常用仪器仪表的使用docx.docx
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常用仪器仪表的使用docx
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
内测量爪
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簧片（图1中未能画出），
利用弹簧片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。
―P
・>
y—
r
5
丄1」「111
C
11111111
.0游标
—►
（n-l）y
主尺
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-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nx=（n一1）y。
上图即为游标上“=10的情形。
主尺与游标上每个分格之差为
（1-1）
匚称为游标的精度（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：
L=Kan二（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）。
：
堤游标卡尺的精度，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＜r=0.05mm,L=Ka+n^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。
）
1
P
1II
111
1
[111
111hili
2
1Illi
111
||
0
rn
2
11I|1III|
5知75
1i11
100
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
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
图6读数范例图
（2）零误差
0刻度对准可动刻度的
螺杆上黑线下方尽头表示固定零刻度，如下图，第一图固定
0.012mm，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，
'丸■测量值=读数-
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。
（+0.012mm）固定零点在可动零点下，减正。
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。
目前实验室使用最多的是单杆秤也就是天平，天平的种类很多，随着精度的不同而构造不同。
其主要的区别是刀口硬度不同，刀口硬度越高，天平精度越高。
最粗燥的托盘天平的
精度是0.5克，物理天平的精度可达10毫克，最精密的分析天平精度为1毫克。
托盘天平使用说明
1.天平使用时，将天平放在平面工作台上；
2.将游码移至左端零点上。
指针须对准标准头中间的红线，遇见偏左或偏右即将平衡螺母旋动调节以指针对准红线为止方能开始使用。
3.右盘放砝码，左盘放置须测量之物。
4.天平与砝码应妥善保管不得置于易受潮易氧化之处，并避免沾着酸碱油酯。
5.天平与砝码应保持干燥清洁，使用前须用软刷清洁，使用后检查天平和清点砝码一次并放入盒内。
6.天平或砝码若发生氧化及轻重有问题，应加以修理并经计量检定机构检定合格后方能使
用。
四、指针式电压表
1.常见的各类型指针式电压表
2.
主要工作原理是永久磁铁和载流
直流电压表一直流电压表二
图7常见指针式电压表
2•指针式电压表简介和使用说明
电压表的基本构成可分磁电系统和指针系统两大部分。
线圈的相互作用，带动指针系统发生转动。
常用的电压表可分为直流电压表和交流电压表，如图7所示。
电压表按其所测量电压的大小又可分为毫伏表、伏特表、千伏表。
电压表在使
用时要并连接入线路，对于直流电压表一定要将“+”接线柱接在线路中电势较高的一端，
“―”接线柱接在电势较低的一端。
电压表的规格如下：
1）量程电压表指针偏转满刻度时的电压值。
电压表有单量程和多量程之分，一般情况下，实验室使用的多是多量程的电压表。
2）内阻电压表两接线柱间的电阻。
电压表的内阻越大，对被测电压的影响就越小。
电压表的量程越大，其内阻也越大。
同一块电压表的不同量程的内阻也不同。
例如，对于一
块2.5/10/25V的三量程电压表，其三档的内阻分别为2500Q/10000Q/25000Q，但各
量程的第伏欧姆数都是1000Q/V。
所以对于多数多量程的电压表，各量程的内阻与相应的
量程之比为一个常量。
电压表标度盘上一般会标明这一常量，基单位为“Q/V',它是电压
表的一个重要参量，称为“每伏欧姆数”或“电压灵敏度”。
通过这一常量可以计算出相应
量程的内阻：
内阻=量程X电压每伏欧姆数
电压表的读数方法：
使用前应检查电压表指针是否与零刻度线重合，若不重合可以调节电压表外壳上的零点
调整旋钮，使打针指零。
对于多量程电压表，由于其表面刻度一般只可能为1〜2种，所以
一般读数时要进行换算。
基本步骤如下：
1）确定所用电压表的量程Vg
y
2）根据电压表面板上的总格数N0算出换算系数k
3）电压表的读数读出电压表指针在表面偏转的位置格数Nj（必须进行估读，测量结
果的可疑位主要由估计的格数决定），则：
V=kN1
电压表仪器误差和不确定度的计算:
电压表的仪器误差可分为基本误差和附加误差两部分。
在仪表规定的标准工作条件下,由于仪表本身的内部特征与加工质量不完善等原因引起的误差称为基本误差；不符合标准工作条件所引起的误差称为附加误差。
基本误差不会因为使用者的不同而变化，因而基本误差也就决定了电压表所能保证的准确程度。
仪表的基本误差m定义为仪表的最大绝对误差
■：
m和仪表量程Xm的比值的百分数来表示:
Xm
其中，最大绝对误差.■:
m又称为最大允许误差或仪器误差限。
仪表的准确等级k与仪表基本误差的关系为：
k%一上100%
Xm
根据国家标准规定，仪表的准确度等级分：
0.1、0.2、0.5、1.0、1.5、2.5、5.0七个
等级。
由仪表的准确度等级与所用量程可以计算出所用仪表的仪器误差限：
人仪二上m二Xmk%
例如某只电压表的量程为1V,经校准其最大绝对误差为0.012V，则
打=0.°12V如00%=「2%
1V
这只电压表的准确度等级k就定义为1.5级。
反之，如果知道某只电压表的准确度等级和所用的量程，则可以计算出该电压表的仪器误差限。
在大学物理实验中，把仪器误差限引入的不确定度分量简化地看成标准不确定度的B
类分量，因此电压表的B类不确定度为
3.电压表使用的注意事项
1）量程的选择根据待测电压的大小，选择合适的电压表量程。
使用的量程
太小，测量值过大会会使电压表指针损坏，甚至烧毁整个线圈；量程过大，电压表指针偏转
太小，读数不够准确。
一般情况下，测量读数在电压表量程的2/3以上比较准确。
2）电流方向直流电压表的指针偏转方向与所通过的电流方向有关，所以接线时必须注
意电压表上接线柱的“+”、“―”标记，“+”表示电流流入端，接电势较高的一端，“―
表示电流流出端，接电势较低的一端。
3）接入方式电压表应以并联的方式接入电路。
4）准确度等选择按被测量的误差要求合理选择电压表的准确度等级。
在保证满足误差
要求的前提下，不必追求更高准确度的电压表。
5）视差问题读数时应正确判断指针的位置。
为减少视差，必须在视线垂直刻度表面后
才能读数。
精密电压表的刻度尺附有镜面，当指针在镜中的像与指针重合时，所对准的刻度
才是电表的正确读数。
五、指针式电流表
1.常见的各类型指针式电流表
直流电流表一直流电流表二交流电流表
图8常见指针式电流表
2.指针式电流表简介和使用说明
指针电流表构成和电压表的构成一样，分成磁电系统和指针系统两大部分。
常用电流表可分为直流电流表和交流电流表，直流电流表根据所测电流的大小不同可分为微安表、毫安
表、安培表。
直流电流表接线柱都标明了正负极，“+”接线柱接电路中电势较高的一端，
“一”接线柱接电路中电势较低的一端。
电流表的内阻越小，贝U电路由于接入电表带来的系
统误差越小。
电流表的规格如下：
1）量程电流表指针偏转满刻度时的电流值。
电流表有单量程和多量程之分，一般情况下，实验室使用的多是多量程的电压表。
2）内阻电压表两接线柱间的电阻。
内阻越小量程越大，一般安培表内阻在0.1欧姆以下，毫安表一般为几欧姆到一两百欧姆，微安表一般为几百欧姆到一两千欧姆。
其它内容参考电压表部分。
电流表的读数方法：
电流表的读数方法参考电压表部分，在此不再详细说明。
电流表仪器误差和不确定度的计算：
该部分详细情况参考电压表部分。
3.电压表使用的注意事项
1）量程的选择；
2）电流方向；
3）接入方式电流表应以串联的方式接入电路。
4）准确度等选择;
5）视差问题。
【实验内容与步骤】
1、用游标卡尺测摆球直径d
2、用螺旋测微器测介质片厚度I
1）将螺旋测微器夹住介质片同一点，测出螺旋测微器夹住介质片厚度。
2）旋动螺杆至接触小砧测出零点时读数
3）测量值-零点读数=介质片厚度。
3、用托盘天平测量散热铜盘的质量m
1）首先将游码移到左端，调节平衡螺丝，指针对准分度标尺中央刻度线，天平平衡。
2）将铜盘放在左盘，右盘添加砝码并移动游标使得针对准分度标尺中央刻度线，此时砝
码质量加游标示数即铜盘质量
4、自行连接一简单分压电路，用指针式电压表和电流表测电阻两端的电压及通过电阻的电流。
△x
UBX=3=
|22
合成不确定度Ux=\UAx-UBx
【数据记录及处理】
次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
游标卡尺
d/cm
螺旋测微器
l/mm
天平m/g
电压V/V
电流I/mA
误差分析处理:
测量结果X=X二Ux=
【思考题】
1.
螺旋测微器测某物体如图所示，读数是多少毫米?
2.游标卡尺测某物体如图所示读数是多少?
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0>020湯标尺
3.某一游标卡尺，游标共50格，有下列读数13.51mm,272.62mm,152.43mm,84.40mm那些肯定是错错误的，为什么？
4.电表的准确度等级可分为哪七级？
5.直流电压表和电流表接入电路时的连接方式分别是什么？
6.在使用电表时要选择全适的量程，如果无法估计电路中电压和电流的大小该怎么办？
§2提高性仪器仪表
【实验目的】
1•了解分析天平、数字万用表、百分表、读数显微镜的原理，掌握其使用方法;2•进一步熟悉数据处理的方法。
【实验仪器】
分析天平，数字万用表，百分表，读数显微镜。
【实验原理】
-、分析天平
1、分析天平介绍
图1TG328B型分析天平
1.横梁2.平衡陀3.吊耳4.指针5.支点刀6.框罩7.圈形砝码8.指数盘9.支力销10.折叶
11.阻尼内筒12.投影屏13.称盘14.盘托15.螺旋脚16.垫脚17.升降旋钮18.投影屏调节杆
一般分析天平可以准确到1/10000g或2/10000g，它们的最大称量为100g或200g。
有摆动式、空气阻尼式和光学式三种。
现介绍一种具有部分机械加码装置的光学天平，见图1
所示。
分析天平的构造原理与物理天平相似，为了提高称衡精确度，分析天平有更精致的结构。
三个刀口是由坚硬的不易磨损的玛瑙（或人造宝石）制成，并配有玛瑙刀垫。
当天平摆动时，
刀口与刀垫相接触，因为它们均由玛瑙制成，所以摩擦力很小。
为了保护刀口，在横梁下装
有止动架（图中未画出），转动安置在天平下部的止动旋钮，就可以使止动架上升，而把横梁及秤盘向上举起一些，这样刀口就不与刀垫接触，天平止动。
为了保护天平，分析天平都
放在玻璃柜内，柜内有干燥剂防潮。
分析天平上还装有水准仪，用来调整刀垫水平。
为了增加横梁摆动时所受的阻力，使它能够很快静止下来，以便迅速读取指针位置，装
有空气阻尼器。
阻尼器的构造为：
在两秤盘上方各装一固定在支柱上的金属外筒，挂在天平
吊环上的金属内筒其筒口向下套于内筒中，内外筒之间有一定的（很小）空隙，横梁摆动时，
必有一秤盘下降，相应的内筒也随之下降，并压缩内外筒之间的空气，被排出的空气必须通
过两筒壁间很下狭窄的缝隙及外筒底板上的小孔，因而流泄较慢，可能横梁的摆动受到阻尼，
很快地静止不动，而便于我们迅速地读数。
称衡1g以下的质量用机械加码装置及光学投影读数装置。
机械加砝码装置（读数范围
10t990mg）有1g以下的圈码8个，如图2所示，转动机械使加码时，相应的圈码组就自动加在横梁上了。
图2圈码
光学投影读数装置（读数范围为10mg以下）是为了方便地读取最小称衡值、减轻工作
人员的疲劳、提高称衡效率。
观察屏上刻有一条准线，作为读数标记，其光学系统如3所示。
微量标尺的刻度中间为零，两边各为+10mg及-10mg，其最小刻度为O.lmg,，所以，感量为
O.lmg/格。
当准线指在正值时表示砝码读数必须加上微量标尺读数；反之，当准线指在负值时，砝码读数必须加上微量标尺负读数，称衡时，微量标尺在移动而准线固定不动。
平衡螺母是用来调整零点的。
较小的零点调整可以用天平底板下的拨杆，使微量标尺上
的零点与观察屏上的准线完全重合。
重心螺丝是用来调整灵敏度的。
2、光学天平读数方法举例如下：
观察屏上为0.04mg，读数盘上为如图4。
3、空气浮力影响的修正
若待测物体的体积是v，砝码总体积是：
，在称衡时的温度和压强下，空气的密度是「，
则在空气中称衡时，物体受浮力为■'Al，而砝码受浮力为’一「「。
设M是物体的真实质
图5分析天平灵敏度原理图
Z（P+^）sinzL=P£sini2+Whm0
（2）
/克后，指针
'：
上的亠1，
因其力矩为零，故
量，P是砝码的真实质量，则当天平平衡时，有:
Mg-巾旷
M二P+p—门0
设二为待测物体的密度，!
-'|为砝码的密度，则：
M=pV
IlI
代入
（1）式，考虑…「1，略去高次项，得：
IAP）
「可近似认为1.21"，11和「则由手册中查得。
4、分析天平的灵敏度
设当天平两盘均负载「克砝码时，天平指针处于铅直方向；在左盘附加向右偏转一角度；，而后静止下来，见图7,这时横梁受力为：
作用于刀口作用于刀口：
的厂，横梁所受重力：
；（至于刀垫作用于刀口“上的力，未考虑）。
当横梁静止不动时，此三力对支点」的力矩相互平衡，即：
代入（3）式得:
（尸+?
）厶忆£（口+0）=PZcos（af-0）+翩sin0
展开化简，可得：
qLcosacos=（2P+q}Lsinasm0+册血0
两边除以:
:
丸，即得：
g£cg盘=（2F+g肚血（Ttan0+瞬涵0
tan£cosC&
灵敏度：
q£（2F+^）sina-\-Wh
Rtan0
RLcosa
qLi2P+q）sma+Wh
式中R是指针长度。
由4式可见，分析天平的灵敏度与横梁的重量、横梁重心的位置及负载情况均有关。
二、百分表
1、结构原理与读数方法
百分表是一种精度较高的比较量具，它只能测出相对数值，不能测出绝对数值，主要用
于测量形状和位置误差，也可用于机床上安装工件时的精密找正。
百分表的读数准确度为0.01mm。
百分表的结构原理如图6所示。
当测量杆1向上或向下移动1mm时，通过齿轮传动系统带动大指针5转一圈，小指针7转一格。
刻度盘在圆周上有100个等分格，各格的读数值为0.01mm。
小指针每格读数为Irnm。
测量时指针读数的变动量即为尺寸变化量。
刻度
盘可以转动，以便测量时大指针对准零刻线。
百分表的读数方法为：
先读小指针转过的刻度线（即毫米整数），再读大指针转过的刻
度线（即小数部分），并乘以0.01，然后两者相加，即得到所测量的数值。
2、百分表的使用百分表常装在表架上使用，如图7所示。
百分表可用来精确测量零件圆度、圆跳动、平面度、平行度和直线度等形位误差，也可
用来找正工件，如图8所示。
3、百分表的种类很多，主要有标准百分表、内径百分表、杠杆百分表等
（1）标准百分表其外形及传动见图9。
图9标准百分表
1—小齿轮2、7—大齿轮3—中间齿轮4—弹簧5—测量杆6—指针8—游丝
百分表的分度值为0.01mm，表盘圆周刻线有100条等分刻线。
因此，百分表的齿轮传
动系统应使测量杆移动1mm,指针回转一圈。
百分表的示值范围有：
0〜3mm、0〜5mm、0〜
10mm三种。
（2）内径百分表内径百分表是一种用相对测量法测量孔径的常用量仪，它可测量6〜
1000mm的内尺寸，特别适合于测量深孔。
内径百分表的结构如图10所示，它由百分表和表架等组成。
图10内径百分表
1—可换测量头2—测量套3—测杆4—传动杆5、10—弹簧6—百分表7—杠杆8—活动测量头9—定位装置
（3）杠杆百分表杠杆百分表的分度值为0.01mm，示值范围一般为0.4mm。
图11杠杆百分表
1—小齿轮2—大齿轮3—指针4—扇形齿轮5—杠杆6—测量杆
三、数字万用表
1、优利德UT56数字万用表的技术指标
基本功能
量程
基本精度
直流电压
200mV/2V/20V/200V/1000V
±（0.05%+3）
交流电压
200mV/2V/20V/200V/750V
±（0.5%+10）
直流电流
2mA/20mA/200mA/20A
±（0.5%+5）
交流电流
2mA/200mA/20A
±（0.8%+10）
电阻
200Q/2kQ/20kQ/200kQ/2MQ/20MQ/200MQ
±（0.3%+1）
电容
20nF/200nF/2mF/20mF
±（4%+20）
频率
20kHz
±（1.5%+5）
特殊功能
三级管测试
支持
二极管测试
支持
数据保持
支持
通断蜂鸣
支持
睡眠功能
支持
低电压提示
升级会员 