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【物理科普】千分尺是如何诞生的?你的读数方法真的标准吗?

环球物理  · 公众号  · 物理  · 2024-12-18 21:30

正文

早在18世纪,千分尺在机床工业的发展中登上了制造业的舞台。至今千分尺依然是车间最通用的精密测量工具之一。今天,为您简要介绍千分尺诞生和发展演化史。



用螺纹测量长度的最初尝试


人类最早使用螺纹原理进行测量物体的长度是在17世纪得以实现。1638年,英国约克郡的天文学家W. Gascogine应用螺纹原理测量星星的距离。在之后的1693年,他又发明了一个叫做“卡钳千分尺”的测量尺。


这是一个螺纹轴一端连着旋转手轮,另一端连着可移动量爪的测量系统。测量读数可以通过计数带有读数刻盘的手轮的旋转来获得。读数刻盘的一周被分成10等分,通过移动量爪来测量距离,实现了人类用螺纹测量长度的最初尝试。

H. Gascoigne发明的卡钳千分尺


瓦特与第一台台式千分尺


在Gascogine发明他的测量仪器的一个世纪之后,1772年蒸汽机的发明者James Watt发明了第一台台式千分尺,其设计的一个关键因素就是基于螺纹的放大倍率。James Watt最早使用的U型结构设计在后来成了千分尺的标准,如果没有他,千分尺的历史就会在此中断。

James Watt的台式千分尺(复制品)

机床之父发明的“大法官”


19世纪早期,被誉为“机床之父”的Henry Mausdlay爵士同样在测量仪器的历史上留下了自己的脚印。他发明的台式千分尺“大法官”能测量当时最精密的尺寸,并被认为是精密测量仪器的开端。

Mausdlay 发明的台式千分尺“大法官”

Whitworth爵士首先将千分尺商品化


然而,James Watt和Mausdlay的台式千分尺在很大程度上是供他们自己使用的。直到19世纪后叶市场上才有精密测量仪器出售。发明了著名的“Whitworth螺纹”的Joseph Whitworth爵士成为了的推动了千分尺商品化的领军人物。
Whitworth爵士的“ 百万分之一英寸” 测量设备


现代千分尺的诞生


现代标准的千分尺具有U型结构和单手操作的特点。很多生产商都采用千分尺这一共同的设计。这一典型设计可追溯至1848年,法国发明家J.Palmer获得了称为Palmer系统的专利。现代千分尺几乎都遵循了Palmer系统的基本设计,比如U型结构、套管、套筒、心轴和测砧等。在千分尺的历史上Palmer的贡献不可估量。

在巴黎国际博览会上展出的Palmer千分尺


千分尺的发展壮大


美国B&S公司的Brown&Sharpe参观了于1867年举行的巴黎国际博览会,他们在那里第一次见到了Palmer千分尺并把它带回了美国。Brown&Sharpe仔细研究了他们从巴黎带回的千分尺,并在其中增加了两个机构:一个能更好的控制心轴的机构和一个心轴锁紧装置。他们在1868年生产出了袖珍型千分尺并在第二年将其推向市场。

Brown & Sharpe 制造的用于测量板厚的袖珍型千分尺

此后,千分尺在机械制造车间的必要性被准确地预测了,适用各种测量的千分尺随着机床的发展得到了广泛的应用。


我们一起看一个千分尺的制造视频。


外径千分尺的刻度读法


使用前不要忘了校准调零哦!


标准刻度,分度值为0.01mm时






通常情况下,当基线对正后,可以通过基线的位置来估读尺寸的最后一位数。

可以像上图那样读取到分度值0.01mm,也可以像下图所示那样,读取分度值到0.001mm。




带有游标刻度,分度值为0.001mm时





带游标刻度的千分尺在套管基线的上面有游标刻度,此时的读数方法如下图所示。

当指引线为两个刻度(在这种情况下,21和22)之间的位置时,读取0.21mm。


当游标尺刻度与其中一个微分筒刻度对齐时,读取0.003mm。

读数的注意事项





1)基线下面的刻度不要漏读或读错。

2)读取微分筒刻度线时须从正面直视基线。







正面直视基线


如果像(a)或(c)那样有倾斜角度去读数(如下图),会受到视觉偏差的影响无法读取刻度的正确位置,造成读数错误。

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