人类最早使用的计时装置是利用太阳的射影长短和方向来判断时间的，最具代表性的为圭表和日晷，二者统称为太阳钟，它在阴天或夜间就失去效用。此外也采用过“火计时”“烛光计时”，如灯钟、香钟和蜡钟。①灯钟，是通过燃烧后油量的减少而指示出当时的时间。②香钟，是通过盘香燃烧时间与其长短成正比而指示出相应的时辰。③蜡钟指示时间的原理与香钟基本相同。

利用太阳射影长短计时的装置称为圭表，用来测量日中时间、定四季和辨方位。在平地上直立一测日影的标杆或石柱，叫作表；正南正北方向平放一块测定表影长度的刻板，叫作圭。根据刻板上1日内表影长度的变化，能读出时辰，根据刻板上1年内正午的日影长度以定节令。《周髀算经》卷上：“故冬至日晷丈三尺五寸，夏至日晷尺六寸”。俗语“一寸光阴一寸金”，就源自日晷测量光影原理。中国商代后期的甲骨文，已有使用圭表的记载。《诗经·国风·定之方中》篇有，“定之方中，作于楚宫。揆之以日，作于楚室……”。确切记载开始使用圭表的时间为公元前659年。用圭表可以测定回归年（阳历年），在很长一段历史时期内，中国所测定的回归年数值的准确度都居世界第一。

利用太阳射影方向计时装置称为日晷，用来测量时间。日晷又称“日规”。通常由铜制的指针（晷针）和石制的圆盘（晷面）组成。晷针垂直地穿过圆盘中心，起着圭表中立竿的作用，因此，晷针又称为“表”；晷面安放在平台上，呈南高北低，并平行于天赤道面，这样，晷针的上端正好指向北天极，下端正好指向南天极。在晷面上按角度刻画出12个大格，每个大格代表两个小时。当太阳光照在日晷上时，晷针的影子就会投向晷面，太阳由东向西移动，投向晷面的晷针影子也慢慢地由西向东移动。于是，移动着的晷针影子好像是现代钟表的指针，晷面则是钟表的表面，以此来显示时刻（图1）。大约公元前4000年，世界上最早的日晷诞生于巴比伦；公元前1500年，埃及出现第1个移动日晷，将1天分为12个周期。从出土文物来看，中国汉代以前已使用日晷。直至公元1100年日晷才在欧洲得到发展。

图1 北京故宫太和殿前的日晷

刻漏又称漏刻、漏壶。刻漏主要有泄水型和受水型两类。

早期的刻漏多为泄水型。水从漏壶底部侧面流泄，格叉和关舌又上升，使浮在漏壶水面上的漏箭随水面下降，由漏箭上的刻度指示时间。后来创造出受水型，水从漏壶以恒定的流量注入受水壶，浮在受水壶水面上的漏箭随水面上升指示时间，提高了计时精度。刻漏在中国的最早记载见于《周礼》。已出土的文物中最古老的刻漏是西汉遗物，均为泄水型。河北满城出土的铜漏（图2），作圆筒形，下有三足，通高22.4厘米，壶身接近壶底处有一小管外通，小管已残断。壶盖上有方形提梁，壶盖和提梁有正相对的长方形小孔各一，作为穿插刻有时辰的标尺之用，壶中的水从小管逐渐外漏，标尺逐渐下降，可观察时辰之变化，为单壶泄水型沉箭漏。从壶的高度分析该壶很小，从一壶水装满到泄放结束估计不足一个时辰或一、二刻钟，壶中水量排放从满壶到浅，先后流量不一，故其计时精度不会高，它不能作为天文仪器，只能在日常生活中作为粗略的时段计时工具。

图2 沉箭式铜漏壶

1976年在内蒙古伊克昭盟杭锦旗沙丘内发现的漏壶，其壶底上铸有阳文“千章”二字，壶身正面阴刻“千章铜漏”四字，故称千章铜漏。此漏壶于西汉成帝河平二年(公元前27)在千章县铸造，通高47.9厘米，壶身为圆筒形。公元前100年雅典出现以1天24小时为基础的机械漏刻。

《全后汉文》中在桓谭（？～公元56）的文章里说刻漏度数因干、湿、冷、暖而异，在白天和夜间需要分别参照日晷和星宿核对。已认识到水温和空气湿度对刻漏计时精度的影响。

刻漏为了获得恒定的流量，应使漏壶的水位保持恒定。其次，向受水壶注水的水管截面面积必须固定，水管采用“渴乌”（虹吸）原理，便于调整和修理。有两种保持水位恒定或接近恒定的方法，均见于宋代杨甲著《六经图》中的“齐国风挈壶氏图”。“唐制吕才（约600～650）定”刻漏是在漏壶上方加几个补偿壶，“今制燕肃（1030）定”刻漏采用溢流法，深四寸。多余的水由平水壶（下匮）通过竹注筒流入减水盎。燕肃创制的漏壶叫莲花漏，北宋时曾风行各地。

也叫沙钟。由于漏壶中的水受温度影响，冬天水又易结冰，为计时的准确性增加了困难，于是用一种新的材料——细沙来代替水，创造出了沙漏。西方最早的沙漏大约诞生于1100年。据推测，它在12世纪与指南针同时用作夜晚海上航行的仪器。有确切证据证明，1338年一幅壁画的寓言安布洛伦泽蒂中最早提到沙漏。《明史·天文志》载明初詹希元创造了“五轮沙漏”。宋濂（1310～1381）著《宋学士文集》中记载了沙漏结构，有零件尺寸和各减速齿轮的齿数，运动输出轴上装有指示时间的测景盘。

通过机械运动表达天体时空运行的仪器，也能计时。著名的天文钟有浑天仪和水运仪象台等。天文钟是近代钟表的直接祖先（图3）。

图3 天文钟