Способ измерения коэффициентанелинейности электропроводностиматериалов

Союз Советских Социалистических РВСПУбЛИКОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ и 8089 3(51)М, Кл,С 01 В 27/02 6 01 Ч 31/26 Государственный комитет СССР по дедам изобретений и открытий(71) Заявитель й ордена Трудового Красного Знам зведочный институт им. С.Орджони Москов геолог(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА НЕЛИНЕЙНОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОС МАТЕРИАЛОВоноствов,провод ти электропрово рудИзвестен так коэффициента не проводности мат щийся в том, чт м ал вводят е способ инейности рйалов, зв неслед переменны змерения электроключаю-. емый атери Изобретение относится к электр измерениям и может быть использова для определения электрических свой материалов, например полупроводник а также электрических свойств земли при геоэлектроразведке.Известен способ измерения коэффициента нелинейности электропровод- ности полупроводников путем измерения изменения электрических параметров образца, например постоянного тока, протекающего через образец, в котором изме- рения постоянного тока проводят при двух частотах модуляции высокочастотного электрического поля 11Недостатком известного способа является то, что он не может быть применен для исследования коэффициента нелинейности электропроводности материалов, в которых указанная нелинейность проявляется только в циапа зоне низких и инфранизких частот,в том числе и коэффициента нелинейносдности горных пород и рабочей частоты (диапазон низких и инфранизких частот), в заданных точках измерения свойств материала с помощью измерительной цепи измеряют сигнал удвоенной рабочей частоты, по которому судят о коэффициенте нелинейности электро ности материала 23Недостатком этого способа измерений является низкая точность,обусловленная тем, что,измеряемый сигнал удвоенной рабочей частоты (второй гармоники) зависит как от нелинейности электропроводности материала, так и от нелинейности переходных сопро= тивлений контактов токовводы - излучаемый материал. При этом в виду того, что плотность 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.Цель изобретения - увеличение точности измерений путем исключения погрешностей, обусловленныхпоявлением в спектре переменного тока составляющей удвоенной рабочей частоты, вызванной нелинейностью переходных сопротивлений на контакте токовводов и исследуемого материала.Укаэанная цель достигается тем, что в способе измерения коэффициента нелинейности электропроводности материалов, заключающемся в том, что в йсследуемыйматериал 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 электропровод- ности 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 свойств материала располагают вторую пару приемных электродов, к которым подключается измерительная 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 амплидудно-фазовый) измеритель, позволяющий определить амплитуду (и, 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 не" линейности электропроводности ис" пользуют отношение амплитуды сигнала удвоенной рабочей частоты к амплиту. де сигнала основной частоты, Как показывают эксперименты и расчеты, 10 коэффициент не:.кнейности электропроводности большинства материалов(в том числе и горных пород и руд)очень мал, составляет сотые долипроцента и зависит от плотности тока, пропускаемого через исследуемыйМатериал. Если на разных материалахизмерения проводились при разныхплотностях тока,то коэффициент нелинейности относят к величине возбуждающего тока, т.е. рассматривают норми.Рованные значения коэффициента нелинейности. Ввиду того, что площадь питающихэлектродов, через которые в:исследу емый материал вводят ток,является ог -ранкченной и не может быть сделанабольшой (эти электроды должны бытьточечными),плотность тока, протекающего через контакт токовый.электрод - исследуемый материал,оказыва ется значительно больше плотноститока, протекающего через исследуемыйматериал. При этом исследуемый материал обычно насыщен влагой (образцы горных пород и руд,земля),а поэто 25 му импеданс питающих электродов является комплексным, зависящим от частоты,и нелинейным. Ввиду нелинейности переходных сопротивлений на контакте токовводов и исследуемого материаЗ 0 ла 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 которо го обратно пропорциональна электропроводности материала. Это напряжение складывается с полезным сигналом удвоенной рабочей частоты,принимаемым в точках измерения и обус ловленным нелинейностью ЯектропроводностИ материала вблизи точек изме.рения. Так как частота этих сигналов одинакова,а амплитуда ложного сигнала может значительно превышать амп литуду полезного сигнала,то разделить указанные сигналы не удается, ввиду чего известный способ является низкоточным и применяется для изучения материалов с высоким коэффициентом нелинейности электройроводности.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 измерительной цепи сигнал этой частоты компенсируют сигналом из токовой цепи с помощью компенсационной цепи с регулирующими элементами, Для этого в цепь,808973 Формула изобретения 55 Составитель Л. СорокинаРедактор С. Тараненко Тех 9 едН.Бабурка Корректор Н Стец Заказ 404/48 Тираж 743 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам .изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5Филиал ППП Патентфф, г. Чг о:; .л. Проектная, 4 через которую вводят ток в исследуемый материал, последовательно включают сопротивление (например,шунт в 1 Ом),к нему подключают блок галь ,ванической развязки (например, модуляционный трансФорматор постоянного ,тока) с регулирующими элементами на выходе (например,четырехступенчатыми декадными резистивными аттенюаторами и блоком интегрирования) . Выход компенсационной цепи включают последовательно со входом измерительной цепи таким образом, чтобы компенсирующий сигнал был в противофазе с принимаемым сигналом. Изменяя регулирующие элементы, добиваются компенсации принятого измерительной цепью 15 сигнала компенсирующим сигналом (при этом активная часть сигнала компенсируется регулировкой резистивных аттенюаторов,а реактивная часть сигнала - изменением емкости конденса торов блока интегрирования).После выполнения операции компенсации сигналов,не изменяя параметров регулирующих элементов компенсационной цепи, уменьшают частоту перемен ного тока в два раза (устанавливают основную рабочую частоту),а частоту .настройки избирательного усилителя измерительной цепи сохраняют неизменной, т.е. равной удвоенной основной рабочей частоте. Кроме того,компенсационную цепь невыключаюта оставляют включенной последовательно с измерительной цепью. При этом измеренный измерительной цепью сигнал удвоенной рабочей частоты зависит только от величины коэффициента нелинейности электропроводности исследуемого материала и свободен от той части сигнала удвоенной рабочей частоты, которая обусловлена составляющей уд военной частоты в спектре переменного тока.Действительно, если в спектре переменного тока появляется составляющая удвоенной, рабочей частоты,то она 4 одновременно создает падение напряжения на участке материала,где расположены приемные электроды измерительной цепи. Так как в процессе выполнения предыдущей операции парамет-ры регулирующих элементов были подобраны таким образом,что падение напряжения на них равно по величине и противопаложно по знаку напряжению на входе измерительной цепи,то ложный сигнал удвоеннойрабочей частоты на входе измерительной цепи будет автоматически подавлен сигналом из компенсационной цепи,что и позволяет полностью исключить влияние ложного сигн ала.Таким образом, измеренный после уменьшения в 2 раза частоты возбуждающего тока сигнал удвоенной рабочей частоты позволяет определить, коэффициент нелинейности электропроводности материала в точке измерения. Величина этого коэффициента может быть получена на выходе измерительной цепи непосредственно в процентах. Способ измерения коэфФициента нелинейности электропроводности материалов, заключающийся в том,что в исследуемый материал вводят переменный токрабочей частоты,в заданных точках измерения свойств материала с помощьюизмерительной цепи измеряют сигналудвоенной рабочей частоты,по которому судят о коэффициенте нелинейности электропроводности материала,о тл и ч а ю щ и й с я тем,что,с целью,повышения точности измерений путемисключения погрешностей, обусловленных появлением в спектре переменноготока составляющей удвоенной рабочейчастоты, вызванной нелинейностью пере"ходных сопротивлений на контакте токовводов и исследуемого материала,вначале вводят в исследуемый материал переменный ток удвоенной рабочей частоты, компенсируют в точкахизмерения измеряемый сигнал удвоенной рабочей частоты сигналом из токовой цепи с помощью компенсационной цепи с регулирующими элементами,затем,не изменяя параметров регулирующих элементов, уменьшают частотупеременного тока в два раза,а измерения сигнала удвоенной рабочей час-о,тоты проводят при включенной компенсационной цепи.Источники инФормации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 494707,кл.6 01 Ч 31/26, 1975.2. Кулешов Ю,Р. Нелинейные параметрические радиоцепи. Киев,1970,с. 8-28.