早在人類文明誕生之初，人類便開始通過對時間的計量來描述世間萬物的變化，並由此誕生了一系列精度越來越高的計時器具。
回顧人類科學發展史，計時儀器的改進歷史是與整個人類文明同步的。對於生命個體而言，時間長河託起生命之帆，人在時間的長河中誕生、成長，也在這條長河中衰老、死亡。正是因為有了時間測量，人類得以準確記錄下自己的生命足跡。
人類使用日晷的歷史非常遙遠，古巴比倫在遠古時期的6000年前就開始使用了，中國是在3000多年前的周朝。日晷通常由晷針（表）和晷面（帶刻度的表座）組成，利用太陽的投影方向來測定並劃分時刻。
日晷儀也稱日晷，是觀測日影記時的儀器，主要是根據日影的位置，以指定當時的時辰或刻數，是我國古代較為普遍使用的計時儀器。但在史籍中卻少有記載，現在史料中最早的記載是「漢書·律曆志·制漢歷」一節：太史令司馬遷建議共議「乃定東西，主晷儀，下刻漏」，而「漢書·藝文志」中列有晷書34卷，但僅存書名，而無內容。
隋書·天文志中記載了耿詢的成就，「觀測日晷和刻漏，是測天地正儀象的根本」。「明史·天文志」對日晷的形制，定時之法都有詳細的記載。日晷發展到清代，不僅可以計時用，日晷本身已成為一件裝飾藝術品。
日晷的類型也有很多，分為：水平式日晷、赤道式日晷、極地晷、南向垂直日晷、東或西向垂直式日晷、側向垂直式、投影日晷、平日晷。
據埃及朝官阿門內姆哈特的墓志銘記載，此人曾於公元前1500年前後發明了水鍾，一種「漏壺」。容器內的水面隨著水的流出而下降，據此測出過去了多少時間。
水鐘的發明正是作為日晷的補充，在中國古代水漏又被叫做「漏刻」、「漏壺」。根據等時性原理滴水記時有兩種方法，一種是利用特殊容器記錄把水漏完的時間（洩水型），另一種是底部不開口的容器，記錄它用多少時間把水裝滿（受水型）。
漏刻是古代的一種計時工具，不僅古代中國用，而且古埃及、古巴比倫等文明古國都使用過。漏刻由漏壺和標尺兩部分構成。漏壺用於洩水或盛水，前者稱洩水型漏壺，後者稱受水型漏壺。標尺用於標記時刻，使用時置於壺中，隨壺內水位變化而上下運動。
最早的漏刻也稱箭漏。使用時，首先在漏壺中插入一根刻有時刻的標竿，稱為箭。箭下以一隻箭舟相託，浮於水面。當水流出或流入壺中時，箭杆相應下沉或上升，以壺口處箭上的刻度指示時刻。中國的水鍾主要有沉箭漏（洩水型）和浮箭漏（洩水型與受水型並用）。
漏刻是一種典型的等時計時裝置，計時的準確度取決於水流的均勻程度。早期漏刻大多使用單只漏壺，滴水速度受到壺中液位高度的影響，液位高，滴水速度較快，液位低，滴水速度較慢。為解決這一問題，古人進一步創製出多級漏刻裝置。所謂多級漏刻，即使用多隻漏壺，上下依次串聯成為一組，每隻漏壺都依次向其下一隻漏壺中滴水。這樣一來，對最下端的受水壺來說，其上方的一隻洩水壺因為有同樣速率的來水補充，壺內液位基本保持恆定，其自身的滴水速度也就能保持均勻。
沙漏也叫做沙鍾，是一種測量時間的裝置。西方沙漏由兩個玻璃球和一個狹窄的連接管道組成的。通過充滿了沙子的玻璃球從上面穿過狹窄的管道流入底部玻璃球所需要的時間來對時間進行測量。一旦所有的沙子都已流到的底部玻璃球，該沙漏可以被顛倒以測量時間了，一般的沙漏有一個名義上的運行時間1分鐘。
西方發現最早的沙漏大約在公元1100年，比我國的沙漏出現要晚。我國的沙漏也是古代一種計量時間的儀器。沙漏的製造原理與漏刻大體相同，它是根據流沙從一個容器漏到另一個容器的時間來計量時間。我國還曾有過日晷、漏刻等計時器，但由於日晷只能在白天和晴天使用，而這種採用流沙代替水的方法，是因為我國北方冬天空氣寒冷，水容易結冰的緣故。
最著名的沙漏是1360年詹希元創製的「五輪沙漏」。流沙從漏鬥形的沙池流到初輪邊上的沙鬥裡，驅動初輪，從而帶動各級機械齒輪旋轉。最後一級齒輪帶動在水平面上旋轉的中輪，中輪的軸心上有一根指針，指針則在一個有刻線的儀器圓盤上轉動，以此顯示時刻，這種顯示方法幾乎與現代時鐘的表面結構完全相同。此外，詹希元還巧妙地在中輪上添加了一個機械撥動裝置，以提醒兩個站在五輪沙漏上擊鼓報時的木人。每到整點或一刻，兩個木人便會自行出來，擊鼓報告時刻。這種沙漏脫離了輔助的天文儀器，已經獨立成為一種機械性的時鐘結構。由於無水壓限制，沙漏比漏刻更精確。
沙漏據說是亞歷山大於三世紀發明的，在那裡他們有時會隨身攜帶，就像今天人們隨身攜帶的手錶。據推測，它在12世紀，與指南針的出現同時，作為夜間晚海上航行的儀器被發明（白天，水手們可以根據太陽的高度來估算時間）。
水運儀象臺是北宋時期蘇頌、韓公廉等人發明製造的以漏刻水力驅動的，集天文觀測、天文演示和報時系統為一體的大型自動化天文儀器。標誌著中國古代天文儀器製造史上的高峰，被譽為是世界上的最早的天文鐘。
整座儀器高約12米，寬約7米，是一座上狹下廣、呈正方臺形的木結構建築。其中渾儀等為銅製。全臺共分三隔。下隔包括報時裝置和全臺的動力機構等。中隔是間密室，放置渾象。上隔是個板屋，中放渾儀。這臺儀器的製造水平堪稱一絕，充分體現了中國古代漢族勞動人民的聰明才智和富於創造的精神。
國際上對水運儀象臺的設計給予了高度的評價，認為渾象一晝夜自轉一圈，不僅形象地演示了天象的變化，也是現代天文臺的跟蹤器械 — 轉儀鐘的祖先；水運儀象臺中首創的擒縱器機構是後世鐘錶的關鍵部件，因此它又是鐘錶的祖先。水運儀象臺為了觀測上的方便，設計了活動的屋頂，是今天天文臺活動圓頂的祖先。
水運儀象臺是十一世紀末我國傑出的天文儀器，也是世界上最古老的天文鐘。國際上對水運儀象臺的設計給予了高度的評價，認為水運儀象臺為了觀測上的方便，設計了活動的屋頂，這是今天天文臺活動圓頂的祖先；渾象一晝夜自轉一圈。從水運儀象臺可以反映出中國古代力學知識的應用已經達到了相當高的水平。
機械鐘是通過鐘聲來報時的一種計時器，是人類智慧的結晶，西方最早的機械鐘十三世紀出現在歐洲的修道院之中，最初是英格蘭的修道院出現以砝碼帶動的機械鐘。當時的機械鐘靠看鐘人每小時敲鐘來報時，通知修道士們準時地進行各種宗教活動，還沒有完全和人們的日常生活聯繫上。
13世紀，有個叫維克的德國人給當時的法國皇帝做了一個鍾，歷時八年，極為精美，可謂鬼斧神工。最早傳入我國的歐洲機械鐘是在明朝萬曆年間，是用來專門獻給萬曆皇帝的，萬曆皇帝收到此禮物後，極為欣賞，幾乎日日觀賞，夜夜撫摸。於是，馬上發布召令，成立專門製作機械鐘的宮廷造辦作坊，專供他和皇親國戚及心腹大臣使用。
德國製造的日冕儀在顯示時間的同時，能顯示太陽的位置和晝夜長短。15世紀在德國紐倫堡，peter henlein 製造了世界上第一臺可攜式計時器，同時發明了鐘錶發條。
為了更加及時的了解時間，機械鐘安裝上了鐘面和指針，時間這種始終伴隨著人類社會發展進步的無形標準，第一次有了形象化的描述。沒過多久，又出現了能夠自動報時的機械鐘。1335年公共時鐘的出現，使機械鐘第一次進入人們的日常生活。由於結構複雜，驅動系統十分笨重，機械鐘的體積相當的龐大，根本不可能進入家庭。
有擺的掛鍾產生於荷蘭天文學家、數學家克裡斯蒂安·惠更斯的實驗室內，他是以伽利略發現的「擺」的等時性原理為基礎發明的。以「擺」做為鐘錶調速器的。自此以後，人類掌握了比較精準的測量時間的方法。
擺動的鐘擺是靠重力勢能和動能相互轉化來擺動的，簡單地說，如果你把鐘擺拉高，由於重力影響它會往下擺，而到達最低位置後它具有一個速度，不可能直接停在那（就好像剎車不能立刻停住），由於慣性它會繼續衝過最低位置，而擺至最高位置就往回擺是因為重力使它減速直到0，而此時鐘擺扔有向下的加速度。如此往復，就不停地擺動了。
按照以上描述，鐘擺可以永遠擺下去，但由於阻力存在，它會擺動逐漸減小，最後停止。所以要用發條來提供能量使其擺動。
航海鍾(Chronometer)又稱航海天文鐘或精密鍾，是偏差0．5秒的高精度、可攜帶的機械計時儀表。可以用來指示時刻、測量時間間隔，檢定各種機械式秒表以及航海定位和野外天文觀測。
隨著電子技術的發展及晶體振蕩器的普遍應用，走時準確的石英天文鐘逐漸取代了機械式航海鍾。
石英表，又叫做石英振動式電子表，是腕錶種類之一，英文名是quartz watch。將石英晶體運用在鐘錶上是一種現代的發明，世界上第一個石英表是瑞士在1967年7月製成的。在1969年，日本精工Seiko以領先全球的技術，推出世界上第一隻可供量產的石英腕錶，命名為「Quartz Astron」。
石英晶體受到電池電力影響時，它會產生規律的振動。
石英晶體每秒的振動次數高達32768次，人們可以設計簡易的電路來計算它振動的次數，當它數到32768次時，電路會傳出訊息，讓秒針往前走一秒。
因為石英的振動相當規律，即使是便宜的石英表，一天之內的誤差率也不會超過1秒。
石英表也可叫做「石英振動式電子表」，因為它是利用石英片的「發振現象」。當石英接受到外部的加力電壓，就會有變形及伸縮的性質，相反，若壓縮石英，便會使石英兩端產生電力；這樣的性質在很多結晶體上也可見到，稱為「壓電效應」。石英表就是利用周期性持續「發振」的水晶，為我們帶來準確的時間。
它比傳統機械錶輕薄、精準，同時避免了使用機械錶時需要上發條的繁瑣，而受到普及。
原子鐘，是一種計時裝置，精度可以達到每2000萬年才誤差1秒，它最初本是由物理學家創造出來用於探索宇宙本質的；他們從來沒有想過這項技術有朝一日竟能應用於全球的導航系統上。
20世紀30年代，美國哥倫比亞大學教授伊西多-拉比和他的學生們在實驗室裡研究原子和原子核的基本特性。在其研究過程中，拉比發明了一種被稱為磁共振的技術，依靠這項技術，他便能夠測量出原子的自然共振頻率，他還獲得了1944年諾貝爾獎。
人們平時所用的鐘表，精度高的大約每年會有1分鐘的誤差，這對日常生活是沒有影響的，但在要求很高的生產、科研中就需要更準確的計時工具。目前世界上最準確的計時工具就是原子鐘，它是20世紀50年代出現的。
原子鐘是利用原子吸收或釋放能量時發出的電磁波來計時的。由於這種電磁波非常穩定，再加上利用一系列精密的儀器進行控制，原子鐘的計時就可以非常準確了。現在用在原子鐘裡的元素有氫(Hydrogen)、銫(Cesium)、銣(rubidium)等。原子鐘的精度可以達到每2000萬年才誤差1秒。這為天文、航海、宇宙航行提供了強有力的保障。
一種通過接受國家授時中心的無線信號以確保時間準確性的計時工具。
電波鐘表的工作原理：首先，由標準時間授時中心將標準時間信號進行編碼，利用低頻（20KHz ~ 80KHz）載波方式將時間信號以無線電長波發播出去。電波鐘表通過內置微型無線電接收系統接收該低頻無線電時碼信號，由專用集成晶片進行時碼信號調解，再由計時裝置內設的控制機構自動調節電波鐘表的計時。通過這樣一個技術過程，使得所有接收該標準時間信號的電波鐘表（或其他計時裝置）都與標準時間授時中心的標準時間保持高度同步，進而全部電波鐘表顯示嚴格一致的時間。
計時工具發展至今，從古代龐大笨重的日晷到現在小巧計時準確的手錶，甚至是各種電子產品，再到融合新科技的交互情境，科學發展也將促進人類生活的品質。
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