1.浑仪
浑仪（图3-7）是一个天文观测校时装置，以天运环带动天球坐标系（三辰仪）在固定的地平坐标系（六合仪）内随天球运转，而窥管是附随在天球坐标系下的动坐标系（四游仪），可测得任一天体的位置，每逢正午可与圭表配合以校正时间。
图3-7 水运仪象台的浑仪（苏颂，1983）85
2.浑象
浑象（图3-8）是一个天文演示装置，以赤道牙距或天运轮带动天球仪运转，以演示天球的运动，并提供浑仪观测时的参考。
图3-8 水运仪象台的浑象（苏颂，1983）98
3.报时系统
水运仪象台的报时系统是由昼夜机轮与五层木阁所组成，如图3-9所示，整个系统是一具有高度科学性与艺术性的工程设计，是中国古代机械钟的典型报时装置。以下说明其构造：
昼夜机轮是水运仪象台报时系统中的六接头杆件，具有两个齿轮副、两个凸轮副、两个旋转副，如图3-9A。为糅合当时三种时制，并以形象和声乐自动报时，昼夜机轮共有八重轮，依次为天轮、拨牙机轮、昼时钟鼓轮、时初正司辰轮、报刻司辰轮、夜漏金钲轮、夜漏更筹司辰轮、夜漏箭轮。以上八重轮并贯以机轮轴，上以天束束之，下以铁枢臼承之；其中，拨牙机轮，见图3-10A2，由传动齿轮与天柱中轮啮合，是报时系统输入端，承接擒纵调速器的动力与运动。天轮、昼时钟鼓轮、夜漏金钲轮都是输出端，天轮是以一个齿轮副将动力传到浑象使其能随天运转，见图3-10A1。昼时钟鼓轮和夜漏金钲轮是以一个凸轮副作动在木阁上之敲击机构，以按时刻报时。机轮轴与天束和铁枢臼的接头皆属于旋转副。天束是由两块具有半圆缺口的横木组成，用来夹持机轮轴之支撑架。枢臼是承机轮轴之纂，两者材质皆为铁制，组成一自动对准锥形轴颈轴承。
五层木阁是水运仪象台的报时显示台，如图3-9B，每“层皆有门，以见木人出入”（苏颂，1983）113。
图3-9 水运仪象台的报时系统（苏颂，1983）115
第一层木阁开左中右三门，固定站立三个着不同颜色服饰的司辰木人，每一木人各具有一连杆机构的活动手臂，与均时转动的昼时钟鼓轮上三组拨牙杆分别作动，是一种凸轮拨击报时装置。昼时钟鼓轮，如图3-10B1，其上三组拨牙杆的时序和配置是与每时初、每时正、每刻及拨牙机轮之六百牙距相对应。因此，每时初，则服绯司辰于左门内摇铃；每刻至，则服绿司辰中门内击鼓；每时正，则服紫司辰右门内扣钟。
第二层只在正中开一门，内为昼夜时初正司辰轮，如图3-10B2，在其轮辋边立有二十四个司辰木人，手执时辰牌，牌面依次书写十二时之初正，且与拨牙机轮之六百牙距相对应。因此，每时初，则服绯司辰执牌出报；每时正，则服紫司辰执牌出报。(www.xing528.com)
第三层亦在正中开一门，内为报刻司辰轮，图3-10B3，在其轮辋边立有九十六个司辰木人，手执时辰牌，牌面依次书写十二时中百刻，亦与拨牙机轮之六百牙距相对应；每刻至，则服绿司辰执牌出报。
木阁第四、第五层正中各开一门，是与夜漏金钲轮、夜漏更筹司辰轮、夜漏箭轮专司夜间更点制的报时装置。
第四层击钲木人固定在正中门内，和第一层木人动作相似，与夜漏金钲轮（图3-10C1）之拨牙于每日入、昏、五更、待旦、晓、出日报时，以应第五层出报之司辰。亦是一种凸轮拨击报时装置。
第五层内为夜漏更筹司辰轮，如图3-10C2，其轮辋边计有三十八木人着三种不同颜色服饰根据夜漏箭轮各箭之数值，分布于司辰轮之相对位置以出报夜间更筹。“其日入，服绯司辰出报。昏二刻半，服绿司辰出报。更有五筹：初一筹，服绯司辰出报；更初余四筹，服绿司辰各出报。凡五更，总司辰二十有五。待旦十刻，服绿司辰各出报。晓二刻半，服绿司辰出报。日出，服绯司辰各执牌出见于中门之。”
1958年王振铎在水运仪象台的复原工作中，将夜漏箭轮上的箭筹视为夜漏金钲轮的拨牙，且在轮辋上设有三组孔洞，各依夏至、冬至、春秋二分来分度，并按季节来分组插入更筹箭杆。这样的工作存在一些问题：第一，夜漏金钲轮机构变复杂了，且夜漏箭轮似乎是多余的；第二，只将一年更点制分四个时期，已不能反映实际天象，这和整台机器表现出来的科学精神极不协调。而后来的学者亦未跳出王振铎的水运仪象台模型，使其与原书图文相较，常不能自圆其说。
根据漏刻制度的使用，夜漏箭轮乃是一个数据库，其上置有六十一支更筹箭。因夜间更点制为一浮动纪时方式，随四时节气变化，夜有长短；因此，一年有365.25日，设六十一支箭，约六日用一支箭。
箭之长短可与夜之长短同比例，以利辨识。箭上主要是书写该箭代表之时期和该时期之日出日入之时刻、每更为几刻几分、每筹为几刻几分。因此，夜漏金钲轮上之拨牙位置和夜漏更筹司辰轮上木人位置，可根据在夜漏箭轮之相对应的箭筹上资料，随节气更换，极为便利。如此，不但符合原文记载，亦符合水运仪象台的科学精神。古代漏刻制，先后采用四十一支箭和四十八支箭，这里用六十一支箭，可见苏颂等对时间精度的要求较高。
图3-10 昼夜机轮（苏颂，1983）117-122
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