[科普中国]-游标卡尺

产品介绍

游标卡尺，是一种测量长度、内外径、深度的量具。游标卡尺由主尺和附在主尺上能滑动的游标两部分构成。若从背面看，游标是一个整体。深度尺与游标尺连在一起，可以测槽和筒的深度。1

在形形色色的计量器具家族中，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，它最早起源于中国。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。1

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。1

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。而这把赫赫有名的游标卡尺没有见到，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于1985年秋，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毫米。1851年由美国Brown & Sharpe 公司将Nonuth 及 Vernier 两个构想制造出第一支游标卡尺，后由德国Masuer兵工厂加以改良制造，是工程上应用最广的量具。1854年荷、法、德、英、都普遍用上了游标卡尺，1856年日本也普及了游标卡尺，游标卡尺的制造技术逐渐更新迅速提高，使之成为了通用性的长度。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。英国在1973年出版的《英国百科全书》第10卷402页，记述游标卡尺是法国数学家“Pierre Vernier ”【维尼尔·皮】公元1580－1637年 在1631年发明的。1

操作应用工作原理游标卡尺是工业上常用的测量长度的仪器，它由尺身及能在尺身上滑动的游标组成，如图2.3-1所示。若从背面看，游标是一个整体。游标与尺身之间有一弹簧片（图中未能画出），利用弹簧片的弹力使游标与尺身靠紧。游标上部有一紧固螺钉，可将游标固定在尺身上的任意位置。尺身和游标都有量爪，利用内测量爪可以测量槽的宽度和管的内径，利用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，可以测槽和筒的深度。尺身和游标尺上面都有刻度。以准确到0.1毫米的游标卡尺为例，尺身上的最小分度是1毫米，游标尺上有10个小的等分刻度，总长9毫米，每一分度为0.9毫米，比主尺上的最小分度相差0.1毫米。量爪并拢时尺身和游标的零刻度线对齐，它们的第一条刻度线相差0.1毫米，第二条刻度线相差0.2毫米，……，第10条刻度线相差1毫米，即游标的第10条刻度线恰好与主尺的9毫米刻度线对齐。当量爪间所量物体的线度为0.1毫米时，游标尺向右应移动0.1毫米。这时它的第一条刻度线恰好与尺身的1毫米刻度线对齐。同样当游标的第五条刻度线跟尺身的5毫米刻度线对齐时，说明两量爪之间有0.5毫米的宽度，……，依此类推。在测量大于1毫米的长度时，整的毫米数要从游标“0”线与尺身相对的刻度线读出。1

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，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，如下图所示：当测量零件的外尺寸时：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，可以轻轻摇动卡尺，放正垂直位置，图2-6所示。否则，量爪若在如图2-6所示的错误位置上，将使测量结果a比实际尺寸b要大；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。1

以上是对游标卡尺的介绍，包括其读数、使用方法以及其应用等内容，由于游标卡尺是种比较精密的量具，现已经被广泛应用于工业测量长度上，随着科学技术的发展以及行业的不断壮大，检测仪器数字化是当前及未来仪器的普遍趋势，而且对工件的测量效率也会要求越来越高。而当前工厂内部品质检查的方法是测量一个数据后，由测量人员人工记录在纸张中，或者由一个人测量，另一个人进行记录的操作方式，当需要进行分析时，由操作人员录入到电脑的EXCEL表格中；这种传统的测量方式导致的问题是效率低，数据容易记错。针对这种情况，推广出了一种高效应用游标卡尺测量长度的方法，只把利用我们的数据采集仪连接到游标卡尺上，采集仪就会自动从游标卡尺中获取测量数据，进行记录，分析计算，形成相应的各类图形，对测量结果进行自动判断等，这种方法真正实现了测量的数据化，不但可以减少由于人工测量所造成的误差，还可以大大提高测量效率。1

应用范围游标卡尺作为一种常用量具，其可具体应用在以下这四个方面：1）测量工件宽度2）测量工件外径3）测量工件内径4）测量工件深度1

读数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。1

**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。1

精度常用游标卡尺按其精度可分为3种：即0.1毫米、0.05毫米和0.02毫米。精度为0.05毫米和0.02毫米的游标卡尺。它们的工作原理和使用方法与本文介绍的精度为0.1毫米的游标卡尺相同。精度为0.05毫米的游标卡尺的游标上有20个等分刻度，总长为19毫米。测量时如游标上第11根刻度线与主尺对齐，则小数部分的读数为11/20毫米=0.55毫米，如第12根刻度线与主尺对齐，则小数部分读数为12/20毫米=0.60毫米。一般来说，游标上有n个等分刻度，它们的总长度与尺身上（n－1）个等分刻度的总长度相等，若游标上最小刻度长为x，主尺上最小刻度长为y则 nx=（n－1）y，x=y－（y/n）主尺和游标的最小刻度之差为Δx=y－x=y/ny/n叫游标卡尺的精度，它决定读数结果的位数。由公式可以看出，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。一般情况下y为1毫米，n取10、20、50其对应的精度为0.1，0.05毫米、0.02毫米。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。1

保管事项保管方法游标卡尺使用完毕，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。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。1

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。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1

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，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。1