近日看到報道，揚州博物館收藏了一把銅尺，出土於東漢時期的古墓，算來有一千九百多年的曆史了。銅尺的結構有點像今天我們使用的遊標卡尺。另外國家博物館、北京藝術博物館也有類似的藏品。看了報道，就想寫點關於遊標卡尺的文字。
揚州博物館收藏的銅尺
人類的生產勞動過程中，測量長度起著很重要的作用。丈量土地、伐木蓋房子、製作工具等等都需要測量長度。秦始皇統一度量衡，“度”就是指的長度，“量”指的是容積，“衡”指的是重量。中學物理課上教的米-千克-秒，第一位就是長度單位。國際標準單位SI裏第一位定義的也是長度單位（其餘的基本單位是質量、時間、電流、熱力學溫度、物質的量和發光強度）。
測量長度最早的工具是尺。隨著人類生產技術的發展，對產品的精度有了更高的要求，傳統的直尺和測量方法就不適應了。例如十八世紀中葉蒸汽機的設計得到很大改善，但是蒸汽機氣缸的加工技術一直無法滿足要求。1774年英國人John Wilkinson造出了鏜床，加工直徑為72英寸的氣缸，氣缸和活塞間的間隙可以控製在一枚6便士硬幣的厚度，大約為2毫米，大大提高了蒸汽機、水泵等用到氣缸-活塞的機械的效率。與之相適應，就發展出了更複雜、精確的測量工具。
John Wilkinson
早期的蒸汽機
近代工業企業中比較常見的是卡鉗、遊標卡尺、分厘卡、百分表和千分表。
上一世紀六十年代後期我開始在一家中型機械工廠工作，所以上麵這些測量工具都使用過。
金加工車間裏用得比較多的是卡鉗，分內卡和外卡，分別用來測量工件的內徑和外圓。卡鉗結構簡單、可靠，使用方便，可以到達很高的精度。當年我一個做車工的朋友告訴我，用一把鋼皮尺和一把卡鉗測量工件的外圓，隻要練幾次，就可以達到0.05毫米的精度·。他加工過的一個零件的一個孔的公差是0 - 0.027毫米，他用內卡也可以控製到這個精度。
卡鉗
這位朋友後來為車間裏設計、製造了多台專用設備，大大提高了生產效率。再後來，他當了大學教授、係主任、博士生導師。極強的動手能力，兢兢業業、一絲不苟的工匠精神，工程師的嚴謹的科學態度和學者的儒雅謙和和孜孜不倦求學問原來是相通的。
內燃機使用了一段時間後氣缸內壁會磨損，但是隻要用切削的方法去掉薄薄的一層就能正常使用了，這個過程叫搪缸。因為氣缸跟活塞之間的間隙隻有0.03-0.05毫米之間，所以搪缸的精度要求很高。我當時工作的小組裏有一位師傅的工作之一是用一台英國產的搪缸機修理發動機的機體。粗加工的時候他隻用內卡控製尺寸，到加工最後一道工序時才用精度更高的量缸表精確控製尺寸。
比卡鉗精度更高，使用更方便的是本文開始時提到的遊標卡尺。下圖是我收集到的一把黃銅製造的卡尺，由兩部分組成：固定尺和活動尺，各有突出部分，形成可測量內圓、外圓的兩付鉗口。刻在尺身上的公製、英製兩種尺寸可顯示測量到的尺寸。但是如果被測工件的尺寸落在整數尺寸之間，小數點以後的尺寸隻能靠估計，所以測量精度比較低。
黃銅卡尺
現在一般認為近代工業使用的精度更高的遊標卡尺是由法國數學家Pierre Vernier發明的，所以遊標卡尺的英文名稱是Vernier calliper。
遊標卡尺各個部分的示意圖
遊標卡尺之所以可以達到比較高的精度，是因為它在可移動的尺身上多了一個遊標。以圖中的遊標卡尺為例加以說明。它的精度是0.02毫米。它有一個主尺和一個可沿著主尺滑動的遊標尺。主尺和遊標尺各有兩個突起的鉗口，可以用來測量工件的內徑或者外圓。遊標尺的一端是深度尺，用來測量工件的深度。遊標尺上有一段長度為49毫米的標尺，均分為50等分，所以每一格的長度為0.98毫米。測量時，移動遊標尺，卡住工件，看遊標尺上的刻度：0刻度線如果正好對著主尺上的某刻度，則工件的尺寸是整數的毫米數，如5.0毫米等等；如果0刻度線位於主尺上的兩個刻度之間，則0刻度線左邊的主尺刻度表示尺寸的整數毫米數，如8毫米；下一步找到遊標尺上正好對準主尺上某一根刻線的那一根刻線，數一下從遊標尺的零刻度到這根刻線之間一共有多少小格，將小格的數乘以0.02毫米，就是要測量的尺寸的小數部分。例如從遊標尺的零刻度到這根刻線之間一共有27個小格，則測量工件的尺寸的小數部分就是0.54毫米。工件的總的尺寸是8.54毫米。
讀數方式
照片裏的這把遊標卡尺是上海量具刃具廠六十年代的產品。全長213毫米，最大測量長度為139毫米。用的材料是高速鋼，也稱為鋒鋼、白鋼，用了幾十年，仍白光閃閃，顯得結實、可靠。商標是一個菱形中間一個近似X的圖案，應該是保存在法國巴黎的國際標準米尺的截麵形狀。
上海量具刃具廠的遊標卡尺頭部
保存在法國巴黎的國際標準米尺的截麵圖
還有一種帶表遊標卡尺，尺身上裝了一支百分表，測量精度可以達到0.01毫米。
帶百分表的遊標卡尺
隨著電子技術的普及，還出現了電子遊標卡尺，用電子顯示屏代替遊標，可以顯示公製和英製，公製的精度為0.01毫米，英製的精度為0.001英寸。有數據輸出接口，可以連接電腦，但是說明書上沒有詳細介紹。還有一個“置零”功能，便於比較兩個工件的尺寸差。不過我用慣了純機械的遊標卡尺，還是不大喜歡電子顯示的。這把電子遊標卡尺買來十多年了，還隻是偶爾用用。
電子顯示的遊標卡尺
看到過一米多長的遊標卡尺，可以測量大尺寸的工件，但是製作工藝就更複雜了。
還有一種卡尺，基本上是一把卷尺，但是配備了固定和可移動的卡口，可以方便地測量大尺寸，常用於木工作業，例如重複在木材上劃線，但是精度較差，毫米以下隻能靠估計了。
帶卷尺的遊標卡尺
本文某些圖片來自網絡，特在此致謝。
