Мегаобучалка Главная | О нас | Обратная связь


Методы измерения силы тяжести



2018-06-29 1608 Обсуждений (0)
Методы измерения силы тяжести 0.00 из 5.00 0 оценок




Сила тяжести проявляется на Земле в виде веса тела или его давления, создаваемого весом; в виде ускоренного движения при свободном падении тел; в виде отклонения от заданной траектории движущегося тела; в частоте собственных колебаний маятника, подвешенного на упругом или неупругом подвесе; в изменении частоты (энергии) электромагнитных колебаний и др.

Измерения силы тяжести могут быть абсолютные и относительные. При абсолютных измерениях определяется полное значение модуля напряженности силы тяжести. Особенностью относительных измерений является то, что всегда определяется разность (приращение) модуля напряженности поля силы тяжести на отдельных пунктах. При относительных измерениях применяют статический и динамическийметоды. В динамическом методе мерой напряженности гравитационного поля служат параметры движения тела. В статическом - изменение положения статического равновесия тела, подвергающегося действию силы тяжести и силы, принятой за эталон.

Абсолютные определения, необходимые для пересчёта приращений силы тяжести в их полные значения, выполняют только в стационарных геофизических обсерваториях. В гравиразведке все полевые измерения выполняют только в виде относительных определений силы тяжести.

В статических методах измерения приращения силы тяжести действие силы тяжести компенсируется упругими силами пружин, газов или жидкости. Прибор для измерения относительных приращений силы тяжести называется гравиметром. Приращение силы тяжести между двумя точками определяется компенсационным способом. Все статические гравиметры построены по принципу пружинных весов, т.е. в них в качестве эталонной силы используется сила деформации твердого тела (кручения, растяжения, изгиба, сжатия). В настоящее время преимущественно применяются приборы с вращательным перемещением рычага (маятника) и упругой системой из кварца (кварцевые гравиметры). Наиболее распространенные марки приборов, которыми проводили гравиметрическую съемку в 80-90х годах прошлого века, это ГНУ-КС, ГНУ-КВ, ГНК-КС, ГАК-4М и др.

Устройство гравиметра

Устройство гравиметра рассмотрим на примере гравиметра марки ГНУ-КВ.

Гравиметр ГНУ-КВ состоит из средней части (собственно гравиметра) и внешнего кожуха с теплоизоляцией. Внешний кожух представляет собой цилиндр с основанием и установочными винтами внизу. По дну и стенкам кожуха проложен слой теплоизоляции, а внутрь вставлен сосуд Дюара. Средняя часть гравиметра состоит из корпуса кварцевой системы, над которым закреплен теплозащитный слой, а затем верхняя панель.

Корпус кварцевой системы представляет собой вакуумную камеру. На ее верхней панели закреплена кварцевая система, детали оптической системы, диапазонного и измерительного устройств.

Оптическая система состоит из осветителя с конденсатором, светопровода, призмы, поворачивающей обратно световой луч, объектива и окуляра. От осветителя свет, пройдя светопровод и дважды отразившись в призме, встречает на своем пути подвижный индекс кварцевой системы и проецирует его на окулярную шкалу. На окулярной шкале мы видим тень этого индекса. На этой тени есть яркая интерференционная полоса, которая собственно и является подвижным индексом гравиметра.

Измерительный механизм состоит из микрометрического винта, вращение которого преобразуется в поступательное движение штока, соединенного с измерительной пружиной. Мерой изменения длины измерительной пружины служит угол поворота измерительного микрометрического винта. Сверху на микрометрическом винте закреплено счетное устройство. Оно состоит из лимба, соединенного с микрометрическим винтом, и нониуса на верхней плате. Лимб разделен на 100 частей. Тысячные доли оборота отсчитываются при помощи нониуса. Имеется приспособление для счета целых оборотов.

Вся чувствительная система гравиметра изготовлена из кварца и заключена в сосуд Дюара.

Рассмотрим схему устройства упругой кварцевой системы гравиметра.

В кварцевом астазированном гравиметре (рис.3) чувствительный элемент системы, диапазонное и измерительное устройство, а также приспособление для температурной компенсации смонтированы на основной монтажной рамке 7.

Рис.3 Схема устройства гравиметра

Чувствительный элемент системы – астазированный вертикальный сейсмограф Голицына состоит из маятника 1, удерживаемого в равновесии упругой силой главной пружины 3 и силой закручивания нитей подвеса 4. Движение маятника ограничено в пределах нескольких десятых миллиметра ограничителем. Маятник изготовлен из кварцевого стержня. На него надета платиновая цилиндрическая навеска 2, служащая для увеличения момента масс, а также для уменьшения момента действия электрических зарядов и прилипания маятника к ограничителям. Главная пружина верхним концом прикрепляется неподвижно к основному каркасу системы, нижним концом – к отростку маятника. Она навита на нить диаметром в 80-100 мк, имеет отрицательную начальную длину порядка 15мм и изготовляется из обыкновенной пружины.

Измерительное устройство системы состоит из рамки 5, которая вращается на нитях 6. К этой рамке прикреплены нити подвеса маятника 4. К рамке 5 прикреплены пружины диапазонная 10 и измерительная 9. Верхние концы пружин 10 и 9 прикрепляются к подвижным штокам измерительного и диапазонного устройств.

Приспособление для температурной компенсации состоит из металлической нити 11, прикрепленной верхним концом к основному каркасу системы, а нижним концом – к рычагу 12, который может вращаться на нитях 15. Второй конец рычага 12 соединяется тонкой кварцевой нитью 16 с подвижной рамкой температурного компенсатора 13. Нити подвеса обеих рамок 13 и 5 и маятника 4 должны располагаться на одной прямой линии. Компенсирующий момент температурного компенсатора подается на подвижную рамку температурного компенсатора (13), которая, поворачиваясь, закручивает нити подвеса и тем самым компенсирует действие температуры. Большое значение в температурной компенсации имеет устранение явлений температурного гистерезиса, которое осуществляется подбором силы натяжения металлической нити, нитей подвеса, а также изменением положения тепловых экранов и изменением величины и положения теплоемкостей в пределах термостатируемого объема.

Принцип действия чувствительного элемента системы заключается в следующем: при изменении силы тяжести (например, при увеличении ее) маятник 1 будет отклоняться от первоначального положения равновесия до тех пор, пока силы, вызванные деформацией главной пружины 3 и нитей подвеса маятника 4, не уравновесят изменение силы тяжести. Главная пружина 3 соединена с маятником таким образом, что при изменении силы тяжести возникает дополнительный упругий момент сил главной пружины, знак которого совпадает со знаком изменения силы тяжести. Этот дополнительный момент возникает вследствие того, что при увеличении силы тяжести плечо упругой силы уменьшается и, наоборот, при уменьшении силы тяжести плечо упругой силы возрастает.

Перед началом измерений гравиметр устанавливают по уровням. Затем, наблюдая в окуляр за положением подвижного индекса и одновременно плавно вращая микрометрический винт, совмещают середину подвижного индекса с неподвижным (штрих окулярной шкалы, принятый за исходный) и снимают показания со счетного устройства. Окончательно совмещают подвижный и неподвижный индексы, снимают отсчеты несколько раз и результат усредняют. Когда напряженность поля силы тяжести изменится настолько, что ее нельзя скомпенсировать измерительным устройством, перестраивают диапазон измерения.

Силу тяжести вначале определяют в делениях шкалы микрометра прибора. Затем взятые отсчёты переводят в приращения силы тяжести между двумя пунктами в миллигалах. Для этого используют переводной коэффициент (С), называемый ценой деления гравиметра:

(13)

где – отсчёты по микрометру гравиметра соответственно в первом и втором пунктах наблюдений.

Определение цены деления гравиметра можно выполнять разными способами. В одном из них производят измерения в двух пунктах с известными значениями (приращениями) силы тяжести. Если в первом пункте наблюдений значение силы тяжести было g1 и взятый по гравиметру отсчёт n1 , а во втором – значение g2 и отсчёт n2, то цена деления согласно выражению (13) (в мГал на одно деление шкалы)

(14)

Если в одном и том же пункте наблюдений выполнять повторные измерение в течение продолжительного времени (часа или нескольких часов) то можно заметить, что отсчёты, взятые по микрометру гравиметра, будут различаться, причём изменения отсчётов, пересчитанные в миллигалы, могут значительно превышать изучаемые изменения силы тяжести. Это явление называется смещением нуль-пункта гравиметра. Оно обусловлено неидеальной упругостью измерительной системы. Под действием силы тяжести упругие свойства кварца, из которого изготовлен чувствительный элемент гравиметра, изменяются во времени. В процессе полевых работ смещение нуль-пункта гравиметра тщательно изучают для последующего введения поправок в отсчёты гравиметра. Марки гравиметров ГНУ-КВ, ГНУ-КС, ГАК-4М, ДЕЛЬТА и др. имеют погрешность измерения силы тяжести 0,05-0,06 мГал. Повышение точности съемки достигалось за счет многократности измерений и учета смещения нуль-пункта.

Современные гравиметры (например, CG-5 AutoGrav) обеспечены flesh-памятью, имеют большой диапазон измерений и обеспечивают проведение съемок с погрешностями в несколько долей микроГала.



2018-06-29 1608 Обсуждений (0)
Методы измерения силы тяжести 0.00 из 5.00 0 оценок









Обсуждение в статье: Методы измерения силы тяжести

Обсуждений еще не было, будьте первым... ↓↓↓

Отправить сообщение

Популярное:
Как построить свою речь (словесное оформление): При подготовке публичного выступления перед оратором возникает вопрос, как лучше словесно оформить свою...
Генезис конфликтологии как науки в древней Греции: Для уяснения предыстории конфликтологии существенное значение имеет обращение к античной...
Организация как механизм и форма жизни коллектива: Организация не сможет достичь поставленных целей без соответствующей внутренней...



©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1608)

Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку...

Система поиска информации

Мобильная версия сайта

Удобная навигация

Нет шокирующей рекламы



(0.01 сек.)