Измеритель электрических свойств горных пород и руд Советский патент 1987 года по МПК G01R27/02 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при проведении геофизических исследований электроразведочными методами.

Цель изобретения - повышение точности измерений за счет исключения влияния паразитного комплексного сопротивления, подключенного параллельно измеряемому образцу. Это паразитное сопротивление складывается из параллельного соединения собственной емкости датчика и соединительных проводов выходного сопротивления генератора тока, входных сопротивления и емкости дифференциального усилителя.

На чертеже приведена структурная схема измерителя электрических свойств.

Измеритель электрических свойств горных пород и руд содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, фазорасщепитель 2, блок 3 компенсации, дифференциальный усилитель 4, инвертирующий и неинвертирующий входы которого соединены соответственно с первым и вторым выходами блока 3 компенсации и генератора 5 стабильного тока, выход которого подключен к инвертирующему входу дифференциального усилителя 4, каналы измерения активной 6 и реактивной 7 состав- ляющи х своими входами соединены с выходом дифференциального усилителя 4, а опорными - с выходами фазорасщепителя 2, переключатель 8, двухэлектродный датчик 9 с измеряемым образцом и эталонное комплексное сопротивление 10, образованное параллельным соединением резистора и конденсатора, причем вход переключателя 8 соединен с выходом генератора 5 тока, а его выходы - с электродами двухэлектродно- го датчика 9 и выводом эталонного комплексного сопротивления 10.

Блок 3 компенсации содержит аттенюатор 11, вход которого является входом блока 3 компенсации и соединен с выходом фазорасщепителя 2, а выход является первым выходом блока 3 компенсации и соединен с неинвертирующим входом дифференциального усилителя 4, и параллельно соединенные переменные компенсирующие резистор 12 и конденсатор 13, первые выводы которых подключены к выходу фазорасщепителя 2, а вторые являются вторым вы ходом блока 3 компенсации и соединены с инвертирующим входом дифференциального усилителя 4.

Устройство работает следующим образом.

Задающий генератор 1 вырабатывает на

пряжение заданной частоты, которое подается на вход фазорасщепителя 2, вырабатывающего квадратурные напряжения, сдвинутые по фазе на 90°. Эти напряжения подаются на опорные входы каналов измерения активной 6 и реактивной 7 составляющих комплексной проводимости. Кроме того, одно из них, фазовый сдвиг которого принят за 0°, поступает на вход блока 3

5

0

5

компенсации, а с его выходов - на неинвертирующий и инвертирующий входы дифференциального усилителя 4. Выходное напряжение дифференциального усилителя 4 подается на вход генератора 5 тока, управляемого напряжением, а выходной ток последнего через переключатель 8 - на двухэлектродный датчик 9 с исследуемым образцом горной породы. Ток, протекающий через измеряемый образец, создает падение

0 напряжения, которое поступает на инвертирующий вход дифференциального усилителя 4, замыкая цепь отрицательной обратной связи данного усилителя. Выходное напряжение дифференциального усилителя 4 поступает на сигнальные входы каналов измерения активной 6 и реактивной 7 составляющих, где измеряются и регистрируются активная и реактивная составляющие комплексной проводимости измеряемого образца.

Входной сигнал блока 3 компенсации поступает на неинвертирующий вход дифференциального усилителя 4 через аттенюатор 11, а на инвертирующий вход того же усилителя 4 - через параллельно соединенные компенсирующие резистор 12 и конденсатор 13.

Соста.вляя систему из двух уравнений, где первое описывает баланс токов на инвертирующем входе дифференциального усилителя, а второе связывает входные выходные напряжения данного усилителя, имеем:

5

0

5

5

0

где е- выходное напряжение фазорасщепителя 2;

S -крутизна генератора 5 тока по входному напряжению; Uo -напряжение на инвертирующем входе

усилителя 4;

UBUX-напряжение на выходе дифференциального усилителя 4; Ki -коэффициент передачи аттенюатора 11;

К -коэффициент усиления дифференциального усилителя 4;

Zx - сопротивление измеряемого образца; Zk - компенсирующее сопротивление, равное параллельному сопротивлению резистора 12 и конденсатора 13; Zn - паразитное сопротивление, включенное параллельно измеряемому и равное параллельному соединению входных емкости и сопротивления дифференциального усилителя 4 по инвертирующему входу, выходного сопротивления генератора 5 тока, собственной емкости датчика 9 и соедините/(ьных проводов.

Находя значение выходного напряжения дифференциального усилителя 4, имеем

е

K,/z, + (Sl + ,.-1

ZnZ(

s H-T(T -T -T-к Zx z« ZK

При выборе

7 - LZ - n с

K ; Zfl Ujb iоследнее выражение приводится к виду еК.1

и

6ЫХ

S Zx

1 +

1

S К z

Если интерпретация результатов производится по упрощениой формуле

и- .,J

ь z

то систематическая погрешность не будет превышать

б

S-K- Z,

Учитывая, что коэффициент передачи измерительного преобразователя равен

„ и выхKI

Кд

еS Zx

и выбирается обычно в пределах 0,, то для величины погрешностей можно записать

б - .

K-KI

Таким образом, при /К/ 200-300, что легко достижимо при использовании современных операционных усилителей в качестве дифференциального усилителя 4, величина погрешности измерений не превышает

б 1%.

Коэффициент передачи аттенюатора 11 фиксирован, уфстанавливается при настройке прибора и в процессе работы не изменяется. Для подбора величин компенсирую- Ш.ИХ резистора 12 и конденсатора 13 к выходу генератора 5 тока переключателем 8 подключается эталонное сопротивление 10 и регулировкой резистора 12 и конденсатора 13

добиваются необходимых показаний в каналах активной б и реактивной 7 составляющих. Величины эталонных резистора и конденсатора выбираются вблизи высокоом- ного предела измерений.

Формула изобретения

1.Измеритель электрических свойств горных пород и руд, содержащий последо0 вательно соединенные задающий генератор и фазорасщепитель, каналы измерения активной и реактивной составляющих, опорные входы которых подключены к выходам фа- зорасщепителя, двухэлектродный, датчик с из5 меряемым образцом, генератор тока и дифференциальный усилитель, инвертирующий вход которого соединен с выходом генератора тока, а выход - с сигнальными входами каналов измерения активной и реактивной составляющих, отличающийся тем,

0 что, с целью повышения точности измерений за счет исключения влияния паразитного комплексного сопротивления, подключенного параллельно измеряемому образцу, в него дополнительно введены комплексное эталонное сопротивление, переключатель и блок компенсации, вход которого подключен к одному из выходов фа- зорасщепителя, а первый и второй выходы соответственно - к неинвертирующему и инвертирующему входам дифференциальноQ го усилителя, при этом один из выводов комплексного эталонного сопротивления заземлен, вход переключателя подключен к выходу генератора тока, а выходы переключателя - к выводу комплексного эталонного сопротивления и к электроду дат чика, причем выход дифференциального усилителя подключен к входу генератора тока.

2.Измеритель по п. 1, отличаюш,ийся тем, что блок компенсации, содержит атте0 нюатор, вход которого является входом блока компенсации, а его выход является первым выходом блока компенсации, и параллельно соединенные переменные компенсирующие резисторы и конденсатор, первые вы5

45

воды которых подключены к входу аттенюатора, а вторые являются вторым выходом блока компенсации.

Изобретение относится к контрольно- измерительной технике и может быть использовано при проведении геофизических исследований методом электроразведки. Цель изобретения - повышение точности измерений - достигается путем исключения влияния паразитного комплексного сопротивления, подключенного параллельно измеряемому образцу. Это сопротивление складывается из параллельного соединения собственной емкости датчика и соединительных проводов, выходного сопротивления генератора тока, а также входных сопротивлений и емкости дифференциального усилителя. Устройство содержит задающий генератор 1, фазорасщепитель 2, блок 3 компенсации, дифференциальный усилитель 4, генератор 5 стабильного тока, каналы 6 и 7 измерения активной и реактивной составляющих соответственно, переключатель 8, двухэлектродный датчик 9 с измеряемым образцом и эталонное комплексное сопротивление 10. В состав блока 3 входят аттенюатор 11, компенсирующий резистор 12 и конденсатор 13. Коэффициент передачи аттенюатора 11 фиксирован, устанавливается при настройке и в процессе работы не изменяется. Величины эталонных резисторов и конденсатора выбираются вблизи высокоомного предела измерений. 1 з.п. ф-лы, 1 ил. « (Л со со сд 00 со сд