標尺:基本信息,標尺長度,標尺間距,標尺分度,[標尺]分度值,線性標尺,非線性標尺

標尺是光學計量儀器的長度標準，它廣泛套用於測量長度的儀器中，如工具顯微鏡、測長儀、測量機等。第一機械工業部已制定了玻璃標尺的標準，以供選擇時參考。

基本介紹

中文名：標尺
外文名：scale
定義：光學計量儀器的長度標準
套用：工具顯微鏡、測長儀、測量機等

基本信息,標尺長度,標尺間距,標尺分度,[標尺]分度值,線性標尺,非線性標尺,無零值標尺,分類與規格,金屬標尺,玻璃標尺,標尺的誤差與精度,尺座的機械結構與調整,

基本信息

標尺是由一組有序的標尺標記及有關的數碼所構成的指示裝置的組成部分。

標尺長度

在給定的標尺上，始末兩條標尺標記之間旦通過全部最短標記中點的線段長度。

註：(1)始末兩條標尺標記之間，通過全部最短標記中點的連線稱為標尺基線，標尺長度即是標尺基線的長度。此線可以是真實的或虛構的曲線或直線。(2)標尺長度以長度單位表示，它與被測量的單位或標在標尺上的單位無關。

標尺間距

沿著標尺長度的線段測得的任何兩個相鄰標尺標記之間的距離。

註：標尺間距以長度單位表示，它與被測量的單位或標在標尺上的單位無關。

標尺分度

任何兩個相鄰標尺標記之間的標尺部分。

註：標尺分度與量值無關，它只說明標尺可以分辨的區間。

[標尺]分度值

兩個相鄰標尺標記所對應的標尺值之差。

註：(1)標尺分度值以標在標尺上的單位表示，與被測量的單位無關。(2)標尺分度值又稱為標尺間隔。

線性標尺

在整個標尺中，各標尺間距與對應的分度值呈常數比例關係的標尺。

註：具有恆等分度值的線性標尺稱為規則標尺。

非線性標尺

在整個標尺中，各標尺間距與對應的分度值呈非常數比例關係的標尺。

註：某些非線性標尺有專門名稱，例如對數標尺，平方律標尺。

無零值標尺

在標尺範圍內不包含與被測量的零值相對應的標尺值的標尺。

例：體溫計的標尺。

註：無零值標尺又稱為抑零值標尺。

分類與規格

標尺按毛坯材料一般分為金屬標尺和玻璃標尺兩類。在儀器中，前者採用反射式照明，後者採用透射式照明。一般短標尺多採用玻璃標尺，故光學儀器中玻璃標尺套用較廣泛。玻璃標尺的基本系列見下表。

金屬標尺

金屬標尺具有以下特點：

1)一般金屬尺坯加工較玻璃尺容易，尤其是長標尺。但要獲得極高表面光潔度卻比玻璃尺難得多；

2)金屬尺的線膨脹係數與儀器整體及被測工件相接近，從這方面說，採用金屬尺的儀器在使用中對溫度條件要求較低。但目前已有線膨脹係數接近金屬的玻璃材料(

)；

3)金屬尺的斷面可做成較複雜的形狀，以減小彎曲變形。

標尺在自重或外力作用下將產生彎曲變形，因而引起誤差，其誤差大小與標尺截面尺寸及其形狀密切有關，如圖：

當標尺彎曲時，在中性層oo'上部受壓，尺寸縮短，下部受拉，尺寸變長，只有中性層oo'長度不變。若將刻線刻在上表面或下表面。其尺寸都發生變化，只有刻在中性層上，對尺寸影響最小。所以，將金屬標尺的橫斷面加工成“U”型或“H”型，將刻線刻在中性層上，如圖：

而玻璃標尺很難加工成複雜形狀，一般為矩形斷面。據資料介紹，有把玻璃標尺加工成梯形斷面以減小彎曲變形，也有用簡單形狀膠合成“H”形的，如下圖。其效果如何，有待進一步研究。

綜上所述，無論是抗溫度變化或抗彎曲變形，金屬標尺都優於玻璃標尺，所以，最精密的標尺是用金屬製造的。

玻璃標尺

玻璃標尺的特點是：

1)能用透射光照明，其亮度及襯度都比用反射光的金屬標尺好，這個優點在用光電自動讀數時更突出；

2)可以獲得良好的表面光潔度，因此，玻璃標尺的表面質量是很好的；

3) 可以將刻線面朝下安裝，並加蓋保護玻璃，因此，沒有灰塵落在刻線面上，可長期保持清潔；

4)有利於照相複製。

因為具有上述優點，所以玻璃標尺還是得到廣泛的套用，特別是200毫米以下的短標尺。如工具顯微鏡、測長儀、球徑儀等大多採用玻璃標尺。

過去，玻璃標尺的材料常選用K₉，其特點是加工性好，較硬不易劃傷，但缺點是線膨脹係數a與鋼相差較大，因而要得到準確的測量結果，儀器只有在20±1°C(甚至更苛刻的)恆溫下使用。為克服此缺點，部頒布標準已規定玻璃材料採用與鋼的線膨脹係數相近的F₆，但F₆玻璃較軟，工藝性差。標尺的保護玻璃仍規定為K₉。

玻璃標尺的坯件及保護玻璃的形狀和尺寸，部頒布標準中也有規定，見下圖和下表。

標尺的誤差與精度

影響標尺精度的主要因素有三：1)刻劃誤差；2)溫度變化帶來的誤差；3)標尺受重力彎曲變形的誤差。前一項主要取決於刻劃機及刻劃工藝。一般，標尺的刻劃誤差可分為短周期誤差和長周期誤差，是由刻劃機造成的。部頒布標準巳對標尺的精度作了明確規定。按現定標尺的任意兩分劃線之間的最大不準確度分為五級，即：

1級

微米

2級

微米

3級

微米

4級

微米

5級

微米

式中L為任意兩分劃線之間的距離(單位為毫米)。

第一機械工業部頒布了光學儀器用標尺的標準(JB2215-78)，儀器的設計者應儘可能根據需要選擇適當精度等級的標尺。但是，實際情況是高精度的標尺滿足不了需要，常常用較低精度的標尺來代替，用誤差修正表的方法，就是將標尺用精度較高的比長儀進行檢定，將每條刻線的誤差列成一表，使用時再根據此表進行修正。例：有一200毫米的標尺，在比長儀上分別測出0-1，0-2，……0-200，共200條刻線的誤差值，列出一表隨儀器附給用戶，使用時即可據此表修正。如測得一個工件長度的兩次讀數分別為78.2194和11.6382毫米，用修正表對照數據作如下計算：

78.2194毫米：設由修正表查得刻劃誤差在78毫米處為-0.0005毫米，則修正後實際值為：

78毫米。

11.6382毫米：設由修正表查得刻劃誤差在11毫米處為+0.0008毫米，則修正後實際值為：

毫米。

所以，實際測量長度為

毫米。

由上例可見，使用修正表後，標尺的誤差就不再取決於刻劃誤差，而決定於標尺的檢定誤差，從而提高了標尺的使用精度。目前，檢定標尺用的光電比長儀一般能達到檢定精度為±0.5微米。而我國有關計量單位已研製出雷射干涉比長儀，測量1米範圍的精度可達到±0.2微米。

尺座的機械結構與調整

尺座的機械結構應保證標尺固定可靠又不產生內應力，並且刻劃面與光軸垂直、刻線與標尺移動方向垂直。因此，在設計標尺機械結構時要充分考慮標尺的調整可能性，以滿足上述基本要求，下面結合兩個具體結構加以說明。

圖為19JA萬能工具顯微鏡縱向標尺座的機械結構圖。標尺3支承在標尺座11里，標尺的刻劃面朝下，以防止灰塵等髒物落在刻劃面上，保護玻璃膠合在刻劃面上。標尺在平面里的正確位置，靠三個螺釘2、12等來調節，為防止標尺變形或擠碎，調整螺釘對面的對應點採用彈性支點頂著。螺釘2進行左右調整，兩個螺釘12進行前後調整。標尺在垂直面的正確位置是靠擰動四個調整螺母1。使整個標尺座上下移動來加以調整的。

上圖中：1——調整螺母 2——調整螺釘 3——標尺 4——彈簧片 5——螺釘 6——蓋板 7——螺釘 8——內套 9——彈簧 10——外套 11——標尺座 12——調整螺釘(左右各一個)

下圖為萬能測長儀測量主軸上標尺機械結構圖。標尺8與保護玻璃11聯成一體裝在測量主軸內，標尺的刻劃面應通過測量主軸的軸線且應與光軸垂直，其正確位置是依靠調整調節螺釘7、9、10來實現，調節螺釘的對面的對應點採用彈簧螺釘5、6、12支撐，以防標尺變形或擠碎。可以看出，這兩個結構都是符合運動學原理的設計，底面有三個約束點，側面兩個，端面一個。

上圖中：1——固定長測頭 2——測量主軸 3——平頭螺釘 4——蓋板 5、6、12——彈簧螺釘 7、9、10——調節螺釘 8——標尺 11——保護玻璃

標尺