张铭轩
（一）前 言
日常生活经常碰到小口瓶壁厚、金属锅壁厚的测量问题，用直尺、卷尺不好量，游标卡尺往往伸不进孔，无法同时接触到它们的内外壁。怎样才能让尺子同时接触到它们的内外壁进行测量呢？我看到人们有时用拇指和食指夹住物体凭感觉经验判断厚度的方法，于是想到模仿人的虎口形状，把尺子的两个测量头做成钳口形状，中间穿一个销子，可以使量具的测量面与物体内外壁同时接触。解决了接触的问题，怎样把钳口张开的距离（壁厚）量出来？这就需要研究制作一把钳型厚度尺专门用来测量类似的物体。
（二）方 法
在使用钳子的时候我有这样的感觉，钳口夹持厚度越大，钳臂手把分开的距离也越大，钳口张开的大小与钳臂手把分开的大小是同步的，在钳口多次夹固定厚度的物体时，钳臂手把的张开大小也是固定的，反过来如果钳臂手把张开到相同的位置，那么钳口夹住的厚度就是肯定的了。如果在两个钳臂手把之间装一把尺子，在夹不同厚度的情况下在尺子上做出记号，那么，在测量物体时，看这把尺子上的记号我就可以知道被夹物体的厚度。这样，钳型厚度尺的初步方案形成了，也就是做成交叉钳形状，中间用铆钉连接，要保持两头可以张开合拢，铆钉的一头钳口做成像人手的虎口，便于钳口测量面与被测量壁的接触，另一头在左右钳臂手把上装一个能测量读数的部件，把左右钳臂手把连接起来，这样，就可以把钳口的开口的距离显示出来。把钳头做成一个圆弧，因为圆心到圆上各点的距离相同，所以无论如何张开都不会影响精度，从而达到精确测量壁厚的目的。那么我的想法是否一定成立呢？为了证明我的想法，我想到了我初一刚刚学习到的相似三角形，钳口的大小与钳子的转动点与两个钳臂手把之间的尺子形成的两个相似三角形，不管钳口张开多大，这两个三角形依然相似，并且比例一样。在请教了老师以后，我进行了证明。
（三）结 果
1.设计。我在纸上画了一个大概的虎口钳子的模样，钳口的尺寸比照自己拇指和食指大小，钳臂手把一边画了一把尺子，另一边画了一个指针。然后找了一把火钳，还有铁皮、螺丝、铆钉和销子等工具开始制作。经过剪切、弯曲、锤打、钻孔、刻线等配件制作，用铁皮做成一对对称的指状钳口，用螺钉安装在火钳的一头，另一头用铁皮做成直尺和指针，用螺钉分别装在两个不同的钳臂手把上。做好以后，我试用一下，活动很不方便，动不了，原来尺子是不能固定在手把上的，它必须随手把的开合有一个摆动，指针也不能固定，它必须随尺子的摆动保持与尺子中心线的垂直关系。于是我就把固定改为铰链铆接，直尺改为可以伸缩的尺。就这样，一边做，一边改，一边试，不断摸索、修改，逐步弄清了钳口、钳臂和伸缩尺的相似三角形的关系，明确了测量读数与测量厚度的比例关系和钳口圆弧形状尺寸的作用，结构上也逐步完善。通过不断地摸索，我画出了设计图（如图4-22）。
图4-22 钳形厚度尺设计图
2.原理证明。
图4-23 钳形厚度尺原理证明图
3.制作。制作好设计图后，我们与柳钢的徐工程师联系，最后制作出了钳形厚度尺的实物。
图4-24 钳形厚度尺实物(www.xing528.com)
（四）讨 论
经过这一次的科研活动，我对钳形厚度尺有了一定的体会，总结几点认识。
1.钳口的结构形状要做成虎口形，一方面要让钳口测量面与被测壁接触，另一方面不能让钳口非测量面与被测物体接触，也就是钳口内腔半宽要大于瓶口到瓶孔壁的距离，钳口内腔深度要大于瓶口平面到瓶底的距离。
2.钳形厚度尺的尺寸关系要符合中心对称的相似三角形的要求，即以中间铰链为中心，钳口圆弧中心/钳口圆弧中心连线中点形成的直角三角形与对应钳臂铰链中心/读数装置中心线中点形成的直角三角形是相似三角形。以中间铰链公共点形成中心对称（钳口圆弧中心、中间铰链中心和对应钳臂铰链中心三点成直线），这样才能确保开关时对应边成比例。
3.钳口圆弧中心到中心铰链距离与测量读数装置铰链到中间铰链距离采用不同比例（如1∶2、1∶5），可以将读数装置1毫米细分（读成0.5、0.2），从而有较为精确的测量效果。
4.钳口圆弧面到圆弧中心的半径不变，钳口张开后，虽然钳口转了一个角度，但两圆心连线中，两端钳口接触测量点到其圆心的距离保持不变，才能保证测量准确性。
（五）结 论
虎口形钳口解决了钳口测量面与被测壁接触的问题，读数装置铰链中心、中间铰链中心和钳口圆弧中心三点在一条直线上，可以确保相似三角形的关系的成立。
钳口圆弧面以相似三角形交点为圆心，确保钳口张开后，转了一个角度，但两圆心连线之中，两端钳口接触测量点到其圆心的距离始终为半径常量，保证了测量的准确性。
钳口与钳臂距离的比例1比几，可以将1毫米刻度变成几分之一毫米的读数值。
表4-6 钳形厚度尺实测与游标卡尺测量比较一览表 单位为毫米
测量对象：长×宽×高为14.8mm×9.7mm×4.9mm的长方体一块。
测量方法：用游标卡尺和钳形厚度尺分别对长方体的长宽高各测量三次，对对应次序的测量值和三次测量平均值进行比较，观察钳形厚度尺的测量正确性。
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