千分尺：精密测量工具的原理与应用

千分尺：精密测量工具的原理与应用

千分尺是一种精密测量工具，广泛应用于机械加工、科学研究等领域。它通过螺旋副传动原理，能够实现高精度的长度测量。本文将详细介绍千分尺的定义、工作原理、应用、分类、选型指南、维护保养以及注意事项等内容。

千分尺

概述

千分尺是应用螺旋副传动原理，将回转运动变为直线运动的一种量具。
螺旋测微器又称千分尺（micrometer）、螺旋测微仪、分厘卡，是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，用它测长度可以准确到0.01mm，测量范围为几个厘米。它的一部分加工成螺距为0.5mm的螺纹，当它在固定套管B的螺套中转动时，将前进或后退，活动套管C和螺杆连成一体，其周边等分成50个分格。螺杆转动的整圈数由固定套管上间隔0.5mm的刻线去测量，不足一圈的部分由活动套管周边的刻线去测量，最终测量结果需要估读一位小数。
第一个这样的测量工具是由法国发明家Jean Laurent Palmer 在1848 年获得了专利，被称为“带圆游标尺框的螺纹卡尺”。今天，我们仍然利用这一典型特征制造外径千分尺。千分尺引入机械世界开始于两个美国工程师Joseph R. Brown 和Lucian Sharpe 在1867 年对巴黎展览会的访问，他们的注意力被Palmer 的发明所吸引，并非常感兴趣。在对Palmer 的设计加以改进之后产品被大批量制造，并由这两位合伙人在市场上成功地推广。当瑞士TESA公司决定制造外径千分尺时，他们重复了过去发生的故事，使该产品成为公司的第一个产品。个别情况除外（例如测量齿轮的千分尺），我们所使用的千分尺遵循Abbe 原则（阿贝原则），如同比较仪那样。千分尺心轴通过现代化磨床加工，螺纹的轮廓精度很高，螺距偏差可忽略不计，加工条件保证了千分尺极低的测量不确定度。

工作原理

螺旋测微器是依据螺旋放大的原理制成的，即螺杆在螺母中旋转一周，螺杆便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离。因此，沿轴线方向移动的微小距离，就能用圆周上的读数表示出来。螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0.5mm，可动刻度有50个等分刻度，可动刻度旋转一周，测微螺杆可前进或后退0.5mm，因此旋转每个小分度，相当于测微螺杆前进或推后0.5/50=0.01mm。可见，可动刻度每一小分度表示0.01mm，所以螺旋测微器可准确到0.01mm。由于还能再估读一位，可读到毫米的千分位，故又名千分尺。
测量时，当测砧和测微螺杆并拢时，可动刻度的零点若恰好与固定刻度的零点重合，旋出测微螺杆，并使测砧和测微螺杆的面正好接触待测长度的两端，注意不可用力旋转否则测量不准确，马上接触到测量面时慢慢旋转左右面的棘轮转柄直至传声咔咔的响声，那么测微螺杆向右移动的距离就是所测的长度。这个距离的整毫米数由固定刻度上读出，小数部分则由可动刻度读出。

应用

螺旋测微器又称千分尺（micrometer）、螺旋测微仪、分厘卡，是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，用它测长度可以准确到0.01mm，测量范围为几个厘米。
一般现在的外径千分尺会结合数据采集仪一起使用，利用数据采集仪可直接连接外径千分尺进行自动数据采集无需操作人员手工记录数据，节约人力成本；现在很多外径千分尺都是连接在数据采集仪上进行数据自动采集与数据分析。

分类

螺旋测微器分为机械式千分尺和电子千分尺两类。
①机械式千分尺。如标准外径千分尺.简称千分尺，是利用精密螺纹副原理测长的手携式通用长度测量工具。1848年，法国的J.L.帕尔默取得外径千分尺的专利 。1869年，美国的J.R.布朗和L.夏普等将外径千分尺制成商品，用于测量金属线外径和板材厚度。千分尺的品种很多。改变千分尺测量面形状和尺架等就可以制成不同用途的千分尺，如用于测量内径、螺纹中径、齿轮公法线或深度等的千分尺。
②电子千分尺 如数显外径千分尺。也叫数显千分尺，测量系统中应用了光栅测长技术和集成电路等。电子千分尺是20世纪70年代中期出现的，用于外径测量。 

选型指南

1. 游标读数外径千分尺 用于普通的外径测量
2. 小头外径千分尺 适用于测量钟表精密零件
3. 尖头外径千分尺它的结构特点是两测量面为45°椎体形的尖头。它适用于测量小沟槽，如钻头、直立铣刀、偶数槽丝锥的沟槽直径及钟表齿轮齿根圆直径尺寸等。
4. 壁厚千分尺 特点是有球形测量面和平侧量面及特殊形状的尺架，适用于测量管材壁厚的外径千分尺。
5. 板厚千分尺 板厚千分尺是指具有球形侧量面合平侧两面及特殊形状的尺架，适用于测量板材厚度的外径千分尺。
6. 带测微表头千分尺它的结构特点是，由测微头代替普通外径千分尺的固定测砧。用它对同一尺寸的工件进行分选检查很方便，而且示值比较稳定。测量范围有0-25mm、25-50mm、50-75mm和75-100mm四种。它主要用于尺寸比较测量。误差较大，慎用。
7. 大平面侧头千分尺其测量面直径比较大(12.5mm)，并可以更换，故测量面与被测工件间的压强较小。适用于测量弹性材料或软金属制件，如金属po箔片、橡胶和纸张等的厚度尺寸。
8. 大尺寸千分尺 其特点是可跟换测砧或可调整测杠，这对减少千分尺数量、扩大千分尺的使用范围是有好处的。
9. 翻字式读数外径千分尺 在微分筒上开有小窗口，显示0.1mm读数
10. 电子数字显示式外径千分尺 是指利用电子测量、数字显示及螺旋副原理对尺架上两测量面间分隔的距离进行读数的外径千分尺。
    11.薄片式千分尺 测沟槽直径测量，每次能够减少5%的测量误差。
    12.盘式千分尺 测正齿和斜齿齿轮的跨齿长度[1]
    13.v毡千分尺 奇数丝锥，铰刀外径尺寸测量
    14.花键千分尺，又名花式千分尺 齿轮槽径测量
    15.卡尺型内径千分尺 小直径 窄槽宽度测量
    16.螺纹千分尺 螺纹有效直径测量

维护保养

1. 检查零位线是否准确；
2. 测量时需把工件被测量面擦干净；
3. 工件较大时应放在V型铁或平板上测量；
4. 测量前将测量杆和砧座擦干净；
5. 拧活动套筒时需用棘轮装置；
6. 不要拧松后盖，以免造成零位线改变；
7. 不要在固定套筒和活动套筒间加入普通机油；
8. 用后擦净上油，放入专用盒内，置于干燥处。

注意事项

①测量时，注意要在测微螺杆快靠近被测物体时应停止使用旋钮，而改用微调旋钮，避免产生过大的压力，既可使测量结果精确，又能保护螺旋测微器。
②在读数时，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻线是否已经露出。
③读数时，千分位有一位估读数字，不能随便扔掉，即使固定刻度的零点正好与可动刻度的某一刻度线对齐，千分位上也应读取为“0”。
④当小砧和测微螺杆并拢时，可动刻度的零点与固定刻度的零点不相重合，将出现零误差，应加以修正，即在最后测长度的读数上去掉零误差的数值。

故障排除