Способ измерения коэффициентаНЕлиНЕйНОСТи элЕКТРОпРОВОдНОСТиМАТЕРиАлОВ Советский патент 1981 года по МПК G01R27/02 G01V3/26 

(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

НЕЛИНЕЙНОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

1 МАТЕРИАЛОВ

появлением в спектре переменного юка составляющей удвоенной рабочей частоты, вызванной нелинейностью переходных сопротивлений на контакте токовводов и исследуемого материала.

Указанная цель достигается тем, что в способе измерения коэффициента нелинейности электропроводности материалов, заключающемся в том, что в йсследуемьЯ материал вводят переменный ток рабочей частоты, в заданных точках измерения свойств материала с помощью измерительной цепи измеряют сигнал удвоенной рабочей частоты, по которому судят о коэффициенте нелинейности электропроводности материала, вначале вводят в исследуемый материал переменный ток удвоенной рабочей частоты, компенсируют в точках измерения измеряемый сигнал удвоенной рабочей частоты сигналом из токовой цепи с помощью компенсационной цепи с регулирующими элементами, затем, не изменяя параметров регулирующих элементов, уменьшают частоту переменного тока в два раза, а измерения сигнала удвоенной рабочей частоты проводят при включенной компенсационной цепи.

Значение рабочей частоты определяется характером изучаемого материала Так, если изучаются образцы горных пород и руд или нелинейность электропроводности земли, рабочую частоту выбирают из диапазона десятые-сотые доли герца - десятки герц, так как именно в этом диапазоне нелинейность электропроводности проявляется наиболее отчетливо. Электроды предназначены для осуществления гальванического ввода тока в изучаемый материал В заданных точках измерения свойст материала располагают вторую пару приемных электродов, к которым подключается измарительная цепь. Измерительная цепь представляет собой последовательно соединенные предварительный усилитель, избирательный усилитель, частота настройки которого равна удвоенной рабочей частоте переменного тока, вводимого в исследуемый материал, и амплитудный (или амплидуднр-фазовый) измеритель, позволяющий определить амплитуду (к,- если необходимо, фазу).- принятого сигнала удвоенной рабочей частоты (второй гармоники). Частота настройки избирательного усилителя может переключаться,что позволяет измерять не только параметры сигнала удвоенной рабочей частоты, но и сигнала основной рабочей частоты. В этом случае в качестве коэффициента нелинейности электропроводности используют отношение амплитуды сигнала удвоенной рабочей частоты к с1мплитут де сигнала основной частоты. Как показывают эксперименты и расчет

коэффициент нелинейности электропро водности большинства материалов (в том числе и горных пород и руд) очень мал, составляет сотые доли процента и зависит от плотности тока, пропускаемого через исследуемый йатериал. Если на разных материалах измерения проводились при разных плотностях тока,то коэффициент нелинейности относят к величине возбуждающего тока, т.е. рассматривают нормированные значения коэффициента нелинейности.

Ввиду того, что площадь питающих электродов,через которые в :усследуемый материал вводят ток,является ограниченной и не может быть сделана большой (эти электроды должны быть точечными),плотность тока,протекающего через контакт токовый электрод - исследуемый материал,оказывается значительно больше плотности тока,протекающего через исследуемый материсш. При этом исследуемый материал обычно насыщен влагой (образцы горных пород и руд,земля),а поэтому импеданс питающих электродов является комплексным,зависящим от частот и нелинейным. Ввиду нелине,йности переходных сопротивлений на контакте токовводов и исследуемого материала в спектре переменного тока появляется составляющая удвоенной рабочей частоты,амплитуда которой может достигать десятых долей единиц процентов от амплитуды тока основной рабочей частоты.

Составляющая переменного тока удвоенной рабочей частоты,проходя через исследуемый материал,создает в точках измерений напряжение удвоенной рабочей частоты,величина которого обратно пропорциональна электропроводности материала. Это напряжение складывается с полезным сигналом удвоенной рабочей частоты,принимаемым в точках измерения и обусловленным нелинейностью ектропроводности материала вблизи точек измерения. Так как частота этих сигналов одинакова,а амплитуда ложного сигнала может значительно превышать амплитуду полезного сигнала,то разделить указанные сигналы не удается,ввиду чего известный способ является низкоточным и применяется для изучения материалов с высоким коэффициентом нелинейности электропроводности.

В предлагаемом способе в исследуемый материал вначале вводят переменный ток удвоенной рабочей частоты (на эту же частоту настроен избирательный усилитель измерительной цепи) . Принятый с помощью измеГритель- ной цепи сигнал этой частоты компенсируют сигнгшом из токовой цепи с помощью компенсационной цепи с регулирующими элементами. Для этого в цепь