扭秤

測量重力位二次導數的儀器，早在1791年H.卡文迪許用來測量重力常數的儀器就是扭秤的一種形式。1881年匈牙利物理學家厄缶為測定物質的引力質量發展了扭秤，1915年開始用於重力勘探。

基本介紹

• 中文名：扭秤
• 外文名：torsion balance
• 定義：測量重力位二次導數的儀器
• 時間：1791年

名稱

扭秤,torsion balance

使用方法

扭秤的基本原理是在一根剛性桿的兩端連結相距一定高度的兩個相同質量的重物，通過秤桿的中心用一扭絲懸掛起來。秤桿可以繞扭絲自由轉動，當重力場不均勻時，兩個質量所受的重力不平行。這個方向上的微小差別在兩個質量上引起小的水平分力，並產生一個力矩使懸掛系統繞扭絲轉動，直到與扭絲的扭矩平衡為止。扭絲上的小鏡將光線反射到記錄相板上。當扭絲轉動時，光線在相板上移動的距離標誌著扭轉角的大小。平衡位置與扭秤常數和重力位二次導數有關。在一個測點上至少觀測3個方位，確定4個二次導數值，測量精度一般達幾厄缶。

根據扭力系統的構造形狀，分為z型、L型和斜臂式扭秤。z型扭秤由一個輕金屬製成的z型秤臂、兩個質量相等的重荷和一根細金屬絲組成的。兩個重荷分別固定在z型秤臂的兩端。細金屬絲將整個系統懸掛起來，組成一套扭力系統。由於兩個重荷處於不同的位置，所以，當通過兩個重荷的重力等位面Q1和Q2。互不平行或彎曲時，兩個重荷將受到重力場水平分量的作用。當重力場水平分量gH1和gH2的大小和方向不同時，稈臂就要繞著扭絲轉動，直到水平旋轉的重力矩和扭絲的扭力矩相平衡為止。秤臂偏轉的角度除和扭力系統的構造和扭絲的扭力係數有關外，還和兩個重荷間的重力變化有關。因此，準確記錄扭力系統的偏角，就可以求出重力位的二次導數。由於扭力系統的靈敏度很高，秤臂穩定下來的時間較長。同時還需要在3一5個方向上照相記錄，所以，儀器附有自動控制系統，並安放在特製的小房裡工作。儀器的操作和測量結果的計算都比較煩瑣，每測—個點需要2——3小時，工件效率較低。

測量結果

扭秤的測量結果用矢量圖表示，用一短線表示曲率，矢量方向相應於最小曲率平面的方位，矢量長度表示等位面曲率差大小 。在短線中心以箭頭畫出總梯度，指向重力增加的方向。

扭秤的靈敏度很高並可測多個參數，但是也有其不足之處。由於具有極高的靈敏度，對於測試環境的要求也很高，易受外界干擾，包括溫度、地面震動、大氣壓強波動、扭絲的滯彈性效應等。因此對於精度要求不高的重力測量工作，一般都是重力儀去完成。但是對於高精度的測量，如引力物理方面的測量，以及高精度儀器的驗證以及標定，都需要利用扭秤來完成。因此即便是如今，扭秤在實驗物理領域也有著相當重要的地位。