框式水平仪主要由框架和弧形玻璃管主水准器、调整水准组成。利用框式水平仪上水准泡的移动来测量被测部位角度的变化。
框架的测量面有平面和V形槽，V形槽便于在圆柱面上测量。弧形玻璃管的表面上有刻线，内装乙醚(或酒精)，并留有一个水准泡，水准泡总是停留在玻璃管内的高处。若水平仪倾斜一个角度，气泡向左或向右移动，根据移动的距离(格数) ,直接或通过计算即可知道被测工件的直线度，平面度或垂直度误差。
1)直接读数法 以气泡两端的长刻线作为零线，气泡相对零线移动格数作为读数，这种读数方法常用。
2)平均读数法 由于环境温度变化_大，使气泡变长或缩短，引起读数误差而影响测量的正确性，可采用平均读数法，以消除读数误差。平均读数法读数是分别从两条长刻线起，向气泡移动方向读至气泡端点止，然后取这两个读数的平均值作为这次测量的读数值。
框式水平仪的使用方法：
1、框架水平仪的两个V形测量面是测量精度的基准，在测量中不能与工作的粗糙面接触或摩擦。安放时须小心轻放，避免因测量面划伤而损坏水平仪和造成不应有的测量误差。
2、用框架水平仪测量工件的垂直面时，不能握住与副侧面相对的部位，而用力向工件垂直平面推压，这样会因水平仪的受力变形，影响测量的准确性。正确的测量方法是手握持副测面内侧，使水平仪平稳、垂直地（调整气泡位于中间位置）贴在工件的垂直平面上，然后从纵向水准读出气泡移动的格数。
3、使用水平仪时，要_水平仪工作面和工件表面的清洁，以防止脏物影响测量的准确性。测量
水平面时，在同一个测量位置上，应将水平仪调过相反的方向再进行测量。当移动水平仪时，不允许水
平仪工作面与工件表面发生摩擦，应该提起来放置。
4、当测量长度_大工件时，可将工件平均分若干尺寸段，用分段测量法，然后根据各段的测量读数，绘出误差坐标图，以确定其误差的大格数。床身导轨在纵向垂直平面内直线度的检验时，将方框水平仪纵向放置在刀架上靠近前导轨处，从刀架处于主轴箱一端的位置开始，从左向右移动刀架，每次移动距离应近似等于水平仪的边框尺寸(200mm)。依次记录刀架在每一测量长度位置时的水平仪读数。将这些读数依次排列，用适当的比例画出导轨在垂直平面内的直线度误差曲线。水平仪读数为纵坐标，刀架在起始位置时的水平仪读数为起点，由坐标原点起作一折线段，其后每次读数都以前折线段的终点为起点，画出应折线段，各折线段组成的曲线，即为导轨在垂直平面内直线度曲线。曲线相对其两端连线的大坐标值，是导轨全长的直线度误差，曲线上任一局部测量长度内的两端点相对曲线两端点的连线坐标差值，也是导轨的局部误差。
5、机床工作台面的平面度检验方法，工作台及床鞍分别置于行程的中间位置，在工作台面上放一桥板，其上放水平仪，分别沿图示各测量方向移动桥板，每隔桥板跨距d记录一次水平仪读数。通过工作台面上A、B、D三点建立基准平面，根据水平仪读数求得各测点平面的坐标值。
误差以任意300mm测量长度上的大坐标值计。
6、测量大型零件的垂直度时，用水平仪粗调基准表面到水平。分别在基准表面和被测表面上用水平仪分段逐步测量并用图解法确定基准方位，然后求出被测表面相对于基准的垂直度误差。 测量小型零件时，先将水平仪放在基准表面上，读气泡一端的数值，然后用水平仪的一侧紧贴垂直被测表面，气泡偏离一次（基准表面）读数值，即为被测表面的垂直度误差。
7、水平仪使用完后，应涂上防锈油并妥善保管好。