一、实训目标
1.了解游标卡尺、螺旋测微器、电子天平的构造及原理;
2.学会正确使用游标卡尺和螺旋测微器;
3.学会正确使用电子天平。
二、实训器材
游标卡尺、螺旋测微器、电子天平、金属圆柱体、金属杯、金属片、金属细丝。
三、实训原理
1.测量圆柱体的密度
圆柱体的体积
2.测量工具
（1)游标卡尺
游标卡尺是一种测量长度的量具,如图1-1所示。它由下测脚AB、上测脚A1B1、主尺、游标尺和尾杆等组成。下测脚AB测量外径和厚度;上测脚A1B1测量内径;尾杆测量深度;紧固螺钉可将游标尺固定在主尺上。
常用的游标卡尺有分度值为0.1mm、0.02mm、0.05mm等多种规格。下面以分度值0.1mm的游标卡尺为例,介绍游标卡尺的测量原理。
图1-1 游标卡尺
规格是0.1mm游标卡尺,主尺上的最小分度值为1mm,游标尺是将9mm的长度分为10等分,每一等分的长度为0.9mm,与主尺上的最小分度相差0.1mm,如图1-2所示。
图1-2
当游标卡尺的下测脚AB闭合时,游标卡尺上只有零刻线和最后一条刻线分别与主尺的零刻线和第9条刻线重合外,其他各条刻线的位置均不与主尺上的刻线重合,如图1-2所示。
若在游标卡尺的下测脚AB之间放一厚度为0.1mm的薄片,则游标尺就向右移0.1mm,这时游标上第1条刻线就与主尺上的第1条刻线重合。若在游标卡尺的下测脚AB之间放一厚度为0.2mm的薄片时,则游标上的第2条刻线就和主尺上第2条刻线重合。以此类推,只要被测薄片的厚度不到1mm,游标上的第n条刻线与主尺上的刻线重合,则被测薄片的厚度就是0.1mm的n倍。这种游标的分度值为0.1mm。
因为游标卡尺的下测脚AB之间的距离,总是等于游标上的零刻线与主尺上零刻线间的距离,所以在测量大于1mm的长度时,被测值的整数部分从游标的零刻线前的主尺上读出,小数部分从游标上读。例如,在图1-3中,被测物长度的整数部分,从主尺上读数为33mm,其小数部分从游标上读,这时,正好是游标上第7条刻线与主尺的一条刻线重合,其值为0.1mm×7＝0.7mm,所以被测物的长度为33.7mm。
图1-3
游标卡尺的读数方法可以归纳为一个公式。设游标卡尺的分度值为ymm。测量时,游标零刻线在主尺上kmm刻线的右侧,但不到（k＋1)mm,游标上第n条刻线与主尺上某一条刻线重合,这时被测物体的长度为
对于常用的其他规格的游标卡尺的读数方法也遵循式（1-1)。
（2)螺旋测微器（又称千分尺)
螺旋测微器是一种精密测量物体长度的仪器。其结构如图1-4所示,测砧A和固定刻度B被固定在尺架C上,测微螺杆F、微分筒（可动刻度)E、旋钮D和微调旋钮D′连在一起,通过精密螺纹套在固定刻度B上。
图1-4 螺旋测微器
螺旋测微器的螺纹间距是0.5mm,即旋钮每转一周,测微螺杆F前进或后退0.5mm。可动刻度将0.5mm分成50等分,每一等分表示0.01mm,即可动刻度的分度值为0.01mm。当测微螺杆F和测砧A接触时,可动刻度E的零点恰好跟固定刻度B的零点重合。在测量时,测微螺杆F向右移动的距离等于被测物体的长度。读数方法如图1-5所示,（a)图的半毫米刻度线没有露出,其读数是1.283mm;而（b)图的半毫米刻度线已露出,其的读数是1.783mm;（c)图的读数为1.780mm。
图1-5 螺旋测微器的读数方法
注意事项:
①在使用螺旋测微器时,当测微螺杆F快靠近被测物体时,应停止使用旋钮D,改用微调旋钮D′,避免产生过大的压力,这样既能使测量结果精确,又能保护螺旋测微器。
②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。
③当测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,将有零误差,应加以修正,即测量值等于读数减去零误差。
图1-6 电子天平
（3)YP1002N电子天平
1)主要技术数据
该电子天平的称量范围0～1000g;实际分度值10mg,去皮范围0～1000g;电源220V,50Hz。
2)主要部件
YP1002N电子天平主要由电源、电阻应变片传感器、放大器、A/D（模/数)转换器、微处理器、显示器、键盘和控制电路等组成。其外形如图1-6所示。
“开机”键 在通电状态下,只要轻按一下“开机”键,天平显示其型号1002N,然后显示称量模式0.000g。
“关机”键 关闭显示器,若长期不用,应拔掉电源。
“单位”键 单位转换键。只要轻按一下“单位”键,就改变一种单位。在转换单位的情况下,长按“单位”键不小于15s,再放开可直接返回到g显示状态。
“计件”键 计件校准键。本天平具有计件数功能,所计样品数10～200（均为10的倍数)。轻按一下“计件”键,显示“100”,并闪烁,按一下“校准”键,样品的设定数增加10,若按一下“去皮”键,样品的设定数减少。样品数设定好后,即可放上设定的样品数,10左右即显示件数值。
“校准”键 校准天平。若长时间存放,位置变动,环境变化,为了获得精确测量,在称量前,都应进行校准操作。校准操作的步骤:开机后,待天平工作稳定后,轻按“去皮”键,天平清零;在轻按“校准”键,显示“C500”并闪烁,然后将校准砝码放在天平盘的中央,等待约10s,显示“500.00g”,即可进行称量操作。
“去皮”键 清零,去皮键。若在天平秤盘中放50.21g称量瓶,然后轻按“去皮”键,天平显示“0.00g”;若拿去称量瓶,则显示“－50.21g”,再轻按“去皮”键,天平清零,显示“0.00g”。
3)原理
电子天平是采用电磁力平衡的原理,应用现代电子技术设计而成的。它是将称盘与通电线圈相连接,置于磁场中,当被称物置于称盘后,因重力向下,线圈上就会产生一个与重力大小相等、方向相反的电磁力,这时传感器输出电信号,其电流强度与被称物体的重力大小成正比。其电信号经放大后,再通过A/D转换,经微处理器运算、最后由数字显示器将被称物品的质量显示出来。
4)使用方法
①准备
a.将天平放置在水平稳定的工作台上,避免振动、气流、阳光直射和剧烈的温度波动。
b.安装秤盘,调节天平的水平调节脚,使气泡位于水准器的中心。
c.核对电源电压是否与天平所需电压一致。
d.开机预热30min,使天平处于工作状态。
②校准天平
a.轻按“去皮”键,天平显示0.00g。
b.按“校准”键,天平显示“C500”并闪烁。
c.将校准砝码放在天平盘的中央。然后等待约10s,显示“500.00g”,此时,移去砝码后,天平显示回零,即可进行称量操作。如果天平不回零,则重新进行校准。
③称量
a.称量法称量固体物体的质量。将样品放在称盘上,显示值即为物品的质量。待数字稳定后记录称量结果。
b.称量粉末样品的质量。将称量瓶放在天平称盘上,显示其质量值,轻按“去皮”键,天平显示0.00g。向称量瓶中加粉末样品,显示粉末的质量值。
④取样品
注意取样品时,切勿将样品散落在天平内。
⑤关机
轻按“关机”键,关闭显示器,若长期不用,应拔掉电源。
注意事项:
①使用前仔细阅读说明书。
②使用过程中应保持天平室的清洁,勿使样品洒落入天平室内。
③在天平遇到下列情况之一必须校准:
a.首次使用天平称量之前;
b.天平改变安放位置之后。
④被称物体的质量不超过天平的最大称量值,否则将损坏天平。
⑤注意防潮,定期检查干燥剂。
四、实训内容及步骤
1.仔细观察游标卡尺以及螺旋测微器的构造,熟悉其使用。检查是否有零误差,如有请记录其读数。
2.用游标卡尺测量金属圆柱体的高度和直径各3次。
测量直径时,每次的测量方位互为120°,将数据填入表1-1中。
3.用电子天平测出金属圆柱体的质量,将数据填入表1-1中。
4.用螺旋测微器测量细丝的直径3次,将数据记录入表1-2中。
5.用测微器测薄片的厚度3次,将数据记录入表1-2中。
五、数据记录与分析
1.测量数据
表1-1 测量金属圆柱体的直径、高度和质量
游标卡尺的零误差D0＝
表1-2 测量金属丝的直径和金属片的厚度
螺旋测微器的零误差D0＝________
2.计算
平均相对误差
测量结果:
（1)圆柱体的密度
（2)金属丝的直径 
（3)金属薄片的厚度 
六、思考题
1.你所用的游标卡尺的分度值是多少？用该游标卡尺测量物体的长度时,有几位有效数字？
2.用螺旋测微器测薄片的厚度时,有几位有效数字？
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