簡儀的設置－正方案與定極環的運用

簡儀最重要的觀測設計近似今日赤道儀的原理，因此在設置簡儀的時候，必須完成：水平、正對北方、以及對準天極（天球北極）三個步驟，利用了底座水渠、正方案與定極環的設計。

簡儀底座上的水渠，就是用來測定簡儀的擺置是否為水平。只要將水渠內注滿水，如果底座各個方向的水渠都是滿水，就代表簡儀已經水平擺置。如果簡儀不是水平的，就會有某些方向的水位低於水渠邊緣，此時就要再調整簡儀不同方向的高低位置。

簡儀原本設計校準北方用的儀器是正方案，正方案的中央放置一根棒子（臬）。並以中央為圓心，在正方案表面畫出許多半徑不同的同心圓。當太陽照射到中央的棒子形成日影時，就將日影的頂端記錄在正方案表面。一天之中日影最短的時刻是正午，選擇正午以前和正午以後各一個日影，日影端點的位置正好在同一個同心圓上的當作一組。將這一組日影的兩個端點相連，連線的方向就是東西方向；連線的中點與圓心的連線就是南北方向。

簡儀後方（圖中紅色方塊所標示位置）原本是正方案的位置（圖左下），目前是複製後改放的日晷（圖右下）。

選擇正午前和正午後，兩個標記在同一個同心圓上的不同標記，兩個標記的連線就是東西方位。

這種量測方式的原理，是利用不同時間的日影端點落在同一個同心圓時，意味這二個時間點的日影長度是相同的，也就意味著這兩個時間點太陽位在東南方、西南方天空與正南方的夾角相同，因此將兩個日影端點相連後，連線的方向就是東西方向。

由於日影的判讀無法非常準確，但一天當中可以找出許多組位在不同的同心圓端點，不同天又可以再進行量測。多天之後將所有的記錄平均，就可以降低誤差，找出最精確的方位，讓簡儀正對北方。

目前科博館的簡儀是以日晷來做為校準方位的儀器，日晷校準的原理是根據太陽每日都在偏南的方向升起及落下（以簡儀原本設置的地點－北京為基準），因此當一天當中日晷影子最短的時刻當作正午，此時太陽所在位置應該是在正南方，則日晷影子所指向的方向就是在正北方。如果能夠經過多日觀測的校準，一樣可以降低方位的偏差，但準確性北正方案略低。

由於簡儀的製作是根據觀測地點大都（今日北京）的緯度（大約北緯40度）所製作，因此四遊儀的轉軸與地面夾角已經是固定的角度（40度）。當簡儀完成水平擺置並面向北方後，理論上四遊儀的轉軸已經對準天極（天球北極），與天空星體旋轉的轉軸（也就是地球自轉軸）的方向平行。但簡儀仍舊設置了進一步校準的設備，規環和定極環。

當觀察者所在的緯度不同時，看到天極（天球北極）的角度與天上星體運行的軌跡也不同。圖左是個站在北緯40度左右的觀察者，右圖是將觀察者所在的位置轉成水平，可以看出觀察者所看到天極的位置與星空軌跡其實是傾斜的。

以定極環進一步校準天極
規環和赤道環彼此平行，四遊儀的轉軸就是連結規環的中心和赤道環的中心，這個轉軸也就相當於赤道儀的極軸。在規環的上方，設置了一個定極環，定極環中央十字結構的周圍是鏤空的。在靠近赤道環這一端則設置一個銅錢（科博館的簡儀沒有看到這個設置），銅錢中央一樣有個開孔。定極環中央十字和銅錢中央的圓孔相連的軸線（下圖中黑色虛線），和四遊儀旋轉的軸心（極軸）平行。利用銅錢和定極環對準天極，就可以進一步校準極軸。