螺旋測微器：從讀數到校準，一次搞懂精密測量的核心

在現代科學與精密工業的領域中，精確的精密測量是品質控制、科學研究與工程設計的基礎。當測量精度要求超越一般尺規或遊標卡尺時，「螺旋測微器」便成為不可或缺的測量工具。螺旋測微器，又被廣泛稱為「千分尺」或「分釐卡」，是一種利用「螺旋放大」原理進行測量的高精度儀器，其發明使得微小長度的測量進入了新的紀元，並迅速被各儀器公司製作成商品。

它能夠輕易地測量到百分之一毫米（0.01 mm）的長度，甚至透過估讀達到千分之一毫米（0.001 mm）的級別，使其在測量金屬線直徑、薄片厚度或小型精密零件尺寸等應用中扮演著關鍵角色。本文將深入探討此測量工具的結構原理、讀數方法、正確操作流程及各種專業類型，提供一份詳盡而完整的參考指南。

一、 工作原理與精密結構

螺旋測微器的核心在於其巧妙的「螺旋放大原理」（Principle of Screw Amplification），此設計將使用者施加的較大旋轉運動，轉換為測微螺桿(d)極其微小的線性移動，從而實現高精度的測量。

• 基本原理：儀器內部的精密螺紋，其標準螺距（Pitch）通常設計為 0.5 毫米。這意味著當活動套筒完整旋轉一圈（360°）時，測微螺桿會沿著軸線前進或後退整整 0.5 毫米。

• 精度來源：活動套筒的圓週上均勻刻有50個分格。因此，每轉動一小格，測微螺桿的移動距離即為 0.5 mm / 50 = 0.01 mm。這 0.01 毫米便是螺旋測微器的最小讀數，也稱為其「精密度」或「最小分度值」（Least Count）。

要完全掌握螺旋測微器，必須先熟悉其各個結構元件的功能，許多知名品牌如瑞士TESA公司亦在此基礎結構上不斷精進：

二、 螺旋測微器的讀數方法

精確讀數是使用螺旋測微器的核心技能，過程需結合主尺與副尺，並進行估讀。以下為詳細的四步讀數法：

1. 讀取主尺整數與半毫米刻度：

   • 首先，觀察固定套筒（主尺）上，被活動套筒邊緣所經過的刻度線。讀取最後一個完全露出的「整數毫米」刻度值。

   • 接著，檢視該整數毫米刻度線下方，是否有代表「0.5 毫米」的刻度線露出。若清晰可見，則主尺讀數需加上 0.5 mm；若被活動套筒邊緣遮擋，則此部分讀數為 0.0 mm。

2. 讀取副尺刻度：

   • 找出活動套筒（副尺）上，與固定套筒中央水平基準線完全對齊的那一條刻度線。

   • 將該刻度線的數值乘以 0.01 mm，即為副尺的讀數。例如，若對齊的刻度為「27」，則讀數為 27 * 0.01 mm = 0.27 mm。

3. 進行估讀：

   • 為了進一步提高測量值的準確性，需要在副尺讀數的基礎上估讀一位。觀察與基準線對齊的副尺刻度線，及其相鄰的下一條線，判斷基準線落點的地方，估算至千分之一毫米（0.001 mm）。即使是完美對齊，估讀值也應記為「0」。

4. 總和計算與零點誤差校正：

   • 最終測量值 = 主尺讀數 (整數 + 0.5 mm部分) + 副尺讀數 + 估讀值。

   • 零點誤差校正：在測量前，應將測砧與測微螺桿完全閉合併使用棘輪旋鈕鎖緊，檢查此時的讀數。若讀數不為「0.000 mm」，則存在零點誤差。

     • 若讀數為正值（如 +0.02 mm），則為正誤差。

     • 若讀數為負值（如主尺0線未到，副尺讀數為48，則誤差為 -0.02 mm）。

   • 正確結果 = 測量值 – 零點誤差。這個最終的數值才是該物體長度的準確測量結果。

讀數範例：

假設主尺露出 7 mm 線，且 0.5 mm 線也已露出；副尺的 14 刻度線與主尺基準線對齊，估讀為 5。

• 主尺讀數 = 7.0 mm + 0.5 mm = 7.5 mm

• 副尺讀數 = 14 * 0.01 mm = 0.14 mm

• 估讀值 = 0.005 mm

• 最終讀數 = 7.5 mm + 0.14 mm + 0.005 mm = 7.645 mm

三、 標準操作步驟與注意事項

1. 測量前準備：使用乾淨的軟布擦拭測砧與測微螺桿的測量面，確保無灰塵或油污。

2. 零點校準：緩慢轉動棘輪旋鈕使測微螺桿與測砧閉合，直到聽到2-3聲「滴答」聲。讀取此時的數值，記錄為「零點誤差」。

3. 進行測量：左手持握尺架，右手轉動活動套筒使測量面略大於待測物。將待測物放入測量面之間，轉動活動套筒使其接近待測物。

4. 施加標準壓力：在測量面即將接觸到待測物時，停止轉動活動套筒，改為旋轉尾部的「棘輪旋鈕」，直至其打滑發出響聲。

5. 鎖定與讀數：撥動鎖緊裝置固定測微螺桿，然後取下儀器進行讀數。

6. 結果校正：將讀數減去先前記錄的零點誤差，得到最終的正確測量結果。

7. 保養與存放：使用完畢後，再次清潔測量面，塗上少量防鏽油，並在測砧與測微螺桿間保留一小段空隙後，放入專用盒內，存放於乾燥處。

四、 螺旋測微器的主要類型

為適應不同的測量需求，螺旋測微器已發展出多種專業類型：

• 基本類型：

  • 外徑測微器 (Outside Micrometer)：也稱外徑千分尺，是最常見的類型，用於測量線材、軸、塊狀物體的外徑或厚度。

  • 內徑測微器 (Inside Micrometer)：用於精確測量孔洞或管的內徑。

  • 深度測微器 (Depth Micrometer)：用於測量階梯、盲孔或溝槽的深度。

• 專業類型：

  • 電子數顯測微器 (Digital Micrometer)：此類電子儀器將測量結果直接顯示在液晶螢幕上，免去了複雜的讀數過程，有效減少了人為讀取誤差，並通常具備公英制轉換和數據輸出功能。

  • 螺紋測微器 (Thread Micrometer)：其測量面為錐形或特殊成型，專門用於測量螺紋的有效中徑。

  • 盤式測微器 (Disk Micrometer)：擁有盤狀的測量面，適用於測量紙張、橡膠等軟性材料，或測量直齒輪、斜齒輪的跨齒長度。

  • V型砧座測微器 (V-Anvil Micrometer)：其測砧為V型塊，特別適用於測量奇數溝槽的刀具（如三刃絲錐、銑刀）的外徑。

常見問題 (FAQ)

Q1: 螺旋測微器與遊標卡尺最主要的區別是什麼？

A: 最主要的區別在於「精度」和「測量原理」。螺旋測微器的精度通常為 0.01 mm，遠高於遊標卡尺的 0.02 mm 或 0.05 mm。其原理是螺旋放大，而遊標卡尺是利用主尺與副尺的微小刻度差（遊標原理）。此外，遊標卡尺的測量範圍通常更大，適用於更多樣化的測量任務。

Q2: 什麼是零點誤差？為什麼必須要校正？

A: 零點誤差是指當測微器完全閉合時，其讀數不為零的情況。這可能是由於磨損或校準不當造成的。如果不進行校正，所有的測量結果都會帶有一個系統性的固定偏差，導致測量不準確。因此，每次測量得到的數值都必須減去這個零點誤差值，才能得到物體的真實尺寸。

Q3: 為什麼測量時一定要使用棘輪旋鈕，而不是直接轉動活動套筒到底？

A: 使用棘輪旋鈕是為了施加一個「恆定且適當」的測量壓力。如果直接用手轉動活動套筒，不同的人或同一個人在不同次測量時施加的力道會不一致，過大的力量會使待測物（特別是硬度不高的物體）產生微小形變，或損壞測微器精密的螺紋，從而導致測量結果不一致且不準確。棘輪裝置確保了測量條件的標準化與可重複性。

Q4: 讀數時，如何準確判斷主尺上的 0.5 mm 刻度線是否應該被計入？

A: 判斷的關鍵在於「活動套筒的邊緣位置」。當您讀取了主尺的整數毫米刻度後，請觀察該毫米線與活動套筒邊緣之間的區域。如果在這段區域內，您能完整地看到下方的 0.5 mm 刻度線，那麼它就應該被計入（即主尺讀數加上 0.5 mm）。如果這條 0.5 mm 線被活動套筒的邊緣遮蓋住了，哪怕只是一點點，都不能計入。

總結

螺旋測微器作為一種基礎而關鍵的精密量具，其價值不僅在於能提供高精度的測量數據，更在於其背後所蘊含的精密機械設計思想。從掌握其螺旋放大的核心原理，到熟悉各部件的功能；從遵循嚴謹的讀數步驟，到執行標準化的操作流程，每一步都是確保測量準確性的重要環節。

雖然電子數顯測微器的出現極大地簡化了操作，但理解傳統機械式測微器的原理與使用方法，對於培養嚴謹的科學態度與紮實的工程素養仍具有不可替代的意義。唯有正確使用並妥善保養，這把精密的「千分尺」測量工具才能持續作為我們探索微觀世界尺寸的可靠工具。

資料來源

• 螺旋測微器| mengwen

• 測微器- 維基百科，自由的百科全書

• 螺旋測微器