游标卡尺

游标卡尺（Vernier Calliper）是一种用于测量长度、内外径及深度的精密量具。它由主尺和附在主尺上能滑动的游标两部分构成。从背面观察，游标是一个整体，深度尺与游标尺相连，可用于测量槽和筒的深度。主尺尾端设有深度尺，专门用于测量孔深。

发展历史

早期发明

中国汉代科学技术高度发达，发明了众多领先世界的先进仪器和器具，如浑天仪、地动仪、水排等。这些圆轴类零件的出现，预示着刻线直尺在中国的诞生。最早的卡尺可追溯至公元1世纪初的新莽时期，经考古学家证实，此时中国已发明卡尺并应用于生产。新莽卡尺的外形及刻度与现代游标卡尺相似，但并非游标读数。同时，在欧洲第一次工业革命前，也出现了一种与青铜卡尺类似的“卡钳尺”，均为刻线卡尺。

细分读数原理的发明

葡萄牙数学家佩德罗·努涅斯（Pedryo Nunez）利用人眼善于分辨刻线对齐的特点，通过游尺刻度和主尺刻度的微小差值实现对微小值的补整，发明了细分读数原理，为欧洲后期游标卡尺的发明奠定了基础。

现代游标卡尺的诞生

最具现代测量价值的游标卡尺一般认为由法国数学家皮埃尔·维尼尔（Pierre Vernier）于1631年发明。他在数学专著《新四分圆的结构、利用及特性》中详细记述了游标卡尺的结构和原理，其名字“Vernier”也成为了英文中“游标”一词的来源。1851年，美国Brown&Sharpe公司结合Nonuth及Vernier的构想，制造出第一支游标卡尺，后经德国Masuer兵工厂改良，成为工程上应用最广的量具。

普及与改进

1854年，荷兰、法国、德国、英国普遍使用游标卡尺；1856年，日本也普及了游标卡尺。随着制造技术的不断更新和提高，游标卡尺逐渐成为通用性的长度测量工具。

数显卡尺的雏形

1972年，瑞士TRIMOS公司首次研制成功容栅测长系统，随后大规模CMOS电路的出现使容栅在游标卡尺上获得应用，数显卡尺的雏形由此诞生。1973年春，瑞士“特萨（TESA）工具公司”研制出带表卡尺，其指示表最小读数值为0.02毫米。1975年，瑞典JOHANSSON公司推出JOCAL卡尺，这种电子卡尺在尺体上制作了容栅标尺，读数头上有容栅滑尺。日本三豊公司于1980年最先生产出测量范围0~150毫米的数显卡尺，最小显示为0.01毫米或0.0005英寸；1984年的SYLVAC数显卡尺精度达到0.02mm。

自动化与智能化发展

进入21世纪后，随着高新技术的发展，自动化、智能化逐渐应用于游标卡尺，特别是在长度测量中激光技术和计算机技术的应用，使长度测量的量程和精度有了显著提高。如三丰、TESA等公司已发展到快速视觉测量系统。

结构组成

基本构成

游标卡尺的主体是一个刻有刻度的尺身，称为主尺。沿着主尺滑动的尺框上装有游标（副尺）。此外，游标卡尺还由上量爪、下量爪、深度尺、紧定螺钉等组成。主尺与左面固定的上、下量爪制成一整体，副尺与右面活动的上、下量爪制成另一整体，套装在主尺上并可沿主尺滑动。

游标卡尺结构图示

各部件详解

主尺

游标卡尺的主尺一般以毫米为单位，是测量的基准。

游标

游标上有10、20或50个分格，根据分格的不同，游标卡尺可分为十分度、二十分度、五十分度游标卡尺等。游标为十分度时，其长度为9mm；二十分度时，长度为19mm；五十分度时，长度为49mm。常用游标卡尺按其精度可分为0.1mm、0.05mm和0.02mm三种，其中精度为0.05mm和0.02mm的游标卡尺较为常见。

量爪

游标卡尺的主尺和游标上有两副活动量爪，分别是内测量爪和外测量爪。内测量爪通常用于测量内径，外测量爪通常用于测量长度和外径。

深度尺

深度尺位于主尺的尾端，专门用于测量孔深。

紧定螺钉

紧定螺钉用于固定游标尺框，测量时松开以便移动游标，读数时固定以确保读数准确。

工作原理

以游标读数值为0.05mm的游标卡尺为例，主尺刻线间距（每格）为1mm。当游标零线与主尺零线对准（两爪合并）时，第20刻线正好指向主尺上的19mm，而游标上的其他刻线都不会与尺上任一条刻线对准。因此，游标上的每格宽度为19/20=0.95mm。主尺刻线间距与游标刻线间距之差为1-0.95=0.05mm，这0.05mm即为游标读数值（分度值），是此游标卡尺上游标所读出的最小数值。

当游标向右移动0.05mm时，游标零线后的第1根刻线与主尺刻线对准；当游标向右移动0.1mm时，游标零线后的第2根刻线与主尺刻线对准，以此类推。当游标第n条刻线与主尺第n条刻线对齐时，零件尺寸为n x 0.05mm。根据这个原理，可以读出小于1mm的小数部分的尺寸。

使用方法

测量

测量前应将卡尺和被测物擦拭干净，量爪贴合后查看游标和主尺身的零刻度线是否对齐。如果对齐，便可以直接进行测量，此过程称为校对游标卡尺的零位。若未对齐，则需记取零误差：游标的零刻度线在尺身零刻度线右侧称为正零误差，在左侧称为负零误差。

测量时，右手拿住尺身，大拇指移动游标，左手拿待测物体，使待测物位于外测量爪之间。轻轻摆动被测物或卡尺，当与量爪紧紧相贴时，找出最大值或最小值即可读数。测量外尺寸时，卡尺两测量面联线应垂直于被测量表面。

测量过程中，因卡尺无恒定力装置，必须使用正确的测力来测量工件，不允许过分地施加压力。所用压力应使两个量爪刚好接触零件表面，同时防止卡尺歪斜。移动尺框时，活动要自如，不应有过松或过紧的现象，更不能有晃动。用固定螺钉固定游标尺框时，卡尺的读数不应有所改变。在移动游标尺框时，不要忘记松开固定螺丝，也不宜过松以免掉落。

读数

读数时首先以游标零刻度线为准在尺身上读取毫米整数，然后看游标上第几条刻度线与尺身的刻度线对齐。如第6条刻度线与尺身刻度线对齐，则小数部分即为0.6毫米。若没有正好对齐的线，则取最接近对齐的线进行读数。如有零误差，则应加上或减去零误差（若零误差为负，相当于加上相同大小的零误差）。读数结果为：测量值=主尺读数+游标尺读数=主尺的小格数（mm）+精度 × 游标与主尺对齐的游标尺小格数（mm）。

判定游标上哪条刻度线与尺身刻度线对准时，可选定相邻的三条线。如左侧的线在尺身对应线之右，右侧的线在尺身对应线之左，中间那条线便可以认为是对准了。

特点应用

特点

游标卡尺具有结构简单、使用方便、精度中等和测量尺寸范围大等特点。

用途

游标卡尺常用来测量零件的宽度、外尺寸、内尺寸、段差、深度等尺寸。在使用场景方面，游标卡尺主要应用于实验室对仪器部件等进行精密测量，同时也可在车间现场进行测量，在建筑或工业中应用也较多。此外，还可应用于水文测量，如测量承雨器的口径、冰雹直径等方面。

产品分类

根据显示方式分

游标卡尺根据显示方式可以分为机械式、指针式（又称带表式）和数字显示式。

机械卡尺

机械卡尺是最为常见的游标卡尺。根据游标零线所处位置读出尺身刻度的整数部分，然后判断游标的哪一根刻线与尺身刻线重合。重合的游标刻线序数乘以游标分度值，即可得出尺身刻度的小数部分。尺身读数与游标读数相加即为测得值。

机械卡尺结构图示

带表卡尺

带表卡尺的尺身上刻有毫米刻线，并装有高精度尺条。以齿条为基准带动百分表指针转动，替代游标装置进行读数，比普通游标卡尺读数更为快捷准确。百分表的分度值有0.01mm、0.02mm和0.05mm三种。

带表卡尺结构图示

数显卡尺

数显卡尺在尺身上均匀分布的容栅代替了刻线，通过电容传感器与集成电路将测量爪的位移量转换为数字显示。尺框上装有显示窗、公英制转换按钮、置零按钮等。通过置零按钮可以随时在尺身的任何位置置零，以便进行相对测量。

数显卡尺结构图示

根据结构分

游标卡尺根据结构可分为单面卡尺、双面卡尺和三用卡尺。

单面卡尺

单面卡尺带有内外量爪，可以测量内侧尺寸和外侧尺寸。

双面卡尺

双面卡尺的上量爪为刀口形外量爪，下量爪为内外量爪，可测内外尺寸。

三用卡尺

三用卡尺的内量爪带刀口形，用于测量内尺寸；外量爪带平面和刀口形的测量面，用于测量外尺寸；尺身背面带有深度尺，用于测量深度和高度。

按照用途分

除了上述普通测量长度的游标卡尺外，还有专门用于测量高度、深度以及齿厚的游标卡尺。

深度游标卡尺

深度游标卡尺专门用来测量台阶的高度、孔深和槽深等。其结构与游标卡尺基本相同，特点是把尺身测量面和尺框测量面作为量爪，利用这两个测量面之间的相对位置变化来进行测量。若它们同在一个平面上时，深度尺的读数为零。

高度游标卡尺

高度游标卡尺用来测量零件的高度和划线。其结构特点是用质量较大的底座代替卡尺的固定量爪，在活动尺框的横臂上，可根据需要安装不同形式的量爪。

齿厚游标卡尺

齿厚游标卡尺用来测量齿轮（或蜗杆）的弦齿厚或弦齿高。其结构特点是相当于将两把普通卡尺互相垂直联合而成。利用游标原理，以齿高尺定位，对齿厚尺两量爪相对移动分隔的距离进行读数。

发展趋势

异型化

随着机械制造业的快速发展，各种类型的零件种类繁多，形状、结构都较为复杂。因此，需要用配套的测量工具对特殊部位的尺寸进行检测，专门研发专用的异型游标卡尺成为趋势。

一体化

目前的机械产品检测设备通常是一物一用，即分别具有独立的、不同的功能。未来必将实现功能的集成，即一台检测设备可实现多项检测功能，甚至可通过流水线完成机械产品的全检测过程，最后出具产品检测报告。

自动化

随着自动化技术的发展，机械产品的检测将越来越少地依靠人力和人工手段进行。取而代之的是自动检测产品，可实现在加工过程中的检验，及时发现质量问题，避免流入下一道工序带来资源浪费。

智能化

智能化的发展源自于自动化技术的进步，主要是在自动采集传输数据的基础上进行智能的计算分析。由计算机预先编制好的程序对数据进行统一分析判断，对存在质量误差的产品报警，实现无人值守作业。通过对数显游标卡尺测量数据的自动化记录，可以降低记录测量数据错误的机会，提高测量记录的效率。

标准规范

按照GB/T 21389-2008标准，规定了游标卡尺、带表卡尺和数显卡尺的术语和定义、形式与基本参数、要求、试验方法、检验条件、检验方法、标志与包装等。该标准适用于分度值/分辨力为0.01mm、0.02mm、0.05mm和0.10mm，测量范围为（0~70）mm 至（0~4000）mm 的游标卡尺、带表卡尺和数显卡尺。

相对位置规定

该标准对于游标卡尺的不同部分相对位置有相应规定。游标卡尺的游标尺标记表面棱边至主标尺标记表面的距离不应大于 0.30 mm；微视差游标卡尺的游标尺标记表面棱边至主标尺标记表面间的距离h，游标尺标记端面与主标尺标记端面的距离s，不应超过下表的规定：

游标卡尺相对位置规定

指针与圆标尺规定

带表卡尺的指针末端应盖住圆标尺上短标尺标记长度的 30%~80%；指针末端与圆标尺标记表面间的间隙不应大于下表的规定：

带表卡尺指针与圆标尺规定

零值误差规定

按照GB/T 21389-2008标准，对于零值误差的规定，游标卡尺两外测量面手感接触时，游标尺上的“零”“尾”标尺标记与主标尺相应标尺标记应相互重合，其重合度按照下图规定：

游标卡尺零值误差规定

注意事项

轻拿轻放

游标卡尺是比较精密的测量工具，要轻拿轻放，不得碰撞或跌落地下。使用时不要用它来测量表面粗糙的物体，以免损坏量爪。避免与刃具放在一起，以免刃具划伤游标卡尺的表面。不使用时应置于中性、干燥的地方，远离酸碱性物质，防止锈蚀。

校对零位

测量前应把卡尺擦拭干净，检查卡尺的两个测量面和测量刃口是否平直无损。把两个量爪紧密贴合时，应无明显的间隙，同时游标和主尺的零位刻线要相互对准。这个过程称为校对游标卡尺的零位。

正确移动游标尺框

移动游标尺框时，要活动自如，不应过松或过紧，更不能有晃动现象。用固定螺钉固定游标尺框时，卡尺的读数不应有所改变。在移动游标尺框时，不要忘记松开固定螺钉，也不宜让游标尺框过松。

正确施加压力

用游标卡尺测量零件时，不允许过分地施加压力。所用压力应使两个量爪刚好接触零件表面。如果测量时压力过大，不但会使量爪弯曲或磨损，且量爪在压力作用下将产生弹性变形，使测量得到的尺寸不准确（外径尺寸测量值小于实际尺寸，内孔尺寸测量值大于实际尺寸）。

正确读数

在游标卡尺上读数时，应把卡尺水平地拿着，朝着亮光的方向，使人的视线尽可能和卡尺的刻线表面垂直，以免由于视线的歪斜而造成读数误差。为了获得正确的测量结果，可以多测量几次，即在零件的同一截面上的不同方向进行测量。对于较长零件，则应当在全长的各个部位分段进行测量，以便获得一个比较正确的测量结果。

注：词条内容部分参考文献来源^[1][2]

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游标卡尺(图1)

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游标卡尺(图2)

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游标卡尺(图3)

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游标卡尺(图4)

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