Измеритель электрических свойств горных пород и руд

 

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

СОЮЗ СОВЕТСНИХ соцИАлистичесних

РЕСПУБЛИН (19) (11) 3(51) G 01 R 27 00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

110 делАм изОБРетений и ОтнРытий

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3453929/18-21 (22) 11.06.82 (46) 30.09.83. Бюл. М 36 (72) A.Ä.Åðëûêîâ, й,A.Ãoëoñoâ, {

В. И. Юзов и Ю. Б. Зархин (71.) Красноярский политехнический институт (53). 621 ° 317.332.1 (088 8) (56) 1. Савицкий А.П., Юзов В.И.

Аппаратура для измерения электрических и магнитных свойств горных пород.-Сб.."Методы разведочной zeoфизики", вып. 13. Л., "Недра", 1971, с. 142-143.

2. Исследование и экспериментальная проверка воэможности создания аппаратуры для комплексных измерений свойств образцов горных пород.-Отчет по НИР М 72002672. Крас ноярский политехнический институт, 1975 (прототип) . (54) (57) 1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ.

СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД И РУД, содержащий последовательно соединенные з адающий генератор, фаз ора сще пи тель и усилитель мощности, эталонный резистор, четырехэлектродйый. датчик с измеряемым образцом, первый токовый электрод которого соединен с

1выходом усилителя мощности через эталонный резистор, буферный усили тель дифференциального типа, входы ! которого подключены к измерительным электродам четырехэлектродного датчика, каналы измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, сигнальные входы которых соединены с выходом буферного усилителя, а опорные - с выходами фазорасщепителя, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности измерений путем снижения влияния внешних помех и собственных шумов измерительных трактов, в него введены дополнительный усилитель и корректирующий четырехполюсник, вход которого подключен к выходу дополнительного усилителя, Я а выход — к неинвертирующему входу дополнительного усилителя, причем инвертирующий вход дополнительного усилителя соединен с первым токовым электродом датчика, а его выход - с вторым токовым электродом датчика. (2. Измеритель по и. 1, о т л и ч а ю шийся тем, что, корректирующий четырехполюсник содержит первый резистор, включенный между неинвертирующим входом дополнительного усилителя и земпей, и параллельно соединенные второй резистор и конденсатор, включенные между ,выходом дополнительного усилителя и его неинвертирующим входом.

1045164

О е О

9 о « где Z. u Z — сопротивления измеряемого образца между токовыми и соответственно измерительными электродами;

65

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано, в частности, при геофизических исследованиях электроразведочными методами.

Известно устройство, содержащее задающий генератор со ступенчатой перестройкой частоты, триггерный фазорасщепитель, двухэлектродный датчик, схему сравнения, избирательный и основной усилители, 10 соединенные последовательно, а также два синхронных детектора, сигнальные í"".оды которых соединены с выходом основного усилителя, а управляющие - с выходами фазорасщепите- 15 ля„ выходы синхронных детекторов подключены к стрелочным нуль-индикаторам, между выходами фазорасщепителя и входами схемы сравнения включены схемы компенсации выходного сигнала датчика по двум квадратурным составляющим — активной и реактивной (1).

Использование устройств, требующих ручной компенсации особенно по двум квадратурным составляющим, связано со значительными затратами, времени, что снижает производительность труда. Кроме того, применение двухэлектродных датчиков приводит к заметным погрешностям измерений 30 из-за влияния переходных контактов на границах электрод-образец особенно при низкоомных образцах горных пок>од.

Наиболее близким к предлагаемому, 35 является устройство, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель и усилитель мощности, эталонный резистор, четырехэлектродный датчик с измеряе- 40 мым образцом, первый токовый электрод которого соединен с выходом усилителя мощности через эталонный резистор, а второй — заземлен, буферный усилитель дифференциапьного типа, входы которого подключены к измерительным электродам четырехэлектродного датчика, каналы измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления . сигнальные входы которых соединены с выходом буферного усилителя, а опорные — с выходами фазорасщепи.теля (2j.

Напряжение на входных клеммах буферного. дифференциального усили- 55 теля определяется выражением

R — сопротивление эталоно ного резистора; выходное напряжение усилителя мощности.

Для обеспечения постоянства тока, протекающего через образец, сопротивление эталонного резистора выбрано иэ условия

R > (100- 1000) l zona> li 1 „ — максимальное значение модуля комплексного сопротивления измеряемого образца между токовыми электродами. где

Z, =Rо ЩЕ).

Величина систематической погрешности, связанная с погрешностью эталонного резистора R, равна

" !е (a z)-0<у)е Ы) 2

<а 0 (Е(КО ) Ro+Z.

Коэффициент передачи датчика-преобразователя в прототипе откуда

1 и ах!

Ro 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, фаэорасщепитель 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 которо.

ro подключены к измерительным электИнтерпретация результатов измерений может производиться по.сле-дующей приближенной формуле

1045164

R1 Rx л — Ki A. с=

) л 2 0 сопротивление с неинверти- З0 рующего входа дополнительного усилителя на землю, R — сопротивление с выхода на неинвертирующий вход дополнительного усили- 35 теля;

C — конденсатор, включенный параллельно К коэффициент усиления дополнительного усилителя, частота среза дополнительного усилителя без обратной связи. где

Иа чертеже приведена структур- 45 ная схема предлагаемого измерителя.

Измеритель электрических свойств горных пород и руд содержит последовательно соединенные задающий 50 генератор 1, фазорасщепитель 2, усилитель 3 мощности, эталонный резистор 4, четырехэлектродный датчик 5 с измеряе>ым образцом, первый токовый электрод которого соединен ходом усилителя 3 мощности через эталонный резистор 4, дополнительный усилитель б, инвертирующий вход 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 реак- 65

i родам четырехэлектродного датчика, а также каналы измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, сигнальные .входы которых подключены к выходу буферного усилителя дифференциального типа, а опорные — к выходам фазорасщепителя, введены дополнительный усилитель и корректирующий четырехполюсник, вход которого подключен к выходу дополнительного усилителя, а выход — 10 к неинвертирующему входу дополнительного усилителя, причем инвертирующий .вход дополнительного усилителя соединен с первым токовым электродом датчика, а его выход — с вто- 5 рым токовым электродом датчика.

Корректирующий четырехполюсник содержит первый резистор, включенный между неинвертирующим входом дополнительного усилителя и землей, и параллельно соединенные второй резистор и конденсатор; включенные между выходом дополнительного усилителя и его неинвертирующим входом.

Причем выполняются следующие соотношения

I тивной 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 б включен корректирующий четырехполюсник 10. Корректирующий четырехполюсник 10 содержит первый резистор 11, включенный между неинвертирующим входом дополнительного усилителя б и землей, и параллельно соединенные второй резистор 12 и конденсатор 13, включенные между выходом дополнительного усилителя б и его неинвертирующим входом.

Устройства работает следующим образом.

Эадаюший генератор 1 вырабатывает сигнал заданной частоты, который поступает на вход фазорасщепптеля 2.

С выходов фазорасщепителя 2 на опорные входы каналов измерения активной 8 и реактивной 9 cocTав.»тощих .комплексного сопротивления подаются опорные напряжения, сдвинутые одно относительно другого на 90. Кроме о того, напряжение с одного из выходов 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 сооТ ветствующие составляющие. На второй токовый электрод четырехэлектродного датчика 5 поступает усиленное усилителем б напряжение с первого токового электрода датчика 5, а в обратной связи усилителя 6 включен частотнозависимый корректирующий четырехполюсник 10.

Для изобретения можно записать - ьы

U Вых

Ь >Х . +7

1 >. где E — выходное напряжение усилителя 3 мощности, U — напряжение на первом токовом электроде четырехэлект родного датчика 5.

0 — выходное напряжение допол-вых нительного усилителя б;

К вЂ” коэффициент усиления дополнительного усилителя б, Ф -.комплексное сопротивление измеряемогб образца между

:токовыми электродами, 71 и 7 — комплексные сопротивления в составе корректирующего четырехполюсника.

1045164

Напряжение на измерительных элект. родах датчика 5

ИнТерпретация результатов измеренин становится очень простой

2 =Я

0иьм о а если принять условие

2 2 К

Применяя в качестве дополнительного усилителя операционный усилитель, можно записать для его коэффициента усиления следующее приближенное равенство (Н1wo где 4v - частота среза операционно-, 25 го усилителя беэ обратной связи

К - коэффициент усиления о операционного усилителя на низкой частоте ии (<жо, щ откуда,, л л, ц (1+) )

2 Zл2 о цо

Если зададимся значениями где

p+ К ОС И то получим, что систематическая погрешность, связанная с конечностью эталонного резистора В, пол ностью исключается и величину R 45 можно брать сколь угодно малой с тем, чтобы повысить коэффициент пе †. редачи четырехэлектродного датчикапреобразователя 5.

Введение дополнительных элементов и связей в измеритель электричес. ких свойств горных пород и руд позволяет при сохранении систематической погрешности, связанной с конеч- ностью эталонного резистора. уменьшить величину последнего в

Кл, раз ь,К,(о р

К

1- — — R.W. C RR о о где (в„- частота среза операционного усилителя беэ обратной связи, u) — рабочая частота, на которой проводится измерение, коэффициент усиления oneо рационного усилителя без обратной связи, R,К,с — сопротивление с неинвертирующего входа на землю операционного (дополнительного) усилителя, сопротивление r его выхода на неинвертирующий вход и конденсатор, включенный с выхода дополнительного усилителя, на его неинвертирующий вхбд соответственно что при обычных значениях параметров операционного усилителя 1(р = 10

Г

2 и . 100 рад/с и выборе

O)9(К„.„ КО "1 .Otg

27С Ю.5

k >r 500. I-- 09 0,9

В такое же число раз возрастает. коэффициент передачи четырехэлектродного датчика и амплитуда его выходного сигнала, что при постоянном уровне собственных шумов измерительных трактов в тоже число раэ снижает уровень случайных погрешностей. Кроме того, снижение величины эталонного резистора позволяет в Кл раз уменьшить систематическую погрешность, связанную с паразитными емкостями, шунтирующими эталонный резистор.

1045164

Составитель И.Михалев

Редактор Ю.Ковач Техред A. Ач Корректор В.Бутяга

Заказ 7546/47 Тираж 710 Подпи с ное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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