La bàn từ hàng hải

Biên soạn : K.S Nguyễn văn Hòa Hiệu đính : KS. TTr Bùi Văn Vinh TS. TTr Nguyễn Viết Thành la bàn từ Hàng Hải đại học hàng hải 2006 Mục lục Trang Bài mở đầu 1 Ch−ơng 1 : Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 3 1.1. Từ tính và nam châm 3 1.2. C−ờng độ từ tr−ờng của nam châm thẳng. 5 1.3. Sự tác dụng lẫn nhau của hai thanh nam châm đặt trong từ tr−ờng đều. 8 1.4. Vật thể sắt từ - Ph−ơng pháp luyện sắt từ thành nam châm. 11 1.5. Từ tr−ờng của trái đất - độ lệch địa từ. 14 1.6. Nguyên tắc làm việc của la bàn từ. 18 Ch−ơng 2: Lý luận độ lệch la bàn 20 2.1 Từ tr−ờng tàu- độ lệch la bàn từ. 20 2.2. Ph−ơng trình Passon. 21 2.3. Hệ số sắt non. 25 2.4. Các lực tác dụng đối với la bàn. 29 2.5. Độ lệch và công thức độ lệch cơ bản. 35 2.6. Nguyên lý độ lệch tàu nghiêng. 40 Ch−ơng 3: La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 45 3.1 Cấu tạo la bàn từ của Liên Xô. 45 3.2. Cấu tạo la bàn từ của Nhật Bản. 53 3.3. Kiểm tra la bàn từ. 59 3.4. Đặt la bàn từ trên tàu. 64 3.5. Các thiết bị khử độ lệch la bàn. 67 3.6. La bàn từ hàng hải truyền mặt số. 82 3.7. Truyền mặt số và hệ thống truy theo. 87 Ch−ơng 4: Ph−ơng pháp khử độ lệch la bàn từ 89 4.1. Sự cần thiết phải khử độ lệch. 89 4.2. Nguyên tắc khử độ lệch la bàn. 89 4.3. Xác định đầu của thanh nam châm khử độ lệch. 90 4.4. Ph−ơng pháp Ery khử độ lệch la bàn. 91 4.5. Khử độ lệch cảm ứng. 96 4.6. Ph−ơng pháp Cô lông ga khử độ lệch la bàn. 98 4.7. So sánh −u nh−ợc điểm giữa hai ph−ơng pháp Ery và cô lông ga. 102 4.8. Khử gần đúng bằng ph−ơng pháp cô lông ga trên hai h−ớng đi la bàn chính vuông góc với nhau. 103 4.9. Khử Độ lệch gần đúng trên hai h−ớng từ chính ng−ợc nhau. 104 4.10. Những nguyên nhân làm độ lệch bán vòng thay đổi. 106 4.11. Khử độ lệch khi tàu thay đổi vĩ độ từ. 108 4.12. Khử độ lệch khi tàu nghiêng. 109 Ch−ơng 5: Công tác hiệu chỉnh la bàn và ph−ơng pháp lập bảng độ lệch còn lại 112 5.1. Những tr−ờng hợp cần thiết phải hiệu chỉnh la bàn 112 5.2. Thứ tự khử các lực độ lệch 112 5.3. Công tác hiệu chỉnh la bàn từ 114 5.4. Ph−ơng pháp lập bảng độ lệch còn lại 115 1 Bài mở đầu Sự phát triển và tầm quan trọng của la bàn từ trên tàu biển La bàn từ là một thiết bị hàng hải có tác dụng dùng để chỉ h−ớng đi và xác định vị trí tàu trên biển. Căn cứ vào tính chất định h−ớng của thành phần nhạy cảm theo h−ớng kinh tuyến từ. Con ng−ời đã lợi dụng tính chất này để chế tạo la bàn từ đầu tiên vào cuối thế kỉ XII. La bàn đ−ợc cấu tạo gồm một tấm sắt từ gắn vào một chiếc phao, đ−ợc thả vào trong một chậu n−ớc. Đầu thế kỉ XIV, cấu tạo la bàn từ đ−ợc thay đổi. Kim từ của la bàn đ−ợc gắn vào một chiếc phao. Cả phao và kim từ đ−ợc đỡ trên một đỉnh kim trụ thẳng đứng. Trên mặt phao đ−ợc gắn thêm một vành tròn bằng giấy hoặc bằng đồng, trên đó đ−ợc chia h−ớng theo từng ca và từng độ từ 0O đến 360O. Toàn bộ hệ thống kim từ đ−ợc thả vào một chậu dung dịch gồm cồn và n−ớc cất. Cuối thế kỉ XV, các nhà khoa học hàng hải đã phát hiện ra kim la bàn không chỉ chính xác theo h−ớng bắc, nam thật mà chỉ lệch đi một góc, góc đó đ−ợc gọi là độ lệch địa từ. Cuối thế kỉ XVIII cùng với sự phát triển của ngành đóng tàu bằng sắt thép. La bàn từ đ−ợc trang bị trên tàu, các nhà hàng hải đã phát hiện ra la bàn chỉ h−ớng mang sai số lớn. Nguyên nhân gây ra sai số la bàn là do ảnh h−ởng của từ tr−ờng sắt thép trên tàu tác dụng vào kim la bàn làm kim la bàn chỉ lệch khỏi kinh tuyến từ một góc, góc này gọi là độ lệch riêng la bàn. Để khử bớt góc lệch này, ng−ời ta đ−a thêm các thiết bị khử vào thân la bàn. Hiện nay trên các tàu hiện đại, ngoài la bàn từ trên tàu còn đ−ợc trang bị thêm nhiều thiết bị chỉ h−ớng hiện đại khác nh−: la bàn con quay, hệ thống định vị toàn cầu GPS, hệ thống SATELLITE COMPASS, hoạt động với độ chính xác cao, song điều đó không làm giảm vai trò của la bàn từ trên tàu biển. Do −u điểm đặc biệt là độ tin cậy rất cao nên la bàn từ đ−ợc các nhà hàng hải gọi là la bàn chuẩn. Nếu thiếu la bàn chuẩn trên tàu, theo quy phạm của đăng kiểm hàng hải thì tàu đó không đủ điền kiện chạy biển. 2 Cùng với sự phát triển của ngành hàng hải, la bàn từ ngày càng phát triển không ngừng. La bàn từ truyền mặt số ra đời đã đ−ợc sử dụng vào ngành hàng hải. Nó có tác dụng truyền chỉ số h−ớng đi của la bàn tới máy lái tự động để tự động điều khiển tàu. Các loại la bàn từ đ−ợc trang bị trên tàu biển +La bàn chuẩn đ−ợc đặt trên boong th−ợng +La bàn lái đ−ợc đặt trong buồng lái hoặc đ−ợc thay thế bằng la bàn điện +La bàn xuồng đ−ợc đặt trên xuồng cứu sinh +La bàn lái sự cố đ−ợc đặt trong buồng lái sự cố Đặc điểm của la bàn từ trang bị trên tàu biển Việt Nam gồm nhiều loại Nhật, Liên Xô, Đức, Trung Quốc v.v. Về cấu tạo la bàn cơ bản giống nhau, còn các thiết bị khử tuỳ theo từng loại la bàn, từng n−ớc sản xuất đ−ợc bố trí khác nhau. Giáo trình la bàn từ này sẽ giới thiệu cơ bản về lý thuyết, cấu tạo và ph−ơng pháp khử độ lệch la bàn. Ngoài ra giáo trình còn giới thiệu sơ l−ợc về nguyên lý cấu tạo la bàn truyền mặt số. Giáo trình này làm tài liệu nghiên cứu và học tập cho sinh viên Đại học Hàng hải ngành Điều khiển tàu biển, đồng thời có thể làm tài liệu nghiên cứu và tham khảo cho những ng−ời làm công tác hàng hải, công tác đánh cá trên biển. Mặc dù đã có rất nhiều cố gắng song giáo trình này không tránh khỏi thiếu sót rất mong đ−ợc sự đóng góp và phê bình của bạn đọc. Xin chân thành cảm ơn Ng−ời biên soạn: Nguyễn Văn Hòa Bộ môn Hàng hải - Khoa Điều khiển tàu biển Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 3 S(- ) Hình 1.1 Vị trí từ cực trên thanh Nam châm (+)N 2l 1/12 1/12 Từ cực Phần trung tính Từ cực • • Ch−ơng 1 khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 1.1 Từ tính và nam châm 1.1.1 Khái niệm. Bộ phận chính của la bàn từ là thành phần nhạy cảm. Thành phần nhạy cảm gồm các thanh nam châm vĩnh cửu, chúng kết cấu với nhau thành một hệ thống gọi là hệ thống kim từ. Lực định h−ớng của thành phần nhạy cảm đ−ợc phát sinh d−ới sự ảnh h−ởng của từ tr−ờng trái đất. Từ tr−ờng của trái đất đ−ợc hình thành do sự cấu tạo và hoạt động của lòng đất gồm nhiều mỏ quặng, kim loại. Những loại quặng hút đ−ợc mạt sắt gọi là sắt từ. Các loại vật thể khác có tính chất nh− trên: sắt, thép và một số hợp kim có tính chất từ đ−ợc luyện từ theo ph−ơng pháp nhân tạo. Những vật thể có từ tính nh− vậy gọi là nam châm. Vậy những vật thể hút đ−ợc sắt, thép gọi là vật thể có từ tính. Sắt, thép mang từ tính gọi là nam châm. Nam nam châm gồm hai loại: - Nam châm tự nhiên - Nam châm nhân tạo. 1.1.2 Tính chất của nam châm. Giả sử đ−a một thanh sắt Fe2O3vào trong một từ tr−ờng, sau một thời gian thích hợp đ−a thanh sắt ra khỏi từ tr−ờng, trong thanh sắt tồn tại một l−ợng từ d− làm thanh sắt trở thành nam châm vĩnh cửu có những tính chất sau: - Thanh nam châm có 2 điểm tập trung từ lực mạnh nhất gọi là từ cực. Từ cực cách đầu thanh nam châm 1 khoảng bằng 1/12 của 2 (2l là khoảng cách 2 cực thanh nam châm). - Đ−ờng đi qua hai từ cực gọi là trục từ. - Bộ phận giữa thanh nam châm không có từ tính gọi là phần trung tính. Treo thanh nam châm bằng một sợi chỉ thì một đầu thanh nam châm quay về h−ớng bắc địa lý ng−ời ta quy định đó là đầu bắc (N) sơn màu đỏ, còn đầu kia thanh nam châm là đầu nam (S) sơn màu xanh (mang tính chất giữ h−ớng). - Hai đầu thanh nam châm cùng tên thì đẩy nhau khác tên thì hút nhau. - Từ cực nam châm không thể cắt rời đ−ợc, ta cắt một thanh nam châm thành nhiều đoạn thì mỗi đoạn thành một nam châm mới. Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 4 1.1.3 Sức từ, từ khối , mô men từ. - Sức từ: Lực đẩy và lực hút giữa hai cực gọi là sức từ. Quy định sức tác dụng cực cùng tên là (+) và sức tác dụng giữa hai cực khác tên là (-). - Từ khối của nam châm là khối l−ợng từ chứa ở hai cực của nam châm. Ký hiệu: m * Chú ý : Sức từ và từ khối của thanh nam châm có dấu ng−ợc nhau, trị số tuyệt đối bằng nhau. - Mô men từ : M là tích số giữa từ khối của nam châm với khoảng cách hai cực : Ta có công thức: M = 2mL (1.1) Trong hệ thống : cm, gam , giây, đơn vị mô men từ là : CgsM - Định luật Culông : Qua thí nghiệm Culông chứng minh lực tác dụng giữa hai cực của 2 thanh nam châm tỷ lệ thuận với tích số từ khối của chúng và tỷ lệ nghịch bình ph−ơng khoảng cách giữa hai từ khối. Ta có: F = 2 21 d mm à (1.2) m1 , m2 là khối l−ợng từ chứa ở hai cực của thanh nam châm . d là khoảng cách giữa hai cực từ. à : là hệ số dẫn từ phụ thuộc vào điều kiện môi tr−ờng : à = 1 : môi tr−ờng trong chân không . à < 1 : môi tr−ờng phản từ lực tác dụng lớn hơn trong chân không . à > 1 : môi tr−ờng thuận từ lực tác dụng nhỏ hơn trong chân không . 1.1.4 Từ tr−ờng - C−ờng độ từ tr−ờng - Đ−ờng sức từ . 1.1.4.1 Từ tr−ờng - Từ tr−ờng của thanh nam châm là khoảng không gian bao quanh nam châm mà ở đó có từ lực tác dụng. Trên hình vẽ ta thấy từ tr−ờng của một thanh nam châm thẳng. Nếu trên tấm bìa các tông đ−ợc đặt trên một thanh nam châm, ta rắc trên đó các mạt sắt đồng thời rung nhẹ cho các mạt sắt di chuyển, thì d−ới tác dụng của từ tr−ờng các mạt sắt đ−ợc phân bố theo quy luật có dạng đ−ờng cong. Đ−ờng cong đó gọi là đ−ờng sức từ (hình 1.2). N S Hình 1.2 Đ−ờng sức từ Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 5 1.1.4.2 C−ờng độ từ tr−ờng Giá trị cơ bản biểu thị đặc tính của từ tr−ờng là c−ờng độ từ tr−ờng ký hiệu là H. Vậy c−ờng độ từ tr−ờng tại một điểm là một lực tác dụng lên 1 đơn vị từ khối (+) đặt tại điểm đó. Ta có công thức sau : m FH = (1.3) - Biểu thị: Nếu từ cực có từ khối là 1 đơn vị tại 1 điểm trong từ tr−ờng bị tác dụng bởi lực F Trong hệ thống C.g.s.M , đơn vị H là Erstet ký hiệu Oe. Trong đơn vị quốc tế, đơn vị c−ờng độ từ tr−ờng đ−ợc tính là Ampemet (A/M) . 1A/M = 4pi.10-3Oe . -Véc tơ c−ờng độ từ tr−ờng ( H r ) luôn tiếp tuyến với đ−ờng sức từ. 1.1.4.3 Đ−ờng sức từ - Đ−ờng sức từ là một đ−ờng nối liền giữa các h−ớng của c−ờng độ từ tr−ờng tại các điểm, trong từ tr−ờng đều đ−ờng sức có dạng đ−ờng thẳng, trong từ tr−ờng không đều đ−ờng sức có dạng cong. (hình 1.2) -Trong thực tế hàng hải cho phép coi từ tr−ờng của trái đất ở không gian tàu chiếm chỗ là từ tr−ờng đều. Với giả thiết nh− vậy đơn giản rất nhiều cho việc nghiên cứu la bàn . - Đ−ờng sức từ luôn đi vào ở cực nam (S) và đi ra ở cực bắc (N). *Chú ý : Sự biến dạng của đ−ờng sức : + Trong từ tr−ờng thanh nam châm đặt một vật liệu bằng kim loại thì đ−ờng sức từ bị biến dạng. Chứng tỏ giúp ta giả thích ở những khu vực có nhiều mỏ quặng kim loại có khả năng nhiễm từ mạnh sẽ làm cho d−ờng sức từ của từ tr−ờng trái đất biến dạng mạnh dẫn đến hiện t−ợng nhiễu loạn từ, thậm trí sinh ra bão từ gây tổn thất nặng cho các thiết bị điện, trạm biến áp điện trên bờ cũng nh− các thiết bị điện trên tàu.v.v... + Đ−ờng sức không xuyên qua hình trụ rỗng bằng kim loại nên tầu ngầm không đặt đ−ợc la bàn vì ở đây la bàn từ không có khả năng định h−ớng. 1.2 C−ờng độ từ tr−ờng của nam châm thẳng Trong la bàn từ ng−ời ta sử th−ờng sử dụng các thanh nam châm thẳng, có tiết diện vuông hoặc tròn. Những thanh nam châm nh− vậy thì trục từ th−ờng trùng với trục hình học của nó. Sau đây ng−ời ta nghiên cứu ba tr−ờng hợp c−ờng độ từ tr−ờng của thanh nam châm thẳng tác dụng lên một điểm. Ba tr−ờng hợp này th−ờng phổ biến trên tàu nh− sau . 1.2.1 Xét c−ờng độ từ tại một điểm ở trên đ−ờng trung trực của thanh nam châm. - Xét thanh nam châm thẳng NS có từ khối là ± m. Khoảng cách 2 cực là 2l. Xét điểm B trên đ−ờng trung trực thanh NS có từ khối +1 đơn vị. Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 6 Khoảng cách OB = d. Giả thiết d >> l . - Gọi c−ờng độ từ tr−ờng của thanh nam châm tác dụng lên điểm B là H1, gọi lực tác dụng 2 cực lên điểm B là FN và FS hợp lực của hai lực này là : SN FFH rrr +=1 . áp dụng định luật Culông ta có : )( 22 ld mFF SN + == Xét về độ lớn : H1 = FNcosθ + FScosθ = cosθ(FS+FN). Mặt khác ta có : 2/3 2 2 33 2 2 6 3222222122 )1()1()( 2)2(cos d ld M d ld M ld ml ld m ld lH ld l + = + = + = ++ =⇒ + =θ Từ giả thiết d>>l ⇒ 2 2 d l ≅ 0 ⇒ H1 = 3d M . Vậy véc tơ c−ờng độ từ tr−ờng H1 có h−ớng song song với trục thanh nam châm và có chiều h−ớng về cực S. *Chú ý : Nếu điểm A nằm gần trung tâm thanh nam châm thì tỷ số 2 2 d l không đ−ợc bỏ qua và trong tr−ờng hợp đó ta tính toán theo công thức gần đúng sau : ) 2 31( 2 2 31 d l d MH −= (1.4) Có đ−ợc công thức trên khi ta đã triển khai thành phần 2/33 2 )1( −+ d l thành chuỗi và lấy hai số hạng đầu. 1.2.2 C−ờng độ từ tr−ờng của thanh nam châm tác dụng lên một điểm trên đ−ờng trục từ (Hình 1.4) - Xét thanh nam châm thẳng NS có từ khối là ± m .(Hình 1.4) Khoảng cách 2 cực là 2l. Từ khối điểm A +1 đơn vị . Khoảng cách từ A đến trung tâm thanh nam châm OA = d. Giả thiết d>>L. - Xét c−ờng độ từ tr−ờng tác dụng lên điểm A là H2: Ta gọi lực từ tác dụng của cực N là FN, cực S là FS . Theo định luật cu lông ta có: 2l S d A FS O FN N Hình 1.4 1/12 1/12 d Fs H1 FN B S N (-)m (+)m θ o 2 l Hình 1.3 Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 7 FN = 2)( ld m − + ; FS = 2)( ld m + − . SN FFH rrr +=2 ⇒ H2 = FN + FS = 2)( ld m − + + 2)( ld m + − . 2 2 2 4 2222 222 22 2 )1( 22 )( )()( d ld ldldldld m ld ldmldmH − −+−++ = − −−+ = . 2 2 2 32 2 2 4 2 )1( 2 )1( 4 d ld M d ld mldH − = − = 2 2 d l rất nhỏ cho nên ta có thể bỏ qua ⇒ 32 2 d MH = - M là mô men từ của thanh nam châm. Vậy véc tơ c−ờng độ từ tr−ờng H2 có ph−ơng trùng với ph−ơng của trục dọc thanh nam châm, chiều từ đầu N đi ra. *Chú ý : Nếu điểm A ở gần thanh nam châm thì không đ−ợc bỏ qua thành phần 2 2 d l khi đó ta tính theo công thức : )21(2 2 2 32 d l d MH += (1.5) Công thức này đã đ−ợc khai triển thành phần 22 2 )1( −− d l thành chuỗi và chỉ lấy hai số hạng đầu. 1.2.3 C−ờng độ từ tr−ờng của thanh nam châm thẳng tác dụng lên một điểm nằm ở vị trí bất kỳ.(Hình 1.5) Từ hình vẽ ta có : M1 = M.sinφ ; M2 = M.cosφ. ở đây φlà góc hợp bởi giữa trục thanh NS và h−ớng OC . - Xét thanh nam châm NS có từ khối ± m, khoảng cách giữa hai cực là 2l . Xét điểm C ở vị trí bất kỳ có từ khối +1đơn vị, gọi khoảng cách OC = d, giả thiết d>>l . Giả sử thanh nam châm NS có mô men là M. Ta chiếu véc tơ M lên 2 h−ớng OC và h−ớng vuông góc với OC ta đ−ợc M1và M2 bằng cách đó ta thay thanh nam châm NS thành 2 thanh nam châm N'S' và N"S". Một thanh N'S' có điểm C nằm trên đ−ờng trung trực. Một thanh N"S" có điểm C nằm trên đ−ờng trung trực . Hình 1.5 (+)m C H1 d - (m) φ H2 H N S M2 M1 Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 8 - C−ờng độ từ tr−ờng thanh nam châm N'S' tác dụng lên điểm C là H1. Theo chứng minh phần b ta có : ϕsin3311 d M d M H == . - C−ờng độ từ tr−ờng thanh nam châm N"S"tác dụng lên điểm C là H2 . Ta có : ϕcos22 33 22 d M d M H == Tổng hợp H1 và H2 có c−ờng độ từ tr−ờng H gây ra ở điểm C là : ⇒+= 21 HHHV rrr độ lớn thì H2V = 2 3 2 3 )cos()sin( ϕϕ d M d M + H2V = )cos4.(sin)( 2223 ϕϕ +d M H2V = )cos4cos1.()( 2223 ϕϕ +−d M ϕ23 cos31+=⇒ d MHV . (1.6) 1.3. Sự tác dụng lẫn nhau của hai thanh nam châm đặt trong từ tr−ờng đều. NA = 2lsinδ D−ới tác dụng của mô men quay này, kim nam châm sẽ quay và định h−ớng dọc theo h−ớng của véc tơ c−ờng độ từ tr−ờng H r . Giá trị mô men quay ký hiệu là P đ−ợc tính theo công thức . P = 2lmHsinδ (4) (1.7) * La bàn từ đ−ợc đặt trong từ tr−ờng của trái đất. Trong quá trình xét coi từ tr−ờng của trái đất là đều, đ−ợc tiến hành sử dụng một thanh nam châm thẳng đặt cố định trong thân la bàn, và một kim nam châm đặt trên chậu la bàn có khả năng quay quanh trọng tâm của nó. Để đơn giản ta biểu diễn thanh nam châm và kim nam châm d−ới dạng sơ đồ (Hình 1.6). Nếu kim nam châm NS có mô men là 2ml, đặt trong từ tr−ờng đều có c−ờng độ từ tr−ờng H , thì chúng chịu tác dụng của hai lực là +mH và -mH (Hình 1.6). Các lực +mH , -mH tạo với nhau thành một ngẫu lực với cách tay đòn là NA . Hd H -mH +mH A n δ 2l Hình 1.6 Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 9 Giả sử tại một vị trí nào đó trong không gian xung quanh kim nam châm ta đặt một thanh nam châm thẳng N-S cố định , có mô men từ là M (hình 1.7) . C−ờng độ từ tr−ờng của thanh nam châm N-S ở trọng tâm của thanh nam châm ta tính đ−ợc theo công thức đã nghiên cứu ở 1.2 . ϕsin31 d MH = và ϕcos2 32 d MH = - ở đây 1H r có h−ớng vuông góc với đ−ờng 001và 2H r có h−ớng song song với 001. Do vậy lực tác dụng của thanh nam châm N-S lên kim nam châm có thể tính đ−ợc là: ± mH1 và ± mH2 các lực này tạo ra những ngẫu lực và đ−ợc tính theo công thức (1.7) là : 2lmH1cos(ψ -δ) và 2lmH1sin(ψ -δ) . Tính tất cả 3 mô men làm quay kim nam châm và tổng hợp lại ta có : 2lmHsinδ-2lmH1cos(ψ-δ) - 2lmH2sin(ψ-δ) = 0 hay : Hsinδ-H1cos(ψ-δ) - H2sin(ψ-δ) = 0 . Thay giá trị H1 và H2 vào ta có điều kiện toán học cân bằng của kim nam châm : Hsinδ- 3d M sin φ.cos(ψ-δ) - 3 2 d M cosφsin(ψ-δ) = 0 (1.8) D−ới đây ta nghiên cứu 2 tr−ờng hợp đặc biệt về lực tác dụng lẫn nhau của kim nam châm và thanh nam châm thẳng d−ới tác dụng của từ tr−ờng đều H - vị trí Gay-lys-Sắc thứ nhất và thứ hai . + Vị trí Gay-Lys-Sắc thứ nhất. Trục của thanh nam châm nằm vuông góc với h−ớng từ tr−ờng đều H hay trọng tâm của kim nam châm nằm trên đ−ờng trục của thanh nam châm. Vị trí này t−ơng ứng với vị trí nam châm khử độ lệch tàu nghiêng trong thân la bàn từ. Trong tr−ờng hợp này góc φ = 0, ψ = 90o. Thay giá trị này vào biểu thức (1.8) ta có: Hsinδ - 3 2 d M cosδ = 0 +mH Hình 1.7 Ψ-δ δ +mH2 +mH1 N H H S -mH -mH1 -mH2 N S ϕ o Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 10 hay H = 3 2 d M cotgδ (1.9) Công thức (1.9) dùng trong thực tiễn để xác định thành phần nằm ngang của từ tr−ờng trái đất . Để xác định H ta tiến hành nh− sau : đặt một thanh nam châm thẳng có mô men từ M , ở trong từ tr−ờng trái đất H . Trên khoảng cách d đã biết đặt một kim nam châm ở vị trí Gay- Lys-Sắc thứ nhất , đo góc lệch δ của kim nam châm theo công thức (1.9) ta tính đ−ợc H. Công thức (1.9) cũng đ−ợc sử dụng để tính Mômen từ của thanh nam châm thẳng khi đã biết từ tr−ờng H, khoảng cách d, góc lệch δ. Tính Mômen từ M từ công thức (1.9). H = tgHd 3 2 1 δ. + Trong tr−ờng hợp này φ = 90o , ψ = 0 thay φ và ψ vào biểu thức cân bằng của kim nam châm ta có : 0cot0cossin 33 ==⇒=− δδδ gd MH d MH (1.10) . Công thức (1.10) dùng để xác định thành phần từ tr−ờng của quả đất và mô men từ thanh nam châm . s N H O1 O ψ = 90 δ d H H2 Hình 1.8 Hình 1.9 O O1 δ S H N H1 ψ N S +Vị trí Gay-Lys-Sắc thứ hai : Thanh nam châm đặt vuông góc với từ tr−ờng H hay trọng tâm kim nam châm nằm trên đ−ờng vuông góc với trục thanh nam châm và đi qua trung điểm của thanh . Vị trí này t−ơng ứng với vị trí nam châm khử độ lệch bán vòng (hình 1.9). Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 11 1.4 Vật thể sắt từ - Ph−ơng pháp luyện sắt từ thành nam châm 1.4.1 Tính chất của vật thể sắt từ . Tất cả các chất tuỳ theo giá trị độ từ thẩm à của chúng mà ng−ời ta có thể chia ra thành 3 loại: - Các chất phản từ , ứng với à < 1. - Các chất thuận từ , ứng với à > 1. - Các chất sắt từ , ứng với à >> 1. 1.4.1.1 Các chất sắt từ . Các chất sắt từ có độ từ thấm rất lớn (à >> 1), nên nó có khả năng từ hoá đặc biệt . Khả năng từ hoá đặc biệt của vật thể sắt từ có thể đ−ợc giải thích nh− sau : + Vật thể sắt từ đ−ợc cấu tạo bởi vô số các nam châm phân tử. Nếu các nam châm phân tử chuyển động hỗn loạn thì lực tác dụng giữa chúng trong tr−ờng hợp tổng quát bằng 0 và vật thể không có từ tính. Các nam châm phân tử tác dụng t−ơng hỗ và giữa chúng ở vị trí cân bằng. + Nếu ta đem vật thể sắt này đặt vào trong một từ tr−ờng, d−ới tác dụng của các lực , các nam châm phân tử bị định h−ớng theo h−ớng xác định, nghĩa là nó bị từ hoá. Sau khi tất cả các nam châm phân tử đã định h−ớng theo từ tr−ờng ngoài thì nó ở tình trạng bão hoà từ và không có khẳ năng từ hoá hơn nữa . + Nếu ta triệt tiêu từ tr−ờng từ hoá bên ngoài, thì do lực tác dụng t−ơng hỗ giữa các phân tử lại làm chúng chuyển động hỗn loạn trở về tình trạng đầu. Nh−ng do hiện t−ợng định h−ớng song song của các nam châm phân tử, mặt khác lực tác dụng t−ơng hỗ giữa chúng phát sinh không hoàn toàn nh− tình trạng ban đầu, do vậy chúng vẫn còn một l−ợng từ d− khi từ tr−ờng bên ngoài triệt tiêu, chúng có thể trở thành nam châm . 1.4.1.2 Các chất thuận từ . Các chất thuận từ có độ từ thẩm à >1đơn vị, chất này bị từ hoá theo h−ớng của từ tr−ờng ngoài. Nh−ng do chuyển động nhiệt phân tử ở trong chất thuận từ đã làm giảm khả năng định h−ớng của nam châm phân tử , vì vậy chất thuận từ bị từ hoá yếu không dùng làm nam châm vĩnh cửu . 1.4.1.3 Các chất phản từ : à < 1đơn vị. Các chát phản từ có các nam châm phân tử bị từ hoá theo h−ớng ng−ợc lại với từ tr−ờng từ hó, nên khả năng từ hoá của nó nhỏ hơn một đơn vị . O +B Hình 1.10 Đ−ờng cong từ trễ a b c f e -H -B d +H Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 12 1.4.2 Đặc tính từ hoá của sắt từ . Cho một thỏi sắt từ vào trong lòng một ống dây và cho dòng điện chạy qua cuộn dây đó. Ban đầu tăng dần c−ờng độ từ tr−ờng H thì cảm ứng từ B cũng tăng, theo tỷ lệ thuận khi c−ờng độ từ tr−ờng H đạt tới c−ờng độ từ tr−ờng của cuộn dây thì cảm ứng từ B không tăng nữa, đạt giá trị lớn nhất. Điểm a là điểm bão hoà từ (hình 1.10). Nếu sau đó ta giảm từ từ c−ờng độ từ tr−ờng H, thì cảm ứng từ B cũng giảm dần không theo đ−ờng cũ mà theo một đ−ờng khác gọi là đ−ờng trễ ab, khi H giảm về 0. Hiện t−ợng trễ này cũng cho ta thấy vật thể sắt từ có tính chất từ hoá đặc biệt, đoạn ob gọi là từ d−. Ta tiếp tục từ hoá ng−ợc, tức là đổi chiều dòng điện trong cuộn dây. Khi tăng c−ờng độ từ hoá ng−ợc thì cảm ứng từ B cũng giảm dần theo đ−ờng cong bc. Khi c−ờng độ từ tr−ờng đạt giá trị oc thì cảm ứng từ B triệt tiêu, đoạn oc gọi lực giữ từ. Tiếp tục tăng H theo h−ớng oc thì B cũng tăng theo đến điểm d thì B không tăng nữa. Điểm d gọi là điểm bão hoà từ. Ta tiếp tục giảm H về không thì thỏi sắt từ vẫn tồn tại cảm ứng từ theo đoạn de (điểm e đối xứng điểm b). Tiếp tục tăng H thì B tăng theo (đoạn ef ). Tiếp tục tăng H thì đ−ờng cong lại về trùng điểm a. Vậy đ−ờng cong (oabcdefa) là đ−ờng cong từ trễ biểu thị quá trình từ hoá của sắt trong từ tr−ờng. Lực giữ từ oc là đặc tính quan trọng nhất của vật liệu sắt từ . 1.4.3 Vật liệu nam châm từ . Căn cứ vào lực giữ từ (hay còn gọi là lực kháng từ) ng−ời ta chia vật liệu sắt từ làm hai loai : sắt từ cứng và sắt từ mềm. 1.4.3.1 Sắt từ cứng. Sắt từ cứng là những vật liệu sắt từ có lực kháng từ lớn, tức là có khả năng giữ từ lớn , nó đ−ợc sử dụng để chế tạo nam châm vĩnh cửu. Các sắt từ cứng đặc biệt là thép các bon thép crôm và thép có chứa nhiều co-ban. Sắt từ cứng t−ơng ứng với vật liệu sắt từ có lực kháng từ lớn hơn 20 oe . 1.4.3.2 Sắt từ mềm. Sắt từ mềm là những vật liệu sắt từ có lực kháng từ nhỏ, hầu nh− không có khả năng dữ lại từ tính . Những vật liệu sắt từ đ−ợc gọi là sắt từ mềm khi lực kháng từ nhỏ hơn 2 oe . D−ới đây là lực kháng từ của một số vật liệu sắt từ : Hợp kim Platin - Coban 4000 oe Hợp kim Platin - Sắt 15000 oe Hợp kim "Magnhit" 550 oe Hợp kim "Vickal" 500 oe Thép Co-ban 220 oe Thép Von - Fram 60 oe Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 13 Thép đóng tàu 8 oe Sắt"Armko" 0,8 oe Hợp kim"Pecmaloi" 0,05 oe . * La bàn từ có các thiết bị khử độ lệch đ−ợc chế tạo từ sắt từ cứng và sắt từ mềm nh− sau : + Các vật liệu sắt từ cứng nh− các thanh khử độ lệch bán vòng, khử độ lệch lệch tàu nghiêng và hệ thống kim từ của một số la bàn. Các loại nam châm nàyđ−ợc chế tạo bằng thép Vonfram , thép Crôm , thép Coban và một số hợp kim đặc biệt khác, các chất này có lực kháng từ lớn tới 100 oe . + Ng−ời ta th−ờng chế tạo các thỏi nam châm có tiết diện tròn hoặc vuông, kích th−ớc tiết diện rất nhỏ so với chiều dài của chúng , đầu bắc sơn màu đỏ, đầu nam sơn màu đen hoặc trắng . Mô men từ của thanh nam châm có thể đ−ợc ghi ngay trên thân thanh nam châm cùng với năm sản suất , số liệu suất x−ởng . Các thanh nam châm để khử độ lệch có mô men từ rất lớn có thể đạt tới 35000 đơn vị C.G.S.M tuỳ theo từng n−ớc sản xuất, tuỳ theo khoảng cách đặt thanh khử với một số la bàn . + Để chế tạo nam châm có mô men từ lớn ng−ời ta tiến hành chế tạo sắt từ và cho từ hoá đặc biệt. Đầu tiên ng−ời ta đem tôi bằng cách nung chúng lên 8000C - 12000C (nung tới nhiệt độ nào đó là tuỳ thuộc vào loại hợp kim chế tạo thanh nam châm). Sau đó bỏ nhanh chúng ra ngoài không khí hoặc cho vào n−ớc vào dầu (cho vào loại môi tr−ờng nào tuỳ loại hợp kim). Sau khi tôi xong, các thanh nam châm đ−ợc đem làm ổn định cấu tạo bằng cách luộc chúng ở trong n−ớc sôi (1000C) . Bằng cách này đảm bảo ổn định thành phần hoá học của thanh nhanh hơn so với nhiều ph−ơng pháp khác. Một giờ luộc thanh sắt từ nh− vậy có tác dụng bằng để th−ờng hoá ngoài không khí bằng mấy năm . Sau khi đã ổn định cấu tạo ng−ời ta đem từ hoá chúng. Để từ hoá đ−ợc chúng, với thép Vonfram và thép Crôm , c−ờng độ từ tr−ờng từ hoá phải đạt tới 400 oe đến 500 oe , còn thép Coban thì phải từ 1000 oe đến 1500 oe. Sau khi từ hoá xong ng−ời ta đem nam châm đi ổn định từ tính, tức là loại trừ các từ tr−ờng cục bộ nảy sinh trong các giờ đầu tiên. Mặt khác ổn định từ tính còn có tác dụng làm cho thanh nam châm ít nhạy cảm với các dao động cơ học và các từ tr−ờng bên ngoài, nh− thế cũng có nghĩa là ổn định đ−ợc mô men từ của thanh nam châm . ổn định từ hay còn gọi là già từ đ−ợc ng−ời ta thực hiện bằng cách đặt thanh nam châm vào trong một cuộn dây có dòng điện xoay chiều chạy qua. Tần số dao động của dòng điện đ−ợc chọn t−ơng ứng với các pha dao động điện hoặc dao động cơ học trên tàu th−ờng tác dụng vào la bàn. Sau khi cho dòng điện vào ng−ời ta dần dần giảm dòng điện về 0 . Bằng cách ổn định nh− vậy các thanh nam châm sẽ có khả năng ít nhạy cảm với các hiện t−ợng va đập , rung động. Mô men từ của chúng giữ đ−ợc cố định khi biên độ dao động nhiệt Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 14 tới 300C và khi c−ờng độ từ tr−ờng ngoài thay đổi tới 2 oe ứng với nam châm Vonfram và Crôm , tới 3 oe ứng với nam châm Coban - Crôm . Các thanh nam châm vĩnh cửu th−ờng đ−ợc bảo vệ trong hộp gỗ đặc biệt, các nam châm để cách nhau không nhỏ hơn 5 cm , tuỳ theo mô men từ lớn hay nhỏ. Các lực cùng tên để khác phía trong hộp gỗ không nên dính các thanh nam châm với nhau vì làm nh− thế khi tách chúng ra sẽ không đảm bảo đ−ợc cố định từ tính theo thời gian. Để tránh hiện t−ợng rỉ ng−ời ta th−ờng sơn cực bắc màu đỏ, cực nam màu xanh... không nên để nam châm ở nơi có nhiệt độ cao, nơi có từ tr−ờng c−ờng độ lớn hơn 3 oe . Các thanh nam châm không đ−ợc đặt gần các vật bằng sắt . * Sắt từ mềm để khử độ lệch phần t−, độ lệch cảm ứng ng−ời ta sử dụng sắt từ mềm. Chúng đ−ợc chế tạo thành các thỏi có tiết diện tròn, quả cầu hoặc các tấm hình chữ nhật. Các thỏi và tấm đ−ợc chế tạo bằng sắt non có lực kháng từ nhỏ hơn 1,5 oe còn quả cầu đ−ợc chế tạo bằng gang có lực kháng từ nhỏ hơn 3,5 oe. Để chống rỉ ng−ời ta có thể đem sơn màu xanh, đen.v.v... 1.5 Từ tr−ờng của trái đất - độ lệch địa từ 1.5.1 Khái niệm địa từ tr−ờng. Qua thí nghiệm, khi treo một kim nam châm tự do trên bề mặt của trái đất ở bất kỳ vị trí nào cũng quan sát thấy một đầu kim nam châm luôn định h−ớng. Từ thí nghiệm trên chứng tỏ trái đất luôn có từ tr−ờng. Từ tr−ờng luôn bao quanh bề mặt trái đất, trên không gian, trong lòng đất và cả d−ới n−ớc biển đều phát hiện thấy có từ lực tác dụng. Từ tr−ờng của quả đất có ý nghĩa rất lớn trong cuộc sống con ng−ời. Trong không gian hàng nghìn kilômét bao quanh mặt đất, từ tr−ờng của quả đất cũng nh− môi tr−ờng ngăn tia sáng vũ trụ xuyên vào quả đất. Do đó nó bảo vệ đ−ơc cuộc sống của các sinh vật trên mặt đất khỏi bị huỷ diệt do phóng xạ. Nghiên cứu từ tr−ờng của quả đất cho phép chúng ta khái quát những nét cơ bản để xây dựng bề mặt quả đất, phát hiện ra những vỉa quặng có ích, nghiên cứu các hiện t−ợng phát sinh từ mặt trời và không gian vũ trụ. Một ví dụ rõ ràng nhất là con ng−ời đã biết lợi dụng từ tr−ờng của quả đất để chế tạo ra địa bàn giúp con ng−ời đi trong rừng, đi trên sa mạc, chế tạo ra la bàn để đi lại trên biển. Trong năm vật lý địa cầu 1957-1958 các nhà khoa học đã nghiên cứu và thí nghiệm dùng các máy móc đo từ tính, đo đ−ợc các yếu tố từ tr−ờng trên mặt đất. Trong thực tế thì từ tr−ờng của quả đất khá phức tạp, để đơn giản, cho phép ta coi từ tr−ờng của quả đất nh− một nam châm khổng lồ, có cực nam(S) nằm ở gần địa cực bắc, cực bắc(N) của nam châm nằm ở gần địa cực nam của trái đất. Đ−ờng đi qua hai cực từ gọi là trục từ Pm P'm (hình 1.11), trục từ nghiêng với trục trái đất một góc là 12 độ . Cực từ của nam châm hàng năm có thay đổi vị trí. Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 15 Ví dụ: Khảo sát năm 1950 : cực bắc từ (φ = 720N, λ =960W ) . Cực nam từ((φ = 700S , λ =150020'E) cực từ Pm ở gần địa cực bắc có từ tính nam và cực từ P'm ở gần địa cực nam có từ tính bắc nên kim nam châm của la bàn luôn h−ớng về phía cực Pm. Thế nh−ng khi gọi tên ta gọi cực Pm là cực bắc và cực P'm là cực nam t−ơng ứng với tên của cực địa lý: - Theo lý thuyết sức từ đi vào ở cực nam Pm , từ tr−ờng mang dấu d−ơng , đi ra ở cực bắc P'm, từ tr−ờng mang dấu âm . 1.5.2 Các phân lực địa từ và ảnh h−ởng của nó . Xét điểm A bất kỳ trên bề mặt trái đất , chịu tác dụng của c−ờng độ địa từ tr−ờng ký hiệu là T. Véc tơ c−ờng độ từ tr−ờng (T r ) ở tại mỗi điểm luôn tiếp tuyến với đ−ờng sức từ. Nếu Tại điểm A ta treo một kim nam châm thì trục kim nam châm sẽ nằm theo h−ớng của véc tơ (T r ) và lệch với mặt phẳng nằm ngang một góc θ , góc θ gọi là độ từ nghiêng . Nếu đầu bắc kim nam châm chúi xuống thì góc θ mang dấu d−ơng , nếu đầu bắc kim nam châm ngẩng lên thì góc θ mang dấu âm. Nh− vậy ở cực thì góc θ=± 900 , T r đi vào ở cực bắc và đi ra ở cực nam. ở xích đạo θ = 00, đ−ờng nối các điểm có θ = 00 gọi là xích đạo từ, xích đạo từ có dạng đ−ờng cong không đều nó ở gần xích đạo địa lý. Các điểm có cùng độ từ nghiêng θ nối lại gọi là vĩ độ từ . Phân tích véc tơ c−ờng độ từ tr−ờng T thành hai thành phần. - Thành phần nằm ngang : H . - Thành phần thẳng đứng : Z Thành lập công thức biểu thị mối quan hệ giữa các phân lực : Ta có: T2 = H2 + Z2 A Z d H Hd Nt T θ Hình 1.12 Các phân lực địa từ Pm P’m PN PS 12o A H T Z Hình 1.11 Từ tr−ờng Trái đất Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 16 H = Tcos θ Z = Tsin θ tg θ = H Z => Nhận xét : Phân lực H gọi là phân lực định h−ớng nghĩa là d−ới tác dụng của phân lực nằm ngang H luôn kéo kim nam châm của la bàn chỉ h−ớng bắc địa từ (Nd) , kinh tuyến đi qua gọi là kinh tuyến địa từ , kinh tuyến địa từ đ−ợc chọn làm mốc tính h−ớng đi và ph−ơng vị địa từ. Qua công thức ta thấy nếu điểm A ở xích đạo thì θ = 0 ⇒ H = T = HMax (khoảng 0,4 oe), Z = 0 chứng tỏ la bàn hoạt động ở vùng xích đạo , gần xích đạo khả năng định h−ớng tốt nhất. Khi vĩ độ càng tăng thì H càng giảm , ở cực thì θ = 900 ⇒ H = 0 chứng tỏ la bàn không có khả năng hoạt động . - Phân lực Z không có tác dụng định h−ớng . 1.5.3 Độ lệch địa từ (Hình 1.13) Do trái đất có từ tr−ờng, lực địa từ tác dụng vào kim nam châm la bàn làm kim la bàn không chỉ h−ớng bắc thật ký hiệu (Nt) mà chỉ sang một h−ớng khác gọi là bắc địa từ (Nd) , kinh tuyến đi qua gọi là kinh tuyến địa từ, kinh tuyến địa từ đ−ợc chọn làm mốc để tính h−ớng đi địa từ (Hd) và ph−ơng vị địa từ (Pd) vậy góc lệch giữa kinh tuyến địa từ và kinh tuyến thật gọi là độ lệch địa từ d . Nếu đầu bắc kim nam châm lệch về phía đông (E) so với kinh tuyến thật thì d mang tên đông (E) và lấy dấu (+) . Nếu bắc kim nam châm lệch về phía tây so với kinh tuyến thật d thì mang tên tây (W) lấy dấu (-). ở những điểm khác nhau trên mặt đất, độ lệch địa từ có giá trị khác nhau, nó có thể biến thiên từ 00 đến ± 1800W E . Giá trị và sự phân bố từ tr−ờng trên bề mặt trái đất đ−ợc ng−ời ta biểu thị bằng các bản đồ đặc biệt gọi là bản đồ từ. Các bản đồ này đ−ợc xây dựng theo định kỳ vì từ tr−ờng của trái đất thay đổi theo thời gian . Ví dụ bản đồ từ xây dựng năm 1995 có nghĩa là các tài liệu sử dụng đ−ợc tính từ lúc 0h00m ngày 01/ 01/1995 theo kinh tuyến gốc . Trên bản đồ vùng đ−ợc vẽ các đ−ờng đẳng trị . Mỗi đ−ờng đẳng trị yếu tố từ tr−ờng có một tên gọi riêng . Đ−ờng đẳng trị độ lệch địa từ gọi là đ−ờng đẳng độ lệch địa từ , đ−ờng đẳng trị các lực T , H và Z gọi là đ−ờng đẳng từ . Nd S N dE(+) dW(-) Nd Nt Hình 1.13 Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 17 Các bản đồ từ tr−ờng có hai loại, một loại tỷ lệ xích lớn , một loại có tỷ lệ xích nhỏ . Những bản đồ có tỷ lệ xích lớn đ−ợc dựng cho một vùng nhỏ, mạng l−ới đ−ờng đẳng trị dầy đặc nó chỉ tất cả các từ tr−ờng đặc biệt ở vùng này. Bản đồ tỷ lệ xích nhỏ đ−ợc xây dựng cho một vùng biển lớn hoặc cho toàn bộ thế giới, trên đó biểu thị khái quát các đ−ờng đẳng trị , các yếu tố từ tr−ờng . Các yếu tố từ tr−ờng trái đất không cố định mà luôn luôn thay đổi, nguyên nhân gây ra sự thay đổi này thì cho tới nay khoa học vẫn ch−a giả đáp đ−ợc thoả mãn. Từ tr−ờng của trái đất đ−ợc phát sinh do hai loại từ tr−ờng : Từ tr−ờng chính và từ tr−ờng biến đổi . Từ tr−ờng chính cũng không phải là cố định, khi quan sát liên tục nhiều năm , ng−ời ta thấy nó thay đổi chậm . Sự thay đổi giá trị trung bình trong năm gọi là sự thay đổi thế kỷ . Sự thay đổi giá trị từ tr−ờng trung bình trong một ngàyđêm gọi là sự thay đổi ngày đêm , th−ờng rất nhỏ nên trong thực tiễn ng−ời ta bỏ qua . Sự thay đổi mang tính chu kỳ năm này qua năm khác đ−ợc ghi sẵn trên hải đồ đi biển, theo từng hoa địa từ cho từng khu vực. Hoa địa từ là một vòng tròn chia độ từ 00 đến 3600 trong vòng tròn ghi sẵn các giá trị độ lệch địa từ, năm khảo sát địa từ và l−ợng thay đổi hàng năm . Ví dụ: Trên hải đồ Việt Nam có ghi: Tại khu vực biển Long Châu ĐLĐT : 0055w - 1995 có nghĩa là độ lệch địa từ khảo sát năm 1995 là d = 0055w hàng năm không thay đổi. (hình 1.14). Ví dụ : trên hải đồ Anh có ghi : Tại khu vực biển Hồng Kông là : MagVar 2005w-1990 (4'W) có nghĩa là độ lệch địa từ khảo sát năm 1990 là d = 2005W , thay đổi theo hàng năm 4'W. (Hình1.15) Từ tr−ờng biến đổi thì độ lệch địa từ cũng biến đổi liên tục có tính chất đều đặn nh−ng có những ngày chúng thay đổi đột biến cả về chu kỳ lẫn biên độ. Sự thay đổi đột biến có c−ờng độ rất lớn, có thể xảy ra mọi nơi trên trái đất hay một vài địa ph−ơng ng−ời ta gọi là bão từ. Thời gian bão từ có thể xảy ra từ hai đến ba ngày đêm. Trong những năm gần đây nhờ có vệ tinh nhân tạo của trái đất, ng−ời ta đã biết đ−ơc nguồn gốc của sự biến đổi từ tr−ờng là do dòng cảm ứng xuất hiện ở tầng cao của khí quyển Hình 1.14 180o 270o 90o ĐLĐT : 0 o 55’w – 1995. Hàng năm không thay đổi 0o Hình 1.15 270o 90o 0o Mag Var 2o0 5’w-1990(4’w) 180o Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 18 tới vài nghìn kilômét. Những dòng nh− vậy chủ yếu là dòng các phân tử mang điện từ mặt trời đến. Nghiên cứu từ tr−ờng trái dất ở n−ớc ta ch−a có cơ quan nào tiến hành một cách quy mô. ở n−ớc ngoài đã có nhiều nhà bác học, nhiều cơ quan nghiên cứu nh− : viện từ tr−ờng trái đất, viện nghiên cứu tầng điện li và sự lan truyền của sóng vô tuyến . vv. 1.6 nguyên tắc làm việc của la bàn từ Nếu ta đã biết, thành phần nhạy cảm của la bàn là kim từ . Khi kim la bàn đ−ợc treo tự do thì trục kim của nó sẽ định h−ớng dọc theo véc tơ c−ờng độ từ tr−ờng (T r ) của trái đất và chỉ ra mặt phẳng kinh tuyến từ. Nh−ng kim từ treo tự do không thể sử dụng làm thành phần nhạy cảm cho la bàn từ hàng hải đ−ợc , bởi vì khi độ từ nghiêng lớn (ở vĩ độ cao ) xác định h−ớng nằm ngang theo kim nghiêng rất khó khăn. Vì vậy trong các la bàn từ hàng hải ng−ời ta tìm cách treo thành phần nhạy cảm sao cho nó chỉ tự động xoay trong mặt phẳng nằm ngang (hình 1.16), thể hiện một kim từ đ−ợc treo nh− vậy . Trục kim tạo vói thanh phần nằm ngang của từ tr−ờng trái đất , nghĩa là với kinh tuyến từ một góc δ . Từ tr−ờng trái đất ở trong không gian kim nam châm chiếm chỗ có thể coi nh− là từ tr−ờng đều. Với điều kiện này theo công thức (1.7) kim từ chịu tác dụng một mômen quay P. P = 2lmHsinδ (1.11) ở đây 2l là chiều dài kim từ và m là từ khối mỗi lực kim từ Biết 2lm = M là mômen từ của kim nam châm do đó P = MHsinδ . D−ới tác dụng của mômen quay P kim nam châm xoay về phía kinh tuyến từ. Xong do có ma sát ở điểm đỡ cho nên kim sẽ ổn định trên h−ớng khác với kinh tuyến từ. Theo công thức trên thì kim từ chỉ ổn định khi δ = 0 tức là sinδ = 0 , do vậy P = 0 . Mô men P gọi là mômen quay của kim la bàn từ . Trong thực tế do điều kiện ổ đỡ thành phần nhạy cảm ch−a lý t−ởng cho nên vẫn tồn tại một lực ma sát làm triệt tiêu bởi mômen quay P. Tức là kim từ sẽ ổn định ở vị trí ứng với một góc δ nhỏ , góc này gọi là góc i' ký hiệu là . Vật liệu ma sát triệt tiêu bởi lực P l à : Q Q = M.H.sin δ T Z +mH S M Nt N Hình 1.16 -m H Ch−ơng 1 Khái niệm cơ bản về từ tr−ờng 19 Với nhỏ nên có thể viết Q = MH . Hay = MH Q La bàn nào càng có góc i' nhỏ thì la bàn ấy càng tốt . + Muốn giảm i' ta làm giảm lực ma sát Q ở điểm ổ đỡ đạt giá trị nhỏ nhất. Để đạt đ−ợc yêu cầu này ng−ời ta gắn kim từ vào đáy mồt chiếc phao kín n−ớc bằng nhựa hoặc bằng đồng, sau đó thả chúng vào dung dịch cồn và n−ớc cất. Toàn bộ thành phần nhạy cảm đ−ợc đỡ trên một kim trụ . Đỉnh kim trụ và ổ đỡ ng−ời ta gắn kim loại cứng. Với điều kiện hoạt động nh− trên lực ma sát đạt giá trị nhỏ nhất . + Mặt khác để giảm góc i' ta tăng mômen từ của kim nam châm, bằng cách ng−ời ta chế tạo kim từ không phải là một thanh nam châm mà bằng một cặp hay nhiều căp thanh nam châm đặt song song, cùng cực, cùng từ lực, đối xứng qua trọng tâm kim la bàn. Hệ thống nam châm nh− vậy sẽ đảm bảo mô men từ lớn nhất . + Giá trị mômen quay P của kim la bàn còn phụ thuộc vào vĩ độ. Khi tàu ở xích đạo thì H lớn nhất nên P cũng lớn nhất khi tàu về cực thì H = 0, nên mô men quay P nhỏ nhất và có góc ì lớn nhất, la bàn định h−ớng rất kém . + Góc i' của la bàn hiện đại cho phép ≤ 002 khi H = 0,05 0e ở nhiệt độ +150C . Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 45 Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 3.1 cấu tạo la bàn từ của Liên xô ở n−ớc ta hiện nay các ph−ơng tiện vận tải trên biển cũng nh− các tàu khai thác cá biển đ−ợc nhập từ rất nhiều n−ớc, không những của các n−ớc xã hội chủ nghĩa nh− Liên Xô , Ba Lan ... mà còn của các n−ớc t− bản chủ nghĩa nh− Nhật , Na Uy , Thuỵ Điển ... Trên các con tàu nh− vậy đều có trang bị la bàn từ hàng hải, la bàn của mỗi n−ớc có kết cấu không hoàn toàn giống nhau. Song về mặt nguyên lí làm việc, vật liệu chế tạo và lý thuyết khử đô lệch về cơ bản là giống nhau. ở đây trong khuôn khổ của một giáo trình tác giả chỉ giới thiệu cấu tạo của hai loại la bàn từ Liên Xô và của Nhật đ−ợc thế giới công nhận có rất nhiều −u điểm, đ−ợc sử dụng rộng rãi trên thế giới . 3.1.1 Cấu tạo la bàn loại YKП - M (127 mm) . La bàn từ đ−ợc sử dụng bên cạnh la bàn điện (la bàn con quay) trang bị trên tàu để chỉ h−ớng đi và xác định vị trí tàu theo ph−ơng pháp quan trắc ph−ơng vị của mục tiêu trên mặt đất hoặc ph−ơng vị thiên thể . La bàn dùng để kiểm tra h−ớng đi của tàu và xác định vị trí tàu gọi là la bàn chuẩn đ−ợc đặt ở phía trên ca pin th−ợng, nằm trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua trục dọc tàu, ở xa các trang bị bằng sắt, thép không bị cản trở khi quan sát về mọi phía. La bàn từ đặt ở tr−ớc hay cạnh vô lăng lái, khi không có la bàn điện thì la bàn này làm nhiệm vụ chỉ h−ớng cho ng−ời điều khiển tàu gọi là la bàn chỉ đ−ờng hay la bàn lái. Trên nhiều con tàu, ngoài la bàn chuẩn và la bàn lái còn đ−ợc trang bị thêm la bàn dự phòng đặt ở buồng lái sự cố và la bàn trên xuồng cứu sinh . Cấu tạo toàn bộ của la bàn 127 mm gồm có : Chậu và mặt số, vòng ph−ơng vị, thân, đế và các nam châm để khử độ lệch bán vòng, độ lệch nghiêng ; các thanh sất non để khử độ lệch bán vòng thứ , độ lệch phần t− và độ lệch cảm ứng, ngoài ra còn có nắp bảo vệ, các bu lông để gắn la bàn với boong tàu, các trang bị chiếu sáng, các bộ phận gá các vật liệu khử độ lệch . 3.1.1.1 Mặt số la bàn: Mặt số la bàn là thành phần nhạy cảm của la bàn, nó đ−ợc định h−ớng d−ới sự tác dụng của từ tr−ờng trái đất và từ tr−ờng tàu. Nếu la bàn ở trên các con tàu vô từ tính thì trục NS của thành phần nhạy cảm nằm theo h−ớng kinh tuyến từ còn nếu đặt la bàn ở trên các tàu có từ tính thì trục NS của mạt số la bàn nằm dọc theo kinh tuyến la bàn . Bộ phận cơ bản của mặt số là hệ thống nam châm, hệ thống này gồm 6 thanh đ−ợc chia thành 3 cặp mỗi cặp nam châm đ−ợc bố trí song song, cùng cực, cùng từ lực nh− sau : Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 46 a. Từng cặp có chiều dài bằng nhau bố trí đối xứng nhau qua cực NS của mặt số . b. Trọng tâm của từng nam châm nằm trên đ−ờng OW . c. Đầu của tất cả các thanh nam châm nằm trên một vòng trong có tâm là trọng tâm của hệ thống nam châm . d. Góc giữa trục NS của hệ thống và đ−ờng nối từ trọng tâm hệ thống tới các đầu thanh nam châm nh− sau : Với hai thanh dài 80,7mm là 12052' . Với hai thanh dài 73,4mm là 38034' . Với hai thanh dài 45,8mm là 64017' . Các nam châm đ−ợc chế tạo bằng hợp kim có chất l−ợng từ hoá cao, mô men từ của nó cố định trong thời gian dài. Giá trị mô men từ của hệ thống nam châm khoảng 1500 ± 250 đơn vị C.G.S.M . Hệ thống nam châm đ−ợc hàn vào phía d−ới một chiếc phao bằng đồng thau mỏng. ở phía trên phao đ−ợc gắn vào một mặt khắc độ, mặt khắc độ đ−ợc chế tạo bằng đồng thau mỏng hoặc nhôm. ở trong tâm của cả hệ thống nam châm và phao ng−ời ta làm một ổ đỡ hình nón, ở đỉnh hình nón có một cái vít từ trên xuống ở đỉnh vít ng−ời ta gắn một miếng kim loại làm "chân kính" đỡ. Toàn bộ hệ thống kim, phao, mặt số ở trong không khí nặng khoảng 105g , ở trong dung dịch cồn nặng khoảng 4g. Toàn bộ hệ thống nhạy cảm đ−ợc đỡ trên một kim trụ, đỉnh trụ cột gắn hợp kim cứng . 3.1.1.2 Chậu la bàn. (Hình 3.2) Chậu la bàn đ−ợc chế tạo bằng đồng thau nó đ−ợc chia làm 2 ngăn (hình 3.2), ở giữa chậu có bộ phận để gắn kỉm trụ đỡ mặt số, chậu đ−ợc sơn màu trắng nh− màu sơn của phao và mặt số. ở vành chậu phía trên có vòng khắc độ dùng để chỉ góc mạn, ở thành chậu có kẻ hai đ−ờng vạch chuẩn màu đen, vạch phía tr−ớc chỉ h−ớng mũi tàu, vạch sau chỉ h−ớng về lái tàu. Sơn dùng để sơn mặt số và thành chậu là loại sơn chứa natri và kali không bị cồn phá huỷ, không tham gia vào phản ứng hoá học với cồn và n−ớc. Hình 3.1 Cấu tạo mặt số la bàn Để thuận tiện cho việc định h−ớng, mặt khắc độ đ−ợc chia ra 360 gạch, mỗi gạch ứng với một độ, cứ cách 100 có một gạch dài. Trên mặt số ghi các h−ớng chính N , S , E , W và các h−ớng phần t− NE , SE , NW , SW. Cấu tạo của bộ phận nhạy cảm đ−ợc thể hiện : 1.Các kim từ; 2. Phao; 3. ổ đỡ kim trụ; 4. Vít để gắn hợp kim; 5. Mặt khắc độ Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 47 Ngăn trên của chậu ng−ời tra gọi là buồng chính, nó dùng để chứa thành phần nhạy cảm thả ở trong dung dịch cồn. Ngăn phía d−ới gọi là buồng phụ, ngăn này có tác dụng khắc phục hiện t−ợng thay đổi thể tích của dung dịch khi nhiệt độ của dung dịch thay đổ , ở đáy của ngăn phụ có một màng ngăn mỏng bằng đồng thau, khi thể tích dung dịch tăng lên thì nó giãn ra, khi thể tích dung dịch giảm thì nó co vào. Ngoài ra ngăn phụ còn chứa các cặn bẩn nổi và dầu các bọt khí khi trong dung dịch cồn có một ít bọt khí. Phía mặt trên của chậu đ−ợc gắn một tấm kính trong suốt có vòng đệm cao su kín n−ớc và vành ép để ép chặt mặt kính. Trên mặt của chậu đ−ợc gắn một vòng ph−ơng vị. ở đây chậu ng−ời ta lắp một khối chì và có lắp bảo vệ khối chì. Khối chì có tác dụng luôn luôn giữ chậu ở vị trí thẳng đứng khi tàu dao động, tức là đảm bảo mặt chậu luôn luôn ở vị trí trên mặt nằm ngang khi tàu nghiêng. Cũng ở đáy chậu, giữa khối chì có một lỗ để gắn bóng đèn chiếu sáng cho mặt số vào ban đêm hoặc lúc trời tối. Chậu la bàn đ−ợc đổ đầy dung dịch cồn 430, dung dịch này có khả năng không đông đặc ở nhiệt độ tới -260C . Toàn bộ chậu đ−ợc gắn vào một giá Các-đăng, nhờ có giá Các-đăng mà mặt chậu luôn luôn giữ ở trong mặt phẳng nằm ngang . Trọng l−ợng của chậu (trừ vòng ph−ơng vị) nặng 8kg . 3.1.1.3 Vòng ph−ơng vị. (Hình 3.3) Hình 3.3 Cấu tạo vòng ph−ơng vị 1.Khung dây vạch chuẩn, 2.Khung khe ngắm, 3.Các khung kính màu, 4.Hình trụ và cầu gắn Cô-lông-ga, 5.Giá vòng ph−ơng vị, 6.Lăng kính B iể u x ích la b à n 4 1 23 6 5 Chậy la bàn 9 10 11 12 13 141516 9 87654321 Hình 3.2 Cấu tạo chậu la bàn từ M-127 1.Vạch h−ớng mũi, 2.Buồng chính, 3.Lỗ gắn kim trụ, 4.Kim trụ, 5.Mặt kính, 6.Vạch chắn tia sáng, 7.Giá đỡ kim trụ, 8.Vành ph−ơng vị, 9.Trục gá của chậu, 10.Thân chậu, 11.Màng nhăn, 12.Buồng phụ, 13.Khối chì, 14.Kính ở màng nhăn, 15.Đèn chiếu sáng Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 48 Vòng ph−ơng vị dùng để ngắm ph−ơng vị mục tiêu, ph−ơng vị thiên thể để xác định vị trí tàu, xác định sai số la bàn và giả các bài toán khác .v.v. Vòng ph−ơng vị (hình 3.3) gồm các bộ phận cơ bản sau: Giá gắn lên chậu la bàn khe ngắm và lăng kính, dây vạch chuẩn, bộ phận giá gắn máy Cô-lông-ga, các kính màu. Giá gắn lên chậu la bàn là một vành tròn bằng đồng thau, có lẫy để gắn vào vành của chậu, trên vành này có các đinh vít để gắn khung vạch chuẩn, khung khe ngắm và lăng kính có hai chốt để gắn cầu đỡ Cô-lông- Khung vạch chuẩn đ−ợc chế tạo hình chữ nhật ở giữa có một dây vạch chuẩn dây vạch chuẩn ở vị trí nằm trong mặt phẳng thẳng đứng, dây vạch chuẩn đ−ợc định vị và kéo căng bằng hai đinh vít. ở ngoài khung vạch chuẩn có một khung kính hoặc tấm kim loại để bảo vệ, nó có thể nâng lên hoặc hạ xuống đ−ợc. Ngoài ra nó còn có một cái g−ơng để phục vụ cho việc lấy ph−ơng vị ở độ cao lớn hơn 260 . Khe ngắm là bộ phận dùng để ngắm qua giữa mặt số và dây vạch chuẩn tới mục tiêu, khe ngắm giúp cho ng−ời quan sát nhìn mục tiêu hoặc thiên thể đ−ợc dễ dàng khi thời tiết xấu hoặc ban đêm. Để lấy số chỉ trên mặt số đ−ợc chính xác và nhanh, ở phía d−ới khe ngắm có một lăng kính, lăng kính có tác dụng phóng đại số chỉ của mặt số và cho ta ngay số chỉ ph−ơng vị. Cả khe ngắm lẫn dây vạch chuẩn phải nằm trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua trọng tâm của thành phần nhạy cảm, ng−ời ta gọi là mặt phẳng ngắm . Bộ phận ngắm Cô-lông-ga đ−ợc chế tạo bằng đồng thau, nó gồm có một ống hình trụ để lòng vào đế máy Cô-lông-ga, ống hình trụ đ−ợc gắn với cầu gắn vào vòng ph−ơng vị bằng 4 đinh vít, tâm của ống hình trụ khi gắn vào vòng ph−ơng vị phải nằm trong mặt phẳng ngắm . Kính mầu, ở phía tr−ớc khe ngắm có gắn 2 hoặc 3 màu hình tròn, nó có tác dụng lọc màu, làm giảm c−ờng độ tia sáng khi ta quan sát mặt trời hoặc các thiên thể qua sáng, tuỳ theo mức độ chói khác nhau mà ta chọn kính màu cho phù hợp Hình 3.4 Cấu tạo thân La bàn 3 2 1 3 4 5 6 3.1.1.4 Thân la bàn từ. (Hình 3.4) Thân la bàn 127mm đ−ợc chế tạo bằng hợp kim Nhôm - Silic. Thân la bàn gồm 3 phần : Phần trên, phần giữa và phần đế. Phần trên dùng để gắn chậu la bàn và các bộ phận gắn các thanh sắt non khử độ lệch, nó có thể thay đổi vị trí theo chiều ngang. Phần giữa dùng để đỡ phần trên cho cao, đồng thời ở trong ruột của nó có gắn một ống đồng thẳng đứng, trong ống đồng chứa nam châm khử độ lệch nghiêng, ngoài ra ống đồng còn làm nhiệm vụ đỡ các bộ phận gá các thanh nam châm khử độ lệch bán vòng, công tắc điều khiển ánh sáng cũng gắn vào phần này. Phần d−ới là phần đế gắn vào boong tàu nó có 4 lỗ để gắn các bu-lông đế. Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 49 Phía trên của chậu la bàn có nắp bảo vệ, nắp bảo vệ có hai kính trong suốt phía tr−ớc và phía sau để quan sát khi đạy nắp bảo vệ. 3.1.1.5 Các thanh nam châm. Các thanh nam châm vĩnh cửu dùng để khử độ lệch bán vòng và độ lệch nghiêng, chúng đ−ợc đựng ở trong hộp gỗ. Các nam châm khử độ lệch bán vòng gồm 8 thanh có kích th−ớc khác nhau (bảng 3.1). Kích th−ớc (mm) Mô men từ số (đơn vị CGSM) Số l−ợng 200 x 12 x 12 200 x 10 x 10 Φ8 , L = 100 Φ8 , L = 60 10.000 8.000 2.400 1.000 2 2 2 2 Bảng 3.1 Vật liệu để chế tạo nam châm khử là hợp kim đặc biệt, có lực kháng từ lớn, khoảng vài trăm Oe . Do đó nó có tính từ hoá d− cao và ít thay đổi từ tính theo thời gian sử dụng. Tất cả các thanh khử đều đ−ợc sơn hai mầu, nửa màu bắc sơn màu đỏ, còn nửa đầu nam sơn màu đen hoặc trắng. 3.1.1.6 Sắt non. Các thanh sắt non dùng để khử độ lệch phần t−, nó đ−ợc chế tạo bằng hợp kim sắt từ có lực kháng từ nhỏ chỉ khoảng 1 đến 3Oe hoặc nhỏ hơn nữa .+ La bàn từ 127mm khi suất x−ởng đã có ngay hai thỏi sắt non khử độ lệch phần t− theo chiều dọc gắn ở phần trên của thân la bàn. Thỏi sát non dài 300mm, đ−ờng kính 22mm. + Ngoài ra ở la bàn còn các tấm sắt non để khử độ lệch cảm ứn , chúng có kích th−ớc, dài 100mm hay 130mm tiết diện 25 x 3 (mm), các tấm này đ−ợc đặt ngang ngay trong phần thân ở phía d−ới chậu la bàn. Tuỳ theo yêu cầu đặt mà trong thiết bị toàn bộ có thể bao gồm thanh khử độ lệch phần t− tiết diện chữ nhật hay quả cầu với các kích thứôc khác nhau. 3.1.1.7 Hệ thống chiếu sáng . La bàn YKП-M đ−ợc trang bị nguồn chiếu sáng mặt số từ phía d−ới đáy lên. Hệ thống chiếu sáng gồm : Biến trở, công tắc, đui đèn và bóng đèn. Dòng điện chiếu sáng đ−ợc lấy từ l−ới điện tàu. Nếu dòng điện tàu là dòng điện một chiều 24 vôn thì ng−ời ta sử dụng máy biến Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 50 l−u kiểu ПO-12Φ, nếu dòng điện của tàu là 220 vôn thì sử dụng loại máy biến l−u kiểu ПO- 12AΦ . Sử dụng máy biến thế ta đ−a dòng điện xuống từ 5 đến 8 vôn. Hệ thống chiếu sáng của la bàn có thể đ−ợc sửa dụng dòng điện xoay chiều của tàu nh−ng trong tr−ờng hợp đó ngoài máy biến l−u cần phải có máy biến áp để hạ xuống 6 vôn , 12 vôn hay 24 vôn . Để có thể đổi dòng điện ng−ời ta sửa dụng hai loại bóng đèn chịu hiệu điện thế khác nhau ứng với tr−ờng hợp sử dụng dòng một chiều hay xoay chiều . Máy biến l−u phải đặt cách xa la bàn hơn 2.5m để khỏi ảnh h−ởng tới từ tính của la bàn . * Chú ý : La bàn kiểu YKП-M IM thân coa 142cm , trọng l−ợng toàn bộ 68,5kg nó d−ợc sử dụng làm la bàn chuẩn . La bàn kiểu YKП-M3M thân cao 126cm , nặng 64kg , dùng làm la bàn chỉ đ−ờng. 3.1.2 Cấu tạo la bàn chuẩn của Liên Xô loại KMO-T Hiện nay trên các tâù của Liên Xô đều đ−ợc trang bị loại la bà mã hiệu KMO-T1 có thiết bị truyền ảnh h−ởng của mặt số, từ la bàn chuẩn xuống buồng lái. Loại la bàn này vừa làm nhiệm vụ của la bàn chuẩn vừa làm nhiệm vụ của la bàn lái. 3.1.2.1 Một số la bàn KMO-T Mặt khác la bàn KMO-T về cơ bản cấu tạo giống nh− mặt số la bàn YKII-M, chỉ có khác là mômen từ của hệ thống kim nhỏ hơn một chút, nó chỉ khoảng 1300 đơn vị CGSM. Đặc điểm của mặt số này là ở trên vành khắc độ tất cả các vạch chia độ và các số t−ơng ứng là các lỗ rỗng ánh sáng có thể xuyên qua dễ dàng hoặc phía d−ới đ−ợc gắn một số ng−ợc với các số chia t−ơng ứng mặt trên. 3.1.2.2 Chậu la bàn ( Hình 3.5) ở mặt trên và phía đáy d−ới của chậu đ−ợc bít kín bằng các tấm kính trong chậu đổ đầy dung dịch 64% n−ớc cất, 36% cồn. Trong chậu đ−ợc chia làm hai ngăn bằng một tấm kính tròn. Ngăn trên chứa thành phần nhạy cảm và kim đỡ. ở xung quanh chậu phần trên ng−ời ta gắn một tấm màn đứng. Khoảng không gian giữa màn và thành của chậu để chứa các bọt khí. Không khí xuất hiện trong chậu do nguyên nhân nào đó sẽ đi qua lỗ của thành màn rồi lên vòm phía trên của chậu. Khi chậu quay trong mặt phẳng nằm ngang thì các khí đ−ợc dấu kín ở khoảng giữa màn và thành chậu . Hình 62 1.Kính mặt chậu, 2.Kính đáy chậu, 3.Kính chia chậu, 4.Lỗ gắn kim trụ, 5.Kim trụ, 6. Màn ngăn thành chậu, 7.Vòng góc mạn, 8.Nút đáy chậu, 9.Buồng phụ 1 2 3 4 5 6 7 9 8 Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 51 Hình 3.6 1. Nắp bảo vệ, 2.Chậu la bàn, 3. Thỏi sắt non ,4.ốp giữ các bộ gá sắt non, 5.Th−ớc, 6.Nam châm khử độ lệch nghiêng, 7.ống gắn bộ gá thanh khử, 8.Thân la bàn, 9.Các thanh khử phụ, 10.Tay ặn điều chỉnh vị trí thanh khử độ lệch nghiêng, 11.êcu, 12.Bộ gá nam châm khử độ lệch bán vòng, 13.Vị trí đặt bộ phận khử độ lệch điện tử, 14.Vạch chia đánh dấu vị trí các bộ gá, 15.Tấm sắt non mỏng, 16.êcu vặn đai ốc Lỗ vít để đổ chất lỏng vào chậu đ−ợc bố trí bên cạnh thành chậu. Để khắc phục tình trạng thay đổi thể tích của chất lỏng do sự thay đổi nhiệt độ ng−ời ta đặt một vòng đàn hồi, vòng này nằm giữa tấm kính đáy và tấm kính phân chia chậu. Do có vòng đàn hồi này mà thể tích của chậu thay đổi đ−ợc theo sự thay đổi thể tích của chất lỏng khi nhiệt độ thay đổi . Trụ đỡ mặt số là một kim trụ tiêu chuẩn, nó đ−ợc vặn vào qua lỗ vít ở tấm kính phân chia chậu. Chậu và khớp các-đăng treo chậu vào phần thân chính đ−ợc thể hiện trên hình 62. 3.1.2.3. Thân la bàn KMO-T (Hình 3.6) Thân la bàn này đ−ợc chế tạo bằng hợp kim Titan vô từ tính, ở trong thân đặt các thiết bị khử độ lệch. trong đó có các thanh nam châm để khử độ lệch bàn vòng và độ lệch nghiêng cùng các bộ phận gá để thay đổi vị trí của chúng . Các thanh nam châm đ−ợc gắn trên bộ phận gá theo chiều dọc và chiều ngang. Các thanh dọc nằm theo h−ớng trục dọc tàu còn các thanh ngang nằm theo h−ớng vuông góc với h−ớng trục dọc tầu. Các thanh khử dọc ký hiệu là (B), còn các thanh ngang ký hiệu là (C) . Khi la bàn làm việc do điều kiện từ không tốt dẫn đến tình trạng là với 4 thanh khử lực B’λH và C’λH nh− trên không đảm bảo đ−ợc, ng−ời ta khắc phục tình trạng này bằng cách gắn thêm các thanh phụ dọc theo trục dọc tàu và h−ớng vuông góc với trục dọc tàu (hình 63). Thanh nam châm khử độ lệch nghiêng đ−ợc cho vào trong lòng ống đồng thau nằm giữa thân la bàn. Để điều chỉnh vị trí thanh khử này lên trên hoặc xuống d−ới ng−ời ta trang bị bộ phận tay vặn dạng trục vít . Độ lệch phần t− đ−ợc khử bằng hai thanh sắt non dọc. Hai tấm sắt non mỏng khử độ lệch cảm ứng. Các thanh cảm ứng đ−ợc gắn ngang phía d−ới chậu la bàn. Các thanh khử đ−ợc bố trí ngoài thân thấp hơn mặt số, hai thanh có tiết diện chữ nhật, còn hai thanh khác có tiết diện hình tròn. Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 52 Hình 3.7 Hệ thống quang học của la bàn KMO-T 1. Mặt số, 2. đèn chiếu sáng mặt số, 3. Kính bảo vệ, 4. thấu kính phía trên,5. thân la bàn, 6. thấu kính phía d−ới, 7. tấm kính sấy, 8. ống của hệ thống quang học, 9. g−ơng phản chiếu Hình 3.8 Hình dạng chung của la bàn KMO-T 1. Cái hãm ống quang học, 2. tay gạt cơ khí nậng hạ ống quang học, 3. của mở thân trên,4. chiết áp, 5. của mở thân d−ới, 6. phần ống cố định, 7. hộp chiết áp, 8. công tắc chiết áp, 9. phần trên của ống di động, 10. vòng đai giữ ống , 11. phần ống d−ới,12. g−ơng phản chiếu, 13. êcu định vị g−ơng. Hình 3.8 Hình 3.9 Bộ phận gá các thanh sắt non có thể nằm chéo góc với mặt phẳng trục dọc tàu để có thể đồng thời khử độ lệch phần t− do cả D’λH và E’λH gây ra . ở trong thân la bàn phía d−ới chân có một khoang để chứa các thiết bị khử độ lệch điện từ. Phía trên của mặt chậu có nắp bảo vệ . 3.1.2.4 Hệ thống quang học . Hệ thống quang học bao gồm đèn chiếu sáng, kính bảo vệ hai thấu kính, kính sấy và g−ơng phản chiếu. Một số bộ phận nằm ở trong ống thép phía d−ới. Thân la bàn ng−ời ta đặt ở phía trên (buồng hoa tiêu), ống hệ thống quang học và g−ơng phản chiếu có phần d−ới chui qua mặt boong th−ờng đi xuống buồng điều khiển vào phía tr−ớc tay lái. Nh− thể hiện trên hình 3.7 g−ơng phản chiếu, phản chiếu ánh sáng từ bóng đèn qua mặt số đi tới g−ơng. Do đó hình ảnh mặt số đ−ợc thể hiện trong g−ơng rất rõ ràng , nghĩa là các vạch chia và các số t−ơng ứng thể hiện rõ ràng rất dễ quan sát . ống hệ thống quang học có hai phần, phần trên cố định phần d−ới có thể di chuyển lên xuống đ−ợc nhờ có phần di động này mà ta có thể điều chỉnh vị trí của g−ơng sao cho phù hợp với tầm quan sát của ng−ời điều khiển tàu. Ngoài ra phần phía d−ới còn có thể xoay theo chiều thẳng đứng, g−ơng phản chiếu có thể thay đổi đ−ợc góc nghiêng . Khi nhiệt độ ngoài không khí thấp hơn vài độ thì hệ thống g−ơng xuất hiện các giọt n−ớc làm mờ mặt kính. Để khắc phục hiện t−ợng này ng−ời ta gắn vào hệ thống g−ơng một bộ phận để sấy. Nó đ−ợc đặt trong ống của hệ thống g−ơng. Để có thể làm đ−ợc việc này ng−ời ta cho dòng điện chạy qua một màng mỏng dẫn điện trong suốt gắn giữa hai tấm kính. Thay đổi c−ờng độ dòng điện đi qua bằng cách điều chỉnh chiết áp ta có nhiệt độ sấy cần thiết . Điện cung cấp cho la bàn là dòng xoay chiều của l−ới điện tàu, có điện thế 127 vôn và 220 vôn, còn nguồn dự phòng là 24 vôn. Để giảm hiệu điện thế dòng điện xoay chiều ng−ời ta dùng biến áp còn với dòng điện một chiều dùng biến trở . Để có cửa vào hệ thống quang học và nơi đặt các thiết bị khử ở thân la bàn ng−ời ta làm hai cửa mở. Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 53 chậu la bàn 3.2 Cấu tạo la bàn từ của nhật 3.2.1 Cấu tạo la bàn chuẩn saura-Keiky-Japan La bàn có g−ơng phản xạ loại MR-150A đ−ợc trang bị làm la bàn chuẩn trên các tàu chạy tuyến ven biển, cận hải có cấu tạo nh− sau: Mô hình la bàn chuẩn Chậu la bàn Hình 3..9 ô hình la bàn chuẩn Sơ đồ kích th−ớc la bàn chuẩn STT Tên thiết bị Số l−ợng 1 Thân la bàn chuẩn 1 2 Nắp đậy la bàn 1 3 Hộp đặt thỏi sắt non Flinder’s bar 2 4 Hộp giá nhựa đặt sắt non khử độ lệch D 1 5 Đồng hồ đo độ nghiêng 2 6 Lỗ tra khóa điều chỉnh độ lệch B, C 2 7 Chốt hãm ống quang học 1 8 Thân ống quang học 1 9 Chốt hãm vành đai giữ ống g−ơng 2 10 Êcu định vị g−ơng 1 11 G−ơng phản chiếu 1 12 Đèn chiếu sáng 1 13 Đầu nối dây đèn chiếu sáng 1 14 Chiết áp điều chỉnh độ sáng 1 Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 54 3.2.2 Cấu tạo la bàn chuẩn OSAKA-JAPAN-TYPE R165-NA (Hình 3.10) La bàn loại R165-NA là loại la bàn đời mới sản xuất năm 2004 do hãng OSAKA-NUNO TaLI SEIKI CO.LTD chế tạo. La bàn này đ−ợc trang bị trên các tàu đóng mới có trọng tải lớn tại Nhà máy đóng tàu Bạch Đằng và Nhà máy đóng tàu Hạ Long, có cấu tạo nh− sau: STT Tên thiết bị Số l−ợng 1 3 5 6 7 8 9 10 11 12 13 15 16 17 18 19 Nắp đậy la bàn Vít chốt giữ lắp la bàn Đèn chiếu sáng Cửa sổ lắp đèn Lắp bảo vệ cửa lỗ nam châm bán vòng Hộp đặt thỏi sắt non Flinder’s Chậu la bàn Hộp đặt lá sắt non khử độ lệch phần t− Thấu kính phía trên Thân ống quang học Chốt định vị ống quang học Vít chốt nẹp ống g−ơng phản chiếu Thấu kính phía d−ới G−ơng phản chiếu Thân la bàn Đế la bàn 1 2 1 1 2 1 1 2 1 1 1 2 1 1 1 1 Hình 3.10 Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 55 3.2.3 Cấu tạo la bàn lái Tokyo-Japan (Hình 3.11) La bàn loại T-150,T-165, T-180 do hãng Saura-Keyki chế tạo đ−ợc trang bị làm la bàn lái trên tàu nhỏ hoặc thay thế la bàn điện trên tàu lớn. Mô hình la bàn lái loại T150 (Hình 3.11) Hình 3.11 Sơ đồ kích th−ớc la bàn lái Bảng kích th−ớc La bàn lái loại T150, T165IIF, T180IIF Model A B C D E F G H I J K L M Trọng l−ợng T150IIF 460 380 300 140 264 187 250 235 130 150 202 230 215 11kg T165IIF 490 420 330 160 295 209 250 255 135 165 228 260 235 14 kg T180IIF 490 420 330 160 295 209 250 255 135 175 228 260 235 14 kg Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 56 3.2.4 La bàn loại hình vòm SC - 100G JAN PAN (Hình 2.12) La bàn loại hình vòm có mặt số kim từ đ−ợc bảo vệ bằng mặt kính hình vòm có khả năng hoạt động tốt trên các tàu có tốc độ cao nên loại la bàn SC-100G th−ờng đ−ợc trang bị trên tàu cao tốc. VI. La bàn loại Boat compass La bàn SAURA-KEIKI do Nhật Bản chế tạo đ−ợc trang bị trên các tàu thuyền nhỏ hoặc trên tàu đánh cá. V. La bàn loại PB-100a La bàn này đ−ợc trang bị trên xuồng cứu sinh. Hình 3.12 Hình 3.13 3.2.5 xuồng cứu sinh (Life Boat Compas) La bàn loại hình vòm (Dome type Compass) Cấu tạo la bàn xuồng PB-100A STT Tên thiết bị Số l−ợng 1 Thân la bàn 1 2 Nắp đậy la bàn 1 3 Mặt chiếu sáng 1 4 Giá xách la bàn 1 5 Chốt hãm 1 6 Nhãn hiệu la bàn 1 7 Lỗ đèn dầu 1 8 1 Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 57 3.2.6 La bàn loại COPASS (Hình 3.14) La bàn SAURA -KEIKI do Nhật Bản chế tạo đ−ợc trang bị trên các tàu thuyền nhỏ hoặc trên tàu đánh cá, v.v... 3.2.7 La bàn có l−ới điều khiển (Hình 3.15) Hình 3.15 La bàn vỏ hộp bằng đồng thau, loại P75L (Brass Binnacle type) - Hình 3.14a Hình 3.14b Hình 3.14a La bàn xuồng vỏ hộp bằng gỗ loại B75 (Wooden Box type) – Hình 3.14b La bàn có l−ới điều khiển Model DGS – 75L (Grid Compass) – Hình 3.15 Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 58 3.2.8 La bàn loại HB-65GII (Hình 3.16) La bàn loại sách tay HB-65 GII do Nhật Bản chế tạo. La bàn này đ−ợc trang bị trên xuồng cứu sinh có tác dụng để chỉ h−ớng và đo ph−ơng vị xác định vị trí tàu trên biển. Hình 3.16a La bàn xách tay đo ph−ơng vị (Hand Bearing Compass HB-65BII) Xác định vị trí tàu bằng đo ph−ơng vị tr−ớc sau X: Vị trí dự đoán A: Mục tiêu AX: Ph−ơng vị đo tại thời điểm 1 AY: Ph−ơng vị đo tại thời điểm 2 XG: Khoảng cách tàu chạy từ thời điểm 1 đến thời điểm 2 A’X’: Đ−ờng ph−ơng vị dịch chuyển P: Vị trí thay thế Xác định vị trí tàu bằng đo 3 ph−ơng vị AP: Ph−ơng vị đo lần 1 BP: Ph−ơng vị đo lần 2 CP: Ph−ơng vị đo lần 3 P: Vị trí xác định Mô hình hộp đựng la bàn HB –65GII Hình 3.16b Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 59 3.3 KIểM TRA LA BàN Từ Khi chế tạo la bàn từ ở trong x−ởng ng−ời ta đã kiểm tra kỹ l−ỡng các chi tiết và các mối nối cơ bản ở trong phòng thí nghiệm tr−ớc khi xuất x−ởng. Lần thứ hai lại đ−ợc kiểm tra kĩ l−ỡng ở phòng kiểm nghiệm của công ty vận tải thuỷ hoặc các phòng kỹ thuật của các x−ởng đóng tàu, xí nghiệp kiểm định tr−ớc khi đặt la bàn lên tàu. Nh−ng để thời gian dài hoặc quá trình sử dụng một số chi tiết hoặc thiết bị mài mòn, biến dạng gây ra sự không ăn khớp từng phần của la bàn. Vì vậy những ng−ời điều khiển tàu phải th−ờng xuyên theo kỳ hạn kiểm tra chậu, vòng ph−ơng vị và các thiết bị khử độ lệch. Việc kiểm tra la bàn cần đ−ợc tiến hành các b−ớc nh− sau : 3.3.1 Loại trừ bọt khí ở trong chậu la bàn . Khi ở ngăn chính chậu la bàn th−ờng xuất hiện bọt khí làm gây cản trở cho việc đọc số trên mặt số và quan sát ph−ơng vị mục tiêu, do đó cần phải loại trừ bọt khí . Loại trừ bọt khí cần tiến hành nh− sau: Tháo chậu la bàn ra khỏi thân la bàn, gỡ đèn chiếu sáng, gỡ thỏi chì ở đáy, sau đó lộn ng−ợc la bàn lên rồi đảo tứ phía để dấu bọt khí vào buồng phụ sau đó lật nhanh chậu trở lại vị trí ban đầu. Nếu làm nh− vậy mà không hết bọt khí tức là trong chậu thiếu chất lỏng thì ta phải tiến hành đổ thêm chất lỏng vào. Để đổ chất lỏng vào ta lật ng−ợc chậu lên, xoay cho nút đổ dung dịch ở vị trí cao đồng thời tháo nút ra. Lấy một que tăm nhỏ cắm vào lỗ, đổ từ từ chất lỏng vào, vừa đổ vừa tác dụng vào màng nhăn để đẩy không khí ra ngoài. Khi dung dịch đã đầy chậu (đầy cả lỗ vặn vít) ta đậy nút vào lắp các thiết bị khác vào và trả chậu la bàn về vị trí ban đầu. Nếu đổ dung dịch vào rồi mà trong chậu vẫn còn một ít bọt khí thi ta lại tiến hành dấu bột khí nh− đã trình bày ở trên. 3.3.2 Kiểm tra vị trí nằm ngang của mặt chậu. Yêu cầu mặt chậu la bàn phải nằm trên mặt phẳng nằm ngang có nghĩa là mặt kính và mặt vòng ph−ơng vị phải nằm trong mặt phẳng nằm ngang. Để kiểm ta ta quan sát bọt khí trong chậu (nếu có) hoặc dùng th−ớc thăng bằng để kiểm tra. Đầu tiên đặt th−ớc theo trục dọc của tàu, sau đó đặt th−ớc theo h−ớng vuông góc với trục dọc tàu, nếu cả hai h−ớng bọt khí đều nằm ở vị trí cao nhất (tức là nằm ngang) thì mặt chậu ở vị trí nằm ngang. Nếu mặt chậu bị nghiêng thì ta điều chỉnh bằng cách khoan bớt chì ở đáy chậu ra, khoan ở phía mặt chậu bị nghiêng xuống cho tới khi nào mặt chậu thăng bằng thì thôi . 3.3.3 Kiểm tra tính ì của mặt số. Tính ì của mặt số phát sinh do ma sát giữa ổ đỡ và đỉnh kim trụ tăng lên quá giới hạn cho phép. Kiểm tra tính ì của mặt số đ−ợc tiến hành nh− sau: Đem la bàn lên bờ đặt lên giá ba chân ở nới không chịu ảnh h−ởng của các từ tr−ờng thay đổi. Sau đó xoay vòng ph−ơng vị để Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 60 mặt phẳng ngắm nằm trong mặt phẳng kinh tuyến từ, tức là d−ới lăng kính ta nhìn thấy S của mặt số (1800), kiểm tra lại số chỉ của mặt số theo vòng A-zi-mut (vòng góc mạn). Nếu tiến hành kiểm tra tính ì của mặt số ở vùng có thành phần từ tr−ờng nằm ngang H của trái đất không lớn. Ta dùng một nam châm nhở kéo kim từ lệch khỏi kinh tuyến từ về phía phải một góc khoảng 20- 30. Sau đó bỏ nam châm ra để kim ổn định, đọc số chỉ d−ới lăng kính, nếu số chỉ lệch với số chỉ ban đầu (1800) không quá 0,20 thì la bàn tốt. Cũng t−ơng t− tự nh− vậy ta kéo kim về phía trái nếu sai số không quá 0,20 thì la bàn tốt cả hai phía . ở trong những vùng thành phần từ tr−ờng nằm ngang H lớn thì tr−ớc khi kiểm tra ta phải dùng mắy đo từ lực Côlôngga để triệt tiêu bớt từ lực H. Muốn Triệt tiêu hết H, tr−ớc tiên ta dùng máy Côlôngga đo giá trị lực H, sau đó đặt thanh đo Côlôngga về chỉ số 2/3H hoặc 3/4H . Vị trị của thanh đo nam châm đặt nh− vậy sẽ khử mất 660 hay 75% giá trị lực H, lực định h−ớng kim la bàn lúc đó chỉ còn bằng 1/3H hay 1/4H. Do lực định h−ớng của thành phần nhạy cảm nhỏ lên lực h−ớng tăng lên. Sau khi khử bớt H ta tiến hành kiểm tra theo thứ tự và nội dung nh− đã nói ở trên . Khi sai số lớn hơn 0,20 tức là sự ì của mặt số lớn hay nói một cách khác là ma sát giữa kim trụ và ổ đỡ của thành phần nhạy cảm lớn, muốn khắc phục tình trạng này ta phải giảm lực ma sát. Lực ma sát bị lớn do những nghuyên nhân sau : đỉnh kim trụ bị mòn hoặc ổ đỡ bị hỏng. Kiểm tra ổ đỡ bằng cách vặn vít ở phao ra, kiểm tra chân kính có bị vỡ hoặc bị mẻ không, nếu có hiện t−ợng h− hỏng thì phải thay thế, kiểm tra đỉnh trụ đ−ợc tiến hành nh− sau : lộn ng−ợc la bàn lên , tháo bộ phận chì và đèn chiếu sáng ra, vặn vít ở giữa màng nhăn ra, dùng tuốc-nơ-vít ống (có ở trong hộp đựng côlôngga) tháo kim ra (xoay tuốc-nơ-vít ng−ợc chiều kim đồng hồ), dùng kính lúp kiểm tra sự mài mòn và độ nhọn của đỉnh kim trụ, nếu kim bị mài mòn, không đều hoặc bị vẹt thì ta phải mài cho nhọn đầu (hình nón), đá mài ở trong hộp Côlôngga, nếu mài không thuận tiện vào lúc ấy thì ta thay bằng một kim dự phòng (có ở trong hộp đựng Côlôngga). Hoàn chỉnh xong kim trụ ta cho kim trụ vào ( xoay thuận chiều kim đồng hồ cho tới khi tuột tuốc- nơ- vít ra), vặn vít lại, gắn bộ phận chì và đèn chiếu sáng, trả la bàn về vị trí nh− cũ. Sau khi đã sửa ổ đỡ và kim trụ ta lại tiến hành kiểm tra tính ì của mặt số một lần nữa, nếu góc ì nhỏ hơn 0,20 thì nhiệm vụ đã hoàn thành, nếu góc ì vẫn lớn hơn 0,20 thì ta lại phải tiếp tục nghiên cứu và tu sửa lại hai chi tiết trên . Thông th−ờng ng−ời điều khiển tàu chỉ tiến hành kiểm tra và sửa chữa kim trụ, còn kiểm tra và sửa chữa ổ đỡ thì điều kiện ở trên tàu gặp nhiều khó khăn, do đó nếu cần thiết phải kiểm tra và sửa chữa ổ đỡ ng−ời ta phải đ−a về x−ởng hoặc phòng kỹ thuật hàng hải để sửa chữa, tạm thời lấy một chậu la bàn khác thay thế để đảm bảo công tác hàng hải liên tục . Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 61 3.3.4 Kiểm tra vòng ph−ơng vị . Vòng ph−ơng vị hay ta còn gọi là vòng ngắm h−ớng đ−ợc cấu tạo bằng các bộ phận chính giá gắn vào chậu la bàn, khung và dây vạch chuẩn, khung khe ngắm, lăng kính. Dây vạch chuẩn, khe ngắm, lăng kính và các chi tiết quan trọng nhất, vị trí chính xác của nó ảnh h−ởng rất lớn tới kết quả quan sát ph−ơng h−ớng . Kiểm tra khung và dây vạch chuẩn . Dây vạch chuẩn yêu cầu phải thật căng, nếu dây bị trùng thì ta phải vặn vít ở trên khung dây làm cho nó thật căng, nếu dây có nhiều chỗ cong thì phải thay thế bằng dây mới (có trong hộp Côlôngga). Cách thay là vặn đinh vít ở d−ới khung, buộc dây vạch chuẩn vào và vặn chặt vít lại sau đó cuốn dây vào đinh vít ở phía trên (cuốn theo chiều thuận chiều vặn vít), vặn vít vào làm nh− thế dây sẽ đ−ợc kéo căng nhanh chóng . Dây vạch chuẩn sau khi đã đ−ợc kéo căng xong ta tiến hành kiểm tra vị trí của nó. Yêu cầu đây vạch chuẩn phải nằm trong mặt phẳng ngắm. Cách kiểm tra nh− sau: đặt vòng ph−ơng vị lên mặt chậu la bàn, treo một dây rọi cách la bàn 3mét đến 4mét, ngắm qua mặt phẳng ngắm xem dây vạch chuẩn có trùng với đ−ờng dây rọi hay không, nếu không trùng thì phải vặn hai vít ở đế của khung về phía nghiêng, dùng miếng kim loại mỏng kế xuống phía d−ới sao cho dây vạch chuẩn trùng với đ−ờng dây dọi, sau đó vặn chặt các đinh vít lại . Sau khi kiểm tra xong dây vạch chuẩn thì tiến hành kiểm tra vị trí của khe ngắm. Yêu cầu của khe ngắm là cũng phải nằm trong mặt phẳng ngắm , cũng kiểm trâ bằng cách sử dụng dây dọi nh− trên , nếu khe ngắm không trùng với đ−ờng dây dọi thì phải vặn các đinh vít định vị ở đế khung khe ngắm và kê vào nh− tr−ờng hợp dây vạch chuẩn . Khi kiểm tra xong dây vạch chuẩn, khe ngắm ta tiến hành kiểm tra lăng kính . Yêu cầu lăng kính là phía mặt d−ới của nó phải nằm trong mặt phẳng nằm ngang tức là song song với mặt số la bàn. Biểu hiện của yêu cầu này là khi nhìn vào lăng kính sẽ thấy các vạch chia độ, khe ngắm, dây vạch chuẩn cùng nàm trên một đ−ờng thẳng, nếu vạch chia độ và dây vạch chuẩn không thẳng thì chứng tỏ mặt lăng kính bị lệch. Mặt lăng kính bị lệch đ−ợc điều chỉnh nh− sau: Lật nắp đậy phía trên lăng kính, vặn lỏng 4 đinh vít định vị lăng kính, dụng tay xoay nhẹ lăng kính, vừa xoay vừa quan sát khi nào thấy vạch chia độ và khe ngắm cùng nằm trên một đ−ờng thẳng vặn chặt các đinh vít lại, bỏ nắm đậy xuống nh− cũ. Điều chỉnh xong tiến hành kiểm tra lại nếu ch−a đạt yêu cầu thì phải điều chỉnh lại cho tới khi đạt yêu cầu. 3.3.5 Kiểm tra chung chậu la bàn. Kiểm tra chung chậu la bàn là kiểm tra độ chính xác lấy h−ớng chung của toàn bộ chậu la bàn (hay còn gọi là kiểm tra lợi dụng suất chung). Công việc này đ−ợc tiến hành ở trên bờ, ở nơi không có từ tr−ờng biến đổi, xa các vật liệu sắt thép, các dây cáp điện, nguồn cung cấp điện một chiều. Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 62 Công tác kiểm tra đ−ợc tiến hành theo thứ tự sau: Đặt chậu la bàn (có cả vòng ph−ơng vị) lên giá ba chân, tìm một mục tiêu ở xa rõ ràng để quan sát đánh dấu các h−ớng chính, h−ớng phần t−, đầu tiên xoay chậu la bàn thuận chiều kim đồng hồ , ứng với các góc phần t− và h−ớng chính tiến hành quan sát mục tiêu ghi ph−ơng vị và góc mạn t−ơng ứng, sau đó xoay la bàn ng−ợc chiều kim đồng hồ, cũng ứng với h−ớng chính và h−ớng phần t− quan sát mục tiêu thấy ph−ơng vị và góc mạn t−ơng ứng . Nh− vậy ứng với mỗi h−ớng chính và phần t− quan sát đ−ợc hai ph−ơng vị và hai góc mạn . Kết quả quan sát đ−ợc ghi vào bảng 4 chẳng hạn ta quan sát đ−ợc số liệu nh− sau: PLN G H−ớng I II PLNtb = (I+II)/2 PdN = PLNtb/8 ∆P = PdN -PLNtb I II Gtb= (I+II)/2 ∆G= Gtbi- Gtbi-1 00 7507 7505 7506 +002 25602 25606 25509 450 7508 7508 7508 000 21008 21007 210075 45015 900 7600 7506 7508 000 16505 16505 16505 45025 1350 7600 7508 7509 - 001 12009 12005 12007 4408 1800 7509 7509 7509 + 001 7509 7508 7508 4409 2250 7509 7505 7507 + 001 3007 3009 3008 4500 2700 7508 7508 7508 0 34507 34504 345055 45025 3150 7507 7600 75085 7508 0 30006 30006 30006 44095 Bảng 4. Nếu kết quả tính toán thu đ−ợc ∆P không v−ợt quá 003 thì la bàn tốt, ta có thể sử dụng nó làm dụng cụ chỉ h−ớng . Cũng t−ơng tự nh− vậy , nếu các góc mạn tính toán đ−ợc ở trong giới hạn ∆G = 450± 003 thì la bàn tốt , sử dụng làm dụng cụ chỉ ph−ơng h−ớng đ−ợc . Nếu các giá trị tính toán v−ợt quá yêu cầu cho phép nh− trên thì ta không nên sử dụng la bàn đó , cần phải đ−a la bàn đi sửa chữa . ở đây PLN là ph−ơng vị la bàn ng−ợc . PLNtb là ph−ơng vị la bàn ng−ợc trung bình G là góc mạn PdN là ph−ơng vị địa từ ng−ợc Gtb là góc mạn trung bình ∆G là hiệu giữa các góc mạn trung bình kế tiếp 3.3.6 Kiểm tra các thiết bị khử độ lệch. Các thiết bị khử độ lệch bao gồm các thanh nam châm và các thỏi sắt non. Các thanh nam châm khử độ lệch đ−ợc đặt ở trong thân la bàn, các thanh dọc yêu cầu phải song song với mặt phẳng trục dọc tàu, các thanh ngang phải vuông góc với mặt phẳng trục dọc tàu, thanh nam châm đứng phải nằm theo h−ớng đ−ờng dây dọi. Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 63 Kiểm tra thiết bị khử độ lệch đ−ợc thực hiện ở trên bờ, đặt la bàn trên một bàn xoay. Đầu tiên kiểm tra bộ phận gá các nam châm dọc. Công việc tiến hành nh− sau: tháo tất các thanh nam khử ra khỏi thân, đặt vòng ph−ơng vị về số chỉ 0 vành góc mạn, xoay bàn xoay gán la bàn để thấy số chỉ ở d−ới lăng kính là 1800 (S)dùng máy Côlôngga đo thành phần từ tr−ờng nằm ngang H, đặt thanh đo Côlôngga về số chỉ 1/3H, sau đó cho hai thanh nam châm vào bộ phận gá di chuyển bộ phận gá để cho số W của mặt số về d−ới lăng kính của vòng ph−ơng vị, khi này lực của thanh khử dọc đã triệt tiêu mất 2/3H, còn 1/3H do Côlôngga triệt tiêu. Bỏ Côlôngga ra khỏi la bàn, bộ phận nhạy cảm (mặt số) sẽ xoay trở về định h−ớng theo kinh tuyến , lúc này lực định h−ớng của mặt số mặt số la bàn là 1/3H. Nếu bộ phận gá nam châm ở vị trí đúng, tức là nằm trong mặt phẳng trục dọc tàu, thì các nam châm sẽ không tác dụng lực vào kim la bàn theo h−ớng khác, lúc đó kim la bàn chỉ định h−ớng theo lực 1/3H, ở d−ới lăng kính ta thấy số chỉ 1800 (S) của mặt số. Nếu số chỉ khác đi, chứng tỏ bộ phận gá ở vị trí không đúng, cần điều chỉnh lại. Cách điều chỉnh nh− sau: vặn lỏng các vít định vị ống đồng gắn các bộ phận gá, xoay tròn nhẹ ống đồng, vừa xoay vừa quan sát mặt số, tới khi nào số chỉ ở d−ới lăng kính là 1800, sai số 002 thì ngừng xoay ống đồng, vặn chặt các vít định vị lại. Vị trí chính xác của trục đồng đ−ợc chỉ ở vạch chia phía trên của trục. Kiểm tra bộ phận gá các thanh khử ngang. Tiến hành kiểm tra bộ phận gá thanh khử ngang ta không phải đo lại lực H và khử bớt một phần lực H, bởi vì ta đã biết các thanh khử dọc đang khử 2/3H rồi, do đó ta chỉ việc tiếp tục tiến hành các công việc kiểm tra đ−ợc tiến hành nh− sau : + Tháo bỏ các thanh nam châm dọc nh−ng không thay đổi vị trí bộ phận gá, xoay vòng ph−uơng vị về số chỉ 900 vành góc mạn, xoay bàn xoay gắn la bàn để thấy số chỉ d−ới lăng kính là 1800 của mặt số, sau đó cho các thanh khử ngang vào bộ phận gá và các thanh dọc trong lần kiểm tra thanh dọc, xoay cho bộ phận gá nằm theo chiều ngang của thân la bàn. Vặn lỏng các đinh vít định vị trục gắn các bộ gá , khi này đầu bắc của các thanh khử ở về phía đuôi, vị trí của thanh ngang lúc này nằm t−ơng tự nh− thanh dọc ở lần kiểm tra vị trí các thanh dọc. Sau khi xoay bộ gá từ 2 đến 3 phút ta tiến hành đọc số chỉ d−ới lăng kính, nếu thấy số chỉ là 1800 của mặt số thì vị trí bộ phận gá là đúng nếu khác đi thì vị trí là sai và phải điều chỉnh lại bằng cách xoay ống đồng gắn bộ phận gá, khi đã yêu cầu vặn chặt các đinh vít định vị lại, ghi vị tfrí tiêu chuẩn của trục đồng theo số chỉ ở vạch phía đầu trên của trục. Theo nguyên tắc chung nếu đã kiểm tra vị trí thanh dọc thật chính xác thì vị trí thanh ngang cũng đúng, nếu không đúng thì chứng tỏ rằng cấu tạo bộ phận gá các thanh dọc và ngang không vuông góc với nhau. Trong truờng hợp nh− vậy, nếu để cho trục ở vị trí thanh dọc là đúng thì ở bộ phận gá thanh ngang sẽ sai hoặc để bộ gá thanh ngang đúng thì bộ gá thanh dọc sẽ sai, la bàn có tình trạng nh− vậy không nên sử dụng nó ở trên tàu làm công cụ chỉ h−ớng, muốn sử dụng cần phải đ−a đi sửa lại . Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 64 Ngoài các nội dung cần kiểm tra, hiệu chỉnh nh− đã trình bày ở trên, ng−ời ta còn phải kiểm tra lại mômen từ của bộ phận nhạy cảm, của các thanh khử xem có đạt kỹ thuật không. Xong công việc này ở trên tàu không cho phép tiến hành đ−ợc, nó chỉ đ−ợc tiến hành trong phòng thí nghiệm có thiết bị đo . 3.4 đặt la bàn từ trên tàu Lựa chọn và đặt chính xác vị trí la bàn trên tàu phụ thuộc vào rất nhiều điều kiện: Từ tr−ờng tàu, sự làm việc của các thiết bị, khả năng thuận tiện trong quá trình sử dụng. Vị trí đặt la bàn cần đ−ợc lựa chọn ngay trong quá trình thiết kế tàu, khi lựa chọn cần thoả mãn các yêu cầu sau: 1. La bàn, đặc biệt la bàn chuẩn, cần phải đặt trong mặt phẳng trục dọc tàu, nếu không có điều kiện thì cố gắng đặt ở gần mặt phẳng trục dọc tàu . 2. khoảng cách tối thiểu từ la bàn tới các thiết bị có từ tính, tới vật liệu sắt từ cấu tạo tàu nên nh− sau: Tới mặt boong, xà 1.5 đến 2 mét. Nắp hầm, cánh cửa thép 2 đến 3 mét. Quạt máy 4 đến 6 mét. Xuồng cứu sinh 12 đến 15 mét. Máy phát điện công suất nhỏ 6 đến 7 mét. Máy phát điện công suất lớn 10 đến 12 mét. La bàn từ khác 3 mét. Mặt phản ảnh la bàn con quay 0.8 mét. Máy lái điện tự động 0.8 mét. Mặt phản ảnh máy đo sâu 2.1mét. Đèn pha nhỏ 4 mét. Đèn pha lớn 6 đến 7 mét. Máy phát vô tuyến địên 3.5 đến 4 mét. 3. Để có thể lấy đ−ợc ph−ơng vị tới mục tiêu trên bờ, ph−ơng vị các thiên thể la bàn ở trên tàu phải đặt ở nơi có thể quan sát đ−ợc toàn bộ chân trời. Tr−ớc hết phải thoả mãn yêu cầu đạt la bàn ở trong mặt phẳng trục dọc tàu, sau nữa là thoả mãn yêu cầu về điều kiện từ tính cho la bàn làm việc tốt nhất. Trong tr−ờng hợp nh− vậy có thể coi hệ số độ lệch cố định A’ và hệ số độ lệch phần t− E’ ở la bàn gần bằng không. Mặt khác đặt la bàn phải thoả mãn giảm tới mức tối thiểu sự ảnh h−ởng của từ tr−ờng bên ngoài tới mặt số. Các la bàn đặt xa các nguồn phát sinh từ thì hệ số lực định h−ớng λ gần bằng một và độ lệch d− của nó nhỏ. Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 65 Trên những con tàu do nhiều nguyên nhân không thể thực hiện đ−ợc yêu cầu nh− trên, đặc biệt là mặt giới hạn về mặt kích th−ớc tàu thì để đảm bảo điều kiện làm việc bình th−ờng cho la bàn, các cấu trúc tàu, các trang bị khác ở trực tiếp gần la bàn cần phải chế tạo bằng vật liệu vô từ từ tính hoặc bằng các hợp kim từ tính, chẳng hạn nh− các bộ phận: Cabin th−ợng, vách các buồng, cột trống, lan can. Điều kiện từ cho la bàn đặc biệt tốt là đặt ở trên những con tàu chế tạo bằng hợp kim vô từ tính, các vật liệu vô từ tính và các vật liệu tổng hợp mới vô từ tính. Đặt la bàn trong mặt phẳng trục dọc tàu Mặt phẳng đối xứng thẳng đứng đi qua trọng tâm của mặt số và đi qua vạch 00 và 1800 vành góc mạn cần phải trùng với mặt phẳng trục dọc tàu. La bàn đặt trong mặt phẳng trục dọc tàu, tức là phải đặt trọng tâm mặt số nằm trong mặt phẳng thẳng đứng đi qua giao tuyến của mặt boong th−ợng và mặt phẳng trục dọc tàu. Đ−ờng trục dọc tàu đ−ợc đánh dấu bằng sợi chỉ nhỏ hoặc vẽ bằng phấn, vị trí đ−ờng trục dọc tàu có thể xác định theo bản thiết kế tàu hoặc theo cách đo trực tiếp ở trên tàu. Theo yêu cầu đặt la bàn ở trên cần xác định vị trí đặt la bàn và đánh dấu đặt vị trí bằng phấn hoặc bằng bút dạ. Đặt lót vào chỗ đặt la bàn vài lớp vải bạt đã quét sơn mi-ni-um (Ph304). Để làm tấm đệm giữa mặt boong và đế la bàn nên đặt một tấm gỗ cứng th−ờng là gỗ sồi, gỗ dẻ hoặc các loại gỗ khác, vào nơi vừa lót vải bạt. Sơ bộ xác định đ−ờng trục dọc tàu trên tấm gỗ, nơi định đặt la bàn. Sau đó xác định chính xác vị trí đặt la bàn nh− sau: đầu tiên ta tìm hai tiêu nằm trong mặt phẳng trục dọc tàu, chẳng hạn nh− cột cờ,và cột treo bóng neo ở mũi, phải chọn hai tiêu sao cho một tiêu ở phía tr−ớc (phía mũi tàu) và một tiêu ở phía sau (phía lái tầu) của nơi đặt la bàn . Đặt la bàn vào nơi định đặt, xoay vòng ph−ơng vị về số chỉ 00 và 1800 vòng góc mạn, xê dịch thân la bàn sao cho mặt phẳng ngắm chứa hai tiêu vừa chọn. Dùng phấn hoặc bút dạ đánh dấu vị trí đặt la bàn, đánh dấu vị trí các bu-lông định vị, bỏ la bàn ra, khoan các lỗ định vị qua gỗ, qua mặt boong gắn la bàn, sau đó đặt la bàn vào, dùng bu-lông (th−ờng là bằng đồng thau hoặc hợp kim vo từ tính) cố định thân la bàn vào mặt boong. đặt la bàn xong ta tiến hành kiểm tra chính xác lại vị trí la bàn xem có nằm trong mặt phẳng trục dọc không tức là kiểm tra xem mặt phẳng quan sát và mặt phẳng trục dọc tàu có hoàn toàn trùng nhau không. Cách kiểm tra nh− sau: chọn một cặp vật tiêu nằm trong mặt phẳng trục dọc tàu, một ở phía mũi một ở phía lái , đo góc mạn tới vật tiêu sau lái (góc giữa vật tiêu phía mũi và phía lái) hai lần rồi cộng lại, nếu tổng góc mạn bằng 3600 ± 002 thì vị trí đặt đúng, nếu số chỉ lớn hoặc nhỏ hơn giới hạn cho phép trên thì phải xê dịch thân la bàn một chút để khi nào đạt đ−ợc tổng góc mạn là 3600±002 . Những con tàu máy chính làm việc gây rung động nhiều thì phải gắn và thân la bàn hai dây chằng bằng đồng ở hai phía mạn tàu, dây chằng đ−ợc định vị với mặt boong bằng một vít căng để điều chỉnh độ căng hai đây đ−ợc đều. Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 66 Đối với một la bàn bất kỳ nào theo ph−ơng pháp trên ta cũng có thể đặt đ−ợc nó vào trong mặt phẳng trục dọc tàu, chẳng hạn nh− la bàn lái. Đối với la bàn lái vì nó nằm trong buồng lái nên h−ớng quan sát bị hạn chế rất nhiều, do vậy ta phải xác định vị trí mặt phẳng trục dọc tàu theo cách đã trình bày ở trên, sau đó dùng phấn vạch đ−ờng trục dọc tàu lên mặt boong phía tr−ớc và phía sau buồng lái, la bàn đ−ợc đặt trên đ−ờng vạch này. Sau khi đặt ta kiểm tra mặt phẳng ngắm của la bàn bằng cách lợi dụng một vật tiêu giả phía mũi tàu nằm trong mặt phẳng trục dọc tàu và một dây hoặc một cột tự tạo khác ở phía tr−ớc la bàn cũng nằm trong mặt phẳng trục dọc tàu. Quan sát qua mặt phẳng ngắm nếu thấy cả hai tiêu nằm trong mặt phẳng ngắm thì la bàn đã đặt đúng, nếu không nằm trong mặt phẳng ngắm thì phải xê dịch lại la bàn cho chúng đều nằm trong mặt phẳng ngắm. Đặt la bàn trong mặt phẳng song song với mặt phẳng trục dọc tàu . Nh− trên đã đề cập tới, với những con tàu không cho phép đặt la bàn trong mặt phẳng trục dọc tàu thì ta phải đặt ra ngoài mặt phẳng trục dọc tàu. Chẳng hạn nh− những con tàu ở ngay phía tr−ớc cabin bố trí một cần cẩu hàng có kích th−ớc lớn, làm cản trở cho việc quan sát phía tr−ớc, vì thế la bàn lái không đặt đ−ợc ở mặt phẳng trục dọc tàu đ−ợc mà ta phải đặt lệch ra ngoài. hoặc một số tàu đánh cá cỡ nhỏ, cabin nhỏ ng−ời ta cũng đặt la bàn ra ngoài mặt phẳng trục dọc tàu. Với những con tàu không thể đặt đ−ợc la bàn ở trong mặt phẳng trục dọc tàu, thì ta phải đặt theo nó ở trong mặt phẳng song song với mặt phẳng trục dọc tàu, tức là mặt phẳng ngắm của la bàn khi vòng ph−ơng vị với số chỉ 00 vòng góc mạn, phải song song với mặt phẳng trục dọc tàu. Để đặt la bàn ngoài mặt phẳng trục dọc tàu đ−ợc đơn giản ta lợi dụng ngay la bàn chuẩn đặt ở trong mặt phẳng trục dọc tàu và một vật tiêu xa. Tại vị trí đặt la bàn ta cũng tiến hành khâu chuẩn bị và gắn la bàn vào mặt boong nh− đã trình bày ở trên, chỉ có khác là tr−ớc khi đặt la bàn ta vẽ một đ−ờng song song với mặt phẳng trục dọc tàu đi qua nới đặt la bàn, mặt phẳng ngắm khi vòng ph−ơng vị ở số 00 vòng góc mạn nằm theo mặt phẳng song song này. Khi đặt la bàn xong ta tiến hành điều chỉnh, cách điều chỉnh nh− sau: chọn một vật tiêu ở xa, dùng la bàn chuẩn đo góc mạn tới vật tiêu đó với độ chính xác là ±002. Sau đó dùng la bàn vừa đặt dùng đo góc mạn vật tiêu xa ấy so sánh hai góc mạn đó bằng nhau. Nếu sai khác không quá ±002 thì la bàn đặt đã đúng yêu cầu, nếu sai khác thì phải điều chỉnh lại la bàn vừa đặt bằng cách xoay nhẹ la bàn theo trục thẳng đứng để góc mạn xấp xỉ với góc mạn la bàn chuẩn, để đạt kết quả nhanh ta làm nh− sau: đặt vòng ph−ơng vị la bàn vừa đặt về số chỉ góc trong mạn của la bàn chuẩn, xoay nhẹ la bàn để nhìn thấy vật tiêu xa mặt phẳng ngắm, vít chặt các bu-lông định vị lại, nhiệm vụ chỉnh la bàn đã hoàn thành. Độ chính xác đặt la bàn kiểu này tuỳ thuộc vào khoảng cách từ la bàn tới vật tiêu và góc mạn đo đ−ợc. Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 67 f 1 Hình 3.17 Nam châm đo f 2 N S o f S n N n H(H’) N n S nNam châm phụ Trong tr−ờng hợp tầm nhìn xa bị hạn chế, nếu chọn vật tiêu ở chính ngang la bàn thì có thể chọn vật tiêu ở cự ly nhỏ hơn. Cự ly D có thể tính theo công thức sau: D = 600.d (tính bằng mét) ở đây d là khoảng cách giữa la bàn chuẩn và la bàn vừa đặt, tính bằng mét. Khoảng cách D còn có thể trọn nhỏ hơn nữa nếu nh− vật tiêu nằm trên cùng một phẳng thẳng đứng với mặt phẳng thẳng đứng đi qua trọng tâm của cả hai la bàn hoặc rất gần mặt phẳng thẳng đứng đi qua hai la bàn. 3.5 Các thiết bị khử độ lệch la bàn Để có thể khử độ lệch la bàn một cách nhanh chóng, đạt độ chính xác cần thiết và có thể tiến hành đ−ợc trong mọi tình huống của biển, bến đậu, ng−ời ta đã nghiên cứu và chế tạo ra nhiều máy móc thiết bị phụ trợ cho việc khử độ lệch la bàn, d−ới đây sẽ giới thiệu một số máy thông dụng ở Liên Xô và một số n−ớc khác đang có nhiều −u điểm hơn cả. 3.5.1 Máy đo từ lực Cô lông ga Khử độ lệch bằng ph−ơng pháp Colongga dùng máy đo từ lực. Máy đo từ lực gồm nhiều loại do nhiều n−ớc chế tạo. Loại máy phổ biến trên thế giới do nhà bác học Cologga sáng chế gọi là máy đo từ lực Colongga dựa trên nguyên lý cấu tạo nh− sau: 3.5.1.1 Nguyên lý cấu tạo máy đo từ lực Cô lông ga. Nguyên lý đo phân lực H và H'. (Hình 3.17) Điều chỉnh kim nam châm đo lên hoặc xuống đến khi lực f = -H, ta xác định đ−ợc khoảng cách từ nam châm đo đến kim nam châm On = d. Để xác định đ−ợc khoảng cách d chính xác, ng−ời ta dùng một nam châm phụ N’S’ đặt vuông góc với nam châm đo và nằm trong khoảng cách d. Điều chỉnh nam châm đo NS đến khi f = -H tức là kim la bàn chỉ chịu lực tác dụngcủa nam châm phụ N’S’ làm cho mặt số kim la bàn quay đi một góc 90o. Ta biết H là phân lực nằm ngang của địa từ tr−ờng vì vậy ta dùng máy đo trên bờ đ−ợc H và đo d−ới tàu đ−ợc H’ dựa vào nguyên lý sau: + Kim la bàn đặt ở vị trí n chịu tác dụng của phân lực H. Phía trên theo chiều thẳng đứng ng−ời ta đặt một thanh nam châm đo song song với kim nam châm la bàn, sao cho đầu N của nam châm đo trùng với đầu N kim nam châm. Khi đó lực tác dụng của hai cực nam châm đo vào kim la bàn là f1 và f2 hợp thu đ−ợc là f ng−ợc chiều với phân lực H. Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 68 Khi đã biết đ−ợc khoảng cách d áp dụng công thức: H1 = M/d 3 ta sẽ tính đ−ợc phân lực nằm ngang H = M/d3 Trong đó: - M là mômen từ của nam châm đo - d là khoảng cách On vừa xác định. Ta biết Z là phân lực thẳng đứng của địa từ tr−ờng vì vậy ta dùng máy đo trên bờ đ−ợc Z và đo d−ới tàu đ−ợc Z’ dựa vào nguyên lý sau: Kim la bàn đ−ợc treo ở vị trí n chịu tác dụng của phân lực thẳng đứng, địa từ tr−ờng Z(Z’) làm kim bị nghiêng (hình vẽ nét đứt). Phía trên theo chiều thẳng đứng ng−ời ta đặt một thanh nam châm đo thẳng đứng có đầu S quay lên tạo ra một lực f ng−ợc chiều với Z(Z’). Điều chỉnh nam châm đo lên xuống đến khi f = -Z(-Z’) quan sát kim la bàn trở về vị trí nằm ngang, ta xác định đ−ợc khoảng cách On = d. Nguyên lý đo phân lực thẳng đứng Z (Z'). (Hình 3.18) áp dụng công thức H2 = 2M/d3 ta tính đ−ợc trị số phân lực Z(Z’) theo công thức: Z(Z’) = 2M/d3 (3.1) Trong đó: - M là mômen từ của nam châm đo. - d là khoảng cách vừa xác định. 3.5.1.2 Cấu tạo máy đo từ lực Cô lông ga ( Hình 3.19) Hình dạng và cấu tạo của máy Cô lông ga đ−ợc thể hiện trên hình 3.19. Kim bị nghiêng n
o Z(Z’) f N n N S n S Hinh 3.18 Hình 3.19 Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 69 Bộ phận chính của Cô lông ga là thanh nam châm đo. Nó đ−ợc chế tạo bằng hợp kim có từ tính cao, có lực kháng từ lớn. Khi sử dụng tính chất từ của nó bền vững, không thay đổi từ tính theo thời gian. Nam châm đo đ−ợc chế tạo dạng hình hộp, kích th−ớc 95x10x10mm. Mômen từ của nó khoảng 1700 ± 150CGSM. Đầu bắc của nó đ−ợc đánh dấu bằng một vệt hằn, trên phần này có một cái chốt bằng đồng thau để định hạn khi cho thanh nam châm đo vào lỗ bộ phận gá. Bộ gá nam châm có một đĩa xoay, nhờ đĩa xoay nam châm ở vị trí nằm ngang hoặc thẳng đứng. Bộ phận gá nam châm do đ−ợc tr−ợt trên một cái th−ớc, trên đó có các vạch chia. Th−ớc vạch bên trái là số chỉ giá trị của lực nằm ngang, tính theo đơn vị th−ớc đo độ lệch, nó tính theo công thức (1.8). Trên mỗi phần khác nhau giá trị của một vạch chia trên th−ớc cũng khác nhau. Trên phần từ 30 - 100 mỗi vạch chia ứng với 1 đơn vị th−ớc (± đ) Trên phần từ 100 - 150 mỗi vạch chia ứng với 2 đơn vị th−ớc (2tđ ) Trên phần từ 150 - 350 mỗi vạch chia ứng với 5 đơn vị th−ớc (5tđ) Trên phần từ 350 - 720 mỗi vạch chia ứng với 10 đơn vị th−ớc (10tđ ) Đấu chỉ số đo trên th−ớc khi đọc đ−ợc vạch ở trên bộ phận gá nam châm đo. Khi đo lực ở trên la bàn 127 YKII - M sử dụng dấu chỉ với số "5". Ví dụ: Trên hình 3.20 mỗi vạch chia ứng với hai đơn vị th−ớc đo, từ trên xuống ta thấy dấu chỉ số đo ở vị trí trong vạch thứ 3, theo hình vẽ ta có số chỉ khoảng 144tđ cộng với một phần và số lẻ của vạch thứ 3. Để tìm số lẻ ta xác định tỷ lệ theo vạch gần nhất xong đem nhân với giá trị kẹp giữa hai vạch ta sẽ có số lẻ. Theo hình vẽ thì dấu chỉ nằm ở vị trí khoảng 0,3 khoảng giữa hai vạch, vậy số lẻ sẽ là: 0,3 x 2 = 0,6 đơn vị th−ớc đo. Đầu d−ới của th−ớc đo đ−ợc gắn lên một cái đĩa tròn, đĩa này đ−ợc gắn với thân của cốc gắn Cô lông ga bằng bốn đinh vít, cốc này đ−ợc gắn với đế Cô lông ga bằng 3 vít. Kích th−ớc của đế phải phù hợp với bạc gắn Cô lông ga ở trên thang bắc ngang vòng ph−ơng vị la bàn. Để điều chỉnh vị trí của thanh đo Cô lông ga có trục nằm trong mặt phẳng ngâm, để Cô lông ga và bạc gắn Cô lông ga ở trên thang có các rãnh tr−ợt vít định vị - Hình 3.19. Điều chỉnh tổng hợp vị trí của đế Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 70 tr−ớc, cốc và bạc gắn ta có thể có đ−ợc vị trí đúng của thanh đo khi tiến hành đo từ lực. Một bộ phận quan trọng nữa của máy Cô lông ga là thanh nam châm phụ, nó đ−ợc đặt ở trong lỗ phía d−ới đế của th−ớc, nó đ−ợc định vị bằng một đinh vít hãm. Thanh nam châm này có dạng hình trụ, dài 66mm, đ−ờng kính 5mm, mômen từ của nó cần phải có khoảng 200 ± 40CGSM. Một đầu của thanh phụ có rãnh vòng tròn, rãnh đó đánh dấu cực bắc của nam châm. Thanh phụ đ−ợc đặt vuông góc với thanh nam châm đo. Cô lông ga có một bộ phận di chuyển bộ phận gá thanh nam châm đo khi đo từ lực. Bộ phận gá đ−ợc di chuyển lên hay xuống theo hai cách : Cách thứ nhất là vặn lỏng vít định vị bộ phanạ gá với thanh tr−ợt, sau đó lấy tay di chuyển bộ phận gá tr−ợt trên th−ớc về phía trên hay d−ới tuỳ theo ý muốn. Cách thứ hai là vặn lỏng vít định vị bộ phận gá, vặn chặt vít định vị với thanh tr−ợt, quay vô lăng phía d−ới thì thanh tr−ợt sẽ di chuyển lên hoặc xuống đem theo cả bộ phận gá di chuyển lên hoặc xuống tuỳ theo ý muốn. Cô lông ga đ−ợc dựng trong hộp gỗ hình hộp chữ nhật, trong hộp đựng ngoài máy ra còn có các thiết bị khác nh− sau: 1. Nam châm ổn định, dùng để triệt tiêu dao động của mặt số khi đo từ lực. 2. Kính lúp để soi đỉnh kim trụ. 3. Thỏi đá mài hình hộp để mài đỉnh kim trụ 4. Tuốc - nơ - vít ống dùng để tháo và gắn kim trụ khi kiểm tra nó ở trong chậu la bàn. 5. Tuốc - nơ - vít đồng thau, sử dụng để điều chỉnh máy Cô lông ga. 6. Sợi dây dùng để thay thế dây vạch chuẩn khi chúng bị biến hình 7. Các đinh vít dự trữ của bộ phận gá thanh đo Cô lông ga 8. Giấy kiểm nhận * Cách sử dụng Cô lông ga đo từ lực Trong công tác khử độ lệch ng−ời ta th−ờng sử dụng Cô lông ga để đo thành phần từ tr−ờng nằm ngang H và từ tr−ờng thẳng đứng Z của trái đất (ở trên tầu là H' và Z'). Mặt khác ng−ời ta cũng sử dụng nó để đo giá trị các thành phần hình chiếu trên hai trục ngang x và y. Để đo đ−ợc thành phần lực nằm ngang ta phải chuẩn bị máy - Đặt thanh đo vào bộ phận gá, đầu bắc ở phía vô lăng quay - Đặt thanh nam châm phụ vào, đầu bắc cũng ở phía vô lăng quay. * Đo thành phần H của từ tr−ờng quả đất ở trên bờ. Để đo đ−ợc thành phần từ tr−ờng nằm ngang H của quả đất ta tiến hành các b−ớc sau: 1. Tách chậu la bàn ra khỏi thân, đem chậu la bàn lên bờ đặt lên gá ba chân. Nơi thí nghiệm phải không có ảnh h−ởng của sắt từ, điện từ …. nghĩa là ở nơi từ tr−ờng quả đất không bị ảnh h−ởng bởi các từ tr−ờng khác. 2. Gắn vòng ph−ơng vị vào chậu la bàn, xoay vòng ph−ơng vị để d−ới lăng kính thấy số chỉ 1800 (S) của mặt số tức là mặt phẳng quan sát nằm trong kinh tuyến từ, kiểm Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 71 tra lại vị trí vòng ph−ơng vị theo vòng góc mạn, vị trí máy ứng với vòng góc mạn bằng 00. 3. Chuẩn bị Cô lông ga để đo lực nằm ngang. Đặt Cô lông ga vào ống bạc gắn Cô lông ga vào vòng ph−ơng vị. Cô lông ga đ−ợc đặt sao cho trục của thanh nam châm đo nằm trong mặt phẳng quan sát, đầu bắc h−ớng về phía bắc từ. 4. Điều chỉnh bộ phận gá thanh nam châm đo để thấy d−ới lăng kính vòng ph−ơng vị số chỉ 2700 (W) của mặt số, sai số ± 003. 5. Đọc số chỉ của lực theo thang th−ớc lực nằm ngang. * Đo lực H' trên một h−ớng tầu bất kỳ: Để đo lực H' ta phải tiến hành nh− sau: 1. Để tàu nằm trên h−ớng la bàn theo yêu cầu. 2. Đặt vòng ph−ơng vị lên la bàn sao cho mặt phẳng quan sát nằm trong mặt phẳng kinh tuyến la bàn, nghĩa là ở d−ới lăng kính vòng ph−ơng vị sẽ thấy số chỉ 1800 (S) của mặt số. Kiểm tra vị trí vòng ph−ơng vị theo vòng góc mạn. 3. Đặt Cô lông ga vào vòng ph−ơng vị, để trục của thanh đo nằm trong mặt phẳng quan sát, đầu bắc của thanh đo h−ớng về phía Bắc. 4. Thay đổi vị trí bộ phận gá thanh đo ta thấy ở d−ới lăng kính số chỉ 2700 (W) của mặt số, sai số cho phép ± 00,2 - 00,3. 5. Đọc số chỉ lực theo th−ớc lực nằm ngang. Thành phần lực nằm ngang H' nh− ta đã biết có thể chiếu lên hai trục x và y. Thành phần chiếu trên trục x ký hịêu là X'. Còn hình chiếu trên trục y ký hiệu là y'. X' = H'cosK' (3.2) Y' = H'sinK' (3.3) ở đây K' là h−ớng đi la bàn Lực X' là tổng hợp tất cả các lực dọc tác dụng vào mặt số la bàn đặt ở trên tàu (ph−ơng trình passon 3.2). Lực Y' là tổng hợp tất cả các lực ngang tác dụng vào mặt số la bàn ở trên tầu (ph−ơng trình passon 3.3). Dấu và h−ớng của lực X' và Y' phụ thuộc vào h−ớng đi của tầu thuộc góc phần t− nào. Dấu của X' d−ơng khi tầu nằm ở trên các h−ớng đi thuộc góc phần t− NE và NW, âm ở trong các góc phần t− SE và SW. Dấu của Y' âm ở trong các góc phần t− NE và SE d−ơng trên các h−ớng đi ở góc phần t− SW và NW (hình 3.21). Đo các thành phần hình chiếu dọc và ngang bằng Cô lông ga cũng t−ơng tự nh− đo H và H', dùng tác dụng của thanh nam châm đo để khử các thành phần hình chiếu. Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 72 Điều đó có nghĩa là trong tất cả các tr−ờng hợp trục của thanh nam châm đo phải nằm ở trong mặt phẳng chứa lực cần đo, khi đo X' thì trục của nó phải nằm theo mặt phẳng trục dọc tầu, còn đo lực Y' thì trục của nó phải vuông góc với mặt phẳng trục dọc tầu. Chẳng hạn nếu yêu cầu đo lực X' trên h−ớng đi la bàn NO trên h−ớng này lực X' h−ớng về phía mũi tầu, nghĩa là có dấu d−ơng. (hình 3.21). Cách đo nh− sau: Đặt vòng ph−ơng vị về số 00 vòng góc mạn, tức là mặt phẳng quan sát nằm theo mặt phẳng trục dọc tầu, đặt Cô lông ga vào vòng ph−ơng vị (không có nam châm phụ) đặt sao trục dọc của thanh nam châm đo nằm trong mặt phẳng quan sát, đầu bắc của thanh h−ớng về phía h−ớng của lực cần đo ở đây h−ớng về phía mũi tầu. Khi này nam châm đo sẽ tác dụng vào mặt số la bàn một lực F ng−ợc chiều với lực X', nghĩa là nó có tác dụng triệt tiêu lực X', nếu thay đổi giá trị lực F thì sẽ có lực F = X', tức là nó triệt tiêu hoàn toàn lực X'. Khi lực X' bị triệt hoàn toàn thì mặt số la bàn chỉ còn thành phần lực ngang Y' (Hình 3.22), tức là trục ns của mặt số vuông góc với mặt phẳng trục dọc tầu và ở d−ới lăng kính sẽ thấy số chỉ 2700 (W) của mặt số. * Đo lực thẳng đứng Z và Z' bằng Cô lông ga Thành phần từ tr−ờng thẳng đứng Z của trái đất và lực thẳng đứng Z' ở trên tầu đ−ợc đo để khử độ lệch nghiêng, để kiểm tra độ nghiêng kim trụ của mặt số. Lực Z và Z' đ−ợc đo bằng máy Cô lông ga. Để đo lực Z và Z' ta phải xoay về d−ới nếu vị trí đo ở phía bắc xích đạo từ, còn nếu vĩ độ từ nam thì ng−ợc lại. Đo lực Z và Z' không cần sử dụng thanh nam châm phụ nên ta bỏ nó ra xa la bàn. Đo thành phần lực Z đ−ợc tiến hành theo thứ tự sau: 1. Chọn nơi không chịu ảnh h−ởng của từ tr−ờng phụ ở trên bờ, đem chậu la bàn và mặt số nghiêng đặt lên giá ba chân (chậu mặt số nghiêng ta sẽ nghiên cứu sau). 2. Đặt vòng ph−ơng vị cùng với Cô lông ga đã chuẩn bị để đo lực thẳng đứng Z lên chậu mặt số nghiêng. 3. Điều chỉnh vị trí bộ phận gá thanh nam châm khử để đ−a kim mặt số nghiêng về vị trí nằm ngang. 4. Đọc số chỉ trên thang th−ớc lực thẳng đứng. Đo lực thẳng đứng Z' ở trên tàu đ−ợc tiến hành nh− sau: 1. Đặt tàu trên một h−ớng đi la bàn nào đó. 2. Thay chậu la bàn bằng chậu mặt số nghiêng 3. Đặt vòng ph−ơng vị cùng với Cô lông ga đã chuẩn bị để đo lực thẳng đứng vào chậu mặt số nghiêng. 4. Điều chỉnh vị trí thanh nam châm đo để mặt số nghiêng về vị trí nằm ngang. 5. Đọc số đo trên th−ớc lực thẳng đứng. Ch−ơng 3 La bàn từ hàng hải và các thiết bị khử độ lệch 73 * Cách kiểm tra điều chỉnh máy Cô lông ga Cũng nh− các máy khác, Cô lông ga cũng phải đ−ợc kiểm tra định kỳ để khắc phục những sai số nảy sinh trong quá trình bảo quản và sử dụng. Nếu không kịp thời kiểm tra hoặc không biết cách điều chỉnh cho đúng yêu cầu kỹ thuật thì giá trị đo đ−ợc sẽ sai thực tế. Kết quả của Cô lông ga phải thoả mãn yêu cầu kỹ thuật sau: - Trục của thanh nam châm phụ phải vuông góc với mặt phẳng quan sát của vòng ph−ơng vị. - Mô men từ của thanh nam châm phụ phải đạt giá trị 200 ± 40 CGSM - Trục của thanh nam châm đo phải nằm trong mặt phẳng quan sát của vòng ph−ơng vị. - Các vạch chia trên th−ớc phải phù hợp để số chỉ trên th−ớc phù hợp với giá trị thực tế của lực đo. Cô lông ga đ−ợc kiểm tra và điều chỉnh ở trên bờ. Công tác kiểm tra và điều chỉnh đ−ợc tiến hành theo các yêu cầu đã nêu ở trên. * Kiểm tra vị trí của thanh nam châm phụ. Để kiểm tra vị trí của thanh phụ ng−ời ta đem chậu la bàn lên bờ đặt lên giá ba chân, đặt vòng ph−ơng vị vào số chỉ 00 vòng góc mạn. Sau đó xoay chậu la bàn để thấy số chỉ d−ới lăng kính 1800 (S) của mặt số. Sau đó ta xoay vòng ph−ơng vị ng−ợc chiều kim đồng hồ đến số chỉ 2700 vòng góc mạn. Đọc số chỉ của mặt số d−ới lăng kính với độ chính xác 00,2 số chỉ này xấp xỉ 900. Đem Cô Lông ga không có thanh nam châm đó đặt lên vòng ph−ơng vị, lúc này trục của thanh phụ sẽ nằm theo kinh tuyến từ, đầu bắc h−ớng về phía cực bắc từ. Sau khi đặt 1,5 - 2 phút tiến hành đọc số chỉ d−ới lăng kính. Nếu vị trí thanh phụ đặt đúng thì số chỉ d−ới lăng kính không thay đổi. Nếu vị trí thanh phụ đặt lệch thì số chỉ d−ới lăng kinh không thay đổi. Nếu vị trí thanh phụ đặt lệch thì số chỉ d−ới lăng kính sẽ khác đi. Khi thấy số chỉ khác đi thì phải vặn lỏng các đinh vít vặn từ