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　　張衡不但是渾天論的完成者，而且還根據(jù)此種理論和實際天象觀測知識，于公元１１７年在洛陽研制成功了觀察天象的新型儀器——渾天儀。這是世界上第一臺用水力推動的大型天文儀器。
    張衡觀測天象的地方叫靈臺，座落在洛陽平昌門南，靈臺就是當時的天文臺。這里的總管是靈臺丞，屬太史令管轄，上面有候氣的、候風的、候日的、候星的等４０多人，機構龐大，分工細密。張衡利用這一有利條件經(jīng)過了無數(shù)次的觀察、研究、測驗，于公元１１６年（東漢安帝元初３年）首先制作出一個渾天儀的模型叫小渾。
    從《渾天儀圖注》記載可以看出小渾是一個較渾天儀小些的木質(zhì)圓球，在圓球上先畫出一大圓為赤道，再畫一個與之成２４度交角的大圓為黃道，在黃赤道上均分成３６５又1/4刻度，兩者的起始都在冬至點。在赤道北極及其相沖處（即南極），各用針穿一孔，作為圓球旋轉(zhuǎn)軸的兩端。取一長條竹篾，在其兩頭的中央各穿一孔，令這兩孔之間的距離與圓球半個大圓弧的長度相等，將竹篾的兩孔與南北兩極相重合，竹篾則縱貫圓球，這時竹篾兩孔間的連線必與圓球相切合，這是因為從北極到南極針孔中心間也正好等于１８２又5/8度，即半個大圓弧。沿中分線把竹篾削去一半，必須使中分線正好是竹篾兩端孔中心的連線。從冬至點起，令竹篾的中分線沿赤道每隔一度移動一次，每一次均讀出它與黃道相交的度值，就可以得知赤道每增一度時，黃道度或少或多于一度的數(shù)值。這多少之數(shù)即為黃赤道進退數(shù)。赤道度增率大于黃道度增率時，為多，為進數(shù)；；相反，為少，為退數(shù)。這是我國古代量度黃赤道進退數(shù)具體方法的最早、最詳盡的記載。
    小的渾天儀模型制成后，作為試驗，試驗準確了，然后再用銅來鑄成正式儀器。在張衡謹慎、細心操作下，耗費了許多心血，經(jīng)過了一年多的努力，這個儀器終于制造成功了。因為這個儀器是根據(jù)渾天理論來制造的，所以張衡就把那個用竹蔑編成的模型叫做“小渾”，銅鑄的就定名叫做“渾天儀”。張衡的渾天儀在好些地方和近代的假天儀相似，不過近代的假天儀當然比它精密得多。
    張衡制造的渾天儀是依據(jù)渾天原理而制成。其形狀是個球形的東西，相當于現(xiàn)在的天球儀。渾天儀分做內(nèi)外幾層，每層都可以轉(zhuǎn)動，中間有個鐵軸貫穿球心，軸的方向就是地球自轉(zhuǎn)的方向，軸和球體的接觸有兩個交點，即天球上的北極和南極。球的一半隱沒在地平圈的下面，另一半顯露在地平圈上面。在球的表面排列有二十八宿和其它恒星，球面上還有黃道圈和赤道圈，二者成２４度夾角，分列有二十四節(jié)氣。從冬至點起（古代以冬至作為一年的開始），把圓分成３６５1/4度，每度又細分成四個小格。球體外面有兩個圓圈，一個是地平圈，一個是子午圈，外圈圓周長為一丈四尺六寸一分。天軸支架在子午圈上，和地平斜交成３６度，就是說北極高出地平３６度。這是洛陽地區(qū)的北極仰角，也是洛陽地區(qū)的地理緯度。這架儀器的構造，幾乎囊括了當時所有先進的天文學知識。
    為了使渾天儀能夠按照時刻自己轉(zhuǎn)動，張衡又設計了一組滴漏壺。滴漏壺是古代測知時刻的儀器，它用一個特制盛水的器皿，下面開個小孔，水一滴一滴流到刻有時刻記號的壺里，人們只要看到壺里水的深淺，就可以知道是什么時刻。當時沒有發(fā)明鐘表，我們的祖先就用它來測定時刻。張衡運用這個原理，設計了一組滴漏，巧妙地應用兩個壺和渾天儀配合起來，利用壺中滴出來的水的力量來推動齒輪，齒輪再帶動渾天儀運轉(zhuǎn)，通過恰當?shù)剡x擇齒輪個數(shù)，巧妙地使渾天儀一晝夜轉(zhuǎn)動一周，把天象變化形象地演示出來，人們就可以從渾天儀上面觀察到日月星辰運行的現(xiàn)象。
    張衡制成青銅渾天儀后，把它安裝在一間密室里，用流水的力量使它轉(zhuǎn)動。然后，讓一個管理人關閉在室內(nèi)，高聲向站在觀象臺上的觀察者報告說：渾儀上哪一顆星正在升起，哪一顆星正在達到天頂，哪一顆正在落下去。一切都準確地同天象相符。
    在渾天儀和滴漏壺之外，張衡還創(chuàng)造了一種機械日歷，叫做“瑞輪冥莢”?！稌x書·天文志》記載：“至順帝時張衡又制渾象……，以漏水轉(zhuǎn)之于殿上室內(nèi)。星沒，與天相應。因其關戾，又轉(zhuǎn)瑞輪冥莢于階下，隋月虛盈，依歷開落。”冥莢是傳說中的一種樹，每天生一個莢，生到第１５個以后，又每天掉一個莢，掉完以后再重新生長。受此啟發(fā)，張衡創(chuàng)造了瑞輪冥莢，其內(nèi)裝有機關，在一個立軸上裝上十五個具有凸輪作用的撥板，使它們依次分別作用十五個冥莢，各按著應有的時刻升起和降落。然后把瑞輪冥莢放在渾天儀殿房外面階臺旁邊。接聯(lián)到滴漏壺上去，也是利用漏水轉(zhuǎn)動和渾天儀聯(lián)動。它從每月初一起，每天轉(zhuǎn)出一片木葉，到１５日共轉(zhuǎn)出１５片，然后每天再轉(zhuǎn)入一片，依次減少，到月落為止。因為陰歷是和月亮的運行配合的，所以這種儀器不僅可以表示出日期，它還可以表示出月亮圓缺的增減情形，也就是按照陰歷中的朔日、上弦、望日、下弦、晦日等順序，一次又一次地循環(huán)旋轉(zhuǎn)開合著，使人們從瑞輪冥莢上可獲得類似活動日歷的效用。
    總之，張衡的《靈憲》和渾天儀都是我國古代天文學方面極其重要的科學成就。它一方面總結(jié)了古代天文學的珍貴成果和豐富經(jīng)驗，另一方面刻意創(chuàng)新表示了運用科學儀器的卓越典范。尤其是渾天儀，這種精密的科學儀器提供了極其優(yōu)秀的觀察天象的方法，對以后天文學的研究產(chǎn)生了很大的啟發(fā)和借鑒作用。

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