合像水平仪主要由测微螺杆、杠杆系统、水准器、光学合像棱镜和具有V型工作平面的底座等组成。

    水准器安装在杠杆架的底板上，它的水平位置用微分盘旋钮通过测微螺杆与杠杆系统进行调整。水准器内的气泡圆弧，分别用三个不同方向位置的棱镜反射至观察窗，分成两个半像，利用光学原理把气泡像复合放大(放大5倍)，提高读数精度，并通过杠杆机构提高读数的灵敏度和增大测量范围。

    当水平仪处于水平位置时，气泡A与B重合，见图7-10c。当水平仪倾斜时，气泡A与B不重合。

    测微螺杆的螺距P=0.5mm，微分盘刻线分为100等分。微分盘转过一格，测微螺杆上螺母轴向移动0.005mm。

    将水平仪放在工件的被测表面上，眼睛看窗口1，手转动微分盘，直至两个半气泡重合时进行读数。读数时，从窗口4读出毫米数，从微分盘上读出刻度数。

    例，分度值为0.01mm/1000mm的光学合像水平仪微分盘上的每一格刻度表示在1m长度上，两端的高度差为0.01mm。测量时，如果从窗口读出的数值为1mm，微分盘上的刻度数为16，这次测量的读数就是1.16mm，即被测工件表面的倾斜度，在1m长度上高度差为1.16mm。如果工件的长度小于或大于1m时，可按正比例方法计算:1m长度上的高度差×工件长度。

    1)测量工件被测表面误差大或倾斜程度大时，使用框式水平仪，气泡就会移至极限位置而无法测量，光学合像水平仪就设有这一弊病。

    2)环境温度变化对测量精度有较大的影响，所以使用时应尽量避免工件和水平仪受热。