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三国、两晋、南北朝时期，政权分散，更迭频繁，管理失控，法制废弛，出现了“南人适北，视升为斗”的情况，成为中国度量衡发展史中的混乱时期。
公元581年，隋文帝再一次统一了度量衡，实行大小二制，调律制乐改用小制，民间仍用大制。天文历算家李淳风所编《隋书•律历志》，是一篇极为宝贵的度量衡史料。唐代设大府寺主管度量衡，改造斗、斛、尺、秤，颁发标准器。宋景德年间，刘承珪详定秤法，试制出精密戥秤。由于衡器不断改进，唐宋两代将衡重的“两、铢、累、黍”非十进位制，改为“两、钱、分、厘、毫”十进位制，计算方便，计量精确。元、明、清各代的度量衡都沿用唐制，基本上是统一的。
祖冲之（公元429－500年）是南北朝时期的著名科学家，对中国古代计量科学的发展做出了巨大贡献，在中国科学史上享有崇高地位。他重视测量中的精度问题，重视对计量标准的搜集和保存。他对前代度量衡标准器的研究取得了引人注目的成绩。在时间计量方面，他对基本计时单位回归年、朔望月和时刻制度都做过探讨，他的探讨促进了传统历法的进步。对计量问题的关注是他在科学研究上取得重大成就的重要原因。
仰仪 现陈列在登封观星台内，外形似平放的锅，又称碗晷，是元代郭守敬利用针孔成像原理发明制造的。仰仪的主体是一只直径约三米的铜质半球面，好像一口仰放着的大锅，因而得名。仰仪的内部球面上，纵横交错地刻划出一些规则网格，用来量度天体的位置。在仰仪的锅口上刻有一圈水槽，用来注水校正锅口的水平，使其保持水平设置；在水槽边缘均匀地刻划出24条线，以示方向。用它能测定日蚀发生的时刻，还可估计日蚀方位角及蚀分多少和日蚀的全过程，还能观测月球的位置和月蚀奇景。