约翰.哈里森虽然是自学成才,但是对于钟表的设计有自己独特的想法,所以他经过多年的研究,终于设计出一套方法,并画了张草图,亲自去伦敦给当时的第二任皇家天文台台长埃德蒙德哈雷(edmondhalley,哈雷彗星就是以他的名字命名的)。哈雷把哈里森推荐给了伦敦最好的钟表匠乔治.格拉姆(geraham),后者从自己的口袋里拿出250英镑作为制作经费,给哈里森使用。哈里斯花了5年时间终于在1735年造出了第一台航海钟,又被后人称为h1型,也就是哈里森1型航海钟。此时距离奖项设立已经过去了18年。
这台航海钟使用了哈里森发明的“蚂蚱腿”装置,即用两根弹簧把两个金属钟摆的两头连在一起。这样一来,钟摆的摆动频率摆脱了重力影响,不怕海上的颠簸了。哈里森带着h1进行了一次短途航海旅行,结果证明用它来测量经度比当时所有的方法都要准确。
但是当h1经历远海航行回来的时候,人们却发现,这种航海钟的精度还远远没有达到要求。
随后,哈里森在1741年又做出了h2型航海钟,但是还没有经过测试,便被哈里森自行放弃了。
直到1759年,哈里森制作出了哈里森三型航海钟,也就是h3型航海钟。h3型航海钟使用了新的圆形平衡器来代替原本的蚂蚱腿装置,并发明了双金属片与夹圈滚珠轴承来提高精度。这些发明,时至今日也一直在被钟表行业使用。
但是在随后的实验中,h3的精度还是不能达到标准。这种打击让哈里森差点彻底放弃。
事实上,从h1到h3都是庞然大物,因为在当时的观点中,只有大的钟表才能走时更准,这在钟表时代等比较科学,但是在航海钟上并不有效。
一个偶然事件让哈里森意识到,小型高频振子才是避免受环境影响的最佳办法。那时哈里森已经60岁了,他开始着手制造新的航海钟。
直到1761年,哈里森终于造出了哈斯森四型航海钟,也就是著名的h4型航海钟。h4航海钟看起来就像是一块直径12厘米的大号怀表,这h4携带方便,准确性也大大提高了。“经度委员会”让哈里森的儿子带着h4远征牙买加,经过81天的海上航行,h4只慢了5秒钟,大致相当于3公里,其误差率远小于“经度委员会”制定的最大限度。
h4的原理和误差控制虽然在现在看起来已经被淘汰了,但是在那时是一个跨越式的发展。
钟表想要提高精度,绕不开的两点就是振荡源与计时器,震荡源提供计数稳定的振荡周期,而计数器则需要尽可能在不影响震荡源的情况下提供精准的计数。