数显千分尺的工作原理核心是将测微螺杆的微小机械位移，通过传感器转换为电信号，再经电路处理后以数字形式直观显示，实现高精度尺寸测量。其关键在于 “机械传动 + 电子传感 + 数字显示” 的协同工作，具体可拆解为三个核心环节：

一、机械传动：将旋转运动转化为直线位移

这一步延续了传统机械千分尺的 “螺旋副传动” 原理，是测量的物理基础。

  • 核心部件：测微螺杆（带有精密螺纹，螺距通常为 0.5mm）、微分筒（与测微螺杆固定连接）、测砧（固定测量基准）。

  • 传动过程：

    1. 旋转微分筒时，测微螺杆会沿轴线方向做直线运动（顺时针旋转前进，逆时针旋转后退）。

    2. 由于螺距为 0.5mm，微分筒每旋转 1 圈（360°），测微螺杆前进或后退 0.5mm；而微分筒圆周上通常刻有 50 等分刻度，因此每旋转 1 小格（7.2°），螺杆位移为 0.5mm÷50=0.01mm（这是机械千分尺的最小刻度，数显千分尺在此基础上进一步细分）。

    3. 当测砧与测微螺杆的测量面夹紧工件时，螺杆的总位移量即为工件的实际尺寸（需叠加数显系统的细分精度）。

二、电子传感：将机械位移转化为电信号

这是数显千分尺与传统机械千分尺的核心区别，通过传感器实现 “微小位移→电信号” 的转换，精度可达 0.001mm 甚至更高。目前主流传感器有两种：容栅传感器和光栅传感器，其中容栅传感器因成本低、结构紧凑，广泛用于工业级数显千分尺。

1. 主流：容栅传感器（电容式位移传感）

  • 核心结构：由固定在尺架上的 “定栅”（金属电极片阵列）和随测微螺杆移动的 “动栅”（另一组电极片）组成，两者平行且留有微小间隙（约 0.1mm），形成可变电容器。

  • 工作过程：

    1. 电路向定栅输入高频交变电压，定栅与动栅之间会产生交变电场，形成电容（电容值与两栅的重叠面积成正比）。

    2. 当测微螺杆带动动栅移动时，动栅与定栅的重叠面积发生微小变化，导致电容值同步变化（例如，螺杆移动 0.001mm，重叠面积变化对应电容值变化）。

    3. 传感器将 “电容变化量” 转化为 “电压 / 频率变化的电信号”，传递给后续的信号处理电路。

2. 高精度场景：光栅传感器（光学式位移传感）

  • 核心结构：由固定的 “标尺光栅”（刻有等间距光栅线，间距通常为 0.02mm）和随螺杆移动的 “指示光栅”（与标尺光栅平行，刻有相同间距的光栅线）组成。

  • 工作过程：

    1. 光源照射标尺光栅，光线透过光栅线后形成 “莫尔条纹”（两组光栅重叠时产生的明暗相间条纹，移动时条纹会周期性明暗变化）。

    2. 当测微螺杆带动指示光栅移动时，莫尔条纹会沿垂直于光栅线的方向移动 —— 螺杆每移动一个光栅间距（如 0.02mm），条纹移动一个周期。

    3. 光电探测器（如光敏二极管）接收莫尔条纹的明暗信号，将其转化为电脉冲信号（每移动一个条纹周期，产生一个脉冲），再通过 “细分电路” 将脉冲进一步细分（如细分 20 倍，即可将 0.02mm 的光栅间距转化为 0.001mm 的测量精度）。

三、信号处理与数字显示：将电信号转化为可读数值

传感器输出的电信号需经电路处理后，才能以清晰的数字形式呈现，这一步由 “信号处理单元” 和 “显示单元” 完成。

  • 信号处理单元：

    1. 对传感器输出的微弱电信号进行 “放大”（消除噪声干扰）、“滤波”（去除杂波）和 “细分”（将电信号对应位移进一步拆分，例如将 0.01mm 的机械位移细分为 0.001mm 的电信号间隔）。

    2. 通过 “微处理器（MCU）” 计算电信号对应的实际位移量（例如，容栅传感器的电容变化量→位移量，光栅传感器的脉冲数→位移量），并进行 “零位校准”（扣除初始零位偏差）、“温度补偿”（修正环境温度导致的材料热胀冷缩误差）等优化。

  • 显示单元：微处理器将计算出的位移量（即工件尺寸）传输到数显屏幕（通常为 LCD 液晶屏幕），直接显示为数字（如 “10.005mm”），部分型号还支持单位转换（mm/in 英寸）、数据存储或外接电脑传输。

总结：完整工作流程

  1. 机械输入：旋转微分筒→测微螺杆直线移动→夹紧工件，螺杆位移 = 工件尺寸。

  2. 传感转换：螺杆带动动栅（容栅 / 指示光栅）移动→电容 / 光学信号变化→转化为电信号。

  3. 信号处理：电信号放大、细分、校准→计算出精确位移量。

  4. 数字输出：屏幕显示工件尺寸，实现 “即测即读”。

这一原理既保留了传统千分尺的螺旋副精密传动，又通过电子传感和数字技术消除了人工读数误差（如机械千分尺的估读误差），让 0.001mm 级的高精度测量更便捷、更可靠。