Кварцевый астазированный гравиметр ГАК-7Т

Прибор ГАК-7Т — один из лучших отечественных гравиметров. Он разработан на базе гравиметров ГАК-3М, ГАК-4М, КВГ-1М. Точность измерения 0,03—0,06 мгл, вес 7,5 кг.
1. Упругая система гравиметра. Главной деталью гравиметра является упругая кварцевая система, состоящая из трех основных частей: чувствительного элемента, измерительного устройства и температурного компенсатора.
Чувствительный элемент (рис. 14) представляет собой маятник, состоящий из рычага 1 с грузом 2 на конце, припаянного к горизонтальной кварцевой нити (нить направлена перпендикулярно к плоскости чертежа и проектируется на плоскости в точке 3). Вокруг нити маятник совершает вертикальные перемещения, то закручивая ее, то ослабляя. Его вертикальные перемещения под действием силы тяжести ограничены специальным ограничителем до нескольких десятых долей миллиметра. На конце маятника надета платиновая навеска 2 для увеличения массы. Маятник имеет индекс 6 — тонкий кварцевый волосок, который виден в микроскоп прибора.

Для повышения чувствительности прибора система снабжена астазирующим устройством, состоящим из главной пружины 5, которая соединяется с маятником посредством стержня 4.
Измерительное устройство состоит из измерительной пружины 8 и диапазонной пружины 10, соединенных с главной нитью кварцевыми отростками 7 и 11.
Принцип действия прибора заключается в следующем. При горизонтальном положении маятника изображение индекса совмещено с нулевым делением шкалы.
При увеличении силы тяжести момент гравитационной силы увеличивается, маятник 1 отклоняется вниз, закручивая нить (ось вращения маятника) и растягивая пружины 5, 8, 10. Индекс маятника при этом уходит в поле зрения микроскопа от своего нулевого положения. Чтобы вернуть маятник в прежнее горизонтальное положение, необходимо подтянуть пружину 8 микрометрическим винтом 9, связанным со счетчиком оборотов. Чем большая сила тяжести действует на маятник, тем на больший угол он отклонится, тем больше растянется пружина 8 и тем большее число раз необходимо повернуть рукоятку микрометрического винта, чтобы вернуть маятник в горизонтальное положение. Установив индекс маятника в нулевое положение, оператор берет отсчет по отсчетному устройству, расположенному на верхней части корпуса прибора.
При уменьшении силы тяжести момент гравитационной силы уменьшается, и пружины подтягивают рычаг маятника вверх. Для приведения рычага в горизонтальное положение в этом случае приходится вращать микрометрический винт в другую сторону, ослабляя измерительную пружину.
Диапазонная пружина 10 служит для расширения диапазона измерения с гравиметром. При помощи специального диапазонного ключа, вставляемого в отверстие в микрометрическом винте 12, можно изменить натяжение пружины 10.
Прибор имеет две системы температурной компенсации:основную и дополнительную. Основная система температурной компенсации представляет собой линейный температурный компенсатор. Он состоит из медной нити 13, прикрепленной верхним концом к каркасу прибора, а нижним — к рычагу 15. Рычаг 15 вращается вокруг оси в точке 14.
Второй конец рычага тонкой кварцевой нитью 16 соединяется с подвижной рамкой 17 температурного компенсатора. При увеличении температуры изделия из металла имеют тенденцию к расширению, упругость же кварца при повышении температуры увеличивается. Следовательно, при нагревании прибора маятник стремится подняться вверх, поворачивая кварцевую нить против часовой стрелки. В то же время металлическая нить 13 при повышении температуры удлиняется, в связи с чем правый конец рычага 15 опускается, а левый поднимается. Это движение рычага передается на рамку 17, которая, поднимаясь, поворачивает нить по часовой стрелке. Параметры металлической нити и упругих частей гравиметра подобраны таким образом, чтобы моменты сил, возникающие в системе под влиянием температуры, были равны по величине и противоположны по знаку. Полной температурной компенсации в приборе при помощи описанного устройства достичь не удается, так как изменение длины металлической нити под действием температуры происходит по линейному закону, упругие же свойства кварца меняются по сложному закону.
Устройство дополнительной системы температурной компенсации — «компенсатор криволинейности» — состоит из пружины 18, которая подтягивает или ослабляет нить 16 и дает дополнительное смещение рычагу маятника. Температурный коэффициент прибора для диапазона температур ± 15° С от точки полной температурной компенсации не превышает ±0,6 мгл/град.

2. Оптическая система гравиметра. Оптическая система в гравиметре предназначена для визуального наблюдения за положением индекса маятника. Она состоит из осветителя и микроскопа (рис. 15). В осветитель входят лампа для карманного фонаря (3,5 в), собирательная система (конденсор) и зеркало.
Микроскоп состоит из призмы, объектива, окуляра и шкалы окуляра, на которой нанесены деления. Цена одного деления шкалы равна 0,1 мм.
Луч света в оптической системе проходит следующий путь. От лампочки 1 свет собирается конденсором 2 и в виде параллельного пучка направляется к наклонному зеркалу 3. Отразившись от зеркала, луч попадает в призму 4, где преломляется, а затем, пройдя объектив 5, направляется в окуляр 7. На пути между зеркалом 3 и призмой 4 луч света встречает индекс 6 маятника и проектирует его изображение на шкалу окуляра 8. В микроскопе видна широкая подвижная полоса, имеющая в середине (вследствие интерференции) одну (или несколько) светлую полосу. Эта полоса и есть изображение индекса маятника. Обычно изображение маятника по одной из светлых полос совмещают со средним делением шкалы, которое считается нулевым.
3. Измерительный механизм гравиметра. Механизм управления упругой системой гравиметра состоит из диапазонного и собственно измерительного устройств. Собственно измерительный механизм служит для точного (количественного) определения степени натяжения измерительной пружины путем взятия отсчетов по счетчику оборотов. Он позволяет измерять силу тяжести в пределах 80—120 мгл. Диапазонное устройство позволяет расширить диапазон измерений приблизительно до 5000 мгл.
Диапазонное и измерительное устройства представляют собой неподвижные микрометрические винты с движущимися по ним гайками. Нижние концы винтов соединены непосредственно с измерительной и диапазонной пружинами. Микрометрический измерительный винт соединен со счетчиком оборотов, укрепленным на верхней панели прибора. Диапазонный микрометрический винт не имеет счетчика оборотов. Он заканчивается шлицем с вырезами, куда вставляется специальный диапазонный ключ. Поворачивая диапазонный ключ, можно ослабить или подтянуть диапазонную пружину. Положение пружины фиксируется контргайкой.
Диапазонный и измерительный микрометрические винты устроены одинаково, имеют резьбу с шагом 0,5 мм; полный ход гаек 10—12 мм. Следовательно, при повороте микрометрических винтов на один оборот диапазонная и измерительная пружины растягиваются на 0,5 мм. Жесткость измерительной пружины подбирается такой, что растяжение ее на 0,5 мм соответствует изменению силы тяжести на 3—7 мгл. Диапазонная пружина имеет в 50—80 раз большую жесткость, чем измерительная.
Отсчетное устройство гравиметра представляет собой лимб с нониусом. Лимб разделен на 100 частей, поэтому на нем можно брать отсчет с точностью до сотой доли оборота. Тысячные доли оборота отсчитываются по нониусу, целые обороты — на маховичке.
4. Конструкция гравиметра. Прибор ГАК-7Т состоит из средней части (собственно гравиметра) и внешнего кожуха с теплоизоляцией. Внешний кожух представляет собой стальной цилиндр с установочными винтами внизу. По дну и стенкам кожуха проложен слой теплоизоляции. В кожух вставляется сосуд Дьюара, представляющий собой полый цилиндрический стакан с посеребренными двойными стенками. Сосуд предохраняет систему от воздействия резких изменений внешней температуры.
Средняя часть гравиметра состоит из корпуса кварцевой системы, тепло-защитного столба и верхней панели. Корпус, в котором смонтирована упругая система, представляет собой герметически закрытый металлический стакан, из которого выкачан воздух, что необходимо для исключения влияния атмосферного давления на показания прибора. На верхней панели гравиметра (рис. 16) расположены уровни 2, отсчетное устройство 2, термометр 3, отверстие для диапазонного ключа, которое закрыто текстолитовым стержнем 4, окуляр микроскопа 5 и патрон для лампы 6.
Средняя часть гравиметра вставлена в сосуд Дьюара. Для более плотного соединения сосуда Дьюара со средней частью гравиметра на последнюю надет шерстяной чехол.