如何正确使用测量器具？

任务描述与要求

测量技术不但是机械加工领域常用的技术手段，它在设计领域和反求工程中亦起着至关重要的作用。常用的测量器具有游标卡尺、千分尺、百分表和量块等。

本任务要求能够正确使用各种测量器具，对测量得到的数值进行正确地读取。

1. 知识要求

（1） 熟悉量具的种类，掌握常用量具的结构及测量原理。

（2） 熟悉测量误差的有关术语，掌握误差的处理方法。

2. 技能要求

（1） 合理地选用量具，能够熟练地测量零件。

（2） 能够正确处理测量数据，检验零件的合格性。

任务引入

机械测量实训室接到校外某工厂送来的一批相同规格的阶梯轴和轴套，现在需要对这批零件进行检测，以检验其是否合乎尺寸的加工精度要求，如图3 - 1 所示。

图3-1　需要测量的批量件　

（a）阶梯轴；（b）轴套

技术要求：

（1） 未注倒角C0.5。

（2） 未注圆角R1。

（3） 未注尺寸公差按IT4 加工。

测量任务：要求测量基本尺寸分别为φ 25 mm、φ 32 mm、φ 40 mm 的轴径，φ 32 mm 的孔内径和长度基本尺寸为60 mm 的带键槽轴肩的长度。依据图样给出的尺寸精度要求判别实际零件的合格性。

任务知识准备

一、有关测量的基本概念

1. 测量的概念

测量是为了得到被测零件几何量的量值而进行的实验过程，其实质是将被测几何量L 与作为计量单位的标准量E 进行比较，从而获得两者比值q 的过程，即L = qE。

在测量技术领域和技术监督工作中，还经常用到检验和检定两个术语。

检验是确定被检零件几何量是否在规定的极限范围内，从而判断其是否合格的实验过程。检验通常用量规、样板等专用定值无刻度量具来判断被检对象的合格性，所以它不能得到被测量的具体数值。

检定是指为评定计量器具的精度指标是否合乎该计量器具的检定规程的全部过程。例如，用量块来检定千分尺的精度指标等。

2. 测量的基本要素

一个完整的几何量测量过程包括被测对象、计量单位、测量方法和测量精度等4 个要素。被测对象：在几何量测量中，被测对象是指长度、角度、表面粗糙度、几何误差等。

计量单位：用以度量同类量值的标准量。

测量方法：指测量原理、测量器具和测量条件的总和。

测量精度：指测量结果与真值一致的程度。

3. 测量技术的基本要求

测量技术的基本要求是：在测量的过程中，保证计量单位的统一和量值准确；将测量误差控制在允许的范围内，以保证测量结果的精度；正确、经济合理地选择计量器具和测量方法，保证一定的测量条件。

二、长度单位、基准和量值传递

1. 长度单位和基准

1）长度单位

在国际单位制及我国法定计量单位中，长度的基本单位名称是“米”，其单位符号为“m”。工程单位为mm、μm。　

“米”的定义于18 世纪末始于法国，当时规定“米等于经过巴黎的地球子午线的四千万分之一”。19 世纪，“米”逐渐成为国际通用的长度单位。1889 年，在法国巴黎召开了第一届国际计量大会，从国际计量局订制的30 根米尺中选出了作为统一国际长度单位量值的一根米尺，把它称为“国际米原器”。

2）基准

基准单位为“米”。1 m 是光在真空中1/299 792 458 s 的时间间隔内所经过的行程长度。

2. 量值传递系统

经过中间基准将长度基准逐级传递到生产中使用的各种计量器具上，即形成量值传递系统。我国量值传递系统如图3 - 2 所示，从最高基准谱线开始，通过两个平行的系统向下传递。

3. 量块

量块也叫块规，它是保持度量统一的工具，在工厂中常作为长度基准，是无刻度的平面平行端面量具。量块除了作为标准器具进行长度量值传递之外，还可以作为标准器具来调整仪器、机床或直接检测零件。

图3-2　我国量值传递系统　

1）量块的材料、形状和尺寸

量块通常用线膨胀系数小、性能稳定、耐磨、不易变形的材料制成，如铬锰钢等，其形状有长方体和圆柱体两种，常用的是长方体（长方体：有上、下两个经过精密加工的很平、很光的工作面称为上、下测量表面和四个非测量面），如图3 - 3 所示。量块的工作尺寸是指中心长度，即从一个测量面上的中心至该量块另一测量面相研合的辅助体表面（平晶）之间的距离。

2）量块的精度等级

根据GB/T 6093—2001 的规定，量块按制造精度分为00、0、1、2、3 和K 级共六级，00 级最高，3 级最低，K 级为校准级，主要根据量块长度极限偏差、测量面的平面度、粗糙度及量块的研合性等指标来划分。

图3-3　量块　

Li—量块长度；L—中心长度

量块生产企业大多按“级”向市场销售量块。用量块长度极限偏差（中心长度与标称长度允许的最大误差）控制一批相同规格量块的长度变动范例；用量块长度变动量（量块最大长度与最小长度之差）控制每一个量块两测量面间各对应点的长度变动范围，用户则按量块的标称尺寸使用量块。按“级”使用时，以标记在量块上的标称尺寸作为工作尺寸，因此，按“级”使用量块必然受到量块长度制造偏差的影响，将把制造误差代入测量结果。

国家计量局标准JJG 146—2011 对量块按检定精度分为5 等，即1、2、3、4、5 等，其中1 等精度最高，5 等精度最低。“等”主要依据量块中心长度测量的极限偏差和平面平行性允许偏差来划分。按“等”使用时，必须以检定后的实际尺寸作为工作尺寸，该尺寸不包含制造误差，但包含了检定时较小的测量误差。

量块在使用一段时间后，会因磨损而引起尺寸减小，使其原有的精度级别降低。因此，经过维修或使用一段时间后的量块，要定期送专业部门按照标准对其各项精度指标进行检定，确定符合哪一“等”，并在检定证书中给出标称尺寸的修正值。

例如：标称长度为30 mm 的0 级量块，其长度的极限偏差为±0.000 20 mm，若按“级”使用，不管该量块的实际尺寸如何，均按30 mm 计，则引起的测量误差即为±0.000 20 mm。但是，若该量块经过检定后确定为3 等，则其实际尺寸为30.000 12 mm，测量极限误差为±0.000 15 mm。显然，按“等”使用，即尺寸为30.000 12 mm 使用的测量极限误差为±0.000 15 mm，比按“级”使用测量精度高。

3）量块的特性和应用

量块的基本特性除上述的稳定性、耐磨性和准确性之外，还有一个重要的特性，即研合性。所谓量块的研合性，即量块的一个测量面与另一量块测量面或与另一经过精加工的类似量块测量面的表面，通过分子力的作用而相互黏合的性能，它是由于量块表面的粗糙度极低时，表面附着的油膜的单分子层的定向作用所致。

我国生产的成套量块有91 块、83 块、46 块、38 块等。在使用量块时，为了减小量块组合的积累误差，应尽量减少使用块数，一般不超过4 块。通常应根据所需尺寸的最后一位数字选择量块，每选择一块至少减少所需尺寸的一位小数。表3 - 1 列出了部分套别量块的尺寸系列。

表3-1　成套量块的尺寸表（GB/T 6093—2001）

例如，从83 个一套的量块组中选取几个量块组成尺寸为38.985 mm 的量块。选取步骤如下：

（1）第一个量块尺寸为1.005 mm，38.985 - 1.005 = 37.98（mm）；

（2）第二个量块尺寸为1.48 mm，37.98 - 1.48 = 36.5（mm）；

（3）第三个量块尺寸为6.5 mm，36.5 - 6.5 = 30（mm）；

（4）第四个量块尺寸为30 mm，30 - 30 = 0（mm）。即以上四块量块研合后的整体尺寸为38.985 mm。

三、计量器具与测量方法的分类

计量器具是指能直接或间接测出被测对象量值的技术装置。

1. 计量器具的分类

1）计量器具的分类

根据计量器具的结构特点和用途，可以分为标准量具、极限量规、计量仪器和计量装置。

（1） 标准量具。标准量具是指以一个固定尺寸复现量值的计量器具，又可分为单值量具和多值量具。单值量具只能复现几何量的单个量值，如量块、直角尺等；多值量具能够复现几何量在一定范围内一系列不同的量值，如线纹尺等。标准量具一般没有放大装置。

（2） 极限量规。极限量规是指没有刻度的专用计量器具，用来检验工件实际尺寸和形位误差的综合结果。量规只能判断被测工件是否合格，而不能获得微测工件的具体尺寸数值，如光滑极限量规、螺纹量规等。

（3） 计量仪器。计量仪器是指将被测量值转换成可直接观测的指示值或等效信息的计量器具。其特点是一般都有指示、放大系统。

（4） 计量装置。计量装置是指为确定被测量值所必需的测量器具和辅助设备的总体，它能够测量较多的几何参数和较复杂的工件，如连杆和滚动轴承等。

2）计量器具的技术参数指标

计量器具的技术参数指标既反映了计量器具的功能，也是选择、使用计量器具的依据。计量器具的技术参数指标如下。

（1） 分度间距（刻度间距）。分度间距是计量器具的刻度标尺或度盘上两相邻刻线中心之间的距离，一般为1～2.5 mm。

（2） 分度值（刻度值）。分度值是指计量器具的刻度尺或分度盘上相邻两刻线所代表的量值之差。例如，千分尺的微分套筒上相邻两刻线所代表的量值之差为0.01 mm，即分度值为0.01 mm。一般来说，分度值越小，计量器具的精度越高。

（3） 示值范围。示值范围指计量器具所显示或指示的最小值到最大值的范围。

（4） 测量范围。测量范围指在允许的误差内，计量器具所能测出的最小值和最大值的范围。

（5） 示值误差。示值误差指计量器具上的示值与被测量真值的代数差。示值误差可从说明书或检定规程中查得，也可通过实验统计确定。一般来说，示值误差越小，计量器具的精度越高。

（6） 灵敏度。灵敏度指计量器具对被测量变化的反应能力。一般来说，分度值越小，灵敏度越高。

（7） 修正值。修正值是指为消除系统误差，加到未修正的测量结果上的代数值。修正值与示值误差的绝对值相等而符号相反。

（8） 测量重复性。测量重复性是指在测量条件不变的情况下，对同一被测几何量进行多次测量时（一般5～10 次），各测量结果之间的一致性。

（9） 不确定度。不确定度是指由于测量误差的存在而对被测几何量的真值不能肯定的程度，它也反映了计量器具精度的高低。

2. 测量方法的分类

测量方法是指获得测量值的方式，可从不同角度进行分类。

1）按实测几何量与被测几何量的关系分类

（1） 直接测量。直接测量是指直接通过计量器具获得被测几何量量值的测量方法，如用游标卡尺直接测量圆柱体直径。

（2） 间接测量。间接测量是指先测量出与被测几何量有已知函数关系的几何量，然后通过函数关系计算出被测几何量的测量方法。例如，因为条件所限，在不能直接测量轴径时，可用一段绳子先测出周长，再通过关系式计算出轴径的尺寸。

2）按指示值是否是被测几何量的量值分类

（1） 绝对测量。绝对测量是指能够从计量器具上直接读出被测几何量的整个量值的测量方法。例如，用游标卡尺、千分尺测量轴径，轴径的大小可以直接读出。

（2） 相对测量。相对测量是指计量器具的指示值仅表示被测几何量对已知标准量的偏差，而被测几何量的量值为计量器具的指示值与标准量的代数和的测量方法。例如，用机械比较仪测量轴径，测量时先用量块调整测量仪的零位，然后对被测量进行测量，该比较仪指示出的示值为被测轴径相对于量块尺寸的偏差。一般来说，相对测量的测量精度比绝对测量的测量精度高。

3）按测量时被测表面与计量器具的测头之间是否接触分类

（1） 接触测量。接触测量是指计量器具在测量时测头与零件被测表面直接接触，即有测量力存在的测量方法。例如，用游标卡尺、千分尺测量工件，用立式光学比较仪测量轴径。

（2） 非接触测量。非接触测量是指测量时计量器具的测头与零件被测表面不接触，即无测量力存在的测量方法。例如用光切显微镜测量表面粗糙度，用气动量仪测量孔径。

对于接触测量而言，由于有测量力的存在，会使被测表面和计量器具有关部分产生弹性变形，从而产生测量误差，而非接触测量则无此影响。

4）按工件上同时被测几何量的多少分类

（1） 单项测量。单项测量是指分别测量同一工件上各单项几何量的测量方法，如分别测量螺纹的螺距、中径和牙型半角。

（2） 综合测量。综合测量是指同时测量工件上几个相关几何量，以判断工件的综合结果是否合格的测量方法。例如，用齿距仪测量齿轮的齿距累积误差，实际上反映的是齿轮公法线长度变动和齿圈径向跳动两种误差的综合结果。

一般来说，单项测量结果便于工艺分析，综合测量适用于只要求判断合格与否，而不需要得到具体测量值的场合。此外，综合测量的效率比单项测量的效率高。

5）按决定测量结果的全部因素或条件是否改变分类

（1） 等精度测量。等精度测量是指在测量过程中，决定测量结果的全部因素或条件都不改变的测量方法。

例如，由同一个人，在计量器具、测量环境、测量方法都相同的情况下，对同一个被测对象自行进行多次测量，可以认为每一个测量结果的可靠性和精确度都是相等的。为了简化对测量结果的处理，一般情况下采用等精度测量方法。

（2） 不等精度测量。不等精度测量是指在测量过程中，决定测量结果的全部因素或条件可能完全改变或部分改变的测量方法。例如，用不同的测量方法和不同的计量器具，在不同的条件下，由不同人员对同一个被测对象进行不同次数的测量，显然，其测量结果的可靠性和精确度各不相等。由于不等精确度测量的数据处理比较麻烦，因此只用于重要的高精度测量。

四、常用计量器具的基本结构与工作原理

1. 游标类量具

1）定义

利用游标读数原理制成的量具称为游标类量具，如图3 - 4（a）所示，包括普通游标卡尺、深度游标卡尺、高度游标卡尺和角度游标卡尺等。

图3-4　游标卡尺　

1—尺身；2—内测量爪；3—游标尺；4—紧固螺钉；5—深度尺；6—副尺；7—外测量爪

2）卡尺结构

卡尺主要由主尺和副尺（游标）等组成。主尺为一条刻有刻度的直尺，副尺为游标，如图3 - 4（b）所示。

3）游标的读数原理

主尺上刻线的间隔为a = 1 mm，游标上的刻线间隔为b = 0.9 mm，故主副尺刻线间距差为i = a - b = 0.1 mm。若游标移动一个间距b，则与主尺间就产生0.1 mm 的差值，此值即为分度值。读数：整数部分读主尺，小数部分读游标。

新型的卡尺为读数方便，装有测微表头或配有电子数字显示器，如图3 - 5 和图3 - 6 所示。

游标卡尺使用方法

图3-5　带表游标卡尺　

图3-6　电子数显卡尺　

注意：游标上的一条刻线与主尺上的线对齐，则小数值为游标刻线条数与分度值i 的乘积（条数 × i）。此例为1/10 分尺，其余类推。

4）用游标卡尺测量轴径步骤

（1） 根据轴径的公称尺寸和公差大小选择与测量范围相当的游标卡尺。擦拭游标卡尺两量爪的测量面，将两量爪测量面合拢，检查读数是否为0，如果不是0，应记下零位的示值误差，取其负值作为测量结果的修正值。

（2） 擦净被测轴的表面，用游标卡尺测量面卡紧被测轴的外径，注意不要卡得太紧，但也不能松动，当上下试移动时，以手感到有一点阻力为宜。特别要注意一定要卡在轴的直径部位。

（3） 三个截面测量轴径，注意各截面均要按互相垂直的方向进行测量，这样即得到6 个测量的读数。

（4） 对6 个读数进行数据处理，比较简单的方法是去掉最大读数和最小读数，再取余下的几个读数的平均值，并以第（1）步中所得的修正值进行修正，从而获得最终测得的轴径尺寸。

2. 螺旋测微类量具

1）定义

利用螺旋副运动原理制成的量具叫测微量具。测微量具包括外径千分尺、内径千分尺、深度千分尺、螺纹千分尺和公法线千分尺等，图3 - 7 所示为外径千分尺。

2）结构

千分尺主要由尺架、测砧、测微螺杆、微分筒和测力装置等组成。

3）读数原理

千分尺的测微螺杆螺距为0.5 mm，测量时微分筒转一周，测微螺杆轴向移动一个螺距，而微分筒一周分为50 等份，即微分筒转动一小格，螺杆移动0.5/50 mm，即0.01 mm，此为分度值i，再利用主尺（测杆）上的刻线记录所走路程，故读数为：整数读测杆上的主刻线，小数部分为微分筒的格数与i 的乘积。又因转一周只能移动0.5 mm，而主尺上刻线间距为1 mm，故在主尺的水平刻线下方再刻上与上方两刻线对中的一条刻线，即将上面的1 mm 两等分，每份为0.5 mm。最后千分尺读数为：主尺刻度 + 微分筒格数 × i 或主尺刻度 + 0.5 mm + 微分筒格数 × i 两种。

千分尺的读数原理

图3-7　外径千分尺　

1—堵头；2—测跕；3—锁紧装置；4—尺架；5—测微头；6—测力装置；7—校对量杆；8—隔热护板

注意：0.01 mm 分度值的千分尺每25 mm 为一规挡，应根据工件尺寸大小选择千分尺规格，使工件尺寸在其测量范围之内。

4）用外径千分尺测量轴径的步骤

（1） 先按被测轴图上的设计公称尺寸和公差大小选择适当规格的千分尺。

（2） 将千分尺测量面合拢，校对读数是否为0，若不是0，则应记下零位时的示值误差，取负值为修正值。

（3） 对测量范围大于25 mm 的千分尺，用校对杆或量块对比所要测量的尺寸。

（4） 将千分尺测量面与被测轴表面轻微接触，旋转右端棘轮，当听到“咯咯”声时即可读数，注意0.5 mm 以内的读数，并将读数减去示值误差，即获得测量结果。

（5） 轴的实际尺寸应在其验收极限尺寸范围内才算合格。

注意测量时要多测量几个截面的直径，然后做数据处理，确定测量结果。

3. 机械量仪

1）定义

机械量仪是应用机械传动件如齿轮、杠杆等，将测量杆的直线位移进行传动、放大，并由读数装置指示出来的量仪。其测量精度较高，结构简单，使用方便。

机械量仪主要用于长度的相对测量以及形状和相互位置误差的测量等。

2）百分表

百分表如图3 - 8 所示，其主要由表盘、测量杆、测量头、指针和齿轮等组成。

作用：用于测量各类零件的线值尺寸、形状和位置误差，找正工件位置或者与其他仪器配套使用。

图3-8　百分表　

（a）百分表实物图；（b）百分表内部结构
1—小齿轮；2，7—大齿轮；3—中间齿轮；4—弹簧；5—测量杆；6—指针：8—游丝；9—表盘；10—测量头

测量方法：测量时利用测量杆的上下移动带动齿轮转动，使指针转动指示读数。（此处需要添加微课视频 - 百分表使用视频）

3）内径百分表

内径百分表如图3 - 9 所示。

（1） 定义：它是利用相对测量法测内孔的一种量仪，有0.01 mm 和0.001 mm 两种。

百分表使用视频 (www.xing528.com)

图3-9　内径百分表　

1—活动测头；2—固定测头；3—传动杆；4—弹簧Ⅰ；5—百分表测杆；6—百分表； 7—等臂直角杠杆；8—弹簧Ⅱ（两只）；9—定心板

（2）结构：由表头、表杆和测头等部分组成。

（3）测量方法：当活动测量头1 被压缩时，通过等臂杠杆推动推杆，使指示表表杆上下移动，带动指针转动，完成测量。

注意：使用时要进行校零。

测量时，内径百分表测头先压进被测孔中，活动测头1 的微小位移通过等臂直角杠杆7 按1：1 传递给传动杆3，使弹簧4 压缩，并推动百分表6的测杆5，使百分表6 的指针回转。弹簧4 的反作用力使活动测头1 从表座向外伸，对孔壁产生测量力。在活动测头1 上套着定心板9，它在两只弹簧8 的作用下始终对称地与孔壁接触。定心板9 和孔壁两个接触点的连线与被测孔的直径线相互垂直，使活动测头1 和固定测头2 位于该孔的直径线上。

（4）工作原理：内径百分表采用相对测量法测量孔径。用标准环规或装在量块夹中量块组的尺寸作为标准尺寸来调零（标准环规或量块组的尺寸与被测工件的基本尺寸相同），然后用零位调整好的内径百分表进行测量，此时百分表的示值即为实际被测孔径对标准尺寸的偏差，则实际被测孔径为标准尺寸与该偏差之和。

（5）测量步骤：

①　选取标准环规或根据被测孔的基本尺寸选取数个量块并研合成量块组，将其装入量块夹中，构成标准尺寸。

②　根据被测孔的基本尺寸选取合适的固定测头并安装好。

③　调零。将内径百分表的测头放入标准环规内（或量块夹的两量爪之间），安装时，先放入活动测头压紧定位板，然后放入固定测头。左右摆动量仪，找到指针的转折点，然后转动表盘将指针调零。如此反复多次，稳定零位。

④　测量孔径。将调整好的内径百分表放入被测孔内，摆动量仪，观察并记录指针转折点的示值，被测孔径的实际尺寸为标准尺寸与该示值之和。

按任务要求对零件相应部位进行测量。

杠杆百分表的用法

⑤　根据零件精度要求，判断其合格性。

4）杠杆百分表

杠杆百分表如图3 - 10 所示。杠杆百分表是将杠杆测头的位移通过机械传动系统转化为表针的传动，其分度值为0.01 mm，示值一般为0.4 mm。

杠杆百分表的外形及工作原理如图3 - 10 所示，它是由杠杆、齿轮传动机构等组成的。将测量杆5 的摆动，通过杠杆使扇形齿轮绕其轴摆，并带动与它相啮合的齿轮1 转动，使固定在同一轴上的指针3 偏转。

图3-10　杠杆百分表的外形及工作原理　

（a）杠杆百分表实物；（b）杠杆百分表工作原理
1—齿轮；2—扭簧；3—指针；4—扇形齿轮；5—测量杆；6—表夹头

由于杠杆百分表体积较小，故可将表身伸入工件孔内测量。杠杆的百分表测头可变换测量方向，使用方便，尤其是对测量或加工中小孔工件的找正，更突出其精度高、灵活的特点。

杠杆表在使用时，也需装夹于表座上，夹持部位为表夹头6。

4. 光学量仪

光学量仪是利用光学原理制成的量仪，有立式光学计和万能测长仪等。

1）立式光学计

立式光学计是利用光学杠杆的放大作用将测量杆的直线位移转换为反射镜的偏转，使反射光线也发生偏转，从而得到标尺影像的一种光学量仪，又称为立式光学比较仪。

2）万能测长仪

万能测长仪是利用光学系统和电气部分相结合的长度测量仪器。按测量轴的位置分，有立式测长仪、卧式测长仪、万能测长仪。立式测长仪用于测量外尺寸。卧式测长仪用于测量外尺寸、内尺寸、螺纹中径等。万能测长仪的测量原理是指被测工件的被测尺寸应处于仪器基准刻线尺的轴线的延长线上，以保证仪器的高精度测量。

杠杆百分表的用法

任务实施

任务回顾

下面测量一组如图3 - 1 所示阶梯轴的轴颈、轴肩长度及轴套内孔径等尺寸的精确长度，判断所测实物的加工尺寸是否符合图纸技术要求。

任务实施

1. 游标卡尺

（1） 根据轴径的基本尺寸和公差大小选择与测量范围相当的游标卡尺。擦拭游标卡尺两量爪的测量面，将两量爪测量面合拢，检查读数是否为0，如不是0，应记下零位的示值误差，取其负值作为测量结果的修正值。

（2） 擦净被测轴的表面，用游标卡尺测量面卡紧被测轴的外径，注意不要卡得太紧，但也不能松动，当上下试移动时，以手感到有一点阻力为宜。特别要注意一定要卡在轴的直径部位。

（3） 三个截面测量轴径，注意各截面均要按互相垂直的方向进行测量，这样就得到6 个测量面的读数。

（4） 对6 个读数进行数据处理，比较简单的方法是去掉最大读数和最小读数，再取余下的几个读数的平均值，并以第（1）步中所得的修正值进行修正，从而获得最终的轴径尺寸。

（5） 游标卡尺用完后，应用纱布擦干净后放回量具盒中。

2. 外径千分尺

（1） 测量前将被测零件擦干净，松开千分尺的锁紧装置，转动旋钮，使测砧与测微螺杆之间的距离略大于被测零件直径。

（2） 一只手拿千分尺的尺架，将待测零件置于测砧与测微螺杆的端面之间，另一只手转动旋钮，当螺杆要接近被测零件时，旋转测力装置直至听到“咯咯”声。

（3） 旋紧锁紧装置（防止移动千分尺时螺杆转动）即可读数。

（4） 使用千分尺测同一轴径时，一般多测量几个截面的直径，取其平均值作为测量结果。（5） 千分尺用完后，应用纱布擦干净，在测砧与螺杆之间留出一点空隙，放入盒中。

3. 内径百分表

（1） 选取标准环规或根据被测孔的基本尺寸选取数个量块并研合成量块组，将其装入量块夹中，构成标准尺寸。

（2） 根据被测孔的基本尺寸选取合适的固定测头并安装好。

（3） 调零。将内径百分表的测头放入标准环规内（或量块夹的两量爪之间），安装时，先放入活动测头，压紧定位板，然后放入固定测头。左右摆动量仪，找到指针的转折点，然后转动表盘，将指针调零。如此反复多次，稳定零位。

（4） 测量孔径。将调整好的内径百分表放入被测孔内，摆动量仪，观察并记录指针转折点的示值，被测孔径的实际尺寸为标准尺寸与该示值之和。

按任务要求对零件相应部位进行测量。

（5） 根据零件精度要求，判断其合格性。

测量结果

1. 游标卡尺测量结果（见表3 - 2）

表3-2　游标卡尺测量结果

2. 外径千分尺的测量结果（见表3 - 3）

表3-3　外径千分尺的测量结果

3. 内径百分表测量结果

（1） 量仪规格及有关参数见表3 - 4。

表3-4　量仪规格及有关参数

（2） 数据记录与处理见表3 - 5。

表3-5　数据记录与处理

（3） 合格性判断。

拓展阅读

拓 展 阅 读

拓展知识一　用立式光学比较仪测量轴颈

一、使用设备

（1） 立式光学比较仪。

分度值：0.001 mm；

测量范围：180 mm；

示值范围：±0.1 mm。

（2） 量块。

二、量仪介绍

1. 结构

立式光学比较仪的结构如图3 - 11 所示，其主要由底座1、立柱7、横臂5、直角形光管12和工作台15 等组成，适用于外尺寸的精密测量。

图3-11　立式光学比较仪的结构　

1—底座；2—工作台调整螺钉；3—横臂升降螺圈；4—横臂固定螺钉；5—横臂；6—细调螺旋；7—立柱；8—进光反射镜； 9—目镜；10—微调螺旋；11—光管固定螺钉；12—直角形光管；13—测杆提升器；14—测杆及测头；15—工作台

立柱7 固定在底座1 上，工作台15 安装在底座1 上，工作台15 可通过四个调整螺钉2调节前后左右的位置，横臂升降螺圈3 可使横臂5 沿立柱上下移动，位置确定后，用横臂固定螺钉4 固紧。直角形光管12 插入横臂的套管中，其一端是测头14，另一端是目镜9。细调螺旋6 可以调节光管做微量上下移动，调好后，用光管固定螺钉11 固紧。微调螺旋10 可调整棱镜，使其转过微小角度，从而改变刻线尺的影像位置，迅速调零。光管下端装有测杆提升器13，其上有一螺钉可调节提升距离，以便适当安放被测零件。

立式光学比较仪的光学系统如图3 - 12 所示。光线经进光反射镜1、棱镜9 照亮分划板6上的刻线尺8（刻线尺上有±100 格的刻线，位于分划板的左半部），分划板6 位于物镜3 的焦平面上。当刻线尺8 被照亮后，从刻线尺8 发出的光束经直角转向棱镜2、物镜3 成为平行光束，射向平面反射镜4，光束被平面反射镜4 反射回来后，再经物镜3、直角转向棱镜2，在分划板的右半部形成刻线尺8 的影像。如图3 - 12（c）如所示，从目镜7 可以观察到该影像和一条固定指标线。

2. 工作原理

立式光学比较仪的测量原理如图3 - 13 所示，从物镜焦点C 发出的光线经物镜后变成平行光束，投射到平面反射镜P 上，若平面反射镜P 垂直于物镜主光轴，则反射回来的光束成像点C′与焦点C 重合，当测头感受到被测尺寸变化而上下移动时，可使测杆产生微小位移s，推动平面反射镜转过角度α，反射光束与入射光束的夹角为2α，从而使刻线尺的影像C′′产生位移L，该位移量L 可通过目镜观察测得，从而测得被测尺寸。

图3-12　立式光学比较仪的内部结构　

1—进光反光镜；2—直角转向棱镜；3—物镜；4—平面反射镜；5—微调螺旋； 6—分划板；7—目镜；8—刻线尺；9—棱镜

三、测量步骤

（1） 选择测头并将其安装在测杆上。根据被测零件表面的几何形状来选择测头，使测头与被测表面形成点接触。测头有球形、平面形和刀刃形三种。测量平面或圆柱面零件时选用球形测头，测量球面零件时选用平面形测头，测量小圆柱面工件时选用刀刃形测头。

（2） 根据被测零件的基本尺寸选取并组合量块。

（3） 接通电源，调整工作台。如图3 - 11 所示，通过四个工作台调整螺钉2 调整工作台15，使其与测杆14 移动方向垂直。注意如果工作台15 事先已调好，切勿拧动任何一个工作台调整螺钉2。

（4） 调整零位（图3 - 11）

①　将量块组置于工作台15 中央，并使测头14 对准上测量面中央。

②　粗调。松开横臂固定螺钉4，转动横臂升降螺圈3，使横臂5 缓慢下降，直到测头14 与量块上测量面轻微接触，并在目镜9 中看到刻线尺影像为止，然后将横臂固定螺钉4 拧紧。

③　细调。松开光管固定螺钉11，转动细调螺旋6，直至在目镜9 中观察到刻线尺影像与固定指示线接近为止（±10 格以内），然后拧紧光管固定螺钉11。

图3-13　立式光学比较仪的测量原理　

④　微调。转动微调螺旋10，使刻线尺的零线影像与指示线重合后用手指压下测杆提升器13 不少于三次，使零位稳定，调零结束。

注意：若目镜中的指标线（虚线）观察不清，可依视力情况旋转目镜的调节环来调节视度；若刻线尺的影像不清，可旋转进光反射镜，使光线充分射入光管内，从而获得清晰的刻线尺影像。

（5） 将测头14 抬起，取下量块组，放入被测零件，按任务要求对相应部位进行测量，记录并处理数据。测量时，将被测轴缓慢前后移动，读取示值中的最大值（即刻线尺影像移动的返回点）。

（6） 取下被测零件，再放上量块组复查零位，误差不得超过±0.5 μm。

（7） 根据零件精度要求判断其合格性。

拓展知识二 用立式测长仪测量轴径

一、使用设备

使用设备是立式测长仪。

二、量仪介绍

1. 结构

立式测长仪的结构如图3 - 14 所示，主要由支承装置、传动装置、测量和读数装置等三部分组成，适用于外尺寸的精密测量。

2. 工作原理

测长仪按照阿贝原则设计。它以一根精密刻线尺作为标准器，测量时将被测量与其对比，从而得出被测尺寸的量值。测长仪按照测量轴线位于铅垂方向或水平方向，分为立式测长仪和卧式测长仪。

螺旋读数装置如图3 - 15 所示。图3 - 15（a）所示为螺旋读数装置的光学系统。在目镜1 中可以观察到毫米数值，测微目镜中有一个固定分划板4，它的上面刻有10 个相等间距的刻度，毫米刻度尺的一个间距成像在它上面时恰与这10 个间距总长相等，故其分度值为0.1 mm，示值范围为0～1 mm。另还有一块通过手轮2 可以旋转的平面螺旋线圆分划板3，其上刻有10 圈平面螺旋双刻线。螺旋双刻线的螺距与固定分划板4 上的刻度间距相等，也为0.1 mm。在圆分划板3 的中央，有一圈等分为100 格的圆周刻度。　

当圆分划板3 转动一格圆周分度时，其分度值为　

图3-14　立式测长仪的结构　

1—底座；2—工作台；3—测头；4—拉锤；5—手轮； 6—目镜；7—调整螺钉；8—测量主轴；9—钢带； 10—光源；11—支架；12—立柱

这种仪器的读数方法如下：从目镜中观察，可同时看到三种刻线（见图3 - 15（b）），首先转动手轮至某一螺旋双线对称地夹在视场中的毫米刻线内，先读毫米数（7 mm），然后按照毫米刻线在固定分划板4 上的位置读出零点几毫米数（0.4 mm），再从指示线对准的圆周刻度线上读得微米数（0.051 mm）。所以从图3 - 15（b）中读得的数值是7.451 mm。

图3-15　螺旋读数装置　

1—目镜；2—手轮；3—圆分划板；4—固定分划板；5—物镜组； 6—精密刻线尺；7—透镜；8—光阑；9—光源

三、测量步骤（见图3 - 14）

（1） 选择测头并安装在测量主轴8 上，转动目镜6 调节环来调节视度。

（2） 移动测量主轴8，使测头3 与工作台2 接触。转动手轮5，调整螺钉7 调零。

（3） 用拉锤4 拉起测量主轴8，将被测零件置于工作台2 上，使测头与零件表面接触，在测头下前后地缓慢移动被测工件，找出毫米刻度尺的最大示值并读取数值。

（4） 按任务要求对相应部位进行测量，记录并处理数据。

（5） 根据零件精度要求判断其合格性。

拓展知识三 用卧式测长仪测量孔径

一、使用设备

（1）卧式测长仪。

（2）电眼装置。

二、量仪介绍

1. 结构

卧式测长仪的结构如图3 - 16 所示，主要由底座12、测座2、工作台5、尾座7 等组成，另备有多种附件。卧式测长仪因其功能较多，故又称为万能测长仪。

图3-16　卧式测长仪的结构　

1—目镜；2—测座；3—测量主轴；4—工作台绕垂直轴转动手柄；5—工作台；6—尾管；7—尾座；8—固定手柄； 9—工作台绕垂直轴转动手柄；10—工作台横向移动微分手轮；11—工作台升降手轮；12—底座

2. 工作原理

卧式测长仪的工作原理如图3 - 17 所示，进行测量时，被测长度与测座中标准刻线尺基准轴线处在同一条直线上（符合阿贝原则），以尾座测头瞄准定位，以测座测头作为活动测量点，测座测头随被测长度变化而移动，移动量值通过装在测座上的读数装置读出。

图3-17　卧式测长仪的工作原理　

1—读数显微镜；2—刻线尺；3—工作台；4—被测工件

卧式测长仪采用螺旋读数装置，其原理、方法皆与立式测长仪相同。

电眼法测量孔径的工作原理如图3 - 18 所示。电眼法测量孔径是使用万能测长仪的附件之一——电眼装置来进行的，它利用装置上的测头进行绝对测量。电眼指示器的作用在于显示瞄准状态。

测量前，先将被测工件安放在绝缘工作台上，将带有球形测头的测钩装在仪器测杆上。测量时先将测头伸入被测孔内（深度一般在15 mm 以内），并与被测孔壁接触，用寻找转折点法使测量轴线处于被测孔的直径位置上，然后利用粗调、微调装置先后使测头与被测孔的两壁“接触”（以电眼闪烁为准），并分别记下两次读数。两次读数之差加上球形测头直径即为被测孔径。

图3-18　电眼法测量孔径的工作原理　

1—测臂；2—电眼；3—绝缘工作台；4—刻线尺

电眼法测量中，瞄准必须以电眼闪烁为准。电眼不亮，说明测头与被测孔壁未接触；电 眼亮但不闪烁，说明测头与被测孔壁真正接触。这两种情况都未处于正确的瞄准状态，不能读数。只有电眼闪烁时，测头与被测孔壁之间存在微小的放电间隙（0.7～1.1 μm），这才是正确的瞄准点。因此，电眼法测量是非接触测量。仪器出厂时，已将放电间隙量考虑在球形测头的直径之内，测量时不用修正。

三、测量步骤

（1） 安装孔径测量的专用附件包括电眼指示器、绝缘工作台、测臂和球形测头。

①　将电眼指示器插入孔座中，将插头接入仪器线路中。

②　将绝缘工作台固定在万能工作台上，并调到水平（见水平气泡）位置，再把另一线头插入绝缘工作台孔中。

③　把选好的已知其精确尺寸的球形测头装在测臂上，然后把测量臂装在测杆上，并使水平气泡位于中央，测头可以向上或向下安装。

（2） 调整测座和测杆的位置。

①　把测座移至底座左边居中位置并紧固。

②　松开螺钉，移动测杆位置。

（3） 安装工件及调整测量中心。

①　将工件安放在绝缘工作台上，然后用夹子夹紧。移动测杆使测头偏左，再上升工作台使测头伸入孔内15 mm 处，然后固定测杆。

②　转动测座上的标记手柄，使红点对着操作者，然后转动螺旋，使工作台横向移动，同时观察电眼，当电眼闪烁时记下读数，再反转螺旋，至电眼闪烁，记下第二个读数。这两次读数的平均值就是工件孔径测量线上的一点，把螺旋固定在平均值位置上，如图3 - 19 所示。

（4） 测量孔径。旋转标记手柄，使黑点对着操作者，然后移动测杆，使测头离开工件0.5 mm，再反转标记手柄，使红点对着操作者，然后转动微调手轮，使测头移向孔壁一侧，电眼闪烁时，在目镜中读取第一次数值。同样方法，使测头移向孔壁另一侧，当电眼闪烁时，在目镜中读取第二次数值。两次读数之差加上测头直径，就是被测孔径，如图3 - 18 所示。

（5） 根据零件精度要求判断其合格性。

图3-19　调整测量中心