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[拼音]：zhongliyi

[外文]：gravimeter

測定重力加速度的儀器。重力儀有絕對重力儀和相對重力儀兩類。前一類用來測定一點的絕對重力值，後一類用來測定兩點的重力差。重力儀廣泛應用於地球重力場的測量，固體潮觀測，地殼形變觀測，以及重力勘探等項工作中。

絕對重力儀

工作原理有兩種：

（1）自由下落原理

設一物體在真空中自由下落，運動過程中時間和行程的關係如圖1所示。落體的重心在 t1、t2和t3時刻所在的空間位置分別為x1、x2和x3。若以 T2=t3-t1和T1=t2-t1表示兩個時間間隔，以S2=x3-x1和S1=x2-x1表示相應的兩段在垂線方向上的距離，則可用下列公式求得絕對重力值：

距離S2和S1可用穩定的鐳射波長測定，時間間隔T2和T2用高精度的頻標訊號測定。測量中還必須對各種影響測量精度的干擾因素進行計算和檢測，然後對它們進行改正，才能獲得最後測量結果。

（2）對稱自由運動原理

設一物體在真空中被垂直上拋，到達頂點D後，沿上升軌道垂直下落，運動過程中的時間和高度關係如圖2所示。H1和H2分別為兩個在垂線方向上的預定位置。物體的重心在上升階段通過這兩個位置的時刻分別為t1和t2，在下落階段通過H2和H1兩位置的時刻分別為t3和t4。若以 T2=t4-t1，T1=t3-t2表示兩個時間間隔，以H0代表空間兩位置之間的距離，則可用下列公式求得絕對重力值：

距離和時間間隔的測定方法類似於自由下落原理的測量方法。

20世紀 60年代，美國的法勒 (J.Faller)和哈蒙德(J. Hammond)首先直接應用鐳射干涉儀器測量絕對重力值。隨後日本、義大利、蘇聯、法國等國家先後研製成功這類鐳射絕對重力儀。中國於1980年按自由下落原理也試製成功鐳射絕對重力儀，其測量精度在±16微伽左右。

相對重力儀

可分為靜重力儀(又稱穩定型重力儀)和助動型重力儀（又稱不穩定型重力儀）。

靜重力儀

工作原理類似於一個機械彈簧秤(圖3)。當作用在重錘上的重力g變化Δg時，彈簧的長度隨之變化Δl，這時重錘也位移Δl的距離。在兩個測點上重力的作用下，垂錘的靜力平衡方程分別為：

mg=klm(g+Δg)=K(l+Δl)，

式中m為重錘質量，k為彈簧的彈性係數，由此即得：

由此可見，只要已知

，並測出重錘位移Δl，則可求得兩點的重力差Δg。C稱為重力儀格值，它可以通過實驗方法或在已知重力差的兩點上作對比觀測來確定。

通常靜重力儀的彈性系統是用一根兩端固定的水平金屬扭轉彈簧，在其中部焊接一根金屬擺杆，擺杆末端的重錘上懸掛一根測量彈簧。當作用在重錘上的重力發生變化時，可以伸縮測量彈簧，使擺杆保持原來的靜平衡位置。這樣通過測量彈簧的伸縮量來測定重力的變化。靜重力儀的特點是重力變化同彈簧的伸縮量成線性關係。

單位重力引起彈簧的伸縮量或擺杆傾角變化量稱為重力儀的靈敏度。顯然，要提高重力的測量精度，必須提高重力儀的靈敏度。助動型重力儀即是按此要求設計的。

助動型重力儀

原理如圖4所示。作用在擺杆上的力矩除重力矩和彈性力矩外，還增加一個裝在支點上方的質塊m作用的力矩，當擺杆方向傾斜時，質塊m對支點的力矩增大，促使擺杆下傾更多，從而提高了重力儀的靈敏度。但這時擺杆的平衡狀態是非穩定的。中國製造的助動型重力儀曾用於珠穆朗瑪峰地區的重力測量（圖5）。其彈性系統的結構在於多了一個石英彈簧（又稱為助動彈簧）。起著圖4中質塊 m的作用。這種重力儀所反映的重力變化同測量彈簧的伸縮量不成線性關係。

由於相對重力儀中的彈簧存在彈性疲勞現象，因而重力儀會產生零點漂移，即在重力不變的情況下，重力儀的讀數隨時間而變化。零點漂移嚴重影響重力儀的測量精度，而且通常只能在觀測值中加以改正，不能完全消除。

為了克服相對重力儀的零點漂移，60年代末，美國試製成功超導重力儀。超導重力儀根據超導現象製成，是在低溫情況下用超導鈮絲繞成兩組線圈，分別安裝在超導球周圍和下方，超導球是用鋁製成的空心小球，外表塗鉛。線圈接通電流後，立即切斷電源，線圈之間形成一個永久磁場。超導球由於抗磁性而懸浮在磁場中。當懸浮力同作用在小球上的重力平衡時，超導球靜止在一個位置上。在這種情況下，超導線圈的磁場相當於一根機械彈簧，超導小球相當於重錘。當重力發生變化時，超導球也隨之上下移動，且呈線性關係。超導球位移量可採用電容感測器檢測，進而求出重力變化。由於超導電流的固有穩定性，致使超導重力儀的零點漂移極其微小，但是，這種儀器現在只能用於固定臺站的觀測。