Способ измерения коэффициента нелинейности электропроводности материалов

 

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕН ТА НЕЛИНЕЙНОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ. МАТЕРИАЛОВ, включающий введение в исследуемый материал вспомогательно.го тока, компенсациюТОКОМ от того же источника с помощью регулируемой компенсационной цепи пгщения напряже- НИН в точках измерения, выключение токов вспомогательного и компенсационного , пропускание рабочего переменного тока прямоугольной формы через материал и отрегулированную в процессе компенсации при пропускании вспомогательного тока цепь компенсации , измерение падения напряжения от рабочего тока в точках измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, вспомогательный ток выбирают постоянным , измеряют постоянное падение напряжения в точках измерения при включенной компенсационной цепи и переменное падение напряжения при выключенной компенсационной цепи, измерение проводят дважды с использоч (Л ванием вспомогательного тока двух направлений, определяют отношение амплитуд падения напряжения постоянного и переменного токов для каждого из двух замеров и по их полусумме судят о величине коэффициента нелине ности электропроводности материала.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А (19) (11) i

3(59 6 01 В 27 02 6 01 В 31 26

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ .

К ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И 07НРЫТИЙ (21) 3358859/18" 25 (22) 27. 10 ° 81 (46) 15.12.83. Бюл. Р 46 (72) Ю ° В. Аладинский, Л ° 3. Бобровников, В.A. Попов, Л.И. Орлов и В.В. Сушкевич (71) Московский одена Трудового Красного Знамени геологоразведочный институт им. С. Орджоникидзе (53) 621.317.333 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

9 494707, кл. G Ol R 31/26 1975.

2. Кулешов Ю.Г. Нелинейные параметрические радиоцепи. Киев, Вища школа™, 1970, с. 8-29.

3. Авторское свидетельство СССР

9 808973, кл. G 01 R 27/02, 1978 (прототип) (54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕН

TA HEJIHHEAH0CTH ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ.

МАТЕРИАЛОВ, включающий введение в исследуемый материал вспомогательно.го тока, компенсацию током от того же источника с помощью регулируемой компенсационной цепи падения напряже ния в точках измерения, выключение токов вспомогательного и компенсационного, пропускание рабочего переменного тока прямоугольной формы через материал и отрегулированную в процессе компенсации при пропускании вспомогательного тока цепь компенсации, измерение падения напряжения от рабочего тока в точках измерения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения вспомогательный ток выбирают постоянным, измеряют постоянное падениенапряжения в точках измерения при включенной компенсационной цепи и переменное падение напряжения при выключенной компенсационной цепи, измерение проводят дважды с использо ванием вспомогательного тока двух направлений, определяют отношение амплитуд падения напряжения постоянного и переменного токов для каждого из двух замеров и по их полусумме судят о величине коэффициента нелине ности электропроводности материала.

1061064

Изобретение относится к области электроизмерений и может быть испсль— зовано для определения электрических свойств материалов, например полупроводников, а также электрических с ойств земли при геоэлектроразведке,.

Известен способ измерения ксэффициента нелинейности электрспроводности полупроводников путем измерения изменения электрических параметров образца, например постоянного тока, 10 протекающего через образец, в котором измерения постоянного тока проводят при двух частотах модуляции высокочастотного электрического поля (1) .

Однако известный способ не может быть применен для измерения коэффициента нелинейности электропроводности материалов, н которых указ анная нелинейность проявляется только н диапазоне низких и инфранизких час- 20 от, в том числе и коэффициента нелинейности электропроводности горных пород и руд.

Известен способ измерения коэффициента нелинейности электропроводности материалов, заключающийся в том, что в исследуемый материал вводят переменный ток рабочей частоты, а в заданных точках измерений свойств материала измеряют сигнал удвоенной рабочей частоты, по которому судят о коэффициенте нелинейности электрс--. проводности материала (2) .

Недостатком этого способа измере- ний янляется низкая точность, обусл лонленчая тем, что из;ерительный сиг- -" нал удвоенной рабс- ей частоты (второй гармоники) зависит как от нелинейности электропроводности материала, -.àê и от нелинейности переходных сопротивлений контактов токовводы— изучаемый материал. При этом в виду того, что пло-ность тока на этих контактах значительно больше, чем плотность тока в изучаемом материале, измеряемый сигнал второй гармоники в значительно большей степени обусловлен нелинейностью переходных сопротивлений контактов, чем нелинейностью свойств материала, особенно если изучаемый материал насыщен влагой.

Наиболее близким к изобретению является способ измерения коэффициента нелинейности электропроводнссти материалов, включающий введение в исследуемый материал вспомогательного тока, компенсацию током от того же источника с помощью регулируемой компенсационной цепи падения напряжения в точках измерения, выключение токон вспомогательного и компенсационного, пропусканне рабочего переменного тока прямоугольной формы через материал и отрегулированную в процессе компенсации при пропускании вспомогательного тока цепь компенсации, измерение падения напряжения от рабочегс тока н точках измерения f3) .

Недостатком данного способа является ограниченная область его применения, что обусловлено возможностью применения в нем только рабочего тока синусоидальной формы. Если же ток имеет прямоугольную форму, что технически предпочтительно, особенно при измерении коэффициента нелинейности электропроводности земли, когда для по учения достаточных полезных сигналов силу тока необходимо выбирать не менее 10-20А при частоте 0,1-:

10 Гц (серийно выпускаемых генераторов синусоидального тога указанного диапазона частот и необходимой мощности в HBcTQH!rlpG время не имеется), то в ряде случаев эффект нелинейнос ти электр".- рсводности исследуемых материалов может быть не обнаружен.

Это объясняется тем, что за счет не . линейных полупроводниковых снойств материалов в точках измерений амплИтуды измеряемого сигнала в один и другой полупериоды сказываются раз личными (в один полупериод большей, . а н другой — меньшей). Если форма возбуждающего тока нелинейная, то за счет разной амплитуды измеряемого сигнала в орин и в другой полупериод может быть выделен сигнал удвоенной рабочей частоты, который и несет информацию о нелинейности электробюро водности материалов. Если же форма возбуждающего тока прямоугольная, то в измеряемом сигнале оказывается разной амплитуда положительного и отрицательного импульсов. Это приводит к тому, что форма измеряемого сигнала остается прямоугольной, такой же, как и форма возбуждающего тока,, н измеряемом сигнале псявляет" ся только постоянная состанляющая, а вторая и все другие четные гармоники отсутствуют.

Цель изобретения — повышение точности измерений путем обеспечения измерения коэффициента нелинейности электрспронодности материалон при использовании любой,в том числе и пря".лсугсльной формы возбуждающего тока.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения коэффициента нелинейности электропровод-.

Нос T и материало в, включающему в ведечие в исследуемый материал нспомогательногс тока, компенсацию током от того же источника с помощью регулируемой компенсационной цепи паден я напряжения в точках измерения, ныключение токов вспомогательного и компенсационного, пропускание рабочего переменного тока прямоугольной форель. через материал и отрегулированную в процессе компенсации при прс.пускании вспомогательного тока

1061064 цепь компенсации, измерение падения на ряжен напряжения от рабочего тока н точках н яжения, измеряют амплит уду постоянного напряжения, а также амплиту измерения, вспомогательный ток выби- пере

1 ДУ переменного напряжения при выключенрают постоянным, измеряют постоянное ной ком компенсации цепи. Кэффициент падение напряжения в точках измерения нелинейно при включенной компенсационной цепи 5 деляют а елине ности электропроводности оп еP еляют как отношение амплитуды поси переменное падение напряжения при тоянног нного напряжения к амплитуде певыключенной компенсационной цепи, ременно го н е ного напряжения на приемных измерение проводят дважды с использо ванием вспомогательного тока двух прямоугол дах. сли переменный ток имеет направлений, определяют отношение 10 ло угольную форму, то для мате иаФ, д териалон, у которых нелинейные эффекты амплитуд падения напряжения постоян- отсутств ют н вуют, напряжение на приемных имеет такую же форму, как ного и переменного токов для каждо- электродах име с ят о вел го из двух замеров и по их цолусумме и ток а постоя н остоянное (ныпрямленное) ие отсутствует. удят о величине коэффициента нели" апряжение отсут нейности электропроводности материала. 5 У материалов

С н л в с нелинейной электроущность предлагаемого способа проводностью в измеряемом нап заключается в следующем. с ю в измеряемом напряжении амплитуда отрицательного и положительриал постоянный вспомогательный ток что при олупериодон оказывается разной

Вначале вводят в исследуемый мате- ного полупер о

1 то приводит к появлению постоянного который можно считать импульсом пос : 20 медленно,изм нно, изменяющегося напряжения. плитуда постоянного напряжения тоянного тока (тока нулевой частоты). дм

В заданных точках измерения свойств пропорциональн ФФ материалов располагают вторую пар льна коэ ициенту нелине у ности материала и служит его мерой. льн у ел нейприемных элвктродов1 к которым под-, После пе осле первого включения вспомоключается измерительная цепь, кото- гательного т рая представляет собой параллельно

Ока через токовноды начинает прот инает протекать постоянный ток опресоединенные микровольтметры постоян- деленн и ленно полярности, который coç ает ного и переменного напряжения. Hа н точке измерений сигнал пропо ио- . ленн, р оздает входе микронольтметра постоянного р рциональный удельному сопротивлению ис- тока может быть установлен автономный следуемого матер . В компенсатор постоянного напряжения З0 что ериала.. виду того, 1 что этот сигнал электрически скомпен с помощью которого компенсируют сирован а затем по собственную разность ован, а затем после введения челов приемных элект о он о .потенциа- рез токовво а ды рабочего тока компеных электродов до вклю- сационная цепь со аняет чения постоянного тока (если хр няется включенвой1 выпрямленный (постоянный) ток,-применяются электроды, у которых соб-З5 обусловленный выпрямляющим ей р зность потенциалов не рав- токовводов при прохождении яющим де ствием на нулю) . ждении через них

Принятый в точке измерения сигнал переменного тока, не создает в точ т ках постоянного напряжения возбуждаемый измерений ложного сигнала оказы1 нающего влияния на рез льтат и

I вспомогательным током, компенсируют 40 ний, так как этот ложный сигнал авсигналом из токовой цепи с помощью томатически компенсируется компенсакомпенсационной цепи с регулирующими элементами. Для этого в цепь через, T

1 ак как ныпрямляющие свойства которую вводят ток в исследуемый материал, последовательно включают может токовнодон никогда точно не и в известны, резистор нап и например шунт в 0,10 м, к .

45 может оказаться, что полярность выпнему подключаю б ают лок гальванической рямленного токовводами тока (при проразняз вязки, например модуляционный аю, у кании через них переменного работрансфо sего тока) противоположная полярности нсформатор постоянного тока с ре- пе ного гулирую рного импульса вспомогательного то.Ующими элементами на выходе —:,ка. В этом сл чае четырехступечатым этом случае условия компенсации тинными атте а ыми декадными резис- и и и р ропускании вспомогательного и

ыми аттенюаторами. Выход компен- р абочего, токов также оказываются разтел нно цепи включают последова- .

П ельно с входом измерительной епи ными. Теоретические расчеты и экспври менты показывают, что в большинстве ри компенсации, изменяя величин рег егулирующих элементов об у случаев погрешностью, обусловленной н левых и ене д биваются неиндентичностью условий комп у оказаний микровольтметра можно пренеб енсации, постоянного тока. ене речь, и только при изме3 рениях на материалах с очень слабо атем в исследуемый мате иал риал через выраженной нелинейностью электропроту же токовую цепь вводят ток ок рабочий, .водности погрешность оказывается преимущественно инфранизкой частоты. 60 недопустимой.

В точках измерений не изме метров рег ли ю изменяя пара- для устранения указанной у ру щих элементов ком- ности после осущест ле изме - ° погрешпенсационной цепи и со аня ствления рассмоти сохраняя эту цепь ренного цикла измерений в исследуевключенной точно так же, как и при и игнала постоянного нап-. 65 могательный ток другой полярности1

1061064

Составитель В. Немцев

Редактор М. Келемеш Техред М.Костик Корректор М. Шароши

Заказ 10033/47 Тираж 710 .. . . .... Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 вновь проводят электрическую компенсацию в точках измерений свойств материала сигнал, возбуждаемый вспомогательным током, затем вводят рабочий ток, измеряют сигнал, обусловленный нелинейностью электропровод>5 ности материалов, и по арифметическому среднему иэ результатов двух измерений (после пропускания импульсов вспомогательного тока положительной и отрицательной полярнос- 1Î ти) судят о коэффициенте нелинейности электропроводности материалов.

Таким образом, устраняются погрешнос" ти иэ-эа разной полярности импульсов вспомогательного тока выпрямлен- )5 ного токовводами рабочего тока. Поэтому никакого влияния не оказывает нелинейность переходных сопротивлений токовводов, хотя эа счет этой нелинейности при включении переменно- 0

ro тока токовводы оказывают выпрямляющее действие, поэтому через токовую цепь и исследуемый материал протекает дополнительный постоянный ток, который может создать в точке измерений ложный сигнал, значительно превышающий полезный сигнал. Однако благодаря тому, что до пропускания переменного тока через исследуемый материал пропускается постоянный ток, проводится компенсация измеряемого сигнала и регулирующие элементы ком . пенсационной цепи в дальнейшем сохраняются неизменными. Любые изменения в возбуждающей цепи, в том числе и за счет нелинейности переходных сопротивлений токовводов, автоматичес ки компенсируются в точке измерений, а ложные сигналы постоянного напряжения в точках измерений не появляются.

Технико-экономическая эффективйость применения предлагаемого способа заключается в возможности применения тока прямоугольной формы при проведении измерения коэффициента нелинейности электропроводности земли. 3а счет этого возможно использование мощных генераторов импульсов прямоугольной форьи, увеличение раэ меров измеряемой установки, что повышает производительность и Фочность измерений.