实验1常用仪器仪表的使用
§1 基础性仪器仪表
【实验目的】
1.了解常用基础性仪器仪表的原理，掌握其使用方法；
2.学习测量与数据处理的工作流程
【实验仪器】
游标卡尺、螺旋测微器、托盘天平、电流表、电压表
【实验原理】
一、游标卡尺
1.用途和构造
图1 游标卡尺
游标卡尺是工业上常用的测量长度的仪器，它由尺身及能在尺身上滑动的游标组成，如图1所示。若从背面看，游标是一个整体。游标与尺身之间有一弹（图1中未能画出），利用弹的弹力使游标与尺身靠紧。游标上部有一紧固螺钉，可将游标固定在尺身上的任意位置。尺身和游标都有量爪，利用内测量爪可以测量槽的宽度和管的内径，利用外测量爪可以测量零件的厚度和管的外径。深度尺与游标尺连在一起，可以测槽和筒的深度。
2.原理和使用
游标卡尺主要由主尺和游标两部分组成。游标是在主尺上附加一个能滑动的有刻度的小尺。
读数时，主尺上直接读出主尺最小刻度以上的整数部分；游标上读出主尺最小刻度以下的数值。
图2 游标卡尺刻度示意图
如图2所示，游标上满刻度长度（即游标上ｎ个分格的总长度）与主尺上(ｎ托盘天平的使用方法-１)个分格的总长度相等，以ｘ，ｙ分别表示游标与主尺上的每一格的长度，因此有。上图即为游标上ｎ＝10的情形。主尺与游标上每个分格之差为
（1-1）
称为游标的精度(亦叫测量的准确度)，是游标卡尺的最小读数值，它可以准确地读到主尺最小分格值的1/n。常用游标的分格值有 1/10 、1/20 、1/50几种，相应的分度值为0.1mm、0.05mm、0.02mm。
测量时，根据游标“0”线所对主尺的位置，可在主尺上读出物体长度以毫米为单位的整数部分，毫米以下的长度部分由游标读出，用游标卡尺测量长度L的一般表达式为：
(1-2)
式中K是游标的“0”线所在处主尺上的整毫米数，a主尺的最小分度值，n是游标的第n条线与主尺的某一条线对齐（或最靠近）。是游标卡尺的精度，第二项n就是从游标上读出的毫米以下的长度部分，注意游标读数时读数最后一位是通过游标与主尺刻度线对齐确定的，对齐时必然是整格，不能估读。如图3中游标卡尺，其分格值为1/20，相应的分度值为0.05mm，因此图中所示的读数为4.45mm。（ 由于该尺精度=0.05mm， 0.05整数倍的数末位只能是0或5，末位如出现其他数字是错误的。）
图3 二十分游标读数示意图
使用时，用软布将量爪擦干净，使其并拢，查看游标和主尺身的零刻度线是否对齐。如果对齐就可以进行测量；如没有对齐则要记取零误差；游标的零刻度线在尺身零刻度线右侧的叫正零误差，在尺身零刻度线左侧的叫负零误差（这件规定方法与数轴的规定一致，原点以右为正，原点以左为负）。
测量时，右手拿住尺身，大拇指移动游标，左手拿待测外径（或内径）的物体，使待测物位于外测量爪之间，当与量爪紧紧相贴时，即可读数，如图4所示。
图4 测量外径
二、螺旋测微器
1.用途和构造
螺旋测微器（又叫千分尺）是比游标卡尺更精密的测量长度的工具，用它测长度可以精确到0.01mm，测量范围为几个厘米。
螺旋测微器的构造如图5所示。螺旋测微器的小砧以及固定刻度都固定在框架上，旋钮、微调旋钮和可动刻度、测微螺杆连在一起，通过精密螺纹套在固定刻度上。
图5 螺旋测微器（千分尺）
2.原理和使用
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后退这0.5/50=0.01mm。可见，可动刻度每一小分度表示0.01mm，所以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，当小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，并使小砧和测微螺杆的面正好接触待测长度的两端，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。
3.使用螺旋测微器应注意以下几点：
1) 测量时，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) 固定刻度中，相邻上下刻度线为一格0.5mm，同在上（下）侧相邻刻度线一格1mm。
3) 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。
4) 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”。
5) 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。
（1）读数范例
读数：1.283mm×,误把固定刻度中相邻同侧刻看为一格0.5mm，读数1.783mm√
读数：1.78mm×，读数时即使固定刻度线对准可动刻度线整格，即估读位是0，记录时估读位不能省略，读数：1.780mm√
读数：6.53mm×，读数应记录到mm小数点后第3位。读数：6.533mm√
图6 读数范例图
（2）零误差
螺杆上黑线下方尽头表示固定零刻度，如下图，第一图固定0刻度对准可动刻度的0.012mm，这时由于螺杆和小砧紧贴，实际值是0，而显示值是0.012表示测量值比实际值多显示了0.012mm所以需要减去他修正。第二图图固定0刻度对准可动刻度不是0.488mm，而是-0.012mm，表示表示测量值比实际值少显示了0.012mm所以需要加上他修正。
测量值＝读数－(＋0.012mm)固定零点在可动零点下，减正。
测量值＝读数－(－0.012mm) 固定零点在可动零点上，减负。
三、托盘天平
质量的测量可以用定义法或比较法。定义法是测出对物体施加的力除以由该力作用力
产生的加速度，因此这种方法复杂而又难以控制，一般用来测量原子或者分子的质量。宏观
材料的质量测量多采用秤。秤的原理是比较法，其种类繁多，结构、量限和精度差别很大，
制造原理也不尽相同，比如利用杠杆原理制造的杠杆秤，利用滚压原理制造的滚压秤，利用
牛顿第二定律和弹性理论制造的扭力天平、弹簧秤和惯性秤，还有利用电磁、电路原理制造的悬浮秤、电磁秤、电子秤。
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