[其他]重力仪的分段式直接恒温系统

说明书

重力仪的分段式直接恒温系统是一种用于石英弹簧重力仪的恒温装置。

已有的石英弹簧重力仪的恒温装置均采用间接恒温方式。间接恒温方式是指重力仪的恒温区和需要恒温的石英弹簧传感系统之间有相当一段距离，石英传感系统易受重力仪外部温度变化的影响。采用间接恒温方式的重力仪，有美国Texax仪器公司的Worden重力仪Master型，加拿大Sodin公司重力仪T型。采用间接恒温方式的重力仪的石英弹簧传感系统容器位于重力仪的底部，由控温部件和加热器构成的恒温区位于石英弹簧传感系统容器的上部。当重力仪外部温度降低时，重力仪的恒温区与重力仪外部的温度梯度增大，恒温区由于处在重力仪保温瓶口附近，所以恒温区会更多地与重力仪上部交换热量，使往下部交换的热量减少，从而使重力仪需要恒温的石英弹簧传感系统容器的温度向下波动。而当重力仪外部温度升高时，重力仪的恒温区与重力仪外部的温度梯度减少，恒温区会更多地与重力仪下部交换热量，使重力仪石英弹簧传感系统容器的温度向上波动。由于石英弹簧重力仪是一种高精度的仪器，其分辨力为重力值10^－8，虽然设有温度补偿装置，但对温度的变化还是非常敏感的。同时电路功耗也大。

上述的T型和Master型重力仪在重力仪内外温差为20℃时，功耗均为2W。恒温精度Master型重力仪是±0.5～1℃，T型重力仪是±0.2～0.5℃，控温方式为开关式。

重力仪分段式直接恒温系统的目的就在于克服已有的石英弹簧重力仪恒温精度低，耗电大的缺陷。使采用分段式直接恒温系统的重力仪恒温精度高，耗电省，更适于野外作业和维护。

分段式直接恒温是：（1）将重力仪原来的只有一套控温电路和加热器改为两套同样的控温电路和两个加热器（主加热器，辅加热器），那么恒温区也就改成两个恒温区。（2）主加热器和控温元件直接放置在石英弹簧传感系统容器位置，使控温电路能直接感受石英弹簧传感系统容器的温度微小变化，并立即调整有关电路将石英弹簧传感系统容器内的温度控制调整并予以恒定在原来的恒定温度值。这种控温方式是以连续的方式不断调整温度波动。控温精度达±0.05℃。

重力仪分段式直接恒温系统主要由主恒温区，辅恒温区，隔热层，水准器座，缓冲层构成。主恒温区由控温电路，加热器，石英弹簧传感系统容器构成。辅恒温区由加热器，水准器座，控温电路构成。主恒温区与辅恒温区之间有一玻璃钢或其它硬塑材料制成的隔热层。厚度为10～15MM，隔热层是圆柱形。两套完全相同的电子控温电路置于辅恒温区上方，温度条件稳定。

下面结合附图对重力仪分段式直接恒温系统作进一步叙述。

图1重力仪分段式直接恒温系统结构示意图。

图2控温电路原理方框图。

图3温度变化对计数影响及恒温结果的实验曲线。

在图1中，重力仪石英弹簧传感系统容器1位于保温瓶9的底部，加热丝组成的主加热器2套在石英弹簧传感容器1的外部。在石英弹簧传感系统容器1与主加热器2之间有一层用0.5～1MM的棉织布套或棉毛制品的布套制成的缓冲层3。由加热丝构成的辅加热器6直接套在水准座5的外面。隔热层4分别用螺钉（图中未标出）固定传感系统容器1上。安装有相同的两套控温电路的线路板7置于水准器座5上面。控温电路中的传感元件（图中未画出）分别安放在石英弹簧传感容器1中和水准器座5中。在隔热筒8与保温瓶口设有瓶口圈10，重力仪操作面板置于隔热筒8最上面。

在重力仪分段式直接恒温系统中，隔热层4隔开主加热器2和辅加热器6，当重力仪外部温度变化时，主要由辅恒区承担重力仪内部与外部的热量交换。主恒温区、传感系统容器1温度可保持恒定。传感系统容器1装有传感系统。由于重力仪内部温度比外部温度要高10～20℃，所以隔热筒8，瓶口圈10、保温瓶9起隔热作用。缓冲层3对主加热器2起传热均匀作用。对于重力仪内部热量的损失。由主加热器2和辅加热器6补偿。水准器座5除装有水准器（图中未画出）外，还作为辅加热器6的载体。

在图2中控温桥路在恒温区偏离恒温度时立即输出信号，经电压放大，功率放大，调整加热器电流，使恒温区在恒温精度范围内维持恒定。

重力仪分段式直接恒温系统通过主恒温区和辅恒温区互相协同配合，提高了恒温精度，尤其是有效地消除了重力仪外部温度短时间内突变对重力仪读数的影响。同时也使得电路功耗减少，更适于野外作业和维护。