游标卡尺与螺旋测微器的原理

知识点：测微器

测量长度一般用毫米刻度尺。想要更精确地测量长度或距离，则需要使用游标卡尺或螺旋测微器。

本段介绍一下游标卡尺和螺旋测微器的测量原理。

上图就是游标卡尺的图片，刻度部分不是很清楚，可先观察一下它的结构，稍后用刻度示意图来说明它的读数方法。

游标卡尺可大致分为主尺部分和游标尺部分。主尺部分A主要由标准的毫米刻度尺组成，游标尺B可以沿着主尺滑动。C、D为测量爪，C用来测物体的外径，D用来测物体的内径。每组测量爪都分别与主尺和游标尺固连，因此当游标尺在主尺上移动时，两个测量爪都会张开。张开的距离，就是要测量的距离，也相当于游标尺在主尺上移动的距离。

实际上的游标卡尺往往还有一个深度尺，用以测深度。上图中没有涉及，但测量原理与测内、外径是一样的。

常见的游标卡尺有三种规格：10分度、20分度和50分度。它们反映了游标尺上的刻度数。下面首先以最简单的10分度游标卡尺举例说明其测量原理。

标准的卡尺，当不测量任何物体（或者说，需要测量的尺度为0时），测量爪是闭合的状态，此时游标尺上最左端的刻度线（即游标尺的0刻度线）与主尺的零刻度线对齐，如下图：

当测量某个距离时，游标尺移动到主尺的某个位置，此时游标尺与主尺的刻度关系如下图所示：

按照刚刚说完的游标卡尺的原理——要测量的距离相当于游标尺在主尺上移动的距离，那么，游标尺的零刻度线在主尺上的位置，就是待测长度或待测距离。（此时本可按照毫米刻度尺的读数规则读出待测长度为17.6mm，末位的6为估读位。）

现在我们就要应用游标尺上的刻度了。注意观察游标尺上的刻度与主尺上的刻度关系。上图中的卡尺是10分度的游标卡尺，它的游标尺上有10个小格，总长度等于主尺上9个小格的长度。而主尺是标准的毫米刻度尺，9小格的总长度是9mm，也就是说游标尺上10个小格的总长度是9mm，那么，游标尺上每个小格的长度为

再观察下图。下图中游标尺的位置与上图是相同的，只是下边标明了距离，而且，游标尺与主尺对齐的刻线被标记了红色。

特别注意的是：上式中的红色部分的乘法，得到的结果末位不能抹零！（若暂不清楚，后面还会举例说明。）这样就得到了待测长度为

这个测量结果，末位数学的准确度就大大提高了。

也可以这样计算待测长度：

参照图中的刻度，你能想清楚其中的道理吗？

接下来看20分度的游标卡尺。20分度的游标卡尺的游标尺上有20个小格，总长度等于主尺上19个小格的长度。而主尺是标准的毫米刻度尺，19小格的总长度是19mm，也就是说游标尺上20个小格的总长度是19mm，那么，游标尺上每个小格的长度为

下图为某次测量时的刻度示意图：

同样，上式中的红色部分的乘法得到的结果末位不能抹零。这样可以得到待测长度为

也可以这样计算待测长度：

50分度的游标卡尺就不举例了，原理都是相同的。它的游标尺上一共50个小格，总长度等于主尺49个小格的总长度，所以每个小格的长度是

接下来看一下螺旋测微器：

螺旋测微器的测砧A和固定刻度B是固定在尺架C上的；可动刻度E、旋钮D、微调旋钮D’是与测微螺杆F连在一起的，通过精密螺纹套在B上。旋转旋钮时，测微螺杆与测砧间的距离增大，同时可动刻度在固定刻度上沿螺旋移动。这个原理与盘山公路很相似。汽车在盘山公路上绕圈的长度与上升的高度存在一定的放大关系，同样旋钮带着测微螺杆每旋转一周，测微螺杆便沿着轴线方向前进或后退一个螺距的距离（最终表现为测砧与螺杆间的距离增大或减小一个螺距）。

可动刻度上一周等分为50个刻度。而旋钮每旋转一周，可动刻度在固定刻度上移动半格（即0.5mm的距离，参看上图），因此，旋转刻度每旋转1格，对应可动刻度在固定刻度上移动的距离为

这些原理如果清楚了，就可以读数了。使用时先让测砧与螺杆间旋开一段距离，把待测物体夹在其中，先调节旋钮D，使测微螺杆与测砧刚好夹住待测物体，然后再调节旋钮D’，直至出现“喀喀”的声音为止。读数时先读主尺部分，再读螺旋尺上的读数。如上图中的读数为

还是要注意红色字部分，它表示螺旋尺上的格数，由于分度值为1，需要估读到分度值的下一位（即0.1格），乘法计算后的结果末位不抹零。

例如下面的螺旋测微器刻度示意图：

其读数为

螺旋测微器的结构比起游标卡尺来说更“立体化”一些，个人认为最好是能够实际操作一下，在操作中体会它的原理。

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1、GB5226.1-2008 机械电气安全

2、GB19517-2009国家电气设备安全技术规范