Измеритель электрических свойств горных пород и руд Советский патент 1983 года по МПК G01R27/00 

Изобретение относится к контрол но-измеритедьной технике и может бы использовано, в частности, при гео физических исследованиях электроразведочными методами. Известно устройство, содержащее задающий генератор со ступенчатой перестройкой частоты, триггерный фазорасщепитель, двухэлектродный датчик, схему сравнения, избирательный и основной усилители соединенные последовательно/ а также два синхронных детектора, сигнал ные входы которых соединены с выходом основного усилителя, а управляющие - с выходами фазорасщепителя, выходы синхронных детекторов подключены к стрелочным нуль-индикаторам, между выходами фазорасщепите.ля и входами схемы сравнения включены схемы компенсации выходног сигнала датчика по двум квадратурным составляющим - активной и реактивной 1 ... Использова.ние устройств, требующих ручной компенсации особенно по двум квадратурным составляющим, связано со значительными затратами времени, что снижает производительность труда. Кроме того, применение двухзлектродных датчиков приводит к заметным погрешностям измерений из-за влияния переходных контактов на границах электрод-образец особен но при низкоомных образцах горных ПОРОД.. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее последовательно соединенные задающи генератор, фазорасщепитель и усилитель мощности, эталонный резистор четырехэлектродный датчик с измеряе мым образцом, первый токовый электрод которого соединен с выходом усилителя мощности через эталонный резистор, а второй - заземлен, буферный усилитель дифференциального типа, входы которого подключены к измерительным электродам четырехэлектродного датчика, каналы измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивлени сигнальные входы которых соединены с выходом буферного усилителя, а опорные - с выходами фазорасщепи,теля 2 . Напряжение на входных клеммах буферного, дифференциального усилителя определяется выражением где Z. и сопротивления измеряемого образца межд токовыми и соответст венно измерительными электродами) R - сопротивление эталонного резистора; - выходное напряжение усилителя мощности. Для обеспечения постоянства тока, протекающего через образец, сопротивление эталонного резистора выбрано из условия Яд7/1100-1000))( I, где l niQxl максимальное значение модуля комплексного сопротивления измеряемого образца между токовыми электродами. Интерпретация результатов измерений может производиться по.следующей приближенной формуле o RotUcjle). Величина систематической погрешности, связанная с погрешностью эталонного резистора Rj,, равна . 2о-2-о 5eCV)(Ro) Z Ucj.e(Ro-+-L) . - - J . + RO 1 (5 0,00-1-0,01, Коэффициент передачи датчика-преобразователя в прототипе . К е откуда что приводит к снижению точности за счет случайных составляющих погрешностей, связанных с влиянием собственных шумов измерительных трактов и внешних помех. Цель изобретения - повышение точности измерений путем снижения влияния внешних помех и собственных шумов измерительных трактов. Поставленная 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, первый токовый электрод которого соединен с выходом усилителя мощности через эталонный резистор, буферный усилитель дифференциального типа, входы которого подключены к измерительным электродам четырехэлектродного датчика, а также каналы измерения активной и реактивной составляющих комплекс ного сопротивления, ситнапьные .вхо которых подключены к выходу буферн усилителя дифференциального типа, а опорные - к выходам фазорасщепителя, введены дополнительный усили тель и корректируквдий четырехполюс ник, вход которого подключен к вых дополнительного усилителя, а выход к неинвертируквдему входу дополнительного усилителя, причем инверти рующий вход дополнительного усилителя соединен с первым токовым эл тродом датчика, а его выход - с вт рым токовым электродом датчика. Корректирующий четырехполюсник содержит первый резистор, включенны между неинвертирующим входом допол нительного усилителя и землей, и параллельно соединенные второй резистор и конденсатор; включенные ме ду: выходом дополнительного усилителя и его неинвертирующим входом. Причем выполняются следующие соотношен ят 1 17 где R Ч сопротивление с неинверт рующего входа дополнител ного усилителя на землюJ сопротивление с выхода на неинвертирующий вход дополнительного усилителя;конденсатор, включенный параллельно R.j / коэффициент усиления дополнительного усилителя;частота среза дополнительного усилителя без обратной связи. На чертеже приведен структурная схема предлагаемого измерителя. Измеритель электрических свойств горных пород и руд содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, фазорасщепитель 2, уси литель 3 мощности, эталонный резистор 4, четырехэлектродный датчик 5 с измеряемом образцом, первый токо вый электрод которого соединен с вы ходом усилителя 3 мощности через эталонный резистор 4, дополнительный усилитель 6, инвертирующий вхо которого соединен с первым токовым электродом датчика 5, а выход подключен к второму токовому электроду четырехэлектродного. датчика 5, буферный усилитель 7, входы которого подключены к измерительным электро дам четырехэлектродного датчика 5, каналы измерения активной 8 и реакТИБной 9 составляющих комплексного сопротивления, сигнальные входы которых подключены к выходу буферного усилителя 7, а опорные - к выходам фазорасщепителя 2, в цепи обратной связи дополнительного усилителя 6 включен корректирующий четырехполюсник 10. Корректирующий четырехполюсник 10 содержит первый резистор 11, включенный между неинвертирующим входом дополнительного усилителя 6 и землей, и параллельно соединенные второй резистор 12 и конденсатор 13, включенные между выходом дополнительного усилителя б и его неинвертирующим входом. Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 1 вырабатывает сигнал заданной частоты, который поступает на .вход фазорасщепителя 2. С выходов фазорасщепителя 2 на оцорные входы каналов измерения активной 8 и реактивной 9 составляющих .комплексного сопротивления подаются опорные напряжения, сдвинутые одно относительно другого на 90°. Кроме того, напряжение с одного из выхо.дов фазорасщепителя 2 поступает на усилитель 3 мощности, где усиливается, и через эталонный резистор 4 поступает на первый токовый электрод четырехэлектродного датчика 5.Сигнал с измерительных электродов датчика подается на вход буферного усилителя 7 дифференциального типа, а с его выхода - на входы каналов измерения активной 8 и реактивной 9 составляющих комплексного сопротивления, где соответственно измеряются и регистрируются его соответствующие составляющие. На второй токовый электрод четырехэлектродного датчика 5 поступает усиленное усилителем б напряжение с первого токового электрода датчика. 5, а в обратной связи усилителя б включен частотнозависимый корректирующий четырехполюсник 10. Для изобретения можно записать t-U , U-Uftbiy о , М.1± „- Ь1Х l ftbix z, . гДе Т - .выходное напряжение усилителя 3 мощности; напряжение на первом токовом электроде четырехэлект родного датчика 5. выходное напряжение допол-нитепьного усилителя 6, коэффициент усиления дополнительного усилителя 6 , .k -.комплексное сопротивление : измеряемогб образца между токовыми электродами/ 7 и 72 - комплексные сопротивлени я в составе корректирующего четырехполюсника.

Напряжение на измерительных электродах датчика 5

n...4LilL, .z.

игм.

Ч 1 U4Z/Ro)

Ин±ерпретация результатов измерения .становится очень простой если принять условие 2,ч2,,к Применяя В качестве дополнит ного усилителя операционный уси тель, можно записать для его ко циента усиления следующее прибл женное равенство где % - частота среза операци го усилителя без обра связи; KQ - коэффициент усиления операционного усилите на низкой частоте UJ « откуда; -1 -г Если зададимся значениями ,.,5 . то получим, что систематическая погрешность, связанная с конечностью эталонного резистора R , пол ностью исключается и величину R можно брать сколь угодно малой с тем, чтобы повысить коэффициент передачи четырехэлектродного датчикапреобразователя 5. Введение дополнительных элементов и связей в измеритель электриче ких свойств горных пород и руд позволяёт при сохранении систематической погрешности, связанной с конечностью эталонного резистора. уменьшить величину последнего в К, раз

К.

JCoU;oC R

- частота среза операционного усилителя без обратной связи; Jp - рабочая частота, на которой проводится измерение; - коэффициент усиления операционного усилителя без обратной связи, ,j, сопротивление с неинвертирующего входа на землю операционного (дополнительного) усилителя, сопротивление с его выхода на неинвертирующий вход и конденсатор, включенный с выхода дополнительного усилителя, на его неинвертирующий вх.бд .соответственно, ри обычных значениях параметров ционного усилителя Ко 10, 27J; 100 рад/с и выборе RI Т, .о,д ШоЯгСг -(, им на рабочей частоте 100 кГц , гтг-го .io l 2-Kul i K.7f500. 1-0,9 0,9 в такое же число раз возрастает, коэффициент передачи четырехэлект1РОДНОГО датчика и амплитуда его выходного сигнала, что при постоянном уровне собственных шумов измерительных трактов в тоже число раз снижает уровень случайных погрешностей. Кроме того, снижение величины эталонного резистора позволяет вН раз уменылить систематическую погрешность, связанную с паразитными емкостями, шунтирующими эталонный резистор.

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ. СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД И РУД, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель и усилитель мощности, эталонный резистор, четырехэлектрод1шй. датчик с измеряемым образцом,первый токовый электрод которого соединен с выходом усилителя мощности через эталонный резистор, буферный усилитель дифференциального типа, входы jKOToporo подключены к измерительным электродам четырехэлектродногр датчика, каналы измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, сигнальные входы которых соединены с выходом буферного усилителя, а опорные - с выходами фазорасщепителя, отличающийся тем, что, с повышения точности измерений путем снижения влияния внешних помех и собственных шумов измерительных трактов, в него введены дополнительный усилит.ель и корректирующий четырехполюсник, вход которого подключен к выходу дополнительного усилителя, а выход - к неинвертирующему входу (Л дополнительнрго усилителя, причем инвертирующий вход дополнительного усилителя соединен с первым токовым электродом датчика, а его выход - с вторым токовым электродом датчика, 2. Измеритель поп.1,отличающийся тем, что, корректирукяций четырёхполюсник содержит первый резистор, включенный между 4: неинвертирующим входом дополнительного усилителя и землей, и паралсл лельно соединенные второй резистор ;и конденсатор, включенные между ,выходом дополнительного усилителя а и его неинвертирующим входом. 4