常用量仪种类、规格和测量原理介绍

（一）百分表

百分表是一种精度较高的量仪，它只能测出相对数值，不能测出绝对数值，常用于检验工件表面的几何误差及找正装配件间的相互位置关系。百分表的读数准确度为0.01mm。图2-20所示为机械式百分表的外形及结构，图2-21所示为杠杆式百分表的外形及结构。

图2-20 机械式百分表的外形及结构

a）机械式百分表的外形 b）机械式百分表的结构 1—测头 2—测量杆 3—活动表圈 4—工件表面 5—游丝

工作时，机械式百分表测头触及工件表面后产生向上位移，齿轮传动带动表针转动，即测出测量数据。

具体来讲，当测量杆2向上或向下移动1mm时，通过齿轮传动系统带动大指针转一圈，小指针转一格。刻度盘在圆周上有100个等分格，各格的读数值为0.01mm。小指针每格读数为1mm。测量时指针读数的变动量即为尺寸变化量。刻度盘可以转动，以便测量时大指针对准零刻线。读数时先读小指针转过的刻度线（即毫米整数），再读大指针转过的刻度线（即小数部分），并乘以0.01，然后两者相加，即得到所测量的数值。

图2-21 杠杆式百分表的外形及结构

1—杠杆测头 2—齿轮 3—游丝 4—指针 5—扇形齿轮

杠杆式百分表与机械式百分表不同之处在于：当测头触及工件表面后，发生微量摆动，杠杆和齿轮使指针转过相应格数，就读出了相应数据。当测头摆动0.01mm时，杠杆和齿轮使指针转过一小格，这样就获得了0.01mm的读数值。

（二）水平仪

水平仪主要用于检测机械设备安装面的直线度，机件相对位置的平行度，以及设备的水平位置与垂直位置。常用的水平仪有普通水平仪和光学合像水平仪。

1.普通水平仪的测量原理

（1）普通水平仪的结构 如图2-22所示，普通水平仪有长条形和方框形两类。它由框架和水准器两部分组成。框架的测量面上有V形槽，以便放置在圆柱形的表面上。水准器为一弧形玻璃管，玻璃管的上方外表面有刻线，内装乙醚或酒精，但不装满，留有一个小气泡，这个气泡永远处在玻璃管的最高点。如果水平仪处在水平位置，则气泡位于玻璃管的中央位置；若水平仪倾斜一个角度，则气泡就向高处移动。根据气泡在玻璃管内移动的距离，即可测出被测表面的形位误差。

图2-22 普通水平仪

a）长条形水平仪 b）方框形水平仪

（2）普通水平仪的刻线原理

1）气泡移动格数与两端高低的判断。图2-23所示为用普通水平仪测量时，气泡移动格数的计算方法。在判别时首先确定两测量基线的位置，然后从气泡左右两圆弧边缘计起。通常规定，气泡向右移动为正（+），向左移动为负（-）。

图2-23a气泡在中间位置，说明两端一样高；图2-23b气泡整体向右移动了1格，说明右端比左端高出1格；图2-23c气泡整体向左移动了2格，说明左端比右端高出2格。

2）精度为0.02mm/m水平仪的示值含义。图2-24所示为边长200mm×200mm、精度（刻度分划值或水准器格值）为0.02mm/m的水平仪，当气泡移动一格时，水平仪的底面倾斜角度为4″，1m内的高度差为0.02mm；现水平仪边长为200mm，当气泡移动一格时，水平仪两端高度差h可做以下计算，即0.02（mm）：1000（mm）=h（mm）∶200（mm）(www.xing528.com)

h=0.004mm

图2-23 水平仪气泡移动格数的判断

a）气泡整体处于中间位置 b）气泡整体处于右端位置 c）气泡整体处于左端位置

也就是说，气泡移动一格，200mm×200mm水平仪两端高度差为0.004mm。

2.光学合像水平仪的测量原理

常见的精密水平仪有光学合像水平仪、电子水平仪、电感式水平仪，广泛应用于精密机床在修理中的测量，其测量精度可达0.01mm/1000m、0.005mm/1000m和0.0025mm/1000m。可精确地检验表面的平面度、直线度和相关零部件安装位置的准确度，同时还可以测量工件的微小倾角。

图2-24 普通水平仪的刻线原理

（1）光学合像水平仪的结构特点 图2-25所示为光学合像水平仪的结构，与普通水平仪相比较，光学合像水平仪测量精度更高。且可通过绝对测量法获得测量结果（即可直接读出1m处的高度值）。

光学合像水平仪的核心部件是水准器，如果水平仪的底面（水平仪基面）处于不水平位置，则可调整水准器，使其水准器处于水平状态。水准器与水平仪底面的夹角就是被测面的倾角（或高差）。其具体结构特点如下：

水准器的玻璃管装在水平仪内杠杆架的特制底盘上，其水平位置可转动旋钮，通过丝杠和丝母及杠杆等进行调节。丝杠螺距为1mm，旋钮的刻度盘等分100格，故每格为0.01mm，即该水平仪的刻度分划值为0.01mm。

水准器玻璃管内气泡的两端圆弧，分别由三个不同位置的棱镜反射到窗口内的圆形镜框（该窗口内装设一凸透镜）内，分成两半合像。使用时，若水平仪底面不在水平位置，两端有高度差，气泡弧头A、B的像就不相合。此时若转动旋钮进行调节，使玻璃管处于水平位置，则气泡弧头A、B的像就会相合（即两侧弧头各一半形成一个完整的圆弧）。这时从侧视窗口查看，可读出高度差的毫米值，再从旋钮刻线处读出高度差的刻线格数（一格代表1m长度的高度差是0.01mm），将两个数值相加，即是所求高度差的数值。

（2）光学合像水平仪的测量原理 将水平仪的铭牌正对视线，按下述步骤进行操作：第一步：先将水平仪自身调整到水平状态（即水平仪底面与水准器处于平等状态，这时就相当于普通水平仪），即通过微调旋钮将侧视窗口滑块的刻线对准刻度5mm，转动微分刻度盘，使微调旋钮上的“0”对准起始点线。

第二步：通过观察上窗口，以确定没有合像的两个半弧头是左高还是右高（即哪个半弧头在上），如图2-25所示。

1）若右边弧头在上，则右高，应转动微调旋钮向“+”方向旋转，使丝母下移，同时使水准器及其杠杆支承向水平状态接近。当其达到水平状态时，其凸透镜内的两个半弧呈一个半圆，此时杠杆与水平仪底面形成一个夹角（或在1m处有一高度差），其读数为侧视窗口值（mm）加微调旋钮值（0.01mm），若该读数大于5mm，其结果为：读数减5mm，且为正值（即右端1m处离水平状态的高度值）。

2）若左边弧头在上，则左高，应转动微调旋钮向“-”方向旋转，使丝母上移，同时使水准器及其杠杆支承向水平状态接近。当其达到水平状态时，其凸透镜内的两个半弧呈一个半圆，此时杠杆与水平仪底面形成一个夹角（或在1m处有一高度差），其读数为侧视窗口值（mm）加微调旋钮值（0.01mm），若该读数小于5mm，结果为：读数减5mm，且为负值（即左端1m处离水平状态的高度值）。

例如，光学合像水平仪精度为0.01mm/m，底座长165mm，测量结果一端高4.08mm（即1m处的高度），要使该水平仪处于水平状态，则在该水平仪低端垫高4.08mm×165/1000=0.6732mm（即水平仪两端的高度差）。

图2-25 光学合像水平仪的结构

1、18—杠杆 2、8—杠杆支承 3、14—微调旋钮 4—微分刻度盘（等分100格，每格0.01mm） 5、15—调整丝杠 6、17—侧视窗口 7、10—水准器 9—弹簧 11—三棱镜组合体 12—凸透镜 13—上窗口 16—丝母