Электромагнитный теодолит для определения элементов земного магнитного поля Советский патент 1935 года по МПК G01C1/02 G01C17/30 

Известную полевую магнуто-метрическую аппаратуру для измерения элементов земного магнетизма по устройству осей вращения магнитной системы можно разделить на три группы:

1.Магнит подвешивается на нити (коконовой, кварцевой и др.)) например, магнитные теодолиты, электрические магнитометры.

2.Магнит вращается на острие, например, магнитные компасы, деклинаторы и т. д.1

3.Магнит вращается на кварцевых (агатовых) призмах-ножах, и стальных шейках, например, вариационные приборы, горизонтальные и вертикальные весы .Шмидта, инклинаторы.

Все эти системы осей вращения имеют целый ряд неудобств и являются источниками оЩибок, не поддающихся учету, например: процесс раскручивания йитей занимает иногда несколько часов; изменение температуры и влажности воздуха вынуждает делать повторное раскручивание; кроме того, на каждой станции надо заниматься центрировкой магнита, регулировкой по высоте, так как нить меняет длину, перек;1адыванием магнита в стремени, а в силу малого магнитного момента магнита последний не может полностью-преодолеть крутящего момента, нити.

В другие осях вращения, когда магнитная система качается на призмах

или остриях/ имеется другой источник ошибок, заключающийся в наличии трения между острием и агатовой (сапфировой) топкой, призмой и кварнцевой (агатовой) подушкой, между осью стрелки и ножами. Эти ошибки, являющиеся следствием застоя магнитной системы, невозможно в этих конструкциях; осей ни учесть, ни обойти.

Процесс успо гаивания магнктноШ системы, несмотря на арретирные приспособления и демпферы, отнимает., много времени. При успокаивани магнита, висящего на нити, последним даже при небольших сотрясениях, колебаниях почвы и ветра-начинает „танцовать.

Еще большие ошибки в магнитной аппаратуре возникают от влияния температуры. Введение же поправок за температуру во всех случаях ненадежно, так как температура магнитной системы отстает от показаний термометра, и последний показывает не температуру магнита, а температуру окружающего воздуха. При больших же колебаниях температуры и небольших значениях (величинах) горизонтальной и вертикальной составляющих полевые наблюдения обесцениваются или становятся негодными, так как поправка за температуру превышает эти значения приращений горизонтальной и вертикальной составляющих земного магнетизма.

Наконец, определение каждого элемента земного магнетизма отдельными приборами вводит в полученные значения этих элементов различные инструментальные ошибки, свойственные каждому прибору, в виду чего они не равноценны.

Предлагаемый электромагнитнь1Й теодолит для определения элементов земтного магнитного поля, выполненный по схеме теодолита с оптическим отсчетом и заключающий в себе магнитную систему и кольца Гельмгольца, имеет целью устранить в значительной мере вышеперечисленные недостатки, а сцедовательно и возникающие от них ащибки и поправки.I

На чертеже фиг. 1 изображает вид электромагнитного теодолита для определения элементов земного магнитного поля с вер;гикально расположенными кольцами; фиг. 3--разрез шара, содержащего магнитную стрелку; фиг. 4-схему компенсадирнного способа.

На оси 1 вращения зрительной трубы 2 надеты два параллельных кольца 3 Гельмгольца, имеющие по несколько витков провода (по методу синус-гальванометра), по которым протекает электрический ток в одном направлении. В середине колец Гельмгольца помещается пустотелый шар 4, скрепленный со зрительной трубой 2. Пустотелый щар 4 заполнен бесцветной прозрачной жидкостью 5 (фиг. 3). В этой жидкости 5 помещен- второй шар 6 с расположенной внутри него магнитной системой, причем вес шара с магнитной системой равен весу такого же объема жидкости. По диаметру 6 с магнитной системой с двух противоположных концов ввинчены две иглы 7, служащие осью вращения магнитной системы. Ось 7-7 вращения магнитной системы расположена перпендикулярно к геометрической (визирной) оси зрительной трубы 2 и перпендикулярно к горизонтальной оси (вращения) трубы 2 и упирается в топки 9, 9. Шар магнитнЬй системь опоясывается стекляннь1м кЬльцом лимба /, на котором нанесень градусные деления. Плоскость лимба 10 перпендикулярна к оси 7 вращения магнитной системы. Отсчет по лимбу магнитной системь можно производить следующим образом. Лучи S, S

света, отраженные от зеркал //, попадают с обоих концов пустотелой оси вращения зрительной трубы на трехгранные призмы /2, помещенные под двумя противоположными концами лимба 10. Испытав в призмах 12 полное внутреннее отражение, лучи, пройдя через жидкость, освещают деления лимба. Освещенные деления лимба посылают лучи через оптическую систему рнутри ломаных трубочек /J (фиг. 1) и сходятся под окуляром зрительной трубы, где и производится отсчет сразу по двум противоположным концам лимба магнитной системы. Для измерения склонения магнитная система дезарретируется, зрительная труба наводится на миру и после закрепления вертикальной оси вращения теодолита приводится с помощью уровня на трубе или шаре в горизонтальное положение, в силу чего ось вращения магнитной системы примет вертикальное положение и в ркуляре зрительной трубы берется отсчет сразу по двум нониусам магнитной системы. Для измерения горизонтальной .составляющей земного магнетизма следует только пропустить ток в кольца 3 Гедьмгольца. Повторные наблюдения склонения и горизонтальной составляющей, произродятся переводом трубы через з(гнит. Вторая серия наблюдения склонения и горизонтальной составляющей производится после пере.кладывания зрительной трубы со скрепленными с ней кольцами 3 Гельмгольца в лагерах 14.

Для измерения наклонения и вертикальной составляющей земного магнетизма плоскости колец 3 Гельмгольца располагают горизонтально (фиг. 2). Для этого на зрительной трубе имеются две шейки 15 (фиг. 1), которые вставляются в лагеры 14 и следовательно ось вращения магнитной системы располагается ropHaoHTaiibHO. Так как кольца 5 Гельмгольца заменяют отклоняющий магнит, .то числовая величина силы тока в кольцах определяется по компенсационному способу, сущность которого видна из схемы (фиг. 4). Ток г будет известен, сли известно сопротивление , на концах которого образуется напряжение Е нормального элемента

ТР

Вестрна, а именно, -D-- О том, что напряжение на концах нормального со

противления сделано равным f, можно судить по отсутствию тока в чувствительном гапьванометре О , когда в цепи EGток, идущий от аккумулятора В, как раз компенсирует ток, возбуждаемый нормальным элементом Вестона, но направляемый в противоположную сторону.

В электромагнитном теодолите для астрономических наблюдений имеются труба с ломаным коленом 16, вертикальный и горизонтальный лимбы.

Описанный электромагнитный теодолит полевого типа может заменить магнитные теодолиты с их многочисленными ненадежными поправками и погрешностями (на закручивание нити, за амплитуду, за температуру, за индукцию и пр.) и путем замены оси вращения современного электрического магнитометра для измерения склонения и горизонтальной составляющей, он может дополнит его измерением еще двух элементов: наклонения и вертикальной составляющей.

Помещение шара с магнитной системой в жидкость позволяет значительно увеличить вес магнитной системы, а сле; овательно магнитного момента; вся тяжесть системы передается не на ось вращения, а на жидкость и поэтому ось вращения играет скорее направляющую роль, чем роль опоры; жидкость способствует быстрому затуханию колебаний магнитной системы, а достаточно большой магнитный момент магнита позволяет легко преодолеть как сопротивление трения в жидкости, так и трение в оси, следовательно исключена возможность застоя магнитной системы; так как температура жидкости меняется медленно, а магнитная система будет имет)ь одинаковую температуру с температурой жидкости, то температурный коэфициент магнитной системы может быть определен достаточно точно, если даже температура окружающего воздуха меняется и быстро. В случае применения некоторых масел, застывающих при низких температурах и испаряющихся при

очень высоких, имеется возможность производить наблюдения почти круглый год, чего никак нельзя сказать про современные конструкции теодолитов и магнитометров.

И наконец весьма простая и удобная перемена направления оси вращения магнитной системы (перекладываниями осей, переводом трубы через зенит) дает возможность не только делать совокупные определения всех элементов земного магнетизма одним инструментом с астрономическими определениями (HJ)H земной ориентировкой); но и дает большую уверенность в этих наблюдениях, так как четырехкратное определение каждого элемента прилразличных положениях оси исключает почти все инструментальные ошибки и погрешности О даже II порядка малости).

Предмет изобретения.

1.Электромагнитный теодолит для определения элементов земного магнитного поля, выполненный по схеме теодолита с оптическим отсчетом и заключающий в себе магнитную систейу и кольца Гельмгольца, отличающийся тем, что магнитная система расположёна внутри шара б, установленного на остриях внутри второго шара 4, с п розра ч ной жидкостью, каковой шар скреплен с осью / вращения зрительной трубы и с самой зрительной трубой 2 Т1аким образом, чтобы ось / вращения, несущая колы 3 Гельмгольца, была направлена по одному диаметру шара, а оптическая ось трубы-по перпендикулярному к нему диаметру, для чего труба 2 снабжена ломаным коленом 16.

2.Форма выполнения электромап итного теодолита по п. 1, отличающаяся тем, что зрительная труба 2 снабжена двумя шейками 75, служащими для помещения их в лагеры 14 при измерении наклонения и вертикальной составляющей земного поля.

к авторскому свидетельству А. Ф. Платонова

№ 45078 ,