游标卡尺测量原理

0 10
分度值1
20 主尺刻度 副尺刻度
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5
分度值0.9
10 (a) 10 20 主尺刻度 副尺刻度
0
0
5
10 (b)
图 3. 10 分度游标卡尺读数原理 I
3
读数原理 II
接下来我们用代数的方法来解释游标卡尺的读数原理。 同样还是以读数值为 0.1mm 的 10 分度游标卡尺为例。如图 4 所示。
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游标卡尺测量原理
游标卡尺原理及测量方式
ZCJ 2013/7/24
目录
简介 ........................................................................................................... 1 读数原理与读数方法 ................................................................................ 3 读数原理 I ............................................................................................ 3 读数原理 II ........................................................................................... 4 读数方法 .............................................................................................. 5 游标卡尺使用方法注意事项 .................................................................... 7
现在我们分别用式 2 和式 3 对图 4 进行读数
将 D=12mm、N=7、X0=0.9mm 代入式 2，得 L=12-7x0.9=5.7mm 将 L0=5mm、N=7、△X=0.1mm 代入式 3，得 L=5+7x0.1=5.7mm 式 2，计算相对复杂些，但从原理出发，易于理解；式 3，可用于快速读数，也是我们平时最常用 的读数方式。这两类读数方式同样适用于 20 及 50 分度的游标卡尺。
32.55mm
17 10
(e)
0 10
(f)
50分度 123.22mm
表 2. 游标零位和读数举例
10 分度游标卡尺 如表 2-(a)所示，主尺分度值为 1mm，当游标零线与主尺零线对准（两爪合并）时，副尺上的第 10 格刻度线正好指向主尺上的第 19 格刻度线（即 19mm）处。副尺每格间距=19÷10=1.9mm，主尺 2 格与 游标 1 格之差=2-1.9=0.1mm。0.1mm 即为此游标所能读出的最小数值。 表 2-(b)中，游标零线在主尺的 2 与 3 之间，其左边的主尺刻度是 2mm，所以被测物体尺寸的整数 部分是 2mm；再观察副尺，此时副尺上的第 3 根刻度线与主尺刻度线对齐。所以，被测物体尺寸小数部 分为 3x0.1=0.3mm，被测物体尺寸即为 2+0.3=2.3mm。
5
20 分度游标卡尺 如表 2-(c)所示，主尺分度值为 1mm，当游标零线与主尺零线对准（两爪合并）时，副尺上的第 20 格刻度线正好指向主尺上的第 39 格刻度线（即 39mm）处。副尺每格间距=39÷20=1.95mm，主尺 2 格 与游标 1 格之差=2-1.95=0.05mm。0.05mm 即为此游标所能读出的最小数值。 表 2-(d)中，游标零线在主尺的 32 与 33 之间，其左边的主尺刻度是 32mm，所以被测物体尺寸的整 数部分是 32mm；再观察副尺，此时副尺上的第 11 根刻度线与主尺刻度线对齐。所以，被测物体尺寸小 数部分为 11x0.05=0.55mm，被测物体尺寸即为 32+0.55=32.55mm。 50 分度游标卡尺 如表 2-(e)所示，主尺分度值为 1mm，当游标零线与主尺零线对准（两爪合并）时，副尺上的第 50 格刻度线正好指向主尺上的第 49 格刻度线（即 49mm）处。副尺每格间距=49÷50=0.98mm，主尺 1 格 与游标 1 格之差=1-0.98=0.02mm。0.02mm 即为此游标所能读出的最小数值。 表 2-(f)中，游标零线在主尺的 123 与 124 之间，其左边的主尺刻度是 123mm，所以被测物体尺寸 的整数部分是 123mm；再观察副尺，此时副尺上的第 11 根刻度线与主尺刻度线对齐。所以，被测物体 尺寸小数部分为 11x0.02=0.22mm，被测物体尺寸即为 123+0.22=123.22mm。 我们希望直接从副尺上直接读出尺寸的小数部分，而不要每次都通过换算，为此把换算值标记在副 尺上，如表 2 中所示，这样读数就方便了。 读数相关注意事项 用游标卡尺测量时，不必估读。 10 分度游标卡尺，其精度为 0.1mm，最终读数小数点后保留一位。 20 分度及 50 分度游标卡尺，其精度分别为 0.05mm 和 0.02mm，最终读数小数点后保留 2 位。
读数原理 I
以读数值为 0.1mm 的 10 分度游标卡尺为例。如图 3-a 所示，主尺分度值（相邻两条刻刻度线之间 的距离）为 1mm，当游标零线与主尺零线对准（两爪合并）时，副尺上的第 10 格刻度线正好指向主尺 上的第 9 格刻度线（即 9mm）处，而游标上的其它刻度线都不会与主尺上的任何一条刻度线对齐。根据 以上条件可得到： 游标分度值=9mm÷10=0.9mm 主尺分度值与游标分度值之差=1mm-0.9mm=0.1mm 当副尺向右移动 0.1mm 时， 则游标零线后第一根刻度线与主尺刻度线对齐； 当副尺向右移动 0.2mm 时，则游标零线后的第 2 根刻度线与主尺刻度线对齐。依次类推，若副尺向右移动 0.5mm，如图 3-b 所 示，游标零线后的第 5 根刻度线与主尺刻度线对齐。由此可知，游标向右移动不足 1mm 的距离时，虽 不能从主尺直接读出，但可以根据副尺上某一根与主尺对齐（确切说是最为接近）的刻度线的次序数读 出其距离值。例如，图 3-a 的尺寸为：5×0.1=0.5mm
2
简介
游标卡尺[Vernier Caliper]，是一种测量长度、内外径以及深度的量具。其读数机构是由主尺和附在 主尺上能滑动的副尺（或称游标）两部分构成。游标卡尺的主尺和副尺上有两副活动量爪，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。
测量内径 固定螺钉 主尺
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。
测量深度
0.02 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
副尺（游标）
深度杆
测量外径
图 1. 典型游标卡尺
公制游标卡尺的主尺分度值①一般为 1mm（与毫米刻度尺一样） ，副尺则根据分格的不同可分为 10 分度（副尺刻度有 10 小格） 、20 分度（副尺刻度有 20 小格）以及 50 分度（副尺刻度有 50 小格） 。
10分度
20分度
50分度
0.1 0 1 2 3 4 5 0 1 2
0.05 3 4 5 0 1 2
0.02 3 4 5
0
5
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
图 2. 不同分度的游标卡尺
①
分度值：亦可称为刻度值，在计量器具的刻度标尺上，最小格（相邻两条线）所代表的被测尺寸的数值。 1
对于不同分度的游标卡尺，其测量精度也不同。理论上副尺上的刻度分度越多，其测量精度也就越 大， 但由于受到卡尺本身结构精度和人眼对两条刻度线对准程度分辨力的限制， 其测量精度也存在限制。 目前就笔者所知典型游标卡尺有 3 种精度，分别为 0.1mm、0.05mm 以及 0.02mm。关于图 2 中各卡尺的 规格参数可查询下表。 规格 描述 主尺分度值 副尺分度值 1.9mm 测量精度 0.1mm
游标零位
0 1 5 0 2 0
读数举例
1 0 5 2 0
(a)
0
(b)
10分度
0 1 1 2 3 4 2 5 6 7 3 8 9 4 3 4 0 1 2 3 4 5 5 6 6 7 8 9 7 10
2.3mm
(c)
0 10
(d)
20分度
0 1 1 2 3 2 4 5 3 6 7 4 8 9 5 12 13 0 1 2 3 14 4 5 15 6 7 16 8 9
6
游标卡尺使用方法注意事项
通过以上内容我们已经学会如何读数了，接下去我们来学习如何正确操作游标卡尺，准确量得被测 物体尺寸。 使用前将量爪擦干净， 使其并拢， 查看副尺和主尺的零刻度线是否对齐。 如果对齐就可以进行测量， 若没有对齐则要记取零误差，副尺的零刻度线在主尺零刻度线的右侧叫正零误差，在主尺零刻度线左侧 叫做负零误差。 测量时，右手拿住尺身，大拇指移动副尺（游标） ，左手拿待测物体，使待测物体位于测量爪之间， 当与量爪紧密相贴时，即可读数。 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。
L0 0 N· △X
N· X
X=1
20 主尺刻度 副尺刻度
L
0 D
N· X0
5
10 X0=0.9
图 4. 10 分度游标卡尺读数原理 II
首先设置几个变量 L：被测物体长度 X0：副尺分度值（相邻两条刻刻度线之间的距离） M：副尺分度数（即共分了有多少格）
△X：X 与 X0 之差，即测量精度
L0：游标零刻度线对应主尺的读数（整数部分） X：主尺分度值（相邻两条刻刻度线之间的距离） N：副尺与主尺对齐刻度线的序号（本例中 N=7） D：主副尺对齐刻度线的主尺读数（本例中 D=12） ……………………………○ 1 …………………………………………………○ 2 …………○ 3
当游标零线与主尺零线对准（两爪合 1mm 10 分度游标卡尺 并）时，副尺第 10 格（最后一条）刻 度线正好指向主尺上第 19 格刻度线。 当游标零线与主尺零线对准（两爪合 1mm 20 分度游标卡尺 并）时，副尺第 20 格（最后一条）刻 度线正好指向主尺上第 39 格刻度线。 当游标零线与主尺零线对准（两爪合 1mm 50 分度游标卡尺 并）时，副尺第 50 格（最后一条）刻 度线正好指向主尺上第 49 格刻度线。 表 1. 游标卡尺规格参数表
1.95mm
0.05mm
0.98mm
0.02mm
另有一种精度为 0.1mm 的 10 分度游标卡尺，其将副尺上的第 10 格刻度线对准主尺的第 9 格刻度 线（即 9mm）处，如图 3-a 所示。此时游标间距改变了，但其读数原理以及测量精度并未改变，较前者 而言其副尺刻度排布更为紧凑，不易看准读数。
4
读数方法
通过以上原理的介绍，相信大家对典型游标卡尺的读数方式有个大致的了解了，下面我先对其读数 方式做个总结： 1) 首先看游标零线的左边，读出主尺上尺寸的整数部分； 2) 其次找出副尺上第几条刻度线与主尺刻度线对准，该刻度线的次序数乘以游标卡尺的测量精度， 读出尺寸的小数部分； 3) 将读出的整数与小数相加，即为被测件的实际尺寸值。 下面我们通过几个例子来近一步加深对游标卡尺读数方法的理解。
2
读数原理与读数方法
游标卡尺的读数机构，是由主尺和副尺两部分组成。当活动量爪与固定量爪贴合时，副尺上的“0” 刻度线（简称“游标零线” ）对准主尺上的“0”刻度线，此时量爪间的距离为“0mm” 。当副尺向右移 动到某一位置时，固定量爪与活动量爪之间的距离就是被测零件的测量尺寸。此时零件的整数部分（大 于 1mm 的部分）可在游标零线左边的主尺刻度线上读出来，而小数部分（小于 1mm 的部分） ，可借助 游标读数机构读出。接下去我们先来了解下游标卡尺的测量原理。