相信许多人都看过早期的机械鐘的照片，在机械装置的顶端，都有一个左右对称的砝码横桿；在横桿的两端都各有一个砝码，可以左右滑动调整，以获得较佳的精准度。在当时这种机械鐘的误差时间，是以10、20分鐘为基础来累积，误差值可说相当的大，仅能略知大概的时间，可靠度明显不足。这种藉由调整力矩的方式，来改变摆动的速度快慢，在数百年后的今天，已成为高级机芯必备的装置。不过在当时，由于更多其他的因素，例如：精密度不佳的零件组装、没有良好品质的润滑油与缺乏精确的擒纵装置等。这些因素更影响着机械鐘的准确度，所以制表师自然优先改善上述的各项缺点与其他机械结构问题。对于砝码横桿这项装置的改善，自然是速度缓慢。
随后在1675年，惠更斯发明螺旋状的游丝，搭配圆形的摆轮，使计时工具正式迈向怀表时代。在当时冶金术与加工精密度不足的状态下，摆轮的外型其实都是简单的光摆，搭配抗温差能力不足的游丝，在冷热温差较大的环境中，每天误差数分鐘，自然是家常便饭。在十九世纪起，由于航海天文鐘的技术逐渐成熟，业界对于摆轮有更进一步的改良。
其主要的方式是在摆轮的上方加装砝码或补偿螺丝，让摆轮的每一个部分均衡等重，减少方位差；或是方便调整摆轮的力矩大小，进而让速度加快或是变慢，成功摆脱早期鐘表误差过大的情形。然而此时游丝的品质已有改良，但仍未符合制表师的需求，因此约在1765年，由Pierre Le Roy与John Arnold以及Thomas Earnshaw合作推出了温差补偿摆轮，也就是后来的双合金温差补偿摆轮的雏型；这款装置在后来，成为每只高级怀表的必备装置，其后称霸表坛百餘年。
▲ 早期的环形摆轮
早期的摆轮都是採用简单的环形摆轮，没有任何的微调与补偿螺丝。
▲ 双合金温差补偿摆轮
在双合金温差补偿摆轮发明之后，中高阶的表款，几乎都会搭载此一装置。
双合金温差补偿摆轮
早期由于游丝抗温差的能力不足，在环境温度提高时，游丝的总长度变长、弹性变弱，会造成走时变慢；相反的，当温度下降时，游丝长度变短、弹性变强，走时自然会变快。在当时，没有高品质的游丝可提供制表师使用，因此必须从摆轮来着手改善。在当时人们发现黄铜对于温度的传导与膨胀系数都高于钢，容易受到温度影响而改变金属形状，因此将钢与铜制作成一根金属条，在温度提高或是降低时，金属条会明显的弯曲，这就是双合金温差补偿摆轮的制作原理。
这种摆轮在外观上可以看见外侧叁分之二是黄铜，而内侧叁分之一是钢，在两侧靠近横樑处各有一个缺口，以便摆轮环方便移动。在温度提高导致游丝变长时，膨胀系数高的黄铜，会压迫内侧的钢，造成摆轮环往内缩，使摆轮的力矩变小而走时变快；另外在温度下降游丝变短时，外侧的黄铜会微缩，造成摆轮环向外推移，使摆轮力矩变大而走时变慢。如此一来一往的互补效应，让机芯的准确度维持在一定的速率，成功克服以往的问题。
▲ 双合金温差补偿摆轮设计原理
在第一张图，我们可以看到，当温度提高时，对于温度膨胀系数高的铜，整体长度变长，压迫内侧的钢向内弯曲，进而使走时加快，平衡了因温度提高而走时变慢的游丝。第二张图，则是正常温度下的摆轮形状。第叁张图，则是在温度降低时，摆轮环向外微微弯曲，使摆轮的速度变慢，弥补走时变快的游丝。
二十世纪初的摆轮演进
在十九世纪中期到二十世纪初，双合金温差补偿摆轮已经是中高阶表款必备的装置，经过特别的调校后，精准的航海天文鐘每日误差约可控制在3至4秒内，这已经是极佳的成果，至于中高阶的怀表准确度会稍微差一点。由于双合金温差补偿摆轮本身的结构，与游丝已经成为极佳的互补效果，因此各大表厂对于此装置没有太大的改善。但是各表厂仍针对摆轮上的微调装置，进行精密的的改良计画。
一般来说，除了摆环上对称放置的补偿螺丝之外，许多表厂会放置二或四颗的微调快慢螺丝，利用力矩来改变时间快慢；但是由于调整方式较为麻烦，因此位于摆轮表桥上的快慢针微调装置，仍肩负起微调时间快慢的重责大任。到了十九世纪后期，瑞士科学家Charles Edouard Guillaume以新研发的Anibal镍钢合金，取代原有摆轮中的钢，因此达成更佳的中间温度误差性能，使得这款名为Guillaume摆轮的走时精准度，甚至可控制在1秒鐘左右，相当惊人。
另外在1896年，Guillaume研发出Invar不变合金(或称不膨胀钢)，它是Invariable Alloy的简字，其主要材质是钢Steel与镍Nickel，透过含量高达36%的镍金属，使得此款合金在温度改变的环境中，具有不易变形的优点。因此在二十世纪开始，以镍钢制作的游丝开始运用于怀表，搭配Guillaume摆轮，使得准确度日益增加。
然而，Charles Edouard Guillaume后来推出的Elinvar合金材质，使游丝受到温度的影响变更小，原先成本高且制作难度也高的双合金温差补偿摆轮，已经失去了其存在性；特别是在手表日渐普及后，许多表厂放弃在小尺寸的机芯上，装置如此精密且佔空间的大型摆轮。因此在1940年代之后，已经逐渐看不到这款摆轮的踪跡了，但是一些传统的天文台航海鐘，仍会採用此项装置。
▲ 摆轮与微调装置
虽然搭配了双合金温差补偿摆轮，但是绝大部分机芯仍装置快慢针微调装置，调整时间快慢更为简单；由此图我们可以看到，摆轮外侧与内侧的黄铜与钢两种材质。
▲ 航海鐘的摆轮装置
此款是沛纳海推出的航海鐘背面机芯图，同样也是採用双合金温差补偿摆轮，但是微调走时快慢，则是依靠摆轮两侧横樑上的两颗微调快慢螺丝。
现今摆轮类型
在1935年，一款名为Glucydur的摆轮正式问世，它主要是以铜、鈹与镍为主要材质，并添加少许不同材质；由于其无磁性、不生锈以及对温度影响变化不大等特性，因此成为后来摆轮的主要材质。Glucydur摆轮属于单一合金摆轮设计，并不像双合金温差补偿摆轮，从表面可看出具有两种金属；同时Glucydur摆轮的轮环并没有任何缺口，这也是另一个辨识的方法。虽然在1950年起，已有眾多表厂开始採用此款摆轮；但是此时，摆轮的轮环上方仍使用补偿螺丝，以便平衡摆轮的整体重量，减少方位差。
随着科技的进步，高科技的技术已经可使摆轮在制作完成时，就拥有完整的平均重量与真圆度，厂方人员只需以仪器检查，然后在摆环底部以雷射或机器钻孔，即可完成摆轮的制作手续。以劳力士早期的1570自动机芯为例，它仍採用补偿螺丝，但是同时以摆轮上的四颗微调螺丝来调整快慢；与1951年百达翡丽推出的Gyromax砝码摆轮相同。但是在1978年，劳力士推出了3035自动机芯，捨弃使用补偿螺丝只留下四颗微调螺丝，也是改以钻孔来校正摆轮重量。因此现今的摆轮是以环形摆轮、微调螺丝摆轮与螺丝摆轮为叁大类型，但后者的补偿螺丝无法调整，单纯是视觉效果。
