测量工具是用于测量特定物理属性的器具,这些属性包括但不限于长度、温度、时间、质量、力、电流、电压、
电阻、声音、
无线电、
折射率和平均色散。
长度测量工具
早期的机械式长度测量工具有角尺、卡钳等。16世纪,火炮制造中开始使用光滑量规。1772年和1805年,
英国科学家J.瓦特和H.莫兹利分别研制出了利用螺纹副原理测长的瓦特千分尺和校准用测长机。19世纪中叶,类似现代机械式外径
螺旋测微器和游标卡尺的测量工具相继问世。19世纪末,成套量块成为新的测量工具。随后,光学测量工具得到发展,19世纪末出现了立式测长仪,20世纪初出现了测长机。20年代,投影仪、工具
显微镜、光学测微仪等已在机械制造中广泛使用。1928年,气动量仪诞生,这是一种适用于大规模生产的测量工具。30年代,电学测量工具出现,其中包括利用电感式长度
传感器制成的
界限量规和轮廓仪。50年代后期,数字化显示测量结果的坐标测量机问世。60年代中期,带有电子
计算机辅助测量的坐标测量机应用于机械制造。70年代初,计算机数字控制的齿轮量仪出现,标志着测量工具进入了电子计算机应用的新阶段。
温度测量工具
气体温度计
气体温度计使用
氢气或
氦气作为测温物质,因其液化温度较低,接近
绝对零度,所以其测温范围广泛。此类温度计具有高精确度,主要用于精密测量。
电阻温度计
电阻温度计分为金属电阻温度计和半导体电阻温度计两类,均基于电阻值随温度变化的特性。金属温度计常用的材料包括铂、金、铜、镍等纯金属及其合金;半导体温度计则主要使用碳、锗等材料。电阻温度计使用方便可靠,已被广泛应用于各个领域。其测量范围约为-260℃至600℃。
温差电偶温度计
温差电偶温度计利用温差电现象制作而成,由两种不同的
金属丝焊接构成工作端,两末端与测量仪表相连,形成电路。当工作端与自由端温度不同时,会产生
电动势,从而导致电流流过回路。通过测量电学量,结合已知温度,便可推算出另一处的温度。这类温度计适用于测量温差较大的两种物质之间的温度,尤其适用于高温和低温环境。某些温差电偶能够测量高达3000℃的高温,甚至能够测量接近
绝对零度的低温。
高温温度计
高温温度计专用于测量500℃以上的温度,种类包括光测温度计、比色温度计和辐射温度计。它们的原理和构造较为复杂,测量范围可达500℃至3000℃及以上,不适合测量低温。
指针式温度计
指针式温度计外形似仪表盘,又称寒暑表,用于测量室内温度。其工作原理基于金属的热胀冷缩特性,常见材质包括铜片和铁片。当温度变化时,双金属片会相应变形,带动指针偏转,指示相应的温度。此类温度计结构简单,使用方便,
测量精度相对较高,价格实惠。
玻璃管温度计
玻璃管温度计利用热胀冷缩原理进行温度测量。常见的玻璃管温度计包括
煤油温度计、
水银温度计、红钢笔水温度计。其优点在于结构简单,易于使用,测量精度较高,价格便宜。然而,其测量上限和下限受到玻璃质量和测温介质性质的限制,且无法远程传输数据,易破碎。
压力式温度计
压力式温度计利用封闭容器内液体、气体或饱和蒸汽受热后体积膨胀或压力变化的现象进行温度测量。其基本结构包括温包、毛细管和指示表。压力式温度计的优点是结构简单,机械强度高,不易损坏,价格低廉,无需外部能源。缺点则是测温范围有限,一般在-80℃至400℃,且热损失较大,响应时间较长。
时间测量工具
秒表是常见的计时工具,分为机械秒表和
电子秒表两类。电子秒表通常采用
石英振荡器作为时间基准,具备6位液晶数字显示时间和多种功能。电磁打点计时器是一种磁电式结构的计时器,当线圈通以50Hz的交流电时,振动片会在永久
磁铁的
磁场中上下振动,其振动周期与线圈中的电流变化周期一致,即0.02秒。振动片的一端装有打点针,当纸带经过时,便会打出一系列点,相邻两点对应的时间间隔为0.02秒,五个点的间隔对应时间为0.1秒。
质量测量工具
弹簧秤是一种测量力的工具,分为压力弹簧秤和拉力弹簧秤。压力弹簧秤的托盘承受的压力相当于物体的重力,秤盘指针转动的角度指示所受压力的数值。拉力弹簧秤的下端与钩子相连,弹簧的上端固定在壳顶的环上。将被测物挂在钩上,弹簧伸长,固定在弹簧上的指针随之下降。弹簧的伸长与所受外力成正比,因此可通过指针指示的外壳上的标度数值直接读出力的大小。托盘天平基于杠杆原理,由托盘、横梁、平衡螺母、刻度尺、指针、刀口、底座、标尺、游码、砝码等部件组成。其精确度一般为0.1或0.2克,荷载范围包括100g、200g、500g、1000g等。机械台秤利用不等臂杠杆原理工作,由承重装置、读数装置、基层杠杆和秤体等部分组成。电子台秤则是一种小型电子衡器,由承重台面、秤体、称重传感器、称重显示器和稳压电源等部分组成。案秤由底座、支架、连杆、刀架、调整砣、承重盘、游码、刻度片和增砣等组成,结构简单,使用方便。杆秤是一种利用杠杆原理的简易衡器,由秤杆、秤锤、提绳等组成。戥子是一种专门用于称量贵重物品的微型杆秤。
力的测量工具
弹簧测力计是一种测量力的大小的工具。其原理是利用弹簧的伸长与所受力的大小成正比的关系,通过比较力的作用效果与已知力的作用效果,来
确定力的大小。弹簧测力计具有稳定性好、可重复使用的特点。
电流、电压、电阻测量工具
万用表是一种多功能、多量程的测量仪表,可用于测量直流电流、直流电压、交流电流、交流电压、电阻和音频电平等参数。万用表分为指针万用表和数字万用表两类。
声音测量仪器
声级计是基础的噪声测量仪器,能够将声信号转换为电信号,模拟人耳对声波反应的速度和频率特性,以及不同响度时的频率特性。声级计是一种主观性较强的电子仪器。
无线电测量仪器
示波器是一种重要的电子测量仪器,能够将肉眼不可见的电信号转化为可视化的图像,以便研究电现象的变化过程。示波器不仅可以显示电信号的瞬时值变化曲线,还能测试各种不同的电量,如电压、电流、频率、
相位差、调幅度等。
折射率和平均色散测量仪器
阿贝折射仪是一种能够测定透明、半透明液体或固体折射率nD和平均色散nF-nC的仪器。若与恒温器连接,可在0℃至70℃范围内测定折射率nD。折射率和平均色散是物质的重要光学
常数之一,反映了物质的光学性能、纯度及色散大小等特征。