常用测量器具的原理、结构与使用方法

1.游标卡尺

游标卡尺是利用游标读数原理制成的一种常用量具，它具有结构简单、使用方便、测量范围大等特点。

1）普通游标卡尺结构，如图2-4所示。游标量具的主体是一个刻有刻度的尺身，沿着尺身滑动的尺框上装有游标，游标量具的分度值有0.02mm、0.1mm和0.05mm三种。

图2-4　游标卡尺

1—尺身；2—微动螺母；3—尺框（游标）；
4—内、外尺寸测量爪；5—外尺寸测量爪；6—锁紧螺钉

2）游标的读数原理，是利用尺身刻度间距与游标刻度间距之差进行小数读数。以分度值为0.02mm的游标卡尺为例，尺身刻度间距为1mm，游标尺的刻度间距为0.98mm。当两量爪合并，即游标零线与尺身零线对准时，除游标的最后一根（第50格）刻线与尺身（第49格）刻线对准外，游标的其他刻线都不与尺身刻度对准，如图2-5（a）所示。游标的第一根刻线与尺身刻线相差0.02mm，游标的第二根刻线与尺身刻线相差0.04mm，依此类推。这样就利用尺身刻度间距与游标刻度间距之差，将1mm分成了50份，每份0.02mm，若将游标向右移动0.02mm，则游标的第一根刻线与尺身刻线对准；若向右移动0.1mm，则游标的第五根刻线与尺身刻线对准，这时0.02×5＝0.1，为了读数方便，在游标第五根的下方写有数字10，在第十根的下方写有数字20，依此类推。

3）游标的读数方法。

（1）读出游标零刻线左边所指示的尺身上的刻线，为整数部分。

（2）观察游标上零刻线右边第几根刻线与尺身刻线对准，用游标刻线的序号乘上分度值，即为小数部分的读数。

（3）将整数与小数部分相加，即得被测工件的测量尺寸。

读数举例：如图2-5（b）所示。

整数部分40mm；小数部分0.02×6＝0.12mm；零件尺寸40＋0.12＝40.12mm。

图2-5　游标卡尺的读数方法

（a）零位示值；（b）读数举例

2.千分尺

千分尺是利用螺旋传动原理制成的量具，分为外径千分尺、内径千分尺与深度千分尺。

1）外径千分尺的结构，如图2-6所示。

图2-6　外径千分尺

1—尺架；2—固定测砧；3—活动测砧；4—螺纹轴套；5—固定套筒；6—微分筒；7—调节螺母；8—接头；9—棘轮旋柄；10—测力装置；11—锁紧手把；12—绝缘板；13—锁紧轴

2）读数原理。千分尺是应用螺旋副的传动原理，将角位移转变为直线位移。测微螺杆的螺距为0.5mm时，固定套筒上的标尺间距（一般分在两侧）也是0.5mm，微分筒的圆锥面上刻有50等分的圆周刻线。将微分筒旋转一圈时，测微螺杆轴向位移0.5mm；当微分筒转过一格时，测微螺杆轴向位移0.5×1/50＝0.01mm，这样，可由微分筒上的刻度精确地读出测微螺杆轴向位移的小数部分。因此，千分尺的分度值为0.01mm。

常用的外径千分尺的测量范围有0～25mm、25～50mm、50～75mm。以至几米以上，但测微螺杆的测量位移一般均为25mm。外径千分尺的读数如图2-7所示。

图2-7　外径千分尺读数举例

在使用千分尺时，应先对准“0”位，即千分尺两测量面接触时，微分筒棱边对准固定套管零刻线，固定套管上的纵刻线对准微分筒上的零刻线。如果微分筒的零线与固定套筒的中线没有对准，可记下差数，以便在测量结果中除去；也可在测量前加以调整。

3）读数方法。

（1）由固定套管上露出的刻线读出被测工件的整数（下边格）和半毫米（上边格出来，加0.5mm）数。

（2）在微分筒上由固定套管纵刻线所对准的刻线读出被测工件的小数部分；不足一格的数，由估读法确定。

（3）将整数和小数部分相加，即为被测工件尺寸，如图2-7所示。

3.百分表(www.xing528.com)

百分表是一种应用最广的机械量仪，其外形及传动如图2-8所示。

图2-8　百分表

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

从图2-8可以看到，当切有齿条的测量杆5上下移动时，带动与齿条相啮合的小齿轮1转动，此时与小齿轮固定在同一轴的大齿轮2也跟着转动。通过大齿轮即可带动中间齿轮3及与中间齿轮固定在同一轴上的指针6。这样通过齿轮传动系统就可将测量杆的微小位移经放大转变为指针的偏转，并由指针在刻度盘上指示出相应的数值。

为了消除齿轮传动系统中由于齿侧间隙而引起的测量误差，在百分表内装有游丝8，由游丝产生的扭转力矩作用在大齿轮7上，大齿轮7也与中间齿轮3啮合，这样可保证齿轮在正反转时都在同一齿侧面啮合。弹簧4是用来控制百分表测量力的。

百分表的分度值为0.010mm，表盘圆周刻有100条等分刻线。因此，百分表的齿轮传动系统应使测量杆移动1mm，指针回转一圈。百分表的示值范围有0～3mm、0～5mm、0～10mm三种。

4.内径百分表

内径百分表是一种用相对测量法测量孔径的常用量仪，它可测量6～1000mm的内尺寸，特别适合于测量深孔。内径百分表的结构如图2-9所示，它由百分表和表架等组成。

百分表6的测量杆与传动杆4始终接触，弹簧5是控制测量力的，并经传动杆4、杠杆7向外顶着活动测量头8。测量时，活动测量头8的移动使杠杆7回转，通过传动杆4推动百分表6的测量杆，使百分表指针偏转。由于杠杆7是等臂的，当活动测量头移动1mm时，传动杆也移动1mm，推动百分表指针同转一圈。所以，活动测量头的移动量可以在百分表上读出来。

定位装置9起找正直径位置的作用，因为可换测量头1和活动测量头8的轴线实为定位装置的中垂线，此定位装置保证了可换测量头和活动测量头的轴线位于被测孔的直径位置上。

图2-9　内径百分表

1—可换测量头；2—测量套；3—测杆；4—传动杆；5，10—弹簧；6—百分表；7—杠杆；8—活动测量头；9—定位装置

内径百分表活动测量头的位移量很小，它的测量范围是由更换或调整可换测量头的长度来达到的。

5.杠杆齿轮比较仪

它是将测量杆的直线位移，通过杠杆齿轮传动系统转变为指针在表盘上的角位移。表盘上有不满一周的均匀刻度，如图2-10所示。

图2-10　杠杆齿轮比较仪

（a）外形图；（b）传动示意图

当测量杆移动时，使杠杆绕轴转动，并通过杠杆短臂R4和长臂R3将位移放大，同时，扇形齿轮带动与其啮合的小齿轮转动，这时小齿轮分度圆半径R2与指针长度R1又起放大作用，使指针在标尺上指示出相应的测量杆的位移值。

K为杠杆齿轮比较仪的灵敏度，其计算公式为

杠杆齿轮比较仪的分度值为0.001mm，标尺示值范围为±0.1mm。

6.新技术的应用

随着科学技术的发展，测量技术已从应用机械原理、几何光学原理发展到应用更多的、新的物理原理，应用最新的技术成就，如光栅、激光、感应同步器、磁栅及射线技术等。

随堂练习

1.试述常用计量器具的使用方法。

2.若用标称尺寸为20mm的量块将百分表调零后，测量某零件的尺寸，百分表读数为＋30μm，经检定量块实际尺寸为20.006mm。试计算：

（1）百分表的零位误差和修正值。

（2）被测零件的实际尺寸（不计百分表的示值误差）。