Измеритель электрических свойств горных пород и руд

 

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.

союз совстсних

В

ГКСПИ5ЛИН

3 @ G 01 R 27/02 (21) 3285985/18-25 (22) 08.05.81 (4б) 23.04.83.Бюл. 9 15 (72) В.И.10зов, A.A.Голосов, О.П.Аганин и A. Ä.Åðëûêoâ(71) Красноярский политехнический институт (53) 550.83(088.8) (56) 1. Савицкий A.Ï. и др. Аппаратура для измерения электрических и магнитных свойств. горных пород.—

В кн. Методы разведочной геофизики, вып. 13. JI.. "Электроразведка", с. 142-148.

2. Исследования и экспериментальная проверка возможности создания аппаратуры для комплексных измерений свойств горных пород. Отчет по НИР; М 72002б72. Красноярский политехнический институт, 1975 (прототип). (54) (57) 1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕС-. КИХ СВОЙСТВ ГОРНЫХ .ПОРОД И РУД, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель и усилитель мощности, эталонный резистор, четырехэлект. родный 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 выходсм .основного аттенюатора. а опорные — с выходами фазорасщепителя, „„SU„„1013873 А о т л и ч а Ы шийся тем, что, с целью повьааения точности измерений путем снижения влияния паразитных реактивностей и .собственных шумов, в него дополнительно введен 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.

2. Измеритель по п.1, о т л ич а ю шийся тем, что корректор . тока содержит компенсирующий усилиФ тель, дополнитель ный регулируемый Q . аттенюатор и схему сравнения, причем прямой и инвертирующий входы компенсирующего усилителя являются первым и вторым входом корректора то- . ка и подключены соответственно к выходу усилителя мощности и потен- B циальному токовому электроду датчика, вход дополнительного аттенюатора соединен с выходом компенсирующего усилителя, а его выход, являющийся вторым выходом корректора тока, соединен с инвертирующим входом усилителя мощности, вход схемы сравнения соединен с прямым входом компенсирующего усилителя, а ее выход — c управляющим входом дополнительного аттенюатора, кроме того, выход схемы сравнения является первым выходом корректора тока и подключен к управляющему входу основного аттенюатора.

3. Измеритель по п.2, о т л.и ч аю шийся тем, что компенсирующий усилитель выполнен идентичным буферному усилителю.

1013873 и (1оо -. оооо) 2

Ро — сопротивление эталонного резистора; г где

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

Известно устройство для измерения 5 электрических свойств горных пород содержащее последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель двухэлектродный.датчик с размещеннйм в нем образцом, избирательный и основной:усилители, а также два синхронных детектора, сигнальные входы которых подключены к выходу основного усилителя, управляющие — к выходам фаэорасщепителя, а выходы - к стрелоч 5 ным нуль-индикаторам, между выходами фазорасщепителя и входами схемы сравнения включены схемы компенсации по активной и реактивной составляющим проводимости 1).

По использовании устройств, требующих ручной компенсации, особенно по двум квадратурным составляющим электропроводности, на проведение измерений необходимы значительные зат.

„раты времени, что снижает производи- 25 тельность труда. Кроме того, применение двухэлектрэдных датчиков при- водит к заметньвГпогрешностям измерения из-за влияния переходных сопротивлений на границах электрод-обра-30 зец, особенно при низкоомных образцах горных пород.

Наиболее близким к .изобретению является измеритель электрических свойств горных пород и Руд,содержащий З5 последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель и усилитель мощности, эталонный резистор, иетырехэлектродный датчик с измеряемым образцом, один из токовых электродов которого заземлен, а второй — соединен с выходом усили-, теля мощности через эталонный резис-. тор,последовательно соединенные буферный усилитель, входы которого подключены к измерительным электродам 45 четырехэлектродного датчика, и аттеню-, атор, а также каналы измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, сигнальные входы которых соединены с выходом 50 аттенюатора, а опорные — с выходами фазорасщепителя (2.), Однако для раздельного и независимого измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопро- 55 тивления в известном устройстве необходимо обеспечить постоянство тока, протекающего через измеряемый образец, что достигается выбором высокоомного эталонного резистора, 60 обычно

tZ „! - максимально возможный модуль. комплексного сопро> тивления измеряемого образца.

При этом погрешность измерения d имеет порядок величины

1 пщ д а о а коэффициент передачи датчика К> в подобном устройстве очень мал и, по крайней мере не может превышать величины K 4 12п1С1х f I pî.

Это приводит ™к снижению чувствительности устройства, увеличению влияния на результаты измерений собственных шумов и внешних помех„ в конечном счете увеличивает случайную составляющую погрешности измеРений. 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 измерительным 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 выхо дцами .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 йнвертирующий входы компенсирующего усилителя являются первым и вторым входом корректора тока и подключены соответственно к выходу усилителя мощности и потенциальному

1013873 токовому электроду датчика, вход дополнительного аттенюатора соединен с выходом компенсирующего усилителя, а его выход,.являющийся вторым выходом корректора тока, соеди, нен с инвертирующим входом усилите- 5 .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. 15

На чертеже приведена структурная схема измеритеЛя электрических свойств горных пород и руд.

Измеритель электрических свойств горных пород и руд содержит последо- 20 вательно соединенные задающий генератор 1, фазовращатель 2 и усилитель 3 мощности, эталонный резистор 4, четырехэлектродный датчик 5 с измеряемым образцом, один из токовых электродов 25 которого заземлен, а второй соединен с выходом усилителя 3 мощности через эталонный резистор 4, последовательно соединенные буферный усилитель 6, входы которого .подключены к измери- Зр тельным электродам четырехэлектродного датчика 5, и основной регулируемый аттенюатор 7, а также каналы измерения активной 8 и реактивной 9 составляющих комплексного сопротивления, сигнальные входы которых соеди35 иены с выходом основного аттенюатора 7, а опорные — с выходами фазорасщепителя 2, корректор тока 10 своими первым и вторым вхожами подключен к выходу усилителя 3 мощнос- 4О ти и потенциальному токовому электроду четырехэлектродного датчика 5, а своими выходами — к управляющему входу основного аттенюатора 7 и инвертирующему входу усилителя 3 мощнос45 .ти.

Корректор тока 10 содержит компенсирующий усилитель 11 дифференциального типа дополнительный регулируемый аттенюатор 12 и схему 13 сравнения, причем прямой и инвертирующий входы компенсирующего усилителя 11 являются первым и вторым входом корректора

10 тока и подключены соответствен.но к выходу усилителя 3 мощности и потенциальному токовому электроду датчика 5, вход дополнительного аттенюатора 12 соединен с выходом компенсирующего усилителя 11, а его выход, являющийся вторым выходом корректора 10 тока, соединен с инвер тирующим входом усилителя 3 мощности, вход схемы 13 сравнения соединен с прямым входом компенсирующего усилителя 11, а ее выход — с управляющим входом дополнительного аттенюатора 12, кроме того, выход схемы 13 сравнения является гервым 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 соеди- нен 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 90 подаютсяна опорные входы каналов измерения активной 8 и реактивной 9 составляющих комплексного сопротивления. Кроме того, одно из напряжений поступа" ет на прямой вход усилителя 3 мощности дифференциального. типа, где усиливается. 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, об- ладающего высоким входным и низким выходным сопротивлениями. Выходное напряжение буферного усилителя б 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 инвертирующий вход усилителя 3 мощности.

Величина напряжения0„ на входах каналов измерения активйой 8 и реактивной 9 составляющих комплексного сопротивления в заявляемом устройст-. ве оказывается равной б а изей Я К К 4+2/R

1+ » д к

1013873 где е — величина выходного напряжения фазорасщепителя 2:

r и,г — сопротивления четырехэлектродного датчика 5 с измеряемым образцом между токовы-, ми электродами и между измерительными электродами соответственнор йо - сопротивление эталонного резистора, Кб и Кк - коэффициенты УсилениЯ бУ- IO ферного. б и компенсирующего 11 усилителей)

IC> - коэффициент усиления усилителя мощности 3,, Koи% - коэффициент передачи основ- 15 ного 7 и дополнительного 12 аттенюаторов,.

Коэффициент усиления усилителя мощности 3 выбирают максимально возможным (обычно К >1000), коэффициенты усиления буферного б и компенаирующего 11 усилителей - небольшими (K

1«10 ) и равными. Одинаковыми выби-, Ic рают и коэффициенты передачи основного 7 и дополнительного 12 аттенюаторов, что позволяет для входного на25 пряжения каналов измерения активной 8 и реактивной 9 составляющих комплексного сопротивления приближенно записать

30 изм р о.

Величина погрешности измерений d связанная с конечностью величины

I эталонного резистора Rp, близка к выражению

1+ 2/Р

Д « о

К К

Й достаточно мала даже, при использо-, вании низкоомных (R «/2p f«)2(/3/ эталонных резисторов.

Компаратор 15, входящий в схему 1345 сравнения, сравнивает выходное напряжение усилителя 3 мощности с веЛичиной напряжения, вырабатываемого источником 14 опорного йапряжения, результат сравнения поступает на 50 устройство 16 управления, которое вырабатывает 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 измерения 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 100 и более раз. Величину эталонного резистора целесообразно выбирать иэ .соотношения

rpeZ и2 - максимальное и минималь ное значения сопротивлений эталонного резистора на данном пределе измерений.

Уменьшение величины эталонного резистора, в свою очередь, снижает влияние,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 шумов 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.

1013873

Составитель Е.Городничев

Техред С.Иигунова Корректор М.Коста

Редактор П.Коссей

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Заказ 3010/54 Тираж 708 Подпис ное

ВНИИПИ Росударственного комитета СССР по делаи изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5