圭表和日晷
圭表和日晷都是以太陽為觀測對象的計時儀器，結構簡單，發明的年代很早。它們的創製年代，已不可考。現在一般認為，圭表由“表”發展而來，日晷由圭表演變而來。
什麼叫作“表”呢？最初的表就是一根直立於平地上的竿子或石柱，古書中所謂竿、染、臬、髀、碑、禆等， “表”而言。遠古時期，人們通過長期的生活實踐，發現物體（如房屋、樹木等）在太陽光的照射下會投出影子，這些影子的方向和長短隨著時間的推移有規律地變化著，隨著人們對這種規律性的認識，逐漸想到用竹竿或石柱作為專用物體來觀察影子的變化，這樣，就產生了最古老的天文儀表。
“表”的結構雖然簡單，但用途很多。古人根據表投下的影子的方向和長短，可以定方向、定節氣、定時刻、定地域等。這些工作後來在各自的發展過程中，產生出了多種專用儀器和觀測方法。例如，圭表是根據正午時表影長度變化定節氣、定年長的儀器；日晷是利用一日之內表影的方向變化定時刻的專用儀器；元代郭守敬發明的正方案，則是利用表影測定方向的專用儀器。
作為計時儀器的圭表是由“表”發展而來的。圭表由表（即直立於平地上的竹竿或右柱，漢以後改為銅製）和一個正南北方向平放的尺組成。平放的尺叫作“圭”，圭和表相互垂直，組成圭表。最初的圭和表是分開的，人們“立竿為表”，然後用一種叫作“土圭”的量度工具測量影長。後來發現，在中原地區，正午時分表影總是投在表的正北方向，所以人們就采用和表同樣的材料製一平板，一頭放在表基，沿伸向北，並在這條平板上刻鑿尺寸。這樣，正午時表影投到這條平板上，就可以直接從平板上讀出表影的長度值了。因為這條平板所起的作用就是土圭的作用，所以人們把這條平板沿續稱為“土圭”或“圭”。作為整體的圭表始於何時，尚無考證。
圭表的主要作用是通過測量正午時的表影長度來測定節氣和年長。我們的祖先對於夏至日正午表影最短，冬至日正午表影最長這個現象發現的很早，古人把1年中的這種日子稱為至日，甲骨文中，就已經有了“日至”的記載。我國古代就是根據正午時分的表影長短來定至日和節氣，從而測定年長的。大約最晚在春秋中期，利用圭表測量日影，已經成為曆法工作中的重要手段了。使用這種方法測定出的回歸年長度為365（1/4）日。公元前5世紀前後誕生的四分曆，就是以這個數值作為數據的。
古代使用的圭表，一般表高為8尺，這也許是古代圭表的標準高度，這個標準高度大概是周代形成的。除了8尺高表外，曆史上還有過9尺高表，10尺高表。但這些表為數極少。在元代郭守敬之前的圭表，幾乎都是高8尺。趴的郭守敬對圭表的高度大膽地作了革新，他把直立的銅製表身增高到4丈。由於表身的増高，減少了相對誤差，提高了觀測精度。此後，明代萬曆年間，邢雲路在蘭州建造了60尺高的木表，其高度堪稱空前絕後。
利用圭表觀測日影製定曆法，在我國有著悠久的曆史。但現在保存下來的圭表卻寥寥無幾，較著名的有1965年在江蘇儀征縣石碑村東漢墓中出土的一具袖珍式銅圭表。它全長15寸（漢尺），圭和表用軸連接，平時將表放倒，和圭合成一把尺子。從連接軸到圭頂為14寸，表高8寸，是標準銅表表高的1/10。雖然這具袖珍銅圭表隻是一件隨葬品，但是它提供了迄今所知最早的關於圭表的物證。前麵介紹過的河南登封觀星台，是現存的最早的圭表實物，它是郭守敬創製的四丈高表的模式。另外，南京紫金山天文台和北京古觀象台都保存有明清銅製圭表。
日晷起源於圭表，或者說是由圭表演變而來。它主要是用來定時刻的一種計時儀器。我們知道，一年之中，正午時表影每天長短有變化，這是由於地球圍繞太陽公轉造成的，因此用圭表測正午時分的表影影長可以定節氣、定年長；一天之內，表影的方位和影長也在有規律地變化，這是由於地球自轉造成的；日晷就是利用表影的方位變化來測定每天的時刻的。
日晷的主要部件是一根表（稱為晷針）和刻有時刻線的晷麵。日暑按晷麵所放位置不同，可以分為地平日晷、赤道日晷、立晷（晷麵平行於卯酉麵）、斜晷（晷麵置於任何其他方向）等。最常見的是赤道日晷和地平日晷，它們分別可以在故宮博物院和北京天文館見到。
中國傳統的日晷是赤道日晷。赤道日晷是把一根銅製的指針裝在一個石製圓盤（即晷麵）的中心，指針垂直於晷麵，晷麵裝在一個石台上，南高北低，使其平行於赤道麵。這樣，指針的上端正指北天極，下端正指南天極。換句話說，這根指針和地球自轉軸的方向是平行的。圓盤的上、下兩麵各刻有子、醜、寅、卯……等12個時辰，這些刻度是均勾劃分的。太陽正午時，晷針的影子恰好落在正北方向上，也就是午時，即當地的真太陽時12時正。每年春分以後看盤上麵的影，秋分以後看盤下麵的影。