哈里森

制造具有所要求的精确度的航海时计的问题，首先是由约翰·哈里森

（1693—1776）解决的。

哈里森是约克郡人，早年便在时钟的制造和改进方面显示出天才。在他的发明中，有以他命名的著名的“铁栅”摆，以及在他的航海时计机构中起重要作用的补偿勒索，两者都是利用了两种金属的热膨胀不相等这一原理。在由一根自由端带有摆锤的金属杆构成的最简单型式钟摆中，温度变化

使摆的长度产生变化，从而又使摆的振动周期改变，这样便导致时钟在夏季比冬季走得慢。哈里森想消除这效应，为此他利用由两种或更多种具有不同膨胀系数的金属杆做成的摆，这些金属杆加以适当配置，使摆的有效长度（悬置轴和回摆中心间的距离）在相当大的温度范围内总是保持不变。我们可以把这种装置与乔治·格雷厄姆约在同一时期发明的水银摆相比较。水银摆的摆锤是一个盛有水银的容器，这种金属的膨胀及由之引起的重心上升恰好补偿了支持它的钢摆杆的向下膨胀，从而使振动速率保持在一定温度变化范围内不受影响。这种装置现在一般都已代之以利用“殷钢”杆，殷钢是一种热膨胀可忽略不计的镍钢合金。

图 77──哈里森的铁栅摆

哈里森早就下决心争夺经度委员会的赏金。他怀着这个抱负，于 1728 年把制造航海时钟的计划呈交给仪器制造家乔治·格雷厄姆，后者以私人名义借给了他制造这仪器所需的经费。这台航海时钟于 1735 年制成，其工作原理是自动补偿船舶运动的效应。

哈里森的第一台航海时计现在还保存在格林威治天文台里，它的工作颇象一台时钟，但是两个大摆轮（在机器的背部可以看到）取代了钟摆。这两个摆轮由四根平衡簧控制，并且总是沿相反方向运动，因而所受船舶颠簸的影响大小相等而方向相反。这机器重 72 磅，示出日、时、分和秒（见图 78）。动力由两根主发条供给；并备有一种专门装置，保证在上发条时仪器也仍然不停地工作，因为过去甚至在天文用的时钟上也会发生上发条时停机的情况。哈里森为了发明减小机器工作时的摩擦的方法，费了不少心机。他还首次对随温度变化而产生的平衡簧阻力变化提供了补偿。他的办法是把各弹簧的固定端连接于由几根黄铜杆和钢杆构成的一个复式接头上，这些杆件的膨胀和收缩（它们在这里是累积的）使这些固定端移动，从而自动地调节了弹簧的张力。

哈里森奉派带着他的仪器航行到里斯本，返回时带来了令人鼓舞的结果。在经度委员会的协助下，他着手制造第二台时计（由于同西班牙的战事，这台时计未能在海上试验），后来又制造了第三台。

哈里森的第二台航海时计（1739 年）与第一台没有什么根本的区别，只有几处微小的改进。他的第三台时计（1757 年）有圆形摆轮，对温度变化的补偿设施是，用一条黄铜带和一条钢带铆接构成的“勒索”的自由端上的销来固定各平衡簧的有效端。当温度变化时，这两种金属不相等的热膨胀致使那复合条不等量地踡曲，这样便使勒索销沿平衡簧移动，结果使平衡簧的有效长度按预定量变化。这几台机器都很笨重，其中第二台有一百多磅重。但是，第四台仪器要小得多，就象一块大些的表。它于 1759 年制成，已证明是这整个时计系列中最精巧的一台（见图 79）。

图 78──哈里森的第 1 台航海时计图 79──哈里森的第 4 台航海时计哈里森的第四台时计宽约 5 英寸，有一根时针、一根分针和一根秒针，

三根指针均横在同一个搪瓷度盘上。仪器由一个圆形钢摆轮控制，摆轮上有三根臂和一个前述型式的补偿勒索。节摆件以当时钟表应用的心轴节摆件为基础，但作了许多改进，旨在使摆轮的运动有大得多的自由。象哈里森的其它仪器一样，这台时计中照例也有一种“维持力”，以使时计在上发条时仍保持走时。在航行中，这第四台时计不是安放在常平架上，而是放在一个盒子里的一个垫子上，这一点与哈里森过去的仪器不同。在哈里森的儿子威廉的照管之下，这台时计在一次开往西印度群岛的航行中进行了试验。在整个

航程中，它只慢了五秒（这五秒的误差是在仪器原定的

每日慢2 2 秒的误差之外的）。1764年，在一次开往巴巴多斯的航行中

又对该时计进行了试验，结果证明有荣获最高奖赏的资格。但是，经度委员会要在哈里森解释了它的结构，并证明其他钟表制造师也能造出具有同等可靠程度的仪器以后，才肯全数发给赏金。于是，哈里森和经度委员会之间展开了一场难解的争吵。在这场论战中，国王乔治三世支持哈里森向议会上诉。不过，哈里森生前还是得到了所欠他的 20，000 英镑余额。哈里森的时计现在在格林威治天文台珍藏着。

拉坎姆·肯德尔（1721—95）和托马斯·马奇（1715—94）在哈里森去世后，又发展了他的方法。马奇是杠杆节摆件的发明者，这种装置现在几乎普遍运用于钟表和作特别粗糙应用的航海时计之中。但是，航海时计后来的进步主要归功于十八世纪大陆的两位相互竞争的钟表学家勒鲁瓦和贝尔图的工作，而大量生产可以广泛应用于航海的廉价仪器的问题则被英国的钟表制造家约翰·阿诺德（1736—99）和托马斯·厄恩肖（1749—1829）解决了。