以天体的宏观运动为基础的天文时，由于实测方面存在困难，天文时的准确度与均匀性受到限制，原子钟出现后，天文计时器产生了重大变革。从1967年起，以地球运动规律为基础的时间天文标准，被以物质内部微观运动特征为基础的原子时所取代，其擒纵调速器的型式变成了晶体振荡器与原子放射装置，准确度达10-13（日误差约在10-8秒左右）。