1. Загальні відомості про статичні гравіметри

Прилади для вимірювання прискорення сили ваги статичним методом (спостерігають положення рівноваги тіла під дією сили ваги і сили, прийнятої за еталон) називають статичними гравіметрами. Принцип дії гравіметра з’ясуємо на простому прикладі (див. рис. 13).

Рис. 13

Нехай на тягарець масою т, який підвішений до пружини, діє сила P;=mg,. Під дією цієї сили пружина розтягується, і тягарець займає статичну рівноваг}', що відповідає відліку S_b знятому за спостереженням відлікової шкали. При перенесенні гравіметра в інший пункт, в якому прискорення сили ваги є більшим, ніж у вихідному, додатково розтягнеться пружина і тим самим збільшить відлік гравіметра S₂. Якщо виміряну різницю відліків AS=S2“Si перемножити на деякий сталий коефіцієнт к, то одержимо різницю прискорень сили ваги Дg між цими пунктами в мілігалах

Ag=k(S₂-Si). (4.1)

Всі статичні гравіметри побудовані на принципі пружної ваги (рис. 14). тобто такої, у якої за еталони}' силу використовують силу деформації твердого тіла (кручення.

розтягування, стиснення, згину) Саме такою високоточною пружинною вагою зважують один і той же тягарець сталої маси. Мірою зміни сили ваги є деформація пружинного елемента. Цю деформацію можна реєструвати за допомогою спеціальних індикаторів малих переміщень. Для цього використовують оптичні мікроскопи, електроємнісні і фотоелектричні індикатори малих переміщень.

За типом компенсуючої сили статичні гравіметри розділяють на три групи: гравіметри газові, в яких прискорення сили ваги компенсується силою пружності стисненого газу;

гравіметри механічні, в яких прискорення сили ваги компенсується силою пружної деформації твердих тіл (пружин і закручених ниток); гравіметри електромагнітні.

Рис. 14. Схеми пружних систем гравіметрів

В середині XVIII століття російським вченим Ломоиосовим був сконструйований перший газовий гравіметр, точність відносних визначень з допомогою якого була дуже дизькою. В тридцятих роках XX століття почали конструювати механічні гравіметри, -точність вимірювання якими почала конкурувати з маятниковими приладами. Механічні траві метри в залежності від матеріалу пружного тіла ділять на металеві і кварцові, і вони в сновному використовуються в даний час. Сучасний механічний гравіметр

складається із:

j) чутливого елемента;

2. індикатора малих переміщень;

3. пристрою для компенсації і вимірювання зміни поля сили ваги;

4. пристрою для компенсації впливу температури;

5. пристрою для компенсації впливу атмосферного тиску;

6. діапазонного пристрою;

7. пристрою для нівелювання чутливого елемента.

Деякі типи гравіметрів мають герметизацію, бароном пенсацію, екранування від впливу магнітного і електричного полів та інше.

2. Класифікація гравіметрів

В даний час у різних країнах світу розроблені і експлуатуються різні типи гравіметрів. Але такі гравіметри різних систем відрізняються між собою будовою пружних систем, матеріалом, із якого виготовлений пружний елемент та інше. Тому гравіметри різних типів можна класифікувати за певними ознаками:

1. за принципом будови пружної системи;

2. за матеріалом, із якого виготовлена пружна система;

3. за методом фіксації малих переміщень;

4. за діапазоном вимірювання приросту сили ваги;

5. за способом врахування температури;

6. за призначенням.

За принципом будови пружної системи гравіметри ділять на гравіметри з поступальним переміщенням мас і з обертальним переміщенням мас. У даний час найбільш широке застосування одержали гравіметри з обертальним переміщенням мас, які мають більшу чутливість.

Чутливі системи гравіметрів виготовляють із сплавів металів або плавленого кварцу. У відповідності до цього розрізняють кварцові і металеві гравіметри.

Фіксація малих переміщень здійснюється з допомогою індикаторів оптичного типу (мікроскопи зі збільшенням у сотні разів), електроємні сні, фотоелектричні, телевізійні пристрої.

За діапазоном вимірювання приросту сили ваги гравіметри ділять на вузькодіапазонні і широкодіапазонні. Вузькодіапазонні гравіметри одержали застосування в гравіметричній розвідці і мають високу точність.

Широкодіапазонні або геодезичні гравіметри мають широку шкалу вимірювання приросту сили ваги до 4-5 Гал, для них необхідна висока точність еталонування.

За способом врахування температури гравіметри ділять на термостатні і ^Нетермостатні. Для термостатованих гравіметрів його чутливий елемент знаходиться в ^Єлсктронагрівальній печі. За призначенням гравіметри класифіку ють на такі типи:

*) наземні - для вимірювання на суші;

2) донні - для вимірювання на дні водоймищ;

^J) морські - для вимірювання з надводних і підводних суден;

65

4. свердловинні - для вимірювання в шахтах, свердловинах;

5. аерогравіметри - для вимірювання на літаках і інших космічних літальних апаратах;

6. стаціонарні - для вивчення припливних змін прискорення сили ваги і реєстрації змін гравітаційного поля Землі.

Сучасні статичні гравіметри дозволяють вимірювати приріст сили ваги з високою точністю і з великою продуктивністю праці. Крім того, самі прилади є портативними, тривалість спостереження на пункті не перебільшує 5 хвилин. Сам процес спостережень з гравіметром і обробка таких результатів набагато простіші, ніж з маятниковим приладом. Отже, сучасний статичний гравіметр має ряд переваг перед маятниковим приладом, а саме: висока точність і продуктивність роботи, транспортабельність, використання в будь-яких фізико-географічних умовах (малодоступні і важкопрохідні райони).

Але поряд з перевагами, гравіметри мають ряд суттєвих недоліків. До них належать: зміщення нуль-пункта, визначення ціни поділки гравіметра, обмежений діапазон вимірювання приросту сили ваги. Зміщенням нуль-пункта називають неперервну зміну відліку гравіметра в пункті спостереження, обумовлену зміною пружних властивостей чутливої системи з часом. Визначення ціни поділки гравіметра або задача еталонування гравіметра пов'язані з тим, що вимірювання приросту сили ваги виконують в умовній системі одиниць. Щоб перейти від умовної системи вимірювального пристрою до показів прилади в мі лі галах, необхідно визначати ціну поділки гравіметра.