水准仪的类型
水准仪按其精度可分为DS05、DSl、DS3、DSl0等几种型号。“D”和“S”分别为“大地测量”和“水准仪”的汉语拼音第一个字母，“05”、“1”、“3”、“10”表示水准仪设计精度指标，如“3”表示每公里往返测量高差中数的偶然中误差小于或等于3mm。数字越小，水准仪精密度越高。普通水准测量一般使用DS3型（简称S3型）水准仪。
S3型微倾水准仪
水准仪是为水准测量提供水平视线的仪器。
由望远镜、水准器和基座三部分组成。仪器通过基座与三脚架连接，支承在三脚架上。基座有三个脚螺旋，用以粗略整平仪器。望远镜旁装有一个管水准器，转动望远镜微倾螺旋，可使望远镜作微小的上下俯仰，管水准器也随之上下俯仰。当管水准器中气泡居中，此时望远镜视线水平。仪器在水平方向的转动，是由水平制动螺旋和微动螺旋控制的。
1.望远镜
水准仪望远镜主要由物镜、目镜、内对光透镜和十字丝分划板四部分组成。根据几何光学原理可知，目标经过物镜及对光透镜的作用，在十字丝附近成一倒立实像。由于目标离望远镜的远近不同，借转动对光螺旋令对光透镜在镜筒内前后移动，即可使其实像恰好落在十字丝平面上，再经过目镜的作用，将倒立的实像和十字丝同时放大，这时倒立的实像成为倒立而放大的虚像。其放大的虚像与用眼睛直接看到目标大小的比值，即为望远镜的放大率V。国产S3型水准仪望远镜的放大率一般约为30倍。
十字丝是用来瞄准目标和读数的，其形式一般如图2.4所示。其中十字丝的交点和物镜光心的连线，称为望远镜的视准轴，也是用以瞄准和读数的视线。因此望远镜的作用，一方面提供一条瞄准目标的视线，另一方面将远处的目标放大，提高瞄准和读数的精度。
2.水准器
水准仪上水准器有长水准管和圆水准器各一个，长水准管用来指示视线是否水平的装置，圆水准器用来指示竖轴是否竖直的装置。圆水准器装置在基座部分，作粗略整平仪器之用；长水准管和望远镜连在一起，供精确调平视线之用。水准器内是酒精和乙醚的混合液体，只留一个小的气泡。当气泡两端与水准器圆弧中点对称时，称为气泡居中。水准管内圆弧中点处（圆弧最高点）的切线，称为水准管轴。水准器的分划值是衡量水准器灵敏度的指标。分划值越小，灵敏度越高。一般规定以圆弧2mm长度所对圆心角表示水准器的分划值。S3型水准仪的长水准管分划值为20″／2mm。为了提高气泡居中的精度，在长水准管上方设置一组棱镜，通过棱镜的折光作用，使气泡两端的像反映在望远镜旁的观察小窗内，当两半个气泡的像错开，表示气泡不居中；转动微倾螺旋，使两半个气泡的像吻合，则表示气泡居中，这种具有棱镜装置的长水准管，称为符合水准管。圆水准器分划值为8′／2mm，灵敏度较低，只能用于粗略整平。
水准尺与尺垫
水准尺是进行水准测量时用以读数的重要工具。尺长一般为3~5m，尺底从零开始，每隔一厘米，涂有黑白或红白相间的分格，每分米注一数字。水准尺按尺面分为单面尺和双面尺两种；按尺形分为直式尺、折式尺、塔尺等三种。
双面水准尺一面为黑面，分划黑白相间，为主尺；另一面为红面，分划红白相间，为辅尺。双面水准尺必须成对使用。两根水准尺黑面底部的起始数均为0m，而红面底部的起始数分别为4687mm及4787mm，此两数称为尺常数，用以检验读数。
尺垫一般为三角形的铸铁块，中央有一突起的半圆球体。立尺前先将尺垫踩实，然后竖立水准尺于半圆球体的顶上。它的作用是减少水准尺下沉及尺子转动时防止改变高程。
S3型水准仪的使用
将仪器安置在两点之间，支开三脚架，将其插入土中，并使架头大致水平。利用连接螺旋使水准仪与三脚架固连，然后转动脚螺旋，使圆水准气泡居中，达到粗略整平仪器的目的。仪器粗略整平后，即可使用望远镜瞄准水准尺，其操作步骤如下：
1.目镜对光
调节目镜对光螺旋，使十字丝成像清晰。
2.瞄准
松开望远镜的制动螺旋，利用望远镜筒上的缺口和准星概略地瞄准水准尺，在望远镜内看到水准尺后，关紧制动螺旋。
3.物镜对光与消除视差
转动物镜对光螺旋，使水准尺的分划呈像清晰。当十字丝和水准尺的呈像均清晰，如发现十字丝纵丝偏离水准尺，则可利用微动螺旋使十字丝纵丝对准水准尺。瞄准目标读数时，若对光不好，则尺像没有落在十字丝平面上，这时眼睛上下晃动，读数也随之变动，这种现象称为十字丝视差。它将影响读数的正确性，必须予以消除。消除方法是转动目镜调节螺旋使十字丝成像清晰，再转动物镜对光螺旋使尺像清晰，而且要反复调节上述两螺旋，直至十字丝和水准尺呈像均清晰，眼睛上下晃动时读数稳定。该过程称为消除视差。
4.读数
读数前必须转动微倾螺旋，使符合水准管气泡居中，此时视线水平，然后立即利用十字丝中横丝读取尺上读数，读数时应读出米、分米、厘米、毫米（估读）四位数并以毫米或米为单位书写。因为水准仪的望远镜一般是倒像，所以水准尺倒写的数字从望远镜中看到的是正写的数字，同时看到尺上刻划的注记是从上向下递增的，因此读数应由上向下读（对于呈正像的水准仪来说，则相反。），读完后视读数，转望远镜瞄准前视尺，仍要使用微倾螺旋调整符合水准管气泡居中后，读出前视读数。至此完成了一个测站上的高差测量工作。