Principios básicos y funcionamiento del gravímetro de resorte de cuarzo tipo Z
(1) Introducción al gravímetro de resorte de cuarzo Z400
El gravímetro de resorte de cuarzo Z400 es producido exclusivamente en China por Beijing Geological Instrument Factory y mide el valor de aceleración de la gravedad en el suelo. Un instrumento de alta precisión para cambios relativos. El sistema elástico del instrumento está hecho de vidrio de cuarzo, adopta un método de lectura de punto cero y está equipado con un dispositivo automático de compensación de temperatura preciso. Tiene las características de alta sensibilidad, amplio rango de medición, alta precisión, peso ligero, tamaño pequeño, fácil uso y cálculo sencillo. Es un instrumento con el mayor rango de lectura directa de instrumentos de medición similares. Cumple con la medición de la gravedad de alta precisión y es adecuado para la medición de la gravedad regional. El cuerpo principal del instrumento es cilíndrico blanco, con un diámetro exterior de 14 cm y una altura de 40 cm. El peso neto del instrumento es de 4,5 kg. Su apariencia se muestra en la Figura 4-3-1.
Figura 4-3-1 Aspecto del gravímetro de resorte de cuarzo Z400
Los principales parámetros técnicos del instrumento son los siguientes:
Guía práctica de enseñanza de Geofísica Aplicada
(2) La estructura y el principio de funcionamiento del gravímetro de resorte de cuarzo Z400
El gravímetro de resorte de cuarzo Z400 consta de un sistema elástico, un sistema de indicación óptica, un sistema de lectura, un sensor térmico sistema de aislamiento, etc. Su estructura principal se muestra en la Figura 4-3-2.
Figura 4-3-2 Diagrama esquemático de la estructura interna del gravímetro de resorte de cuarzo Z400
1. Sistema elástico
El sistema elástico consta de un sensible. dispositivo, un dispositivo de compensación de medición y un dispositivo de compensación de temperatura. Excepto por la carga pesada (anillo de platino) del cuerpo de la balanza y el cable de compensación de temperatura, todos los componentes del sistema elástico están hechos de cuarzo fundido y soldados en un todo, como se muestra en la Figura 4-3-3.
El dispositivo sensible consta del resorte principal 4, el alambre del péndulo 3 y la carga 1. El extremo superior del resorte principal está conectado con la biela y el extremo inferior está conectado con el punto final de soporte del cuerpo de equilibrio. El extremo delantero del cuerpo de la balanza está fijado con un anillo de platino. Cuando la gravedad aumenta, el cuerpo de equilibrio se desvía hacia abajo y el brazo elástico disminuye; cuando la gravedad disminuye, el cuerpo de equilibrio se desvía hacia arriba y el brazo elástico aumenta. El método de conexión del resorte principal provoca pequeños cambios en la gravedad para provocar el equilibrio. La parte del cuerpo es más grande, por lo que desempeña la función de ayudar al movimiento. El resorte principal es un resorte de longitud cero enrollado con alambre de cuarzo con un diámetro de varias decenas de micrones. El extremo delantero del cuerpo de la balanza es un cable indicador 11 que muestra su desviación. La amplitud de movimiento del cuerpo en equilibrio está limitada. El cuerpo de la balanza no tiene dispositivo de sujeción.
El dispositivo de compensación de medición consta de un resorte de medición de rango 10 y un resorte de medición 6, un marco, una biela 7 y un alambre de medición 9. El coeficiente elástico del resorte de medición es mucho menor que el del resorte de medición de rango. Sus extremos superiores están conectados respectivamente al dispositivo micrométrico y sus extremos inferiores están conectados verticalmente a las varillas de soporte soldadas al marco cuando se realiza la lectura del punto cero. utilizado, el dispositivo de compensación de medición compensa los cambios en la gravedad, cuando la gravedad cambia, el cuerpo de la balanza se desvía de la posición cero. En este momento, es posible cambiar el alargamiento del resorte de medición girando el micrómetro (contador). cambiando así el momento elástico que actúa sobre el cable de torsión de medición, lo que hace que el marco y la biela se desvíen juntos, lo que hace que el cuerpo de la balanza regrese a la posición cero. El cambio en el número de micrómetros muestra el cambio en la gravedad, lo que hace que el cuerpo de la balanza se mueva. volver a la posición cero. El cambio en el número del micrómetro muestra el cambio en la gravedad.
Figura 4-3-3 Diagrama de estructura del sistema elástico del gravímetro de resorte de cuarzo Z400
El dispositivo de compensación de temperatura está compuesto por el cable de compensación de temperatura 5, el marco, la biela (y el dispositivo de compensación de medición * **Compuesto por bastidor y bielas). Un extremo del cable metálico de compensación de temperatura está conectado al extremo superior de la biela y el otro extremo está conectado al marco. Un par de cables trenzados de compensación de temperatura se sueldan a ambos lados del otro extremo de la biela y se conectan al marco. Por lo tanto, cuando la longitud del cable de compensación de temperatura cambia debido a la expansión y contracción térmica, la biela y el marco se desviarán entre sí, y la deflexión de la biela provocará un cambio en la posición del extremo superior de el resorte principal para compensar el cuerpo de equilibrio causado por los cambios de temperatura Siempre que la relación geométrica entre los dispositivos se ajuste con precisión, se puede obtener un buen efecto de compensación de temperatura.
Todo el sistema elástico se instala sobre un asiento cilíndrico fabricado en duraluminio, y se recubre con un escudo de duraluminio de dos capas. Para eliminar la influencia de los cambios en el flujo de aire y la presión del aire. Bombee el protector hasta un cierto grado de vacío (aproximadamente 10-15 mm de mercurio) y séllelo herméticamente (hay una válvula de escape en la base). Para eliminar la influencia de la electricidad estática, se instala una lámina metálica radiactiva en el lateral del limitador. Para evitar que se condense el vapor de agua, el protector interior también está equipado con un desecante.
2. Sistema de indicación óptica
La desviación del cuerpo de la balanza en el instrumento se observa a simple vista a través del sistema óptico.
El sistema de iluminación consta de un microscopio con un aumento de aproximadamente 250 veces, que se compone de oculares, placas de escala, lentes de campo, lentes objetivos, prismas de reflexión total, etc., y una parte de iluminación compuesta por bombillas, condensadores, etc. , como se muestra en la Figura 4-3-4.
La "línea brillante" que se ve en el campo de visión es la imagen del cable indicador en el extremo frontal del cuerpo de la balanza. La línea larga en el medio de la escala es la "línea cero". Cuando la gravedad aumenta, el cuerpo de equilibrio se desvía hacia abajo en un ángulo y se puede ver que la línea brillante se desplaza hacia la derecha desde el campo de visión; por el contrario, cuando la gravedad disminuye, la línea brillante se mueve hacia la izquierda; Al observar se utiliza el método de lectura del punto cero, es decir, cada vez que se toma una lectura, la línea brillante debe coincidir con la línea cero y luego se lee el valor del contador. La forma de la fuente de alimentación de iluminación es una perilla en el panel de instrumentos. Levántela suavemente para encenderla. El tubo de luz tiene una pendiente de 45°, que puede reflejar parte de la luz del condensador y se utiliza para iluminar los niveles verticales y horizontales. Para utilizar el método de inclinación para ajustar la sensibilidad, hay una excentricidad de 2 mm entre las líneas centrales de la lente del objetivo y el ocular. Cuando se gira el asiento del ocular, la posición de la línea cero se puede trasladar hacia la izquierda y hacia la derecha.
Figura 4-3-4 Diagrama esquemático del sistema óptico del gravímetro de resorte de cuarzo Z400
3. Sistema de lectura
Este sistema está compuesto por un micrómetro de precisión. tornillos, dispositivo de guía, biela y contador. Hay dos tornillos micrométricos, uno se usa para medir el ajuste del rango y su extremo superior está oculto en el orificio de ajuste del rango en el panel de instrumentos; consulte la Figura 4-3-2. El extremo superior del otro tornillo micrométrico coincide con el contador; El panel, como se muestra en la Figura 4-3-5, se utiliza para lectura directa. Para mantener el sello dentro del instrumento, los dos tornillos micrométricos están conectados al resorte de rango y al resorte de lectura a través de fuelles metálicos. El contador tiene tres dígitos y cuando se gira el tornillo micrométrico una vez, el segundo dígito cambia en un número. El decimal después del dígito único se puede leer basándose en la línea de escala 1/10 en el tambor de un solo dígito correspondiente a la línea de marca fija, y también se puede estimar y leer la distancia media entre las líneas de escala 1/10. Por tanto, los datos que se pueden leer del contador son cinco cifras significativas, como por ejemplo 498,75 cuadrículas.
Figura 4-3-5 Diagrama esquemático del sistema de lectura del gravímetro de resorte de cuarzo Z400
Figura 4-3-6 Diagrama esquemático del sistema de aislamiento del gravímetro de resorte de cuarzo Z400
4. Sistema de aislamiento térmico y otros
Este instrumento no cuenta con termostato eléctrico Para reducir el impacto de los cambios de temperatura externos, se instala un termo en su interior. El aislamiento térmico se rellena entre el termo y la carcasa del instrumento. También hay material aislante entre el contenedor del sistema elástico y la parte superior para evitar el impacto de cambios drásticos de temperatura externa en el interior del instrumento. El sistema de aislamiento se muestra en la Figura 4-3-6.
El lateral de la carcasa del instrumento está equipado con un mango y una caja de batería, y hay tres tornillos de ajuste horizontal en la parte inferior. Los accesorios para instrumentos incluyen chasis, tubos antichoque internos y externos (cajas amortiguadoras) y cajas de herramientas. La superficie del chasis es cóncava, lo que se puede utilizar para nivelar aproximadamente el instrumento. El tubo antichoque interior se utiliza cuando se transporta manualmente el instrumento, y el tubo antichoque exterior se utiliza para almacenar el tubo antichoque interior cuando el instrumento se transporta a largas distancias o en coche.
(3) Pasos de operación del gravímetro de resorte de cuarzo Z400
(1) Nivelar y estabilizar el chasis del instrumento.
(2) Saque con cuidado el instrumento de la caja amortiguadora (preste atención para evitar colisiones con la caja amortiguadora), colóquelo suavemente sobre el chasis y utilice la superficie cóncava del chasis. para nivelarlo aproximadamente. Tenga cuidado de no hacer que el instrumento colapse demasiado cerca del borde del chasis, lo que provocaría que el centro de gravedad se volviera inestable y provocara la caída del instrumento.
(3) Sostenga el instrumento con la mano derecha y levante el interruptor de encendido de iluminación con la mano izquierda.
(4) Gire el tornillo de ajuste horizontal, primero ajuste la burbuja de nivel horizontal al centro y luego ajuste el nivel vertical. Una vez ajustado el nivel, no presione el panel de instrumentos durante toda la operación.
(5) Observe la posición de la línea brillante (es decir, el cable indicador) en el tubo del ocular. Cuando la línea brillante esté en el lado izquierdo de la línea cero de la escala, gire la perilla contraria en el sentido de las agujas del reloj; por el contrario, cuando la línea brillante esté en el lado izquierdo de la línea cero de la escala, hacia la derecha, gire el sentido contrario a las agujas del reloj. Para evitar la influencia del engranaje y la holgura de paso en las lecturas, mantenga siempre la misma dirección de rotación para que la línea brillante coincida con la línea cero cada vez que tome una lectura. Es habitual girar siempre un poco más en el sentido de las agujas del reloj al leer y luego mover la línea brillante desde la izquierda a la posición de la línea cero. Después de que los dos coincidan, registre la lectura en el contador en este momento (lea hasta cinco cifras significativas).
(6) Gire el sentido contrario a las agujas del reloj media vuelta para que la línea brillante se desvíe de la línea cero. Repita el paso (5).
(7) Repita el paso (6) hasta que la diferencia máxima entre tres lecturas consecutivas esté dentro del rango permitido (generalmente de 0,2 a 0,3 divisiones)
(8) Verifique la longitud longitudinal y horizontal Si la burbuja se desvía de la posición central en no más del valor permitido (como 1/2 escala), presione el interruptor de iluminación y registre el tiempo en ese momento (con una precisión de "minutos").
(9) Finalmente, levante suavemente el instrumento y vuelva a colocarlo con cuidado en la caja amortiguadora para que pueda transferirse al siguiente punto de medición para su observación.
(4) Inspección y ajuste del gravímetro de resorte de cuarzo Z400
Para garantizar la precisión de la medición del instrumento, los gravímetros mecánicos como el gravímetro de resorte de cuarzo Z400 no se comercializan oficialmente. Se deben realizar las comprobaciones de rendimiento necesarias. Las inspecciones de rutina incluyen inspección y ajuste del rango de medición, inspección y ajuste de instrumentos de nivel vertical y horizontal, prueba de curva de burbuja e inspección y ajuste de sensibilidad.
(1) Inspección y ajuste del rango de medición: verifique si el rango de medición del gravímetro es adecuado para el rango de observación del área de trabajo local; de lo contrario, debe ajustarse.
(2) Inspección y ajuste de niveles verticales y horizontales y prueba de curva de burbuja: para reducir el impacto del error de nivelación del instrumento en las lecturas del instrumento, se debe inspeccionar y probar la posición horizontal del instrumento. Determine la curva de la burbuja y ajuste los niveles vertical y horizontal. Se requiere que la curva de burbuja medida se desvíe de su posición correcta en no más de (1/4~1/2) rejilla.
(3) Inspección y ajuste de sensibilidad: Para la sensibilidad a la luz del gravímetro de resorte de cuarzo Z400, es decir, la lectura del contador correspondiente cuando la línea brillante está compensada por una división en la escala debe ser ajustado a (16~ 20)Rejilla.
(5) Instrucciones para usar el gravímetro de resorte de cuarzo
(1) Compruebe si los mangos, correas, ganchos, etc. del embalaje del instrumento están firmes en cualquier momento para eliminar peligros ocultos. .
(2) Al levantar y colocar el instrumento, muévalo suavemente y evite colisiones.
(3) Está estrictamente prohibido inclinar, recostar o invertir el instrumento en un ángulo grande.
(4) Después de colocar el instrumento en el chasis, el operador no puede causar problemas ni salir sin permiso.
(5) Al ajustar el nivel y observar las lecturas, no presione el panel de instrumentos.
(6) Proteja el instrumento de la luz solar directa y la lluvia.
(7) Gire el contador de manera uniforme y lenta.
(8) Cuando el instrumento falle durante el trabajo, no deberá ser desmontado en el sitio sin autorización. Deberá ser llevado de regreso a la estación para mantenimiento por personal con experiencia en mantenimiento o enviado a la fábrica para mantenimiento.
(9) El instrumento debe limpiarse una vez al día después del trabajo. Para limpiar el ocular o el panel, utilice papel de limpieza de lentes o un cepillo de cerdas suaves y no se deben utilizar otros sustitutos. Los contratornillos también deben limpiarse y lubricarse periódicamente.