渾儀是中國古代用於測量天體球面坐標的觀測儀器。它是由一重重的同心圓環構成，整體看起來就像一個圓球。有資料表明，在公元前4世紀中葉，中國就已經使用渾儀觀測天象了，比古希臘早約60年。

渾儀的最基本構件是四遊儀和赤道環。四遊儀由窺管和一個雙重的圓環組成。窺管是一根中空的管子，類似於近代的天文望遠鏡，只是沒有鏡頭。

雙重圓環叫四遊環，也叫赤經環，環面上刻有周天度數，可以繞著極軸旋轉，窺管夾在四遊環上，可以在雙環裡滑動。轉動四遊環，並移動窺管的位置，就可以觀測任何的天區。赤道環在四遊環外，上亦刻有周天度數，固定在與天球赤道平行的平面上。這樣，就可以通過窺管觀測到待測量的天區或星座，並得出該天體與北極間的距離，稱"去極度"，以及該天體與二十八宿距星的距離，稱"入宿度"。去極度和入宿度是表示天體位置的最主要數據。

一、多重環結構

渾儀的改進和完善，經歷了一個由簡而繁，而又由繁而簡的歷程。從漢代到北宋，渾儀的環數不斷增加。首先增加的是黃道環，用以觀測太陽的位置。接著又增加了地平環和子午環，地平環固定在地平方向，子午環固定在天體的極軸方向。這樣，渾儀便形成了二重結構。唐代起，渾儀又發展成三重結構。最外面的一層叫六合儀，由固定在一起的地平環、子午環和外赤道環組成，因東西、南北、上下6個方向叫六合，故名。第二重叫三辰儀，由黃道環、白道環和內赤道環組成，可以繞極軸旋轉。其中白道環用以觀測月亮的位置。最裡層是四遊儀。北宋時，又增加有二分環和二至環，即過二分(春分、秋分)點和二至(夏至、冬至)點的赤經環。

二、簡化、分立

南京紫金山天文台的明朝渾儀多重環結構的渾儀雖是一傑出的創造，在天文學史上也起過重要的作用，但其自身也存在著兩大缺陷。一是要把這麽多的圓環組裝得中心都相重合，十分困難，因而易產生中心差，造成觀測的偏差。一是每個環都會遮蔽一定的天區，環數越多，遮蔽的天區也越大，這就妨礙觀測，降低使用效率。

為解決這兩個缺陷，從北宋起即開始探索渾儀的簡化途徑。這個渾儀改革的途徑由北宋的沈括開辟，元代的郭守敬完成。沈括由兩個方面進行改革，一是取消白道環，借助數學方法來推算月亮的位置;一是改變一些環的位置，使遮蔽的天區盡量減少。

郭守敬取消了黃道環，並把原有的渾儀分為兩個獨立的儀器，即簡儀和立運儀。

1、簡儀

簡儀由四遊儀、赤道環和百刻環組成。赤道環的位置移至旋轉軸的南端，這一方式，至今在各國的天文台上安裝望遠鏡時，還廣泛地被采用。百刻環的安裝是一創新，環上等分成100刻，分為12個時辰，每刻又分作36分。

它固定在赤道環內，既可承托赤道環，又可得到真太陽時的讀數。四遊儀窺管兩端各設有十字線，這是後世望遠鏡中十字絲的肇始。

2、立運儀

立運儀與簡儀裝於同一底座上，由兩個圓環組成。一個是平鋪的"經緯環"，代表地平環，環面上刻有方位。一個是"立運雙環"，中夾有窺管，可測量天體的地平經度和緯度。

簡儀和立運儀的設計和製造，在世界上領先300多年。近代天文台的赤道裝置，測量儀器經緯儀等，都可從中找到其原始形態。

中國古代渾儀采用的是赤道坐標系統，比西方采用的黃道坐標系統要先進得多，已為各國天文台所廣泛采用。

人們還可以在南京紫金山天文台，看到明代正統二年到七年(1437~1442)間製造的渾儀和簡儀。