Устройство и принцип работы компаса. Компас. Виды и устройство. Работа и применение. Как выбрать

Компас

Горный компас Брантона, точный инструмент

Компас

Компас Cammenga (США)

Жидкостный компас

Ко́мпас (в профессиональной речи моряков:компа́с) — устройство, облегчающее ориентирование на местности. Существуют три принципиально различных вида компаса: магнитный компас, гирокомпас и электронный компас.

Магнитный компас

История создания

Дорожный компас и солнечные часы, XVIII век

Предположительно, компас был изобретён в Китае при династии Сун и использовался для указания направления движения по пустыням (подробнее см. четыре великих изобретения). В Европе изобретение компаса относят к XII—XIII вв., однако устройство его оставалось очень простым — магнитная стрелка, укрепленная на пробке и опущенная в сосуд с водой. В воде пробка со стрелкой ориентировалась нужным образом. В начале XIV в. итальянец Флавио Джойя значительно усовершенствовал компас. Магнитную стрелку он надел на вертикальную шпильку, а к стрелке прикрепил лёгкий круг — картушку, разбитую по окружности на 16 румбов. В XVI в. ввели деление картушки на 32 румба, и коробку со стрелкой стали помещать в кардановом подвесе, чтобы устранить влияние качки корабля на компас. В XVII в. компас снабдили пеленгатором — вращающейся диаметральной линейкой с визирами на концах, укрепленной своим центром на крышке коробки над стрелкой.

Слово «компас», по-видимому, происходит от старинного английского слова compass, означавшего в XIII—XIV вв. «круг».

Рассмотрим для примера компас Адрианова. Компас Адрианова состоит из корпуса, в центре которого на острие иглы помещена магнитная стрелка 3. В разарретированном состоянии стрелки её северный конец устанавливается (не точно) в направлении на Северный магнитный полюс, а южный — на Южный магнитный полюс. В нерабочем состоянии стрелка закрепляется тормозом (арретиром) 6. Внутри корпуса компаса помещена круговая шкала (лимб) 2, разделенная на 120 делений. Цена одного деления составляет 3°, или 50 малых делений угломера (0-50). Шкала имеет двойную оцифровку. Внутренняя оцифровка нанесена по ходу часовой стрелки от 0 до 360° через 15° (5 делений шкалы). Внешняя оцифровка шкалы нанесена против хода часовой стрелки через 5 больших делений угломера (10 делений шкалы). Для визирования на местные предметы (ориентиры) и снятия отсчетов по шкале компаса на вращающемся кольце компаса закреплено визирное приспособление (мушка и целик) 4 и указатель отсчетов 5.

Принцип действия

Принцип действия основан на взаимодействии поля постоянных магнитов компаса с горизонтальной составляющей магнитного поляЗемли. Свободно вращающаяся магнитная стрелка поворачивается вокруг оси, располагаясь вдоль силовых линий магнитного поля. Таким образом, стрелка всегда параллельна направлению линии магнитного поля.

Электромагнитный компас

Электромагнитный компас является «развёрнутым» электрогенератором, в котором магнитное поле Земли играет роль статора, а одна или несколько рамок с обмотками — ротора. Соотношение напряжений, наводимых в обмотках при движении в магнитном поле, показывает курс, либо одна обмотка устанавливается под заранее заданным углом к продольной оси самолёта или корабля, и для поддержания курса пилоту или рулевому следует рулём направления удерживать стрелку на нуле.

Преимущество электромагнитного компаса перед обычным магнитным — в отсутствии девиации от ферромагнитных деталей транспортного средства, так как они неподвижны относительно обмоток и не наводят в них токов.

Для работы простого варианта электромагнитного компаса с индикатором в виде гальванометра требуется быстрое движение, поэтому первое применение электромагнитный компас нашёл в авиации. Был использован Чарльзом Линдбергом при перелёте через Атлантику в 1927 году. См. Earth Inductor Compass

Гирокомпас

Гирокомпас — прибор, указывающий направление на земной поверхности; в его состав входит один или несколько гироскопов. Используется почти повсеместно в системах навигации и управления крупных морских судов; в отличие от магнитного компаса его показания связаны с направлением на истинный географический (а не магнитный) Северный полюс. Обычно гирокомпас применяется как опорное навигационное устройство в судовых рулевых системах с ручным или автоматическим управлением, а также при решении различных задач иного рода, например, для определения точного направления при наводке орудия боевого корабля. Морской гирокомпас, как правило, очень тяжел; в некоторых конструкциях вес гироскопического ротора превышает 25 кг. Для нормальной работы гирокомпаса необходимо устойчивое основание, не испытывающее ускорений и фиксированное относительно земной поверхности, причем скорость его перемещения должна быть пренебрежимо мала по сравнению со скоростью суточного вращения Земли на данной широте.

Читайте также:  Что нужно сделать при обморожении. Обморожение: первая помощь, степени обморожения, и что делать при обморожении.

История создания

Прототип современного гирокомпаса первым создал Герман Аншютц-Кэмпфе (запатентован в 1908), вскоре подобный прибор построил Э. Сперри (запатентован в 1911). В последующие годы разрабатывалось множество гирокомпасов различных модификаций, но наиболее удачные из них принципиально почти не отличались от устройств Аншютца и Сперри. Приборы современной конструкции значительно усовершенствованы по сравнению с первыми моделями; они отличаются высокой точностью и надежностью и удобнее в эксплуатации.

Устройство

Простейший гирокомпас (не «гидро», так как гидрос — вода) состоит из гироскопа, подвешенного внутри полого шара, который плавает в жидкости; вес шара с гироскопом таков, что его центр тяжести располагается на оси шара в его нижней части, когда ось вращения гироскопа горизонтальна.

Принцип действия

Предположим, что гирокомпас находится на экваторе, а ось вращения его гироскопа совпадает с направлением запад — восток; она сохраняет свою ориентацию в пространстве в отсутствие воздействия внешних сил. Но Земля вращается, совершая один оборот в сутки. Так как наблюдатель, находящийся рядом, вращается вместе с планетой, он видит, как восточный конец (E) оси гироскопа поднимается, а западный (W) опускается; при этом центр тяжести шара смещается к востоку и вверх (позиция б). Однако сила земного притяжения препятствует такому смещению центра тяжести, и в результате её воздействия ось гироскопа поворачивается так, чтобы совпасть с осью суточного вращения Земли, то есть с направлением север — юг (это вращательное движение оси гироскопа под действием внешней силы называется прецессией). Когда ось гироскопа совпадет с направлением север — юг (N — S, позиция в), центр тяжести окажется в нижнем положении на вертикали и причина прецессии исчезнет. Поставив метку «Север» (N) на то место шара, в которое упирается соответствующий конец оси гироскопа, и, соотнеся ей шкалу с нужными делениями, получают надежный компас. В реальном гирокомпасе предусмотрены компенсация девиации компаса и поправка на широту места. Действие гирокомпаса зависит от вращения Земли и особенностей взаимодействия ротора гироскопа с его подвесом.

Электронный компас

Электронный компас в системе навигации NAVSTAR

Здесь рассматривается компас, построенный на принципе определения координат через спутниковые системы навигации. Существуют также компасы (так называемые цифровые), использующие в качестве датчика блок магниторезисторов или элементов Холла. Последние представляют собой микроэлектромеханические системы, способные определять своё относительное положение в магнитном поле Земли, в отличие от использующих спутниковый сигнал устройств, которые компасами в классическом смысле не являются, так как представляют собой лишь приборы с индикацией путевого угла в виде компаса.

История создания

История создания электронного компаса тесно связана с системами спутниковой навигации.

Принцип действия

Принцип действия такого компаса весьма прост:

  1. На основании сигналов со спутников определяются координаты приёмника системы спутниковой навигации (и, соответственно, объекта)
  2. Засекается момент времени, в который было сделано определение координат.
  3. Выжидается некоторый интервал времени.
  4. Повторно определяется местоположение объекта.
  5. На основании координат двух точек и размера временного интервала вычисляется вектор скорости движения и из него:
    • направление движения
    • скорость движения
  6. Осуществляется переход к шагу 2.

Ограничения:

  • Естественно, если объект не перемещается, направление движения узнать не получится. Исключение составляют достаточно большие объекты (например, самолёты), где есть возможность установить 2 приёмника (например, на концах крыльев). При этом координаты двух точек можно получить сразу, даже если объект неподвижен, и перейти к пункту 5.
  • Ещё одно ограничение обусловлено точностью определения координат спутниковыми системами позиционирования и влияет, главным образом, на тихоходные объекты (пешеходов).

Старый корабельный компас.

Ориентирование на местности

Определение направлений на стороны горизонта по компасу выполняется следующим образом. Мушку визирного устройства ставят на нулевое деление шкалы, а компас — в горизонтальное положение. Затем отпускают тормоз магнитной стрелки и поворачивают компас так, чтобы северный её конец совпал с нулевым отсчетом. После этого, не меняя положения компаса, визированием через целик и мушку замечают удаленный ориентир, который и используется для указания направления на север. Направления на стороны горизонта взаимосвязаны между собой, и, если известно хотя бы одно из них, можно определить остальные. В противоположном направлении по отношению к северу будет юг, справа — восток, а слева — запад.

Читайте также:  Ирп какой самый вкусный. Какие бывают составы ИРП Военторг 2.1 кг

См. также

Примечания

Литература

Ссылки

Категории:

  • Навигация
  • Снаряжение для подводных погружений
  • Инструментарий подводных работ
  • Ориентация

Компас. Виды и устройство. Работа и применение. Как выбрать

Компас является одним из величайших изобретений, которое в древности придумали китайцы. В большинстве случаев это небольшая вещица, которая напоминает часы со стрелкой. При вращении этого приспособления стрелка упорно указывает в одну сторону, что и позволяет определить стороны света. Данное устройство в обычной жизни применяется редко, однако туристам, путешественникам, морякам или летчикам без него практически невозможно обойтись. С помощью компаса можно найти верное направление, не боясь заблудиться в незнаком лесу, степи, на море или другой местности.

Название этого устройства появилось благодаря древне-британскому «compass», что означало круг. Большая часть современных историков предполагает, что этот прибор впервые появился в Китае в первом веке до нашей эры. Однако существуют свидетельства, говорящие о том, что это устройство было еще во втором тысячелетии до нашей эры. В то время это был небольшой кусок намагниченного металла, закрепленного на планке из дерева и находящегося я в сосуде с водой. Его применяли для путешествий по пустыне. К тому же им пользовались астрологи в арабском мире. Данное устройство стало применяться арабами в восьмом веке, в Европе оно появилось лишь в двенадцатом веке. Первое усовершенствование этого прибора произошло лишь в четырнадцатом веке.

Виды

Компас имеет несколько разновидностей, при помощи них можно не только отыскать стороны света, но также выполнить и другие вычисления, к примеру, определить угол и так далее.

Устройства могут быть разделены на две большие группы:
  • Механические, то есть иметь намагниченную стрелку из металла, которая указывает в северном направлении.

  • Электронные, выполненные из дисплея, процессора и других электронных компонентов. На дисплее может выводиться не только необходимое направление, но также и другая необходимая информация.
Также можно выделить приспособления по типу применения:
  • Туристические. Они выполняются в виде круглой коробки, в ее центре вращается магнетизированная стрелка, указывающая на север. С краю устройства находится шкала вращения, на которой обозначены цифрами градусы азимута. Устройство может быть с жидким наполнением, полностью герметичным или не герметичным. Подобные туристические приспособления бывают разнообразными по размерам, цветовому сочетанию, а также разными по дополнительному оснащению. К примеру, в ремешке устройства может располагаться термометр или какой-нибудь иной датчик.

  • Военный компас похож на туристический. Однако в нем дополнительно присутствует линейка, визирное приспособление, линза для увеличения изображения. Устройство выполнено в металлическом варианте. Данный прибор на порядок точнее туристического.

  • Геологический. В данном случае деления шкалы идет против стрелки часов. В приборе имеется полулимб и клинометр, данные приспособления помогают вычислить углы слоев.

  • Астрономический. При помощи него можно находить стороны света благодаря звездам и светилам. Прибор весьма точен, однако требует наличия звезд, которые в основном видны лишь в ночное время. Получается, что в дневное время его практически нельзя будет использовать.

  • Гироскопический. У него в основании имеется гироскоп, что позволяет ему направлять стрелку на настоящий полюс, а не на магнитный. Это более точный прибор, который часто используется на воздушных, а также морских судах.

  • Устройство под наименованием буссоль. Оно является неотъемлемым приспособлением для геодезиста, при помощи него можно находить углы падения во время съемок на местности. Его также часто применяют для наведения артиллерийских орудий для ведения огня.
Электронный компас имеет разновидности:
  • Радио устройство. Отличие такого прибора в том, что он указывает на объект, который излучает радиоволны, например радиомаяк. Такие устройства широко используются в авиации с целью пространственного ориентирования при полете. Однако с появлением GPS такие приборы применяются все реже.
  • В туристическом электронном устройстве в отличие от стандартного классического приспособления отсутствует магнитная стрелка. Данный прибор работает полностью на электронной начинке. Стороны света здесь находятся с помощью магнитного притяжения, создаваемых электронной схемой. Кроме всего прочего в указанных устройствах часто присутствуют разные программы, которые позволяют посмотреть время и даже фильмы.
  • Устройства с системами GPS и ГЛОНАС. Благодаря электронной начинке и спутниковой навигации подобные устройства способны максимально точно находить место, где человек в данный момент находится. Однако необходимо учитывать, что для этого потребуется сигналы, полученные с трех спутников.
Читайте также:  Петля двойным узлом на леске. Рыболовные узлы — описание самых надёжных узлов и способы их вязки

Устройство
Классический магнитный компас содержит следующие элементы:
  • Металлический или пластиковый корпус.
  • Прозрачная верхняя крышка, которая защищает от погодных условий и внешних помех.
  • Под крышкой находится циферблат, на котором размечены угловые градусы. Число делений зависит от конкретной модели, однако они всегда размещаются по всей окружности.
  • Напротив 0 располагается север, который отмечается буквой С или N.
  • В центре на игле располагается магнитная двухсторонняя стрелка, которая может окрашиваться в красный или синий цвет, чтобы пользователю было понятно, где находится север.
  • При перемещении стрелка удерживается арретиром, это рычажок, который выполняет роль стопора. В момент, когда он отпускается, стрелка начинает поворачиваться на север.
  • В некоторых моделях предусматривается дополнительная стрелка, она вращается вручную. Она необходима, чтобы визуально проложить курс перемещения, в том числе для удобства взаимодействия с картой. Также бывают модели с вращаемым лимбом.

Если рассматривать устройство гирокомпаса, то можно выделить гироскоп, который находится внутри полого шара, плавающего в жидкости. Шар с гироскопом выполнены так, что их центр тяжести всегда находится внизу на оси шара при горизонтальном расположении оси.

Принцип действия
  • Чтобы определить стороны света, компаснужно держать горизонтально.
  • Поднимают арретир, чтобы освободить стрелку. В результате стрелка начинает вращаться, после чего ждут, пока она остановится.
  • Далее поворотом устройства нужно ориентировать его таким образом, чтобы подвести деление 0 градусов лимба под север, то есть конец окрашенной стрелки. В результате получается определить направление севера, юга, востока и запада.

Чтобы определить азимут определенного объекта необходимо встать лицом к объекту и расположить устройство горизонтально. Крышку необходимо повернуть таким образом, чтобы линия визирования была спроектирована на определенный объект. В результате по указателю будет виден азимут на лимбе.

Применение

  • Компасс магнитной стрелкой нельзя использовать в близи предметов из металла, магнитов, линий электропередач, а также других источников электромагнитных излучений. Если не соблюдать данного правила, то можно легко заблудиться, ведь север будет находиться в неверном направлении.
  • Также необходимо учитывать, что залежи полезных ископаемых также будут способствовать отклонению стрелки.
  • Бывают дни, когда себя проявляют магнитные бури, которые могут несколько искажать магнитное поле Земли.
  • Во время вращения устройства пользователь не должен крутиться. Также не стоит поворачивать стрелку искусственно, наклоняя устройство либо заклинивая стрелку.

Это важнейший прибор, который используется для навигации. Его применяют путешественники, туристы, обычные люди, которые отправляются в поход. Его используют в авиации, на флоте, в армии. Устройства в каждом отдельном случае могут использоваться разные, ведь все зависит от специфики. К примеру, при передвижении пешком используются одни модели, при поездке на машине, плавании на судне или полете по воздуху применяются совершенно иные.

Как выбрать компас
  • В первую очередь компасследует подбирать с учетом того, как Вы будете путешествовать.
  • Для туристических походов лучше всего подойдут классические модели, которые имеют линейку и градусное деление. Это позволит выполнить градусные вычисления, а также рассчитать азимут.
  • Для велосипедистов лучше всего выбирать GPS навигатор. Однако следует учитывать, что может быстро сесть аккумулятор. Поэтому про запас следует прихватить классическую модель устройства.
  • Если Вы собираетесь лететь на вертолете или самолете, то лучше всего использовать электронный навигатор. Такие устройства являются многофункциональными, они позволят также определить давление и высоту.
  • При покупке механического устройства следует проверить устройство на точность показаний. Для этого необходимо положить устройство на ровную поверхность, после чего дождаться остановки стрелки. Далее нужно поднести к устройству металлический предмет. Следует дождаться отклонения стрелки в необходимую сторону, и убрать предмет. После того, как вы убрали предмет, стрелка должна вернуться в прежнее положение, погрешностей не должно быть. Данную процедуру следует повторить несколько раз, чтобы убедиться в работе устройства. Металлический предмет следует подносить с разных сторон.
  • При выборе других видов следует проконсультироваться со знающими людьми и консультантами.
Похожие темы:

ОСТАВЬТЕ КОММЕНТАРИЙ

Please enter your comment!
Please enter your name here