船用磁罗经.docx

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船用磁罗经

第2篇船用磁罗经

第1章船用磁罗经

1.1磁的基本知识

基本要求

1．了解磁的基本概念；

2．掌握地磁的有关基本概念及地磁三要素；

3．掌握磁铁对磁针的作用。

教学内容

1.1.1磁的基本概念

1.磁性

物体吸引铁、钢、镍等物质的性质叫做磁性。

分为永久磁性和瞬时磁性。

2.磁铁

凡是带有磁性的物质称为磁铁。

分为天然磁铁和人造磁铁。

3.磁极

磁铁磁性最强的区域称为磁极。

磁铁无磁性的区域称中性区。

条形磁铁的磁极位于距末端约为磁铁长度L的1/12处。

两磁极分别称之为北极和南极，用“N”或红色和“S”或蓝色表示。

两磁极的连线为磁轴，方向为SN。

磁极强度用磁极所含的磁量（m）来表示的。

北极所含磁量为正，南极所含磁量为负。

两磁极的磁量总是相等、符号相反。

4.磁矩

磁铁通常用磁矩表示其强弱。

磁铁的磁矩（M）是同名磁量与两磁极间距离的乘积。

若用2l表示两磁极间的距离，则磁矩为M=2ml。

它是一个矢量，方向与磁轴方向一致。

5.磁力

磁极之间的相互作用力，称为磁力。

具有同性相斥、异性相吸的性质。

根据库仑定律，计算磁力大小的公式是

式中m1和m2表示两磁极所含的磁量；r表示两磁极间的距离；K为比例常数，取决于采用的单位制和介质。

在空气中K约为1，则

。

1.1.2磁铁的磁场强度

1．磁场

磁铁周围磁力所及范围叫磁场。

磁力线从N极到S极。

2．磁场强度

磁场的强弱用磁场强度来描述。

磁场中，单位正磁量（+1）在某点所受的磁力称为此点的磁场强度。

是一个矢量，用字母H来表示。

若在磁量为m所产生的磁场中，距离为r处的磁场强度为

在电磁系单位中，磁场强度的单位为奥斯忒（Oe）。

若磁场中某区域内各点的磁场强度大小相等，方向相同，则该区域内的磁场称为均匀磁场。

实际中，位于船体范围内的地磁场可视为均匀磁场。

3．条形磁铁的磁场强度

设r为所求点处到磁铁的中心点的距离，M为磁铁的磁矩。

根据分析可求得

1）磁铁的磁轴延长线上某点的磁场强度为

，方向与磁轴方向一致。

船用磁罗经罗经柜中的垂直校正磁铁对罗盘磁针的作用就属于此种情况。

2）条形磁铁垂直平分线上某点的磁场强度为

，方向平行于条形磁铁。

船用磁罗经罗经柜中的水平纵横校正条形磁铁对罗盘磁针的作用就属于此种情况。

3）条形磁铁磁场中任意一点的磁场强度为

，方向为沿磁力线方向。

当=0时，

；当=90时，

，分别与位于磁铁磁轴延长线上和垂直平分线上的磁场强度完全一致。

1.1.3铁磁质的磁化

1．铁磁质

自然界的物质按导磁能力分为磁性物质和非磁性物质。

磁性物质也就是能被磁铁吸引的物质，又称铁磁质。

铁、镍、钴及其合金等金属材料都属于铁磁质。

2．磁化

没有磁性的铁磁质在磁场中得到磁性的现象称之为磁化。

铁磁质被磁化后所带磁性的极性与其处于磁场中的方向有关，顺着磁场方向的两端分别为S和N极。

3．磁化强度

铁磁质单位体积的磁矩称之为磁化强度（J）。

铁磁质在弱磁场中被磁化时的磁化强度可近似地认为与外界磁场强度成正比。

4．磁滞回线

1）磁滞：

磁化强度（J）落后于外磁场强度（H）变化的现象。

2）磁滞回线：

铁磁质的磁化强度J随外界磁场强度H变化的关系曲线称之磁滞回线。

如图1.1.2所示。

外磁场强度H从零开始逐渐增加，铁磁质磁化强度J随之沿OA线增加，当外磁场强度增加到HA时，磁化强度J达到饱和状态Js不再增加；若H逐渐减小到零时，J将沿曲线AB下降到Jr，不等于零。

为消除之必须加反向磁场，当反向磁场增大至Hc时，J降为零；若继续增大反向磁场到Hs时，J达到反向饱和不再增大。

若外磁场再向正向增大，J则沿CBA变化形成一条闭合曲线。

去掉外磁场后，铁磁质仍保留一定的磁性。

3）剩磁：

当外磁场强度H为零时，铁磁质中保留的磁化强度Jr称之为剩磁。

4）矫顽力：

当铁磁质的磁化强度为零时的反向外加磁场强度Hc称之为矫顽力。

表示铁磁质抵抗去磁的能力。

5．铁磁质的分类

1）硬铁：

通常将矫顽力大于50奥斯忒（Oe）的铁磁质称之为硬铁。

硬铁难磁化，磁化后磁性可保留较长时间，难消失，磁性不随外界磁场变化而改变。

即剩磁和矫顽力均较大，相应的磁滞回线包围的面积也较大。

如碳钢、钴钢、钨钢及其合金，可用来制造永久磁铁。

2）软铁：

通常视矫顽力小于几个奥斯忒（Oe）的铁磁质称之为软铁。

软铁易磁化，磁化后磁性很易消失，磁性随外界磁场变化而变化。

即剩磁和矫顽力均较小，相应的磁滞回线包围的面积也较小。

如坡莫合金、矽钢等。

1.1.4地磁场

地球是一个均匀磁化球体，外表空间存在着磁场，其磁轴和地轴不重合。

1．地磁极

地磁极处于地球的深处，其地理位置不是固定不变的，而是随时间缓慢变化。

位于北半球的地磁极称为磁北极，是负磁量；南半球的地磁极称为磁南极，是正磁量。

围绕地球空间的磁力线是从南半球走向北半球的。

2．磁子午面

某点地磁力所位于的垂直面称之为磁子午面。

如图1.1.3所示。

3．磁差

某点磁子午面与地理子午面的水平夹角称之为磁差，即某点处的磁北与地理真北之间的方向夹角，用Var表示，如图1.1.3所示。

它随地理位置和时间的变化而变化。

若磁北偏在真北的东面为东磁差，用E、+、LOW表示；若磁北偏在真北的西面为西磁差，用W、、HIGH表示。

4．地磁倾角

地磁力与水平面的夹角称之为地磁倾角，如图1.1.3所示。

地磁力低于水平面时，0；高于水平面时，0。

磁北极，为+90；磁南极，为90。

5．磁赤道

地面上地磁倾角为零的点连接而成的曲线叫做磁赤道，是不规则的。

6．指北力

如图1.1.3所示，将地磁力T分解为水平分量H和垂直分量Z，有H=Tcos，Z=Tcos。

只有在地磁水平分量H的作用下，磁罗经磁针才能指向磁北，故称之为指北力。

可见，H越大，磁罗经的指向性越好；在磁赤道处H为最大，在磁极附近H约为零，磁罗经无法指示地理方位。

垂直分量Z则在磁赤道处为零，两磁极附近最大。

7．地磁三要素

将地磁的地磁水平分量H、地磁倾角和磁差Var称为地磁三要素。

只要知道此三个量，就可以求出其它的量。

在海图和地图上，将同一地磁要素的相同值的地方连成等值线，这种图称之为地磁要素图。

1.1.5磁铁对磁针的作用

1．磁针的力偶矩

在陆地上，支轴支持的水平磁针受地磁水平分量的作用，停在磁子午线上（忽略摩擦力）。

设磁针的N极磁量为m，S极为m，则地磁作用力分别为+mH和mH。

若将磁针偏转一个角度，则地磁力+mH和mH构成一个力偶，如图1.1.4所示。

其所得力偶矩为：

P=2mHlsin=MHsin

磁针在力偶矩的作用下转动，若不考虑支承点的摩擦力，则停止转动处于平衡状态时，有=0，P=0。

可见磁针停转平衡时的指示方向总是与磁场的方向一致，且与磁针本身磁性强度无关。

若考虑支承点的摩擦力，则设摩擦力产生的摩擦力矩为Q，当磁针停止转动处于平衡状态时，摩擦力矩与力偶矩相等，即P=Q。

此时磁针指向与磁子午线不重合，而成一个角度，称之为停滞角，用表示。

则有

即

通常角是很小的，所以

从上式可知，停滞角与摩擦力矩、磁针的磁性和地磁场水平分量有关，即与Q成正比，与MH成反比。

这就是为什么地磁极处磁针不能指北（磁罗经不能使用）的原因，也是检查磁罗经轴针轴帽间的磨损程度——灵敏度检查的依据。

2．磁铁对磁针的作用

将磁针置于磁铁附近，且不考虑磁针支承点的摩擦力。

设磁针处的地磁水平分量为H，磁铁产生的磁场水平分量为H1，则磁针受到合磁场的作用，其指向与合磁场的方向一致。

如图1.1.5所示。

结论：

1）在相同的条件下，磁针相对磁铁的位置不同，即H1不同，则磁针偏离磁北的角度不同。

2）磁针偏离磁北的角度（）仅与地磁水平分量（H）、磁铁磁场水平分量（H1）（磁铁的磁矩M1及磁针和磁铁之间的距离r）有关，而与磁针本身的磁性（M）无关。

实际使用时，只要罗经的位置、罗经柜上校正器和周围的磁场状态不变，并且不考虑感应自差，若仅更换罗盆（盘），则新罗盆（盘）的自差（）不会发生变化。

要点复习

1．基本概念：

1）磁性、磁铁、磁极、磁量、磁矩、磁力；

2）磁场、磁场强度；

3）铁磁质、磁化、硬铁、软铁、矫顽力；

4）地磁子午面、磁差、地磁倾角、磁赤道、地磁指北力、地磁三要素；

5）力偶矩、停滞角。

2．硬铁和软铁的特性。

3．磁差（Var）的特点及符号规定。

4．磁针平衡时的指向。

5．磁铁对磁针的作用。

1.2船用磁罗经

基本要求

1．了解船用磁罗经的指北原理及分类；

2．掌握船用磁罗经的结构组成及作用；

3．掌握船用磁罗经的检查及使用保养维护。

教学内容

1.2.1船用磁罗经概述

1．磁罗经指北原理

磁罗经是利用磁针在地磁力作用下能指向磁北的原理制成的一种指向仪器。

磁罗经罗盘可看作是一根磁针，因地磁北极具有负磁量，地磁南极具有正磁量，在异极相吸的作用下，磁针的北极指向地磁北极，磁针的南极指向地磁南极。

磁罗经具有结构简单、性能可靠和不依赖于外界条件工作的优点，故国际海事组织要求所有的船舶应安装磁罗经且正确校正自差和备有自差表或自差曲线。

2．船用磁罗经的分类

1）按罗盆内有无液体分

①干罗经

②液体罗经

液体罗经罗盆内盛有液体，罗盘浸没在液体中，当船舶摇摆时，因受液体的阻尼作用，罗盘的指向稳定性好，另外，由于液体浮力的作用，可减小轴针与轴帽间的摩擦力，故目前船用磁罗经广泛使用液体罗经。

2）按用途和安装位置分

①标准罗经：

安装在驾驶台顶上露天甲板的船首尾线上，位置高，视野好，船上磁场影响小，精度高等，故得名。

可借助折光和投影装置将罗经刻度盘和基线投影到驾驶台内，供操舵读取航向用。

②操舵罗经：

安装在驾驶台内的操舵轮正前方用于操舵。

③应急罗经：

安装在船尾应急（太平）舵前面的船首尾线上，在舵机失灵时应用应急舵时使用。

④艇用罗经：

救生艇使用的一种小型液体罗经，其刻度盘涂有荧光剂。

有完整的架子油灯，灯油储量能使用10个小时以上。

1.2.2船用磁罗经的基本结构

各种类型的船用磁罗经主要由罗经柜、罗（经）盆和自差校正器组成，如图1.2.1所示。

1．罗盆

1）罗盆本体

罗盆本体是用非铁磁质金属材料制成的，密封储存液体。

如图1.2.2所示。

顶部有一玻璃盖，其边缘

软铁条

用金属环压紧橡皮圈密封。

罗盆侧壁有注液孔，供注入液体或排除气泡用。

在罗盆前后（左右）内壁各装有一个垂直金属线，直立于罗经刻度盘边缘处，称为基线。

位于船首方向的称为首基线，供读取航向用。

盆底装有配重，用以降低罗盆的重心。

罗经盆安装于万向平衡环（常平架）上，借助于罗盆的摆性，当船舶摇摆时，罗盆仍能保持水平。

2）罗盘

罗盘是罗经指示方向的灵敏部件。

由刻度盘、浮室、磁钢和轴帽等组成。

刻度盘用云母等非磁性材料制成，呈圆盘形，刻有0~360刻度。

罗盘中间有一呈半球形的水密空气室，称为浮子或浮室，用以增加罗盘在液体中的浮力，减小罗盘轴帽与轴针间的摩擦力，提高罗盘的灵敏度。

浮室的下部装有2~3对磁针或环形磁钢，磁针NS轴线平行于刻度盘0~180轴线排列并与刻度盘中心对称。

浮子的中心处是轴帽，内嵌宝石，整个罗盘通过轴帽支承在轴针上。

轴针尖端镶有铱金，以减小轴针与轴帽的摩擦力，且旋转灵活不宜磨损。

轴针下端固定在罗盆内的轴针横梁上。

3）液体

罗盆内的液体一般为酒精和蒸馏水的混合液体，配方是酒精45%，蒸馏水55%。

酒精的作用是降低冰点。

其冰点为26C，且温度在20C~+50C间粘滞系数基本不变。

液体也有使用高级煤油或瓦素的。

4）调节液体热胀冷缩措施

为避免由于热胀冷缩损坏罗盆盖玻璃，采取了相应的措施。

有的磁罗经将罗盆分成上下两室，上室安放罗盘并充满液体，下室也装有液体并留有一定的空间，用毛细管连通上下两室。

有的罗经在其罗