磁罗经


定义

       1、用地磁敏感元件指示地球磁场水平分量方向的仪表。

       2、依靠地磁而取得指向性能的罗经。

       3、指示地球磁场水平分量方向的仪表。也称磁罗盘。

简介

磁罗经磁罗经

      磁罗经是利用地球磁场取得方位基准,测出船舶航向或目标方位的一种仪器。从构造上分磁罗经有四种,即台式、桌式、移动式和反映式。磁罗经使用时必须进行误差修正。由于误差随时间、地点、航向而变化,所以误差修正比较复杂。但磁罗经有构造简单、不依赖于电源、不易损坏和价格低廉等优点,所以它至今仍然是不可缺少的航海仪器之一。

      磁罗经又称“磁罗盘”,是一种测定方向基准的仪器,用于确定航向和观测物标方位。它是利用磁针受地磁作用稳定指北的特性制成的指示地理方向的仪器。

      磁罗经主要由若干平行排列的磁针、刻度盘和磁误差校正装置组成,磁针固装在刻度盘背面,在地磁磁力作用,使磁针的两端指向地磁的南北极,从而达到指向的目的。

      磁罗经有多种类型,从构造来分,磁罗经有四种,即台式、桌式、移动式和反映式。

发展历程

司南复原图司南复原图

       利用自由支持的磁针在地磁作用下稳定指北的特性而制成的罗经。磁罗经由中国的司南、指南针逐步发展而成。 司南为天然磁石制成的勺形物,投转于光滑的地盘上,停止时勺柄指南。地盘四周刻有八卦和天干地支名称,用于表示方位。已知关于司南的最早记述见于公元前 3世纪战国末期的《韩非子·有度》。宋朝初期出现了人工磁化的指南针,有水浮、丝悬、针顶等方法,近代磁罗经和地磁测量仪器仍沿用这些基本结构。北宋沈括在《梦溪笔谈》(1063年)中描述了用磁石磨针锋制作指南针的方法,并记载了磁差的存在。

       指南针是初级阶段的磁罗经,是中国古代四大发明之一。唐宋时期中国海外贸易非常发达,大型商船远航到波斯湾、红海等地,造船和航海技术均居世界前列。指南针应用于航海的最早记载见于北宋朱彧的《萍州可谈》(1119年),书中说:“舟师识地理,夜则观星,昼则观日,阴晦观指南针。”用于航海的指南针又称罗盘。明代铜制的水罗盘用八干、十二支、四维卦位名称标出二十四个方位。通常认为罗盘是由中国传入阿拉伯,再传入欧洲,但有争论。

      相传14世纪初南意大利阿玛尔菲人F.乔亚首先把纸罗经卡(即方向刻度盘)和磁针连接在一起转动。这是磁罗经发展过程中的一次飞跃。从此船舶变向就不必再用手转动罗盘了。16世纪意大利人卡尔登制成平衡环,使磁罗经在船舶摇晃中也能保持水平。18世纪初英国人E.哈利制成第一张世界等磁差曲线图。

      铁船出现后,磁罗经产生了自差。在此之前,关于自差现象的记述已见于明末清初方以智的《物理小识》,书中说到铁对磁针的干扰和海船不用铁钉的原因:“海咸烂铁,且妨磁也。”19世纪上半叶英国人M.弗林德斯和G.B.艾里先后提出消除自差的方法,法国泊松对自差的数学理论作出了贡献。19世纪70年代英国物理学家W.汤姆森制成稳定性好的干罗经安装于有类似现代自差校正器的罗经柜中,曾被英海军作为标准装备。20世纪初性能更稳定、轴针摩擦更小的液体罗经制成,现在已为大部分船舶所使用。

结构

磁罗经磁罗经

      磁罗经主要由罗经柜和罗经盆两部分组成。带有磁针的罗经卡安装在罗经盆内。磁罗经按结构可分为干罗经和液体罗经两种;按用途可分为标准罗经、操舵罗经、应急罗经、艇用罗经等。现代船舶多在驾驶台顶的露天甲板上装一能将罗经卡读数投射到驾驶室内的标准罗经,可兼作操舵罗经。这种罗经有反射式和投影式两种,它们的基本结构同普通罗经相似,仅多一套光学投射系统。  

罗经差

      包括磁差和自差。磁差是由于地磁极与地极不一致而存在于磁北和真北之间的夹角,又称磁偏角。由于磁极绕地极作缓慢的周期运动,所以磁差除因地而异,每年还有变化。地球表面存在磁异常区,这种地区的磁差与周围地区的磁差明显不同。海图上的罗经花均标注有本地磁差和年变化率,使用磁罗经时可据以修正读数。自差是因船上钢铁被地磁磁化而产生的磁性作用于磁罗经,使磁针偏离磁北,形成的差角甚至达数十度。船磁有来自硬铁的和软铁的区别。硬铁如碳钢、钴钢被磁化后具有永久磁性;软铁如熟铁、硅钢离开磁场后所感应磁性很快消失。它们所引起的自差各有其变化规律。校正自差就是将能产生与船磁相反作用力的校正器放在罗经周围,分别用其中的磁棒和软铁抵消永久船磁和感应船磁对磁针的影响。校正后的剩余自差,经测定制成自差表或自差曲线图,绝对值应不大于3°。自差的主要特点是随航向变化,不同航向要用相应的自差进行修正。

磁罗经配备要求

      一般配两台的方案是罗径甲板一台立式标准磁罗径(误差(自差)要求小于3度),驾驶室一台台式操舵磁罗径(误差(自差)要求小于5度);或者罗径甲板配一台反射式立式磁罗径,通过反射筒折射到驾驶室操舵位置,或者其他可以将读数反馈到驾驶台的装置,用作操舵罗经的话,可省一台台式磁罗径,当然也可以选用复示磁罗径。另外每台罗径都应配置一只备用罗盆,用于罗径损坏时更换用。

备用磁罗经配备要求

      SOLAS Ch.V, Reg.19.2.2.2.1,"a spare magnetic compass interchangeable with the magnetic compass, as referred to in paragraph 2.1.1, or other means to perform the function referred to in paragraph 2.1.1 by means of replacement or duplicate equipment",要求在操作的位置配备备用磁罗经,或者其它能实现该功能的设备。

      SOLAS Ch.V, Reg.19.2.2.1.1, " a properly adjusted standard magnetic compass, or other means, independent of any power supply to determine the ship's heading and display the reading at the main steering position",这个功能就是确定船舶的航向以及显示读数.

      SOLAS 04年增订的Ch.V,Reg.19.2.5.1,要求配备该功能的非磁罗经,电罗经或者其它类似设备。

      IACS/SC203的解释,"A gyrocompass can be fitted, as the "other means" mentioned in regulation V/19.2.2.1, to comply with that regulation. However, this gyrocompass: cannot be credited to fulfill regulation V/19.2.5.1; and- shall be fed by both main and emergency power supply and, in addition, it shall be provided with a transitional source of power (e.g. a battery).",可以安装另外一台电罗经来满足SOLAS 19.2.2.1里面要求的其它(指示航向)设备,但是有两个条件:

      1. 这个电罗经不能归到19.2.5.1里面要求的那个电罗经里,也就是在主操舵位置的。

      2. 需配备主电源和应急电源(比如电池)。

磁罗经安装位置要求
      根据IMO A.382(X)大会决议,磁罗经应尽量安装在船舶中线上,主船基线应指示船首方向,其准确度应为±0.5°,因为船舶是铁的,在使用过程会产生磁化,形成船磁,为了减少船磁的影响,尽量安装在船中线。但没有强制要求说都装在中线上,那需要看操舵的位置,但是必须要与中线平行。比如如果是反射式磁罗经,根据操舵台的位置,一般在船中线,所以这样的磁罗经应安装在罗经甲板上船中线上。但如果是立式磁罗经,在操舵台有操舵罗经或电罗经,那么该立式罗经放在罗经甲板因为方便的位置,远离大型障碍物等,与船中线平行即可。

航行试验内容

      磁罗经是利用地球磁场的作用来正确地指示方向。罗经本体由一组小磁棒构成一罗盘,可在水平面内转动。当四周无附加磁场时,罗经可正确地指向北极,但装在钢质船上时,因受附加磁场作用,罗经便不再指正北极而指向另一方向,这个偏差称为罗经自差,不消除自差,磁罗经便不能用。

      根据自差理论,在东、南、西、北、东南、东北、西南、西北八个方向上自差最大,也最易消除。消除这八个方向的自差后,可以计算出任何方向的剩余自差,最后画出一根剩余自差曲线供航行时使用。消除方法是利用岸标或太阳等已知方位,先测得罗经在该方向的自差,然后用磁棒和软铁块消除之。同样,其他方向的自差也可逐一消除。因为要用同一岸标,所以消除自差应该在航行试验中进行。

      在船上,一般设有两台磁罗经:位于罗经甲板上的标准罗经和装于驾驶室的操舵罗经。前者可用上述方法消除自差(按规定,剩余自差不应超过±5°);后者不行,只能根据标准罗经进行校对,故误差较大。

船舶磁罗经的校正方法

      一、 口诀:东东上,西西上,东西下,西东下

      二、 解释:第一个字表示自差符号,第二个字表示磁棒红端所指的方向。如测得东自差时,若罗经柜内没有磁棒,则将磁棒的红端(N极)向上插去,谓之东东上;若罗经柜内已经有磁棒,且其红端朝东,根据东东上的原则,,应将磁棒向上移动;若柜内磁棒的红端朝西,根据东西下的原则,应将磁棒往下移动。

      三、 校正步骤如下: 

      1、 若为新船,则可将软铁球置于横架中间位置;佛氏铁参考同类型船舶所使用的长度;若为旧船一般不动。

      2、 校正倾斜自差:先在岸上将倾差仪调整好,使磁针平衡,记录刻度,并将磁针置于0.9刻度的位置上,在罗经航向为东时,取下罗经盆,将已经调整好的倾差仪放置于罗经卡相当的位置上,以倾差仪中磁针北端指北,调整垂直磁铁,直到使倾差仪磁针成水平。

      3、 放上罗经盆,操舵保持航向向东,测定自差△E(△表示自差,△E表示罗经航向正东的自差,以下均同),用纵向磁棒将?E全部消除。

      4、 船舶驶向罗经航向北,测定自差△N,用横向磁棒将△N全部消除。

      5、 船舶驶向罗经航向西,测定自差△W,调整原来的纵向磁棒将△W消除一半,记录剩余自差。 

      6、 船舶驶向罗经航向南,测定自差△S,调整原来的纵向磁棒将△S消除一半,记录剩余自差。

      7、 将船舶驶向罗经航向西北,测定自差△NW,移动软铁球,使△NW消除为零。

      8、 将船舶驶向罗经航向西南,测定自差△SW,移动软铁球,使△SW消除一半,记录剩余自差。

      9、 依罗经航向"东南-东-东北-北-西北-西-西南"顺序测定各个航向上的磁罗经自差,作为剩余自差并记录。 

      10、 记录校正器各部分的位置,利用剩余自差编制自差表。

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