游标卡尺及螺旋测微器的构造原理与使用，本文主要内容关键词为：螺旋论文,原理论文,测微器论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
2003年新考纲，在作较大幅度精减后，对长度的测量这一基本实验技能设有降低要求。教学实际情况显示，大多数中学生在游标卡尺及螺旋测微器的相关考题上得分较低。而失分原因又多在对测量原理和读数要求模糊不清，似懂非懂。本文对游标卡尺及螺旋测微器作较全面的介绍。
一、游标卡尺
1.游标卡尺的构造
游标卡尺的构造如图1所示，其主要部分为一根主尺a和一个套在主尺上可以沿着主尺滑动的游标尺b。还有附在两个主要部分上的其他部件：
（1）内测脚（也称上爪）e：用来测量槽的宽度和管的内径。
（2）外测脚（也称下爪）d：用来测量零件的厚度和管的外径。
（3）窄片c：固定在游标尺上，用来测量槽、孔和筒的深度。
（4）固定螺丝f：读数时，为了防止游标尺挪动，旋紧f可使游标尺固定在主尺上。
2.测量原理
为了说明游标卡尺的测量原理，以图2所示10分度的游标卡尺为例进行分析。
图中主尺的最小分度值是1mm，游标尺上有10个小的等分刻度，它们的总长度是9mm，每一分度值是0.9mm，那么这种游标卡尺的游标尺上每一分度比主尺的每一分度值要少0.1mm。当左右测脚靠拢在一起时，游标尺的零刻度线和主尺的零刻度线重合，游标尺上第10条刻度线与主尺上的9mm刻度线对齐，而游标尺上的第1条刻度线将在主尺上1mm刻度线左侧0.1mm处，游标尺上的第2条刻度线将在主尺上的2mm刻度线的左侧0.2mm处，……。所以，如果把游标尺往右移，两尺的零刻度线之间的距离就等于两测脚之间的距离，也就是被测物的长度。
3.读数方法
先读整数部分：整数部分由主尺上读得，即游标尺零刻度线在主尺的多少毫米刻度线的右边，该毫米刻度值就是应读得的以毫米为单位的整数部分。再读小数部分：小数部分由游标尺上第几条刻度线与主尺上某一刻度线对齐后读出，即游标卡尺的准确度k（k=0.1mm，0.05mm，0.02mm）×n=读出的小数部分（可记为通式k×n）。测量值为上述两部分读数之和，并按有效数字规则记录，通用公式可写为s=L+k·n。
中学阶段三种规格的游标尺，详情如下表所列：
4.读数实例
【例1】 如图3（a）所示，用10分度的游标卡尺测量一根金属圆管的内径和外径时，卡尺上的游标位置分别如图（b）、（c）所示，则这根金属圆管的内径读数是_________mm，外径读数是__________mm。
解析：因为10分度游标卡尺的准确度为0.1mm，对图（b），从主尺上读得23.0mm，而游标尺的第7个小格与主尺上的3cm处恰好对齐，所以小数部分为0.1×7=0.7mm，故此金属圆管的内径为：d=23.0+0.7=23.7mm。同理，由图（c），从主尺上读得整数部分为30.0mm，而游标尺的第3个小格与主尺上的刻度对齐，所以小数部分为0.1×3=0.3mm，故金属圆管的外径D为：D=30.0mm+0.3mm=30.3mm。
【例2】 有一游标卡尺，主尺的最小分度是1mm，游标上有20个小的等分刻度，用它测量一工件的长度，如图4所示。这个工件的长度是_________mm。
解析：游标上零点对着主尺上104mm多一点，而游标上的第一个小分格与主尺上的刻度恰好对正。又由于游标上有20个等分刻度，因此游标上每一小格表示0.05mm，所以图示的读数是104.00+0.05×1=104.05（mm）。
5.注意事项
（1）对游标卡尺的末位数不要求估读，如遇游标尺上的刻度线与主尺刻度线末对齐的情况，应选择游标尺的某条刻度线与主尺一条刻度线靠得最近的一条线读数。有效数字的末位与游标卡尺的准确度对齐，不需要在有效数字末位补“0”表示游标卡尺的最小分度值，但与准确度对应的末位数字如果是0时，绝不许随意省去。
（2）被测物不可在钳口间移动或压得太紧，以免损坏钳口。
（3）被测物上测量距离的连线必须平行于主尺，以减小不必要的误差。
（4）读数时，在测脚夹住待测物后应适当旋紧固定螺丝，以免游标尺在主尺上移动。
（5）使用游标卡尺应防止撞击，不允许测量脏物或毛坯工件，以免损伤测脚。
二、螺旋测微器（千分尺）
1.螺旋测微器的构造
图6所示是常用的螺旋测微器。它的小砧A和固定刻度S固定在框架F上，旋钮K、微调旋钮K′，和可动刻度H、测微螺杆P连在一起，通过精密螺纹套在S上。
2.测量原理
由构造图可知，精密螺纹套套在固定刻度套上，如果旋转螺纹套，测微螺杆就在水平方向上做前进或后退的直线运动，精密螺纹的螺距为0.5mm，如果螺纹套每旋转一周，测微螺杆就前进或后退0.5mm。因此，便可用圆周上的点移动的较大距离将沿轴线方向移动时不便于测量的微小距离表示出来，这就是所谓机械放大原理，螺旋测微器就是利用这个原理制成的。螺纹套的圆周长分成50等分，并标明刻度数。螺纹套每旋转一周，测微螺杆就前进或后退一个螺距，即0.5mm，螺纹套圆周上的每一刻度（等分）表示0.01mm，反过来说，螺纹套圆周每旋转一个刻度，螺杆就前进或后退0.01mm。螺纹套旋转两周，固定在螺纹套上的可动刻度就转过了100等分，测微螺杆前进或后退的距离正好是1mm。由此可知，螺旋测微器的最小刻度是0.01mm，这也就是螺旋测微器的准确度。其准确位在毫米的百分位上，而估读位在毫米的千分位上，即估读到0.001mm，这也是别称千分尺的来历。
3.读数方法
螺旋测微器的刻度分固定刻度和可动刻度：固定刻度S上所标数值的单位为毫米，一般螺旋测微器固定刻度上均有半毫米刻度线，有的半毫米刻线在固定刻度水平轴线的上方，有的则在轴线的下方，先读半毫米以上整数部分的读数，方法是：在固定刻度尺上，找出距可动刻度尺边缘线最近的那条刻度线，它与固定刻度尺零线间的格数乘以0.5mm，就是被测长度大于0.5mm部分的读数。此时固定刻度尺上的格数含半毫米刻度在内；半毫米以下部分在可动刻度上读出，并估读一位，半毫米以下部分读法为：找出与水平轴线对应的可动刻度尺H的刻度，这个刻度与可动刻度尺零线的格数乘以0.01mm，就是长度在半毫米以下部分的读数，螺旋测微器测量长度ι的普遍表达式为ι=（0.5n+0.01k）mm。（其中n为半毫米的整数，k为可动刻度上的刻线条数）
4.读数实例
【例3】 用螺旋测微器测量一矩形小零件的长和宽时，螺旋测微器上的示数如图7所示。图（a）的读数是__________mm，图（b）的读数是____________mm.
解析：本题关键是判断主尺上半毫米刻线是否露出，图（a）中，游标尺的零刻度在主尺的刻度线上，说明游标尺旋转不满一周，所以半刻度未露出，读数应为8+0.01×47.1=8.471（mm）。图（b）中，游标尺的零刻度在主尺的刻度线以下，说明游标尺旋转已超过一周，半刻度线已露出，读数为6.5+0.01×7.4=6.574（mm）。
【例4】 在测定金属丝的直径时，螺旋测微器的读数如图8所示，由图可知该金属丝的直径d=________×10[-3]m。
解析：本题应注意有效数字的位数，副尺（即可动刻度）读数是整刻度应补零，所示主尺（即固定刻度尺）读数为0.5mm，副尺读数为40.0，所以该金属丝的直径为d=0.5+0.01×40.0=0.900（mm）。
有些同学误填为0.9或0.90，实际上0.9、0.90、0.900的含义是不同的，它们分别代表一位、二位、三位有效数字，小数的第一个非零数字前的零是用来表示小数点位置的，不是有效数字。0.9mm表示最末一位数字9是不可靠的，它显然是用平常的刻度尺测量得到的结果。0.90mm、0.900mm则表示最末一位数字0是不可靠的，因此小数最后的零是有意义的，不能随便舍去或添加。
5.注意事项
①测量时，当P将要接触被测物体时，要停止使用K，改用K′，以避免P和被测物体间产生过大的压力，这样，既可以保护仪器，又能保证测量结果准确。
②读数前须转动锁紧手柄，使测微螺杆不再移动。
③螺旋测微器应估读一位，亦即以mm作单位，应读到小数点后面第三位。
④读数时，除了观察固定刻度尺的整毫米数外，特别要注意半毫米刻度线。
⑤轻拿轻放，不允许直接测量脏物或有腐蚀性工件。