游标卡尺是什么?关于游标卡尺的详细介绍

创闻科学2020-11-23 15:49:18

游标卡尺(Vernier caliper)由主尺和附在主尺上能滑动的游标两部分构成,是一种使用最广泛的长度测量工具。它能够极为方便地测量内径、外径、长度、厚度和深度等尺寸。

主尺一般以毫米为单位,根据分格的不同,游标卡尺可分为十分度游标卡尺、二十分度游标卡尺、五十分度格游标卡尺等,游标上分别有10、20或50个分格。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内径,外测量爪通常用来测量长度和外径。

历史背景

游标卡尺

游标卡尺作为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,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。作为一名数学家,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。而这把赫赫有名的游标卡尺至今没有见到,因此有人质疑他是否制成了游标卡尺。然而游标卡尺的历史最早起源于中国。古代早期测量长度主要采用木杆或绳子,或用“迈步”“布手”的手法,待有了长度的单位制以后,就出现了刻线直尺。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。中国汉代科学技术发达,发明了大量的领先当时世界的先进仪器和器具,如浑天仪、 地动仪、水排等,这些圆轴类零件的诞生,都昭示着刻线直尺在中国的诞生。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,距今年2000多年。与我国相比,国外在卡尺领域的发明晚了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,精度和使用范围都较低。

游标卡尺 1992年5月在扬州市西北8公里的邗江县甘泉乡(今邗江区 甘泉镇)顺利清理了一座东汉早期的砖室墓,从墓中出土了一件铜卡尺(见图),此铜卡尺由固定尺和活动尺等部件构成。固定尺通长13.3厘米,固定卡爪长5.2厘米、宽0.9厘米、厚0.5厘米。固定尺上端有鱼形柄,长13厘米,中间开一导槽,槽内置一能旋转调节的导销,循着导槽左右移动。在活动尺和活动卡爪间接一环形拉手,便于系绳或抓握。两个爪相并时,固定尺与活动尺等长。使用时,将左手握住鱼形柄,右手牵动环形拉手,左右拉动,以测工件。用此 量具既可测器物的直径,又可测其深度以及长、宽、厚,均较直尺方便和精确。惜因年代久远,其固定尺和活动尺上的计量刻度和纪年铭文,已锈蚀难以辨认。

东汉原始铜卡尺的出土,纠正了世人过去认为游标卡尺乃是欧美科学家发明的观念,表明了游标卡尺实际上起源于中国。

操作应用

使用方法

用软布将量爪擦干净,使其并拢,查看游标和主尺身的零刻度线是否对齐。如果对齐就可以进行测量:如没有对齐则要记取零误差:游标的零刻度线在尺身零刻度线右侧的叫正零误差,在尺身零刻度线左侧的叫负零误差(这件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,右手拿住尺身,大拇指移动游标,左手拿待测外径(或内径)的物体。测外径时,使待测物位于外测量爪之间,测量内径时,将内测量爪卡进待测物体的内部;当与量爪紧紧相贴时,即可读数,如下图所示。注意卡尺两测量面的联线应垂直于被测量表面,不能歪斜。测量时,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,把卡尺强制的卡到零件上去。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。

读数方式

读数时首先以游标零刻度线为准在尺身上读取毫米整数,即以毫米为单位的整数部分。然后看游标上第几条刻度线与尺身的刻度线对齐,如第6条刻度线与尺身刻度线对齐,则小数部分即为0.6毫米(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尺身刻度线对准,可用下述方法:选定相邻的三条线,如左侧的线在尺身对应线之右,右侧的线在尺身对应线之左,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条刻度线与尺身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。

游标卡尺 下面以图13-3所示0.02游标卡尺的某一状态为例进行说明。

1.在主尺上读出副尺零刻度线以左的刻度,该值就是最后读数的整数部分。图示33mm。

2.副尺上一定有一条与主尺的刻线对齐,在副尺上读出该刻线 距副尺的零刻度线以左的刻度 的格数为12格,乘上该游标卡尺的精度0.02mm,就得到最后读数的小数部分。或者直接在副尺上读出该刻线的读数,图示为0.24mm。

3.将所得到的整数和小数部分相加,就得到总尺寸为33.24mm。

关于测量精度

常用游标卡尺按其精度可分为3种:游标卡尺有0.1毫米(游标尺上标有10个等分刻度)、0.05毫米(游标尺上标有20个等分刻度)、和0.02毫米(游标尺上标有50个等分刻度)、0.01毫米(游标尺上标有100个等分刻度)4种最小读数值。提高游标卡尺的测量精度在于增加游标上的刻度数或减小主尺上的最小刻度值。精度为0.02毫米的机械式游标卡尺由于受到本身结构精度和人的眼睛对两条刻线对准程度分辨力的限制,其精度不能再提高。

注意事项

1.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。游标卡尺使用完毕,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。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。

2.测量前应把卡尺揩干净,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。这个过程称为校对游标卡尺的零位。

3.移动尺框时,活动要自如,不应有过松或过紧,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,亦不宜过松以免掉了。

4.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,使测量得的尺寸不准确(外尺寸小于实际尺寸,内尺寸大于实际尺寸)。

5.在游标卡尺上读数时,应把卡尺水平的拿着,使人的视线尽可能和卡尺的刻线表面垂直,以免由于视线的歪斜造成读数误差。

6.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。

7.游标卡尺是一种使用最广泛的长度测量工具。它能够极为方便地测量内径、外径、长度、厚度和深度等尺寸。但由于零件结构的多样性,仍有很多常见结构的尺寸是游标卡尺所无法测量或无法直接测量的。