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1、,磁罗经定义:在罗盘磁针与地磁场相互作用下,罗盘能指向磁北极的航海指向仪器。 特点:结构简单,性能可靠,不依赖任何外界条件可独立工作。但受船磁场的影响,罗盘偏离磁北会产生自差。 1997年,IMO通过安装磁罗经的决议,凡大于150总吨以上船舶均应安装:,船用磁罗经(Magnetic Compass),一台标准磁罗经 2) 一台操舵磁罗经;若标准磁罗经为投影或反射式的,可免装操舵罗经 3) 标准罗经与操舵位置间有可靠联络手段 4) 备用一台标准罗经 5) 正确校正磁罗经自差,并有剩余自差表和自差曲线 磁罗经作用:指向及定位,与陀螺罗经一起相辅相成保证船舶安全航行,第一节、磁基础知识 第二节、船用
2、磁罗经 第三节、磁罗经自差原理 第四节、磁罗经自差的测定与校正,船用磁罗经,一 、磁基本概念 二、磁铁 三、磁铁的磁场 四、磁铁体磁化 五、地磁,第一节、磁基础知识,一 、磁基本概念,磁量为m 1和m 2两磁极所产生的相互作用力为: F K ( m1 m2) / r2 ( m1m2) / r2 (在真空,K1),两磁极间的作用力 F(库仑定律),单位磁量: 若在真空中,m1= m2, r = 1cm, F =1dyn,则该磁量称为单位磁量 磁场强度H: 在磁场中某点处,单位正磁量所受到的作用力,称为该点的磁场强度 H = m/r2 (奥),磁感应强度B: 磁感应强度等于磁化场的场强H和铁磁体被
3、磁化后产生的附加磁场H之和,即 B = H + H (高) B = H 磁导率 l均匀磁场 若在一定范围内各点的场强大小相等,方向平行则称此范围内的磁场为均匀磁场。,磁性,物体吸引铁镍等物质的性质。 磁极:磁铁磁性最强处,磁极距端点处为L/12,磁量|-m|=|+m|。,二、磁铁(magnets),磁距(moment):表示磁铁磁性的强弱。 M2lm 磁铁磁距为同名磁量与两磁间距的乘积。 如何保持磁铁磁性: 避免高温振动和恒定磁场干扰; 异名极相靠。,单位正磁量位于磁轴延长线上A点, N极在A点作用力为 FN m /(r-l)2 S极在A点作用力为 FS m / (r+l) 2 则在A点的场强
4、为: H1 = FN + FS = m/(r-l)2m/(r+l)2 = 4rlm/(r2-l2)2 当r l时,H1 2M / r3 H1指向:由S指向N,三、磁铁的磁场,1.在磁轴延长线上某点场强,当lr时,则:,N极和S极在B点作用力FN和FS大小相等,方向对称,即: FNFSm / (r2+l2) FN和FS在水平方向上合力为:,2.在磁轴垂直平分线上某点场强 ;,平行于磁铁轴,指向S极,当与 磁铁中心距离r不变时,位于磁轴延 长线上场强比位于磁轴垂直平分线,H2的指向:,场强大一倍,1.自然界物质按导磁能力可分为: l 磁性物质:铁,镍,钴及其合金等材料, 磁导率1; l 非磁性物质
5、:铜,铝,木,纸,橡胶, 等,磁导率1; l 磁性物质可被磁化:磁力线进端,呈现S极;磁力线出端,呈现N极。 l 非磁性物质不能被磁化。,S,N,H,四、磁铁体磁化,2磁性物质依据其保留磁性程度可分为: 软铁:可在弱磁场中被磁化,但其磁性不固定,随外界磁化场的变化而变化, 可达上万; 硬铁:须在较强磁场中磁化,被磁化后可较长期保留磁性,可达数百至上千。,硬铁,软铁,3磁滞回线 矫顽力Hc:使B(磁感应强度)减小至零的反向磁场Hc称为矫顽力。 剩磁Br:当H变为零时,铁磁体所具有的磁感应强度Br称为剩磁。 硬铁:Br大,Hc大,磁滞回线面积大,Hc通常大于50奥,如碳钢等。 软铁:Br很小,Hc
6、很小,磁滞回线面积狭小,Hc通常小于几奥,如矽钢等。,1地磁极 N,S地磁极位于地球深处,与地理N,S极不重合。 地磁极位置不固定,绕地理N,S极缓慢移动。 磁北极具有负磁量磁南极具有正磁量。 磁力线由南指向北,五、地磁 (terrestrial magnetism),2地磁要素 地磁总力T:沿磁力线切线方向。 磁倾角:地磁总力T与水平面之间的夹角,在北纬:,在南纬: 地磁水平和垂直水平分力: HTcos ZTsin 磁差Var:磁子午面与地理子午面间水平夹角。有东西磁差之分 磁赤道:磁倾角为零点的连线 地磁三要素:H,Var,一、船用磁罗经分类 二、磁罗经结构 三、磁罗经的安装 四、磁罗经的
7、检查,第二节、船用磁罗经,按用途分类: 标准罗经:安装在驾驶台顶的露天甲板上,因安装位置较高,受船磁影响小,故称为标准罗经。 操舵罗经:安装在驾驶室内,用于读取船舶航向。 应急罗经:安装在船尾应急舵前面,用于应急时操舵用。 救生艇罗经:供操纵救生艇时使用。,一、船用罗经分类,2.按罗盘直径分类: 有190mm , 165mm 和 130mm三种。 3.按有无液体分类: 液体罗经:罗盆内充满液体,罗经性能优良,故被广泛使用; 干罗经:罗盘支在轴针上,当船舶摇摆时罗盘稳定性能差,该种罗经已被淘汰。,组成:罗经盆,罗经柜,自差校正器 1.罗盆(compass bowl),二、磁罗经结构,罗经盆由罗盆
8、本体与罗盘组成 罗盆本体 罗盆盆体一般用铜材料制造。 注液孔:用以消除罗盆内气泡。 基线:首基线用于读取船航向。 罗盆液体:多用酒精(45)和蒸馏水(55)的混合液体,,酒精的作用是降低冰点(26)还有使用煤油和防冻液作为罗盆液体。 采取防止液体热膨胀冷缩措施 1)罗盆底部为铜皱片 2)罗盆分为上下两室由毛细管连通,通过罗盆内的压力来调节。 为保持罗盆的稳定性 1) 降低罗盆的重心,在罗盆底部加配重。 2) 罗盆架在常平环上。,罗盘(compass card) 罗盘是指示方向的灵敏部件. 罗盘组成:刻度盘,浮室,磁钢和轴帽 1) 刻度盘由铜片,环氧玻璃布等非磁性材制作,上面刻有0360度刻度和
9、方向点。 2) 浮室:为水密空气室以增加罗盘浮力减小轴针与轴帽之间的摩擦力。 3) 轴帽:轴帽中心处嵌有宝石,轴针尖端由铱金等硬金属制成,以减小与轴帽间的摩擦力。 4) 磁钢:磁钢轴线与刻度盘0180度对称平行罗盘磁钢有条形磁棒和环形磁钢两种类型。,2.罗经柜 (binnacle stand) 罗经柜由非磁性材料制作,用于放置罗盆和自差校正器。 自差校正器,1.磁罗经安装位置应满足的条件: 罗经应安装在船首尾面内,否则因船铁不对称,易使罗经产生较大的剩余自差; 船舶上特别是顶甲板上的钢铁器件应尽量远离罗经,至少大于1米以上; 罗经周围应是开敞的,以便于观测方位。,三:磁罗经的安装,2、罗经的安
10、装 首先用尺测量将罗经 安放在船首尾面内 利用方位圈,借助位 于船首尾内的桅杆和 烟囱等目标,校对罗 经的基线是否准确 罗经基线误差小于0.5,烟囱,磁罗经,桅杆,1.罗盘灵敏度 该项检查实际上是检查轴针与轴帽间摩擦力的大小; 检查方法:用小磁铁将罗盘从原平衡位置向左和向右分别引偏23度,然后移去小磁铁,视罗盘是否恢复原位; 要求与原航向读数相差小于0.2度。,四、磁罗经的检查,2、罗盘摆动周期 1)测量罗盘的摆动半周期来检查罗盘 磁力大小。 2)检查方法:用磁铁将罗盘从原来平衡位置分别向左右引偏40度,移去磁铁,用秒表测量罗盘的摆动半周期,取其平均值。 罗盘摆动半周期应不小于 秒。,(H微特
11、,1奥100微特),3、排除罗盆气泡 1) 气泡产生的原因: a. 因胶皮垫圈老化导致罗盆密封处漏水; b. 浮室漏水。 2) 罗盆内有气泡,会影响观测航向和方位,应及时予以排除。 3) 消除气泡方法: a. 先鉴别罗盆内是何种液体; b. 配制相同的液体; c. 注液孔朝上,用注射器注入液体,直至气泡完全消除为止。,5.自差校正器的检查 硬铁校正器:应无锈,磁棒的极性应与标记相符; 软铁校正器:应不含永久性磁性; 软铁球:将球贴近罗经柜原位转动,若基线所指的度数发生了变化,说明软铁球含有永久性磁性。 佛氏铁:船位于东或西航向上,将佛氏铁分段正反向放入筒中,若航向发生变化,说明佛氏铁含有永久磁
12、性。 可采用敲击,加热的方法退磁。,自差:指罗北偏离磁北的角度。 自差产生的原因:由船磁力(硬铁船磁力和软铁船磁力)产生。 一、波松方程 二、船舶正平时自差 三、倾斜自差,第三节、磁罗经自差原理,1.坐标系(右手直角坐标系): ox:向船首为正; oy:向右舷为正; oz:向下为正。,x,一、泊松方程,2.地磁场对罗经的作用力: 地磁力在罗经三个坐标轴上投影力为:,(“”使三角函数 与坐标系正负号相一致),ox:XHcos ,oy:YHsin ,oz:Z = Z,3.永久船磁对罗经的作用力,1)船硬铁力F在三坐标轴上投影力为: ox:P oy:Q oz:R,2)相对于罗经坐标系,硬铁力的大小和
13、方向固定不变,取决于造船时船首方向及罗经安装位置。,软铁本身没有磁性。 船上软铁可分解成纵向,横向和垂直向的软铁杆,它们分别被地磁力投影力X,Y和Z磁化后,才获得磁性,即对罗经产生作用力。,4、感应船磁对罗经的作用力,船上所纵向软铁杆被X力磁化后对罗经产生总作用力为lX 系数l取决于罗经的位置,纵向软铁杆的数量和性质,1) 纵向软铁杆对罗经的作用,将lX分解到罗经三个坐标轴上: OX: aX OY: dX OZ: gX,类似的,船上所有的横向软铁杆被Y力磁化后,对罗经产生的总作用力为mY,将其分解到三个坐标轴上:,2) 横向软铁杆对罗经的作用,OX:bY ; OY:eY ; OZ:hY ;,船
14、上所有垂直向软铁杆被Z力磁化后,对罗经产生的总作用力为nZ,其在三个坐标轴上投影为:,3) 垂直方向软铁杆对罗经的作用,OX:cZ ; OY:fZ ; OZ:kZ ;,XX+aX+bY+cZ+P YY+dX+eY+fZ+Q Z Z+gX+hY+kZ+R,-Y,X,H,o,Nm,4).柏松方程:,5 、 软铁系数: a,b,c,d,e,f,g,h,k均称为软铁系数 当罗经的位置和软铁数量不变时,软铁系数的大小和符号固定不变。 系数a,e 1) 船体结构可分解为很多纵横向软铁 因此a,e系数较大; 2)大部分纵横向软铁是沿船首尾和左 右舷连续的,因此a,e均为负值;,3)因为横软铁两端磁极比纵向软
15、铁两端磁极至罗经的距离近。故|e|a|。 系数c 船上罗经总是安装在顶甲板的前方,与烟囱较为接近,故系数c较大,且为负值。 系数k 因罗经位置较高,位于罗经下面的垂直软铁较多,故系数k较大,且为正值。,系数g 系数g较小,其符号随罗经安装位置而定。 系数b,d,g,h 因船舶结构都是左右舷对称的,所以安装在船首尾面上的罗经系数b,d,f,h都是正负值同时存在,几乎可相互抵消,因此,一般船上的软铁系数b,d,f,h约为零。,1、罗盘平面上作用力 船正平时,只有泊松方程中的X和Y 两个力对罗经产生影响。 (2) 把X 和Y 分别投影到磁子午线上和垂直磁子午线方向上。,二、船舶正平时自差,在磁子午线上的投影为:,在垂直磁子午线上投影为:,代入以上两式整理后得:,将:,A ,B,C ,D,E 称为准确自差系数,A B C = D E ,罗盘平面上共六个力:一个指北力H,五个自差力A H,B H,C H,D H和E H。,2、各自差力作用方向及其产生的自差与航向和船磁纬度之间的关系: 1)指北力H 由在磁子午线和垂直于磁子午线上的投影公式:,HCOS = H HSin = 0,2、各自差