Общие сведения о магнитных компасах. Уравнения Пуассона

Магнитный компас (МК) — это древнейший навигационный прибор, работа которого основана на использовании свойства магнитной стрелки

ориентироваться по направлению силовых линий внешнего магнитного поля. Полагают, что первые магнитные компасы появились на судах в середине 3 – го столетия новой эры.

И хотя в настоящее время существуют приборы для определения курса судна, основанные на более точных методах, МК благодаря своей высокой надежности и простоте остаются в составе судового оборудования в качестве резервного курсоуказателя. Это положение закреплено Правилом 15 Главы 5 последней редакции Конвенции СОЛАС – 74.

МК предназначен для непрерывного указания в море компасного курса судна и для определения пеленгов и курсовых углов.

Корпус и другие части современного судна, судовые механизмы, двигатель изготавливают из специальных сталей и других материалов способных намагничиваться. Перечисленные элементы судна сохраняют некоторую остаточную намагниченность, приобретенную при их изготовлении и постройке судна. Величина этого намагничивания зависит как от напряженности магнитного поля Земли, так и от магнитных свойств судового железа.

Кроме остаточной постоянной намагниченности элементы судна сохраняют способность намагничиваться (или размагничиваться) в постоянно действующем магнитном поле Земли. Другими словами на судне присутствует как жесткое в магнитном отношении железо, так и магнитомягкое железо.

Таким образом, возникает судовое магнитное поле, определяемое как постоянным судовым магнетизмом жесткого в магнитном отношении железа, так и временной намагниченностью мягкого железа. Оно будет оказывать влияние на показания любого магнитного прибора, размещенного на судне.

Магнитожесткое железо в отличие от магнитомягкого железа сохраняет остаточную намагниченность, которая не зависит от курса судна и магнитной

широты.

Очевидно, судовое магнитное поле действует наряду с магнитным полем Земли на чувствительный элемент (картушку) МК. В результате возникает ошибка или девиация МК — отклонение чувствительного элемента компаса от направления магнитного меридиана. Можно также сказать, что девиация измеряется углом между магнитным и компасным меридианами в плоскости истинного горизонта наблюдателя. Девиацию можно также определить как разность магнитного и компасного курсов: д = к – к^’ . Важно отметить, что девиация не является величиной постоянной, а изменяется в зависимости от курса и широты.

Ясно, что устранить судовое магнитное поле невозможно. Поэтому для повышения точности курсоуказания и пеленгования предпринимают меры для компенсации его действия на чувствительный элемент МК, уничтожая тем самым девиацию.

В основу теории девиации легла теорема Пуассона об однородном намагничивании тел.

Пусть магнитный компас находится на судне в точке 0. Совместное действие магнитного поля Земли и судового магнитного поля алгебраически выражается путем сложения проекций напряженностей этих полей на соответствующие судовые оси:

X’ = X + X₀; Y’ = Y + Y₀; Z’ = Z + Z₀,

где X’, Y’, Z’ — проекции напряженности на судовые оси x, y, z суммарного магнитного поля;

X, Y, Z — проекции напряженности на те же оси магнитного поля Земли.

X₀, Y₀, Z₀ — проекции напряженности магнитного поля судна.

Отсюда

X’ = X + аX + bY + cZ + P;

Y’ = Y + dX + eY + f Z + Q; (1.2)

Z’ = Z + gX + hY + kZ + R.

Формулы (1.2) называют уравнениями Пуассона.

Коэффициенты a, b, c, … k называются параметрами Пуассона. Они характеризуют собой мягкое в магнитном отношении железо, т.е. его магнитные качества, размеры и форму, а также расположение относительно центра магнитного компаса, другими словами относительно начала координат 0.

Слагаемые P, Q, R – это проекции напряженности постоянного судового магнетизма, вызванного действием жесткого в магнитном отношении железа, на судовые оси магнитного поля.

Все перечисленные параметры и проекции P, Q и R остаются практически постоянными до тех пор, пока на судне не изменится расположение железных масс относительно рассматриваемого компаса.

На постоянство этих величин не влияют изменения курса судна. Изменение магнитной широты района плавания не оказывает влияния на P, Q и R, но вызывает незначительные изменения параметров Пуассона.

Путем ряда преобразований уравнений Пуассона с целью установления связи между девиацией и вызывающим ее судовым магнитным полем получили формулу:

sin д = A’ cos д + B’ sin к’ + C’ cos к’ + D’ sin(2 к’ + д) + E’ cos (2’ + д). (1.3)

Здесь A’ , B’ , C’ , D’ и E’ — точные коэффициенты девиации.

Из формул промежуточных преобразований следует, что коэффициенты девиации не зависят от курса судна. Три коэффициента A’ , D’ , E’ не зависят и от магнитной широты района плавания. Коэффициенты B’ и C’ изменяются при переходе судна из одного района земного шара в другой.

Следует отметить, если компас установлен на верхнем мостике в диаметральной плоскости судна, коэффициенты A’ и E’ малы. Остальные коэффициенты могут принимать различные значения, но, как правило, коэффициент B’ самый большой, C’ поменьше, еще меньше коэффициент D’.

Существенный вклад в разработку теории девиации внесли наши соотечественники А.Н. Крылов, Н.Н. Оглобленский, П.А. Домогаров, И.П. Колонг и др. Благодаря их работам отечественная школа девиаторов заняла ведущее место в мире.

Принцип уничтожения девиации основан на создании в центре компаса с помощью магнитов-уничтожителей и мягкого в магнитном отношении железа сил, равных по величине и противоположных по направлению судовым силам, создающих девиацию.

Остаточная девиация не должна превышать 2 – 3⁰.

После очередного уничтожения девиации компаса для учета поправок компаса в процессе плавания рассчитывается таблица остаточной девиации с дискретностью, например, 15 градусов.

Следует упомянуть, так называемую, электромагнитную девиацию (ЭМД). Она возникает в результате действия электромагнитных полей, создаваемых судовыми электроустановками и линиями передачи постоянного тока. Уничтожается ЭМД специальным компенсатором, состоящим из трех взаимно перпендикулярных электромагнитов, обмотки которых подключаются к источнику постоянного тока, создающего ЭМД. Компенсатор устанавливают непосредственно под котелком компаса.

Таким образом, для эффективного использования МК в качестве курсоуказателя необходимо знать причины возникновения ошибок, уметь их определять и при необходимости устранять. А для этого нужно разобраться в особеннстях и параметрах как земного, так и судового магнитных полей.

Дата добавления: 2014-08-04; просмотров: 700; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!