我國古代先民為了能夠更方便，更精準的觀測天象，發明了一些用於觀測天象的儀器，稱作儀象。實際上，儀和象分別有其含義，其中儀指的是測量天體位置的儀器，而象指的是演示天體運動的儀器。
在介紹儀器之前，我們先介紹一下天文觀測的座標，這樣對後面介紹和理解觀測儀器比較有幫助。
我們在地球上觀測天空，一般來說是把地球作為觀測中心，以一個無限半徑的假想球體作為天球，我們看到的日月星辰的影像都投影到天球上，成為我們看到的星星。將地球的自轉軸延長，在天球上得到兩個交點，北方的是北天極，南方的是南天極。將地球赤道投影到天球上，就叫做天赤道。
一個天體和天赤道之間的角距叫做赤緯，和天極的角距叫做去極度；而天赤道上以春分點作為原點，與春分點的角距叫做赤經。我國古代一般將某顆星與它所在的星宿中的距星在天赤道上的距離，叫做入宿度。我們就是用去極度和入宿度來表示天體在天球上的位置，這種方法類似現在的赤道座標系。注意，這兩個概念在後面的儀器上會用到的。
赤道座標系
太陽在一年時間中會在天球上走過一個圓，這個圓叫做黃道，以黃道為基礎，以黃經，黃緯組成的座標叫做黃道座標系，一般用來測量太陽和月亮的位置。
黃道座標系和赤道座標系
而不管赤道和黃道，就以地平線和天頂作為基準而建立的座標就叫做地平座標，這種座標相對比較好理解和接受，用地平座標表示天體的高度和方位，是最為直觀的。我國古代的地平座標最初只有地平經度，曾廣泛用於測量太陽出沒的方位角上。
地平座標系
在漢代，常用十二地支來表示方位，如子代表正北方，而午代表正南方。更詳細的還會配上四維，八幹，一共是24個方位，四維是用艮表示東北，用巽表示東南，用坤錶示西南，用乾表示西北。而八幹是甲、乙、丙、丁、庚、辛、壬、癸。也就是說，古人所說的方位，是指的某個方位區域，而不具有連續度量的性質，比如說子這個方位，指的是正北方左右一定範圍內，都是子位。
24方位圖
接下來，我們先介紹最早出現於漢代的觀天儀器，渾儀。
渾儀是以渾天說為理論基礎製造出來的測量天體的儀器，渾天說是我國古代出現的一種早期宇宙學說，古人用雙眼來觀察天象，並根據觀測到的天象來構想大地和天空的本源結構，於是慢慢衍生出了渾天說。這種宇宙學說最早認為大地是浮在水面上的，後來又演化為大地是浮在空氣中，可以迴旋浮動。而全天的恆星都分佈於天球之上，日月五星附在天球上按照各自的路線週期運行，這種說法與我們前面說的現代天球概念已經十分接近了。
渾天說的代表書籍是漢代張衡的《張衡渾儀註》，其中有"渾天如雞子。天體圓如彈丸，地如雞子中黃，孤居於天內，天大而地小。天表裡有水，天之包地，猶殼之裹黃。天地各乘氣而立，載水而浮。"的說法。渾天說的天球宇宙的說法比之更早的蓋天說中天是半球形狀的說法更為先進。
張衡渾天說
渾天說的起源可能在戰國時期，到西漢的楊雄提出了"渾天"的說法，而西漢時期的天文學家落下閎則根據渾天說的理論建造了已知最早的渾儀。
由於古代天文學家測量天體的位置，一般用入宿度和去極度來表示的，所以最原始的渾儀可能是由兩個環組成的，一個環是固定不動的赤道環，需要平行於赤道面，在環面上刻有周天度數365.25度。另外一個環是經環，也叫做四遊環，能夠繞著極軸轉動，在四遊環上安裝有觀測用的窺管，也叫望筒，可以理解為現代的望遠鏡，只是沒有光學鏡片，窺管是可以繞著四遊環中心旋轉的。
古人利用赤道座標系來測量恆星位置是很方便的，因為恆星東昇西落的週日運動都是平行於赤道面的。但是如果用這個來測量太陽位置就不太方便了，因為太陽運行的黃道與赤道有一個23.5度的夾角。為了便於測量太陽的位置，東漢的傅安和賈逵就改進了渾儀，增加了黃道環，並在永元十五年（公元103年）製造了名為"太史黃道銅儀"的渾儀。到了張衡時代，渾儀上又增加了地平環和子午環，後魏時期的斛蘭等人在其鑄造的鐵渾儀底座上又設置了
十字水趺，也就是相當於現代的水平儀，可以調整儀器的水平。根據記載，這架鐵渾儀使用了二百多年。經過不斷的發展和改進，到了唐代李淳風后，渾儀的結構基本完善，整個渾儀的結構由外到內分為三組部件。
最外一層環圈叫做六合儀，作為主體的支架，由四環三圈組成。我們一般將銅製的圓環構件稱為環，與它相應的天球座標系中的基圈稱為圈，所以四環三圈是說由代表3個基圈的4個圓環組成。
六合儀各部名稱
上圖中水平位置的是代表地平座標系中地平圈的地渾環，在上面刻有方位，來表示方位角。
垂直於地平圈的子午環由兩個並列的環組成，雙環間留有縫隙，用來瞄準子午圈方向的天體，環上也刻有圓周刻度。
與天赤道平行的是赤道環，也稱天常環或百刻環，時刻就是從這個環上讀取的。
這4個環內外徑相等，子午環上下兩側開有孔，為了安裝中、內兩層環系，這兩個孔的連線就是天球的極軸或者叫旋轉軸，地渾環安裝在渾儀的基座上。
渾儀中間一層環系叫做三辰儀，代表赤道座標系中的天赤道圈，兩個赤經圈和一個黃道圈。
三辰儀各部名稱
圖中赤道環與六合儀中的赤道環在同一平面內，可以與三辰儀中的其他環通過赤道環的圓心且與赤道面正交的軸線迴轉，沿赤道環圓周上刻有圓心角，還刻有28宿在天赤道上相對應的位置標記
黃道環與赤道環相交，兩交點對應天球上的春分點和秋分點，在黃道環上也刻有28宿的相應位置標記，有的黃道環是採用平行雙環的樣式，便於觀測太陽在黃道上的位置。
兩個赤經環，也就是圖中的4和5環，一個通過春分點和秋分點，另一個與其垂直，通過夏至點和冬至點。
這4個環連成一體，在天球南北極各有小孔，用兩軸與六合儀連接，可以在六合儀內繞極軸轉動。
渾儀的最內層就是四遊儀了，是由一對靠近的平行雙環及一個觀測用的窺管組成，雙環的外徑略小於三辰儀，可以在三辰儀內轉動。
四遊儀各部名稱
將雙環兩側的小孔套在渾儀兩極的短軸中，雙環及窺管就可以在三辰儀內繞南北天極轉動，雙環的位置如同天球上一個可以轉動的赤經圈。在這個可轉動的雙環中，再轉動窺管，就可以對準天球上任意一個方向的天體了。
四遊環上也刻有度數，在觀測時，先轉動四遊環，可將窺管帶到任意天體的赤經圈上，然後在轉動窺管，從管中看到該天體，這時就可以在四遊環上得到天體的去極度，在外環的赤道環上可以得到天體的赤道度數了。
渾儀組合各部
在我國古代，渾儀的製作和使用是非常重要的，在《隋書 天文志》中，記載了孔挺製造渾儀的詳細記錄，對該渾儀的結構做了非常詳細的描述。
唐代李淳風主持製造的渾天黃道儀，首次在渾儀上增加了白道環，也叫月遊規，用於觀測月亮。但宋代沈括取消了白道環，這是因為隨著觀測天體數量的增加，渾儀變得越來越複雜，而導致了使用上的不便。因此，沈括取消了白道環，而改用計算的方法來確定月亮的位置，這是渾儀發展史上的一個轉折點，進而導致後來簡儀的出現。
目前我國現存的最早的渾儀是明代製造的，是在正統而年（1437年）仿郭守敬設計製造的銅渾儀，現陳列在南京紫金山天文臺。
南京紫金山天文臺明代渾儀
這架渾儀原本安置於北京欽天監觀象臺，後被八國聯軍的德國奪走，直到1921年歸還我國，在1931年被安置於紫金山天文臺。
除此以外，就是位於北京古觀象臺的清代渾儀，是乾隆九年（1744年）製造，名為璣衡撫辰儀，這是我國曆史上製造的最後一架渾儀。
北京古觀象臺清代渾儀
在古代，天文儀器也是政權的表徵，每到改朝換代，都要將前朝的天文儀器帶走，因為這些儀器不但是天文觀測的儀器，還是帝王的重要禮器和祭器。因此，古代這些儀器的發展一直受到官方的控制，難以在民間發展。
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