Контрольные вопросы:

1. Для чего предназначены гравиметры?

2. Какие две основные функции выполняют системы управления и регистрации?

3. Основным принципом относительных измерений силы тяжести является…

4. Какой способ измерений применяется в системе управления и регистрации?

5. По какому принципу построен чувствительный элемент системы?

6. Каков диапазон измерительного устройства?

7. Какое устройство помещено в корпусе кварцевой системы кроме измерительного?

8. Какова схема действия устройства для компенсации температурного влияния?

9. Назовите основные функции теплозащитного столба.

10. В какой последовательности производятся измерения с гравиметром?

Лабораторная работа №3 тема: Определение цены деления и чувствительности гравиметров

Цель работы: Ознакомление с поверками гравиметров, определение цены деления и чувствительности гравиметров типа ГНУК

Определение цены деления

Ценой деления измерительного устройства называется отношение приращения измеряемой величины к приращению отсчетов по измерительному устройству. В частности, для гравиметров это отношение приращения ускорения силы тяжести к приращению отсчетов по микрометру:

,

где g₂ и g₁ – известные значения относительного ускорения силы тяжести, U – разность отсчетов по микроскопу.

Следовательно, для определения цены деления гравиметра следует знать g₂ и g₁ и при этих известных значениях снять показания микрометра.

Относительные значения силы тяжести могут быть известны из различных источников. Наиболее простыми и надежными является определение цены деления из наблюдений на пунктах с известным значением силы тяжести (эталонный профиль). В некоторых конструкциях гравиметров (Исинг, GS-11) искусственное, заранее известное изменение ускорение силы тяжести создается навеской на чувствительный элемент дополнительных, заранее проэталонированных грузиков.

Большое распространение при определении цены деления гравиметров получил метод наклона.

Сущность этого метода заключается в следующем.

Момент силы тяжести рычага гравиметра в системах вращательного

M = mgl cos( + ),

типа при некоторых ограничениях записываются в следующем виде:

M = mgl cos( + ),

где m – масса рычага, l – длина рычага от оси вращения до центра тяжести массы рычага и грузика, g – ускорение силы тяжести, - угол отклонения рычага от горизонтали прибора, - угол отклонения корпуса от гравиметра (полставки) горизонта.

Если рычаг и подставка горизонтальны ( = =0), то

M = mgl.

При отклонении подставки от горизонта на угол , если направление рычага совпадает с горизонталью прибора ( =0), имеем

M₁ = mgl cos .

При наклоне подставки в другую сторону на тот же угол (при =0) будем иметь

M₂=mgl cos (- ) = mgl cos = M₁.

Разность моментов силы тяжести при горизонтальном и наклонном положении подставки будет равна

M-M₁ = mgl(1 - cos ),

т.е. ускорение силы тяжести g получает в результате наклона кажущееся приращение, равное

g = g(1 – cos ).

Для малых углов можно принять, что

1 - cos = ²/2,

т.е. формулу g = g(1 – cos ) можно переписать в виде

g g₀ .

Для осуществления наклона и измерения угла гравиметр устанавливается на экзаменатор, представляющий собой массивную металлическую плитку, опирающуюся на тир подъемных винта.

В принципе роль экзаменатора может играть основание гравиметра с подъемных винтов гравиметр можно наклонять как в плоскости движения рычага, так и в плоскости оси его вращения. В практике, как правило, наклон производится в плоскости оси вращения, так как при этом чувствительность практически остается постоянной.

Угол в этом случае можно определить, пользуясь простыми соотношениями между базой прибора L (расстояние между подъемными винтами), шагом подъемных винтов (измерение высоты подъема при одном обороте винта) и количеством оборотов подъемных винтов.

Для наклона гравиметра в плоскости оси вращения рычага нужно вращать винты 1 и 2 (рисунок 3.1) на одинаковое число оборотов в противоположные стороны.

Заметим при этом, что если уровни отрегулированы, то отсчетный индекс, наблюдаемый в окуляре микроскопа при наклоне в любую сторону от горизонта, будет перемещаться справа налево и для возвращения индекса на нулевое деление шкалы следует вращать головку микрометра против часовой стрелки, т. е. уменьшать отсчеты.

На рисунке 3.2 схематично изображены: основание прибора и два подъемных винта 1 и 2.

Из рисунка видно, что

tg = H/L.

При малых углах можно записать

H/L,

а так как высота подъема Н связана с шагом винта d и количеством оборотов n соотношением:

Н = d n,

то из формул получим:

g = g₀

Рисунок 3.1 – Ось вращения рычага.

Рисунок 3.2 – Схематичное изображение основания прибора и двух подъемных винтов 1 и 2

и по формуле:

C = (g₂-g₁)/ (U₂-U₁) = g/ U

определяем цену деления гравиметра.

Определение чувствительности гравиметра

Между чувствительностью гравиметра и периодом колебания рычага после выведения его из положения равновесия существует следующая зависимость:

= = T²,

где:

= ,

n- линейное смещение отсчетного индекса, Т – период колебания после выведения индекса из положения равновесия. Р_с - расстояние от оси вращения кварцевой системы до отсчетного индекса, с увеличением микроскопа, М(0) – момент силы тяжести при горизонтальном положении рычага, I – момент инерции.

Для гравиметров ГАК-3М, ГАК-4М и ГАК-ПТ = 0,04, для гравиметров КВГ-1М, ГАК-6М =0,14, для ГНУК и ГНШК =0,05.

Работа по определению чувствительности производится следующим образом.

Изображение отсчетного индекса гравиметра устанавливается на середину шкалы. Легким толчком выводят рычаг из положения равновесия и при помощи секундомера определяют период колебаний.

По формуле:

= = T²

определяем чувствительность гравиметра.