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研创浑天仪
张衡对我国天文学发展的另一杰出贡献在于他创制了浑天仪。张衡设计制作的浑天仪，是为了辅以其天文学说---浑天说。
张衡创制的“浑天仪”是用来演示天体运行的“浑象”，由支架和一个表面遍布星座、直径四尺多的中空铜球组成，类似近代的天球仪，球上刻有二十八宿和中外星官。张衡完成设计后，先用竹蔑做成小仪。他挑选出一些竹片，向外的一面刻上度数，编成圆环，再将多个竹环穿联成仪器模型，经试验确定无误后，放大翻制范模，然后用铜浇制而成。如上所述，浑天仪的主体是一个空心的铜球，直径四尺六寸五分，周长一丈四尺六寸一分。球内有铁轴支持，按天轴方向贯穿球心，与球面的两个交点表示天球的南北极，因而这根铁轴称为极轴，可转动。天球外围正中，有一条表示地平的水平环，还有一对夹着南、北极轴而又与水平环相垂直的子午双环，极轴使支架在子午环上。子午双环正中就是观测地的子午线。球的外表面刻有二十八宿与中外星官。天球转动时，球上星体有的露出地平环之上，意指星出；有的正过子午线，意指星中；而有的没于地平环之下，意指星没。铜球上还刻有黄道圈和赤道圈，相交成二十四度角。其上各有二十四节气刻度，且从冬至点起，列有三百六十五又四分之一度，每度长四分，分为四格，表示太阳每天在黄道上移动一度。
《晋书·天文志》对张衡的浑天仪的运作曾有生动的描述：“张平子既作铜浑天仪于密室中，以漏水转之，令伺之者闭户而伺之。其伺之者，以告灵台之观天者，曰：‘某星始见，某星至中，某星今没＇。皆如合符也。”(大意为：张衡把浑天仪放置在一个门窗皆闭的密室中，用水力带动浑天仪旋转，在屋里的观测者察看浑天仪上的天象变化，告诉同时在外面灵台上观测天象的人说：“某某星已从地平线上出现，某某星已运行到了天空正中，某某星已落下地平线。一内一外，两个人的观测结果完全一致。
张衡将浑天仪、齿轮系统、计时漏壶联结起来。遗憾的是，这种装置的具体情况史书上没有留下记载。但据后人推测，应该是一方面以漏壶记时，一方面将漏壶中的浮子用绳索的一头绕过无球极轴，另一头连接一个平衡锤。当受水时，壶中的水量增加，浮子上浮，另一头的平衡锤则下降。一上一升，绳索带动极轴旋转，使天球转动。不论这种推测是否属实，但公认的是，张衡是利用一种机械装置带动浑天仪运转，以模拟现实天象中星体的运行，而且能够达到很高的精确度，与实际状况符合一致，这在中国天文学及机械学史上是空前的。这种配以刻漏的浑天仪实际上就是一座天文钟和年历，可以说，它是后世机械钟表的肇始，对后世机械钟表的发展的影响意义重大，而它的创制者张衡也堪称钟表制造者的鼻祖，这也是我们中华民族的骄傲。
张衡又创造了“瑞轮荚”这种史无前例的水运机械装置。“荚”是神话传说中的植物，据说它从新月开始，每天长出一片荚，直到满月长满15片。而后每天掉一片荚，到月末掉完，下月初始又重新开始。根据这种完全是出自人们的理想的神话传说中的植物，而张衡却利用机械装置把这种理想变成了现实。“瑞轮荚”是一种轮状物，利用水力转动，从初一起每天转出一片荚；从十六开始每天又转入一片。所谓“随月盈虚，依历开落”其作用相当于今天的钟表的日期显示。
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