遊标卡尺是測量長度常用工具，通過前面兩側的内外卡口以及尾部伸出杆可以方便測量長度、内徑、深度等參數。它通常由固定的主尺和活動的遊标組成，主尺和遊标邊緣都刻有刻度可以進行比較。讀取刻度小數部分是通過遊标測微原理。

1818年的遊标卡尺(左)，現代遊标卡尺(右)

遊标測微原理是利用了遊标分度(Vernier)與主尺分度(Main Scale)之間的微小差異，将微小量累計起來進行對比來測量主分度單位長度小數部分數值的，這部分的原理和方法在中學物理課本中就有講解。

遊标卡尺測量精度與遊标分度數值有關系，常見到的分度數目有10、20、50，它們分别測量精度為0.1、0.05、0.02毫米。下面的遊标卡尺就是20分度的情形。

遊标卡尺測量與判讀

人工判讀遊标分度值時，對于10分度遊标比較容易讀出，對于20、50分度的遊标就比較費勁了，往往感覺遊标上不止一條刻度與主尺刻度對齊，因此隻能是估計讀數了。

為了解決這個問題，出現了表盤式讀數和數字式讀數卡尺。這就大大減少了人工判斷時出現的測量誤差。

本質上講，表盤式卡尺的原理不再是遊标測微方式，它通過齒條和齒輪機械傳動将平移轉變成放大後的轉動，從而顯示長度。

表盤式和數字式讀數遊标卡尺

數字式卡尺看似和遊标卡尺原理相差更遠，但實際上它的測量方式與遊标類似,隻是通過電子線路完成分度讀取，這部分被稱為容栅傳感器。

在數字卡尺的主尺部分固定着一條長方形PCB闆或者玻璃基闆，上面有均勻刻蝕的金屬電極，這被稱為定栅，或者主栅。在移動部分有一排電容傳感器，也是由并排的電極組成，這部分稱為動栅，或者副栅。

由内部的集成芯片分别測量電容電極與卡尺上金屬電極之間的電容數值，通過比對電容量數值大小，可以判斷遊标上的電極與卡尺上電極對齊程度。

數字式遊标卡尺

由于是通過測量極闆之間的電容，不是通過光電檢測，所以在主尺上的金屬電極上往往覆蓋粘貼有保護塑料膜，上面印着的刻度或者一些簡單的圖标。從外觀上往往不易查看到固定栅尺。

這數字式卡尺帶有歸零按鈕、英寸和厘米單位轉換按鈕，這大大方便了卡尺的歸零操作和數值換算。

遊标測微原理

遊标測微原理最早是由法國數學家Vernier（1580-1637）最先進行闡述的。他在1580年出生在法國Ornans，通過他父親的教育最終成為數學家和發明家。西班牙國王曾經任命他為Ornans城市的軍政長官，後來又成為勃艮第的财政部長等。

遊标測微原理也可以用在角度的測量上。下面是一款安裝在機械臂伺服電機上的精密角度傳感器。

安裝在伺服電機上的精密角度傳感器， 右邊是将角度傳感器拆開之後内部結構

拆開角度傳感器可以看到與電機旋轉軸固定在一起的轉動碼盤，與外殼固定在一起的碼盤讀寫傳感器。

在碼盤讀寫器上主要有兩個光電傳感器，分别讀取碼盤上内環絕對位置編碼以及外環光栅，光電傳感器中間還有一個發光二極管。

讀取外環光栅的傳感器與遊标卡尺上的固定栅和移動栅的原理相同，它可以得到一個光栅之内的細分角度。移動栅的個數為50，這是一個50分度的遊标尺。結合絕對角度編碼和遊标尺的小數部分，可以獲得空間旋轉角度一百分之一度的角分辨率。

碼盤讀寫傳感器（左），旋轉碼盤（右）

雖說最早闡述遊标原理的榮譽歸為法國人Vernier，但世界上最早發現的遊标卡尺實物是在希臘吉利奧沉船遺址中發現的，沉船發生在6世紀。當時人們使用遊标卡尺不僅測量普通物體長度，更重要是在航海地圖上測量方位和距離。

史料中還記載中國在漢代的時候，就出現了銅制的遊标卡尺，主尺和油标尺上還刻有制造日期。這要比希臘人使用遊标卡尺更早。

電子技術将人工判讀遊标刻度的工作中解脫出來，但遊标測微原理依然很重要。古老的遊标測距原理結合現代的電子技術，将會煥發出更耀眼的光芒。

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