合像水平儀是利用棱鏡將水準備器中的氣泡像合像，放大來提高瞄準讀數的準確度。合像水平儀的水準器氣泡主要起對零作用。避免了水準泡的刻線誤差。水準泡的分度值為0.1mm/m,經機構放大使儀器具有0.01mm/m的分度值。這是因為測微螺桿螺距為0.5mm，刻度盤的分劃為100等分，所以刻度盤轉動1分度時，測微螺桿移動量為0.005mm，通過5：1的杠桿機構，則杠桿短臂使水準器浮動端移動0.001mm，由于水準器的固定支點至浮動端距離為100mm，則水準器氣泡傾斜角為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水準泡的穩定性，又提高了讀數準確度。又因為水準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定時間。

由于合像水平儀采用光學放大，并以雙像重合來提高對準精度，改進了使用效果。

合像水平儀利用杠桿，測微螺桿這一套傳動機構來提高讀數的靈敏度。當主水準器傾斜0.1mm/m時，氣泡移動量為2mm，水準器固定支點至活動端距離約為100mm，當水準器活動端升降0.001mm時，水準器氣泡移動量為0.2mm。由于氣泡兩端是經棱鏡多次反射成本像，又經目鏡放大2-3倍，所以當刻度盤轉過一個分度時，在觀察窗中見到的像移動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的偏離量。又因水泡兩端像是各移動一半趨向重合，從而提高了合像時的對準精度。這就是說，水平儀傾斜一個分度值，在讀數目鏡中已看出氣泡的半個像有顯著的變化，從而使儀器靈敏度高，讀數分辨率高。