卷中的第三部分是介紹四季(春、秋二分，冬、夏二至)昏旦中星，資料分別取自《禮記·月令》的記載、僧一行的觀測和宋代元豐年間的觀測結果，共繪有九幅中星圖。

明代在天文儀器上沒有多大發展，所造的儀器也大多是仿製前代的。明末清初，西方天文學傳入我國，像南懷仁的《靈台儀象志》、《崇禎曆書》等，都大量介紹了西方天文儀器。因此，在天文儀器製造上出現了中西合流的趨勢。

由前面的敘述我們可以看出，至南北朝時期為止，我國的天文儀器有了很大發展，並且出現了許多專著，可惜除了極少部分外，大多都沒能流傳至今。像北朝信都芳寫的《器准圖》，全面介紹了渾儀、候風地動儀、漏刻等天文儀器，且圖文並茂，十分珍貴，也沒有流傳下來。我們今天之所以能了解南北朝以前天文儀器的發展情況，不能不感謝唐代的李淳風，他為我們留下了《晉書·天文志》和《隋書·天文志》兩部重要著作。在兩書《天文志》中，李淳風對前代儀象的發展情況進行了考證和追述，並作了簡要總結。像前趙孔挺的渾儀的詳細記載就見於《晉書·天文志》。由此開始，歷代史書《天文志》都將天文儀器的製造和發展列為重要內容。

蘇頌(公元1020——1101年)，字子容，泉州同安(今福建同安)人，出生於官宦家庭，受過良好的教育。仁宗慶曆二年(公元1042年)中進士，曾擔任過館閣校勘、集賢校理、尚書左丞和尚書右僕射等官職。蘇頌博學多才，對「圖緯、律呂、星官、演算法、山經、本草」等無所不通，曾組織醫官增補《開寶本草》，並著有《嘉祐補註本草》和《圖經本草》等。蘇頌于元祐元年(公元1086年)奉詔「定奪新舊渾儀」。他在前人水運渾象設計的基礎上，提出將渾儀、渾象、報時裝置結合一起用漏水來運轉的設想，並找到了能實現這一設想的吏部令史韓公廉。韓公廉天性機巧，知曉天文，精於算術，在水運儀象台的建造中起過重要作用。水運儀象台建成后，蘇頌就水運儀象台的各部分的形制寫成一部技術專著——《新儀象法要》。該書于紹聖初年完成，呈進宮廷，一直藏於宮廷秘閣，所以極少流傳。宋室南遷后，為重建水運儀象台，曾兩次訪求本書。南宋乾道八年(公元1172年)吳興施元之將此書刻印，方使此書流傳於世。

渾儀和渾象，前者是觀測儀器，後者是演示天象的read.99csw.com儀器，兩者的理論根據都是渾天說，因為它們都是以圓形的天球作為觀測和演示對象。渾儀約創製于公元前4世紀至公元前1世紀之間，據西漢末楊雄《法言》中的記載，漢武帝時落下閎〔hong洪〕曾製造過一架渾儀，另一位天文學家鮮于妄人用它來觀測。一般認為原始的渾儀可能由兩個圓環組成，一個是赤道環，其平面和赤道面平行，上面刻有周天度數；一個是四游環，也叫赤經環，能夠繞著極軸旋轉，上面也刻有周天度數。在四游環上附有窺管，可以繞著環的中心旋轉。旋動四游環和窺管，當窺管指向某待測天體時，它在各讀數環中的位置就是該天體的坐標。為了便於測定太陽的位置，東漢的傅安和賈逵在前人渾儀的基礎上又增設一個黃道環。張衡時又增加了一個地平環和一個子午環，至此，我國古代創製的渾儀就基本定型了。東晉時期前趙孔挺製造的一架渾儀，在渾儀發展中有著重要的地位。這架渾儀去掉了黃道環，使渾儀外重變成由地平、赤道、子午三個相交的大圓環組成的固定骨架；內重的四游環則變成直徑八尺的雙環，雙環直徑中間夾著可以轉動的望筒。孔挺的渾儀是我國最早有詳細結構記載的渾儀。

唐代是我國天文學發展的一個重要時期，在天文儀器的製作上也譜寫了新篇章。在這方面，李淳風也是一個承前啟後的重要人物。他所製造的渾儀又加了黃道圈、白道環，而且根據實際天象，二環位置可以轉換。從李淳風開始，中國傳統渾儀的三重圈結構(即六合儀、三辰儀、四游環)已基本固定下來，成為後代渾儀的定式。李淳風著的《法象志》是一本天文儀器著作，記載了他的研究成果。開元年間，僧一行和梁令瓚〔zan贊〕又造了一架渾儀。這架渾儀在外重的六合儀上去掉赤道而增加了卯酉圈，因而外重為子午、卯酉、地平三圈交合，中間的三辰儀，也由三個大圓構成，赤道上每隔一度打一圓孔，表示赤道與黃道的交點。黃道環根據實際天象放到相應的一對圓孔中固定。這樣的裝置可使黃道在赤道內遊動，故名黃道游儀。一行等人的渾儀達到了完善階段，但其結構的複雜性也達到了高峰。為了實現唐玄宗要求製作更精巧的天文儀器的願望，一行和梁令瓚又研製了「開元水運渾天俯視圖」。這是繼張衡和隋朝耿詢之後的第三架水運渾象。這架渾象在天球外又增套了兩個環，一個環上運行太陽，一個環上運行月亮，並有木人擊鼓敲鐘報時。一些研究人員認為這架水運渾象已使用了擒縱裝置。關於一行等人的工作，《新唐書·天文志》和《舊唐書·天文志》都有記載。

《新儀象法要》一書分上、中、下三卷。卷上主要包括兩部分內容，一是蘇頌所作的「進儀象狀」，二是對儀象台上所用渾儀結構的詳細介紹。在「進儀象狀」中，蘇頌首先敘述了他奉命對當時太史局和天文院所用渾儀進行考察的結果，以及水運儀象台製作的始末。隨後，蘇頌又簡單回顧了自張衡以來的儀象發展史，重點介紹了一行、梁令瓚的開元水運渾天俯視圖和宋初張思訓的太平渾儀。他把古代儀象分作三類，即單純用於觀測的銅候儀，能自動演示恆星中天等天象的渾天儀，以及用以描繪周天星官分佈的渾象(天球儀)，指出新制的水運儀象台汲取了各家儀象之長，以自動裝置聯接渾儀和渾象，達到了「製備二器而通三用」的效果。

元代是我國天文儀器製作的鼎盛時期。在這一時期對天文儀器的研製做出巨大貢獻的功臣當首推郭守敬。他先後設計製造出簡儀、高表、窺幾、仰儀、正方案、玲瓏儀等十幾種新天文儀器，其中最重要、最有獨到之處的是簡儀和高表。為了避免多環遮掩星區，妨礙觀測的弊病，他將傳統的渾儀分解為赤道經緯儀和立運儀兩大部分，並在窺管兩端加上十字絲，創造了結構簡單奇巧，便於觀測，精度更高的簡儀，最終完成了我國渾儀發展史上由繁至簡的改革。高表是郭守敬在前人基礎上的又一大革新。元之前的圭表一般高八尺，而郭守敬大胆地把表高增到四丈，並在表上增一水平橫樑，在圭面上設一利用小孔成像原理製成的景符。當太陽、橫樑和景符小孔連成一線時，圭面上形成的太陽和橫樑的倒影，清晰可見，大大提高了觀測精度。郭守敬創製的天文儀器在當時世界上是領先的，《元史·天文志》中為我們保存了較詳細的資料。

該書卷中介紹台上所用的渾象，包括三部分內容。首先是渾象結構，有圖三幅，仍是按總體到部分一一說明。其次是渾象上的星圖，共計五幅。這五幅星圖可分為兩套全天星圖。一套由一幅圓圖及兩幅連續的橫圖組成，圓圖畫的是以北極為中心的拱極的紫徽垣〔yuan原〕星官，橫圖則以赤道為對稱軸，標畫出恆顯圈到恆隱圈之間的星官。另一套是由兩幅分別以南、北極為中心，以天赤道為邊界的圓圖組成，分別叫做渾象南極星圖和渾象北極星圖。這五幅星圖上共有283官和1464星，是目前我國古代流傳下來的最古老、最完整的星圖之一。經學者們研究計算，認為這些星圖是根據北宋元豐五年(公元九九藏書1082年)在開封實際測量后繪製的，各星座的相對位置準確無誤，是當時世界上最完備的科學星圖。另外在繪圖技術上，它採用正圓柱投影法和天頂等距投影法，都比西方早四個世紀以上。

《新儀象法要》是北宋科學家蘇頌撰寫的介紹中國傳統天文儀器製作的專門性著作，由於圖文並重，也可稱是一本古代天文儀器的專門設計書。該書是中國古代最重要的天文儀器專著之一。

《新儀象法要》的卷下主要介紹儀象台的機械結構和工作原理。機械結構也是從整體到局部，從驅動、傳動及控制裝置，到演示、報時機構一一剖析，分述其構造、形狀、尺寸和功用，並配有插圖25幅。依靠蘇頌的描述，我們知道：這架儀器高約12米，寬約七米，是一座上狹下寬的呈四方台形的木結構建築。它分上、中、下三層。最高層為平台，安放著一台渾儀，渾儀上面還覆蓋著一個「摘脫板屋」，可以根據觀測需要自由啟閉。這是世界上最早具有活動屋頂的天文觀測室，比公元1561年普魯士卡塞爾天文台的活動屋頂要早四個多世紀。儀象台的中層是間密室，放置渾象，與天體同步運轉。下層是報時系統，有五層木閣，層層有門，層層木閣都有木人可以開門而出，隨著渾儀、渾象的運轉，它們或敲鐘，或擊鼓，或搖鈴，或示牌，及時報時。整台儀器以流水作動力，漏壺和機械傳動裝置在木閣後面，通過「天衡」控制，使整台儀器均勻運轉。據學者研究，這個叫「天衡」的裝置是一組槓桿，類似於現代鍾錶中的擒縱裝置。這項發明又比歐洲早了600多年。

在我國歷史上，天文儀器的種類很多，有測角的，有測時的，有演示性的，有的還將幾種儀器聯在一起使用。其中圭表、漏刻、渾儀和渾象是最為常用的。我國最早使用的天文儀器大概是表，也就是《周髀算經》中的「髀」，通過測量表桿影子的變化，可以確定方位、時刻和節令。後來為了提高精度，在表下又加了一個平正的標準尺，這就是《周禮》一書中多次出現的「土圭之法」，所以這種測影儀器又叫圭表。由圭表又發展出多種多樣的測影儀器，如下面裝有羅盤或時間刻度盤等，它們又統稱日晷。秦漢時期就已有了專論日晷的著作，《漢書·藝文志》中記有《大歲謀日晷》29卷、《日晷書》34卷。

《新儀象法要》不僅是一本極為重要的天文儀器著作，同時也是一本機械工程著作，對研究北宋時期的機械技術水平有重要意義。該書中有圖57幅，其中機械插圖採用透視和示意兩種畫法，準確無誤地反映了各種部件的尺寸比例和相互關係，可以說是我國保存下來的最古的完整機械圖紙。這些圖九*九*藏*書和文字說明為我們後人研究這一巨大發明提供了寶貴史料。根據《新儀象法要》一書，1958年中國歷史博物館成功地複原了一架木製的、為原大1/5的水運儀象台模型，1989年北京天文館與福建省同安縣科委合作，再次複製成原大1/8的模型。

和渾儀一樣，渾象的發明也是一個謎，我們只知道西漢宣帝時耿壽昌曾製造過渾象。渾象的基本結構是在一個象徵地平的圈或框中，架著一個可以轉動的象徵天球的大圓球；大圓球上布滿星辰，畫有南北極、黃赤道、恆顯圈、恆隱圈、二十八宿、銀河等等。由於大圓球的轉動帶動星辰也轉，在地平以上的部分就是可以見到的天象了。東漢時期張衡曾發明了用漏壺中的流水推動渾象與實際天象同步運轉的水運渾象，並且附有一個叫蓂莢的機構，是一個自動的機械日曆。《渾天儀注》實際上就是這架儀器的說明書。張衡的發明開創了後代製造自動運轉儀器的先聲。魏晉南北朝時，又造過多架渾象，劉宋元嘉十七年(公元440年)錢樂之造的小渾象，以白、黑、黃三色珠為星，以區別甘德、石申、巫咸三家星官。當陳卓的著作散失后，這是後世記載三家星官的主要依據。

宋元時代是我國天文儀器發展的高峰。宋代從太平興國四年(公元979年)至元祐七年(公元1092年)不到百年內，創製了五大渾儀，每架用銅都達兩萬斤左右，在數量和規模上為歷代王朝之冠。據《宋史》記載，燕肅在公元1031年發明了蓮花漏壺，首次使用了漫流系統，也就是在漏壺上部開孔，使多餘的水由此溢出，以保持水位的恆定。燕肅的發明最終取代了唐宋以來普遍使用的秤漏。宋代對天文儀器的改革是全方位的。1074年沈括向朝廷連上三道奏本——《渾儀議》、《浮漏議》、《景表議》，後人合稱《渾儀浮漏景表三議》。這是中國古代重要的天文儀器專著。在三篇奏本中，沈括回顧了歷代天文儀器製作的歷史及其優缺點，提出了改革建議。如在漏刻上考慮到水流量、水粘滯性、漏管的長度和半徑對計時精確度的影響；在測影時建議把圭表放在密室中，讓陽光從狹縫中穿入，以減少灰塵對陽光的散射。特別是他在渾儀製作上省去了白道環，將黃道環和赤道環固定，減少了多環對天空的遮擋。沈括的這項改革是渾儀由簡至繁，再由繁至簡的一個轉折點。在宋代，曾兩次製造水運儀象，一次是太平興國四年張read.99csw.com思訓的「太平渾儀」，用水銀代替水作為渾儀的動力是他的一大革新。另一次就是蘇頌等人製造的著名的水運儀象台，這是天文儀器史上的一個傑作，其結構蘇頌在《新儀象法要》中有詳細的說明。宋代的天文儀器專著還有許多，光漏刻專著就有近20種，其中南宋顏頤仲的《銅壺漏箭制度》是中國古代流傳至今的所有漏刻著作中最為完整的一部。

漏刻的起源也很早，傳說是黃帝發明的，考古研究認為在公元前三四千年我國就開始使用漏刻計時了。早期的漏刻只有貯水和受水兩個壺，由於結構簡單，所以要許多|人|輪流看守。《周禮》是我國最早提到漏刻的文獻，上面記載掌管漏刻的人員，自挈壺氏以下，有20人之多。後來，人們又在貯水壺上加一個能夠飄浮的小箭，上有刻度，隨水位降低而顯示不同的時間。秦漢時，已有浮箭式漏刻，也就是將有刻度的小箭放在受水壺中，隨著水量增多而逐漸上升。這樣改革，便於在貯水壺中添水，以保持水位和流速的穩定，也為發明多級補償式漏刻創造了條件。多級漏壺，就是用上一級漏壺漏出的水來補充下一級漏壺的水位，使其保持其本穩定，補償壺越多，最下面的漏壺的水位就越穩定，計時也就越準確。東漢張衡《渾天儀圖注》中記「漏水轉渾天儀」里用的是二級漏壺，是我國這項發明的最早記載。漢代專論漏刻的著作還有《常符漏品》和霍融的《漏刻經》等。魏晉南北朝時，漏刻又有重大發展，有許多改進和發明，漏刻專著就有十幾種。晉代孫綽的《漏刻銘》最早記載了三級補償式浮箭漏；梁代陸倕〔chui垂〕的《新漏刻銘》記載了祖暅用龍口承接吐水，避免了水波激蕩，不易讀刻數的發明。公元5世紀，北魏道士李蘭發明了秤漏，即用中國秤稱量流入受水壺中水的重量的變化來計量時間，其詳細結構都記載於李蘭所著的《漏刻法》中。該書中還記有一種稱為「馬上賓士」的漏刻，顧名思義，這是一種攜帶型的漏刻，可以在騎馬出行時計量時間。

在介紹台上所用渾儀結構時，蘇頌先介紹了該儀的總體結構和六合儀、三辰儀、四游儀三個主要組成部分，然後又對三個主要部分的零件一一詳細描述，包括零件的名稱、尺寸與作用等。全部文字共配圖17幅，是現存最詳細最直觀的一部古代渾儀資料。據蘇頌的介紹，這架渾儀上增加了一個「天運環」，它實際上是平行於赤道環的一個齒輪，口徑比赤道環小。天運環由恆定轉速的「樞輪」經過齒輪系統的換向和變速等一系列調節，可以帶動渾儀中的四游環的窺管追隨天體運動，進行跟蹤觀測。天運環的功能與現代天文望遠鏡上的轉儀鍾的功能大體相似，但它的誕生卻比西方出現的轉儀鍾早好幾個世紀。