Ustawienie tarczy jest pierwszą i ostatnią fazą budowy prawidłowo działającego zegara słonecznego. Miejsce, w którym ma się znaleźć powinno być znane jeszcze przed przystąpieniem do sporządzania projektu. Przy zegarze poziomym należy sprawdzić czy powierzchnia, na której będzie się on znajdował jest równa i nie pada na nią cień np. pobliskiego budynku lub drzewa. Następnie pozostaje wyznaczyć linię środkową pokrywająca się z południkiem. Wskazówka powinna być nachylona do tarczy pod katem szerokości geograficznej danego miejsca. Takie ustawienie sprawi, że będzie ona równoległa do osi obrotu Ziemi. Dzięki temu cień będzie wskazywał prawidłową godzinę. Rycina obrazuje zasadę działanie zegara słonecznego. Kula, czyli Ziemia, została podzielona na 24 równe części odpowiadające naszym godziną. Wskazówka została umieszczona w dwóch miejscach. Na równiku pokrywa się z osią obrotu, a nieco niżej jest do niej równoległa. W pierwszym przypadku po wykonaniu przez planetę 1/24 obrotu upłynie godzina, a cień pokryje się z sąsiadującą linią, czyli kolejnym południkiem. Podobna sytuacja będzie miała miejsce przy drugiej wskazówce, jeśli będzie do niej równoległa.

Zasada działania zegara słonecznego z wskazówką biegunową (Ludwik Zajdler, Dzieje zegara, Wiedza Powszechna, Warszawa 1977,  s. 110)

Ustawienie zegara pionowego również wymaga dobrze oświetlonej, pionowej i równej powierzchni. Najczęściej tarcza umieszczana jest na ścianach budynków, które nie zawsze są prostopadłe do linii południka. Wszelkie różnice w kontach należy wcześniej uwzględnić w projekcie. Można je też wyrównać w sposób mechaniczny. Kąt odchylenia wskazówki od ściany ma być dopełnieniem kąta szerokości geograficznej do 90°. (Podwapiński Wawrzyniec, Zegarmistrzostwo część 4 – Czas, kosmografia, zegary słoneczne, M.I., Niepokalanów 1950,  s. 66)

Drugim sposobem jest obserwacja wcześniej wspomnianych gwiazd. Wszyscy wiemy, że na końcu ogona Małej Niedźwiedzicy znajduje się Gwiazda Polarna, która wskazuje północ w naszej części globu. Dzięki niej możliwe jest zorientowanie się w terenie podczas bezchmurnej nocy. Tą prawidłowość zauważono już wieki temu i wykorzystywano na morzu. Poszukując południka dla potrzeb naszego zegara musimy przyjąć pewne poprawki. Gwiazda Polarna nie wskazuje dokładnie bieguna niebieskiego. Jest oddalona od niego o 1 stopień. Najłatwiejszą metodą jest odszukanie na niebie jeszcze jednej sąsiedniej gwiazdy Delty. Również i ona tworzy ogon Małej Niedźwiedzicy. Odległość między tymi dwoma gwiazdami dzielimy na trzy części. Pierwsza z nich wraz z Gwiazdą Polarną będzie tworzyła jeden z boków trójkąta równobocznego. Poszukiwany biegun niebieski będzie znajdował się na wierzchołku trójkąta zwróconego ku środkowi wygięcia ogona, co obrazuje rycina.

Wyznaczanie bieguna północnego za pomocą trójkąta równobocznego

Mając przygotowany zegar słoneczny, obliczony lub rozrysowany według wyżej wymienionych metod, możemy przystąpić do ustawienia go względem miejscowego południka. Aby tego dokonać należy poprawnie wyznaczyć kierunki geograficzne, a dokładniej południe. Używając kompasu lub innej mniej dokładnej metody może okazać się, że popełniony błąd na tym etapie pracy będzie w wyraźny sposób wpływał na wskazania zegara.  Jednymi ze sposobów poprawnego wyznaczenia południka dla własnych potrzeb jest obserwacja Słońca lub gwiazd.

W miejscu, w którym ma znajdować się zegar umieszczamy arkusz papieru z zaznaczonymi okręgami. Powinien być unieruchomiony i równo ustawiony. W środku instalujemy pionowo pręt najlepiej ostro zakończony. Pomiar rozpoczynamy w godzinach porannych. W chwili, gdy koniec cienia będzie znajdował się na jednym z okręgów zaznaczamy na arkuszu to miejsce punktem A. Następnie czekamy do późnego popołudnia.

Ryc. 5.4 Wyznaczanie południka przy pomocy Słońca (Podwapiński Wawrzyniec, Zegarmistrzostwo część 4 – Czas, kosmografia, zegary słoneczne, M.I., Niepokalanów 1950,  s. 61)

Punk B zaznaczymy w miejscu gdzie cień po raz drugi przetnie ten sam okrąg. Kolejnym krokiem jest połączenie obydwu zaznaczonych miejsc linią. Otrzymamy odcinek AB, który dzielimy na połowę prostą przechodzącą przez środek okręgu. Na jednym z jej końców (w miejscu gdzie był cień) będzie północ, a po przeciwnej stronie poszukiwane przez nas południe.

Jednym ze sposobów otrzymania tarczy zegara słonecznego jest metoda wykreślna. Jest ona łatwa w wykonaniu i bardzo często właśnie ją się stosuje. Przebieg pracy możemy popielic na 3 etapy.

Pierwszy:

Szkic rozpoczynamy od narysowania trójkąta, który będzie stanowił podstawę do wykreślenia tarczy. W układzie współrzędnych xy rysujemy łuk o dowolnym promieniu. Zaznaczamy na nim szerokość geograficzną miejsca gdzie będzie znajdował się zegar. Dla Krakowa wynosi ona 50° 03'. W tym miejscu zaznaczamy punk A, który łączymy odcinkiem z początkiem układu współrzędnych O. Następnie prowadzimy z punktu A odcinek prostopadły do osi x. Miejsce przecięcia oznaczamy literą B. Kolejnym krokiem jest wyprowadzenie prostej prostopadłej do odcinka OA i przechodzącej przez punk B. Na rycinie widać, że powstały dwa trójkąty ABC, OCB oraz kąty £ i β. Będą one potrzebne do wykreślenia tarcz zegarów poziomego i pionowego.

Wyznaczanie kątów zegara słonecznego

Drugi:

Rozpoczynamy od układu współrzędnych xy. Przecięcie osi oznaczamy, jako Z. Z pierwszego rysunku odmierzamy odległość CB i zakreślamy okrąg w wyznaczonym wcześniej punkcie. Powstanie tzw. pomocnicze koło godzinne oddzielające tarcze poszczególnych zegarów. W punktach przecięcia okręgu z osią y rysujmy dwie proste e, f równoległe do osi x. Okrąg dzielimy na 24 równych części tak jak widać na rycinie. Przez wyznaczone punkty prowadzimy poste przechodzące przez środek układu współrzędnych.

Podział pomocniczego koła godzinnego na 24 części (Podwapiński Wawrzyniec, Zegarmistrzostwo część 4 – Czas, kosmografia, zegary słoneczne, M.I., Niepokalanów 1950,  s. 57)

Trzeci:

Przystępujmy do kreślenia poszczególnych tarcz. Dla pionowego zegara odmierzamy odcinek AB, który będzie promieniem. Zataczamy okrąg styczny do prostej e tak, aby środek oznaczony jako punkt Z1 znajdował się na osi y. Następnie prowadzimy przez ten punkt półproste przechodzące przez wcześniej zaznaczone miejsca na prostej e. Rysujemy prostą równoległą do osi x zawierającą punk Z1. Mając przygotowaną tarczę pozostaje przyporządkować linią odpowiednie godziny tak jak pokazano na rycinie. Wskazówkę zegara ustawiamy zgodnie z kierunkiem odcinka CA. Najczęściej punk A będzie miejscem jej mocowania. Ten bok trójkąta oznacza również południk, jaki biegnie przez miejscowość, w której ma znajdować się zegar. Wyznaczone kąty potrzebne będą w dalszym etapie projektu przy ustawianiu wskazówki względem szerokości geograficznej oraz przy innych metodach wyznaczania tarczy zegara słonecznego.

Sposób wykreślenia tarcz zegarów słonecznych (Podwapiński Wawrzyniec, Zegarmistrzostwo część 4 – Czas, kosmografia, zegary słoneczne, M.I., Niepokalanów 1950,  s. 57)

Analogicznie postępujemy z zegarem poziomym z tą różnica, że odcinek AB zamieniamy na odcinek BO. Tarczę kreślimy po przeciwnej stronie koła godzinnego,
a półproste prowadzimy przez środek okręgu Z2 i punkty na prostej f. Brakujące godziny uzupełniamy przez przedłużenie linii na druga stronę tarczy. Ustawienie wskazówki przedstawia bok trójkąta oznaczony, jako OB, który ustawiony będzie poziomo. Wielkość zegara nie jest uzależniona od projektu. Wystarczy przyjąć odpowiednio większą skalę.

Drugim sposobem wyznaczania tarcz zegarów słonecznych jest tzw. metoda trygonometryczna. Polega ona na wyznaczeniu odstępów podziałki przy pomocy wzorów:

Dla zegara pionowego:

tg T = cos L * tg t

Dla zegara poziomego:

tg T = sin L *  tg t

Gdzie:

T – kąt cienia wskazówki liczony od linii godziny dwunastej

L – kąt szerokości geograficznej gdzie będzie znajdował się zegar

t – kat godzinny Słońca liczony od linii godziny dwunastej

Podziałki są symetryczne względem linii południka, dlatego wystarczy policzyć je dla jednej połowy tarczy.

Ciekawym urządzeniem, bardzo lubianym przez astronomów było astrolabium. Można za jego pomocą wykonać wiele pomiarów np. określić pozycję Słońca na ekliptyce, obliczyć, kiedy wzejdzie i zajdzie, sprawdzić godzinne oraz wiele innych. Urządzenie znalazło zastosowanie w wielu dziedzinach: astronomii, nawigacji, miernictwie. Jego budowa była dość skomplikowana. Składał się z kilku kręgów, wykonanych najczęściej z mosiądzu lub miedzi. Część z nich była ruchoma i można było nimi obracać.

Mater – to podstawa urządzenia. Posiadała zawinięte do wewnątrz brzegi, na której znajdują się podziałki w tym godzinną. W spodniej części zwanej dorsum są kolejne skale w zależności od zastosowania. W górnej części zamontowany jest uchwyt.

Tympan – są to wymienne płytki ustawiane jedna na drugiej. Każda z nich po obu stronach ma naniesione punkty i koła sfery niebieskiej.

Rete – na tej warstwie zaznaczone jest nocne niebo, czyli gwiazdy, gwiazdozbiory, znaki zodiaku oraz eliptyka. Jak widać ta część astrolabium nie jest w całości zapełniona, ponieważ zasłaniała by kolejne warstwy.

Wskaźnik – ułatwia odczytanie informacji na poszczególnych skalach.

Astrolabium z opisem części (http://www.antiquus.pl/ciekawe/krotka_historia_astrolabium_2.html)