水平仪的结构根据分类不同而有所区别，框式水平仪一般由水平仪主体、横向水准器、绝热手把、主水准器、盖板和零位调整装置等零部件组成，尺式水平仪一般由水平仪主体、盖板、主水准器和零位调整装置等零部件构成。
水平仪是以水准器作为测量和读数元件的一种量具，水准器是一个密封的玻璃管，内表面的纵断面为具有一定曲率半径的圆弧面，水准器的玻璃管内装有粘滞系数较小的液体，有液体的部分通常叫作水准气泡，玻璃管内表面纵断面的曲率半径与分度值之间存在着一定的关系，根据这一关系即可测出被测平面的倾斜度。
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将水平仪放在平板上紧靠定位块，待气泡稳定后按气泡的左端(即A端)读数aA，数显水平仪工厂，然后将水平仪调转180°，准确地放在原位置，按照前面的读数，一边记下气泡另一端(B端)的读数aB，哈尔滨数显水平仪，若aB>aA，则B端高，用调整扳手或改锥调整螺钉，使气泡向低的一端移动1/2(aB-aA)格。
静止半小时后，再重新测试，按同样方法进行调整，直到零位误差符合规程要求，再在平板上平衡温度3小时以上，对零位重新检定，判断其是否合格，固定式的无任何调整装置的水平仪，零位不正确时只有通过修磨测量面或重新换气泡的办法调整，只限于分度值大、准确度较低的水平仪或水平尺。
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水平仪刻度值用角度（秒）或斜率来表示，它的含义是以气泡偏移一格工作倾斜的角度表示，或以气泡偏移一格工作表面在一米长度上倾斜的高度表示，由于水平仪的使用倾角很小，所以tg，数显水平仪加工厂，如tg44 弧度=0.02mm/1000mm，测量时使水平仪工作面紧贴被测表面，待气泡稳定后方可读数。
测量小型零件时，先将水平仪放在基准表面上，读气泡一端的数值，然后用水平仪的一侧紧贴垂直被测表面，气泡偏离前一次（基准表面）读数值，即为被测表面的垂直度误差。
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