顶起的高度来粗略估算内部压力。他们引入了“刻度”的概念，在铜球外壳上刻画简易的温度标尺（基于水在不同热度下的表现，虽然很不精确），并尝试用动物的膀胱薄膜蒙在喷口，观察其鼓胀程度来感知压力变化。这些方法原始而粗糙，却是迈向定量研究的可贵第一步。
赵玄默的算学馆则为此设计了专门的记录表格，并试图用算筹和初步的代数符号，来拟合实验数据，寻找压力、温度、水量之间的数学关系。他们引入了“分”、“寸”、“斤”、“两”等现有单位来描述力、距离、重量，但很快发现不够用，清玄子等人开始创造一些临时性的、描述性的“单位”，如“一沸之力”（标准水量沸腾产生的压力）、“一寸推重”（蒸汽能将一斤重物推动一寸远所做的“功”）。虽然混乱，但毕竟开始了“度量”的尝试。
章焕的化机馆则变成了“材料实验室”和“密封实验室”。他们尝试了不同比例的青铜、黄铜，甚至少量尝试加入锡、铅、锌，在小型锻炉中反复熔炼、浇铸、锻打，然后制成小铜球进行“爆裂测试”——不断加热加压，直到铜球炸裂，记录能承受的加热时间和最终状态，以此比较材料强度。他们还搜集了鱼胶、生漆、桐油、蜂蜡、浸油麻丝、软木片、甚至捣碎的黏土与石墨混合物，制成各种垫片、填料，测试其在高温蒸汽下的密封性能和耐久性。失败是家常便饭，铜球炸裂的闷响时常在化机馆的隔离工棚内响起，浓烟和蒸汽弥漫，弄得匠人们灰头土脸，但每一次失败，都排除了一个错误选项。
郑海和鲁平也没闲着。他们根据格物馆初步测算的“汽力”数据（虽然还很不可靠），开始用木头和硬纸制作各种传动机构的模型：曲柄连杆如何将活塞的直线运动变成旋转？飞轮如何储存能量使转动更平稳？齿轮组如何变速？他们用绳子、木销、鱼胶反复组装、调试，思考着每一个零件的形状、强度、摩擦。舟车馆的工棚里，摆满了各种奇形怪状的木质机械模型，吱吱呀呀地转动着。
时间在反复的实验、失败、讨论、改进中流逝。麟德九年的秋天，格物院外的洛水两岸枫叶如火，而院内“蒸汽机研制组”的工坊里，温度也随着一次次的炉火试验而升高。
经历了至少三次大的设计迭代、数十次小的改进和无数次的失败后，一个勉强能称之为“原型机”的装置，终于被组装起来。它仍然简陋得可怜：一个用新配比的“高锡青铜”铸造、经过反复锻打加固的卧式圆柱形“锅炉”，容积大约相当于两个水桶；锅炉一端密封，另一端装有经过精心
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