螺旋测微器(测量外径、宽度、厚度的工具)

螺旋测微器（micrometer）又称千分尺、螺旋测微仪、分厘卡，是一种比游标卡尺更为精确的用于测量小尺寸的精密工具，测量精度可达0.01mm。由尺架、测砧、测微螺杆、螺母套管、微分套筒、棘轮、锁紧装置、绝热板等部分组成。具有体积小、坚固耐用、调整容易、测力恒定、读数准确，使用灵活方便等特点。螺旋测微器的测量原理是通过旋转螺旋测微杆而实现尺寸的测量。

1639年，盖斯科因最早发明了螺旋测微器，在当时并未得到重视推广。1666年，艾德里安·奥佐特为提高天文学的精确度，又重新发明了螺旋测微器。1772年，瓦特制造出利用螺纹副原理测长度的瓦特螺旋测微器。1848年，法国技师伯马获得“螺旋式卡尺”的专利。1867年，美国的布朗和夏普制造出一种新的螺旋测微器，这种螺旋测微器运用了伯马和维尔莫特的方法。从此，螺旋测微器作为测量长度的仪器便进入了实用化阶段，并得到了广泛推广。

螺旋测微器主要应用于机械设备生产制造及工件的精确测量等。

发展简史

发明背景

约1600年，随着望远镜和显微镜的发明，科学家实现了更好的观察，从而开辟了新的境界。然而，科学家们还需要更精确的计量，因为一个指针最小的移动都会造成天壤之别。因此，科英布拉大学天文学和数学教授佩德罗·努涅斯在16世纪初叶，为了给航海和天文的读数提供一度的分数，发明了游标（noni-us，此词来自努涅斯的拉丁化姓氏）。这种游标后来改进为游标卡尺(vernierscale，发明人是皮埃尔·韦尼埃，1580-1637)。到了1639年，为了提高观测精度，盖斯科因发明了螺旋测微器，此时并未得到重视。1666年，艾德里安·奥佐特再次发明螺旋测微器，运用这种测微仪采用细金属丝进行判读，用螺杆（而不是滑尺）来达到精密控制。测量数据结果能达到一毫米的1/10弱，提高了天文学的精确度。

演进过程

1765年，发明家瓦特发明螺旋测微器，利用螺纹对长度进行测量，并用于测量他的机床尺寸，测量精度比起普通尺更为精确，但是该螺旋测微器仍存在不足。

1772年，英国瓦特制造出利用螺纹副原理测长度的瓦特螺旋测微器。当精密车床和精密螺杆出现以后，螺旋测微器的研究变得开始广泛。1825年法国的威尔利、1831年法国的毕尔内姆、1848年德国的雷德拉依埃尔和法国的帕麦尔先后发明了不同形状，不同制造方法的螺旋测微器。

1848年，法国技师伯马获得螺旋测微器的专利，专利申请中叫“螺旋式卡尺”。这种螺旋测微器上有两个部分刻有标度，一个是与架相连的圆筒部分，另一个则是围绕这个圆筒转动的圆筒部分。测量尺寸时，这种刻分度的方法读数十分容易，而且极其实用。但是，在较长时间里，这种方法并没有引起人们重视。1849年，惠特沃斯按照自己的理论改进了瓦特的螺旋测微器，发明了测量器，这种仪器能够准确测量物体的长度、厚度，可以精确测量工件尺寸。1850年，美国的布朗为了制造分度机开始建立了布朗·夏普公司，生产以前没有的各种测量仪器。布朗·夏普公司首先从生产游标卡尺开始经营，1851年，制造出可以读出千分之一的游标卡尺。除主尺外，这种测量器还备有一个副尺。这种尺使用较为容易，即使是不熟练的人也能准确地读出尺寸，这种游标卡尺也叫作卡尺。它所使用的副尺理论是1631年法国数学家巴尼亚提出来的。

1867年，美国生产黄铜的布里奇·鲍特公司因为铜板厚度不合乎订货尺寸进而发生黄铜板纠纷。公司使用1858年生产的三种测量器具测出的铜板尺寸分别不同，布里奇·鲍特公司的技师维尔莫特自己新制作了一种可以精密测量长度的测量仪器，这种仪器和伯马的螺旋测微器十分相似，但是，刻度的分法略有不同。这种千分尺每一英寸上切有40个牙的螺纹，和这种螺纹相同节距的螺旋被刻在外侧的圆筒上。进而，在其上标有和这种螺旋相交的二十五等分的直线。通过这些线和指示针可以读出千分之一英寸。这种螺旋测微器可以准确地进行测量，但是，因为圆筒部分上刻有大量的螺旋和直线，所以，不能记入数字，读数字时比较困难，不能实用。

1867年，美国的布朗和夏普两人参加巴黎的世界博览会时，看到了法国的伯马螺旋测微器，并买一个带回了美国。而且，很快就制造出了一种新的螺旋测微器，这种螺旋测微器采取了很容易读出分度的伯马的方法，在尺寸上则采用了维尔莫特的方法。

1868年，以布朗·夏普的“小型金属板测量仪器”的商品名开始在市场上公开出售这种螺旋测微器。这种螺旋测微器新安装了固定用夹紧机构和测量面磨损时的补偿用螺纹机构。此外，使用这种千分尺可以测量到万分之四英寸。从此，螺旋测微器作为测量长度的仪器进入了实用化阶段。测量板厚度的螺旋测微器在市场上普遍出售后，测量其它长度的测量仪器也相继制造出来。1875年布朗·夏普公司，以及1881年布拉特·惠特尼公司都生产出了测量金属丝外径的螺旋测微器，并被广泛使用。

工作原理

螺旋测微器是依据螺旋放大的原理制成的，即螺杆在螺丝螺母中旋转一周，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，如下图所示。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退后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。

结构组成

螺旋测微器有两个主要组成部分：一部分由曲柄和套管连在一起组成；另一部分由鼓轮和螺杆连在一起组成，具体包括尺架、测砧、测微螺杆、螺丝螺母套管、微分套筒、棘轮、锁紧装置、绝热板等。其结构的主要部分是精密测微螺杆和套在螺杆上的螺母套管以及紧固在螺杆上的微分套筒。

注：A-尺架；B-测砧；C-测微螺杆；D-螺母套管；E-微分套筒；F-棘轮；G-锁紧装置；H-绝热板

尺架

尺架是一个弓形支架，所以又称为弓架。它是螺旋测微器的基础件，其它各部分都安装在它的上面。在尺架上弦方向的同一轴线上，一端装着固定测砧，另一端装着测微头，测微螺杆（又称活动测杆）能够沿着轴向移动，从而可以量出测砧和测微螺杆两个测量面之间的工件尺寸。尺架还起着基准作用，对千分尺的测量精确度有较大影响。如果因摔碰或保管不当而引起尺架变形时，就会造成千分尺的平行性失准，尤其对大尺寸千分尺的影响更大，所以，尺架虽然不直接参与测量，也应仔细保护。

测砧

砧座与测微螺杆共同构成测量面，测量工件外径时，通过固定测砧与测微螺杆之间夹紧被测工件，然后扳动锁紧装置，即可读出被测工件的外径。

测微螺杆

测微螺杆是螺旋测微器的组成部分之一，它的一部分被加工成螺距为0.5 mm的螺纹，测微螺杆螺距作为测量的基准量，它的一端为测量杆，中部外螺纹与螺纹轴套上的内螺纹精密配合，并可通过螺丝螺母调节配合间隙；另一端的外圆锥与接插件的内圆锥相配合，并通过顶端的内螺纹与测力装置连接。

螺母套管

螺母套管（固定套筒）上的中央沿轴线方向上有一条刻度线称为准线，上方有毫米刻度，下方有半毫米刻度，这是主尺。当测量螺杆与测砧密合时，校准好螺旋测微器，使微分筒的零刻线与准线的零点重合。此时，表示待测物体的长度为0.000 mm，称为初读数。

微分套筒

微分套筒圆周上有n个分度，螺距为a(单位为mm)，则每旋转一周，螺杆就前进(或后退)一个螺距a，而每转动一个分度，螺杆移动的距离为a/n(mm)。常见螺旋测微器螺距为a=0.5 mm，n=50个分度，所以螺旋测微器的分度值为0.5/50=0.01(mm)。

棘轮

棘轮是螺旋测微器的测力装置，它的作用是在螺旋测微器的测量面与被测面接触后控制恒定的测量力，以减少测量力变动引起的测量误差，所以在测量中必须使用棘轮。因此，在测量中，当螺旋测微器的两个测量面快要与被测面接触时，应轻轻旋转棘轮，待棘轮发出“咔咔”的声音，说明测量面与被测面接触后产生的力已经达到测量力的要求，此时可以进行读数。

锁紧装置

测量读数时，如果必须取下来读数，应先用锁紧装置锁紧测量螺杆，以免螺杆移动而读数不准。

绝热板

尺架的两侧面覆盖着绝热板，使用螺旋测微器时，手拿在绝热板上，防止人体散发的热量影响螺旋测微器的测量精度。

产品分类

按结构型式分

按结构型式分为测砧为固定式的螺旋测微器和测砧为可调式或可换式的螺旋测微器。

按照工作原理分

按照工作原理分为机械式螺旋测微器和电子螺旋测微器两类，机械式螺旋测微器，简称千分尺，改变螺旋测微器测量面形状和尺架等就可以制成不同用途的螺旋测微器，如用于测量内径、螺纹中径、齿轮公法线或深度等的螺旋测微器。电子螺旋测微器，也叫数显螺旋测微器，测量系统中应用了光栅测长技术和集成电路等。

按测量用途分

按测量用途为外径螺旋测微器、内径螺旋测微器、深度螺旋测微器、螺纹螺旋测微器、内测螺旋测微器、杠杆螺旋测微器、杠杆式卡规、公法线螺旋测微器、三爪螺旋测微器、V形砧螺旋测微器等。

使用方法

测量

使用螺旋测微器时要先校正零点，新出厂的螺旋测微器当AF两面密接时，微分套筒前圆周上的0刻度线应与螺母套管上的横线重合。工件的测量表面要擦拭干净，并准确放在螺旋测微器的测量面间，不得偏斜。被测物放在测砧A和螺杆F的中间，测定的数值，其半毫米的倍数部分可以从微分套管上的毫米刻度和半毫米刻度线读出，不足0.5mm的部分可以从微分套筒的圆周刻度上读出，可以准确到0.01毫米，不足0.01毫米可以估读一位。

测量时可用单手或双手操作，当测量螺杆快要接触工件时，必须使用端部棘轮（此时严禁使用微分筒，以防用力过度测量不准），用棘轮D'后退测量螺杆，在测砧和测量螺杆间放待测物体（红色位置），然后再用棘轮进动测量螺杆，测量螺杆接近待测物时，应缓慢转动测量装置，当听到“喀，喀”的响声时，即可读数。读数时尽量不要从工件上拿下螺旋测微器，以减少测量面的磨损；如必须取下来读数，应先用锁紧装置锁紧测量螺杆，以免螺杆移动而读数不准。测量时不能先锁紧测量螺杆，后用力卡过工件，这样会导致测量螺杆弯曲或测量面磨损，从而降低测量准确度。

读数

螺旋测微器测量时不要超过尺寸范围，读数时先读固定刻度，其次读半刻度，若半刻度线已露出，记作 0.5mm；若半刻度线未露出，记作 0.0mm；然后再读可动刻度（注意估读）。记作 n×0.01mm；最终读数结果为固定刻度+半刻度+可动刻度+估读。

1.测量前对仪器进行零点校准，记下初读数，以便对测量值进行零点修正。应注意零点位置的初读数有正有负。若初读数不为零，如图1（a）所示初读数为正值（+0.005 mm），（b）所示初读数是负值（-0.005 mm），表示仪器有零点误差（系统误差），这两次读数中末位数“5”是估读数。测量长度所得的读数减去这个初读数后（注意初读数的正负），才是待测物体的长度，即 L=末读数-初读数。

2.物体长度d可由螺丝螺母套筒扳手（固定套筒）和导数套筒上的刻度数读出。0.5 mm以上的部分由主尺读出，0.5 mm以下的部分由微分套筒周边上的刻度数读出，并估读到0.001 mm。图2（a）所示的读数为6.457 mm，其中0.007 mm是估读数，图2（b）读数为6.957 mm，其中0.007 mm是估读数。

3.在读数时要注意主尺上半毫米刻度线是否露出套筒边缘，示数如图3所示，此时读数应为1.5+0.483=1.983（mm）

例如：用螺旋测微器测圆柱体的直径时，示数如图4所示，此示数为8.116mm。由固定刻度8 mm（8.5 mm刻度未漏出），可动刻度为11，再估读一位6（估读为4—8均为正确）。故读数为8.116 mm（±0.002 mm均为正确）。

应用

螺旋测微器主要用于测量物体的外径、宽度、厚度，以及各种外形尺寸和形位偏差、槽宽和两个内端面之间的距离、盲孔或阶梯孔的深度、键槽深度、台阶高度、螺纹中径和齿轮底径尺寸等。

标准规范

按照GB/T 1216-2018、GB/T 8061-2022、GB/T 22093-2018、GB/T 36175-2018、GB/T 20919-2018等标准对不同型号的螺旋测微器的术语和定义、型式与基本参数、要求、检验方法以及标志与包装进行了规定。该标准适用于分度值为0.01mm、0.001 mm、0.002 mm、0.005mm，测量范围上限至1000mm的螺旋测微器。螺旋测微器的测量范围宜为0，或量程的整数倍。其对于螺旋测微器的基本参数进行了明确：

维护保养

清洁润滑

使用完毕后，将千分尺测量面、测微螺杆圆柱部分以及校对用量杆测量面擦拭清洁，并涂抹一薄层工业凡士林，如有切削液浸入千分尺，要立即用溶剂（汽油或航空汽油）进行清洗，并在螺纹轴套内注入高级润滑油，如汽轮机油。

校对零位

对于老式结构的千分尺，不准拧松后盖，如果后盖松动了必须校对“0”位后再使用。千分尺万一掉在地上或者硬物上时，应立即检查千分尺的各部位的相互作用是否符合要求，并校对其“0”位。

入盒保存

涂敷防锈油后置入专用盒内，专用盒内不允许放置其他物品，如钻头等，然后放入盒内保存。禁止重压、弯曲千分尺，且两砧端不得接触，以免影响千分尺精度。

日常管理

要防止油石，砂布等硬物损伤千分尺的测量面、测微螺杆等部位；轻拿轻放千分尺，不要把千分尺放在有灰尘、液体的地方；不准把千分尺当作卡钳使用；不准拿着微分筒快速转动，以防止测微螺杆加速磨损或两测量面相互猛撞，将螺旋副撞伤；不要企图调整千分尺，除非对于调整已接受培训；在测微螺杆和测砧之间应留有一定间隙；千分尺要实行周期检查，检查周期长短视使用情况而定。

参考资料

术语在线.术语在线.2024-01-26

外径千分尺|GB/T 1216-2018.国家标准全文公开系统.2024-01-27

深度千分尺GB/T 1218-2018.国家标准全文公开系统.2024-01-27

公法线千分尺|GB/T 1217-2022.国家标准全文公开系统.2024-01-27

壁厚千分尺GB/T 6312-2022.国家标准全文公开系统.2024-01-27

杠杆千分尺|GB/T 8061-2022.国家标准全文公开系统.2024-01-27

尖头千分尺GB/T 6313-2018.国家标准全文公开系统.2024-01-28

三爪内径千分尺GB/T 6314-2018.国家标准全文公开系统.2024-01-28

电子数显内径千分尺|GB/T 22093-2018.国家标准全文公开系统.2024-01-28

电子数显外径千分尺GB/T 20919-2018.国家标准全文公开系统.2024-01-28

特殊结构的电子数显外径千分尺GB/T 36175-2018.国家标准全文公开系统.2024-01-28

千分尺误差0.04mm 企业损失100万元.中国计量网.2024-01-27

螺旋测微器