船用磁罗经1x教材.ppt

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1、2021/1/26,船用磁罗经,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,2021/1/26,船用磁罗经,2,一台标准磁罗经 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

2、罗经一起相辅相成保证船舶安全航行,2021/1/26,船用磁罗经,3,第一节、磁基础知识 第二节、船用磁罗经 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,2021/1/26,船用磁罗经,4,一 、磁基本概念 二、磁铁 三、磁铁的磁场 四、磁铁体磁化 五、地磁 六、地磁和船磁对磁针的作用,第一节、磁基础知识,2021/1/26,船用磁罗经,5,m1,m2,F,F,r,一 、磁基本概念,两磁极间的作用力 F（库仑定律） 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，空气中并采用电磁单位制CGS，K1

3、2021/1/26,船用磁罗经,6,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,2021/1/26,船用磁罗经,7,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,2021/1/26,船用磁罗经,8,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/1

4、2，磁量|-m|=|+m,L,l,l,S,N,m,m,L/12,L/12,二、磁铁（magnets,2021/1/26,船用磁罗经,9,磁距(moment)：表示磁铁磁性的强弱。 M2lm （CGSM） 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,2021/1/26,船用磁罗经,10,1.在磁轴延长线上某点场强 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点的场强为： H1 = FN + FS = m/(r-l)2m/(r+l)2 = 4rlm/(

5、r2-l2)2 当r l时，H1 2M / r3 H1指向：由S指向N,l,l,o,r,FN,H1,Fs,S,m,m,N,A,l,三、磁铁的磁场,2021/1/26,船用磁罗经,11,当lr时，则,2.在磁轴垂直平分线上某点场强 ; 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： H2,l,l,S,N,o,B,Fs,H2,FN,m,m,r,2021/1/26,船用磁罗经,12,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,2021/1/26,船用磁

6、罗经,13,1.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：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,2021/1/26,船用磁罗经,14,2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，可达数百至上千,2021/1/26,船用磁罗经,15,O,O,H,H,H,A,H,A,H,A,H,A,H,C,H

7、C,H,C,H,C,B,B,B,B,硬铁,软铁,2021/1/26,船用磁罗经,16,3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很小，磁滞回线面积狭小，Hc通常小于几奥，如矽钢等,2021/1/26,船用磁罗经,17,1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,m,m,Z,T,H,PN,Ps,

8、五、地磁 （terrestrial magnetism,2021/1/26,船用磁罗经,18,2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,2021/1/26,船用磁罗经,19,2021/1/26,船用磁罗经,20,m,mH1,磁针静止时，两力偶矩相等 mH1cos2lmHsin2l tgH1/ H 2M / r3H,S,N,rl,mH1,Hm,Hm,N,六、地磁和船磁对磁针的作

9、用,2021/1/26,船用磁罗经,21,磁罗经自差仅与指北力H和船磁力等因素有关，而与罗盘磁针磁距无关，在分析磁针所受外磁场作用力时,用单位正磁量代替罗盘磁针。 若罗经更换备用罗盆，只要罗经周围状态不变化，则罗经的自差不会发生变化,2021/1/26,船用磁罗经,22,一、船用磁罗经分类 二、磁罗经结构 三、磁罗经的安装 四、磁罗经的检查,第二节、船用磁罗经,2021/1/26,船用磁罗经,23,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。

10、救生艇罗经：供操纵救生艇时使用,一、船用罗经分类,2021/1/26,船用磁罗经,24,2021/1/26,船用磁罗经,25,2.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,2021/1/26,船用磁罗经,26,组成：罗经盆，罗经柜，自差校正器 1.罗盆(compass bowl,二、磁罗经结构,2021/1/26,船用磁罗经,27,罗经盆由罗盆本体与罗盘组成 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

11、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,2021/1/26,船用磁罗经,28,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,2021/1/26,船用磁罗经,29,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度刻度和方向点

12、 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,2021/1/26,船用磁罗经,30,2021/1/26,船用磁罗经,31,2.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,2021/1/26,船用磁罗经,32,1.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

13、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,2021/1/26,船用磁罗经,33,2、罗经的安装 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,2021/1/26,船用磁罗经,34,1.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,2021/1/26,船用磁罗经,35,2

14、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，1奥100微特,2021/1/26,船用磁罗经,36,3、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,2021/1/26,船用磁罗经,3

15、7,4.方位圈的检查 方位圈的棱镜面必须垂直于照准面，否则将产生方位误差； 检查方法： a. 转动方位圈使照准线与罗经基线重合； b. 检查从照准线上看到的罗盘读数与船首基线所对的罗盘读数是否相等； c. 两者若不相等，说明方位圈的棱镜面不与照准面垂直，应予以校正,2021/1/26,船用磁罗经,38,5.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性。 可采用敲击

16、加热的方法退磁,2021/1/26,船用磁罗经,39,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,2021/1/26,船用磁罗经,40,1.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,2021/1/26,船用磁罗经,41,X,o,Nm,Y,H,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： ox：XHcos oy：YHsin oz：Z = Z,“”使三角函数 与坐标系正负号相一致,2021/1/26,船用

17、磁罗经,42,3.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,2021/1/26,船用磁罗经,43,2）相对于罗经坐标系，硬铁力的大小和方向固定不变，取决于造船时船首方向及罗经安装位置。 4、感应船磁对罗经的作用力 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,2021/1/26,船用磁罗经,44,1) 纵向软铁杆对罗经的作用 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 将lX分解到罗经三个坐标轴上：

18、 OX： aX OY： dX OZ： gX,o,dx,ax,gx,x,y,z,lx,2021/1/26,船用磁罗经,45,2) 横向软铁杆对罗经的作用 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： OX：bY ； OY：eY ； OZ：hY,o,ey,by,hy,x,y,z,my,2021/1/26,船用磁罗经,46,3) 垂直方向软铁杆对罗经的作用 船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： OX：cZ ； OY：fZ ； OZ：kZ,o,fz,cz,kz,x,y,z,nz,2021/1/26,船用

19、磁罗经,47,4).柏松方程： XX+aX+bY+cZ+P YY+dX+eY+fZ+Q Z Z+gX+hY+kZ+R,Y,X,H,o,Nm,2021/1/26,船用磁罗经,48,5 、 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,2021/1/26,船用磁罗经,49,3）因为横软铁两端磁极比纵向软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,2021/1/26,船用磁罗经,50,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