合像水平儀是利用棱鏡將水準(zhǔn)備器中的氣泡像合像，放大來提高瞄準(zhǔn)讀數(shù)的準(zhǔn)確度。合像水平儀的水準(zhǔn)器氣泡主要起對(duì)零作用。避免了水準(zhǔn)泡的刻線誤差。水準(zhǔn)泡的分度值為0.1mm/m,經(jīng)機(jī)構(gòu)放大使儀器具有0.01mm/m的分度值。這是因?yàn)闇y(cè)微螺桿螺距為0.5mm，刻度盤的分劃為100等分，所以刻度盤轉(zhuǎn)動(dòng)1分度時(shí)，測(cè)微螺桿移動(dòng)量為0.005mm，通過5：1的杠桿機(jī)構(gòu)，則杠桿短臂使水準(zhǔn)器浮動(dòng)端移動(dòng)0.001mm，由于水準(zhǔn)器的固定支點(diǎn)至浮動(dòng)端距離為100mm，則水準(zhǔn)器氣泡傾斜角為0.001/100（rad）,即刻度盤分度值為0.01mm/m，這樣儀器保持了0.1mm/m水準(zhǔn)泡的穩(wěn)定性，又提高了讀數(shù)準(zhǔn)確度。又因?yàn)樗疁?zhǔn)器的玻璃管表面不刻度，玻璃管的曲率半徑可以減小，從而縮短了氣泡的穩(wěn)定時(shí)間。

由于合像水平儀采用光學(xué)放大，并以雙像重合來提高對(duì)準(zhǔn)精度，改進(jìn)了使用效果。

合像水平儀利用杠桿，測(cè)微螺桿這一套傳動(dòng)機(jī)構(gòu)來提高讀數(shù)的靈敏度。當(dāng)主水準(zhǔn)器傾斜0.1mm/m時(shí)，氣泡移動(dòng)量為2mm，水準(zhǔn)器固定支點(diǎn)至活動(dòng)端距離約為100mm，當(dāng)水準(zhǔn)器活動(dòng)端升降0.001mm時(shí)，水準(zhǔn)器氣泡移動(dòng)量為0.2mm。由于氣泡兩端是經(jīng)棱鏡多次反射成本像，又經(jīng)目鏡放大2-3倍，所以當(dāng)刻度盤轉(zhuǎn)過一個(gè)分度時(shí)，在觀察窗中見到的像移動(dòng)0.8mm左右，因此很容易地鑒別由水平儀微小傾角所引起的兩圓孤頂點(diǎn)的偏離量。又因水泡兩端像是各移動(dòng)一半趨向重合，從而提高了合像時(shí)的對(duì)準(zhǔn)精度。這就是說，水平儀傾斜一個(gè)分度值，在讀數(shù)目鏡中已看出氣泡的半個(gè)像有顯著的變化，從而使儀器靈敏度高，讀數(shù)分辨率高。