Статические методы измерения СТ.

СТАТИЧЕСКИЙ МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ УСКОРЕНИЯ

СИЛЫ ТЯЖЕСТИ

Статический гравиметр = гравиметр!

В статическом методе наблюдают положение равновесия

тела, находящегося под действием силы тяжести и силы, принятой за эталон.

Выясним принципиальные особенности статического гравиметра на простейшем примере.

Перемещение груза на величину Δ l служит мерой изменения

силы тяжести. Чувствительный элемент, реагирующий

на изменения силы тяжести, является главным узлом любого гравиметра.

Оценим с помощью равенства (IV.2) величину возможных

перемещений груза. Если ускорение силы тяжести изменится на

100 мгал, а длина пружины равна 10 см, то деформация составит

10 мкм; точность измерения перемещения для определения

ускорения силы тяжести с точностью 0,1 мгал должна в рассматриваемой системе равняться 0,01 мкм.

Для увеличения перемещения подвижного груза, т. е. для

повышения механической чувствительности гравиметра, применяют более сложные чувствительные системы. У существующих гравиметров применяют системы, в которых подвижный груз совершает вращательные перемещения. Тем не менее в системе любого гравиметра груз совершает малые движения, поэтому для фиксации таких перемещений в конструкции гравиметра предусмотрены индикаторы малых перемещений.

Перемещения груза, вызванные изменением температуры, по

величине могут быть сравнимы с перемещениями под действием

изменения силы тяжести и даже превосходить их. Для схемы,

представленной на рис. 38, например, перемещения груза, вызванные только линейным расширением пружины, составят 1 мкм при изменении температуры на 1°С, если пружина изготовлена из стали с коэффициентом линейного расширения

10^-5/1°С; это эквивалентно перемещению груза при изменении

силы тяжести на 10 мгал.

Перемещения груза вследствие изменения коэффициента

упругости с изменением температуры могут быть еще больше.

Поэтому в конструкции любого гравиметра предусмотрены

способы исключения влияния температуры. Тем не менее влияние температуры является одним из главных источников ошибок гравиметрических измерений.

На упругий элемент гравиметра, помимо силы тяжести, действует выталкивающая сила воздуха в соответствии с законом

Архимеда. При изменении плотности воздуха эта сила изменяется. Кроме того, при изменении атмосферного давления изменяются упругие свойства материала, из которого изготовлен упругий элемент, и как следствие изменяется положение подвижного элемента. Поэтому в схему любого гравиметра входит устройство для компенсаций колебаний атмосферного давления.

В большинстве современных гравиметров применяют нулевой,

или компенсационный, метод измерения, при котором изменение

силы тяжести компенсируется изменением упругой уравновешивающей силы и индекс чувствительной системы занимает одно и то же положение. Компенсирующая сила и является мерой изменения силы тяжести. Устройство для компенсации и измерения силы тяжести является следующим

основным узлом гравиметра.

Компенсационное устройство большинства гравиметров позволяет компенсировать сравнительно небольшие изменения

силы тяжести, составляющие несколько сотен или десятков

миллигалов. В том случае, если произошло значительное изменение силы тяжести, для компенсации которого диапазона

измерительного устройства недостаточно, необходимо выполнитьперестройку диапазона гравиметра, т. е. привести чувствительную систему в нулевое положение за счет дополнительного изменения упругой силы. Для этого служит диапазонное устройство.

Блок-схема гравиметра дана на рис. 39.

В зависимости от особенностей строения отдельных частей

гравиметров классифицируют типы приборов.

Чувствительные системы современных гравиметров изготавливают из плавленого кварца или из сплавов металлов. В соответствии с этим различают кварцевые и металлические гравиметры . Приборы обоих этих типов называют механическими гравиметрами. В механических гравиметрах

изменение силы тяжести компенсируется силой упругой

деформации твердых тел. Все современные гравиметры относятся к механическим.

В зависимости от характера перемещения груза гравиметры

делят на гравиметры с поступательным перемещением масс и с вращательным перемещением масс. Так как чувствительность систем с вращательным перемещением выше, в настоящее время используют только системы этого типа.

Гравиметры классифицируют по методу фиксации малых

перемещений подвижного элемента упругой системы. Применяют индикаторы оптического типа (микроскопы с увеличением в сотни раз), электроемкостные, фотоэлектрические, телевизионные устройства.

По диапазону измерения гравиметры делят на узкодиапазонные (разведочные) и широкодиапазонные (геодезические).

В зависимости от конструктивных способов учета

температуры различают термостатные гравиметры, у которых чувствительный элемент помещен в электронагревательную печь, и бестермостатные.

Благодаря своей портативности, высокой производительности (наблюдения с гравиметром на пункте занимают несколько минут) и высокой чувствительности в настоящее время гравиметры почти полностью вытеснили маятниковые приборы. Для сплошных гравиметрических съемок, начиная от пунктов опорных сетей всех классов и кончая рядовыми пунктами, применяют почти исключительно гравиметры.

Наряду с отмеченными достоинствами гравиметры не лишены и принципиальных недостатков, из которых главным является

изменение упругих свойств материала, используемого для

изготовления чувствительной системы, с течением времени. Это

вызывает непрерывное изменение отсчета гравиметра, которое

называют смещением нуль - пункта. Кроме того, почти

у всех гравиметров измерение разности ускорения силы тяжести

выполняется в условной системе единиц измерительного устройства. В связи с этим возникает задача эталонирования (определения цены деления) гравиметра.

Указанные недостатки приводят к необходимости тщательных исследований гравиметров и определяют методику организации гравиметрических съемок.

Точность и стабильность статических гравиметров можно повысить за счет усовершенствования термостатирования, улучшения способов защиты от влияния транспортировочных вибраций и микросейсм, усовершенствования отсчетных устройств, увеличения стабильности упругих систем за счет применения более качественных материалов. Наиболее серьезными препятствиями к повышению точности являются влияние температуры и микросейсмы.