後來，古人為了便於觀測太陽、行星和月球等天體，在渾儀內又添置了兒個圓環，也就是說環內再套環，使渾儀成為多種用途的天文觀測儀器。
西漢落下閎、東漢賈逵、唐李淳風等都設計製造過渾儀，陳列於南京紫金山天文台的渾儀是明正統年間所造的。
簡儀
簡儀是我國古代的一種天文觀測儀器，元初天文學家郭守敬創製。因是將結構繁複的唐宋渾儀加以革新簡化而成，故稱簡儀。
簡儀與渾儀一樣也用於測量天體的位置，但是，渾儀的結構比較繁雜，觀測時經常發生環與環相互交錯阻擋視線的現象，使用極不方便。郭守敬將渾儀簡化為兩個獨立的觀測裝置，安裝在一個底座上，每個裝置都十分簡單實用，而且除北極星附近以外，整個天空一覽無餘。
簡儀的主要裝置是由兩個互相垂直的大圓環組成，其中的一個環麵平行於地球赤道麵，叫做“赤道環”；另一個是直立在赤道環中心的雙環，能繞一根金屬軸轉動，叫做“赤經雙環”。雙環中間夾著一根裝有十字絲裝置的窺管，相當於單鏡筒望遠鏡，能繞赤經雙環的中心轉動。觀測時，隻要將窺管對準某顆待測星，就可以在赤道環和赤經雙環的刻度盤上直接讀出這顆星的位置值。有兩個支架托著正南北方向的金屬軸，支撐著整個觀測裝置，使這個裝置保持著北高南低的形狀。簡儀是我國首先發明的赤道裝置，要比歐洲人使用赤道裝置早500年左右。
簡儀的結構，不僅在當時居於世界領先地位，而且也是現代赤道式天文望遠鏡的鼻祖，這是我們的先人對世界天文學的一個重大貢獻。非常可惜的是，郭守敬創製的簡儀，1715年（清康熙十四年），竟被在欽天監任職的法國傳教士紀理安當作廢銅熔化了。簡儀比西方丹麥天文學家第穀（Tycho Brahe）的同類儀器早300多年。
最早的天象記錄
古代中國的天象記錄，堪稱世界一絕，擁有一係列堪稱世界之最的獨家文獻。天象，泛指各種天文現象，如太陽出沒、行星運動、月相變化、彗星、流星、流星雨、隕星、日食、月食、極光、新星、超新星、月掩星、太陽黑子等。中國早在4000年前就注意觀測和記錄天象，此後曆代的天文官和民間的天文學家也都始終注重觀測天象。中國古代的天象記錄內容豐富、資料翔實，在世界上是獨一無二的。
日食是人們最為關注的異常天象。夏代，我國已經很重視天象的觀察，“觀象授時”成為一種國政。據《尚書·夏書》記載，夏代仲康時期，負責觀測天象的官員羲和失職，沒能及時預告日食，以致當這次日食現象出現時，人們不知發生了什麼怪異的事變，驚慌失措，亂成一團。這次日食約發生在公元前2137年10月22日，是天文學家公認的世界上最早的日食記載。
彗星是繞太陽運行的雲霧狀的小天體，有很長的尾巴，俗稱掃帚星。中國古代還有孛裏、妖星等幾十種稱謂。西漢的馬王堆彗星圖說明，2000多年前中國已有了認真的觀測記錄。約公元前700年，中國甲骨文（河南安陽出土）上已有彗星觀察的記載。在周期彗星中有顆很明亮的慧星，叫“哈雷彗星”，每75年就出現一次，因17世紀英國天文學家哈雷發現它的運行軌道而得名。實際在我國早就發現了這顆星。據《春秋》一書記載，“魯文公十四年秋七月，有星孛人於北鬥”。魯文公十四年是公元前613年。距今已有2600年，這是世界上關於哈雷彗星的最早記錄。西方對這顆彗星的記錄最早是公元66年，比我國要晚670餘年。
流星群是一群小行星的散體，它沿一定軌道繞太陽轉動。當地球接近它們的軌道時，地球四周的空氣對這些散體產生摩擦，致使其生熱發光，在地麵上看起來就是流星群（又叫流星雨）。《竹書紀年》中載有夏桀十年（約前1580年）“夜中星隕如雨”，這是世界上最早的關於流星雨的記載。據《春秋·莊公七年》記載：“魯莊公七年，夏四月辛卯夜，恒星不見，夜中星隕如雨。”魯莊公七年是公元前687年，距今已有2600多年。這是世界上關於天琴座流星雨的最早記錄，而且它還開啟了中國古代對流星雨觀測與記錄的先河。
太陽黑子是太陽光球上經常出沒的暗黑斑點，是最先觀測到的日麵現象之一，是太陽活動的最基本標誌。《漢書·五行誌下之下》記載，西漢“河平元年（前28年），三月己未，日出黃，有黑氣，大如錢，居日中央”。它對黑子出現的時間、形狀、大小、位置都做了說明，距今已有2000餘年。這次太陽黑子的記錄，是世界公認的最早的明確的太陽黑子記錄。歐洲最早的太陽黑子記錄是公元807年，當時還誤認為是水星淩日。