夏殇25474321
范文一：基本测量仪器的使用
第19讲 基本测量仪器的使用
单元复习目的
（一）知识和技能：
1.复习初中物理基本测量仪器的使用，使学生明白实验中一些基本的测量仪器的使用规则。
2.使学生通过复习明确测量仪器的不规则使用会造成的后果，并知道如何改正错误。
3. 熟悉中考在这部分的题型、热点考点的考查形式。 （二）过程和方法
1．通过复习和归纳，学会梳理知识的方法。
2．通过复习活动，进一步了解研究物理问题的方法。 （三）情感态度和价值观 通过教师和学生的双边活动，激发学生的学习的学习兴趣和对科学的求知欲望，使学生乐于探索生活中物理现象和物理原理。 重点、难点
重点：天平和量筒；弹簧测力计；温度计；电流表和电压表。 难点：刻度尺的估读。 复习内容
本专题重点梳理初中物理阶段基本测量仪器的使用，这部分内容在前面的章节复习中都复习过，在本专题中再重新作一个梳理，使学生对测量仪器的使用有一个整体的印象。 复习流程
一、复习引入 二、考点知识梳理
三、重点难点扫描 （一）热学——温度计
1.温度计的原理是。 2.温度计的使用：
⑴使用前，要观察温度计的量程和分度值；
⑵使用时：①温度计的玻璃泡要全部浸入被测液体中，不要碰到容器底和容器壁；②温度计玻璃泡浸入被测液体后要稍候一会儿，待温度计的示数稳定后再读数；③读数时温度计的玻璃泡要继续留在液体中，视线要与温度计液柱的上表面相平。
（二）电学——验电器
1.验电器的原理是：同种电荷互相排斥
2.验电器的结构：金属球、金属杆、金属箔片。 3.验电器的用途：检验物体是否带电。
4.验电器的使用方法：用待检验的物体是接触验电器的金属球，观察金属箔片是否张开。
（三）电学——电流表和电压表
1.天平：
⑴天平的原理：天平的两臂长度相等，当两个盘中物体的 相同时，天平就会平衡。
⑵天平使用的注意事项：
①被测物体的质量不能超过
②向盘中加减砝码时要用 ，不能用手接触砝码，不能把砝码弄湿弄脏； ③ 不能直接放到天平盘中。 ⑶天平的使用方法：
①“放”：把天平放在 ，把游码放在 ；
②“调”：调节天平两端的平衡螺母，使指针指在分度盘的中线处，这时天平平衡；
③“称”：把被测物体放在 ，用镊子向 加减砝码并调节游码在标尺上的位置，直到天平重新平衡；
④“读”：右盘砝码质量加上游码所对的刻度值，就是物体的质量。 ⑷天平平衡的判定：
①静态平衡：即天平静止时指针指在 ；
②动态平衡：即天平横梁左右晃动时分度盘指针在中线两侧偏转的 。 ⑸向天平右盘加减砝码的顺序：先加 的砝码，再加 的砝码。 2.量筒：
量筒在使用前要观察单位、量程和分度值，读数时视线要与凹面相平。 （五）力学——弹簧测力计
1.原理：在弹簧的弹性限度内，弹簧的与成正比。 2.主要结构：弹簧、挂钩、刻度盘、指针、外壳等。
3.使用：⑴使用前观察量程、分度值和指针是否指在零刻度； ⑵使用前先来回拉动挂钩几次，以免弹簧被外壳卡住； ⑶测量时所测力的方向应与拉杆的方向一致，避免由于弹簧伸缩时与外壳摩擦而产生较大的误差。
（六）力学——刻度尺 刻度尺的使用：
⑴“看”：使用刻度尺前要注意观察它的 、 和 ； ⑵“选”：根据测量的需要选择量程合适的刻度尺；
⑶“放”：即用刻度尺测长度时，刻度线要紧贴被测物体，不利用磨损的零刻度线；
⑷“读”：读数时视线要与尺面 ，同时要估读到 的下一位； ⑸“记”：正确的测量结果应包括 和 。 四、典型例题分析
例1：图7为某体温计的一部分，它的最小分度值是 。 这时温度计的读数为 ℃。用体温计测量体温时，体温计 （选填“能”或“不能”）离开人体。
答案：
图
7
例2：如图16所示，AB间的弹簧中间有可收缩的导线将滑动变阻器接入电路，R1为定值电阻。当闭合开关S，A板上受到的压力F增大时
(1)电流表示数将(2)此装置可做为压力计使用，为使压力增大时，压力计的示数随指针向右摆动而增大，应把 （填“电流表”或“电压表”）改装为压力计。
图16
答案：（1）减少、增大 （2）电压表
例3：为测量某金属块的密度：
(l）用调节好的天平测金属块的质量，天平平衡时，右盘中所加的祛码和游码位置如图甲所示。则所测金属块的质量是____g。
(2）把金属块放人装有60cm3水的量筒中，液面上升的位置如图乙所示，则金属块的体积是________cm3。该金属块的密度是________kg/m3。
(1) 54.4 (2）20 2.72×103
例4：图8中弹簧测力计的分度值是_________N，手的拉力为_______ N；
0.2 1.6
五、中考真题：
1. 小玲同学把两个50克的钩码挂到弹簧秤的挂钩上（如图甲），图乙是弹簧秤的示数。下列有关说法错误的是（ ）
A．称量时弹簧秤中的弹簧在拉力的作用下发生了形变 B．称量时钩码的重力势能减少，弹簧的弹性势能增加 C．弹簧秤的示数为1牛
D．钩码的质量与它受到的重力成正比
甲
2. 使用电流表、电压表时，都应预先估计被测量电流或电压的大小，然后选用合适的量程。若不能预先估计，则应从电表 （选填“较大”或“较小”）的量程起，并采用 法来判断被测量值是否大于电表的量程。
答案、较大 试触
3. 请你给以下的物理量填写合适数值或单位： （1）人的正常体温是37___________。
（2）我国家庭电路的电压是____________V。
（3）学校实验室电学实验中通过小灯泡的电流大约为0.2 __________。 （1）℃ （2）220 （3）A
（第10题图）
4. 如图2甲所示的电路中，电灯L1的电阻为10Ω，开关闭合后，V1、V2的示数分别如图2乙所示，则V1的示数为 V，L2两端的电压为 V，通过L1的电流为 A．
答案：5.5 2.5 0.3
5. 某实验小组的同学用伏安法测量小灯泡电功率，待测小灯泡额定电压为3.8V，小灯泡的额定功率估计在1W左右。
（1）连接电流表时应选用 的量程。
（2）请用笔画线代替导线，完成实物电路的连接（要求：连线不得交叉）。 （3）检查电路连接无误，闭合开关后，灯泡不亮，电压表有示数，电流表指针几乎不动，产生这一现象
的原因可能
是 。
（4）故障排除后，移动滑动变阻器的滑片，使小灯泡正常发光时，电流表示数如图20所示，请读出电流表的示数，并填入表格中。
（5）实验中，同学们记录了多组小灯泡两端的电压及对应通过小灯泡的电流值，但表格中仍有不完整的地方，请将所缺内容填写完整。
（
6）小组同学们分析了实验数据得出：小灯泡的发光亮度是由灯泡的
决定的，且
，灯泡发光越亮。
答案：（1）0~0.6A
（2）电路图：
（3）灯泡处开路（或“灯泡灯丝断了”、“灯泡与灯座接触不良”等合理答案均可）。
（4）0.31 （5）1.178（或“1.18”、“1.18”均可） （此题两空前后顺序可以调换）
（6）实际功率 实际功率越大 六、课堂检测：
1. 下列一些常用仪器的操作，正确的是B
过增、减砝码后，发现指针指在分度盘中央刻度线的左边一点，这时他应该（ ）
A．把横梁右端螺母向右旋出一些 B．把横梁右端螺母向左旋进一些 C．把天平右盘的砝码减少一些 D．向右移动游码
3. 利用天平和量筒测量不规则形状石块的密度，采用了下列实验步骤，其中多余的步骤是（ ）
A．用天平称出石块的质量 B．用天平称出量筒的质量
C．在量筒内倒入适量的水，记下量筒内水的体积V1
D．用细线系住石块，浸没在盛水量筒内，记下石块和水的体积V2
4. 图1所示的电子体温计通过流过半导体制成的感温头的电流来反映人的体温，这利用半导体（ ）
A．良好的导电特性 B．良好的绝缘特性
C．电阻随温度变化而变化的特性 D．电阻随光照变化而变化的特性
5. 在探究串联电路的电压关系时，某同学使用的电路如图所示，他先用电压表正确的测量了灯泡Ｌ1两端的电压，为了测量灯泡Ｌ2两端的电压，他想将电压表接A点的哪一段导线改接到电路中的C点，而保持接电压表B点的不动。对这种做法的正确性以及理由三位同学进行如下的讨论：①甲同学：这种做法不正确，因为电压表正、负接线柱接反了 ②乙同学：这种做法不正确，因为L2两端的电压值超出电压表的量程； ③丙同学：这种做法正确，A点改接到C点时，电压表与L2是并联的。他们的讨论正确的有（ ）
A.只有① B.只有①② C.只有② D.只有③
6. 如图所示电路，两个灯泡完全相同，闭合开关，电压表示数是3V。关于电源电压和灯L2两端的电压，下列说法正确的是（ ）
A．3V 3V B．1.5V 3V C．3V 1.5V D．6V 3V
7. 在国际单位制中，下面列举的物理量与它的主单位对应错误的是（ ） A．长度──米（m） B．时间──分（min） C．电压──伏特（V） D．能量──焦耳（J）
8. 用下列物理量描述火车上行人的运动情况时，与参照物选择无关的是（ ）
A．时间 B.速度 C. 位置 D. 路程 9. 下列数据最接近实际的是（ ） A．一颗小铁钉重约为5 N
B．手电筒的额定功率约为40 W
C．一本八年级物理课本厚度约为6 mm D．去年我省北部的最低气温达零下60 ℃
10. 在学校“运用物理技术破案”趣味游戏活动中，小明根据“通常情况下，人站立时身高大约是脚长的7倍”这一常识，可知留下图中脚印的“犯罪嫌疑人”的身高约为（ ）
A．1．65m B．1．75m C．1．85m D．1．95m
八、教学反思：
范文二：1-长度测量基本仪器的使用
第三章 普通物理实验
实验1 长度测量基本仪器的使用
【实验目的】
1．熟悉游标卡尺、螺旋测微计、测量显微镜的构造、测量原理及使用方法； 2．学习有效数字和不确定度的计算，掌握误差理论与数据处理方法．
【实验仪器】
游标卡尺，螺旋测微计，测量显微镜，球体，圆柱等．
【仪器介绍】
1．游标原理
普通米尺最小刻度是1mm，因此使用米尺只能准确地测量到1mm，为更准确地测量长度，人们采用了游标装置．
游标尺有主尺（米尺）和副尺（标有N个刻度的游标）两部分构成．由于主尺上标出的相应长度与副尺上标出的相应刻度均相差一个小量?x，?x?1/N(mm)，（常见的有三种，?x?1/10(mm)，?x?1/20(mm)，?x?1/50(mm)．当副尺上标有N个刻度时，游标上这N个刻度恰好能等分主尺上的1mm，使读数可精确到1/N(mm)．可见，游标原理可用四个字来概括——
图1-2 游标卡尺读数举例
例如：1/10(mm)游标（也叫十分游标）．游标上每个刻度与主尺相应刻度均差
?x?1/10(mm)
，当测量某物体长度时，先将被测物体一端和主尺的零刻线对齐，而另
图1-1 游标卡尺差示法
一端落在主尺的第k和k+1个刻度之间（k=6，k+1=7），则物体长度L?k??L，?L为物体另一端距离第k个刻度的距离．由于游标刻度与主尺刻度存在差值?x，两排刻度经对比，必然可找到游标上某个刻度（设为第n个）与主尺上某刻度重合或最为接近，如图1-2中n=5处与主尺最为接近，即
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?L?
110
?5?0.5 而 L?k??L?6?0.5?6.5(mm)
一般而言，当游标上第n个刻度与主尺上某一刻度重合时，主尺第k个刻度与游标零刻线间距离为?L?n?x，待测物体长度由两部分读数构成：①游标零刻线指示部分，即主尺上第k个刻度所标示的长度，这部分可从主尺上读出，②游标刻线与主尺刻线重合部分所标示的长度，即?L?n?x，这部分可从游标上读出（目前使用的游标上的刻度不是n的值，而是n与?x相乘后的结果）．即
L?k??L
1/20(mm)的游标也叫“二十分游标”，游标上有20个刻度，如图1-3（a）所示，
游标上每个刻度与主尺的1mm刻度相差1/20(mm)．游标上的刻度值0，25，50，75，0就是?L的数值．
1/50(mm)的游标如图1-3（b）所示，其具体含义仿前述讨论，可以自行总结．
（a）
（b）
图1-3 二十分、五十分游标
2．游标卡尺
游标卡尺的构造如图1-4所示，卡钳E和E?同刻有毫米的主尺A相连，游标框W上附有游标B以及卡钳F和F?，推动游标框W可使游标B连同卡钳F、F?沿主尺滑
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动．当两对钳口E与F，E?与F?紧靠时，游标的零点（即零刻度线）与主尺的零点相重合．用游标卡尺测定物体长度时，用卡钳EF或E?F?卡着被测物体，显然此时游标零点与主尺零点间距离恰好等于卡钳E、F间或卡钳E?、F?的距离，所以从游标零点在主尺上的位置，根据游标原理就可测出物体的长度（卡钳E?F?部分是用来测量物体的内部尺寸，如管的内径等）．图中螺钉C是用来固定油标框的，防止游标框在主尺上滑动以便于读数．
游标卡尺的零点校正：使用游标卡尺测量之前，应先把卡钳E、F合拢，检查游标的“0”线和主尺的“0”线是否重合，如不重合，应记下零点读数，此即为游标卡尺的零点误差，用它对测量结果加以校正．即待测量x?x??x0，x?为未作零点校正的测量值，x0为零点读数．x0可以正，也可以负．
3．螺旋测微计（又称千分尺） (1) 螺旋测微原理
螺旋测微计是比游标卡尺更精密的量具，实验室中常用它来测量金属丝的直径或金属薄片的厚度等，其最小刻度为1/100(mm)外形如图1-5所示，1—测砧；2—测微螺杆；
3—制动栓；4
7—可动刻度；8—尺架．
765
8
螺旋测微计主要部分是内部有一很精密的丝杠和螺母（图中未画出），常见的螺旋测微计如图1-5所示，其量程为15mm，分度值为0.01mm．螺旋测微计的测微螺杆2的螺距0.5mm，螺杆后端与微分套筒6、棘轮5相连接．当微分套筒旋转（测微螺杆也随之转动）一周，测微螺杆沿轴线方向运动一个螺距（0.5mm）．微分套筒前沿上一周刻有50个等分格线，因此微分套筒每转过一格，螺杆沿轴线方向运动0.01mm（0.5/50mm）．
(2) 读数方法
螺旋测微计固定套管上沿轴向刻有一条细线，在其下方刻有15分格，每分格1mm；在其上方，与下方“0”线错开0.5mm处开始，每隔1mm刻有一条线；这就使得主尺
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图1-5 螺旋测微计
的分度值为0.5mm．在测量时，把物体放在测微螺杆和测砧的测量面之间，旋转棘轮使测量面与待测物体接触，当听到棘轮咔、咔的响声便可读数．先将主尺上没有被微分套管前段遮住的刻度读出，再读出固定套管横线所对准的微分套筒上可动刻度的读数，还要估读一位，即读到0.001mm．把主尺上读出的数（如0.5mm，1.0mm，1.5mm等）和从微分套筒读出的数（小于0.5mm）相加，即是测量值．
使用螺旋测微计测量时，要注意防止读错主尺数（整圈数），如图1-6所示的三例，（a）比（b）多转一圈，读数相差0.5mm，（a）的读数为5.904mm，（b）的读数为5.404mm．（c）的微分套筒转的圈数是3而不是4，读数为1.758mm而不是2.258mm．
4540
4540
3025
035035020
5.904mm
(a)
5.404mm (b)
图1-6 螺旋测微计读数
1.758mm (c)
螺旋测微计尾端有一棘轮装置5，拧动棘轮可使测微螺杆移动，当测微螺杆与物体（或测砧）相接后的压力达到某一数值时，棘轮将滑动并有咔咔的响声，微分套管不再转动，测微螺杆也停止前进，这时就可读数．设置棘轮可保证每次的测量条件（对被测物的压力）一定，并能保护螺旋测微计的精密的螺纹．不使用棘轮而直接转动微分套筒去卡住物体时，由于对被测物的压力不稳定，而测不准．另外，如果不使用棘轮，微分套筒上的螺纹将发生变形和增加磨损，降低了仪器的准确度，这是使用螺旋测微计必须注意的问题．
不夹被测物而使测微螺杆与测砧相接时，微分套筒上的零线应当刚好和固定套管上的横线对齐．实际使用的螺旋测微计，由于调整得不充分或使用的不当，其初始状态和上述要求不符，即有一个不等于零的零点读数，并注意零点读数的符号不同．每次测量之后，要从测量值的平均值中减去零点读数．
4．测量显微镜
测量长度时，如果被测物体较小，常用光学仪器来进行测量，其中最常用的就是测量显微镜，它可用来测量刻线距离、刻线宽度、圆孔直径、圆孔间距离，还可检查表面质量等，用途较广．测量显微镜的外观如图1-7所示．
目镜1安插在棱镜座2的目镜套管内，棱镜座能够转动，物镜4直接接在镜筒3上，组合成显微镜．转动调焦手轮15能使显微镜上下升降进行调焦，立柱锁紧螺丝10可将
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显微镜装置紧固在立柱的适当位置上．
测量时，旋转测微鼓轮11，测量显微镜沿水平方向移动．测微鼓轮边上刻线100等分，每格相当移动量0.01mm，读数方法与螺旋测微计相同．
15
1
2
3 4
5 6 7
图1-7 测量显微镜
1—目镜；2—棱镜座；3—镜筒；4—物镜；5—弹簧压片；6—台面玻璃； 7—反光镜；8—旋转手轮；9—底座；10—立柱锁紧螺丝；11—测微鼓轮；
12—横杆；13—横杆锁紧螺丝；14—标尺；15—调焦手轮
使用时，先将被测物体牢靠安置在台面玻璃6上，然后转动调焦手轮，求得清晰视场．（此时被测物体由物镜放大经转向棱镜形成实像的分划板上，目镜将实像再放大一次，形成一个放大虚像于观察者眼睛的明视距离处）．如测量一圆孔直径，使目镜中十字分划线与圆孔的一侧相切（如图1-8中实圆位置）记下测量初读数，再旋转测微鼓轮，使视场移动到十字分划线与圆孔另一侧相切（如图1-8中虚圆位置）．记下测量读数，前后读数差值即为圆孔直径．
使用中应注意：显微镜调焦时，先将镜筒下降使物镜接近被测物件表面，然后逐渐上升，直到出现清晰表面，防止碰损物镜．显微镜支架在立柱上必须用锁紧螺丝10固紧，以免使用时不慎下降而损坏仪器．如被测物件属透明物体或物体体积甚小未能充满视场，在其边缘处进行测量时，可随光源方向转动反光镜，以取得适当亮度的视场．
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图1-8 十字分划线
【实验原理】
1．圆柱体体积测量 圆柱体的体积公式为：
V?
14
2
?dh （1-1）
式中d、h分别为圆柱体的直径和高度，均属直接测量量，用游标卡尺进行测量．
由于直接测量量存在误差，故间接测量量V也会有误差．由误差理论可知，一个量的测量误差对于总误差的贡献，不仅取决于其本身误差的大小，还取决于误差传递系数．其体积的标准偏差为
s(V)?
（1-2）
?V?d
式中s(d)、s(h)分别为圆柱体直径和高度相应测量列的标准偏差．、
?V?h
分
别为相应的误差传递系数．可由对（1-1）式求偏导数求得： ?V??V?2
?d?h，?d （1-3）
?d
2
?h
4
式中d、h分别为圆柱体直径和高度多次测量的平均值．
d、h分别为独立测量值，它们有限次测量中任一测量列的标准偏差为：
s()?
（1-4）
式中n为测量次数，xi为第i次测量值，为平均值．根据（1-4）式可以求出d、h各量的测量列的标准偏差s(d)、s(h)；再由（1-2）式和（1-3）式可求出体积的标准偏差s(V)．
2．钢球体积测量 钢球的体积公式为：
V?
16
?d （1-5）
3
式中d为钢球的直径，用螺旋测微计进行测量．
3．圆孔的内径（或细丝的直径）的测量 圆孔的内径（或细丝的直径）为：
d?x1?x2 （1-6）
式中x1、x2为读数显微镜测量的两次读数值．
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【实验内容与步骤】
1．圆柱体体积的测量
(1) 检查游标卡尺，观察是否有零点误差，如有，必须记录零点误差； (2) 用游标卡尺测量圆柱体的直径d和高度h各5次，并记录数据； (3) 按有效数字运算法则计算圆柱体的体积及其标准偏差； (4) 计算圆柱体体积的不确定度，正确表达实验结果． 2．钢球体积的测量
(1) 弄清螺旋测微计的构造和读数方法，记录螺旋测微计的零点误差（注意其正负值）；
(2) 用螺旋测微计测量钢球的直径d，在不同部位测量5次，记录实验数据； (3) 计算钢球直径的标准偏差s(d)、体积及标准偏差s(V)； (4) 计算钢球的不确定度，并正确表达实验结果． 3．圆孔内径的测量
(1) 将带有圆孔的样品牢靠地安置在读数显微镜的台面玻璃上； (2) 转动调焦手轮，得到清晰圆孔实像和虚像；
(3) 旋转测微鼓轮，使目镜中十字分划线与圆孔的实像相切，记下测微鼓轮上的读数x1；
(4) 再旋转测微鼓轮，使目镜中十字分划线与圆孔的虚像相切，记下测微鼓轮上的读数x2；
(5) 步骤（2）、（3）的读数x1与x2之差即为圆孔直径d； (6) 在不同方位重复上述实验步骤共5次，记录测量数据； (7) 计算圆孔内径及其不确定度，并正确表达实验结果．
【数据处理】
1．圆柱体体积的测量
表1-1 圆柱体体积测量数据表
游标卡尺型号 精度uB卡? 零点读数
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uh?
V?
14
?mm，
2
?dh? mm，
3
uV?3
?mm，
3
测量结果
V?V?uV?) mm．
2．钢球体积的测量
表1-2 钢球体积测量数据表
螺旋测微计型号 精度uB千? 零点读数
V?
16
?d
3
?，
3
uV?V?
udd
?，
3
测量结果
V?V?uV?) mm．
3
3．圆孔的内径的测量
表1-3 圆孔内径测量数据表
读数显微镜型号 精度uB?
① d通过表格计算得．
②S(d)?③ud?
ud．
④d?d?ud(mm)．
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【注意事项】
1．使用游标卡尺时
(1) 被测物体的长度应和游标卡尺相平行．
(2) 不要夹物过紧，使卡钳钳口能和被测物体表面接触即可．
(3) 保护钳口，免受不必要的弯曲和磨损，致使游标卡尺失去应有精度． (4) 测量前，先把卡钳E，F靠紧，此时如果游标零点不和主尺零点重合，在测量中需要消除这个系统误差，如游标零点在右边，其读数为a，则测量长度值为L时，实际长度为L-a，a称零点误差（如游标零点在主尺零点的左边，应如何校准，自行考虑）．
2．使用测微计时
(1) 用测微计测量长度产生误差的主要原因是由螺旋将待测物体压紧程度不同所引起的．为消除这一缺点，测微计备有特殊装置棘轮5，当测微螺杆2将接近待测物体时，旋转棘轮5使测微螺杆2前进、直至有咔、咔响声时，即停止旋转，便可读数，从而避免测砧1、测微螺杆2将待测物体压得过紧或过松之弊，测微计上装置3是止动器，锁紧止动器3，能阻止螺旋进退．
(2) 测微计使用时，亦需求零点校正量（如何校准，可自行考虑）．
(3) 测微计的螺旋十分精细，因此旋动时要轻，不要急．另外用毕后，测砧1、测微螺杆2间要留有间隙，以免热胀冷缩而损坏螺旋．
【思考题】
1．简述游标卡尺的构造及游标原理．准确度为1/20mm的游标卡尺如何读数？ 2．简述螺旋测微计的构造及其原理．
3．游标卡尺、螺旋测微计及读数显微镜如何使用？ 4．游标卡尺、螺旋测微计如何进行零点校准？
5．螺旋测微计的读数方法和游标卡尺有哪些异同点？螺旋测微计棘轮的作用是什么？
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范文三：实验1基本测量仪器的使用
实验1基本测量仪器的使用
实验1 基本测量仪器的使用
【实验目的】
1(熟悉米尺、游标卡尺、螺旋测微计、测量显微镜的构造、测量原理及使用方法，练习使用分析天平进行精密称衡;
2(学习有效数字和不确定度的计算，掌握误差理论与数据处理方法，熟悉精密称衡中的系统误差补正(
【实验仪器】
米尺、游标卡尺，螺旋测微计，测厚仪，分析天平，球体，圆柱等，金属块、玻璃块、有机被璃块等(
【实验原理】
一、 米尺
”是国际公认的标准长度单位，历史上由保存在巴黎国际标准度量衡局的米原器 “米
二刻线间的长度决定。1983年第十七届国际计量大会通过的“米”的新定义为:1m是光在真空中于1/299792458s的时间内所传播的距离。
常用米尺(包括各种常用直尺)的分度值是1mm毫米,因此用米尺测量长度时可以读准到毫米级,估计到0.1毫米级(1/10毫米位)。
用米尺测量物体长度的要领是紧贴、对准、正视。米尺自身有一定的厚度，若不贴紧待测物，观测者从不同角度看去，将产生读数的差异，测量时应尽量减少视差。为避免端边磨损带来的误差，也可以不用零刻度线，而以某一刻度线(如1.00cm)作为测量起点，考虑到刻度的不均匀,可以不同刻度线为起点作多次测量而取其中平均值。
二、游标卡尺
(1)游标卡尺构造
游标卡尺的构造如图1-4所示，卡钳E和E 同刻有毫米的主尺A相连，游标框W上附有游标B以及卡钳F和F ，推动游标框W可使游标B连同卡钳F、F 沿主尺滑动(当两对钳口E与F，E 与F 紧靠时，游标的零点(即零刻度线)与主尺的零点相重合(用游标卡尺测定物体长度时，用卡钳EF或E F 卡着被测物体，显然此时游标零点与主尺零点间距离恰好等于卡钳E、F间或卡钳E 、F 的距离，所以从游标零点在主尺上的位置，根据游标原理就可测出物体的长度(卡钳E F 部分是用来测量物体的内部尺寸，如管的内径等)(图中螺钉C是用来固定油标框的，防止游标框在主尺上滑动以便于读数(
游标卡尺的零点校正:使用游标卡尺测量之前，应先把卡钳E、F合拢，检查游标的“0”线和主尺的“0”线是否重合，如不重合，应记下零点读数，此即为游标卡尺的零点误差，用它对测量结果加以校正(即待测量x x ,x0，x 为未作零点校正的测量值，x0为零点读数(x0可以正，也可以负(
(2)游标原理及读数方法
普通米尺最小刻度是1mm，因此使用米尺只能准确地测量到1mm，为更准确地测量长度，人们采用了游标装置(
游标尺有主尺(米尺)和副尺(标有N个刻度的游标)两部分构成(由于主尺上标出的相应长度与副尺上标出的相应刻度均相差一个小量 x， x 1/N(mm)，常见的有三种，
x 1/10(mm)(如图1-2所示)， x 1/20(mm)， x 1/50(mm)(当副尺上标有N个刻度时，游标上这N个刻度恰好能等分主尺上的1mm，使读数可精确到
1/N(mm)(可见，游标原理可用四个字来概括——等差细分(游标读数的方法也叫差示法(
图1-3 游标卡尺读数举例
例如:1/10(mm)游标(也叫十分游标)(游标上每个刻度与主尺相应刻度均差图1-2 游标卡尺差示法 x 1/10(mm)，当测量某物体长度时，先将被测物体一端和主尺的零刻线对齐，而另一端落在主尺的第k和k+1个刻度之间(k=6，k+1=7)，则物体长度L k, L， L为物体另一端距离第k个刻度的距离(由于游标刻度与主尺刻度存在差值 x，两排刻度经对比，必然可找到游标上某个刻度(设为第n个)与主尺上某刻度重合或最为接近，如图1-3中n=5处与主尺最为接近，即
L 1 5 0.5 而 L k, L 6,0.5 6.5(mm) 10
一般而言，当游标上第n个刻度与主尺上某一刻度重合时，主尺第k个刻度与游标零刻线间距离为 L n x，待测物体长度由两部分读数构成:?游标零刻线指示部分，即主尺上第k个刻度所标示的长度，这部分可从主尺上读出，?游标刻线与主尺刻线重合部分所标示的长度，即 L n x，这部分可从游标上读出(目前使用的游标上的刻度不是n的值，而是n与 x相乘后的结果)(即
L k, L
1/20(mm)的游标也叫“二十分游标”，游标上有20个刻度，如图1-4(a)所示，游标上每个刻度与主尺的1mm刻度相差1/20(mm)(游标上的刻度值0，25，50，75，0就是 L的数值(
1/50(mm)的游标如图1-4(b)所示，其具体含义仿前述讨论，可以自行总结( 游标卡尺的示值误差取游标的分度值。如1/50(mm)的游标， m 0.02mm。
(a)
(b)
图1-4 二十分、五十分游标
三、螺旋测微计(又称千分尺)
(1) 螺旋测微原理
螺旋测微计是比游标卡尺更精密的量具，实验室中常用它来测量金属丝的直径或金属薄片的厚度等，其最小刻度为1/100(mm)外形如图1-5所示，1—测砧;2—测微螺杆;3—制动栓;4—固定刻度;5—棘轮转柄;6—微分套筒;7—可动刻度;8—尺架(
螺旋测微计主要部分是内部有一很精密的丝杠和螺母(图中未画出)，常见的螺旋测微计如图1-5所示，其量程为15mm，分度值为0.01mm(螺旋测微计的测微螺杆2的螺距0.5mm，螺杆后端与微分套筒6、棘轮5相连接(当微分套筒旋转(测微螺杆也随之转动)一周，测微螺杆沿轴线方向运动一个螺距(0.5mm)(微分套筒前沿上一周刻有50个等分格线，因此微分套筒每转过一格，螺杆沿轴线方向运动0.01mm(0.5/50mm)(
7
8
图1-5 螺旋测微计
(2) 读数方法 65
螺旋测微计固定套管上沿轴向刻有一条细线，在其下方刻有15分格，每分格1mm;在其上方，与下方“0”线错开0.5mm处开始，每隔1mm刻有一条线;这就使得主尺的分度值为0.5mm(在测量时，把物体放在测微螺杆和测砧的测量面之间，旋转棘轮使测量面与待测物体接触，当听到棘轮咔、咔的响声便可读数(先将主尺上没有被微分套管前段遮住的刻度读出，再读出固定套管横线所对准的微分套筒上可动刻度的读数，还要估读一位，即读到0.001mm(把主尺上读出的数(如0.5mm，1.0mm，1.5mm等)和从微分套筒读出的数(小于0.5mm)相加，即是测量值(
使用螺旋测微计测量时，要注意防止读错主尺数(整圈数)，如图1-6所示的三例，(a)比(b)多转一圈，读数相差0.5mm，(a)的读数为5.904mm，(b)的读数为5.404mm((c)的微分套筒转的圈数是3而不是4，读数为1.758mm而不是2.258mm(
4540454030253535
20
5.904mm
(a) 5.404mm (b)
图1-6 螺旋测微计读数 1.758mm (c)
螺旋测微计尾端有一棘轮装置5，拧动棘轮可使测微螺杆移动，当测微螺杆与物体(或测砧)相接后的压力达到某一数值时，棘轮将滑动并有咔咔的响声，微分套管不再转动，测微螺杆也停止前进，这时就可读数(设置棘轮可保证每次的测量条件(对被测物的压力)一定，并能保护螺旋测微计的精密的螺纹(不使用棘轮而直接转动微分套筒去卡住物体时，由于对被测物的压力不稳定，而测不准(另外，如果不使用棘轮，微分
套筒上的螺纹将发生变形和增加磨损，降低了仪器的准确度，这是使用螺旋测微计必须注意的问题(
不夹被测物而使测微螺杆与测砧相接时，微分套筒上的零线应当刚好和固定套管上的横线对齐(实际使用的螺旋测微计，由于调整得不充分或使用的不当，其初始状态和上述要求不符，即有一个不等于零的零点读数，并注意零点读数的符号不同(每次测量之后，要从测量值的平均值中减去零点读数(
四、CH-B型测厚仪
(1)、构造
它是由测头，捏手，座架和百分表构成，如图1-7所示，其中测头可上.下移动，该仪器有测量快速、直感、轻便等特点。它的最大的量程为10mm，分度值为0.01mm 。
(2)、测量方法
A、测试前先转动百分表的外壳，把长指针调到零位.并经试行发动捏手，试几次，回零后方可进行测试。
B、测量时手持捏手挤升测头，将被测物置于工作台测量头正下方，轻放捏手，测厚仪中百分表显示的读数，即被测物的厚度。为使测试效果准确， 同一被测物体要在不同位置测量几次取其平均值。
C、测厚仪中百分表表面大圆圈是把1mm划为100等分， 每一格为1/100mm=0.01mm，小圆圈是 把10mm划为10等分则每一格为10/10mm=1mm，它的读数是小指针所指的刻度加上大圆圈上指针的示数.如图1-8所示，读数:
L=(1 2+0.01 15.0)mm=(2+0.150)mm=2.150mm
图1-7 CH-B型测厚仪 图1-8 读数方法示意
五、分析天平
1(实验原理
天平是一种等臂杠杆装置，用于实验室称衡质量。
停点:天平振动逐渐衰减后的停止点就是停点(阻尼式天平衰减较快，振动4~5次后指针的位置即可认为是停点(非阻尼式的天平要连续读出左右摆动5次的指针位置a1、b1、a2、b2、a3，则停点e (
11.8.e,9.1(
零点:天平秤盘上不加负载(空载)时的停点为零点。
按其精确程度分为物理天平和分析天平两类。天平有最大载量和灵敏度两个主要性能指标。
I(天平的灵敏度
天平灵敏度是指天平两盘中负载相差一个单位质量时，指针偏转的分格数，即灵敏度
S (1-1) m
将天平游码置于梁上左侧1mg处，测出停点为e1，其次，将游码移到梁上右侧1mg处，测出停点为e2，则s a1,a2,a3b1,b2,).例如13.2、5.3、12.4、6.0、32e2,e1div。 2mg
天平的感量为灵敏度的倒数，即感量
G 1 m (1-2) S
它表示天平指针偏转一个小分格，砝码盘上要增加或减小的质量。感量越小，天平的灵敏度越高。
II(精密称衡的系统误差补正
分析天平称量质量的系统误差主要是天平横梁臂长不相等和空气浮力的影响。以下讨论后两个因素的校正方法。
(1)横梁臂长不相等的校正
复称法:设L1及L2分别为天平左右两臂的长度。先将物体放在左盘，M1砝码放在右砝码盘，由于天平横梁臂长不相等，天平平衡时虽有ML1,M1L2，但M?M1。若将物体放在右砝码盘，而在左盘的砝码为M2时天平再次平衡。则有ML2,M2L1，合并以上两式，并考虑到M1,M2<<M，则有
M MM M(1,M1,M2) 1221M2
M2(1,1M1,M2) 2M2
1(M1,M2) (1-3) 2
(2)空气浮力校正
假定待测物的体积为V，砝码的体积为v，待测物体及砝码的质量分别为M及m，称量时空气的密度为 0 ，当天平平衡时物体及砝码均受到空气的浮力的影响。故有
M,V 0 m,v 0 (1-4) M和mv 代入(2,3,6)式并考虑到 0 ， 0 ，略去高次项得
1,0
M m m(1,0,0) (1-5) 1,0
式中 0 1.2 10,3g/cm3，而 及 可从手册查得。 V III(分析天平的精密称衡法
(1)摆动式分析天平用“摆动法”测停点e。 1(a1,a2),b1如左图所示:e 2
1(10.0,8.0),(,7.5)
例如:e 0..8 2
(2)用比例差分法确定物体质量m与砝码质量m1
相差的部分:
以砝码放在右盘为例，在测出空载停点e0后，再测称物体时第一个停点e1，此时若e1在e0右侧，则表示砝码m1稍轻一些，于是移动游码一格或二格，得到第二停点e2，使e2在e0左侧。则表示这时砝码m2稍重一些，因而可判定待测物体质量在m1、m2之间。因为此时天平的分度值g m2,m1，而第一停点离空载停点还差格e1,e0，所以待测物体质量 e2,e1
m m1,ge0,e1 m1,(m2,m1)e0,e1
e2,e1 (1-6)
(3)精密称衡中用复称法减小不等臂引入的系统误差:
IV(分析天平的操作规则
由于分析天平较为精密，使用时务必遵守天平的使用规则，现将分析天平的特点，再次强调以下几点:
(1)切记“常止动，轻操作”，并切实执行。旋转起止动作所用的旋钮时应缓慢而均匀进行，对天平制动应在指针摆动接近中点时进行。
(2)取放待测物体及砝码，只需要打开玻璃柜侧门进行操作，取放完毕随即关好，以防气流影响称量。柜子中门，无特殊需要不要打开。
(3)调零时，游标砝码应放在横梁中央的槽中。
2(实验 (2)物体在右盘时的质量测量M2，设e02
M2 m1,(或,) ,e02 e1 0.002(g) ,e1 e2
(3)消除不等臂误差后的质量测量值M，M (M1,M2)2
(4)消除空气浮力影响后助质量测量值M0
1
式中 0为空气的密度， 1为砝码的密度， 2为被测物的密度，又当被测物体积V已知时，则 M0 M[1, 0(1 2,1)] (g)
M0 M, 0
读数误差 M 0.0002g( M 1,V 0 (g) 由于停点读不准，可使M1出现 0.0002g的误差(M2的情况也相似，因而可取M的
体积V的误差可估计为 V 0.5vm3，由此产生M0的误差为0(5× 0 =0(0006g 所用天平为三级分析天平，估计砝码误差为0.001g(则总的不确定度u为
1
022
u [(0.000,2)(0.0,(
测量结果为 m 74.31
0610.0g0
2
2
)]g 0.0008
【实验步骤】
1、测量样品(桌面上的不锈钢长棒)上A、B两点间的距离AB和B、C两点间的距离BC。然后经计算得到A、C两点间的距离AC是多少? (注意误差应如何运算，请参考误差处理) 图九
2、再用米尺直接测量A、C两点间的距离AC，用尺子的不同刻线为起点，测量多次求平均值，并确定误差。比较以上AC两种测量结果。
3、先用游标尺测量圆环的,0.5mm，最小刻度1mm的一半)
AB,测量值 Δ仪 = (mm) BC,测量值 Δ仪 = (mm) AC,测量值 Δ仪 = (mm)
由AB、BC的值，计算:AC,AB+BC, (mm)( 为误差)
2、多次测量。以米尺上不同的刻线为起点(可以减少米尺制造时刻度不均匀性误差)，测量AC距离10次，算出平均值，确定多次测量的误差。
标准差的部分)
仪器误差:
σ仪= 仪综合误差(即:不确定度): u(AC) = mm AC测量结果为:
AC,AC u(AC) (mm)
3、用游标卡尺测量圆环的体积V，确定计算体积的各个分量外径Φ2、,0.02mm)
游标卡尺的零差L。, (mm)
平均的实验标准差: S( 2
S( 1S(L)= mm σ仪= 仪仪器误差: 综合误差:
u( 2) u( 1) u(L)
Φ2= 2 u( 2) Φ1= 1 u( 1) L= L2 u(L)
内、外径和高的测量结果:
体 积:
V V2,V1
11
22L, 12L 3) 44
1/2
u( 2) 2 u( 1) 2 u(L) 2
V的相对误差: Er, 2 100%, , 2 ,
2 1
体积综合误差: u(V) V Er
测量结果:
V,V u(V) (mm3)
仪
4、用螺旋测微计测量钢球的体积.(螺旋测微计的示值误差Δ螺旋测微计的零差L0,
(mm)
,0.004mm)
仪器误差: 综合误差: 体 积:
σ仪= 仪u(D) , mm
31
V D,3
6u(D)
100% Er=3D
3
体积V的误差: u(V),V Er mm
u(V)
体积V的相对误差: E(V),×100%,
V
3
测量结果: V, V u(V) (mm)
仿照上面的方法，分别写出L1 L2的平均的实验标准差，综合误差及测量结果。
6、按照分析天平的数据表格测量数据，并计算结果。
【注意事项】
1(使用游标卡尺时
(1) 被测物体的长度应和游标卡尺相平行(
(2) 不要夹物过紧，使卡钳钳口能和被测物体表面接触即可(
(3) 保护钳口，免受不必要的弯曲和磨损，致使游标卡尺失去应有精度(
(4) 测量前，先把卡钳E，F靠紧，此时如果游标零点不和主尺零点重合，在测量中需要消除这个系统误差，如游标零点在右边，其读数为a，则测量长度值为L时，实际长度为L-a，a称零点误差(如游标零点在主尺零点的左边，应如何校准，自行考虑)(
2(使用测微计时
(1) 用测微计测量长度产生误差的主要原因是由螺旋将待测物体压紧程度不同所引起的(为消除这一缺点，测微计备有特殊装置棘轮5，当测微螺杆2将接近待测物体时，旋转棘轮5使测微螺杆2前进、直至有咔、咔响声时，即停止旋转，便可读数，从而避免测砧1、测微螺杆2将待测物体压得过紧或过松之弊，测微计上装置3是止动器，锁紧止动器3，能阻止螺旋进退(
(2) 测微计使用时，亦需求零点校正量(如何校准，可自行考虑)(
(3) 测微计的螺旋十分精细，因此旋动时要轻，不要急(另外用毕后，测砧1、测微螺杆2间要留有间隙，以免热胀冷缩而损坏螺旋(
【思考题】
1(简述游标卡尺的构造及游标原理(准确度为1/20mm的游标卡尺如何读数,
2(游标卡尺、螺旋测微计如何进行零点校准,
3.今分别用常见的十分、二十分和五十分游标卡尺对某一长度进行一次性测量，读数均为3.50mm，每次测量的误差是否一样?各为多少?相对误差又各为多少?
4、如果有一个千分尺，其微动螺杆的螺距是0.5mm，微分筒圆周上每圈等分刻100格，这个千分尺的测量准确度是多少?如果是每圈50格，要达到同样准确度,螺距应为多少?
5(测定分析天平灵敏度时，可增加或减少1mg，试问什么情况下应增加1mg，什么情况下应减少1mg,
6(测量时若不关柜门，对测量结果有何影响,增加砝码时若不止动天平将会造成什么后果,
7(既然测定负载灵敏度后可以求出x,x0相应的质量Δm，为什么称量时还要求停止点要
尽可能靠近中线,
范文四：测量仪器基本使用方法
水准仪及其使用方法
高程测量是测绘地形图的基本工作之一, 另外大量的工程、 建筑施工也必须量测地面高 程,利用水准仪进行水准测量是精密测量高程的主要方法。
一、水准仪器组合:
1. 望远镜 2. 调整手轮 3. 圆水准器 4. 微调手轮 5. 水平制动手轮 6. 管水准器 7. 水平微 调手轮 8. 脚架
二、操作要点:
在未知两点间, 摆开三脚架, 从仪器箱取出水准仪安放在三脚架上, 利用三个机座螺丝 调平, 使圆气泡居中,跟着调平管水准器。水平制动手轮是调平的,在水平镜内通过三角棱 镜反射,水平重合,就是平水。将望远镜对准未知点(1)上的塔尺,再次调平管水平器重 合,读出塔尺的读数(后视),把望远镜旋转到未知点(2)的塔尺,调整管水平器,读出 塔尺的读数(前视),记到记录本上。
计算公式:两点高差 =后视-前视。
三、校正方法:
将仪器摆在两固定点中间, 标出两点的水平线, 称为 a 、 b 线, 移动仪器到固定点一端, 标出两点的水平线,称为 a’ 、 b ’ 。计算如果 a -b≠a’ -b’ 时,将望远镜横丝对准偏差一半的 数值。 用校针将水准仪的上下螺钉调整, 使管水平泡吻合为止。重复以上做法,直到相等为 止。
四、水准仪的使用方法
水准仪的使用包括:水准仪的安置、粗平、瞄准、精平、读数五个步骤。
1. 安置
安置是将仪器安装在可以伸缩的三脚架上并置于两观测点之间。 首先打开三脚架并使高 度适中, 用目估法使架头大致水平并检查脚架是否牢固, 然后打开仪器箱, 用连接螺旋将水 准仪器连接在三脚架上。
2. 粗平
粗平是使仪器的视线粗略水平, 利用脚螺旋置园水准气泡居于园指标圈之中。 具体方法 用仪器练习。在整平过程中,气泡移动的方向与大姆指运动的方向一致。
3. 瞄准
瞄准是用望远镜准确地瞄准目标。 首先是把望远镜对向远处明亮的背景, 转动目镜调焦 螺旋,使十字丝最清晰。再松开固定螺旋,旋转望远镜,使照门和准星的连接对准水准尺, 拧紧固定螺旋。 最后转动物镜对光螺旋, 使水准尺的清晰地落在十字丝平面上, 再转动微动 螺旋,使水准尺的像靠于十字竖丝的一侧。
4. 精平
精平是使望远镜的视线精确水平。 微倾水准仪, 在水准管上部装有一组棱镜, 可将水准 管气泡两端, 折射到镜管旁的符合水准观察窗内, 若气泡居中时, 气泡两端的象将符合成一 抛物线型, 说明视线水平。若气泡两端的象不相符合,说明视线不水平。这时可用右手转动 微倾螺旋使气泡两端的象完全符合, 仪器便可提供一条水平视线, 以满足水准测量基本原理 的要求。注意?气泡左半部份的移动方向,总与右手大拇指的方向不一致。
5. 读数
用十字丝, 截读水准尺上的读数。 现在的水准仪多是倒象望远镜, 读数时应由上而下进 行。先估读毫米级读数,后报出全部读数。
注意,水准仪使用步骤一定要按上面顺序进行,不能颠倒,特别是读数前的符合水泡调整, 一定要在读数前进行。
五、水准仪的测量
测定地面点高程的工作, 称为高程测量。 高程测量是测量的基本工作之一。 高程测量按 所使用的仪器和施测方法的不同,可以分为水准测量、三角高程测量、 GPS 高程测量和气 压高程测量。 水准测量是目前精度最高的一种高程测量方法, 它广泛应用于国家高程控制测 量、工程勘测和施工测量中。
水准测量的原理是利用水准仪提供的水平视线, 读取竖立于两个点上的水准尺上的读数, 来 测定两点间的高差,再根据已知点高程计算待定点高程。
如下图所示, 在地面上有 A 、 B 两点, 已知 A 点的高程为 HA 、 为求 B 点的高程 HB , 在 A 、 B 两点之间安骨水准仪, A 、 B 两点亡各竖立一把水准尺,通过水准仪的望远镜读取水平视 线分别在 A 、 B 两点水准尺上截取的读数为 a 和 b ,可以求出 A 、 B 两点问的高差为:
设水准测量的前进方向为 A 点至 B 点,则称 A 点为后视点,其水准尺读数 a 为后视读 数;称 B 点为前视点,其水准尺读数 b 为前视读数。因此,两点间的高差等于:
hAB=后视读数 -前视读数
若后视读数大于前视读数,则高差为正,表示 B 点比 A 点高, hAB>0;若后视读数小 于前视读数,则高差为负,表示 B 点比 A 点低, hAB<>
如果 A 、 B 两点相距不远,且高差不大,则安置一次水准仪,就可以测得高差 hAB 。此时 B
点高程为:
当架设一次水准仪需要测量多个前视点 B1, B2, … , Bn 的高程时,采用视线高程计 算这些点的高程就非常方便。设水准仪对竖立在 B1, B2, … , Bn 点上的水准尺读数分别 为 b1, b2, … , bn 时,则高程计算公式为:
如果 A 、 B 两点相距较远或高差较大,安置一次仪器无法测得其高差时,就需要在两 点间增设若干个作为传递高程的临时立尺点, 称为转点 (简称 TP 点 ) , 如图中的 TP1, TP 2, … 点,并依次连续设站观测,设测得的各站高差为:
六、保养与维修
1.水准仪是精密的光学仪器,正确合理使用和保管对仪器精度和寿命有很大的作用;
2.避免阳光直晒,不许可证随便拆卸仪器;
3.每个微调都应轻轻转动,不要用力过大。镜片、光学片不准用手触片;
4.仪器有故障,由熟悉仪器结构者或修理部修理;
5.每次使用完后,应对仪器擦干净,保持干燥。
经纬仪的使用方法
一、经纬仪
经纬仪是测量工作中的主要测角仪器。由望远镜、水平度盘、竖直度盘、水准器、基 座等组成。
测量时,将经纬仪安置在三脚架上,用垂球或光学对点器将仪器中心对准地面测站点 上, 用水准器将仪器定平, 用望远镜瞄准测量目标, 用水平度盘和竖直度盘测定水平角和竖 直角。按精度分为精密经纬仪和普通经纬仪;按读数设备可分为光学经纬仪和游标经纬仪; 按轴系构造分为复测经纬仪和方向经纬仪。 此外, 有可自动按编码穿孔记录度盘读数的编码 度盘经纬仪; 可连续自动瞄准空中目标的自动跟踪经纬仪; 利用陀螺定向原理迅速独立测定 地面点方位的陀螺经纬仪和激光经纬仪; 具有经纬仪、 子午仪和天顶仪三种作用的供天文观 测的全能经纬仪;将摄影机与经纬仪结合一起供地面摄影测量用的摄影经纬仪等。
DJ6经纬仪是一种广泛使用在地形测量、 工程及矿山测量中的光学经纬仪。 主要由水平度盘、 照准部和基座三大部分组成。
1、基座部分
用于支撑基照准部,上有三个脚螺旋,其作用是整平仪器
2、 照准部
照准部是经纬仪的主要部件, 照准部部分的部件有水准管、 光学对点器、 支架、 横轴、 竖直度盘、望远镜、度盘读数系统等。
3、度盘部分
DJ6光学经纬仪度盘有水平度盘和垂直度盘,均由光学玻璃制成。水平度盘沿着全圆 从 0°~360°顺时针刻画,最小格值一般为 1°或 30′ 。
二、经纬仪的安置方法
1)三脚架调成等长并适合操作者身高,将仪器固定在三脚架上,使仪器基座面与三脚 架上顶面平行。
2) 将仪器舞摆放在测站上, 目估大致对中后, 踩稳一条架脚, 调好光学对中器目镜 (看 清十字丝)与物镜(看清测站点),用双手各提一条架脚前后、左右摆动,眼观对中器使十 字丝交点与测站点重合,放稳并踩实架脚。
3)伸缩三脚架腿长整平圆水准器
4)将水准管平行两定平螺旋,整平水准管。
5)平转照准部 90度,用第三个螺旋整平水准管。
6)检查光学对中,若有少量偏差,可打开连接螺旋平移基座,使其精确对中,旋紧连 接螺旋,再检查水准气泡居中。
三、度盘读数方法
光学经纬仪的读数系统包括水平和垂直度盘、 测微装置、 读数显微镜等几个部分。 水平 度盘和垂直度盘上的度盘刻划的最小格值一般为 1°或 30′ ,在读取不足一个格值的角值时, 必须借助测微装置, DJ6级光学经纬仪的读数测微器装置有测微尺和平行玻璃测微器两种。 (1)测微尺读数装置
目前新产 DJ6级光学经纬仪均采用这种装置。
在读数显微镜的视场中设置一个带分划尺的分划板, 度盘上的分划线经显微镜放大后成 像于该分划板上, 度盘最小格值 (60′) 的成像宽度正好等于分划板上分划尺 1°分划间的长度, 分划尺分 60个小格,注记方向与度盘的相反,用这 60个小格去量测度盘上不足一格的格 值。量度时以零零分划线为指标线。
(2)单平行玻璃板测微器读数装置
单平行玻璃板测微器的主要部件有:单平行板玻璃、 扇形分划尺和测微轮等。 这种仪器 度盘格值为 30′ ,扇形分划尺上有 90个小格,格值为 30′/90=20″ 。
测角时, 当目标瞄准后转动测微轮, 用双指标线夹住度盘分划线影像后读数。 整度数根 据被夹住的度盘分划线读出,不足整度数部分从测微分划尺读出。
(3)读数显微镜
光学经纬仪读数显微镜的作用是将读数成像放大,便于将度盘读数读出。
(4)水准器
光学经纬仪上有 2~3个水准器,其作用是使处于工作状态的经纬仪垂直轴铅垂、水平 度盘水平,水准器分管水准器和园水准器两种。
*管水准器
管水准器安装在照准部上,其作用是仪器精确整平。
*圆水准器
圆水准器用于粗略整平仪器。它的灵敏度低,其格值为 8″ /2mm 。
四、经纬仪的角度测量原理
1. 水平角的测量原理
水平角是指过空间两条相交方向线所作的铅垂面间所夹的二面角,角值为 0°~360°。 空间两直线 OA 和 OB 相交于点 O ,将点 A , O , B 沿铅垂方向投影到水平面上,得相应的
投影点 A′ , O′ , B′ ,水平线 O′A′ 和 O′B′ 的夹角 β就是过两方向线所作的铅垂面间的夹角, 即水平角。
水平角的大小与地面点的高程无关。
测量角度的仪器在测量水平角时必须具备两个基本条件:
(1)能给出一个水平放置的,且其中心能方便地与方向线交点置于同一铅垂线上的刻 度园盘 —— 水
平度盘;
(2)要有一个能瞄准远方目标的望远镜,且要能在水平面和竖直面内作全圆旋转,以 便通过望远镜
瞄准高低不同的目标 A 和 B 。图中水平角 β为 A 和 B 两个方向读数之差:β=b-a
2. 垂直角的测量原理
垂直角是指在同一铅垂面内, 某目标方向的视线与水平线间的夹角 α, 也称竖直角或高 度角;垂直角的角值为 0°~±90°。
视线与铅垂线的夹角称为天顶距,天顶距 z 的角值范围为 0°~180°。
当视线在水平线以上时垂直角称为仰角, 角值为正; 视线在水平线以下时为俯角, 角值 为负,如图所示。
由此可知测角仪器经纬仪还必须装有一个能铅垂放置的度盘 —— 垂直度盘,或称竖盘。
全站仪的使用方法
一、全站仪简介
全站仪,即全站型电子速测仪(Electronic Total Station)。是一种集光、机、电为一 体的高技术测量仪器,是集水平角、垂直角、距离 (斜距、平距 ) 、高差测量功能于一体的测 绘仪器系统。 因其一次安置仪器就可完成该测站上全部测量工作, 所以称之为全站仪。 广泛 用于地上大型建筑和地下隧道施工等精密工程测量或变形监测领域 。
全站仪是一种集光、 机、 电为一体的新型测角仪器, 与光学经纬仪比较电子经纬仪将光 学度盘换为光电扫描度盘, 将人工光学测微读数代之以自动记录和显示读数, 使测角操作简 单化,且可避免读数误差的产生。电子经纬仪的自动记录、储存、计算功能,以及数据通讯 功能,进一步提高了测量作业的自动化程度。
全站仪与光学经纬仪区别在于度盘读数及显示系统, 电子经纬仪的水平度盘和竖直度盘 及其读数装置是分别采用两个相同的光栅度盘(或编码盘)和读数传感器进行角度测量的。 根据测角精度可分为 0.5″ , 1″ , 2″ , 3″ , 5″ , 10″ 等几个等级。
二、全站仪的组成
全站仪几乎可以用在所有的测量领域。电子全站仪由电源部分、测角系统、测距系统、 数据处理部分、通讯接口、及显示屏、键盘等组成。
同电子经纬仪、 光学经纬仪相比, 全站仪增加了许多特殊部件, 因此而使得全站仪具有比其 它测角、 测距仪器更多的功能, 使用也更方便。 这些特殊部件构成了全站仪在结构方面独树 一帜的特点。
1.同轴望远镜
全站仪的望远镜实现了视准轴、 测距光波的发射、 接收光轴同轴化。 同轴化的基本原理 是:在望远物镜与调焦透镜间设置分光棱镜系统, 通过该系统实现望远镜的多功能, 即既可 瞄准目标, 使之成像于十字丝分划板, 进行角度测量。 同时其测距部分的外光路系统又能使 测距部分的光敏二极管发射的调制红外光在经物镜射向反光棱镜后,经同一路径反射回来, 再经分光棱镜作用使回光被光电二极管接收; 为测距需要在仪器内部另设一内光路系统, 通 过分光棱镜系统中的光导纤维将由光敏二极管发射的调制红外光传也送给光电二极管接收 , 进行而由内、外光路调制光的相位差间接计算光的传播时间,计算实测距离。
同轴性使得望远镜一次瞄准即可实现同时测定水平角、 垂直角和斜距等全部基本测量要素的 测定功能。加之全站仪强大、便捷的数据处理功能,使全站仪使用极其方便。
2.双轴自动补偿
在仪器的检验校正中已介绍了双轴自动补偿原理, 作业时若全站仪纵轴倾斜, 会引起角 度观测的误差,盘左、盘右观测值取中不能使之抵消。而全站仪特有的双轴(或单轴)倾斜 自动补偿系统, 可对纵轴的倾斜进行监测,
并在度盘读数中对因纵轴倾斜造成的测角误差自
动加以改正 (某些全站仪纵轴最大倾斜可允许至 ±6' ),也可通过将由竖轴倾斜引起的角度误 差, 由微处理器自动按竖轴倾斜改正计算式计算, 并加入度盘读数中加以改正, 使度盘显示 读数为正确值,即所谓纵轴倾斜自动补偿。
双轴自动补偿的所采用的构造 (现有水平 , 包括 Topcon,Trimble):使用一水泡(该水泡不 是从外部可以看到的, 与检验校正中所描述的不是一个水泡) 来标定绝对水平面, 该水泡是 中间填充液体, 两端是气体。 在水泡的上部两侧各放置一发光二极管, 而在水泡的下部两侧 各放置一光电管, 用一接收发光二极管透过水泡发出的光。 而后, 通过运算电路比较两二极 管获得的光的强度。 当在初始位置, 即绝对水平时,将运算值置零。当作业中全站仪器倾斜 时,运算电路实时计算出光强的差值,从而换算成倾斜的位移,将此信息传达给控制系统, 以决定自动补偿的值。 自动补偿的方式初由微处理器计算后修正输出外, 还有一种方式即通 过步进马达驱动微型丝杆,把此轴方向上的偏移进行补正,从而使轴时刻保证绝对水平。
3.键盘
键盘是全站仪在测量时输入操作指令或数据的硬件, 全站型仪器的键盘和显示屏均为双 面式,便于正、倒镜作业时操作。
4.存储器
全站仪存储器的作用是将实时采集的测量数据存储起来, 再根据需要传送到其它设备如 计算机等中,供进一步的处理或利用,全站仪的存储器有内存储器和存储卡两种。
全站仪内存储器相当于计算机的内存 (RAM),存储卡是一种外存储媒体,又称 PC 卡, 作用相当于计算机的磁盘。
5.通讯接口
全站仪可以通过 BS — 232C 通讯接口和通讯电缆将内存中存储的数据输入计算机,或 将计算机中的数据和信息经通讯电缆传输给全站仪,实现双向信息传输。
三、全站仪的使用
全站仪具有角度测量、距离 (斜距、平距、高差 ) 测量、三维坐标测量、导线测量、交会 定点测量和放样测量等多种用途。内置专用软件后,功能还可进一步拓展。
全站仪的基本操作与使用方法 :
1、水平角测量
(1)按角度测量键,使全站仪处于角度测量模式,照准第一个目标 A 。
(2)设置 A 方向的水平度盘读数为 0°00′00〃。
(3)照准第二个目标 B ,此时显示的水平度盘读数即为两方向间的水平夹角。
2、距离测量
(1)设置棱镜常数
测距前须将棱镜常数输入仪器中,仪器会自动对所测距离进行改正。
(2)设置大气改正值或气温、气压值
光在大气中的传播速度会随大气的温度和气压而变化, 15℃和 760mmHg 是仪器设置 的一个标准值,此时的大气改正为 0ppm 。实测时,可输入温度和气压值,全站仪会自动计 算大气改正值(也可直接输入大气改正值),并对测距结果进行改正。
(3)量仪器高、棱镜高并输入全站仪。
(4)距离测量
照准目标棱镜中心,按测距键,距离测量开始,测距完成时显示斜距、平距、高差。 全站仪的测距模式有精测模式、 跟踪模式、 粗测模式三种。 精测模式是最常用的测距模 式,测量时间约 2.5S ,最小显示单位 1mm ;跟踪模式,常用于跟踪移动目标或放样时连续 测距,最小显示一般为 1cm ,每次测距时间约 0.3S ;粗测模式,测量时间约 0.7S ,最小显 示单位 1cm 或 1mm 。在距离测量或坐标测量时,可按测距模式(MODE )键选择不同的测 距模式。
应注意, 有些型号的全站仪在距离测量时不能设定仪器高和棱镜高, 显示的高差值是全 站仪横轴中心与棱镜中心的高差。
3、坐标测量
(1)设定测站点的三维坐标。
(2)设定后视点的坐标或设定后视方向的水平度盘读数为其方位角。当设定后视点的 坐标时,全站仪会自动计算后视方向的方位角,并设定后视方向的水平度盘读数为其方位 角。
(3)设置棱镜常数。
(4)设置大气改正值或气温、气压值。
(5)量仪器高、棱镜高并输入全站仪。
(6)照准目标棱镜,按坐标测量键,全站仪开始测距并计算显示测点的三维坐标。
四、全站仪的数据通讯
全站仪的的数据通讯是指全站仪与电子计算机之间进行的双向数据交换。 全站仪与计算 机之间的数据通讯的方式主要有两种,一种是利用全站仪配置的 PCMCIA (personal computer memory card internation association) , 个人计算机存储卡国际协会, 简称 PC 卡, 也称存储卡)卡进行数字通讯, 特点是通用性强, 各种电子产品间均可互换使用; 另一种是 利用全站仪的通讯接口,通过电缆进行数据传输。
范文五：测量仪器的使用
根据“测量器具的选择原则”,选用适当的测量器具进行测量。测量器具的计量工作应遵循测量器具的保养、检修、鉴定计划，确保所用量检具精度、灵敏度、准确度。测量器具的正确使用方法，请参照使用说明书或相关参考资料，轻拿轻放、保持清洁、防锈、防振，合理存放保管。
一、平板
1、钢制平板一般用于冷作放样或样板修整；铸铁平板除具有钢制平板用途外，经压砂后可作研磨工具；大理石平板不须涂防锈油脂，且受温度影响较小，但湿度高时易变形。
2、0、1、2级平板一般作检验用，3级平板一般作划线用。
3、平板安放平稳，一般用三个支承点调整水平面。大平板增加的支承点须垫平垫稳，但不可破坏水平，且受力须均匀，以减少自重受形。
4、平板应避免因局部使用过频繁而磨损过多，使用中避免热源的影响和酸碱的腐蚀。
5、平板不宜承受冲击、重压、或长时间堆放物品。
二、样板直尺和平尺
1、样板直尺使用时不得碰撞，应确保棱边的完整性，手握持绝热板部分，避免温度影响响精度和产生锈蚀。
2、测量前，应检查尺的测量面不得有划痕、碰伤、锈蚀等缺陷。表面应清洁光亮。
3、平尺工作面不应有蚀蚀、斑痕、鳞片、凹坑、裂缝以及其他缺陷。平尺应无磁性。
4、一般应按不同要求选用不同精度的平尺。
三、直角尺
1、00级和0级直度角尺一般用于检验精密量具；1级用于检验精密工件；2级用于检验一般工件。
2、使用前，应先检查各工作面和边缘是否被碰伤。角尺的长边的左、右面和短边的上、下面都是工件面（即内外直角）。将直尺工作面和被检工作面擦净。
3、使用时，将直度角尺靠放在被测工件的工作面上，用光隙法鉴别工件的角度是否正确。注意轻拿、轻靠、轻放，防止变曲变形。
4、为求精确测量结果，可将直度角尺翻转180度再测量一次，取二次读数算术平均值为其测量结果，可消除角尺本身的偏差。
四、万能角度尺
1、使用前，先将万能角度尺擦拭干净，再检查各部件的相互作用是否移动平稳可靠、止动后的读数是否不动，然后对零位。
2、测量时，放松制动器上的螺帽，移动主尺座作粗调整，再转动游标背面的手把作精细调整，直到使角度尺的两测量面与被测工件的工作面密切接触为止。然后拧紧制动器上的螺帽加以固定，即可进行读数。
3、测量完毕后，应用汽油把万能角度尺洗净，用干净纱布仔细擦干，涂以防锈油，然后装入匣内。
五、游标卡尺
1、使用前，应先把量爪和被测工件表面的灰尘、油污等擦干净，以免碰伤游标卡尺量爪面和影响测量精度，同时检查各部位的相互作用。如尺框和微动装置移动是否灵活，紧固螺钉是否能起作用等。
2、检查游标卡尺零位，使游标卡尺两量爪紧密贴合，用眼睛观察应无明显的光隙，同时观察游标零刻线与尺身零刻线是否对准，游标的尾刻线与尺身的相应刻线是 否对准。最好把游标卡尺量爪闭合三次，观察各次读数是否一致。如果三次读数虽然不是零，但读数三次完全一样，可把这数值记下来，在测量时，加以修正。
3、使用时，要掌握好量爪面同时工作表面接触时的压力，既不能太大，也不能太小，刚好使测量面与工件接触，同时量爪还能沿着工件表面自由滑动，。有微动装置的游标卡尺，应使用微动装置。
4、在游标卡尺读数时，应把游标卡尺水平地拿着朝亮光方向，使视线尽可能地和尺上所读的刻度线垂直，以免由于视线的歪斜而引起读数误差。最好在工件的同一位置多次测量，取它的平均值。
5、测量外尺寸时，读数后，切不可从被测工件上猛力抽下游标卡尺，应将量爪张开后拿出；测内尺寸读数后，要使量爪沿着孔的中心线方向滑动，防止歪斜，否则将使量爪磨损、扭伤、变形或使尺框走动，影响测量精度。
6、不能用游标卡尺测量运动着的工件。这样，容易使游标卡尺受到严重磨损，也容易发生事故。
7、不准以游标卡尺代替卡钳在工件上来回拖拉。使用游标卡尺时不可用力同工作撞击，以防损坏游标卡尺。
8、游标卡尺不要放在强磁场附近，（如磨床的磁性工作台上）以免使游卡尺感受磁化，影响使用。
9、使用后，应将游标卡尺擦拭干净，平放在专用盒内，尤其是大尺寸游标卡尺。注意防锈、主尺弯曲变形。
六、高度游标卡尺
1、使用前，应检查底座工作面是否有毛刺或擦伤，底座的工作面和检验用的平板是否清洁，量爪是否完好，是否紧固等。
2、搬动高度尺时，应握持底座，不允许抓住尺身，否则容易使高度尺跌落或尺
身变形。
3、测量高度尺寸时，先将高度尺的底座贴合在平板上，移动尺框的量爪，使其端部与平板接触，检查高度尺的零位是否正确。然后，将尺框的量爪提高到略大于被 测工件的尺寸，拧紧微动装置的紧固螺钉，旋动微动螺母，使量爪端部与被测工作表面接触，紧固尺框上的紧固螺钉，即可读得被测高度。
4、划线时，装上划线量爪，按所需划线的高度尺寸调节尺框，先固紧微动装置的紧固螺钉，然后旋动微动螺母使高度尺寸准确地对准所需划线的尺寸，再将尺框紧固后即可进行划线。划线时底座应贴合平台，平稳移动。
七、深度千分尺
1、用螺旋拧紧的可换测量杆，由于拧紧程度不同，直接影响示值。因此，在使用前或更换测杆后，必须进行校正。
2、测量前，应清洁底板的测量面和工件的被测量面，并去除毛刺。被测量工件要具有一定的表面粗糙度。
3、测量时，应使底板与被测工件表面保持紧密接触。测量杆中心轴线与被测工件的测量面保持垂直。
4、测量杆的端部易磨损，应经常校对零位是否正确。零位的校对可应用圆筒式校对量具或采用二块尺寸相同的量块组合体进行。
八、外径千分尺
1、在测量前，必须校对其零位，也即通常所称的对零位。对于测量范围0~25毫米的千分尺，校对零位时应使两测量面接角；对于测量范围大于25毫米时，应在两测量面间安放尺寸为其测量下限的对量棒后进行测量。
调整零位，必须使微分筒上的棱边与固定套管上的“0”线垂合，同时要使微分筒上零线对准固定套管上的纵刻线。
2、使用时应该用手握住隔热装置，否则会增加测量误差。一般情况下，应注意外径千分尺和被测工作具有相同的温度。
3、千分尺两测量面将与工件接触时，要使用测力装置，不要直接转动微分筒。
4、千分尺测量轴的中心线要与工作被测长度方向相一致，不要歪斜。
5、千分尺测量面与被测工作相接触时，要考虑工作表面几何形状。
6、在测量被加工的工件时，工件要在静态下测量，不要在工件转动或加工时测量，否则易使测量面磨损，测杆扭弯，甚至折断。
7、按被测尺寸调节外径千分尺时，要慢慢地转动微分筒或测力装置，不要握住微分筒挥动或摇转尺架，以致使精密测微螺杆变形。
九、杠杆千分尺
1、测量前应首先校对微分筒零位和杠杆指示表的零位。0-25毫米杠杆千分尺可使用两测量面接角直接进行校对，25毫米以上的杠杆千分尺用0级调整棒或用4等量块来校对零位。
2、杠杆千分尺直接测量是将工件正确置于杠杆千分尺测砧与测微螺杆之间，调节微分筒使表盘上指针有适当示值，并应拔动拔叉几次，示值必须稳定，此时，由千分尺微分筒的读数加上表盘上的读数即为工件实际尺寸。
3、杠杆千分尺比较测量可用量块作标准调整杠杆千分尺，使测微杠杆指针位于零位，紧固微分筒后，在指示表上读数，可避免微分筒示值误差的影响，提高测量精度。
4、成批测量应按被测工件的公称尺寸，调整杠杆千分尺示值（可用量块进行），然后，根据公差要求，转动公差带指杆调整节螺钉，调节公差带。测量时，只需观察指针是否在公差带范围内即可确定工件是否合格。
5、测量曲面间或刃面间的距离，应摆动杠杆千分尺或被测工件，在指针的返折处读数。
十、内测千分尺
1、校对零位时，应用经鉴定合格的标准环规或量块和量块附件组合体，不宜选用外径千分尺，否则不能保证其精度。
2、内测千分尺测量内尺寸时，仅能按量爪测量面长度进行测量。
3、测量时，测量位置必须安放正确。测量孔时，用测力装置转动微分筒，使量爪在径向的最大位置和在轴向的最小距离处与工件相接触。
4、不得把两量爪当作固定卡规使用，以免量爪的量面加快磨损。
十一、内径百分表和内径千分表
1、在测量前须根据被测工件的尺寸，选用相应尺寸的测头，调整内径千分表零位。使用后也要对零位，以便观察内径千分表变化情况。
2、在调整及测量工作中，内径百分表的测头应与环规及被测孔径垂直，即在径向找最大值，在轴向找其最小值。测量槽宽时，在径向及轴向找其最小值。具有定心器的内径百分表在测量量内孔时，只要将仪器按孔的轴线方向来回摆动，其最小值即为孔的直径。
3、内径千分表读数值的精度比内径百分表高，更应注意使用不当带来的影响。
4、测量杆外面是套管，套管外还有塑料管，手只能捏在塑料管上，不要将人体的热传到内径千分表测量杆上。
十二、百分表、千分表
1、百分表应固定在可靠的表架上，根据测量需要，可选择带平台的表架或万能表架。
2、百分表应牢固地装夹在表架夹具上，但夹紧力不宜过大，以免使装夹套筒变形卡住测杆，应检查测杆移动是否灵活。夹紧后不可再转动百分表。
3、测量前须检查百分表夹牢又不影响其灵敏度，为此可检查其重复性，即多次提拉百分表测杆略高于工件高度，放下测杆使之与工件接触，在重复性较好的情况下，才可以进行测量。
4、在测量时，应轻轻提起测杆，将工件移至测头下面，缓慢下降测头，使之与工件接触。不准把工件强迫推入至测头下，也不准急骤下降测头，以免产生瞬时冲击测力，给测量带来误差。在测头与工件表面接触时，测杆应有0.3~1毫米的压缩量，以保持一定的起始测量力。
5、测杆与被测工件必须垂直，否则将产生较大的测量误差。
6、测量圆柱形工件时，测杆轴线应与圆柱形工件直径方向一致。
7、根据工件的不同，应选择合适形状的测头进行测量。如可用平测头测量球形的工件，可用球面测头测量圆柱形或平表面工件，可用小测头或曲率很小的球面测头量测凹面或形状复杂的表面。测量薄工件时须在正反方向上各测量一次，取最小值，以免由于工件弯曲，不能正确反映其尺寸。
8、测量杆上不要加油，以免油污进入表内，影响表的传动机构和测杆移动的灵活性。
