Магнитный компас для туризма и спортивного ориентирования

 

Использование: в измерительной технике в конструкциях магнитных компасов. Сущность изобретения: в корпусе магнита установлен подвижно магнитный указатель севера, с которым жестко скреплена, по крайней мере, одна тонкая плоская или выпуклая пластина таким образом, что проекция ее поверхности на плоскость, проходящую через ось вращения указателя севера и его продольную линию, представляет собой площадь. В результате этого указатель севера при своем движении вокруг оси вращения встречает дополнительное к вязкому трению лобовое или угловое сопротивление окружающей среды. Возможно использовать газообразную рабочую среду, в том числе под избыточным атмосферным давлении. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано в конструкциях магнитных компасов, преимущественно для применения в спортивном ориентировании и туризме.

Известен магнитный компас [1] содержащий корпус, установленный в нем на острие шпильки намагниченный элемент с вертикальной осью вращения на шпильке в воздушной среде. Роль указателя севера выполняет сам намагниченный элемент, выполненный в виде плоской стрелки. Толщина ее минимально возможна, исходя из прочностных требований. Плоскость стрелки все время, даже при небольших наклонах корпуса находится в плоскости горизонта перпендикулярно оси ее вращения. Проекция плоскости стрелки на плоскость, проходящую через ось ее вращения и продольную линию стрелки, представляет собой линию (толщиной стрелки пренебрегаем).

Недостатком этого компаса является большое время установления стрелки в направлении север-юг из-за очень низкого демпфирования колебаний стрелки. Демпфирование стрелки осуществляется только за счет скольжения плоскости стрелки между слоями воздуха.

Устраняется он в жидкостном компасе [2] со всеми вышеописанными признаками, но с указателем севера,выполненном в виде системы из тонкого плоского намагниченного элемента и жестко скрепленной с ним плоской полосой пленки, расположенной своей длиной вдоль линии полюсов магнита.

Недостатки устраняются и в жидкостном компасе [3] содержащем корпус с подвижным указателем севера на двух опорах в виде системы из намагниченного элемента и жестко скрепленной с ним плоской полосой.

В обоих последних компасах длина плоских полос превышает длину намагниченного элемента и плоскость их находится в горизонте, в результате чего проекция их плоской поверхности на плоскость, проходящую через ось вращения указателя севера и продольную линию указателя,представляет собой линию. Демпфирование в этих компасах осуществляется также за счет скольжения плоскости указателя между слоями жидкости.

Недостатками последних двух описанных компасов является то, что необходимая степень демпфирования колебаний выбранной конструкции магнитного указателя севера осуществляется подбором жидкости с необходимой вязкостью, а при выбранной для компаса жидкости-подбором магнитных параметров и размеров системы магнитного указателя севера. При этом в первом случае приходится жертвовать другими важными характеристиками жидкости, например ее температурным коэффициентом объемного расширения, который в идеале должен быть равен температурному коэффициенту объемного расширения внутренней полости компаса, или другими ее характеристиками. Во втором случае приходится под выбранную жидкость подгонять конструктивные размеры подвижной системы магнитного указателя или даже ее магнитные характеристики, т.к. степень демпфирования зависит не только от сил сцепления жидкости с указателем, размеров его, но и от намагниченности его магнита, т.е. от степени взаимодействия магнита с магнитным полем Земли.

Задачей изобретения является создание магнитного компаса для спортивного ориентирования и туризма с более гибкими возможностями осуществления в нем необходимой степени демпфирования выбранной подвижной системы магнитного указателя севера в выбранной рабочей среде, а также предложить такую конструкцию компаса, при которой заполнение полости компаса рабочей средой можно было бы осуществлять менее плотной средой, вплоть до газообразной, и даже при определенных условиях воздушной.

В этом случае исключались бы такие недостатки жидкостных компасов, как необходимость предусмотрения в них компенсаторов объемного расширения жидкостей при воздействии температур, т.к. жидкости это несжимаемые среды, и в случае отсутствия таких компенсаторов в них образуются вакуумные пузыри при низких температурах или разрыв корпуса при повышенных температурах из-за очень больших возникающих давлений.

При этом сам процесс герметизации объема упростился бы для газообразных сред из-за меньшего давления газов в полости компаса, т.к. они сжимаемы. В случае применения воздушной среды надобность в герметизации корпуса компаса отсутствовала бы.

Поставленная задача решается тем, что в магнитном компасе, содержащем подвижный в корпусе указатель севера, к указателю севера жестко крепят, по крайней мере, одну тонкую плоскую или выпуклую (вогнутую) пластину таким образом, что проекция ее поверхности на плоскость, проходящую через ось вращения указателя севера и его продольную линию, представляет собой площадь, или другими словами, форма и расположение (по отношению к указателю) пластины должны быть такими, чтобы указатель при своем угловом движении вокруг своей оси вращения представлял бы собой необходимую площадь для создания сопротивления его движению в окружающей среде, т.е. встречал бы лобовое или угловое сопротивление среды, а не просто скользил бы между слоями воздуха или жидкости, как в прототипе.

При этом в случае жидкой рабочей среды достаточно осуществить лишь легкий угловой наклон поверхности пластины в одну или обе стороны относительно продольной линии указателя в направлении его движения, чтобы осуществить значительное изменение степени демпфирования колебаний указателя.

В случае заполнения полости газообразной средой целесообразно поверхность пластины выполнить плоской и установить ее фронтально к направлению движения указателя. В этом случае сопротивление движению указателя наибольшее.

В случае недостаточной степени демпфирования указателя заявленного компаса в воздушной среде поставленная задача добиться необходимой степени демпфирования без изменения конструктивных характеристик указателя севера достигается тем, что в заявляемом компасе вместо воздушной среды используется другая газообразная среда с более высокой плотностью, например кислород (плотность 1,1 по отношению к воздуху), аргон (плотность 1,4), сернистый ангидрид (плотность 2,3), углекислый газ (плотность 1,5), криптон (плотность 3), ксенон (4,5).

В этом случае масса передвигаемой плоскостью вертикальной пластины среды будет больше, а значит,и сопротивление, оказываемое этой средой при смене направления движения указателя, также будет больше.

При недостаточности и этой степени демпфирования можно увеличить массу и плотность газа в полости компаса путем создания в ней избыточного давления газа по отношению к окружающему, т.е. атмосферному. При этом давление в корпусе будет не выше, чем возникающие давления от жидкой среды при применении температуры, т.к. газы могут дополнительно сжаться, а жидкость нет (она обязательно должна найти себе выход или в компенсатор или наружу из корпуса).

На фиг. 1 показан компас, содержащий корпус 1 с установленными в нем опорами 2, подвижный указатель севера, состоящий из жестко скрепленных между собой намагниченного элемента 3, непосредственно указателя 4 и оси 5. К указателю севера, а именно к намагниченному элементу 3 и непосредственно к указателю 4 жестко прикреплены вдоль линии указателя две плоские вертикальные тонкие пленки 6 (со стороны каждого полюса намагниченного элемента 3). Указатель севера вращается в газообразной среде 7, которая может быть как воздушной, так и иной (более плотной), как под нормальным давлением, так и под избыточным. Корпус 1 компаса для случаев применения в нем иных, чем воздух газовых сред, или же воздуха, но под давлением, выполнен в герметичном исполнении. При угловом движении указатель севера через вертикально расположенные пленки 6 встречает лобовое сопротивление заполняемой среды и колебания его демпфируются. Был изготовлен образец такого компаса с воздушной средой при нормальном атмосферном давлении. Сравнительные испытания с точно таким же образцом, но без вертикальных пластин показали, что колебательность подвижной системы предлагаемого компаса уменьшилась в 2,5 раза.

На фиг. 2, 3, показан компас с теми же перечисленными признаками, что и на фиг. 1, но с жидкой рабочей средой 7. При этом в компасе по фиг. 2 поверхность жестко скрепленной с указателем севера пластины 6 в виде пленки выполнена плоской и развернута по отношению к продольной линии, указателя 4 под некоторым острым углом α к горизонту, т.е. проекция поверхности этой пластины на вертикальную плоскость, проходящую через продольную линию указателя 4 и ось его вращения, представляет собой площадь, встречающую лобовое сопротивление ее движению в жидкой среде 7. В компасе по фиг. 3 поверхность жестко скрепленной с указателем севера пластины 6 выпуклая и представляет собой часть цилиндрической поверхности, расположенной симметрично относительно продольной линии указателя 4. Проекция этой цилиндрической поверхности на ту же вертикальную плоскость есть также площадь.

В обоих случаях исполнения компаса по фиг. 2 или фиг. 3 непосредственно указатель 4 может быть выполнен как в виде полоски или пленки, непосредственно скрепленной с осью 5 или намагниченным элементом 3 указателя севера, так и в виде нанесенного на плоскость пластины 6 изображения.

На фиг. 4 показан компас, содержащий корпус 1 с установленной в нем шпилькой 2, указатель севера, состоящий из намагниченного элемента 3 и непосредственно указателя 4.

Указатель севера через намагниченный элемент 3 с установленной в нем опорой 5 установлен на острие шпильки 2. К намагниченному элементу 3 жестко прикреплены две плоские тонкие пластины (пленки) 6, расположенные под острым углом к горизонту по отношению к продольной линии указателю. Наклон их осуществлен в разные стороны, для осуществления симметрично возникающих при угловом движении сил, что особенно важно для такого компаса с одной опорой. Компас заполнен жидкостью 7. В этом компасе также проекция плоскостей пластин 6 на вертикальную плоскость, проходящую через продольную линию указателя севера представляет площадь любого сопротивления движению. Угол наклона плоскостей выбирается исходя из осуществления необходимой степени демпфирования колебаний подвижной системы. Непосредственно указатель 4 указателя севера может быть нанесен на поверхности тонких пластин (пленок) 6 в виде изображения.

Формула изобретения

1. Магнитный компас для туризма и спортивного ориентирования, содержащий подвижный в рабочей среде внутри корпуса указатель севера, отличающийся тем, что с указателем севера жестко скреплена по крайней мере одна тонкая плоская или выпуклая пластина, проекция поверхности которой на плоскость, проходящую через ось вращения указателя севера и его продольную линию, представляет собой площадь.

2. Компас по п. 1, отличающийся тем, что в нем в качестве рабочей среды используется более плотный, чем воздух, газ или их смесь.

3. Компас по п.1 или 2, отличающийся тем, что его газовая среда находится в корпусе под избыточным атмосферным давлением.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4