發展史
水準儀是在17~18世紀發明了望遠鏡和水準器後出現的。20世紀初，在制出内調焦望遠鏡和符合水準器的基礎上生産出微傾水準儀。50年代初出現了自動安平水準儀，60年代研制出激光水準儀。90年代研制出了數字水準儀。曆史上，還有老式的活鏡水準儀等。
儀器原理
微傾水準儀
借助于微傾螺旋獲得水平視線的一種常用水準儀。作業時先用圓水準器将儀器粗略整平，每次讀數前再借助微傾螺旋，使符合水準器在豎直面内俯仰，直到符合水準氣泡精确居中，使視線水平。
微傾的精密水準儀同普通水準儀比較，前者管水準器的分劃值小、靈敏度高，望遠鏡的放大倍率大，明亮度強，儀器結構堅固，特别是望遠鏡與管水準器之間的聯接牢固,裝有光學測微器，并配有精密水準标尺，以提高讀數精度。中國生産的微傾式精密水準儀，其望遠鏡放大倍率為40倍,管水準器分劃值為10″/2毫米，光學測微器最小讀數為0.05毫米，望遠鏡照準部分、管水準器和光學測微器都共同安裝在防熱罩内。
自動安平
借助于自動安平補償器獲得水平視線的一種水準儀。它的特點主要是當望遠鏡視線有微量傾斜時，補償器在重力作用下對望遠鏡作相對移動,從而能自動而迅速地獲得視線水平時的标尺讀數。補償的基本原理是：當望遠鏡視線水平時，與物鏡主點同高的水準标尺上物點P構成的像點Z應落在十字絲交點Z上。
當望遠鏡對水平線傾斜一小角α後，十字絲交點Z向上移動，但像點Z仍在原處，這樣即産生一讀數差ZZ。當很小時可以認為ZZ的間距為α×f′（f′為物鏡焦距），這時可在光路中K點裝一補償器，使光線産生屈折角β，在滿足α×f′=β×S（S為補償器至十字絲中心的距離，即KZ）的條件下，像Z就落在Z點上；或使十字絲自動對儀器作反方向擺動，十字絲交點Z落在Z點上。
如光路中不采用光線屈折而采用平移時，隻要平移量等于Z0Z，則十字絲交點Z落在像點Z上，也同樣能達到Z和Z重合的目的。自動安平補償器按結構可分為活動物鏡、活動十字絲和懸挂棱鏡等多種。補償裝置都有一個“擺”，當望遠鏡視線略有傾斜時，補償元件将産生擺動，為使“擺”的擺動能盡快地得到穩定，必須裝一空氣阻尼器或磁力阻尼器。這種儀器較微傾水準儀工效高、精度穩定，尤其在多風和氣溫變化大的地區作業更為顯着。
激光
利用激光束代替人工讀數的一種水準儀。将激光器發出的激光束導入望遠鏡筒内，使其沿視準軸方向射出水平激光束。
利用激光的單色性和相幹性，可在望遠鏡物鏡前裝配一塊具有一定遮光圖案的玻璃片或金屬片，即波帶闆，使之所生衍射幹涉。經過望遠鏡調焦，在波帶闆的調焦範圍内，獲得一明亮而精細的十字型或圓形的激光光斑，從而更精确地照準目标。如在前、後水準标尺上配備能自動跟蹤的光電接收靶，即可進行水準測量。在施工測量和大型構件裝配中，常用激光水準儀建立水平面或水平線。
數字水準儀是目前最先進的水準儀，配合專門的條碼水準尺，通過儀器中内置的數字成像系統，自動獲取水準尺的條碼讀數，不再需要人工讀數。這種儀器可大大降低測繪作業勞動強度，避免人為的主觀讀數誤差，提高測量精度和效率。
電子
電子水準儀又稱數字水準儀，它是在自動安平水準儀的基礎上發展起來的。它采用條碼标尺，各廠家标尺編碼的條碼圖案不相同，不能互換使用。2013年前照準标尺和調焦仍需目視進行。人工完成照準和調焦之後，标尺條碼一方面被成象在望遠鏡分化闆上，供目視觀測，另一方面通過望遠鏡的分光鏡，标尺條碼又被成象在光電傳感器（又稱探測器）上，即線陣CCD器件上，供電子讀數。因此，如果使用傳統水準标尺，電子水準儀又可以象普通自動安平水準儀一樣使用。不過這時的測量精度低于電子測量的精度。特别是精密電子水準儀，由于沒有光學測微器，當成普通自動安平水準儀使用時，其精度更低。
當前電子水準儀采用了原理上相差較大的三種自動電子讀數方法：
1)相關法（徕卡NA3002/3003）
2)幾何法（蔡司DiNi10/20）
3)相位法（拓普康DL101C/102C）
主要系列
DS03高精密自動安平水準儀
DS03高精密自動安平水準儀是采用内置式的測微平闆結構，采用齒輪直接齧合的測微結構，完全消除了傳統測微平闆結構中存在的行差，讀數由顯示屏上直接顯示，消除了測微尺讀數存在的讀數誤差，儀器采用全密封設計，能有效地防塵防水，密封等級可達IP55；放大倍率和物鏡口徑更大，觀測目标更清晰；補償器的固定采用獲得國家專利的新技術，提高了儀器的可靠性和穩定性。儀器外觀平衡協調，安置穩定，水準器精度更高，居中性能更好。
DS03水準儀是當前唯一能做到批量生産的國産高精密級水準儀，必将以其穩定可靠的性能、高等級的測量精度、獨特新穎的外形結構引領新一代國産高端水準儀的潮流。
DS03高精密自動安平水準儀是内置測微平闆的高精密自動安平水準儀，儀器利用自動補償技術和内置編碼器和數字電路處理的測微系統，并由顯示屏直接顯示測微讀數，直讀0.01mm,精确可靠，最重要的一點是，DS03水準儀1km往返水準測量标準偏差達到0.3mm的水平，在國内所有品種水準儀中是最高的。經測試，1km往返差完全達到國家标準高精密級水準儀的要求。
共同特點
電子水準儀是以自動安平水準儀為基礎，在望遠鏡光路中增加了分光鏡和探測器(CCD),并采用條碼标尺和圖象處理電子系統二構成的光機電測一體化的高科技産品。采用普通标尺時，又可象一般自動安平水準儀一樣使用。它與傳統儀器相比有以下共同特點：1)讀數客觀。不存在誤差、誤記問題，沒有人為讀數誤差。
2)精度高。視線高和視距讀數都是采用大量條碼分劃圖象經處理後取平均得出來的，因此削弱了标尺分劃誤差的影響。多數儀器都有進行多次讀數取平均的功能，可以削弱外界條件影響。不熟練的作業人員業也能進行高精度測量。
3)速度快。由于省去了報數、聽記、現場計算的時間以及人為出錯的重測數量，測量時間與傳統儀器相比可以節省1/3左右。
4)效率高。隻需調焦和按鍵就可以自動讀數，減輕了勞動強度。視距還能自動記錄，檢核，處理并能輸入電子計算機進行後處理，可實線内外業一體化。
應用原理
水準儀适用于水準測量的儀器，中國水準儀是按儀器所能達到的每千米往返測高差中數的偶然中誤差這一精度指标劃分的，共分為4個等級。
水準儀型号都以DS開頭，分别為“大地”和“水準儀”的漢語拼音第一個字母，通常書寫省略字母D。其後"0.5”、“1”、“3”、“10”等數字表示該儀器的精度。S3級和S10級水準儀又稱為普通水準儀，用于中國國家三、四等水準及普通水準測量，S0.5級和S1級水準儀稱為精密水準儀，用于中國國家一、二等精密水準測量：
使用須知
操作要點
在未知兩點間，擺開三腳架，從儀器箱取出水準儀安放在三腳架上，利用三個機座螺絲調平，使圓氣泡居中，跟着調平管水準器。水平制動手輪是調平的，在水平鏡内通過三角棱鏡反射，水平重合，就是平水。将望遠鏡對準未知點（1）上的塔尺，再次調平管水平器重合，讀出塔尺的讀數（後視），把望遠鏡旋轉到未知點（2）的塔尺，調整管水平器，讀出塔尺的讀數（前視），記到記錄本上。
計算公式：兩點高差=後視－前視。
校正方法
将儀器擺在兩固定點中間，标出兩點的水平線，稱為a、b線，移動儀器到固定點一端，标出兩點的水平線，稱為a’、b’。計算如果a－b≠a’－b’時，将望遠鏡橫絲對準偏差一半的數值。用校針将水準儀的上下螺釘調整，使管水平泡吻合為止。重複以上做法，直到相等為止。
保養與維修
1．水準儀是精密的光學儀器，正确合理使用和保管對儀器精度和壽命有很大的作用
2．避免陽光直曬，不許可證随便拆卸儀器
3．儀器有故障，由熟悉儀器結構者或修理部修理
4．每個微調都應輕輕轉動，不要用力過大。鏡片、光學片不準用手觸片
5．每次使用完後，應對儀器擦幹淨，保持幹燥。
使用方法
水準儀的使用包括：水準儀的安置、粗平、瞄準、精平、讀數五個步驟。
1.安置：安置是将儀器安裝在可以伸縮的三腳架上并置于兩觀測點之間。首先打開三腳架并使高度适中，用目估法使架頭大緻水平并檢查腳架是否牢固，然後打開儀器箱，用連接螺旋将水準儀器連接在三腳架上。
2.粗平：粗平是使儀器的視線粗略水平，利用腳螺旋置圓水準氣泡居于圓指标圈之中。具體方法：用儀器練習。在整平過程中，氣泡移動的方向與大拇指運動的方向一緻。
3.瞄準：瞄準是用望遠鏡準确地瞄準目标。首先是把望遠鏡對向遠處明亮的背景，轉動目鏡調焦螺旋，使十字絲最清晰。再松開固定螺旋，旋轉望遠鏡，使照門和準星的連接對準水準尺，擰緊固定螺旋。最後轉動物鏡對光螺旋，使水準尺的清晰地落在十字絲平面上，再轉動微動螺旋，使水準尺的像靠于十字豎絲的一側。
4.精平：精平是使望遠鏡的視線精确水平。微傾水準儀，在水準管上部裝有一組棱鏡，可将水準管氣泡兩端，折射到鏡管旁的符合水準觀察窗内，若氣泡居中時，氣泡兩端的象将符合成一抛物線型，說明視線水平。若氣泡兩端的象不相符合，說明視線不水平。這時可用右手轉動微傾螺旋使氣泡兩端的象完全符合，儀器便可提供一條水平視線，以滿足水準測量基本原理的要求。注意：氣泡左半部分的移動方向，總與右手大拇指的方向不一緻。
5.讀數：用十字絲，截讀水準尺上的讀數。水準儀多是倒象望遠鏡，讀數時應由上而下進行。先估讀毫米級讀數，後報出全部讀數。注意，水準儀使用步驟一定要按上面順序進行，不能颠倒，特别是讀數前的符合水泡調整，一定要在讀數前進行。
