компас для спортивного ориентирования

Формула изобретения

1. Компас для спортивного ориентирования, содержащий герметичный корпус с демпфирующей жидкостью, с компенсатором ее объемного расширения и с подвижным магнито-чувствительным указателем направления на север, отличающийся тем, что в пространстве корпуса, свободном от возможного нахождения в нем подвижного указателя севера, прикреплен к корпусу, по крайней мере, хотя бы один балластный элемент.

2. Компас по п. 1, отличающийся тем, что балластный элемент имеет температурный коэффициент объемного расширения меньше, чем корпус.

3. Компас по п. 1, отличающийся тем, что балластный элемент выполнен объемно-упругим.

4. Компас по п. 1, отличающийся тем, что балластный элемент выполнен в виде линзы, расположенной параллельно основанию корпуса.

Описание изобретения к патенту

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

Известны компасы для спортивного ориентирования "Спорт-3" /1/ и "Спорт-4" /2/ производства ГДР, содержащие курсовую пластину и размещенный в ней подвижно герметичный корпус с подвижной магнитной стрелкой на одной опоре. Внутренняя полость корпуса заполнена жидкостью. Корпус выполнен из оргстекла. Крышка и дно корпуса выполнены такой толщины, что являются упругими мембранными компенсаторами температурного изменения объема жидкости. Высота внутренней полости компаса "Спорт-4" больше, чем у компаса "Спорт-3", благодаря чему стрелка не так часто касается крышки и дна компаса при его наклонах.

Недостатком этих компасов является большой объем жидкости внутри корпуса, что при выбранном внутреннем его диаметре, определяемом длиной стрелки, означает слишком большую высоту жидкости в корпусе. Большой объем жидкости в корпусе компаса требует большего прогиба мембранной крышки и дна. Уменьшение высоты полости корпуса до размеров толщины стрелки ограничивается тем, что принцип действия компаса со стрелкой на одной опоре таков, что при наклонах компаса от плоскости горизонта стрелка должна оставаться в горизонте, не касаясь при этом крышки или дна корпуса, что требует обеспечения в корпусе компаса необходимого свободного пространства по высоте компаса. Попытка обеспечить необходимую высоту этого пространства только по периферийной окружности корпуса, т.е. путем выполнения крышки и дна корпуса по конусообразной форме с обращением вершин этих конусов навстречу друг другу, приводит к нарушению мембранных свойств дна и крышки корпуса, а значит, и к неспособности осуществлять компенсацию изменения объема жидкости.

Известен также магнитный компас /3/, содержащий герметичный корпус, заполненный жидкостью, подвижный магнитный чувствительный элемент и компенсатор температурного расширения жидкости, выполненный в виде замкнутой герметичной емкости с эластичными стенками. Однако объем жидкости слишком большой, что приводит к необходимости увеличения габаритов компенсатора, а значит, и компаса.

Таким образом, общим недостатком существующих спортивных компасов является необходимость обеспечения в них большого упругого хода /прогиба/ мембранных крышек и дна корпуса при температурном изменении объема жидкости в нем, что необходимо для исключения его разгерметизации при избыточном давлении жидкости и для исключения образования в нем вакуумного пузыря при понижении давления жидкости в корпусе. Но обеспечение большого прогиба мембран требует уменьшения их толщины, что опять-таки снижает их прочность, особенно если они выполнены из оргстекла.

Задачей изобретения является создание более надежного и прочного компаса, повышение температурного интервала работы.

Поставленная задача решается за счет того, что в компасе, содержащем герметичный корпус с демпфирующей жидкостью, с упруго-мембранными компенсаторами изменения ее объема и с подвижным магниточувствительным указателем направления на север, внутри корпуса прикрепляются к нему в пространстве, свободном от возможного в нем положения указателя направления на север, балластные элементы.

Этим достигается то, что объем заполняющей корпус компаса жидкости становится меньше, а значит, меньшим становится и приращение ее объема при изменении температуры, т.к. для твердых материалов балластных элементов температурный коэффициент их объемного расширения всегда меньше этого же коэффициента для жидкостей. При неизменном диаметре рабочей площади мембранных компенсаторов и их толщины становится меньшим и их требуемый прогиб, т.е. давление жидкости в корпусе уменьшается.

Корпус становится надежнее не только за счет уменьшения прогиба мембранных крышек корпуса, но и за счет уменьшения в нем давления жидкости. В нем снижается возможность появления микротрещин и вакуумного пузыря. Т.к. требуемый прогиб мембран стал при этом меньше, то появляется возможность утолщения дна и крышек корпуса, т.е. возможность упрочнения корпуса компаса, а значит, и повышения его надежности. Крепиться балластные элементы к корпусу внутри него должны таким образом, чтобы не нарушились мембранные свойства дна и крышки корпуса и в то же время к ним сохранялся бы доступ жидкости.

При этом балластные элементы могут быть выполнены из материала, имеющего температурный коэффициент объемного расширения меньше, чем материал корпуса, например, из прозрачного кварцевого стекла, если корпус выполнен из прозрачного оргстекла.

Но при этом имеет место все еще достаточно большой общий прогиб мембранных крышек и дна, суммарное значение которого при предельных температурах окружающей среды достигает 1 1,5 мм у прототипа и до 0,5 мм у заявленного компаса. Это вынуждает составлять в компасе соответствующий жидкостный зазор между подвижной магнитной системой и крышкой. Для компаса с магнитной системой на двух опорах, кроме того, необходимо обеспечить свободу перемещения прогибающейся крышки вдоль оси магнитной системы на величину суммарного прогиба дна и крышки корпуса. Это необходимо для предотвращения заклинивания магнитной системы при пониженной температуре и для предотвращения выпадения оси из верхней опоры при повышенной температуре.

Поэтому балластные элементы могут быть выполнены объемно упругими. Т.е. выполнены таким образом, что позволяют упруго уменьшать свой объем при повышении давления в корпусе или, наоборот, упруго увеличивать свой объем для предотвращения возникновения вакуумного пузыря при уменьшении объема жидкости в корпусе. В качестве такого объемно-упругого элемента может служить какая-то капсула произвольной формы, заполненная любым газом, например воздухом. Сама капсула может быть выполнена из тонкого полиэтилена, запаянного по своему объему для герметичности. Такая капсула, помимо выполнения роли балластного элемента в корпусе, воспринимает на себя перепады давления жидкости в корпусе. Требуемый при этом прогиб мембранных компенсаторов значительно уменьшается. Таких капсул в корпусе компаса может быть размещено несколько. Причем крепление их может осуществляться к мембранным элементам, т.к. благодаря своей объемной упругости они не изменят мембранных свойств компенсаторов.

Во всех спортивных компасах имеется выпуклая линза для чтения мелких элементов карты. Часто эта линза размещается в корпусе компаса.

Для размещения линзы в корпусе компаса без увеличения его габаритов и веса и с сохранением в то же время компенсирующих мембранных свойств крышки и дна корпуса могут быть использованы прозрачные балластные элементы компаса, форма которых выполнена сферической выпуклой или вогнутой, в зависимости от положительной или отрицательной разности коэффициентов преломления жидкости и вещества балластных элементов, а также требуемого изменения масштаба рассматриваемого изображения на карте.

На фиг. 1, 2, 3, 4 приведены варианты исполнения заявленного компаса, причем на фиг. 1, 2 изображен компас с магнитным элементом на одной опоре, а на фиг. 3, 4 на двух опорах.

Компас состоит из основания 1 и крышки 2, выполненных из оргстекла, соединенных между собой герметично и образующих корпус компаса. Корпус заполнен демпфирующей жидкостью 3. Верхняя плоскость крышки 2 и нижняя плоскость основания 1 выполнены достаточно тонкими, т.е. такими, что представляют собой упругие мембраны и в то же время прочны.

Одноопорный компас (фиг. 1, 2) содержит, кроме этого, шпильку 4, жестко установленную в основании 1, и сидящую на шпильке 4 через опору 5 магнитную стрелку 6. В верхнем и нижнем от стрелки 6 пространстве, в котором не может находиться стрелка 6 при всех возможных горизонтальных и вертикальных угловых поворотах компаса, крепятся /клеятся/ внутри корпуса на малой площади крепления к центру крышки 2 и основания 2 два балластных элемента 7. Их материал также оргстекло. Для уменьшения их температурного коэффициента объемного расширения по отношению к материалу корпуса элементы 7 могут быть выполнены из кварцевого стекла. Форма балластных элементов 7 может быть здесь как конусообразной, так и в форме шаровых сегментов, и своими вершинами они обращены навстречу друг другу. Эта форма обеспечивает вертикальное угловое перемещение стрелки 6.

Крепление элементов 7 на малой площади к крышке 2 и основанию 1, но с зазором между ними не изменяет упругих мембранных свойств верхней плоскости крышки 2 и нижней плоскости основания 1. Для доступа в этот зазор жидкости между элементами 7 и стенками основания 1 существует жидкостный зазор. При выполнении элементов 7 в форме шаровых сегментов из прозрачного материала сами эти элементы 7 вместе с жидкостью 3, которая тоже принимает вогнутую сферическую форму, и корпус компаса будут являться линзой, причем собирательной, если коэффициент преломления материала балластных элементов 7 будет больше, чем у жидкости, и рассеивающей, если будет меньше.

При равенстве этих коэффициентов изменения масштаба рассматриваемого через корпус изображения, а также его возможного искажения /при несферической поверхности балластных элементов 7/ не будет.

Двухопорные компасы (фиг. 3, 4) содержат кроме вышеперечисленных элементов 1, 2, 3 ось 4, жестко скрепленную с намагниченным элементом 5, с которым, в свою очередь, жестко крепится указатель севера 6. Ось 4 установлена подвижно в опорах 7 крышки 2 и основания 1.

При этом в компасе (фиг. 3) балластный элемент 8 выполнен из твердого вещества оргстекла или кварцевого стекла, с креплением его к боковым стенкам основания 1 таким образом, что между ним и дном основания остается жидкостный зазор, не изменяющий мембранных свойств основания 1. Конструкция верхней опоры 7 в сочетании с осью 4 и крышкой 2 выполнена таким образом, что позволяет свободно прогибаться крышке 2 и основанию 1 без заклинивания оси 4 в корпусе и без выпадения оси 4 из верхней опоры 7. При необходимости в пространстве полости корпуса выше стрелки также может быть установлен аналогичный балластный элемент.

В компасе по фиг. 4 балластный элемент 8 выполнен в виде кольца из герметично запаянной полиэтиленовой пленки, заполненной воздухом. Т.к. балластный элемент 8 является объемно упругим, то крепление его производится непосредственно к нижней плоскости основания 1 клейкой без зазора между ними, т.к. мембранные свойства основания 1 при этом не нарушаются.

Но эти свойства уже практически и не требуются при объемноупругом балластном элементе 8, а крышка 2 и дно основания 1 могут быть сделаны достаточно толстыми. Т. к. давление жидкости в компасе по фиг. 4 мало и прогиб мембрана также мал, то в нем оставлен гораздо меньший осевой зазор между осью 4 и крышкой 2 по вертикали. Меньшим оставлен зазор и между магнитной системой и крышкой 2 корпуса. Балластный элемент 8 может быть выполнен и в виде одной или нескольких небольших объемно-упругих капсул, прикрепленных внутри корпуса. Высота компаса становится меньше, чем по фиг. 3.

Значительное уменьшение объема жидкости в компасах по фиг. 3, 4 позволяет выполнять их крышки по сферической форме, т.к. при этом требуется уже небольшой общий прогиб крышки и дна, и эту роль может взять на себя полностью дно основания корпуса. При этом дополнительно уменьшается объем жидкости в корпусе, а сам корпус становится выпуклой линзой, которую можно корректировать сферическим исполнением прозрачных балластных элементов.