Измеритель электрических свойств горных пород и руд Советский патент 1983 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к контроль но-измерительной технике и может бы использовано при проведении геофизических исследований электроразведочными методами. Известно устройство для измерения электрических свойств горных пород содержащее последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель двухэлектродный датчик с разме щенным в нем образцом, избирательный и основной усилители, а также два си хронных детектора, сигнальные входы которых подключены к выходу основного усилителя, управляющие - к выхода фазорасщепителя, а выходы - к стрело ным нуль-индикаторам, между выходами фазорасщепителя и входами схемы срав нения включены схемы компенсации по активной и реактивной составляющим проводимоетиС1Д. По использовании устройств, треёующих ручной компенсации, особенно по двум квадратурным составляющим электропроводности, на проведение измерений необходимы значительные за раты времени, что снижает производительность труда. Кроме того/ применение двухэлектродных датчиков, i приводит к заметньм погрешностям измерения из-за влияния переходных сопротивлений на границах электрод-обра зец, особенно при низкоомных образца горных пород. Наиболее близким к изобретению является измеритель электрических свойств горных пород и руд, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель и усилитель мощности, эталонный резистор, четырехэлектродный датчик с изм ряемым образцом, один из токовых электродов которого заземлен, а второй - соединен с выходом усилит теля мощности через эталонный резистор, последователь но соединенные буферный усилитель, входы которого под ключены к измерительным электродс1М чефырехэлектродного датчика, и аттен атор, а также каналы измерения активной и реактивной составляющих ком плексного сопротивления, сигнальные входы которых соединены с выходом аттенюатора, а опорные - с выходами фазорасщепителя С2., . Однако для раздельного и независимого измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления в известном устройстве необходимо обеспечить постоянство тока, протекающего через измеряемый рбразец, что достигается выбором высокоомного эталонного резистора, обычно о(оо 1оооПг, где Rp - сопротивление зталонного резистора; максимально возможный модуль комплексного сопро тивления измеряемого образца. При этом погрешность измерения «Г имеет порядок величины Im3fL, а коэффициент передачи датчика Кд в подобном устройстве -очень мал и, по крайней мере не может превышать величины . Это приводит к снижению чувствительности устройства, увеличению влияния на результаты измерений собственных шумов и внешних помех , в конечном счете увеличивает случайную составляющую погрешности изме11ений. Кроме того при измерениях на высокоомных пределах заметный вклад.в суммарную погрешность измерений, особенно на высоких частотах, вносят собственные реактивности эталонного резистора. Целью изобретения является повышение точности измерений путем снижения влияния паразитных реактивностей и собственных шумов. Указанная ,цель достигается тем, что в измеритель электрических свойств горных пород и руд, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель и усилитель мощности, эталонный резистор/ четырехэлектродный датчик с измеряемым образцом, один из токовых электродов которого заземлен, а второй соединен с выходом усилителя мощности через эталонный резистор, последовательно соединенные буферный усилитель, входы которого подключены к измерительнЕлм электродам четырхэлектродного датчика, и основной регулируемый аттенюатор, а также каналы.измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, сигнальные входы которых соединены с выходом основного аттенюатора, а опорные - с выхо1цами .фазорасщепителя, дополнительно установлен корректор тока, первый и . второй входы которого подключены к выходу усилителя мощности и потенциальному токовому электроду датчика, а первый и второй выходы соединены с управляющим входом основного аттенюатора и инвертирующим входом усилителя мощности. Корректор тока содержит компенсирующий усилитель дифференциального типа, дополнительный регулируемый аттенюатор и схему сравнения, причем прямой и инвертирующий входы компенсирующего усилителя являются первым и вторым входом корректора тока и подключены соответственно к выходу усилителя мощности и потенциальному токовому электроду датчика, вход дополнительного аттенюатора соединен с выходом компенсирующего усилителя, а его выход,.являющийся вторым выходом корректора тока, соедиI нен с инвертирующим входом усилите.ля мощности, вход схемы сравнения соединен с прямым входом компенси.рующего усилителя, а ее выход - с управляющим входом дополнительного аттенюатора, кроме того, выход схемы сравнения является первым выходом корректора тока и .подключен к уп равляющему входу основного аттенюатора. Компенсирующий усилитель выполнен идентично буферному усилителю. На чертеже приведена структурная схема измерителя э лектрических свойс горных пород и руд. Измеритель электрических свойств горных пород и руд содержит последовательно соединенные задающий генера тор 1, фазовращатель 2 и усилитель 3 мощности, эталонный резистор 4, четы рехэлектродный датчик 5 с измеряемьм образцом, один из токовых электродов которого заземлен, а втррой соединен с выходом усилителя 3 мощности через эталонный резистор 4, последовательно соединенные буферный усилитель б входы которого.подключены к измерительным электродам четырехэлектродно го датчика 5, и основной регулируемый аттенюатор 7, а также каналы изм рения активной 8 и реактивной 9 составляющих комплексного сопротивления, сигнальные входы которых соединены с выводом основного аттенюатора 7, а опорные - с выходами фазорасщепитёля 2, корректор тока 10 сво ими первым и вторым входами подключен к выходу усилителя 3 мощноети и потенциальному токовому электр ду четырехэ.лектродного датчика 5, а своими выходами - к управляющему входу основного аттенюатора 7 и инвертирующему входу усилителя 3 мощн . ти. . Корректор тока 10 содержит компенсирующий усилитель 11 дифференциал ного типа,.дополнительный регулируем аттенюатор 12 и схему 13 сравнения, причем прямой и инвертирующий входы компенсирующего усилителя 11 являют ся первым и вторым входом корректор 10 тока и подключены соответственно к выходу усилителя 3 мощности и потенциальному токовому электроду датчика 5, вход дополнительного аттенюатора 12 соединен с выходом ком пенсирующего усилителя 11, а его вы ход, являющийся вторым выходом корректора 10 тока, соединен с инвертирующим входом усилителя 3 мощност вход схемы 13 сравнения соединен с прямым входом компенсирующего усили теля 11, а ее выход с управляющим входом дополнительного аттенюатора 12, кроме того, выход: cxeNBJ 13 сравнения является первым выходом. корректора 10 тока и подключены к управляющему входу основного аттенюатора 7. Схема 13 сравнения содержит последовательно соединенные источник 14 опорного напряжения, компаратор 15, и устройство 16 управления, причем, второй вход компаратора 15 является входом схемы 13 сравнения и соединен с прямым входом компенсирующего усилителя 11,. выход устройства 16 управления является выходом схемы 13 сравнения и соединен с управляющими входами основного 7 и дополнительного 12 аттенюаторов. Измеритель электрических свойств горных пород и руд работает следующим образом. Задающий генератор 1 вырабатывает напряжение заданной частоты, которое поступает на вход фазовращателя 2. С выхода фазовращателя 2 напояжения, сдвинутые по фазе на $0 подаются на опорные входы каналов измерения активной 8 и реактивной 9 составляющих комплексного сопротивления. Кроме того, одно из напряжений поступает на прдмой вход усилителя 3 мощности дифференциального типа, где уси- . ливается. Выходное напряжение усилителя 3 мощности через эталонный резистор 4 возбуждает четырехэлектродный датчик 5 с измеряемым образцом.Напряжение с сигнальных электродов ; датчика 5 поступает на вход дифферен- циального буферного усилителя 6, обладающего высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Выходное , напряжение буферного усилителя 6 через основной регулируемый аттенюатор 7 поступает на сигнальные входы каналов активной 8 и реактивной 9 составляющих комплексного сопротивления, где соответствующие составляющие измеряются и регистрируются. Компенсирующий усилитель 11, имеющий высокое входное и низкое выходное сопротивления, выделяет напряжение, подающееся на эталонный резистор 4, усиливает его и через дополнительный ;аттенюатор 12 подает на инвертирую-, щий вход усилителя 3 мощности. Величина напряжения U на входах каналов измерения активной,8 и реактивной 9 составляющих комплексного сопротивления в заявляемом устройстве оказывается равной И о К К где Р - величина выходного напряж ния фазорасщепителя 2; г и, Гр - сопротивления четырехэлек родного датчика 5 с измер емым образцом между тоКовы ми электродами и между измерительными электродами соответственно; RQ - сопротивление эталонного р зистора; К-и Кц - коэффициенты усиления буферного. 6 и компенсирующе го 11 усилителейр К - коэффициент усиления усили теля МОЩНОСТИ 3 г KO и ItjT коэффициент передачи основ ного 7 и дополнительного 1 аттенюаторов,. Коэффициент усиления усилителя мо ности i выбирают максимально возможным (обычно К,у.1000, коэффициенты усиления буферного б и компенвирутощего 11 усилителей - небольшими ( 1-10) и равными. Одинаковыми выбиpcUoT и коэффициенты передачи основно го 7 и дополнительного 12 аттенюаторов, что позволяет для входного напряжения каналов измерения активной и реактивной 9 составляющих комплекс ного сопротивления приближенно эаписать . о Величина погрешности измерений «f; связанная с конечностью величины эталонного резистора RO, близка к выражению 1+Z/R , -f А К и достаточно мала даже при использовании низкоомных IR . |.-|2(/3/эталон ных резисторов. Компаратор 15, входящий в схему 1 сравнения, сравнивает выходное напряжение усилителя 3 мощности с величиной напряжения, вырабатываемого источником 14 опорного напряжения, результат сравнения поступает на устройство 16 управления, которое вы рабатывает сигнал, управляющий коэффициентом передачи дополнительного аттенюатора 12, что обеспечивает поддержание выходного напряжения усилетеля 3 мощности на уровне, близком к величине опорного напряжения источника 14, одновременно выходной сигнал устройства 16 управления регулирует и коэффициент передачи основного аттенюатора 7. При идентичном выполнении основного 7 и дополнительного 12 аттенюаторов сигнал на входе каналов измеренйя активной 8 и реактивной 9 составляющих, комплексного сопротивления оказывается независящим от коэффициентов передачи основного 7 и дополнительного 12 аттенюаторов. Введение дополнительных элементов в измеритель электрических свойств горных пород и руд позволяет уменьшить величину эталонного резистора в lOO и более раз. Величину эталонного резистора целесообразно выбирать из .соотношения о-|Ро . где - максимальное и минимальтах min ное значения сопротивлений эталонного резистора на данном пределе измерений. Уменьшение величины эталонного резистора, в свою очередь, снижает йлияние .его собственных реактивностей, в частности паразитной емкости. Одновременно в 100 и более раз возрастает сигнал, снимаемый с измерительных электродов четырехэлектродного датчика, что снижает случайную составляющую погрешности измерений, связанную с влиянием на результаты измерений внешних помех и собственных шумоб измерительного тракта. Идентичное выполнение буферного и компенсирующего усилителей, а также основного и дополнительного аттенюаторов заметно снижает погрешности, связанные с неидеальностью их амплитудно-частотных и фазовых характеристик. В конечном счете введение дополнительных элементов позволяет значительно повысить точность измерений.

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД И РУД, содержащий последовательно соединенные эадаюЕций генератор, фаз орасщепитель и усилитель мощности, эталонный резистор, четырехэлектродный датчик с измеряемым образцом, один из токовых электродов которого заземлен, а второй соединен с выходом усилителя мощности через эталонный резистор, последовательно соединенный буферный усилитель, входы которого подключены к измерительным электродам четырехэлектродного датчика, и основной регулируемый аттенюатор, а также каналы измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, сигнальные входы которых соединены с выкодсм основного аттенюатора, а опорные - с выходами фазорасщепитёля. отличающийся тем, что, с целью повьаыения точности измерений путем снижения влияния паразитных реактивностей и .собственны: шумов, в него дополнительно введен корректор тока, первый и второй входы которого подключены к. выходу усилителя мощности и потенциальномутоко1вому электроду датчика, а первый и второй выходы соединены с управляющим входом основного аттенюатора и инвертирующим входом усилителя мощности. 2.Измеритель по п.1, о т л ичающийся тем, что корректор . тока содержит компенсирующий усили§ тель, дополнительный регулируемый аттенюатор и схему сравнения, причём прямой и инвертирующий входы компенсирующего усилителя являйтся первым и вторьм входом корректора тока и подключены соответственно к выходу усилителя мощности и потенциальному токовому электроду датчика, вход дополнительного аттенюатора соединен с выходом компенсирующего усилителя, а его выход, являющийся вторым выходом корректора тока, соединен с инвертирумиим входом усилителя мощности, вход схемы сравнения 00 соединен с прямьвх входом, компенсирую щего усилителя, а ее выход - с управляющим входом дополнительного атте00 нюатора кроме того, выход схемы сравнения является первьФ выходом корректора тока и подключен к управляющему входу основного аттенюатора. 3.Измеритель по п.2, о т л-и ч аю щ и и с я тем, что компенсирующий усилитель выполнен идентичным буферному усилителю.