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中国第一位拥有私车的人是谁?当然是黄帝。《史记·天官书》载：斗为帝车。斗即北斗七星。其中，天玑、天枢、天璇、天权构成豪华车身，玉衡、开阳、摇光三星为柄，构成手柄式制动装置。可以想象我们的老祖宗驾驶北斗星牌小车的雍容仪态。黄帝本人就是车的发明者。《古史考》写得明明白白：黄帝作车，引重致远。也难怪黄帝就叫轩辕氏：横木为轩，直木为辕。
可是仅拥有交通工具，而没有GPS卫星导航系统，黄帝还是在与气象武器专家蚩尤的战斗中吃了大亏。《通鉴夕院》载：蚩尤为雾，军士昏迷。亏得九天玄女及时下凡，赠给黄帝一本《阴符经》，意译为今文大抵是“机械工程技术原理”。黄帝因而凭借自己在机械制造上的造诣，及仙人的友情援助，“作指南车以示四方”，这才艰难地击败了蚩尤。
既有这么一位发明家祖先，中华民族历史上涌现的机械制造上的天才自然是浩如繁星。有意思的是，如果把“能否复制出轩辕指南车”作为考核一个人制造才能的前提条件的话，则恰好筛选出三位最优秀的机械制造大师：张衡(见图1)、马钧、祖冲之。而他们的人生经历也基本相似。均出身簪缨世家，少年受过良好教育，却平生不得志，官不及郎。其中，张衡、马钧并称木圣。张衡与祖冲之均是“数术穷天地，制作侔造化”的全才科学家，尤以集数学、天文、地理、文学之大成者张衡在机械制造与发明上最具代表意义。
一、指南车
指南车(如图2)与指南针、司南这种磁性指南器的工作原理完全不同，其核心机枢是一组传动齿轮系。与其相比，指南针在技术含量上反而要逊色不少。
《宋书·礼志》载：指南车，其始周公作，张衡始复创造。张衡凭什么能第一个复制出轩辕指南车呢?关键在于张衡掌握了“三轮自转”的古老制造技术。史载：张衡尝作木鸟，假以羽翮，腹中施机，能飞数里。这里的“机”指的就是传说中的三轮自转。这项技术可能肇始于鲁班。因为《墨子·鲁问篇》载：公输子削竹木为鹊，鹊成而飞，三日不下。公输子自以为至巧。张衡显然继承了这一“至巧”技艺。至于他是否发展了飞行斜面原理、应用了螺旋桨形式以及设计的是扑冀机还是滑翔机不得而知。对于这一门技术，张衡本人也是颇为得意的，他曾说：“曾何贪于支离，而习其孤技邪?三轮可使自转，木雕犹能独飞。”表明他与古代著名工程学家支离的师承关系。
何为三轮?翻译成现代的名词术语当为：圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆。圆柱齿轮用于平行两轴之间的传动；锥齿轮用于相交两轴之间的传动；蜗轮与蜗杆用于交叉两轴之间的传动(如图3)。古人并未为我们留下设计图纸，但是我们可以从张衡的另一项制造里找到这三种传动齿轮的渊源。那就是计里鼓车(如图4)，相当于现代汽车上的：里程表。这种车正是利用一组变速齿轮把大车转动时车轴的运动传递到一个木人的手臂上，使它过一里路时敲鼓一下，每行十里击钟一下。很难想象这样一种复杂的机枢若没有上述三种齿轮系将如何动作。
在计里鼓车的基础上复制出指南车，从技术水平的层面上讲应是真实可信的。指南车是如何永远指南的呢?从《宋史·舆服一》的详细记载中我们得知，关键在于离合式传动轴的作用。当指南车由正南方向转向东时，车辕前端向左移动，而后端就向右移动，即将右侧移动齿轮放落，使车轮的转动能带动木人下面的大齿轮向右转动，恰好抵消车辆向左转弯的影响，使木人手臂所指方向不变，仍指向南方。当指南车向正南方向行进时，车辆和木人下面的大平轮是分离的，因此木人不受车轮转动的影响。
但是这里面并没有应用到三轮自转装置，而是一套寓合传动齿轮系。显然，张衡复制的指南车应当不是基于这种差动原理，轩辕指南车也肯定不是这样指南的。因为这种指南方式须要首先校准南北方向，而且车轮不能离开地面。黄帝的部队已经在蚩尤的气象武器攻击下迷失了方向，即使发明了离合传动指南车也完全找不到北，除非在造就指南车的那一刻，木人的手臂恰是指南的。而且，在仓促的行军中，车轮难免会悬空，只要车轮在悬空的状况下外力使车身调转一个角度，指南就会出现差错。这种导航显然不能应用到军事作战上，当外国使节拜谒时于皇宫大殿上炫耀之以壮天国之威倒是可以的。
读者朋友如果是个军事迷，就一定对制导武器有一定了解。但我若是说导弹上应用的惯性制导原理可以在张衡复制的轩辕指南车里找到雏形，你可能不信。
制导技术中的一个关键设备是陀螺仪。陀螺仪是在动态中保持相对跟踪状态的装置，广泛用于航空、航天、航海的导航系统和稳定装置中。若是西汉的丁缓活到今天，他定会对军事大国纷纷侵害自己的发明专利权而愤愤不平——陀螺仪怎么看也就是一个复杂一点的“被中香炉”罢了(如图5)。被中香炉是一种“常平架”的装置，它由内外两个金属环组成，两环用转轴联结，外环又通过另一转轴与外架联结。当将香炉中的檀香木块点燃后，可以把香炉随便放进被子里，不仅不会烧坏被子，连香炉灰也不会洒出来。
陀螺仪(如图6)的名字很形象，它利用的正是陀螺高速旋转不倒的原理。当其自转轴偏离铅直方向时，陀螺受自身重力矩的作用，产生进动，使自转轴向重力矩方向靠拢，这一回转力矩作用使得陀螺在重力作用下不会倾倒。
而如果在一个水平轴支起的轻框架上安装一个自旋着的平衡圆盘，整个装置又装在以稳定角速度转动的台上。根据进动原理，自转轴将向竖直方向靠拢。先是做简谐振动，这种振动很快在轴承的摩擦作用下消失，而沿转台的轴向稳定下来。而地球就是一个以1700公里／小时速度旋转的大转台。所以将这个水平轴安装在轮船或是车上，自转轴将稳定地指向南北方向。这是真正的指南，指向地理南北极，不若指南针指向的是磁极。
尽管陀螺仪与被中香炉的结构与原理相似，但不得不承认，丁缓是无法打赢这场侵权官司的。因为他缺少一门核心技术：使平衡圆盘自旋。但这对张衡不构成“技术壁垒”。
丁缓是西汉人，张衡生活于东汉，在香炉的常平架结构的制造水平上应有理所当然的技术遗传，甚至还有进化。丁缓的被中香炉没有用到一个齿轮，而从计里鼓车的原理知，张衡对三种不同的齿轮传动方式了然于心。至于自旋，前文已述，张衡已经掌握三轮自转的技术，其动力可能来自植物纤维的弹性势能，也可能是车轮的带动。
二、侯风地动仪
众所周知，张衡的成名作是侯风地动仪(如图7)，巅峰作是浑天仪。一地理，一天文，充分展示了他经天纬地之才华。这两项仪器历经数代科技专家的呕心沥血研究，仍然未能完整的复制出其构造。现在广为人知的一个地动仪模型，是著名学者王振铎先生制造的。他按照“中有都柱，傍行八道，施关发机”的十二字描述，选取倒立摆结构。这一模型一度深入人心，成为国家地震局的标志。然而，该模型的缺陷是显而易见的： 倒立摆无法排除外界其他垂直震动的干扰。这就难免出现这样的尴尬：当某个方向的铜龙突然轻启双颚，铜丸跌落，蟾口铿然承接。地震局的观测员心一紧，以为是天灾降临，一调查却原是隔壁小夫妻的萧墙之斗。
张衡的侯风地动仪大概不是基于这种浅陋的震感原理。他把地动仪做成酒樽形，这就启发我们联想起墨子发明的瓮式共鸣器。《墨子》载：在城墙根下每隔一定距离挖一深坑，坑内埋置一个容量为七八升的陶瓮。瓮口蒙上牛皮，让听觉敏锐的人伏于瓮上聆听，以判断敌军行动的方位与距离。沈括对这一物理现象的解释为：取其中虚，盖虚能纳声也。他的观点与现代声学知识是一致的。当声音在地面、铁轨、木材等固体中传播时，若遇空穴，则在空穴处产生交混回响，使原来湮没于环境噪声里的声音清晰可闻。这正是利用的共振原理。
地震波有两种形式：体波和面波。其中体波是地震波能量的主要携带者，它又可分为纵波与横波。人们所说的震感是指两次震动，先是一次水平方向上的地面晃动，然后是上下运动为主，夹有水平晃动的振动。这两次振动的间隔取决于你离震源的距离。因为水平波动(7-8公里／秒)的纵波的运动速度快(相对于横波的4—5公里／秒)。张衡韵“中有都柱”应当是对先行到达的纵波进行传感的悬垂摆结构(悬垂摆比倒立摆更精敏，且不受上下振动干扰)。中国地震局经过立项研究，做了一系列理论计算、稳定性对比、历史地震资料研究及模拟分析，最为重要的工作是到洛阳对历史上摆放地动议的地点进行实地勘测以及计算地动仪核心部件都柱的尺寸和重量，目的在于探求张衡侯风地动仪的固有频率的频谱结构。据此，可望在不久的将来准确复原地动仪，把一个传奇变为一种传承。
三、浑天仪
张衡制作的浑天仪(如图8)是一种水动力演示天球星象运动用的表演和观测仪器。基于张衡主张的浑天宇宙观，故名之为“浑天仪”。它的前身是浑仪，浑仪的历史可以追溯到石申、甘德时代，因为他们已经使用度为恒星定位。但是张衡的浑天仪，在浑仪的基础上做了十几项改进和多项发明。
《晋书·天文志》记载：张平子(张衡)既作铜浑天仪，于密室中以漏水转之，令伺之者闭户而唱之。其伺之者以告灵台之观天者曰：璇玑所加，某星始见，某星已中，某星今没，皆如合符也……具内外规，南北极，黄赤道。列二十四气，二十八宿，中外星官及日、月、五纬。以漏水转主于殿上室内。星中、出、没与天相应。因其关戾，又转瑞轮冥荚于阶下，随月盈虚，依历开落。
由以上可知，张衡第一个在浑仪上加上了地平环与子年环。天球转动时，球上星体有的露出地平环之上，就是星出；有的正过子午线，就是星中；而没入地平环之下的星就是星没。天球上有一部分星星永远在地平环上转动而不会落入其下，即拱极星。这部分天区限制在一个以北极为圆心、当地纬度为半径的小圆区域内。
张衡的瑞轮冥荚更是一件前所未有的机械装置。所谓冥荚是一种神话中的植物。据说长在尧帝的居室阶下。随着新月的出现，一天长一个荚，到满月时长到15个荚。过了月圆之后，就一天掉一个荚。这样，数一数冥荚的荚数就可以知道今天是在一个朔望月中的哪一天和这天的月相了。所谓“随月盈虚，依历开落”，是一种机械日历。
张衡浑天仪能和自然界的天球的转动配合得丝丝入扣，“皆如合符”，可见浑天仪的转动速度的稳定性之高。而浑天仪是以刻漏的运行为时间基准的。张衡的刻漏技术由此“管”中窥豹，可见一斑。(“管”恰是一种天文观察仪器，安装在浑天仪上，见下文。)
张衡制造的刻漏应当是一种泄水型沉箭式二级刻漏。《张衡漏水转浑天仪制》有几段残文如下：以铜为器，再叠差置。实以清水，下各开孔。以玉虬吐漏水入两壶，右为夜，左为昼。由现代物理学知，滴水蛇速度与管口的水压成正比，而随着水的滴失，水面降低，水滴的滴出速度越来越慢。为了提高滴水的均匀性，张衡采用的改进方法是在滴水器上再加一具滴水器，这样滴失的水可以得到有效补充。至于玉虬，实际上是一种虹吸管，一种充满液体的管子，可以把液体从液压高处越过障碍物传至液压低处，把备用壶里的水引至两壶，无须人工，高效而精确。
“璇玑所加，某星始见”中的璇玑一词似暗藏玄机。这既是北斗七星中的一颗星的名字，又是一项天文观察仪器。《书经·舜典》载：璇玑玉衡，以齐七政。讲的就是通过璇玑玉衡观察天象变化，以谐调帝王的各项行政措施。让人意外的是，它竟是璧和琮这两种玉制礼器的组装。实物证明：带圆孔的天文璧(璇玑，见图9)上附有一两个突出物，外缘雕琢奇特，分为长度相等的三部分，每一部分有缺刻和形状各异的齿排列。琮(玉衡，即是窥管，见图10)是一种外方内圆的玉器，它的作用是消除侧光。夜间通过小孔观察，可用肉眼看到八等的暗星，而平时则只能看到六等星，这正是以管窥天的由来。琮的管口恰可以穿入璧的圆孔。如果把这种天文璧边缘上的缺刻对准主要的拱极星座，则其北极必定居于窥管的中央，而列宿也各就其位，很容易找到。这正是“璇玑所加，某星始见”。璇玑的背面刻有一条水平线及一条与它垂直的单线，这又意味着什么呢?科学家发现，单线代表的是二至圈。在公元前1250年左右(商代)，大熊座。的赤经接近90度，而非今天的163度，则可以由这条单线与通过大熊座。星(位于仪器上一邻近缺刻处)的时圈所成的角度定出璇玑年代。
遗憾的是，张衡浑天仪中最为精巧的动力和传动装置的原理已经无从考究了。张衡写的有关浑天仪蛇文章也只留存片段，这片段中也没有提及动力和传动装置问题。从残文推断它应是由一个水轮带动一组齿轮系统构成。因有记载明言浑天仪是“以漏水转之”，而又有记载明言这漏水又是流入一把承水壶中以计量时间的。因此，就不能把这漏水再用来推动原动水轮，其运作原理也就成了千古之谜。值得一提的是，西方也出现过一种浮子升降钟(anaphoric clock)，它的结构和现代人所设想的浮子一平衡锤一绳索系统浑天仪相仿，不过其中所带动的不是一架天球仪，而是一块平面星图。
中国古代涌现蛇传奇机械制造灿若繁星，但大多一闪而逝化作流星陨落。或毁于兵燹野火，或没于历史尘埃。其实，张衡的制造才华并非凭空的天赋本能，而是与中国汉代以前的民间制造技术一脉相承。如前文所述，张衡的三轮自转技术师自支离，而他设计侯风地动仪采用空瓮共振原理的灵感与墨子颇有渊源。但是这种崇尚机械制造与发明的探索精神在独尊儒术排斥“奇技淫巧”的汉朝被压制了。在西汉桓谭的著作中记载的一个故事颇令人深思。引如下：“扬雄喜欢天文学，常和黄门做浑天的老工匠探讨问题。老工匠说：‘我年轻的时候会制作这种浑仪，但只知道根据尺寸去度分，并不明白其中的道理。后来做得多了，就渐渐懂得它的一切。可是我不久就要死了，我有一个儿子，也很喜欢学习制作这些仪器，他也得重复我多年的经验。不过，到了那时，他也同样是行就将木的人了。’他是话是多么凄惨，又多么好笑啊。”不管觉得好笑的人是扬雄、桓谭(两人均是大天文学家)，还是周围的人，这样的故事在我们看来却怎么也笑不起来。
可是仅拥有交通工具，而没有GPS卫星导航系统，黄帝还是在与气象武器专家蚩尤的战斗中吃了大亏。《通鉴夕院》载：蚩尤为雾，军士昏迷。亏得九天玄女及时下凡，赠给黄帝一本《阴符经》，意译为今文大抵是“机械工程技术原理”。黄帝因而凭借自己在机械制造上的造诣，及仙人的友情援助，“作指南车以示四方”，这才艰难地击败了蚩尤。
既有这么一位发明家祖先，中华民族历史上涌现的机械制造上的天才自然是浩如繁星。有意思的是，如果把“能否复制出轩辕指南车”作为考核一个人制造才能的前提条件的话，则恰好筛选出三位最优秀的机械制造大师：张衡(见图1)、马钧、祖冲之。而他们的人生经历也基本相似。均出身簪缨世家，少年受过良好教育，却平生不得志，官不及郎。其中，张衡、马钧并称木圣。张衡与祖冲之均是“数术穷天地，制作侔造化”的全才科学家，尤以集数学、天文、地理、文学之大成者张衡在机械制造与发明上最具代表意义。
一、指南车
指南车(如图2)与指南针、司南这种磁性指南器的工作原理完全不同，其核心机枢是一组传动齿轮系。与其相比，指南针在技术含量上反而要逊色不少。
《宋书·礼志》载：指南车，其始周公作，张衡始复创造。张衡凭什么能第一个复制出轩辕指南车呢?关键在于张衡掌握了“三轮自转”的古老制造技术。史载：张衡尝作木鸟，假以羽翮，腹中施机，能飞数里。这里的“机”指的就是传说中的三轮自转。这项技术可能肇始于鲁班。因为《墨子·鲁问篇》载：公输子削竹木为鹊，鹊成而飞，三日不下。公输子自以为至巧。张衡显然继承了这一“至巧”技艺。至于他是否发展了飞行斜面原理、应用了螺旋桨形式以及设计的是扑冀机还是滑翔机不得而知。对于这一门技术，张衡本人也是颇为得意的，他曾说：“曾何贪于支离，而习其孤技邪?三轮可使自转，木雕犹能独飞。”表明他与古代著名工程学家支离的师承关系。
何为三轮?翻译成现代的名词术语当为：圆柱齿轮、锥齿轮、蜗轮蜗杆。圆柱齿轮用于平行两轴之间的传动；锥齿轮用于相交两轴之间的传动；蜗轮与蜗杆用于交叉两轴之间的传动(如图3)。古人并未为我们留下设计图纸，但是我们可以从张衡的另一项制造里找到这三种传动齿轮的渊源。那就是计里鼓车(如图4)，相当于现代汽车上的：里程表。这种车正是利用一组变速齿轮把大车转动时车轴的运动传递到一个木人的手臂上，使它过一里路时敲鼓一下，每行十里击钟一下。很难想象这样一种复杂的机枢若没有上述三种齿轮系将如何动作。
在计里鼓车的基础上复制出指南车，从技术水平的层面上讲应是真实可信的。指南车是如何永远指南的呢?从《宋史·舆服一》的详细记载中我们得知，关键在于离合式传动轴的作用。当指南车由正南方向转向东时，车辕前端向左移动，而后端就向右移动，即将右侧移动齿轮放落，使车轮的转动能带动木人下面的大齿轮向右转动，恰好抵消车辆向左转弯的影响，使木人手臂所指方向不变，仍指向南方。当指南车向正南方向行进时，车辆和木人下面的大平轮是分离的，因此木人不受车轮转动的影响。
但是这里面并没有应用到三轮自转装置，而是一套寓合传动齿轮系。显然，张衡复制的指南车应当不是基于这种差动原理，轩辕指南车也肯定不是这样指南的。因为这种指南方式须要首先校准南北方向，而且车轮不能离开地面。黄帝的部队已经在蚩尤的气象武器攻击下迷失了方向，即使发明了离合传动指南车也完全找不到北，除非在造就指南车的那一刻，木人的手臂恰是指南的。而且，在仓促的行军中，车轮难免会悬空，只要车轮在悬空的状况下外力使车身调转一个角度，指南就会出现差错。这种导航显然不能应用到军事作战上，当外国使节拜谒时于皇宫大殿上炫耀之以壮天国之威倒是可以的。
读者朋友如果是个军事迷，就一定对制导武器有一定了解。但我若是说导弹上应用的惯性制导原理可以在张衡复制的轩辕指南车里找到雏形，你可能不信。
制导技术中的一个关键设备是陀螺仪。陀螺仪是在动态中保持相对跟踪状态的装置，广泛用于航空、航天、航海的导航系统和稳定装置中。若是西汉的丁缓活到今天，他定会对军事大国纷纷侵害自己的发明专利权而愤愤不平——陀螺仪怎么看也就是一个复杂一点的“被中香炉”罢了(如图5)。被中香炉是一种“常平架”的装置，它由内外两个金属环组成，两环用转轴联结，外环又通过另一转轴与外架联结。当将香炉中的檀香木块点燃后，可以把香炉随便放进被子里，不仅不会烧坏被子，连香炉灰也不会洒出来。
陀螺仪(如图6)的名字很形象，它利用的正是陀螺高速旋转不倒的原理。当其自转轴偏离铅直方向时，陀螺受自身重力矩的作用，产生进动，使自转轴向重力矩方向靠拢，这一回转力矩作用使得陀螺在重力作用下不会倾倒。
而如果在一个水平轴支起的轻框架上安装一个自旋着的平衡圆盘，整个装置又装在以稳定角速度转动的台上。根据进动原理，自转轴将向竖直方向靠拢。先是做简谐振动，这种振动很快在轴承的摩擦作用下消失，而沿转台的轴向稳定下来。而地球就是一个以1700公里／小时速度旋转的大转台。所以将这个水平轴安装在轮船或是车上，自转轴将稳定地指向南北方向。这是真正的指南，指向地理南北极，不若指南针指向的是磁极。
尽管陀螺仪与被中香炉的结构与原理相似，但不得不承认，丁缓是无法打赢这场侵权官司的。因为他缺少一门核心技术：使平衡圆盘自旋。但这对张衡不构成“技术壁垒”。
丁缓是西汉人，张衡生活于东汉，在香炉的常平架结构的制造水平上应有理所当然的技术遗传，甚至还有进化。丁缓的被中香炉没有用到一个齿轮，而从计里鼓车的原理知，张衡对三种不同的齿轮传动方式了然于心。至于自旋，前文已述，张衡已经掌握三轮自转的技术，其动力可能来自植物纤维的弹性势能，也可能是车轮的带动。
二、侯风地动仪
众所周知，张衡的成名作是侯风地动仪(如图7)，巅峰作是浑天仪。一地理，一天文，充分展示了他经天纬地之才华。这两项仪器历经数代科技专家的呕心沥血研究，仍然未能完整的复制出其构造。现在广为人知的一个地动仪模型，是著名学者王振铎先生制造的。他按照“中有都柱，傍行八道，施关发机”的十二字描述，选取倒立摆结构。这一模型一度深入人心，成为国家地震局的标志。然而，该模型的缺陷是显而易见的： 倒立摆无法排除外界其他垂直震动的干扰。这就难免出现这样的尴尬：当某个方向的铜龙突然轻启双颚，铜丸跌落，蟾口铿然承接。地震局的观测员心一紧，以为是天灾降临，一调查却原是隔壁小夫妻的萧墙之斗。
张衡的侯风地动仪大概不是基于这种浅陋的震感原理。他把地动仪做成酒樽形，这就启发我们联想起墨子发明的瓮式共鸣器。《墨子》载：在城墙根下每隔一定距离挖一深坑，坑内埋置一个容量为七八升的陶瓮。瓮口蒙上牛皮，让听觉敏锐的人伏于瓮上聆听，以判断敌军行动的方位与距离。沈括对这一物理现象的解释为：取其中虚，盖虚能纳声也。他的观点与现代声学知识是一致的。当声音在地面、铁轨、木材等固体中传播时，若遇空穴，则在空穴处产生交混回响，使原来湮没于环境噪声里的声音清晰可闻。这正是利用的共振原理。
地震波有两种形式：体波和面波。其中体波是地震波能量的主要携带者，它又可分为纵波与横波。人们所说的震感是指两次震动，先是一次水平方向上的地面晃动，然后是上下运动为主，夹有水平晃动的振动。这两次振动的间隔取决于你离震源的距离。因为水平波动(7-8公里／秒)的纵波的运动速度快(相对于横波的4—5公里／秒)。张衡韵“中有都柱”应当是对先行到达的纵波进行传感的悬垂摆结构(悬垂摆比倒立摆更精敏，且不受上下振动干扰)。中国地震局经过立项研究，做了一系列理论计算、稳定性对比、历史地震资料研究及模拟分析，最为重要的工作是到洛阳对历史上摆放地动议的地点进行实地勘测以及计算地动仪核心部件都柱的尺寸和重量，目的在于探求张衡侯风地动仪的固有频率的频谱结构。据此，可望在不久的将来准确复原地动仪，把一个传奇变为一种传承。
三、浑天仪
张衡制作的浑天仪(如图8)是一种水动力演示天球星象运动用的表演和观测仪器。基于张衡主张的浑天宇宙观，故名之为“浑天仪”。它的前身是浑仪，浑仪的历史可以追溯到石申、甘德时代，因为他们已经使用度为恒星定位。但是张衡的浑天仪，在浑仪的基础上做了十几项改进和多项发明。
《晋书·天文志》记载：张平子(张衡)既作铜浑天仪，于密室中以漏水转之，令伺之者闭户而唱之。其伺之者以告灵台之观天者曰：璇玑所加，某星始见，某星已中，某星今没，皆如合符也……具内外规，南北极，黄赤道。列二十四气，二十八宿，中外星官及日、月、五纬。以漏水转主于殿上室内。星中、出、没与天相应。因其关戾，又转瑞轮冥荚于阶下，随月盈虚，依历开落。
由以上可知，张衡第一个在浑仪上加上了地平环与子年环。天球转动时，球上星体有的露出地平环之上，就是星出；有的正过子午线，就是星中；而没入地平环之下的星就是星没。天球上有一部分星星永远在地平环上转动而不会落入其下，即拱极星。这部分天区限制在一个以北极为圆心、当地纬度为半径的小圆区域内。
张衡的瑞轮冥荚更是一件前所未有的机械装置。所谓冥荚是一种神话中的植物。据说长在尧帝的居室阶下。随着新月的出现，一天长一个荚，到满月时长到15个荚。过了月圆之后，就一天掉一个荚。这样，数一数冥荚的荚数就可以知道今天是在一个朔望月中的哪一天和这天的月相了。所谓“随月盈虚，依历开落”，是一种机械日历。
张衡浑天仪能和自然界的天球的转动配合得丝丝入扣，“皆如合符”，可见浑天仪的转动速度的稳定性之高。而浑天仪是以刻漏的运行为时间基准的。张衡的刻漏技术由此“管”中窥豹，可见一斑。(“管”恰是一种天文观察仪器，安装在浑天仪上，见下文。)
张衡制造的刻漏应当是一种泄水型沉箭式二级刻漏。《张衡漏水转浑天仪制》有几段残文如下：以铜为器，再叠差置。实以清水，下各开孔。以玉虬吐漏水入两壶，右为夜，左为昼。由现代物理学知，滴水蛇速度与管口的水压成正比，而随着水的滴失，水面降低，水滴的滴出速度越来越慢。为了提高滴水的均匀性，张衡采用的改进方法是在滴水器上再加一具滴水器，这样滴失的水可以得到有效补充。至于玉虬，实际上是一种虹吸管，一种充满液体的管子，可以把液体从液压高处越过障碍物传至液压低处，把备用壶里的水引至两壶，无须人工，高效而精确。
“璇玑所加，某星始见”中的璇玑一词似暗藏玄机。这既是北斗七星中的一颗星的名字，又是一项天文观察仪器。《书经·舜典》载：璇玑玉衡，以齐七政。讲的就是通过璇玑玉衡观察天象变化，以谐调帝王的各项行政措施。让人意外的是，它竟是璧和琮这两种玉制礼器的组装。实物证明：带圆孔的天文璧(璇玑，见图9)上附有一两个突出物，外缘雕琢奇特，分为长度相等的三部分，每一部分有缺刻和形状各异的齿排列。琮(玉衡，即是窥管，见图10)是一种外方内圆的玉器，它的作用是消除侧光。夜间通过小孔观察，可用肉眼看到八等的暗星，而平时则只能看到六等星，这正是以管窥天的由来。琮的管口恰可以穿入璧的圆孔。如果把这种天文璧边缘上的缺刻对准主要的拱极星座，则其北极必定居于窥管的中央，而列宿也各就其位，很容易找到。这正是“璇玑所加，某星始见”。璇玑的背面刻有一条水平线及一条与它垂直的单线，这又意味着什么呢?科学家发现，单线代表的是二至圈。在公元前1250年左右(商代)，大熊座。的赤经接近90度，而非今天的163度，则可以由这条单线与通过大熊座。星(位于仪器上一邻近缺刻处)的时圈所成的角度定出璇玑年代。
遗憾的是，张衡浑天仪中最为精巧的动力和传动装置的原理已经无从考究了。张衡写的有关浑天仪蛇文章也只留存片段，这片段中也没有提及动力和传动装置问题。从残文推断它应是由一个水轮带动一组齿轮系统构成。因有记载明言浑天仪是“以漏水转之”，而又有记载明言这漏水又是流入一把承水壶中以计量时间的。因此，就不能把这漏水再用来推动原动水轮，其运作原理也就成了千古之谜。值得一提的是，西方也出现过一种浮子升降钟(anaphoric clock)，它的结构和现代人所设想的浮子一平衡锤一绳索系统浑天仪相仿，不过其中所带动的不是一架天球仪，而是一块平面星图。
中国古代涌现蛇传奇机械制造灿若繁星，但大多一闪而逝化作流星陨落。或毁于兵燹野火，或没于历史尘埃。其实，张衡的制造才华并非凭空的天赋本能，而是与中国汉代以前的民间制造技术一脉相承。如前文所述，张衡的三轮自转技术师自支离，而他设计侯风地动仪采用空瓮共振原理的灵感与墨子颇有渊源。但是这种崇尚机械制造与发明的探索精神在独尊儒术排斥“奇技淫巧”的汉朝被压制了。在西汉桓谭的著作中记载的一个故事颇令人深思。引如下：“扬雄喜欢天文学，常和黄门做浑天的老工匠探讨问题。老工匠说：‘我年轻的时候会制作这种浑仪，但只知道根据尺寸去度分，并不明白其中的道理。后来做得多了，就渐渐懂得它的一切。可是我不久就要死了，我有一个儿子，也很喜欢学习制作这些仪器，他也得重复我多年的经验。不过，到了那时，他也同样是行就将木的人了。’他是话是多么凄惨，又多么好笑啊。”不管觉得好笑的人是扬雄、桓谭(两人均是大天文学家)，还是周围的人，这样的故事在我们看来却怎么也笑不起来。