水準儀的類型
水準儀按其精度可分為DS05、DSl、DS3、DSl0等幾種型號。“D”和“S”分別為“大地測量”和“水準儀”的漢語拼音第一個字母，“05”、“1”、“3”、“10”表示水準儀設計精度指標，如“3”表示每公里往返測量高差中數的偶然中誤差小于或等于3mm。數字越小，水準儀精密度越高。普通水準測量一般使用DS3型（簡稱S3型）水準儀。
S3型微傾水準儀
水準儀是為水準測量提供水平視線的儀器。
由望遠鏡、水準器和基座三部分組成。儀器通過基座與三腳架連接，支承在三腳架上。基座有三個腳螺旋，用以粗略整平儀器。望遠鏡旁裝有一個管水準器，轉動望遠鏡微傾螺旋，可使望遠鏡作微小的上下俯仰，管水準器也隨之上下俯仰。當管水準器中氣泡居中，此時望遠鏡視線水平。儀器在水平方向的轉動，是由水平制動螺旋和微動螺旋控制的。
1.望遠鏡
水準儀望遠鏡主要由物鏡、目鏡、內對光透鏡和十字絲分劃板四部分組成。根據幾何光學原理可知，目標經過物鏡及對光透鏡的作用，在十字絲附近成一倒立實像。由于目標離望遠鏡的遠近不同，借轉動對光螺旋令對光透鏡在鏡筒內前后移動，即可使其實像恰好落在十字絲平面上，再經過目鏡的作用，將倒立的實像和十字絲同時放大，這時倒立的實像成為倒立而放大的虛像。其放大的虛像與用眼睛直接看到目標大小的 比值，即為望遠鏡的放大率V。國產S3型水準儀望遠鏡的放大率一般約為30倍。
十字絲是用來瞄準目標和讀數的，其形式一般如圖2.4所示。其中十字絲的交點和物鏡光心的連線，稱為望遠鏡的視準軸，也是用以瞄準和讀數的視線。因此望遠鏡的作用，一方面提供一條瞄準目標的視線，另一方面將遠處的目標放大，提高瞄準和讀數的精度。
2.水準器
水準儀上水準器有長水準管和圓水準器各一個，長水準管用來指示視線是否水平的裝置，圓水準器用來指示豎軸是否豎直的裝置。圓水準器裝置在基座部分，作粗略整平儀器之用；長水準管和望遠鏡連在一起，供精確調平視線之用。水準器內是酒精和乙醚的混合液體，只留一個小的氣泡。當氣泡兩端與水準器圓弧中點對稱時，稱為氣泡居中。水準管內圓弧中點處（圓弧最高點）的切線，稱為水準管軸。水準器的分劃值是衡量水準器靈敏度的指標。分劃值越小，靈敏度越高。一般規定以圓弧2mm長度所對圓心角 表示水準器的分劃值。S3型水準儀的長水準管分劃值為20″／2mm。為了提高氣泡居中的精度，在長水準管上方設置一組棱鏡，通過棱鏡的折光作用，使氣泡兩端的像反映在望遠鏡旁的觀察小窗內，當兩半個氣泡的像錯開，表示氣泡不居中；轉動微傾螺旋，使兩半個氣泡的像吻合，則表示氣泡居中，這種具有棱鏡裝置的長水準管，稱為符合水準管。圓水準器分劃值為8′／2mm，靈敏度較低，只能用于粗略整平。
水準尺與尺墊
水準尺是進行水準測量時用以讀數的重要工具。尺長一般為3~5m，尺底從零開始，每隔一厘米，涂有黑白或紅白相間的分格，每分米注一數字。水準尺按尺面分為單面尺和雙面尺兩種；按尺形分為直式尺、折式尺、塔尺等三種。
雙面水準尺一面為黑面，分劃黑白相間，為主尺；另一面為紅面，分劃紅白相間，為輔尺。雙面水準尺必須成對使用。兩根水準尺黑面底部的起始數均為0m，而紅面底部的起始數分別為4 687mm及4 787mm，此兩數稱為尺常數，用以檢驗讀數。
尺墊一般為三角形的鑄鐵塊，中央有一突起的半圓球體。立尺前先將尺墊踩實，然后豎立水準尺于半圓球體的頂上。它的作用是減少水準尺下沉及尺子轉動時防止改變高程。
S3型水準儀的使用
將儀器安置在兩點之間，支開三腳架，將其插入土中，并使架頭大致水平。利用連接螺旋使水準儀與三腳架固連，然后轉動腳螺旋，使圓水準氣泡居中，達到粗略整平儀器的目的。儀器粗略整平后，即可使用望遠鏡瞄準水準尺，其操作步驟如下：
1.目鏡對光
調節目鏡對光螺旋，使十字絲成像清晰。
2.瞄準
松開望遠鏡的制動螺旋，利用望遠鏡筒上的缺口和準星概略地瞄準水準尺，在望遠鏡內看到水準尺后，關緊制動螺旋。
3.物鏡對光與消除視差
轉動物鏡對光螺旋，使水準尺的分劃呈像清晰。當十字絲和水準尺的呈像均清晰，如發現十字絲縱絲偏離水準尺，則可利用微動螺旋使十字絲縱絲對準水準尺。瞄準目標讀數時，若對光不好，則尺像沒有落在十字絲平面上，這時眼睛上下晃動，讀數也隨之變動，這種現象稱為十字絲視差。它將影響讀數的正確性，必須予以消除。消除方法是轉動目鏡調節螺旋使十字絲成像清晰，再轉動物鏡對光螺旋使尺像清晰，而且要反復調節上述兩螺旋，直至十字絲和水準尺呈像均清晰，眼睛上下晃動時讀數穩定。該過程稱為消除視差。
4.讀數
讀數前必須轉動微傾螺旋，使符合水準管氣泡居中，此時視線水平，然后立即利用十字絲中橫絲讀取尺上讀數，讀數時應讀出米、分米、厘米、毫米（估讀）四位數并以毫米或米為單位書寫。因為水準儀的望遠鏡一般是倒像，所以水準尺倒寫的數字從望遠鏡中看到的是正寫的數字，同時看到尺上刻劃的注記是從上向下遞增的，因此讀數應由上向下讀（對于呈正像的水準儀來說，則相反。），讀完后視讀數，轉望遠鏡瞄準前視尺，仍要使用微傾螺旋調整符合水準管氣泡居中后，讀出前視讀數。至此完成了一個測站上的高差測量工作。