测量工具的使用方法与注意事项

在制作仿鱼机器人时，经常需要测量零件的尺寸，以便准确装配。这时就需要用到直尺或测量精度更高的游标卡尺和千分尺。

1.钢直尺

钢直尺（见图5-45）常用于测量零件的长度尺寸，但其测量结果并不太准确，这是由于钢直尺的刻线间距为1 mm，而刻线本身的宽度就有0.1～0.2 mm，所以测量时读数误差比较大，只能读出mm数，即它的最小读数值为1 mm，比1 mm还小的数值，只能凭肉眼估计而得。

如果用钢直尺直接去测量零件的直径尺寸（轴径或孔径），则测量精度更差。其原因除了钢直尺本身的读数误差比较大以外，还由于钢直尺无法正好放在零件直径的正确位置。所以，零件直径尺寸的测量可以利用钢直尺和内外卡钳配合起来进行。

2.游标卡尺

（1）游标卡尺简介。

通常人们使用游标卡尺来测量零件尺寸，它是一种可以测量零件长度、内外径、深度的量具[156]。游标卡尺由主尺和附在主尺上能沿主尺滑动的游标两部分构成。主尺一般以mm为单位，而游标上则有10、20或50个分格，根据分格的不同，游标卡尺可分为10分度游标卡尺、20分度游标卡尺和50分度游标卡尺等，游标为10分度的长9 mm，20分度的长19 mm，50分度的长49 mm。游标卡尺的主尺和游标上有两副活动量爪，分别是内测量爪和外测量爪，内测量爪通常用来测量零件的内径，外测量爪通常用来测量零件的长度和外径。图5-46所示为50分度游标卡尺。

图5-45　钢直尺

图5-46　50分度游标卡尺

在形形色色的计量器具家族中，游标卡尺是一种被广泛使用的高精度测量工具，它是刻线直尺的延伸和拓展。古代早期测量长度主要采用木杆或绳子进行，或用“迈步测量”和“布手测量”的方法，待有了长度的单位制以后，就出现了刻线直尺[157]。这种刻线直尺在公元前3000年的古埃及，在公元前2000年的我国夏商时代都已有使用，当时主要是用象牙和玉石制成，直到青铜刻线直尺的出现。当时，这种“先进”的测量工具较多的应用于生产和天文测量中。

中国古代科学技术十分发达，发明了大量在世界领先的仪器和器具，如浑天仪、地动仪、水排等。在北京国家博物馆中珍藏的“新莽铜卡尺”，经过专家考证，它是全世界发现最早的卡尺，制造于公元9年，距今已有2000多年了。与我国相比，国外在卡尺领域的发明整整晚了1000多年，最早的是英国的“卡钳尺”，外形酷似游标卡尺，但是与新莽铜卡尺一样，也仅仅是一把刻线卡尺，精度较低，使用范围也较窄。

最具现代测量价值的游标卡尺一般认为是由法国人约尼尔·比尔发明的。他是一名颇具名气的数学家，在他的数学专著《新四分圆的结构、利用及特性》中记述了游标卡尺的结构和原理，而他的名字Vernier变成了英文的游标一词沿用至今。但这把赫赫有名的游标卡尺没人见到过，因此有人质疑他是否制成了游标卡尺。19世纪中叶，美国机械工业快速发展，美国夏普机械有限公司创始人成功加工出了世界上第一批四把0～4英寸的游标卡尺，其精度达到了0.001 mm。

图5-47　游标卡尺的使用

（2）游标卡尺的工作原理。

游标卡尺由主尺和能在主尺上滑动的游标组成。如果从背面去看，游标是一个整体。游标与主尺之间有一弹簧片（图5-47中未能画出），利用弹簧片的弹力使游标与主尺靠紧。游标上部有一个紧固螺钉，可将游标固定在主尺上的任意位置。主尺和游标都有量爪，主尺上的是固定量爪，游标上的是活动量爪，利用游标卡尺上方的内测量爪可以测量槽的宽度和管的内径，利用游标卡尺下方的外测量爪可以测量零件的厚度和管的外径。深度尺与游标尺连在一起，从主尺后部伸出，可以测槽和筒的深度。

主尺和游标尺上面都有刻度。以准确到0.1 mm的游标卡尺为例，主尺上的最小分度是1 mm，游标尺上有10个小的等分刻度，总长9 mm，每一分度为0.9 mm，比主尺上的最小分度相差0.1 mm。量爪并拢时主尺和游标的零刻度线对齐，它们的第一条刻度线相差0.1 mm，第二条刻度线相差0.2 mm，……，第10条刻度线相差1 mm，即游标的第10条刻度线恰好与主尺的9 mm刻度线对齐。

当量爪间所量物体的线度为0.1 mm时，游标尺应向右移动0.1 mm。这时它的第一条刻度线恰好与主尺的1 mm刻度线对齐。同样当游标的第五条刻度线跟主尺的5 mm刻度线对齐时，说明两量爪之间有0.5 mm的宽度，……，依此类推。

在测量大于1 mm的长度时，整的mm数要从游标“0”线与尺身相对的刻度线读出。

（3）游标卡尺的使用方法。

用软布将游标卡尺的量爪擦拭干净，使其并拢，查看游标和主尺的零刻度线是否对齐。如果对齐就可以进行测量；如果没有对齐则要记取零误差。游标的零刻度线在主尺零刻度线右侧的叫正零误差，在主尺零刻度线左侧的叫负零误差（这种规定方法与数轴的规定一致，原点以右为正，原点以左为负）。

测量时，右手拿住主尺，大拇指移动游标，左手拿待测外径（或内径）的物体，使待测物位于外测量爪之间，当与量爪紧紧相贴时，即可读数，如图5-48所示。

图5-48　正确使用游标卡尺

当测量零件的外尺寸时，卡尺两测量面的连线应垂直于被测量表面，不能歪斜。测量时，可以轻轻摇动卡尺，放正垂直位置，如图5-48左图所示。否则，量爪若在图5-48右图所示的错误位置上，就将使测量结果比实际尺寸要小；先把卡尺的活动量爪张开，使量爪能自由地卡进工件，把零件贴靠在固定量爪上，然后移动尺框，用轻微的压力使活动量爪接触零件。如卡尺带有微动装置，此时可拧紧微动装置上的固定螺钉，再转动调节螺母，使量爪接触零件并读取尺寸。决不可把卡尺的两个量爪调节到接近甚至小于所测尺寸，把卡尺强制地卡到零件上去。这样做会使量爪变形，或使测量面过早磨损，使卡尺失去应有的精度。

（4）游标卡尺的正确读数。

在用游标卡尺测量并读数时，首先以游标零刻度线为准在主尺上读取mm整数，即以mm为单位的整数部分；然后再看游标上第几条刻度线与主尺的刻度线对齐，如第6条刻度线与主尺刻度线对齐，则小数部分即为0.6 mm（若没有正好对齐的线，则取最接近对齐的线进行读数）。如有零误差，则一律用上述结果减去零误差（零误差为负，相当于加上相同大小的零误差），读数结果为：

L=整数部分+小数部分-零误差

判断游标上哪条刻度线与主尺刻度线对准可用下述方法：选定相邻的三条线，如左侧的线在主尺对应线之右，右侧的线在主尺对应线之左，中间那条线便可以认为是对准了。

L=对准前刻度+游标上第n条刻度线与主尺的刻度线对齐×（乘以）分度值

如果需测量几次取平均值，不需每次都减去零误差，只要从最后结果减去零误差即可。

下面以图5-49所示0.02游标卡尺的某一状态为例进行说明。

图5-49　游标卡尺的正确读法

①在主尺上读出游标零刻度线以左的刻度，该值就是最后读数的整数部分。图示为33 mm。

②游标上一定有一条与主尺的刻线对齐，在游标上读出该刻线距游标的零刻度线以左的刻度的格数，乘上该游标卡尺的精度0.02 mm，就得到最后读数的小数部分。或者直接在游标上读出该刻线的读数，图示为0.24 mm。

③将所得到的整数和小数部分相加，就得到总尺寸为33.24 mm。

（5）游标卡尺的保管事项。

①保管方法。

游标卡尺使用完毕，要用棉纱擦拭干净。长期不用时应将它擦上黄油或机油，两量爪合拢并拧紧紧固螺钉，放入卡尺盒内盖好。

②注意事项。

a.游标卡尺是比较精密的测量工具，要轻拿轻放，不得碰撞或跌落地下。使用时不要用来测量粗糙的物体，以免损坏量爪，避免与刃具放在一起，以免刃具划伤游标卡尺的表面，不使用时应置于干燥中性的地方，远离酸碱性物质，防止锈蚀。

b.测量前应把卡尺擦拭干净，检查卡尺的两个测量面和测量刃口是否平直无损，把两个量爪紧密贴合时，应无明显的间隙，同时游标和主尺的零位刻线要相互对准。这个过程称为游标卡尺的零位校对。

c.移动尺框时，活动要自如，不应有过松或过紧现象，更不能有晃动现象。用固定螺钉固定尺框时，卡尺的读数不应有所改变。在移动尺框时，不要忘记松开固定螺钉，亦不宜过松以免掉落。

d.用游标卡尺测量零件时，不允许过分地施加压力，所用压力应使两个量爪刚好接触零件表面。如果测量压力过大，不但会使量爪弯曲或磨损，且量爪在压力作用下产生弹性变形，使测量得到的尺寸不准确（外尺寸小于实际尺寸，内尺寸大于实际尺寸）。(www.xing528.com)

e.在游标卡尺上读数时，应水平拿着卡尺，朝着亮光的方向，使人的视线尽可能和卡尺的刻线表面垂直，以免由于视线歪斜造成读数误差。

f.为了获得正确的测量结果，可以多测量几次。即在零件的同一截面上的不同方向进行测量。对于较长零件，则应当在全长的各个部位进行测量，务使获得一个比较正确的测量结果。

3.千分尺

（1）千分尺简介。

千分尺（micrometer）又称螺旋测微器、螺旋测微仪、分厘卡，是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，其结构如图5-50所示[158]：

千分尺是依据螺旋放大原理制成的，测微螺杆在螺母中旋转一周，就会沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离[159]。因此，测微螺杆沿轴线方向移动的微小距离就能用圆周上的刻度读数表示出来。

千分尺测微螺杆上的精密螺纹其螺距是0.5 mm，可动刻度有50个等分刻度。当可动刻度旋转一周时，测微螺杆可前进或后退0.5 mm，因此每旋转一个小分度，相当于测微螺杆前进或后退了0.5/50=0.01（mm）。由此可见，可动刻度的每一小分度表示0.01 mm，所以千分尺的测量精度可准确到0.01 mm。由于需要再估读一位，于是可读到mm的千分位，故由此得名千分尺。

（2）千分尺的使用方法。

图5-50　千分尺结构示意图

①使用前应先检查千分尺的零点，可缓缓转动微调旋钮（D′），使测微螺杆（F）和测砧（A）接触，直到棘轮发出声音为止。此时可动刻度（E，即活动套筒）上的零刻线应当和固定刻度（B）上的基准线（长横线）对正，否则有零误差。

②测量时（见图5-51），左手持尺架（C），右手转动粗调旋钮（D）使测微螺杆（F）与测砧（A）间距稍大于被测物，接着放入被测物，然后转动微调旋钮（D′）夹住被测物，直到棘轮发出声音为止，再拨动止动旋钮（G）使测微螺杆固定后读数。

图5-51　采用千分尺测量物体长度

（3）千分尺的读数方法。

①先读固定刻度；

②再读半刻度，若半刻度线已露出，记作0.5 mm；若半刻度线未露出，记作0.0 mm；

③再读可动刻度（注意估读）。记作n×0.01 mm；

④最终读数结果=固定刻度+半刻度+可动刻度。

（4）使用千分尺时的注意事项。

①测量时，在测微螺杆快靠近被测物体时应停止使用粗调旋钮，而改用微调旋钮，避免产生过大的压力，这样既可使测量结果精确，又能保护千分尺；

②在读数时，要注意固定刻度尺上表示0.5 mm的刻线是否已经露出；

③读数时，千分位有一位估读数字，不能随便扔掉，即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐，千分位上也应读取为“0”；

④当测砧和测微螺杆并拢时，可动刻度的零点与固定刻度的零点不相重合，将出现零误差，应加以修正，即在最后测得长度的读数上去掉零误差的数值。

（5）千分尺的正确使用和保养。

①检查零位线是否准确；

②测量时需把工件被测量面擦拭干净；

③工件较大时应放在V形铁或平板上测量；

④测量前将测微螺杆和测砧擦干净；

⑤拧可动刻度（即活动套筒）时需用棘轮装置；

⑥不要拧松后盖，以免造成零位线改变；

⑦不要在固定刻度和可动刻度之间加入普通机油；

⑧用后擦净上油，放入专用盒内，置于干燥处。

4.万用表

（1）万用表简介。

万用表是一种多功能、多量程、便于携带的电子仪表，可以用来测量直流电流、交流电流、电压、电阻、音频电平和晶体管直流放大倍数等物理量[160]。万用表由表头、测量线路、转换开关以及测试表笔等组成。

万用表可以分为模拟式和数字式万用表。模拟式万用表是由磁电式测量机构作为核心，用指针来显示被测量数值；数字式万用表是由数字电压表作为核心，配以不同转换器，用液晶显示器显示被测量数值。

万用表怎么用呢？这是很多电工新手或青少年学生每每遇到的小难题。有了万用表却不会使用，有了这张图（见图5-52）就会使用万用表了。

下面介绍万用表的各个部件以及符号所代表的意思。

以图5-52的数字万用表为例，万用表主要分为两部分，分别是表身和表笔。表笔很简单，一根红色的表笔和一根黑色的表笔；表身包括表头（即屏幕）、转换旋钮、表笔插口。表身最上面的部分是显示屏，可以显示测量出来的所有数值；显示屏下面有两个按钮，分别是数字保留按钮和手动自动量程按钮；表身中间部分是转换旋钮，用于转换各种挡位，上面各个字符代表的意思分别是：从OFF挡开始，依次是交流电压、直流电压、直流电压（毫伏）、Ω挡（电阻）和二极管测试、电容、交流/直流安培、交流/直流毫安、交流/直流微安；表身最下面部分是表笔插口，从左到右共计四个插口，分别是电流安培（注意有电流通过时间要求）、电流毫安微安（也要注意电流通过时间的要求）、COM（也叫公共端）、电压电阻二极管；其中COM孔插黑色的表笔，其余三个孔均插红色的表笔；需要注意的是，每款万用表上面的标注方式都不尽相同，但是字符代表的意思都是一致的。

图5-52　万用表标注说明

（2）万用表的使用方法。

现以最常用的电压测量为例，说明如何使用万用表。测量前先把黑色表笔插入COM孔，把红色表笔插入VΩ孔（即电压电阻孔），然后打开万用表，待校零完成以后，把转换旋钮旋转至电压挡（图5-53所示万用表是750 V挡）；接着，一只手捏住一支表笔，此时注意不要让表笔触碰金属部分，再用两只表笔分别接触待测电路的火线和零线（如图5-53中插座的插孔），这时显示屏上就会显示出测量的电压数值（图5-53中所测电压是235 V）；万用表的其他用法都跟上述电压测量类似。

5-53　万用表的使用方法