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最初，师生们是用星盘来测量太阳高度，但是有时候在船上进行测量时，由于轮船的甲板随着波浪上下起伏，这种仪器就很难进行操作，而且还不容易测算准确。后来人们用直角仪取代了星盘，在地图上用直角仪及两脚规、量角器、平行尺等计算出所在的位置。
后来经过大量的改进的试验，师生们用一种反射望远镜与水平镜、象限仪组合，发明了一种在海上测量角度的仪器。观察者可通过一面镜子同时看见地平线，它们之间的角度可用边缘标有刻度的象限仪测出，测角范围可达90°，成为一种测纬度的理想仪器。该仪器另一优点是它能使星辰天体的形象与地平线成一直线，而且所测读数更为精确。
不过天文院所研制的量角仪使用的是完整的星盘，其测量范围可达360°，虽然测量效果很好，但很笨重，在海上使用极为不便。于是有人将星盘截取了三分之一，虽然把测量范围限定到了只有120°，但却让其变得极为轻便和易于使用。
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