第三章 船用磁罗经汇总Word格式文档下载.docx
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二、磁铁
目前所应用的各种磁铁均为人造磁铁,即用人工方法将镍、钴、钨等金属材料经磁化而制成的。
磁罗经中均使用条形磁铁,如图5—1所示。
条形磁铁的磁极主要集中在磁棒的两端,我们将磁性最强的地方称为磁极。
一根自由悬挂着的磁铁,指向地磁北极的一端称为北极,用“N”表示,并涂成红色,其磁量用+m表示;
指向地磁南极的一端,称为南极,用“S”
表示,并涂成蓝色或黄色等,其磁量用-m表
示。
两磁极间的连线称为磁轴,同一磁铁两
磁极的磁量是相等的。
磁铁磁极的位置视磁
铁形状、金属材料、磁化过程和磁化程度而
定,用L表示磁铁的全长,通常认为南北磁
极距磁铁两端为L/12。
图5-1磁铁
一根磁铁磁性的大小除与外界磁化场的强弱有关外,还正比于磁铁材料磁导率和几何尺寸。
我们用磁矩表示磁铁的磁性大小,磁矩是同名磁量与两磁极间距离的乘积,用字母M表示,即:
M=2ml(5-3)
式中m为磁极的磁量,2l为两磁极之间的距离。
磁矩的单位用电磁单位制通用符号CGSM表示。
为了保持磁铁的磁性,磁铁存放时应避免受到高温,敲击或其它恒定磁场的影响,并应使磁铁异名极相靠。
三、磁铁的磁场强度
在磁铁周围各点的场强是比较复杂的。
其大小和方向都会发生变化,下面仅对与校正罗经自差有关的二种位置加以讨论。
1、磁铁磁轴延长线上某点的场强
设有单位正磁量位于具有磁量为m的磁铁的磁轴
延长线上的P1点,见图5—2。
该点与磁铁中心的距离
OP1=r,磁铁两磁极间的半长为l。
按磁铁强度的定义,磁铁北极和磁铁南级分别对
P1点产生的作用力为FN和FS,其合力为H1,即
H1=FN+FS(5-4)
若磁铁的半长l远小于距离r时,合力H1可近似为:
H1=2M/r3
H1的方向沿着磁轴延长线。
罗经柜中垂直磁铁对罗经
的作用力即属此种位置。
2、磁铁磁轴垂直平分线上某点的场强图5-2磁轴延长线上场强
如图5—3所示,设有单位正磁量位于磁轴垂直平分线上的P2点,磁铁中心O点至P2点的距离为r,由图可见,磁铁北极的作用力FN与南极的作用力Fs两者大小相等,但其方向对称分布。
力FN和Fs在磁轴垂直平分线上的投影之和为零,而在平行于磁轴方向上的合力为:
H2=FN,Scosα
当磁铁半长l远小于r时,H2可近似为:
H2=M/r3(5-5)
H2的方向与磁轴平行,并指向S端。
比较H2与H1两式,不难看出,在相同条件
下,H2之值是H1的一半。
罗经柜中纵横校
正磁铁对罗经的作用力即属于H2。
四、磁性物质的磁化
自然界内的物质按其导磁能力的大小,
可分为磁性物质和非磁性物质两大类。
图5-3磁轴垂线上场强
1、磁性物质
磁性物质又称为铁磁性物质,铁、镍、钴及其合金等金属材料均属于磁性物质。
磁性物质的磁导率μ»
1,其值可达数千乃至数万之巨。
磁性物质被磁化后可呈现出较强的磁性。
在B—H曲线上,当外磁场H为零时,磁感应强度B并非为零,B=BrBr称为剩磁。
这种B的变化落后于H变化的现象叫做磁滞现象。
为消除剩磁,必须加一反向磁场,当使磁感应强度B降为零时,所加的反向磁场H=Hc,Hc称为矫顽力,它表示磁性物质抗去磁的能力。
实验证明,铁磁体被磁化的极性与它相对于磁场的方向有关,如图5—4所示,即铁磁
体被磁化的磁极与原磁铁的极性刚好相反,磁
力线进去一端为“S”极,磁力线出去一端为
“N”极。
若外磁场方向与铁磁体纵轴相垂直,
则其退磁系数为无穷大,铁磁体不能被磁化。
磁性物质按其保留磁性的大小,又可分为
硬铁和软铁两类。
硬铁磁性材料需由较强的外图5—4铁磁体磁化
磁场磁化,一经磁化后,其剩磁可保留较长时间不易消失,亦即硬铁的特点是剩磁和矫顽力均较大;
而软铁磁性材料可在较弱磁场中被磁化,一旦外磁场消失,共磁性几乎也随之消失,即软铁不保留磁性。
软铁的特点是剩磁,矫顽力均较小。
实际上,硬铁和软铁很难严格地区分,通常将矫顽HC大于50奥的磁性材料视为硬铁,如碳钢、钴钢、钨钢及其合金等;
矫顽力HC小于几奥的磁性材料视为软铁,如软铁、坡莫合金、矽钢等。
2、非磁性物质
非磁性物质有金、银、铜、木、纸、铝、橡胶、玻璃等,其磁导率约为1。
非磁性材料在磁场中被磁化后,所产生的附加磁场甚微,可予忽略,故可认为非磁材料不能被磁化。
因此在制造磁罗经时,为避免产生附加的磁性干扰,除了指向元件外,其余所有的材料均采用非磁性材料。
五、地磁场
地球可认为是一个均匀磁化的球化,在其周围空间存在着磁场。
地磁极位于地理南北极附近,而且位于地球深处。
地磁极的地理位置是不固定的,逐年缓慢变化。
值得注意的是,南半球的南磁极具有正磁量,而北半球的北磁极却具有负磁量,因此,围绕地球空间的磁力线是从南半球走向北半球的,如图5—5所示。
地面上任意一点的地磁场方向,可用一根自由悬挂的顺着地磁总力T指向的磁针来测定。
通过磁针磁轴的垂面,称为该地的磁子午面,磁子午面与地理子午面的水平夹角,称为磁差(Var),如图5—6所示。
图5—5地磁场图5—6地磁要素
将地磁总力T分解为作用于磁子午面的水平磁力H和垂直磁力Z,即得:
H=TcosθZ=Tsinθ(5-6)
水平磁力H和地磁总力T之间的夹角θ,称为磁倾角。
在北半球。
θ角在水平面之下,其符号定为(+);
反之,在南半球,θ角在水平面之上,其符号定为(-)。
在地球表面上,磁倾角为零各点的连线称为磁赤道。
自磁赤道向两极,磁倾角θ逐渐增大,在磁北极,磁倾角为+90°
;
在磁南极,磁倾角为-90°
。
将磁倾角为固定值点的连线称为磁纬度。
在水平磁力H的作用下,罗盘指向磁北。
水平磁力在磁赤道外最大,约为0.4奥,而垂直磁力Z在磁赤道处为零。
在磁极处,垂直磁力Z为最大,约为0.7奥。
而水平磁力H却为零,因而导致磁罗经在磁极附近是不能指向的。
在不同的地理位置,磁差是不相同的。
磁差的变化范围为0°
~180°
纬度越高,磁差越大。
当磁北分别位于真北的东面或西面时,分别称为东磁差和西磁差。
通常把地磁水平磁力H,磁倾角θ和磁差Var称为地磁三要素。
在海图上将同一地磁要素相同值的各点连成等值线,这种曲线图称为地磁图。
目前,航海上所使用的地磁图有等磁差线图、等水平力线图、等垂直力线图、等磁倾角线图和等地磁总力线图等。
由于各地磁要素逐平缓慢地变化,因此各地磁图与标注的数据只实用于某一持定年份,通常地磁要素图每5年左右重新绘制一次。
在实际使用时,为获得较准确的数据,应根据地磁要素的年变化率修正地磁图上标注的数据。
第二节船用磁罗经
一、磁罗经的分类
1、按罗盆内有无液体分类,
罗经可分为液体罗经和干罗经两类,因船舶摇摆时,干罗经的罗盘不易稳定,使用不方便,故已被淘汰了。
液体罗经的罗盘浸浮在盛满液体的罗盆内,因受液体的阻尼作用,船舶摇摆时,罗盘的指向稳定性较好。
另外受液体浮力的作用,可减小轴针与轴帽间的磨擦力,提高了罗盘的灵敏度,这种液体罗经在现代船舶上得到普遍使用。
2、按磁罗经的用途分类
(1)标准罗经,它用来指示船舶航向和测定物标的方位。
一般安装在驾驶室顶露天甲板上,因其位置较高,受船磁影响小,指向较为准确,故称为标准罗经。
有的标准罗经配有一套导光装置,可将罗盘刻度投射到驾驶室内的平面镜中,供操舵人员观察航向。
根据照射罗盘光源位置的不同,这类罗经又可分为投影式和反射式两种。
投影式罗经光源在罗盘的上方,罗盘上的刻度均被挖空以便透射光线;
而反射式罗经的光源从罗盘下方向上照射,经过反射把罗盘上的度数传至驾驶室内的平面境中。
(2)操舵罗经,安装在驾驶室内,专供操舵用。
当安装有反射或投影式的标准罗经时,可免装操舵罗经。
(3)救生艇罗经,每个救生艇都备有一个小型液体罗经,以供操纵救生艇时使用。
(4)应急罗经,安装在应急舵房内,以便使用应急舵航行时,指示航向。
当船舶装有陀螺罗经,大都用它的分罗经作应急罗经。
3、按罗盘的直径分
常用的有190mm型、165mm型,130mm型等三种罗盘直径的罗经。
190mm罗径安装在中大型船舶上、165mm和130mm罗经安装在中小型船舶上。
二、磁罗经的结构
一般船上使用的磁罗经,均由罗盆、罗经柜和自差校正器三部分组成。
1、罗经柜
罗经柜是用非磁性材料制成的,用来支撑罗
盆和安放消除自差校正器,如图5—7所示。
在罗经柜的顶部有罗经帽,它可以保护罗盆,
使其避免雨淋和阳光照射,以及在夜航中
防止照明灯光外露。
在罗经柜的正前方,有一竖直圆筒,筒内根
据需要放置长短不一消除自差用的佛氏铁或在竖
直的长方形盒内放数根消除自差用的软铁条。
在罗经柜左右正横有放置象限自差校正器(软铁球或软铁片)的座架,软铁球或软铁盒的中心位于罗盘磁针的平面内,并可内外移动。
罗盘放置在常平环上,以在船体发生倾斜时,罗盆保持水平。
常平环通常装在减震装置上,以减缓罗盆震动。
在罗经柜内,位于罗盘中心正下方安装一根垂直铜管,管内放值消除倾斜自差的垂直磁
铁,并由吊链拉动可在管内上下移动。
图5—7罗经柜
在罗经柜还有放置消除半圆自差的水平纵横向磁铁的架子,并保证罗经中心应位于纵横磁铁的垂直平分线上。
2、罗盆
罗盆由罗盆本体和罗盘两部分组成,如图5-8所示。
罗盆系铜制成,其顶部为玻璃盖,玻璃盖的边缘有水密橡皮圈,并用一铜环压紧以保持
水密,,罗盆重心均较低,以使罗盆在船摇摆时,仍能保持水平。
罗盆内充满液体,通常为酒精与蒸镏水的混合液,混合液的比例为45%饮料酒精和55%
二次蒸馏水,在温度为15℃时,共比重约为0.95。
酒精的作用是为了降低冰点,该溶液沸点为+83℃,冰点为-26℃,粘度系数在温度+50℃至-20℃之间不产生显著变化,有的罗经还用纯净的煤油做罗盆液体。
在罗盆的侧壁有一注液孔,供灌注液体以排除罗盆内的气泡。
注液孔平时由螺丝旋紧以保持水密。
在罗盆内,其前后方均装有罗经基线,位于船首方向的称为首基线,当首基线位于船首尾面内时,其所指示的罗盘刻度即为本船的航向。
罗盆还采取了用以调节盆内液体热胀冷
缩的措施。
有罗经在其罗盆底部装有铜皮压
成的波纹形的皱皮,用以调节罗盆内液体的
膨胀与收缩;
还有罗经,其罗盆分为上下两
室,如图5—8所示,上室安放罗盘,并充
满液体;
下室液体不满,留有一定的空间,图5—8罗盆
由毛细管连通罗盆的上下两室。
当温度升高时,上室液体受热膨胀,一部分液体通过毛
细管流到下室;
反之,当
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