标尺

光学计量仪器的长度标准

标尺是光学计量仪器的长度标准，它广泛应用于测量长度的仪器中，如工具显微镜、测长仪、测量机等。第一机械工业部已制定了玻璃标尺的标准，以供选择时参考。

基本信息

标尺是由一组有序的标尺标记及有关的数码所构成的指示装置的组成部分。

标尺长度

在给定的标尺上，始末两条标尺标记之间旦通过全部最短标记中点的线段长度。

注：(1)始末两条标尺标记之间，通过全部最短标记中点的连线称为标尺基线，标尺长度即是标尺基线的长度。此线可以是真实的或虚构的曲线或直线。(2)标尺长度以长度单位表示，它与被测量的单位或标在标尺上的单位无关。

标尺间距

沿着标尺长度的线段测得的任何两个相邻标尺标记之间的距离。

注：标尺间距以长度单位表示，它与被测量的单位或标在标尺上的单位无关。

标尺分度

任何两个相邻标尺标记之间的标尺部分。

注：标尺分度与量值无关，它只说明标尺可以分辨的区间。

[标尺]分度值

两个相邻标尺标记所对应的标尺值之差。

注：(1)标尺分度值以标在标尺上的单位表示，与被测量的单位无关。(2)标尺分度值又称为标尺间隔。

线性标尺

在整个标尺中，各标尺间距与对应的分度值呈常数比例关系的标尺。

注：具有恒等分度值的线性标尺称为规则标尺。

非线性标尺

在整个标尺中，各标尺间距与对应的分度值呈非常数比例关系的标尺。

注：某些非线性标尺有专门名称，例如对数标尺，平方律标尺。

无零值标尺

在标尺范围内不包含与被测量的零值相对应的标尺值的标尺。

例：体温计的标尺。

注：无零值标尺又称为抑零值标尺。

分类规格

标尺按毛坯材料一般分为金属标尺和玻璃标尺两类。在仪器中，前者采用反射式照明，后者采用透射式照明。一般短标尺多采用玻璃标尺，故光学仪器中玻璃标尺应用较广泛。玻璃标尺的基本系列见下表。

金属标尺

金属标尺具有以下特点：

1)一般金属尺坯加工较玻璃尺容易，尤其是长标尺。但要获得极高表面光洁度却比玻璃尺难得多；

2)金属尺的线膨胀系数与仪器整体及被测工件相接近，从这方面说，采用金属尺的仪器在使用中对温度条件要求较低。但已有线膨胀系数接近金属的玻璃材料( )；

3)金属尺的断面可做成较复杂的形状，以减小弯曲变形。

标尺在自重或外力作用下将产生弯曲变形，因而引起误差，其误差大小与标尺截面尺寸及其形状密切有关，如图1：

当标尺弯曲时，在中性层oo'上部受压，尺寸缩短，下部受拉，尺寸变长，只有中性层oo'长度不变。若将刻线刻在上表面或下表面。其尺寸都发生变化，只有刻在中性层上，对尺寸影响最小。所以，将金属标尺的横断面加工成“U”型或“H”型，将刻线刻在中性层上，如图2：

而玻璃标尺很难加工成复杂形状，一般为矩形断面。据资料介绍，有把玻璃标尺加工成梯形断面以减小弯曲变形，也有用简单形状胶合成“H”形的，如下图3。其效果如何，有待进一步研究。

综上所述，无论是抗温度变化或抗弯曲变形，金属标尺都优于玻璃标尺，所以，最精密的标尺是用金属制造的。

玻璃标尺

玻璃标尺的特点是：

1)能用透射光照明，其亮度及衬度都比用反射光的金属标尺好，这个优点在用光电自动读数时更突出；

2)可以获得良好的表面光洁度，因此，玻璃标尺的表面质量是很好的；

3) 可以将刻线面朝下安装，并加盖保护玻璃，因此，没有灰尘落在刻线面上，可长期保持清洁；

4)有利于照相复制。

因为具有上述优点，所以玻璃标尺还是得到广泛的应用，特别是200毫米以下的短标尺。如工具显微镜、测长仪、球径仪等大多采用玻璃标尺。

过去，玻璃标尺的材料常选用K9，其特点是加工性好，较硬不易划伤，但缺点是线膨胀系数a与钢相差较大，因而要得到准确的测量结果，仪器只有在20±1°C(甚至更苛刻的)恒温下使用。为克服此缺点，部颁布标准已规定玻璃材料采用与钢的线膨胀系数相近的F6，但F6玻璃较软，工艺性差。标尺的保护玻璃仍规定为K9。

玻璃标尺的坯件及保护玻璃的形状和尺寸，部颁布标准中也有规定，见下图4和下表。

误差精度

影响标尺精度的主要因素有三：1)刻划误差；2)温度变化带来的误差；3)标尺受重力弯曲变形的误差。前一项主要取决于刻划机及刻划工艺。一般，标尺的刻划误差可分为短周期误差和长周期误差，是由刻划机造成的。部颁布标准巳对标尺的精度作了明确规定。按现定标尺的任意两分划线之间的最大不准确度分为五级，即：

1级微米

2级微米

3级微米

4级微米

5级微米

式中L为任意两分划线之间的距离(单位为毫米)。

第一机械工业部颁布了光学仪器用标尺的标准(JB2215-78)，仪器的设计者应尽可能根据需要选择适当精度等级的标尺。但是，实际情况是高精度的标尺满足不了需要，常常用较低精度的标尺来代替，用误差修正表的方法，就是将标尺用精度较高的比长仪进行检定，将每条刻线的误差列成一表，使用时再根据此表进行修正。例：有一200毫米的标尺，在比长仪上分别测出0-1，0-2，……0-200，共200条刻线的误差值，列出一表随仪器附给用户，使用时即可据此表修正。如测得一个工件长度的两次读数分别为78.2194和11.6382毫米，用修正表对照数据作如下计算：

78.2194毫米：设由修正表查得刻划误差在78毫米处为-0.0005毫米，则修正后实际值为：78毫米。

11.6382毫米：设由修正表查得刻划误差在11毫米处为+0.0008毫米，则修正后实际值为：毫米。

所以，实际测量长度为毫米。

由上例可见，使用修正表后，标尺的误差就不再取决于刻划误差，而决定于标尺的检定误差，从而提高了标尺的使用精度。检定标尺用的光电比长仪一般能达到检定精度为±0.5微米。而我国有关计量单位已研制出激光干涉比长仪，测量1米范围的精度可达到±0.2微米。

机械结构

尺座的机械结构应保证标尺固定可靠又不产生内应力，并且刻划面与光轴垂直、刻线与标尺移动方向垂直。因此，在设计标尺机械结构时要充分考虑标尺的调整可能性，以满足上述基本要求，下面结合两个具体结构加以说明。

图为19JA万能工具显微镜纵向标尺座的机械结构图。标尺3支承在标尺座11里，标尺的刻划面朝下，以防止灰尘等脏物落在刻划面上，保护玻璃胶合在刻划面上。标尺在平面里的正确位置，靠三个螺钉2、12等来调节，为防止标尺变形或挤碎，调整螺钉对面的对应点采用弹性支点顶着。螺钉2进行左右调整，两个螺钉12进行前后调整。标尺在垂直面的正确位置是靠拧动四个调整螺母1。使整个标尺座上下移动来加以调整的。

上图中：1——调整螺母 2——调整螺钉 3——标尺 4——弹簧片 5——螺钉 6——盖板 7——螺钉 8——内套 9——弹簧 10——外套 11——标尺座 12——调整螺钉(左右各一个)

下图为万能测长仪测量主轴上标尺机械结构图。标尺8与保护玻璃11联成一体装在测量主轴内，标尺的刻划面应通过测量主轴的轴线且应与光轴垂直，其正确位置是依靠调整调节螺钉7、9、10来实现，调节螺钉的对面的对应点采用弹簧螺钉5、6、12支撑，以防标尺变形或挤碎。可以看出，这两个结构都是符合运动学原理的设计，底面有三个约束点，侧面两个，端面一个。

上图中：1——固定长测头 2——测量主轴 3——平头螺钉 4——盖板 5、6、12——弹簧螺钉 7、9、10——调节螺钉 8——标尺 11——保护玻璃

全国各地天气预报查询

上海市

云南省

云南省

云南省

云南省