Измеритель электрических свойств горных пород и руд

 

ИЗМЕРИТЕЛЬ 3JlEKtPIWECKHX Свойств ГОРНЫХ ПОРОД И РУД, содержациЙ задающий гёиёр атор и фазорвсщёлнтель , соединенные последо затёльно, усилитель мощности, эталонной резистор , измерительный датчик, первый вход которого соединен с выходом усилителя мощности через зтапонньй резистор, компенсирующий усилитель, инвертирующий вход которс о ааземлен , прямой вход соединен с корпусом прибора, а выход подюта)чён к второму входу измерительного датчика, буферный усилитель, входы которого подключены к выходам измерительного датчика , и каналы измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, сигнальные входы которых подктпочены к выходу буферного усилителя, а опорные - к выходам фазорасщепителя , отличающийс я тем, что, с целью повышения точности Измерений, в него дополнительно введены полевых транзистора , причем первый и второй транзисторы включены по схемам истоковых повторителей и их затворы соединены соотЕ етственно с первым входом измерительного датчика и выходом усилителя мощности, а истоки - с прямым и инверсным входами усилителя мощности , третий и четвертый транзисторы включены Динамическими нагрузками, их стоки соединены с истоками первого и второготранзисторов, один из затворов подключен к выходу фазорасСП щепителя, а другой - к регулируемому ел источнику смещения. со 9 О

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

3 Р ЮФМ

РЕСПУБЛИК

„„SU„„1155962

4(ц 6 01 К 27/02 опислнж июв етсниЯ

Ф н автоеивии v

ГОСУДЮСТОЕНН9Й КОМИТЕТ QQQP

П0 ДЕЛАМ И3068ЕТЕНИЙ И ОТИРЬИЪВ (21) 3680629/24-21 (22) 27.12 .83 (46) 15.05.85. Бюл. Ф 18 . (72) В.И. Юзов и А.А. Голосов (71) Красноярский политехнический институт (53) 621. 317. 78(088. S) (56) $. Авторское свидетельство СССР

Ф 1045164, кл. О 01 R 27/02, 1983.

2. Авторское свидетельство СССР но заявке Ф 3564048/18-21, кл. 6 01 К 27/02, 11.10.83 (прототип) ° е (54) (57) ИЗИЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД И РУД, содержа. щий. задающий генератор и @азорасщепитель, сбединенные последовательно, усилитель иощности, эталонный резистор, измерительный датчик, первый вход которого .соединен с выходом усилитеяя мощности через эталонньй резистор, компенсирующий усилитель, инвертирующий вход которо%о. заземлен, прямой вход соединей с корпусом прибора, а выход подключен к второму входу измерительного датчика, буфер.ный усилитель, входы которого нодключены к выходам измерительного датчика, и каналы измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, сигнальные входы которых подключены к выходу буферного усилителя, а опорные — к выходам фазорасщепителя, о т л и ч а ю щ и itc я тем, что, с целью повыщения точности измерений, в него дополнитель но введены четыре полевых транзистора, причем первый и второй транзисторы включены по схемам истоковых повторителей и их затворы соединены соответственно с первым входом изме- ® рительного датчика и выходом усилителя мощности, а истоки — с прямым и инверсным входами усилителя мощности, третий и четвертый транзисторы включены динамическими нагрузками, их стоки соединены с истоками перI

soFo и второго. транзисторов, один нэ затворов подключен к выходу фазорасщепителя, а другой — к регулируемому источнику смещения.

1155962

Изобретение относится к контрольНо-èýìåðèòåëüíîé технике и может быть использовано при геофизических исследованиях.

Известно устройство, содержащее 5 последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель, усилитель мощности, эталонный резистор и измерительный датчик, а также компенсирующий усилитель, выход которого подключен к электроду измерительного датчика, инвертирующий вход — к его второму электроду, а прямой вход через корректирующий четырехполюсннк соединен с корпусом прибора И и выходом компенсирующего усилителя, каналы измерений активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления своими опорными входами подключены к выходам фазорасщепителя, а 26 сигнальными — к выходу буферного усилителя, причем входы последнего соединены с электродами измерительного датчика (1).

Данное устройство обладает на вы- И соких частотах значительными погрешностями из-эа токов утечек через емкостные и иные связи между корпусом прибора и землей.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является измеритель электрических свойств горных пород и руд, содержащий задающий генератор и фазорасщепитель, соединенные последовательно,. усили- 3$ тель мощности и подключенный к его выходу эталонный резистор, причем прямой вход усилителя мощности через резисторы соединен с эталонным резистором и выходом фазорасщепителя, 46 инвертирующнй вход усилителя мощности также через резисторы соединен с выходом усилителя мощности и корпусом прибора, измерительный датчик в виде симметричного электрического 4$ диполя, одним своим входом подключенный к эталонному резистору, а другим — к выходу компенсирующего усилителя, инвертирующий вход которого заэемлен в месте расположения измери-36 теля, а прямой вход соединен с корпусом измерителя, буферный дифференциальный усилитель, входами подключенный к измерительному датчику, а 1 выходом - к сигиальньм входам каналовИ измерений активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, причем опорные входы каналов измереxw составляющих соединены с выходами фазорасщепителя (2 3.

Однако известное устройство характеризуется невысоким выходным сопротивлением, не превышающим сотен килоом, и необходимостью подбора резисторов, входящих в цепи положительной и отрицательной обратных связей, охватывающих усилитель мощности, с точностью 0,05-0,17.

Если обозначить резисторы, включенные между выходом фазорасщепителя и прямым входом усилителя, прямым входом усилителя и измерительным датчиком, между корпусом прибора и инвертирующвм входом усилителя мощности, а также между инвертирующим входом усилителя мощности и его выходом, через 1 „ ° й2, з и R соответственно, то соотношение

"1 "3

2 +

Г должно выполняться с погрешностью, не превышающей 0,05-0,1Х, что весьма затруднительно для полевой аппаратуры, работающий в тяжелых климатических условиях, несоблюдение же вышеприведенного условия приводит к самовозбуждению усилителя мощности либо к резкому снижению его выходного сопротивления.

Кроме того, даже при выполнении указанного соотношения выходное сопротивление усилителя мощности оказывается равным

)g„+ ЙД е

2а „где R — значение эталонного резистора;

К вЂ” коэффициент усиления усилителя мощности, и не может превышать величины (A„+ QP, т.е. практически лежит в пределах десятков — первых сотен килоом.

Конечная величина выходного сопротивления приводит к систематическим погрешностям

ЮФ«Х

26ых особенно существенным при измерении свойств высокоомных горных пород.

Цель изобретения — повышение точности измерений. з 155962 4

Указанная цель достигается тем, рующий усилитель 5, прямой вход коточто в устройство, содержащее задаю- рого соединен с корпусом прибора а

1 щии генератор и фазорасщепитель, инвертирующий заземлен в месте распосоединенные последовательно, уси- ложения измерителя, измерительный датлитель мощности, эталонный резистор, g ч иHк K 66, один из входов которого подизмерительный датчик, первый вход ключен к выходу усилителя 3 мощности которого соединен с выходом усилите- через эталонный резистор 4, а второй= ля мощности через эталонный реэис- к выходу компенсирующего усилителя 5 тор, компенсирующий усилитель, кивер- непосредственно, буферный усилитель ткрующий вход которого заэемлен, пря- !0 7, входы которого соединены с вьпсодамой вход соединен с корпусом прибо- ми измерительного датчика 6, каналы ра, а выход подключен к второму 8 и 9 измерений активной и реактивной входу измерительного датчика, буфер- составляющих комплексного сопротивленый усилитель, входы которого подклю- ния, сигнальные входы которых подключены к выходам кзмерительного датчи- 15 чены к выходу буферного усилителя 7, ка, и каналы измерения активной и а опорные — к выходам фазорасщепителя реактивной составляющих комплексного 2, и четыре полевых транзистора приУ сопротивления, сигнальные входы кото- чем затвор первого транзкстора 10 рьпс подключены к выходу буферного соединен с первым входом измеритель" усилителя, а опорные — к выходам 20 ного датчика 6, а его исток — со сто" фазорасщепителя, дополнительно вве- ком третьего транзистора 11 и прямым дены четыре полевых транзистора, при- входом усилителя 3 мощности затвор

Э чем первый и второй транзисторы второго транзистора 12 соединен с вывключены по схемам истоковых повто- ходом усилителя 3 мощно с ти стоком

Ф рителей к их затворы соединены соот- 2S четвертого транзистора t3 и инвертиветственно с первым входом измери- дующим входом усилителя 3 мощности, тельного датчика и выходом усилителя затвор четвертого транзистора 13 соемощности, а истоки — с прямым и ин- динен с выходом фазорасщепктеля 2, а версным входами усилителя мощности, затвор третьего транзистора 1 — с третий и четвертый транзисторы вклю- 36 регулируемым источником смещения Ec„. чены динамическими нагрузками, их Измеритель электрических свойств стоки соединены с истоками первого и горных пород и руд работает следуювторого транзисторов, один из затво- щим образом. ров подключен к выходу фаэорасщепите- Задающий генератор вырабатывает ля, а другой — к регулируемому источ- сигнал заданной частоты и подает его

3$ нику смещения. на вход фазорасщепителя 2. С выхода

Использование транзистора динами- последнего. на опорные входы каналов ческой нагрузки истокового повтори- 8 и 9 рмерения активной и реактивной теля для подачи иа вход усилителя, составляющих комплексного сопротивохватываемого обратными связями, ления поступают опорные сигналы, сдвивходного сигнала позволяет надежно нутые друг относительно друга на 90 изолировать источник сигнала от цепей: кроме того, сигнал о одного из выобратных связей к исключить его влия- ходов фазорасщепителя 2 поступает ние на глубину обратных связей. В на затвор транзистора 13, а с его целом появляется возМожность значи» 4 стока — на инвертирующий вход усилительно увеличить величину выходного теля 3 мошности, где усиливаетсь сопротивления, исключить иеобходк- и через эталонный р - . 4

I н и резистор подается мость точного подбора глубин положи- на первый вход и вход измерительного датчительной и отрицательной обратных ка 6. связей. !д - Коэффициент усиления транзистора 13

На чертеже приведена структурная .определяется выражением схема предлагаемого устройства. 5 ,К

Измеритель электрических свойств и 5

2 горных пород и руд содержит последо- где 5, и 5 — крутизна второго 12 н вательно соединенные задающий генера-N четвертого 13 транзистор 1 и фазорасщепитель 2, усилитель

3 мощности, к выходу которого подклю- Коэффициент близок к единице и чен эталонный резистор 4, компенси- стабилен в широкополом интервале

Э 1155 температур, особенно при использовании согласованных пар транзисторов.

Сигнал с первого входа измерительного датчика 6 через истоковый повторитель, выполненный на транзисторе 10 5 с. динамической нагрузкой (транзистор

11), подается на прямой вход ускпителя 3 мощности, образуя цепь положительной обратной связи. На инвертирующий вход усилителя 3 мощности че- 10 рез истоковый повторитель выполненный на транзисторе 12 с динамической нагрузкой (транзистор 13), подается отрицательная обратная связь с выхода усилителя 3 мощности. Так как 15

;коэффициенты передачи истоковых повторителей близки к единице, напряжение обратной связи, действующее между дифференциальными входами усилителя 3 мощности, оказывается равным 20 падению напряжения на эталонном резисторе 4 и на вход измерительного датчика 6 поступает ток стабильный по амплитуде и фазе независимо от величины комплексного сбпротивления датчика 6.

Дифференциальное напряжение на входе компенсирующего усилителя 5 пропорционально разности потенциалов между корпусом прибора и землей в 3ф месте его расположения., это напряжение усиливается компенсирующим усилителем 5 и подается на второй вход измерительного датчика 6. При достаточно большом коэффициенте усиле- 3> ния компенсирующего усилителя 5 разность потенциалов между корпусом измерителя и землей s месте его расположения оказывается весьма малой, что способствует уменьшению влияния токов утечек, в частности емкостных, между корпусом измерителя и землей на точность измерений.

Сигнал с измерительного датчика поступает на входы дифференциального gg буферного усилителя 7, а с его выхода — на сигнальные входы каналов 8 и 9 измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, где соответствующие состав- у ляющие измеряются и регистрируются.

Коэффициенты усиления истоковых повторителей с динамической нагрузкой эа,. к „ и какй

1 где 5 — крутизна транзистора;

962

R; — его внутреннее сопротивление, близки к единице и стабильны как при смене транзисторов, так и при изменении температуры. Для типовых разбросов параметров транзисторов (5,2-10,5) мА(В, R (70-200) КОм (транзисторы типа КП305) разброс коэффициентов усиления истоковых повторителей не превышает 0,5Х, а при регулировке крутизны транзисторов

10 и 11 изменением напряжения смещения на базе .транзистора 11 либо при использовании.согласованных пар транзисторов снижается в 10-30 раз, ирактически не завися от. температуры окружающей среды, что по сравнению с прототипом заметно упрощает процедуру подстройки глубин положительной и отрИцательной обратных связей и их поддержания в широком диапазоне тем ерагур окружающей среды.

Входное сопротивление истокового повторителя имеет емкостный.характер и черезвычайно высоко. Эквивалентная входная емкость:повторителя рав @,"t -üñ+cà (-" ) где С вЂ . емкость затвор-сток.транзс зистора;

С „- емкость затвор-.исток, и при обычных значениях нараметров транзисторош Сз„ 0,7 пФ, С 5 пФ не превышает С „ 0,7 пФ. В результате выходное сопротивление усилителя мощности оказывается равным вью = Ro ("+" ), что намного больше значения выходного сопротивления, достигаемого в прототипе.

Верхняя граничная частота истоковых повторителей с динамической наГРУ9кОЙ где С „„и С„- входная емкость усилителя мощности и паразитная емкость монтажа. составляет Е 80 мГц н, таким образом, в отличие от резистивной обратной связи в предлагаемом устройстве цепи обратных связей не создают дополнительных фазовых сдвигов, что повышает стабильность н устойчивость работы усилителя мощности при охвате его глубокими обратными связями.

55962 ох

2+ = 30- оо

1 2l

Есм

Составитель Л. Сорокина

Редактор Ю. Ковач Техред И.Асталош Корректор А. Зимокосов

Заказ 3134/40 Тираж 748 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

7 !1

По сравнению с прототипом изобретение позволяет в раз повысить выходное сопротивление усилителя мощности, работающего в режиме генератора стабильного тока, во столько же раз уменьшается погрешность из-за влияния конечности его выходного сопротивления. При использовании в истоковых повторителях согласованных пар транзисторов исключается необходимость подстройки глубин положительной и отрицательной обратных связей, надежно обеспечивается стабильность между соотношением положительной и отрицательной обратных связей в широком диапазоне температур. Кроме того, хорошие частотные свойства истоковых повторителей устраняют дополнительные фазовые сдвиги в цепях обратных связей, что обеспечивает устойчивость усилителя мощности.