Предназначение и устройство на гравиметъра
Основната част на гравиметъра е еластична система, базирана на принципа на хоризонталното махало на Голицин. Изборът на стопен кварц като материал за изработка на еластична система се дължи на благоприятните му параметри. Силата на кварцовото стъкло е такава, че еластичните системи с малки размери, направени от него, не могат да бъдат заключени, когато се транспортират гравиметри. Обикновено кварцовите системи се изработват без термостат и са снабдени само с мощна термична защита (както в GAK-PTM).
За да направят показанията на гравиметъра независими от промените в налягането на въздуха, еластичната HAC система се поставя в затворен месингов съд, от който се изпомпва въздух, през капака на месинговия съд те преминават в тръбите на микроскопа и осветителя и излизат микрометрични винтове. Рамото на гравиметъра не е заключено; за да се предпази от прекалено големи колебания, ограничителите са поставени като ограничители в горната и долната част на края на лоста.
Еластичната система е поставена в съд на Дюар и обградена с топлоизолационен слой.
Такава задълбочена топлоизолация се оказа необходима, за да се гарантира, че външните температурни промени достигат вътрешността възможно най-бавно, тъй като за действието на температуратакомпенсация, е необходимо всички части на устройството да се затоплят едновременно. Към месинговия съд отгоре е прикрепен текстолитов панел, върху който са поставени брояч на оборотите на микрометърния винт на измервателния уред, осветителна лампа, окуляр на микроскоп, нивелири и скала на термометъра. В този инструмент е необходим термометър, тъй като температурната компенсация е напълно ефективна само при малки диапазони на температурни промени и ефектът от големите температурни промени трябва да се вземе предвид чрез въвеждане на температурна корекция за отместването на нулевата точка на инструмента.
Що се отнася до микрометричния винт на пружината, с който гравиметърът се настройва за наблюдения в различни региони с много различни стойности на гравитацията, той не се показва на текстолитния панел и въртенето му може да се извърши с помощта на специален ключ, поставен, когато е необходимо, в специален отвор в панела.
Външният корпус на гравиметъра е изработен от лека сплав и е оборудван с три фиксиращи винта.
Как работи
Тъй като системата се наблюдава по нулев начин, т.е. привеждане на лоста OS в същата позиция, след това, когато гравитацията се промени, раменатаd1иd2могат да се считат за непроменени. Тогава увеличението на моментите е пропорционално на увеличението на силите:
където
тези. увеличението на еластичната силаQтрябва да бъде толкова по-голямо от увеличението на гравитациятаg, колкото рамото d1 е по-голямо от рамото d2. Следователно, в тази система, с малка промяна в силата на гравитацията, е необходима голяма промяна в силатаQза балансиране. Следователно малки промени в силата на гравитацията ще предизвикат големи деформации на пружината и съответно големи ъгли на въртене на махалото.
Това еастазис на системата. За гравиметъра GAK астазисът е избран така, че промяната в силата на гравитацията в mGal (1Gal=0,01 m/s 2 ; 1mGal=10 -5 m/s 2 ) съответства на въртенето на махалото с 30-100".
Схема на еластичната система на гравиметъра е показана на фиг. 2. Основните елементи на гравиметъра са монтирани върху монтажна рамка 1.Сензорният елементна устройството - хоризонталното махало на Голицин - се състои от махало 19, поддържано в равновесие от главната спирална пружина 8 и торсионната нишка на окачването 7. Движението на махалото е ограничено в рамките на няколко десети от милиметъра от ограничител, монтиран над тежестта 18. Основната пружина 8 е закрепена с горния си край към фиксирана рамкова система, долната - с прилив към махалото. Тази пружина е навита от кварцова нишка с диаметър 80-100 микрона.
Измервателното устройствосе състои от рамка 3,, въртяща се върху нишки 10. Към тази рамка са заварени нишки за окачване 7 на махалото. Рамка 2 има два пръта, към които са закрепени диапазон 9 и измервателни 5 пружини. Горните краища на тези пружини са свързани с подвижните пръти на измервателните игама устройства.
Устройството затемпературна компенсациясе състои от метална резба 14, закрепена с горния край към основната рамка на системата, а долния край към лоста 21, който може да се върти върху резбите 20.Вторият край на лоста 21 е свързан с тънка кварцова резба 3 към подвижната рамка 4 на температурния компенсатор. Окачващи нишки 2 и 4 на двете рамки и7на махалото са разположени на една и съща права линия.
Когато силата на гравитацията се промени (например, когато се увеличи), махалото 19 ще се отклони от първоначалното равновесно положение, докато силите, причинени от деформацията на основната пружина 8 и нишките на окачването7на махалото, балансират промяната в гравитацията. Основната пружина 8 е свързана с махалото по такъв начин, че при промяна на силата на гравитацията възниква допълнителен еластичен момент от силите на основната пружина, чийто знак съвпада със знака на промяната на силата на гравитацията.
Мярката за удължаване на пружината 5 е ъгълът на въртене на микрометърния винт, който се измерва със специален контра-редуктор, което позволява да се преброи ъгълът на въртене с точност до 0,001 фракции от оборота. Диапазонната пружина 9 има линейна коравина 50-100 пъти по-голяма от измервателната пружина 5 и служи само за регулиране на измервателния диапазон. По силата на нулевия метод на броене зависимостта между показанията на микрометъра на гравиметъра и промените в силата на гравитацията е линейна:ΔS-промянаброене в обороти.
Гравиметърът използва оптична регистрация, която работи на следния принцип: когато махалото се отклони, тънкият му свободен край се върти, осветен от лъч светлина, идващ от електрическа крушка през призма 17 на микроскоп с обектив и окуляр. Движението на тази част от лоста във фокалната равнина се наблюдава като изместване на светлинния индекс. С помощта на компенсираща пружина 5 махалото се връща в първоначалното си нулево положение - това се фиксира чрез връщане на светлинния движещ се индекс в микроскопа към нулевия фиксиран ход на скалата за отчитане.
Ефект на температурна компенсация.Кварцът има необичаен температурен коефициент (при нагряване еластичността на кварца се увеличава). Когато температурата се промени, еластичността на кварца се променя, в резултат на което от своя страна моментът на еластичните сили на основната пружина 8 и нишките на окачването на махалото се променят и махалото се движи. Компенсацията за това движение се извършва чрез допълнително усукване на нишките на окачването 7 на махалото в зависимост от температурата, което води до промяна в дължината на металната нишка 14. Когато температурата се промени, металната нишка 14 се удължава или скъсява и се върти чрез завъртане на лоста 21. Лостът, завъртайки се, дърпа нишката 3, докато променя завоя си и завърта подвижната рамка на температурния компенсатор 4. Заедно с рамката 4, измервателната рамка 2 също се върти., се създава допълнителен усукващ момент върху нишките на окачването, който е противоположен на промяната в момента на мрежите на окачването и основната пружина и се причинява от температурния ефект. Тъй като еластичността на стопения кварц зависи нелинейно от температурата, а термично компенсиращият момент на компенсатора има почти линейна зависимост, тогава пълната компенсация е възможна само занякаква специфична температура.
Резбата 3 на температурния компенсатор има скоба, чието отклонение осигурява нелинейна зависимост на напрежението с линейни промени в дължината на металната нишка 14. Това постигакомпенсация на нелинейните променина еластичността на кварцовите нишки и пружини.