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 기록에 의하면 장영실은 모두 3종류의 물시계를 만들었다. 첫 번째 것이 1424년에 만든 것인데 〈세종실록〉에 의하면 “중국의 제도를 참고하여 구리로서 경점(更占)의 기(氣)를 부어 만들었다”고 기록돼 있다. 이것은 자동시계가 아닌 단순하게 물방울이 떨어지는 양을 측정하여 시간에 따른 부피 증가로 시간을 알 수 있는 장치였던 것으로 보인다.
 10년 후인 1434년에 만든 것이 두 번째 물시계인 자격루다. 이것은 자동시보 장치가 붙어 스스로 움직이는 물시계이다. 즉 경루(更漏)와 같이 눈금으로 시간을 알 수 있는 물시계에 시, 경, 점에 따라 종, 징, 북이 울리고, 인형이 나타나 몇 시인지 알려주는 것으로 경복궁 남쪽의 보루각에 설치되었던 것이다.
 구성은 4개의 파수호(播水壺), 2개의 수수호(受水壺), 12개의 살대, 동력전달장치 및 시보장치로 구성돼 있다. 파수호에서 흘러나오는 물은 수수호로 들어가서 살대를 들어올린다. 이것은 처음 만든 경루와 같은 원리이다. 살대가 떠오름에 따라 이 부력이 쇠구슬과 지렛대에 전달되어 구슬이 떨어지면서 시각 알리는 장치를 움직이게 한다.
 즉, 파수호보다 높은 곳에 목인(木人) 3명이 있다. 각각 시각을 알리기 위해 종을 치고, 경을 알리기 위하여 북을 치며, 점을 알리기 위해 징을 치는 것이다. 목인보다 낮은 곳에 평륜(平輪)이 있고 둘레에 12지신(十二支神)이 있었다. 만약 자(子)시가 되면 자시를 맡은 신이 자시의 시패를 들고 솟아올라 왔다가 내려가는 식이었다.

장 씨가 만든 3개의 물시계 중 두 번째인 자격루는 스스로 움직이는 물시계다.