МАГНИТНЫЙ СФЕРИЧЕСКИЙ КОМПАС Российский патент 1996 года по МПК G01C17/00 

Изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в визуальных и дистанционных магнитных компасах, в частности в сферических компасах.

Известны магнитные компасы, содержащие компасную жидкость, заполняющую корпус, магнитный чувствительный элемент, установленный внутри корпуса, и компенсатор температурного изменения объема жидкости, причем компенсатор выполнен в виде упругого элемента, например, сильфона или диафрагмы (1).

Основными недостатками компасов являются малый диапазон температурной компенсации из-за появления газовых пузырей в зоне расположения магнитного чувствительного элемента и сильное влияние вибраций на точность компаса из-за передачи ее через упругий элемент на магнитный чувствительный элемент.

Известен магнитный компас, содержащий корпус, заполненный компасной жидкостью, магнитный чувствительный элемент и компенсатор температурного расширения компасной жидкости, причем компенсатор выполнен в виде полости, заполненной воздухом (уводящая камера), расположенной над чувствительным элементом (2), вариант уводящей камеры в компасе с горизонтальной катушкой.

Основным недостатком компаса является то, что размещение воздушной полости (уводящей камеры) выше шкалы чувствительного элемента применительно к сферическому компасу исключает возможность съема показаний со шкалы, так как воздушный пузырь, перекрывающий шкалу, будет искажать ее изображение.

Известен компас (3), который содержит корпус, заполненный жидкостью, и магнитный чувствительный элемент. Корпус содержит прозрачную полусферическую верхнюю часть и нижнюю часть из упругого материала, в которой находится перфорированный внутренний кожух. Обе части корпуса и кожух имеют фланцы, зажимаемые вместе с кольцом тремя дуговыми соединительными элементами U-образного поперечного сечения. Между объемами корпуса жидкость может протекать через отверстия в кожухе. Изменение объема жидкости при изменении температуры можно компенсировать деформацией части корпуса. Вместо указанных трех соединительных элементов можно использовать один разрезной кольцевой элемент, два полукольцевых элемента либо четыре или более элементов U-образного поперечного сечения.

Основными недостатками компаса являются малый диапазон температурной компенсации из-за появления газовых пузырей в зоне расположения магнитного чувствительного элемента и значительное влияние вибраций на точность компаса из-за передачи ее через перфорированный кожух на магнитный чувствительный элемент.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является магнитный компас (4).

Компас содержит корпус, заполненный компасной жидкостью, магнитный чувствительный элемент и компенсатор температурного расширения компасной жидкости, выполненный в виде замкнутой, герметичной емкости с эластичными стенками с внешними буртиками, заполненной газом под давлением и расположенной в корпусе по периметру внутренних стенок вне зоны расположения магнитного чувствительного элемента.

Основными недостатками компаса являются:
технологическая сложность изготовления герметичной резиновой камеры, заполненной газом;
технологическая сложность изготовления компаса из-за необходимости заливки компасной жидкости под избыточным давлением через специальный клапан;
низкая надежность камеры из-за диффузии газа из камеры через ее стенки в компасную жидкость рабочей камеры.

Основными задачами, на решение которых направлено изобретение, являются:
1. Снижение трудоемкости изготовления компаса, в частности упрощение заполнения компаса компасной жидкостью, благодаря наличию воронкообразного элемента в соединительном канале.

2. Повышение надежности компаса вследствие
заполнения полости компенсатора температурного расширения объема жидкости воздухом без избыточного давления, а не газом под давлением, в отличие от прототипа;
конструктивного исполнения и взаимного расположения обеих полостей компенсатора, исключающего даже в случае диффузии воздуха или нарушения герметичности эластичной перегородки попадание воздуха в рабочую камеру. Пузырьки воздуха остаются в полости компенсатора, заполненной жидкостью, под эластичной перегородкой. Наличие воронкообразного элемента в соединительном канале препятствует их попаданию в рабочую камеру даже при наклонах компаса (при качке статическом крене), кроме случая переворачивания компаса на 180^oС по отношению к рабочему положению.

3. Наличие в конструкции компаса козырька в форме диска, расположенного в рабочей камере над соединительным каналом и закрепленного на стойках, установленных на дне рабочей камеры, предотвращает передачу колебаний жидкости, находящейся в компенсационной камере, при колебаниях эластичной перегородки через соединительный канал в рабочую камеру.

Для решения указанных задач в магнитном сферическом компасе, содержащем корпус, рабочую камеру, заполненную компасной жидкостью, магнитный чувствительный элемент, размещенный в рабочей камере на опоре, и компенсатор температурного изменения объема компасной жидкости, компенсатор температурного изменения объема компасной включает полость, заполненную компасной жидкостью и сообщающуюся с рабочей камерой через соединительный канал, размещенный по вертикальной оси корпуса, и герметичную полость, заполненную воздухом, расположенную между рабочей камерой и полостью компенсатора с жидкостью и отделенную от рабочей камеры дном рабочей камеры и соединительным каналом, а от полости компенсатора с жидкостью эластичной перегородкой; при этом соединительный канал снабжен воронкообразным элементом, размещенным в полости компенсатора с жидкостью и обращенным к заливочному отверстию в дне корпуса компаса, а также козырьком в форме диска, размещенным в рабочей камере и закрепленным на стойках, установленных на дне рабочей камеры.

На фигуре изображен общий вид компаса в разрезе.

Магнитный сферический компас содержит корпус 1, закрытый полусферической крышкой 2 из прозрачного материала, рабочую камеру 3, заполненную компасной жидкостью, в которой на опорном устройстве 4 размещен магнитный чувствительный элемент, содержащий поплавок 5, постоянный магнит 6 и шкалу-картушку 7. Опорное устройство 4 закреплено на кардановом подвесе 8. Рабочая камера 3 через соединительный канал 9 сообщается с полостью 10 компенсатора температурного изменения объема компасной жидкости, которая эластичной перегородкой 11 отделяется от герметичной полости 12 компенсатора температурного изменения объема жидкости, заполненной воздухом. На дне рабочей камеры 3 над соединительным каналом 9 на колонках 13 закреплен козырек 14. В нижней части соединительный канал 9 содержит воронкообразный элемент 15, размещенный в полости 10.

Устройство работает следующим образом.

При повышении температуры окружающей среды и компасной жидкости объем жидкости в рабочей камере 3 и в полости 10 увеличивается. Частично жидкость из рабочей камеры 3 через соединительный канал 9 перемещается в полость компенсатора 10, благодаря тому, что эластичная перегородка 11 деформируется и при этом уменьшается объем воздуха в полости компенсатора 12.

При понижении температуры объем жидкости в рабочей камере 3 и полости компенсатора 10 уменьшается, эластичная перегородка 11 деформируется в обратном направлении и при этом объем воздуха в полости компенсатора 12 увеличивается, а компасная жидкость частично из полости 10 через соединительный канал 9 перемещается в рабочую камеру 3.

Таким образом, осуществляется компенсация температурных изменений объема компасной жидкости. При этом, изменение давления воздуха, заключенного внутри поплавка 5 магнитного чувствительного элемента, уравновешивается температурным изменением давления воздуха, заключенного в полости 12, что предотвращает деформацию поплавка 5, благодаря замкнутой конструкции полости 12, а также изоляции полости от внешней среды.

В связи с тем, что рабочая камера 3 и полость 10 температурного компенсатора полностью заполнены жидкостью, в заданном температурном диапазоне работы компаса в рабочей камере 3 не возникает воздушный пузырь, который мог бы мешать отсчетам компасного курса, например, при наклонах компаса, за счет перемещения пузыря.

При работе компаса в условиях внешних механических возмущений (вибрации, качки, толчков) их влияние на положение магнитного чувствительного элемента исключается благодаря заполнению рабочей камеры 3 и полости 10 полностью жидкостью, размещению эластичной перегородки 11 под дном рабочей камеры 3 и соответствующему выбору собственной частоты колебаний эластичной перегородки 11, лежащей вне диапазона частот внешних возмущений, что достигается выбором материала, формы и толщины перегородки, а также благодаря наличию козырька в форме диска, размещенного над соединительным каналом в рабочей камере.

Устройство по сравнению с прототипом значительно снижает трудоемкость изготовления компаса, так как сборка и заполнение компаса компасной жидкостью не требует специальных условий работы (в прототипе это заливка компасной жидкости при избыточном давлении через специальный клапан), повышает надежность, так как даже в случае нарушения герметичности полости компенсатора с воздухом пузырьки воздуха не проникают в рабочую камеру (за исключением случая переворачивания компаса, который, однако, не возникает в процессе эксплуатации компаса), а также снижает погрешность компаса в условиях внешних воздействий за счет исключения передачи возмущений через жидкость на магнитный чувствительный элемент.

Использование: в навигационном приборостроении, в визуальных магнитных компасах, в частности в сферических магнитных компасах. Сущность изобретения: магнитный сферический компас содержит корпус, рабочую камеру, заполненную компасной жидкостью, магнитный сферический компас содержит корпус, рабочую камеру, заполненную компасной жидкостью, магнитный чувствительный элемент, размещенный в рабочей камере на опоре, и компенсатор температурного изменения объема компасной жидкости, который включает в себя полость, заполненную жидкостью и сообщающуюся с рабочей камерой через соединительный канал, размещенный по вертикальной оси корпуса, и герметичную полость, заполненную воздухом, расположенную между рабочей камерой и полостью компенсатора с жидкостью и отделенную от рабочей камеры дном рабочей камеры и соединительным каналом, а в полости компенсатора с жидкостью - эластичной перегородкой. При этом соединительный канал снабжен воронкообразным элементом, размещенным в полости компенсатора с жидкостью и обращенным к заливочному отверстию в дне корпуса компаса, а также козырьком в форме диска, размещенным в рабочей камере и закрепленным на стойках, установленных на дне рабочей камеры. 1 ил.

Магнитный сферический компас, содержащий корпус, рабочую камеру, заполненную компасной жидкостью, магнитный чувствительный элемент, размещенный в рабочей камере на опоре, и компенсатор температурного изменения объема компасной жидкости, отличающийся тем, что компенсатор температурного изменения объема компасной жидкости включает полость, заполненную жидкостью и сообщающуюся с рабочей камерой через соединительный канал, размещенный по вертикальной оси корпуса, и герметичную полость, заполненную воздухом, расположенную между рабочей камерой и полостью компенсатора с жидкостью и отделенную от рабочей камеры дном рабочей камеры и соединительным каналом, а от полости компенсатора с жидкостью эластичной перегородкой, при этом соединительный канал снабжен воронкообразным элементом, размещенным в полости компенсатора с жидкостью и обращенным к заливочному отверстию в дне компаса, а также козырьком в форме диска, размещенным в рабочей камере и закрепленным на стойках, установленных на дне рабочей камеры.