张衡不但倡导浑天說, 而且还在前人的基础上, 着手制造了用於演示浑天思想的的仪器——水运浑象, 這对浑天說得到社会的广泛承认起了重要的作用.张衡所制浑象仪是以一个直径约5 尺的空心铜球表示天球, 上画二十八宿, 中外星官及互成24 度交角的黄、赤道等.紧附在球外的有地平圈和子午圈, 天球半露於地平圈之下, 天轴则支架在子午圈上, 天球可绕天轴转动.水运浑象形象地表达了浑天思想, 并解释了若干天文现象.张衡利用当时已得到发展的机械方面的技术, 巧妙地把计量时间用的漏壶与浑象联系起來, 即以漏水为原动力, 利用漏壶的等时性, 通过齿轮系的传动, 使浑象每日均匀地绕轴旋转一周, 這样浑象也就自动地、近似正确地把天象演示出來.张衡的這项创造是唐宋时代得以进一步改进水运浑象的先声, 在天文仪器史上占有重要的地位.
张衡於公元132 年首创了世界上第一架地震仪——地动仪."地动仪以精铜制成, 圆径八尺, 合盖隆起, 形似酒尊", 里面有精巧结构, 主要是中间的"都柱"(相当於一种倒立型的震摆)和它周围的"八道"(装置在摆的周围的八组机械装置).尊外相应地设置8 条口含小铜珠的龙, 每个龙头下面都有一只蟾蜍张口向上.一旦发生较强的地震, "都柱"因震动失去平衡而触动"八道"中的一道, 使相应的龙口张开, 小铜珠即落入蟾蜍口中, 观测者便可知道地震发生的方向.据史载, 地动仪成功地记录了公元138 年在甘肃发生的一次强震, 证明了张衡所制仪器的准确性和可靠性.
张衡的成就还不限於這些方面.他研究过地理学, 曾绘制了一幅地形图, 流传了好几百年;在数学方面, 对圆周率作过研究, 取用过π 值; = 10 = 3.162 他是当时有名的文学家, 有不少文学著作, 其中以《二京赋》最为出名, 在东汉文学史上有一定的地位;他还是个画家, 曾被人列为东汉6 大名画家之一.
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