Измерение силы тяжести гравиметрами.
По конструкции гравиметры чрезвычайно разнообразны и различаются по:
- типу уравновешивающей силы (пружинные, газовые, жидкостные и т.п.);
- способу перемещающей массы (вращательные (II рода), поступательные (I рода) и т.п.);
- материалу, из которого изготовлена упругая система (кварцевые, металлические и т.п.).
В основном, при гравиметрических съемках применяют гравиметры с пружинными чувствительными системами (II рода), изготовленными из кварца и астазированными.
Термин: Астазированный кварцевый гравиметр означает, что его чувствительная система находится в неустойчивом равновесии. При этом небольшие изменения приводят к отклонениям маятника прибора на значительный угол, что повышает чувствительность прибора.
Астазирующее действие осуществляется специальной пружиной.
Рассмотрим схему астазированного кварцевого гравиметра:
Упругая кварцевая система гравиметров состоит из трех основных частей:
- чувствительного элемента (в котором использован принцип вертикального сейсмографа Б.Б. Голицына);
- измерительного устройства;
- температурного компенсатора.
Вся кварцевая пружинная система закреплена на рамке (1). На нити подвеса (2) закреплены маятник (3), главная астазирующая пружина (4) и две рамки, которые связаны с микрометренной пружиной (5) и диапазонной пружиной (6). Жесткость пружины (6) намного больше, чем пружины (5). Пружина (5) связана с отсчетным микрометренным устройством (7). Пружина (6) прикреплена к диапазонному винту (8).
Жесткость кварцевых пружин зависит от температуры окружающей среды, поэтому гравиметры оснащают специальным устройством температурной компенсации, включающим металлическую нить (9), рычаг (10) и кварцевую нить (11), связанную с вращающейся рамкой.
При увеличении жесткость кварцевых элементов растет и маятник (3) начинает двигаться вверх. Металлическая нить (9) растягивается и через рычаг (10) и нить (11) создает раскручивающий момент нити подвеса (2). Это приводит к возрасту маятника в исходное состояние.
Кроме того, в качестве стабилизатора температуры выступает и сосуд Дьюара (термос), в которой помещается вся кварцевая система гравиметра. Сосуд Дьюара представляет собой вакуумированный стеклянный стакан (сосуд), помещенный в защитный теплоизоляционный корпус.
Чувствительный элемент представляет собой маятник (3) с платиновым грузиком на конце. Он удерживается в состоянии неустойчивого равновесия (астазирования) упругими силами нитей подвеса (2) и главной астазирующей пружины (4). Платиновый грузик служит для увеличения момента масс, уменьшения действия электрических зарядов и прилипания маятника к ограничителям (они не показаны на рисунке).
Микрометренное устройство (5, 7 + 6, 8) предназначено для установки маятника в горизонтальное положение. Способ измерения силы тяжести компенсационный. Компенсация осуществляется путем изменения крутящего момента нитей подвеса (2) при помощи микрометренного устройства. Микрометренное устройство имеет от 0 до 15 оборотов. Цена деления ≈10мГл/деление, т.е. с помощью микрометренного винта можно измерить приращение . После этого необходимо изменить диапазон с помощью пружины (6) и винта (8). Диапазон можно менять в пределах .
Измерения на каждом пункте наблюдения сводятся к установке гравиметра в горизонтальное положение, установке маятника в горизонтальное положение с помощью микрометренного устройства и снятию расчета по делениям шкалы микрометра.
Тогда
где С – цена деления гравиметра, – отсчеты в пунктах наблюдения.