МАГНИТНЫЙ КОМПАС Российский патент 2007 года по МПК G01C17/02 

Предлагаемое изобретение относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в визуальных и оптических магнитных компасах.

Известны магнитные компасы, содержащие компасную жидкость, заполняющую корпус, магнитный чувствительный элемент (МЧЭ), установленный внутри корпуса, и компенсатор температурного изменения объема жидкости, причем компенсатор выполнен в виде упругого элемента, например сильфона или диафрагмы, описанные в книге «Курс кораблевождения», том V, «магнитные компасы», Терехов И.Н., Вешняков Н.И., УНГС ВМФ, Л., 1959, стр.286, 306, 309-393; в книге «Магнитные компасы», Кожухов В.П., Воронов В.В., Григорьев В.В, М.: Транспорт, 1981 г., стр.154-155.

Основным недостатком компасов является малый диапазон температурной компенсации изменения объема жидкости из-за появления газовых пузырей в зоне размещения магнитного чувствительного элемента и значительное влияние вибрации на погрешность компаса из-за передачи ее через упругий элемент на компасную жидкость и МЧЭ.

Другим недостатком является конструктивное исполнение сильфона и диафрагмы, исключающее возможность их использования в оптическом стрелочном магнитном компасе, в котором должна быть обеспечена передача изображения шкалы МЧЭ через прозрачное дно компаса.

Известен также магнитный компас, описанный в авторском свидетельстве № 561868, G01C 17/00, 1977.

Компас содержит корпус, заполненный компасной жидкостью, магнитный чувствительный элемент и компенсатор температурного изменения объема компасной жидкости, выполненный в виде замкнутой герметичной емкости с эластичными стенками с внешним буртиком, заполненной газом (воздухом) под давлением и расположенной в корпусе по периметру внутренних стенок вне зоны расположения магнитного чувствительного элемента. Замкнутая герметичная емкость с эластичными стенками конструктивно размещена в полости, отделенной от рабочей камеры боковой стенкой рабочей камеры, имеющей сквозное отверстие, и в нее проникает компасная жидкость. Однако объем жидкости в этой полости чрезвычайно мал, и при понижении температуры эластичная емкость полностью заполняет указанную полость, так что полость не может служить уводящей камерой.

Основными недостатками компаса являются следующие.

1. Технологическая сложность изготовления герметичного эластичного элемента, представляющего собой на практике полую герметичную резиновую камеру, заполненную газом (воздухом). Камера состоит из двух частей, соединенных методом вулканизации, вследствие чего шов имеет низкую надежность.

2. Низкая надежность эластичного элемента - резиновой камеры из-за старения резины.

3. Наличие двух заливочных отверстий с уплотнениями, что снижает эксплуатационную надежность компаса.

4. Отсутствие возможности замены опорного устройства магнитного чувствительного элемента при эксплуатации компаса без его разборки. Вместе с тем, конструктивное исполнение камеры обеспечивает ее использование в оптических стрелочных магнитных компасах, в которых дно корпуса выполняется из прозрачного материала. Размещение камеры по периметру внутренних стенок корпуса вне зоны размещения МЧЭ не препятствует передаче изображения шкалы МЧЭ через прозрачное дно корпуса.

Рассмотренное техническое решение использовано, например, в серийно изготовляемых отечественных оптических стрелочных магнитных компасах КМ 145-5 КБ 1.150.131-04. Изготовитель - Катав-Ивановский Приборостроительный завод.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является магнитный компас по патенту № 2071691, G01C 17/00 (заявка № 94021552/28 (022085) от 09.06.94 г.) - прототип.

Компас содержит корпус с рабочей камерой, заполненной компасной жидкостью, магнитный чувствительный элемент, компенсатор температурного изменения объема компасной жидкости, включающий две полости, разделенные эластичной перегородкой, одну - сообщающуюся с рабочей камерой и заполненную жидкостью, и другую - замкнутой конструкции, охватывающую рабочую камеру по периметру, заполненную газом.

В качестве газа используется воздух. Полость, заполненная жидкостью, размещена также по периметру рабочей камеры и образована дном корпуса, боковой стенкой рабочей камеры и эластичной перегородкой, а полость, заполненная воздухом, образована стенкой корпуса и эластичной перегородкой.

Основными недостатками прототипа - магнитного компаса по патенту № 2071691, являются следующие:

1. Технологическая сложность изготовления компаса, представленного на фигуре описания к патенту, обусловленная следующими причинами. Заполнение корпуса 1 компасной жидкостью через заливочное отверстие в наружной стенке корпуса и сквозное отверстие 8 в стенке рабочей камеры представляет значительную трудность, поскольку перемещение воздушного пузыря из рабочей камеры 2 до полного ее заполнения жидкостью требует точной фиксации углового положения корпуса в двух плоскостях для обеспечения вертикальности осей обоих отверстий.

Доливка компасной жидкости в процессе эксплуатации компаса по этой же причине крайне затруднена.

2. Конструктивное исполнение компаса не обеспечивает возможности создания, после заливки компасной жидкости, избыточного над атмосферным давления во внутренних полостях компаса, необходимого для предотвращения возникновения в жидкости газовых пузырьков, заполненных парами жидкости.

Необходимость создания избыточного давления в компасной жидкости вызвана следующими причинами.

Известно, что при положительных температурах в верхнем слое любой жидкости имеет место образование паров жидкости, имеющих определенное давление, которые могут собираться в пузырьки. Предотвращение образования пузырьков этих паров жидкости при понижении температуры, при которой эксплуатируется компас, по сравнению с температурой, при которой производилась заливка компасной жидкости, может быть достигнуто созданием избыточного давления в самой жидкости.

При понижении температуры эксплуатации объем жидкости в рабочей камере 2 и полости 7 компенсационной камеры уменьшается. При этом также уменьшается давление воздуха в полости 9. Увеличение жесткости материала эластичной перегородки 10 препятствует деформации перегородки 10, что дополнительно способствует понижению давления на поверхность жидкости.

Пузырьки, заполненные паром жидкости, сливаются друг с другом, образуя на поверхности жидкости большие пузыри, препятствующие снятию отсчетов курса с картушки (шкалы) 4 магнитного чувствительного элемента 3.

Кроме того, газовые пузыри в рабочей камере снижают устойчивость магнитного чувствительного элемента 3 в плоскости магнитного меридиана при механических воздействиях на компас из-за перемещений жидкости в рабочей камере (при воздействии вибраций, качки).

Перемещение же воздушного пузыря в полость 7 и доливка компасной жидкости в конструкции прототипа представляет в условиях эксплуатации компаса значительные трудности (см. п.1).

Кроме того, доливка жидкости в эксплуатационных условиях при использовании компаса в составе компаса - датчика дистанционного компаса и при отсутствии доступа к нему не представляется возможной. Это приводит к снижению эксплуатационных качеств компаса из-за ухудшения динамической устойчивости его магнитного чувствительного элемента и увеличению погрешностей выработки информации о курсе.

3. Отсутствие возможности замены шпильки - опорного устройства 5 при эксплуатации компаса без его разборки.

Основной задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик компаса за счет:

- уменьшения вероятности наличия газовых пузырей в компасной жидкости в рабочей камере корпуса компаса;

- уменьшения погрешностей выработки информации о курсе, обусловленной динамическими воздействиями на компас (вибрации, качки);

- снижения трудоемкости обслуживания (доливки компасной жидкости).

Для решения указанной задачи: в магнитном компасе, содержащем корпус с рабочей камерой, заполненной компасной жидкостью, магнитный чувствительный элемент, компенсатор температурного изменения объема компасной жидкости, включающий две полости, разделенные эластичной перегородкой охватывающие рабочую камеру по параметру, одну - сообщающуюся с рабочей камерой, заполненную жидкостью, другую - замкнутой конструкции, заполненную воздухом, при этом полость компенсатора, заполненная жидкостью, образована боковой стенкой рабочей камеры и эластичной перегородкой, закрепленной на боковой стенке рабочей камеры; в центре дна рабочей камеры размещено заливочное отверстие, а сквозное отверстие в боковой стенке рабочей камеры, соединяющее рабочую камеру с полостью компенсатора, заполненной жидкостью, размещено в нижней части боковой стенки рабочей камеры, заливочное отверстие снабжено клапаном, содержащим поршень и пружину, а внутренняя поверхность дна рабочей камеры корпуса выполнена конусообразной формы и обращена вершиной вниз к заливочному отверстию.

Предлагаемый магнитный компас представлен на чертеже.

На чертеже представлен общий вид компаса в разрезе.

Магнитный компас содержит корпус 1 с рабочей камерой 2, заполненной компасной жидкостью, магнитный чувствительный элемент 3, установленный на шпильке 4, компенсатор температурного изменения объема компасной жидкости, включающий две полости 5 и 6, разделенные эластичной перегородкой 7, охватывающие рабочую камеру 2 по параметру. Полость 6 сообщается с рабочей камерой 2 и заполнена компасной жидкостью. Полость 5 выполнена замкнутой конструкции и заполнена воздухом. Полость 6 образована боковой стенкой 8 рабочей камеры и закрепленной на ней эластичной перегородкой 7. В нижней части боковой стенки 8 выполнено сквозное отверстие 9, через которое полость 6 компенсатора сообщается с рабочей камерой 2.

В центре дна 10 рабочей камеры 2 размещено заливочное отверстие 11, закрытое клапаном 12, содержащим поршень 13, пружину 14 и винт-пробку 15. Заливочное отверстие 11 одновременно может быть использовано для замены шпильки 4 - опорного устройства магнитного чувствительного элемента 3 при эксплуатации компаса.

Внутренняя поверхность дна 10 рабочей камеры 2 выполнена конусообразной формы, обращенной вершиной вниз к заливочному отверстию 11.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

При изготовлении компаса (см. чертеж), заполнение жидкостью рабочей камеры 2 и полости 6 компенсатора температурного изменения объема компасной жидкости производится при перевернутом вверх дном корпусе 1 через заливочное отверстие 11 после извлечения из него винта - пробки 14 и клапана 12, содержащего поршень 13 и пружину 14.

Эластичная перегородка 7 при изготовлении имеет форму полого цилиндра. При заливке компасной жидкости она деформируется под действием жидкости, попадающей в нее из камеры 2 через отверстие 9, образуя полость 6.

Для полного заполнения рабочей камеры 2 и полости 6 жидкостью удаляют из них имеющийся воздух. Из полости 6 - через отверстие 9 в камеру 2, из камеры 2 - через заливочное отверстие 11.

Удаление воздушных пузырей из камеры 2 значительно облегчается за счет конусообразной формы внутренней поверхности дна 10 камеры 2 с вершиной, обращенной к заливочному отверстию 11.

После заполнения жидкостью рабочей камеры 2 и полости 6 (см. чертеж) клапан 12 с пружиной 14 и поршнем 13 устанавливают на штатное место, вводят и закрепляют в заливочном отверстии 11 специальный шприц и доливают с помощью шприца дополнительно определенное количество компасной жидкости, создавая в рабочей камере 2 и полости 6 избыточное давление.

При этом эластичная перегородка 7 деформируется еще больше, приобретая форму, представленную на чертеже.

Воздух в полости 5 компенсатора сжимается, вследствие чего в камере 2 и полости 6 давление возрастает.

Шприц извлекают из заливочного отверстия и устанавливают на штатное место винт-пробку 15.

При повышении температуры окружающей среды и компасной жидкости объем жидкости в рабочей камере 2 и в полости 6 компенсационной камеры увеличивается, эластичная перегородка 7 дополнительно деформируется и при этом уменьшается объем воздуха в полости 5 компенсационной камеры.

При понижении температуры объем жидкости в камере 2 и в полости 6 уменьшается, и эластичная перегородка 7 деформируется в обратном направлении. При этом объем воздуха в полости 5 увеличивается.

Таким образом осуществляется компенсация температурных изменений объема компасной жидкости.

Компенсация температурных изменений объема компасной жидкости за счет изменений объема воздуха в полости 5 позволяет избежать деформаций или нарушения герметичности компаса при повышении температуры выше температуры заливки и появления газовых пузырьков, мешающих отсчетам курса по шкале магнитного чувствительного элемента 3 при понижении температуры ниже температуры заливки.

В случае появления газовых пузырьков в рабочей камере 2 при длительной эксплуатации компаса вследствие медленного просачивания жидкости через уплотнительные прокладки пузырьки газа могут быть легко перемещены в полость 6 путем наклона компаса, при котором ось отверстия 9 занимает верхнее вертикальное положение. При возвращении компаса в рабочее положение пузырьки перемещаются в верхнюю часть полости 6 и не могут попасть в рабочую камеру 2.

При работе компаса в условиях внешних механических возмущений (вибрации, качки, толчков) их влияние на положение магнитного чувствительного элемента исключается благодаря заполнению рабочей камеры 2 и полости 6 полностью жидкостью и соответствующим выбором собственной частоты колебаний эластичной перегородки 7 (вне зоны частот внешних возмущений), что достигается выбором материала, толщины.

По сравнению с прототипом по патенту № 2071691, G01С 17/00 (заявка № 94021552/28 (022085) от 09.06.94 г.), предлагаемое устройство позволяет:

1) повысить технологичность изготовления компаса за счет:

- упрощения заливки компаса компасной жидкостью при исполнении внутренней поверхности дна рабочей камеры корпуса конусообразной формы, обращенной вершиной вниз к заливочному отверстию.

2) улучшить эксплуатационные характеристики компаса за счет:

- уменьшения вероятности возникновения газовых пузырей в компасной жидкости в рабочей камере 2 корпуса, мешающих снятию отсчетов курса со шкалы магнитного чувствительного элемента;

- обеспечения возможности создания после заливки компасной жидкости избыточного над атмосферным давления во внутренних полостях корпуса, необходимого для предотвращения возникновения в жидкости газовых пузырьков, заполненных парами жидкости, использованием в конструкции клапана 12, закрывающего заливочное отверстие 11 и снабженного поршнем 13 и пружиной 14;

- уменьшения погрешностей выработки информации о курсе, обусловленной динамическими воздействиями на компас (вибрации, качки);

- снижения трудоемкости обслуживания при эксплуатации компаса (заливки компасной жидкости).

Предлагаемое изобретение - магнитный компас - относится к области навигационного приборостроения и может быть использовано в визуальных и оптических магнитных компасах. Сущность изобретения заключается в том, что магнитный компас содержит корпус с рабочей камерой, заполненной компасной жидкостью, магнитный чувствительный элемент, компенсатор температурного изменения объема компасной жидкости, включающий две полости, разделенные эластичной перегородкой и охватывающие рабочую камеру по периметру, одну - сообщающуюся с рабочей камерой, заполненную жидкостью, другую - замкнутой конструкции, заполненную воздухом. При этом полость компенсатора, заполненная жидкостью, образована боковой стенкой рабочей камеры и эластичной перегородкой, закрепленной на боковой стене рабочей камеры. В центре дна рабочей камеры размещено заливочное отверстие, снабженное клапаном, содержащим поршень и пружину. Внутренняя поверхность дна рабочей камеры корпуса выполнена конусообразной формы и обращена вершиной вниз к заливочному отверстию. Техническим результатом, на который направлено изобретение, является улучшение эксплуатационных характеристик компаса. 1 ил.

Магнитный компас, содержащий корпус с рабочей камерой, заполненной компасной жидкостью, магнитный чувствительный элемент, компенсатор температурного изменения объема компасной жидкости, включающий две полости, разделенные эластичной перегородкой и охватывающие рабочую камеру по периметру, одну - сообщающуюся с рабочей камерой, заполненную жидкостью, другую - замкнутой конструкции, заполненную воздухом, при этом полость компенсатора, заполненная жидкостью, образована боковой стенкой рабочей камеры и эластичной перегородкой, закрепленной на боковой стенке рабочей камеры; в центре дна рабочей камеры размещено заливочное отверстие, а сквозное отверстие в боковой стене рабочей камеры, соединяющее рабочую камеру с полостью компенсатора, заполненной жидкостью, размещено в нижней части боковой стенки рабочей камеры, отличающийся тем, что заливочное отверстие снабжено клапаном, содержащим поршень и пружину, а внутренняя поверхность дна рабочей камеры корпуса выполнена конусообразной формы и обращена вершиной вниз к заливочному отверстию.