19. Влияние внешней среды на показания гравиметров

Механические статические гравиметры, основанные на принципе сейсмографа Голицина, представляют систему с вращательным перемещением груза. Рассмотрим ее действие в реальных условиях.

Обозначим через — момент внешних сил (силы тяжести и выталкивающей силы воздуха), а через —момент внутренних сил (сил упругости). Момент внешних сил будет изменяться при изменении температуры , деформации (угла поворота системы относительно некоторого нулевого положения ₀), атмосферного давления и угла наклона системы; момент упругих сил зависит от деформации и температуры .

Система будет находиться в состоянии статического равновесия, если сумма моментов всех действующих на систему сил равна нулю, то есть

=0 (4.15)

Предположим, что все аргументы в (4.15) изменились. Изменения деформации, температуры, давления, наклона гравиметра вызовут перемещения подвижного элемента упругой системы гравиметра, которые при наблюдениях неотделимы от изменения ускорения силы тяжести. Поэтому продифференцируем (4.15) по переменной , считая все величины в этом уравнении зависимыми от , а моменты сил— неявными функциями от . Получим

(4.16)

В уравнении (4.16)

— механическая чувствительность гравиметра, характеризующая изменение деформации упругой системы, вызванное изменением ускорения силы тяжести;

— температурный коэффициент гравиметра, характеризующий кажущееся изменение ускорения силы тяжести (погрешность) вследствие изменения температуры упругой системы гравиметра;

— барометрический коэффициент гравиметра, характеризующий кажущееся изменение ускорения силы тяжести (погрешность) вследствие изменения атмосферного давления.

Как следует из выражения (4.16), называемого основным уравнением статического гравиметра, при конструировании механических гравиметров требуется тщательная защита его упругой системы от влияния внешних условий, прежде всего, температуры и давления. Поэтому в конструкциях гравиметров предусматривают температурные и барометрические компенсаторы. Так c целью уменьшения температурных влияний на показания гравиметров в чувствительную систему вводят дополнительные устройства, помещая ее, например, в жидкость, либо дополняя пружинами и рычагами, либо применяя биметаллические компенсаторы. Кроме того, при производстве наблюдений используют ряд методических приемов, уменьшающих эти влияния. Последнее вызвано тем, что компенсаторы не могут решить полностью проблему влияния температуры на результаты гравиметрических измерений, так как с помощью температурных компенсаторов температурный коэффициент гравиметра приводят к нулю только для некоторой постоянной температуры, которую называют температурой полной компенсации. Кроме того, при изменении температуры из-за различной теплоемкости отдельных деталей гравиметра температура различных частей прибора будет различной. Для ослабления этих влияний, приводящих к недокомпенсации, в гравиметрах предусматривают термостатирование. Поддержка постоянной температуры внутри гравиметра обеспечивается либо с помощью надежной теплоизоляции, для чего гравиметр помещают в сосуд Дьюара, либо с помощью электрических термостатов.

Наконец, влияние температуры можно учесть и с помощью поправки. Для этого определяют температурный коэффициент гравиметра, применяя специальную термокамеру. Однако наблюдения показали, что введение поправки за температуру, как правило, только ухудшает результат. Поэтому стараются выполнять гравиметрические измерения в течение коротких интервалов времени при монотонно изменяющейся температуре и влияние температуры учитывать одновременно при учете поправки за смещение нуль-пункта.

Для исключения влияния колебаний атмосферного давления барометрические компенсаторы, как правило, устанавливают в системах металлических гравиметров. Для кварцевых гравиметров при исключении влияния атмосферного давления на показания гравиметра идут по пути герметизации упругой системы, помещая ее в герметичную камеру с внутренним давлением в доли миллиметра ртутного столба.