Устройство упругой системы
Главной частью гравиметра, определяющей его основные свойства, является упругая система, состоящая из чувствительного элемента, измерительного устройства и приспособления для температурной компенсации.
Упругая система кварцевых гравиметров сделана из чистого кварцевого стекла, за исключением платинового грузика на маятнике и металлической нити температурного компенсатора.
Кварцевое стекло обладает необходимой упругостью, малым коэффициентом линейного расширения и большой прочностью. Последнее позволяет отказаться от арретирования системы и тем самым существенно упрощает ее конструкцию. Кроме того, кварц немагнитен, поэтому не требуется защищать систему от магнитного поля Земли.
Однако кварцевое стекло обладает одним очень неприятным (для конструкторов) свойством: с изменением температуры очень сильно изменяется его упругость. Причем величина упругости нелинейно изменяется с температурой. Поэтому, используя полезные механические свойства кварца, приходится бороться с температурными "помехами". Все кварцевые гравиметры имеют сложные температурные компенсаторы и хорошую мощную теплоизоляцию, что существенно отличает их от металлических гравиметров, построенных по принципу вертикального сейсмографа Б. Б. Голицына.
Идея вертикального сейсмографа Голицына состоит в следующем. На тонкой горизонтальной нити, являющейся осью вращения, укреплен горизонтально расположенный
рычаг с грузом на конце (маятник). Маятник удерживается в горизонтальном положении силой натяжения главной пружины, нижний конец которой прикреплен к маятнику, и силой закручивания осей подвеса маятника. При изменении силы тяжести маятник, с грузиком на конце, отклоняется от горизонтального положения, растягивая главную пружину и закручивая нить подвеса до тех пор, пока момент силы тяжести не будет уравновешен моментами главной пружины и закручивания осей подвеса.
Рис.2. Упругоастазированная система.
В процессе измерений маятник приводится в горизонтальное положение введением в систему дополнительного момента, компенсирующего изменение момента силы тяжести, и являющегося, таким образом, мерой приращения силы тяжести. Компенсирующий момент может создаваться дополнительным растяжением или сжатием главной пружины, закручиванием нити подвеса маятника с помощью специальных устройств, либо непосредственным действием на маятник дополнительных пружин. Для фиксации горизонтального (исходного) положения маятника на нем устанавливается специальный индекс. По его перемещению можно судить об отклонении маятника от горизонтального положения. В частности, при оптическом (самом простом) способе регистрации положения маятника изображение его рассматривают в микроскоп с большим увеличением и совмещают с одним из штрихов шкалы или сетки окуляра микроскопа.
Главная пружина соединена с рычагом таким образом, что при увеличении силы тяжести плечо упругой силы уменьшается и, наоборот, при уменьшении силы тяжести плечо упругой силы увеличивается, т.е. возникает дополнительное приращение упругого момента, совпадающее по знаку с силой тяжести. Поэтому очень небольшие изменения силы тяжести вызывают большие деформации главной пружины и, следовательно, большие углы поворота рычага. Такие системы называются упругоастазированными (рис.2).