话说咱们中国的浑天仪，最早是汉朝人发明的，说是继承了古代玑衡的制作方法。到了唐朝宋朝，也都照着样子做。一直到元朝，才有了简仪、仰仪、窥几、景符这些更精密的仪器，比以前那些可先进多了。
明朝的时候，在北京齐化门内，靠着城墙建了个观象台，照着元朝的样式，又做了一套浑仪、简仪和天体三仪，放在台上。台下还有晷景堂、圭表和壶漏这些计时工具，一直用到清朝初期。康熙八年，康熙皇帝听从了传教士南怀仁的建议，重新改造了六件天文仪器，分别叫做黄道经纬仪、赤道经纬仪、地平经仪、地平纬仪、纪限仪和天体仪。到了康熙五十二年，他又把地平经仪和地平纬仪合并成了一件仪器。乾隆九年，乾隆皇帝还自己设计了一件叫玑衡抚辰仪，也安放在了观象台上。现在呢，这些仪器的形状、使用方法，我都详细地记录下来了。
黄道经纬仪，仪之圈有四，各分四象限，限各九十度。其外大圈恒定而不移者，名天元子午规，外径六尺，规面厚一寸三分，侧面宽二寸五分，规之下半夹入于云座。仰载之半圈，前后正直子午，上直天顶，中直地平。从地平上下按京师南北两极出入度分，定赤道两极。次内为过极至圈，圈周平分处，各以钢枢贯于赤道二极。又依黄赤大距度，于过极至圈上定黄道南北极。距黄极九十度安黄道圈，与过极至圈十字相交，各陷其中以相入，令两圈为一体，旋转相从。黄道圈之两侧面，一为十二宫，一为二十四节气。其两交，一当冬至，一当夏至。次内为黄道经圈，则以钢枢贯于黄极焉。圈之径为圆轴，围三寸。轴之中心立圆柱为纬表，与经圈侧面成直角，而黄道圈经圈上各设游表，仪顶更设铜丝为垂线。全仪以双龙擎之，复为交梁以立龙足。梁之四端，各承以狮，仍置螺柱以取平。垂线有偏侧，则转螺柱，垂线正，则仪正矣。用法，欲求某星黄道经纬度，须一人于黄道圈上查先所得某星之经纬度分，其上加游表，而过南北轴中柱，表对星定仪；又一人用游表于经圈上过柱，表对所测之星，游移取置，则经圈上游表之指线定某星纬度。又定仪查黄道圈两表相距之度分，即某星之经度差。或测日月，以距星为比，亦如之。
赤道经纬仪，仪有三圈，外大圈者，天元子午规也。以一龙南向而负之。规之分度定极，皆与黄道仪同。去极九十度安赤道圈，与子午规十字相交，恒定不动。圈内规面及上侧面皆鋟二十四时，时各四刻。外规面分三百六十度，内安赤道经圈。以南北极为枢，而可东西游转，与赤道圈内规面相切。经圈径为圆轴，轴中心立圆柱，以及游表、垂线、交梁、螺柱等法，皆同黄道仪。用法，若测日时刻，则赤道圈上用时刻游表，即通光耳，对于南北轴表，视赤道圈内游表所指，即时刻分秒。若诸曜经度，用两通光耳，即两径表，在赤道圈上一定一游。一人从定耳窥南北轴表，与先得星相参测之；一人以游耳转移迁就，而窥本轴表与所测参相直，视两耳间应赤道圈上之度分，即两经度之差也。纬度亦以通光耳于经圈上转移而迁就焉。务欲令目与表与所测相参直，视本耳下经圈在赤道或南或北之度分，即所测距赤道南北之度分也。
地平经仪，仪只一地平圈，全径六尺，其平面宽二寸五分，厚一寸二分。分四象限，各九十度。以四龙立于交梁以承之。梁之四端，各施取平之螺柱。梁之交处安立柱，高与地平圈等，適当地平圈之中心。又于地平圈上东西各立一轴，约高四尺，柱各一龙，盘旋而上，从柱端各伸一爪，互捧圆珠。下有立轴，其形扁方，空其中如窗棂，以安直线。轴之上端入于珠，下端入立柱中心，令可旋转。而轴中之线，恒为天顶之垂线焉。又为长方横表，长如地平圈，全径厚一寸，宽一寸五分，中心开方孔管于立轴下端，使随立轴旋转。复剡其两端令锐，以指地平圈之度分。又自两端各出一线，而上会于立轴中直线之顶，成两三角形。凡有所测，则旋转游表，使三线与所测参相直，乃视表端所指，即所测之地平经度也。
地平纬仪，即象限仪，盖取全圆四分之一以测高度者也。其弧九十度，其两边皆圆半径，长六尺。两半径交处为仪心。仪架东西立柱，各以二龙拱之。上架横梁，又立中柱上管于横梁，令可转动仪心，上指仪之两边，一与中柱平行，一与横梁平行。又于仪心立短圆柱以为表，又加窥衡，长与半径等，上端安于仪心，剡其下端，以指弧面度分，更安表耳。有所测，乃以窥衡上下游移，从表耳缝中窥圆柱，令与所测相参直。其衡端所指度分，即所测之地平纬度也。
纪限仪，它的弧面是一个完整圆周的六分之一，被分成六十度。它由一个弧形和一个主干组成，主干长六尺，也就是整个圆的半径。弧形的宽度是二寸五分，主干的左右两侧，有精细的云纹和缠绕的纹饰，用来加固它。主干的上端有一个小横梁，与主干形成一个十字。仪器的中心和横梁的两端都竖立着圆柱作为表，弧面上设置了可以移动的游表。承载仪器的台子，大约高四尺，中间竖立着一根柱子，用来连接仪器的重心，这样仪器就可以左右旋转，高低倾斜，各种角度都可以调整，所以又叫做“百游仪”。使用方法是：测量两个天体，不考虑它们在黄道或赤道上的经纬度，而是求它们在大圆上的角距离。一个人从横梁一端的表孔窥视中心柱的表，对准这个天体；另一个人从游表孔向中心柱的表窥视另一个天体，使两者对齐，然后查看从横梁端到游表下方所对应的刻度，这就是两个天体之间的角距离。
天体仪，这个仪器是一个圆球，直径六尺，就像天空的样子，所以叫做“天体仪”。中间贯穿着一根钢轴，两端露在外面，用来连接子午规的南北极，使它可以转动。底座高四尺七寸。底座上是地平圈，宽八寸。在正对子午线的地方各有一个缺口，用来嵌入子午规。缺口的宽度和子午规的宽度厚度相同，这样两个圈就十字交叉，内规的面正好是平的，并且左右上下环抱着仪器。周围都留有五分的空隙，方便高弧游表进退。又在子午规外面安装了时盘，直径二尺，分成二十四小时。以北极为中心，指示时刻的表针，也固定在北极，使它能随着天体一起转动，也能自己转动。底座下面还设置了机关和轮子，可以转动子午规，使北极可以随着各个地方的地平高度升降，各个地方的天象隐现的界限，都可以观察到了。
地平经纬合仪，在经仪的中心竖立一根柱子安装纬仪。使用方法是：旋转纬仪，对准所要测量的游表，在纬仪上可以得到纬度；查看纬仪边缘与经仪相切的地方，就可以得到经度：一次测量就可以得到两个数据。
你看这浑天仪，它有三层结构。最外面一层，就是古代的六合仪，不过它没用地平圈。你看那竖起来的双环，那是子午圈，两面都刻着三百六十度，从南北极开始，到正中间是九十度，这叫天经。 那个斜着的单环是天常赤道圈，两面刻着十二个时辰，正午的时候正好在子午双环中间，这叫天纬。南北两极都有个圆轴，轴就插在子午双环中间的空心部分，轴头朝里，穿过里面两层环。下面有个云座托着，云座正中间向上开着两个槽，用来卡住双环，东面正中有个小窝，用来挂垂线。下面再放个十字架，用螺丝可以调节水平。十字架东西两端各立一根龙柱，龙嘴里衔着珠子，柱子上开孔，用来承载天常赤道圈卯酉方向的两个轴。咱们得先在观象台测出南北正线，把仪器架稳，保证平面四方都正。然后根据北京的北极高度，往上数到一个象限，那就是天顶；根据南极的深度，往下数到一个象限，那就是地心。在天顶钉个小钉子，挂根垂线，这线正好垂到地心，也正好落在双环的面上。线下面挂个小球，正好在云窝里，不偏不倚，这样上下正立面四方也都正了，地平线也就确定了。
接下来是中间那层，是古代的三辰仪，它不用黄道圈。贯穿南北极的双环，叫做赤极经圈，两极各有一个轴孔，用来承载天经的轴。两面都刻着三百六十度。 跟赤极圈中心相连，并且和天常赤道一起转动的，是游旋赤道圈，两面也刻着三百六十度，它和浑天说的赤道旋转相对应。从经圈的南极，用两段弧形支架支撑着它，这样就不会倾斜了。
最里面那个环叫做“四游仪”，它套在两个圆环中间，形成一个可以旋转的环圈，两面都刻着三百六十度。固定在游圈两端的叫“直距”，而连接在直距中心的叫“窥衡”。游圈上要装一个直尺，用来指示经度和时间；窥衡的右边也要装一个直尺，用来指示纬度。此外，还有一些辅助工具，比如借弧指时度表、立表、平行立表、平行借弧表，用来辅助测量。还有绾经度表、绾时度表、平行线测经度表，用来进行交叉验证。
子午圈的外径是六尺三寸，内径是五尺六寸六分，环面的宽度是三寸二分，厚度是九分，中间空一寸。天常赤道的外部直径是六尺一寸二分，内径是五尺六寸四分，环面的宽度是二寸四分，厚度是一寸四分。赤极经圈的外径是五尺五寸六分，内径是五尺一寸二分，环面的宽度是二寸八分，厚度是八分，中间空一寸二分。游旋赤道的外部直径是五尺五寸六分，内径是五尺一寸二分，环面的宽度是二寸二分，厚度是一寸二分。四个旋转环的外径是五尺，内径是四尺六寸八分，环面的宽度是一寸六分，厚度是七分，中间空一寸四分。直距的长度等于圆的直径，宽度是一寸六分，厚度是七分，中间空一寸四分。窥衡的长度是四尺七寸二分，边长一寸二分，中间空一寸。窥衡上下两端都装有方形的铜盖，厚度五分，内侧三分，边长一寸，插入管内，外侧二分，边长一寸二分，与管口齐平，中心开有圆孔。
指时度表，总长度是七寸三分，底座长一寸六分，形状像方形的筒子，插入四游双环的空隙中，宽度是一寸四分，横梁长三寸二分，宽五分，两端各向内弯曲二分，扣在环面上。表杆长五寸二分，宽一寸。指示时间刻度的边线，位于方筒的正中央，下端长二寸四分，厚三分，紧贴游旋赤道面，用来指示度分；上端长二寸八分，厚二分，紧贴天常赤道面，用来指示时刻。
首先，咱们看看这个经纬仪的纬度表。它是个弯弯的形状，安在窥衡（就是那个观测用的部件）的右边。底座长三寸，宽九分，弯曲的部分横向宽七分，厚度和四个游环一样。弯曲部分长一寸七分，正好贴在四个游环的外侧。从中间线往两边各减去一半宽度，这就是用来指示纬度的部分。
接下来是指示经度的弧形表。它的底座是个方形的筒，还有个横向的带子，长宽都跟前面那个纬度表一样。横带下面，从左到右，竖着安了一个弧形的背板，长九寸三分，宽一寸二分，厚一分六厘。弧形背板的末端连接着指示经度的部分，除去背板的厚度，这部分长五寸二分，宽一寸。从底座方形筒的中心线到指示经度部分的内边缘，长度是六寸七分，这对应着赤道上的十五度，也就是一天二十四小时中的一个小时。
然后是两个直立的表，形状是直的，底面平整。它们高三寸二分，底座长三寸二分，宽九分，厚一分。一个表的上端开个长方形的孔，长一寸，中间留一条直线；再往上五分的地方开个圆孔，直径四分，中间留个十字线，这个安在窥衡的上端。另一个表按照同样的尺寸，在下端开个直缝，上端开个小圆孔，安在窥衡的下端，孔和缝都对着窥衡表面的中心线，用螺丝固定。
接下来是两个平行的曲形表，底座是平的，底盘长四寸，宽一寸二分，厚一分，中间空了三寸二分，宽九分。表的形状像勾股定理中的勾股形。股（垂直部分）就像前面那些直立的表一样，高三寸二分，宽九分。勾（水平部分）横着连接在股的末端，长五寸，宽九分，横着安装在底盘的末端。底盘中间是空的，从直立表的底盘外面露出来，用卡扣固定。
再看这个平行的借弧表，它的制作方法跟平行的直立表差不多，但是方向相反。一个表竖直安装在窥衡表面上，高四寸一分零八毫；另一个表从窥衡表面垂下来，长六寸二分零八毫。距离表端向下六分的地方开个圆孔，再往下五分的地方开个长方形孔，这些都跟直立表的设计一样。
最后是经度表。总长度四寸，宽一寸四分。底座是个方形的筒，长一寸六分，高一寸八分，安装在四个游环之间，用左右两边的螺丝固定。它的末端上下两面用来夹住旋转的赤道环，上面宽七分，是底座宽度的一半，与窥衡的中心线对齐；下面用螺丝固定。
首先，咱们来说说这个“绾时度表”是怎么做的。它分里外两部分，内部分上下内三面都缠绕在赤道仪的内圈上。上面末端搭在外部分的下面，开了两个方形孔，用来卡住外部分的方形底座，下面再用螺旋固定住。外部分的上下外三面，缠绕在赤道仪的外圈上。上面末端盖在内部分的上面，下面也用螺旋固定。
接下来是“平行线测经度表”。这个东西呢，在南北极方向的直杆两端，各装一块铜板，形状像个工字，边长都是两寸八分，跟直杆的两面齐平。两边各缺一块长方形，长一寸六分，宽七分，扣在直杆中间的空隙里。中间开个圆孔，穿过天经的轴。四个角离中心一寸九分的地方，各装一根立柱，柱顶是圆的，上面开了孔，用来穿直线，跟直杆的中心线平行。下面安个小环，用来系赤经平行线。另外，根据星宫的度数，在赤道仪上安装赤经平行线表。它的构造是上面画个半圆，里面是个半方形，从对角线开始，从零度到横径是四十五度，半圆的直径和指度表的边线垂直。半圆中心安装两个游表，每个长两寸，距离中心一寸九分。边缘留个小孔，中间开个小圆孔，用来穿线。上端系在北极铜板对角的两环上，下端穿过南极铜板对角的两环，然后各用一个垂球坠着。
咱们先说怎么测时间。这玩意儿用四个可以转动的圆环，通过观察日影的南北高低和东西移动来确定时间。让阳光正好穿过小孔，然后看看圆环下面的时间刻度盘上，赤道上对应的时刻是多少，就知道了。如果太阳被赤道挡住了，那就用竖着的观测仪器，让光线穿过仪器上的两个孔，然后还是看时间刻度盘上的时间。要是被龙柱挡住了，那就用水平的观测仪器，同样看时间刻度盘。如果时间刻度盘被子午圈挡住了，那就换成弧形的时间刻度盘，再配合水平的观测仪器。测日影的时候，看弧形时间刻度盘显示的时间，再加一个小时就是实际时间了。
接下来是测经度。先找到一个你知道赤道经度的恒星，在它经过子午圈前后。用一个专门的经度测量仪器，把它固定在旋转的赤道环上。然后随便选一个时间，用时间刻度盘，把它固定在赤道环上对应的时间点。把旋转的赤道环固定好，用观测仪器瞄准那颗恒星，然后跟着它向左转。等到你选定的那个时间到了，看看时间刻度盘在旋转的赤道环上指到多少度分，那就是太阳的赤道经度。或者，你可以先用时间刻度盘把太阳的赤道经度固定在旋转的赤道环上，然后把选定时间点固定在赤道环上。等到你选定的时间到了，用四个圆环的观测仪器测量月亮或星星的位置，然后看时间刻度盘在旋转的赤道环上指到多少度，再加180度，就是你测量的星体的赤道经度。
要测两个天体之间的经度差，把平行线经度测量仪器固定在旋转赤道环的起始位置。一个人用这个仪器和它的辅助工具瞄准西边的天体，跟着它向左转；另一个人用四个圆环的观测仪器瞄准东边的天体。然后看看时间刻度盘在旋转赤道环上指到多少度分，那就是这两个天体之间的赤道经度差。
最后是测纬度。只要你测出了经度，顺便看看纬度刻度盘在四个圆环上指到多少度分，那就是赤道纬度。如果遇到什么障碍，就按照测量时间的方法来调整。如果要测靠近北极星的星体，那就用水平的弧形观测仪器。
