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1、地動(dòng)儀：公元132年（陽(yáng)嘉元年），張衡在太史令任上發(fā)明了最早的地動(dòng)儀，稱(chēng)為候風(fēng)地動(dòng)儀。它有八個(gè)方位，每個(gè)方位上均有一條口含銅珠的龍，在每條龍的下方都有一只蟾蜍與其對(duì)應(yīng)。任何一方如有地震發(fā)生，該方向龍口所含銅珠即落人蟾蜍口中，由此便可測(cè)出發(fā)生地震的方向。

2、改進(jìn)版的渾天儀：張衡在西漢耿壽昌發(fā)明的渾天儀的基礎(chǔ)上，根據(jù)自己的渾天說(shuō)，創(chuàng)制了一個(gè)比以前都精確、全面得多的“渾天儀”。漏水轉(zhuǎn)渾天儀是一種水運(yùn)渾象。用一個(gè)直徑四尺多的銅球，球上刻有二十八宿、中外星官以及黃赤道、南北極、二十四節(jié)氣、恒顯圈、恒隱圈等，成一渾象，再用一套轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械，把渾象和漏壺結(jié)合起來(lái)。以漏壺流水控制渾象，使它與天球同步轉(zhuǎn)動(dòng)，以顯示星空的周日視運(yùn)動(dòng)，如恒星的出沒(méi)和中天等。它還有一個(gè)附屬機(jī)構(gòu)即瑞輪冥菜，是一種機(jī)械日歷，由傳動(dòng)裝置和渾象相連，從每月初一起，每天生一葉片；月半后每天落一葉片。它所用的兩級(jí)漏壺是現(xiàn)今所知最早的關(guān)于兩級(jí)漏壺的記載。

3、指南車(chē)：張衡制造的指南車(chē)?yán)脵C(jī)械原理和齒輪的傳動(dòng)作用，由一輛雙輪獨(dú)轅車(chē)組成。車(chē)箱內(nèi)用一種能自動(dòng)離合的齒輪系統(tǒng)，車(chē)箱外殼上層置一木刻仙人，無(wú)論車(chē)子朝哪個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，木人伸出的臂都指向南方。