直尺加游标,测量精度提高至0.02毫米,游标卡尺是什么原理?

发布时间:10-1806:08

生产活动中常常需要丈量尺寸,游标卡尺作为一类重要的尺寸测量工具,广泛应用于机械制造与加工行业,可以测量工件的内外径、尺寸等。

刻线直尺和卡尺虽然很早就出现了,但真正具有现代测量意义的游标卡尺是法国人约尼尔·皮在1631年发明的,他在数学著作《新四分圆的结构、利用及特性》中描述了游标卡尺的结构和原理,他的名字Vernier也演变成了游标的英文单词沿用至今。

游标卡尺结构简单,简单来说就是一个直尺,再加上一个滑动游标。主尺的刻度线,以一毫米为单位,而游标尺有10、20、50等分格。以10等分格为例,它叫做十分度游标卡尺,其余的以此类推。

10分度游标的总刻线长度为9毫米,测量精度可以达到0.1毫米;20分度游标的长度为19毫米,测量精度可以达到0.05毫米;50分度游标的长度为49毫米,测量精度可以达到0.02毫米。

众所周知,一毫米已经很小了,由于刻度线的限制,测量时顶多能够通过目视估读精确到0.5毫米。游标卡尺之所以能够精确到0.02毫米,就是因为它比普通直尺多了一个游标尺。

游标尺和主尺的主要差异就在于,刻度线的单位长度不一样,主尺上每一格的单位长度是一毫米,而游标尺每一格的单位长度根据分度值而定,其中10分度游标每一格的单位长度是0.9毫米,20分度的是0.95毫米,50分度的是0.98毫米,它们分别与主尺的单位刻度相差0.1毫米、0.05毫米、0.02毫米。

说到这儿,你可能就已经明白了个大概,这个单位刻度的差值,就是它们的最小测量精度。通过主尺和游标尺单位刻度之间差值的累积,本来无法用刻度线标识的微小长度差异就被这个游标放大,变成了可以被人目视读取的数值。

这种方法就叫做放大法,主要包括:光学放大法、形变放大法、累积放大法等,是一种在研究或观察过程中非常常用的一种手段。螺旋测微器(千分尺)也是用了这一方法。

以10分度游标卡尺为例,当爪并拢时,主尺与游标的零刻度线对齐,它们的第1刻度线(零刻度线不算)相差0.1毫米,第2刻度线相差0.2毫米……第10刻度线相差1毫米,且第10刻度线正好与主尺的9毫米刻度线对齐。如果游标零刻度线与主尺第X刻度线对齐,那么游标上的第10刻度线就会与主尺第X+9刻度线对齐。

游标卡尺读数时(以毫米为单位),都是先读取游标零刻度线和主尺零刻度线的距离,取整数部分,然后再看游标第几刻度与主尺刻度对齐,就可以得出测量结果中的小数部分。正常情况下,不存在主尺和游标卡尺刻度线对不齐的情况,所以游标卡尺一般不存在估读。

测量物体的尺寸时,如果物体厚10.4毫米,那么游标就要向右移滑动10.4毫米,此时游标零刻度线位于主尺10~11毫米刻度线之间,游标上第4刻度线将和主尺上的第10+3刻度线对齐。如果是游标第n刻度线和主尺对齐,那么物体的厚度便是10+n0.1毫米。如果用20分游标卡尺和50分游标卡尺测量,物体的厚度分别是10+n0.05毫米和10+n0.02毫米。这两个n分别是第几刻度线,你知道吗?

除了游标卡尺,现在还有表盘式卡尺,以及电子数显式的卡尺,其中表盘式卡尺的测微原理和螺旋测微器比较相似,都是化直为曲。

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