使用时，将窥管对准想要测量的星星，窥管是空心的，指向星星的时候就可以穿过洞看到星星。最内层有刻度，通过窥管指示的刻度，就可以读出天体的赤纬，反应天体在南北方向的位置。
同时，将第二层与最外层按照一定规律对齐，（也就是恒星时，与日期有简单的对应关系），然后最内层在倒数第二层上，在赤道环上就可以读出天体的赤经，在黄道环上就可以读出黄经。这两个量反应东西方向的位置。
我们可以看到浑仪上体现了常用的天文坐标。最外层，地平圈和子午圈，是地平坐标；中间，天赤道，二分圈，二至圈，是赤道坐标，黄道，是黄道坐标。
漏水转浑天仪的妙用
漏水转浑天仪的主体是一个球体模型代表天球。球里面有一根铁轴贯穿球心，轴的方向就是天球的方向，也是地球自转轴的方向。轴和球有两个交点，一个是北极（北天极），一个是南极（南天极）。
北极高出地平面成36度角，这正是当时东汉首都洛阳的地理纬度。在球的外表面上刻有二十八星宿和其它恒星。在球面上还有地平圈和子午圈，天球半露在地平圈之上，半隐在地平圈之上。另外还有黄道圈和赤道圈，互成24度的交角。在赤道和黄道上，各列有二十四节气，并从冬至点起，刻分成三百六十五又四分之一度，每度又分四格，太阳每天在黄道上移动一度。
为了让浑天仪能自己转动，张衡采用齿轮系统把浑象和记时用的漏壶联系起来，用漏壶滴出来的水的力量带动齿轮，齿轮带动浑象绕轴旋转，一天一周，与天球同步转动。这样，就可以准确地把天象的变化表示出来，人在屋子里看着仪器，就可以知道某星正从东方升起，某星已到中天，某星就要从西方落下。
《隋书·天文志》中介绍的东晋时候的前赵的孔挺于光初六年（323年）所作的浑仪是这种仪器结构方面的最早记载。北魏的斛兰于永兴四年（412年）用铁铸浑仪，在底座上添置了十字水跌，用来校正仪器的水准，这又是一个进步。
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四游仪、三辰仪中的窥管
唐代初年，由于工艺水平和科学技术的发展，李淳风进一步把浑合仪由两重改变成三重，就是在六合仪和四游仪之间再安装一重三辰仪。
李淳风把张衡浑仪的外面一层——地平圈、子午圈和赤道圈固定在一起的一层叫做六合仪，因为中国古时把东、西、南、北、上、下这六个方向叫做六合；把里面能够旋转用来观测的“四游环连同窥管”叫做四游仪。
在这两层之间薪加的三辰仪是由三个相交的圆环构成的，这三个圆环是黄道环、自道环和赤道环。黄道环用来表示太阳的位置，白道环用来表示月亮的位置，赤道环用来表示恒星的位置。
中国古时把日、月、星叫做三辰，所以新增的这一重叫做三辰仪。三辰仪可以绕着极轴在六合仪里旋转；而观测用的四游仪又可以在三辰仪里旋转。
现在保存在南京紫金山天文台的明代正统二年到七年（1437年到1442年）间复制的浑仪，基本上就是按照李淳风的办法做的，所不同的是把三辰仪中的白道环取消了，另外加了二分圈和二至圈（过春分、秋分点和冬至、夏至点的赤经圈）。二分圈和二至圈是宋代的苏颂加上去的，白道环是同时代的沈括取消的。
宋代制造的浑仪特别多，北宋从995年到1092年不到百年之中，先后铸成了五架巨型浑仪，每架用铜均达2万斤左右。南宋时期又有多架浑仪问世。这种情况为前代所未见。
沈括取消白道环，是浑仪发展史上的一个转折点，具有重要意义。
在沈括以前，往往是增加一个新的重要天文概念，就要在浑仪上增加一个环圈来表现这个概念，仪器发展的方向是不断地复杂化，仪器上的环越来越多。这样就产生了一个缺点：环圈相互交错，遮掩了很大天区，缩小了观测范围，使用起来很不方便。
为了克服这个缺点，沈括一方面取消白道环，把仪器简化、分工，再借用数学工具把它们之间的关系联系起来（“当省去月环，其候月之出入，专以历法步之”）；另一方面又提出改变一些环的位置，使它们不挡住视线，他说：“旧法黄赤道平设，正当天度，掩蔽人目，不可占察；其后乃别加钻孔，尤为拙谬。今当侧置少偏，使天度出北极之外，自不凌蔽。”（《浑仪议》，见《宋史·天文志》）
沈括把浑仪发展的方向由综合和复杂化改变为分工和简化，为仪器的发展开辟了新的途径。
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郭守敬创制简仪
元代郭守敬于元世祖至元十三年（1276年）创制的简仪在沈括浑仪基础上产生。
简仪不但取消了白道环，而且又取消了黄道环，并且把地平坐标（由地平圈和地平经圈组成）和赤道坐标（由赤道圈和赤经圈组成）分别安装，使除了北天极附近以外，全部天空一望无余，不再有妨碍视线的圆环。
图 现存于紫金山天文台的明正统二年至七年（1437-1442年）制造的简仪的复制品。
可惜的是，郭守敬等创制的简仪，于清康熙五十四年（1715年）被传教士纪理安（1655—1720）当作废铜给熔化了。现今保存在南京紫金山天文台上的简仪，和浑仪一样，也是明代正统年间的复制品。就是这两件复制品也是饱历风霜。
清光绪二十六年（公元1900年）八国联军侵入北京，法军把简仪抢去，运进法国大使馆，过了几年才归还；德军把浑仪运到德国波茨坦，第一次世界大战战败后才归还我国。
1921年浑仪才由欧洲运回北京，1931年又发生了“九·一八”事变，国民党政府又把浑仪和简仪南迁南京。1937年12月南京沦陷，日本侵略军到了紫金山，又把仪身损坏，龙爪砍断，把许多附属仪表和零件弄得荡然无存。
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郭守敬发明的部分天文仪器
《郭守敬传》：“日有中道，月有九行，守敬一之，作证理仪。……历法之验，在于交会，作日月食仪。天有赤道，轮以当之，两极低昂，标以指之，作星晷定时仪。”
工欲善其事，必先利其器。修订历法伊始，郭守敬便提出：“历之本在于测验，而测验之器莫先仪表。”
郭守敬和同事们花费大量时间和精力设计研制出简仪、高表、候极仪、浑天象、玲珑仪、仰仪、立运仪、证理仪、景符、窥几、日月食仪、正方案、丸表、悬正仪和座正仪以及星晷定时仪等十多种仪器仪表。
图 正方案
其中正方案、丸表、悬正仪和座正仪是为了外地观测便于携带，另外郭守敬还绘制了《仰规覆矩图》、《异方浑盖图》、《日出入永短图》，以便在使用上述仪器时互相参考验证，保持了严谨性，《元史》赞这些仪器：“皆臻于精妙，卓见绝识，盖有古人所未及者”。
观测太阳位置的仰仪
郭守敬还设计制造了用于观测太阳位置的仰仪，用针孔成像原理把太阳投影在半球形的仪面上，以直接读出它的球面坐标值。
图 元代郭守敬创制的仰仪
仰仪的主体是一直径约3米的铜质半球面，形如一口大锅仰面朝天，因而得名。在半球的大圆面上，刻着东、南、西、北和十二时辰；半球面上刻着与观测地纬度相应的横纵线网。大圆平面上用纵横相交的两根杆子架着一块小板，板上有小孔。太阳光线通过小孔，在球面上投下一个倒像，映在格网上，可以观测太阳的位置和日食，用来测量太阳的赤经赤纬。
使用仰仪无需用肉眼观测强烈的太阳就能得到它的位置，还可以直接观侧日食的方向、亏缺和时刻。
这让人想到据说西方的亚里士多德的一个光学法则。这个内容放在了《“凸透镜”简单发展演变：摄影、照相机》里。
据说，西元前350年，首位「科学大师」亚里士多德（Aristotle384－322B.C.）在著作中才提到光学法则。他说到一个现象：每逢有日蚀，从筛孔或树叶空隙中，投射到地面的光，是呈月弯形状，尤其是孔越小，光的影像，越明晰清楚。从此，西方人们亦知，光线通过了小孔，会形成影像的光学道理。
倒是有些符合郭守敬发明的仰仪。
夜晚观测辅助仪器—窥几
图 窥几
