Способ измерения коэффициента нелинейности электропроводности материалов

(59 6 01 К 27 02ДПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ А У КрасинГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Московский одена Трудового ного Знамени геологоразведочный ститут им. С. Орджоникидзе (53) 621.317.333 (088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР 9 494707, кл. 6 01 К 31/26 1975.2. Кулешов Ю.Г. Нелинейные параМетрические радиоцепи. Киев, "Вища школафф, 1970, с. 8-29.3. Авторское свидетельство СССР 9 808973, кл. 6 01 К 27/02, 1978 (прототип)(54)(57) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕН ТА НЕЛИНЕЙНОСТИ 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, о т л и ч а ю щ и й с я 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, ЕР измерение проводят дважды с использованием вспомогательного тока двухнаправлений, определяют отношениеамплитуд падения напряжения постоянного и переменного токов для каждогоиз двух замеров и по их полусуммесудят о величине коэффициента нелинености электропроводности материала.Изобретение относится к областиэлектроизмерений и может быть исполь -зовано для определения электрическихсвойств материалов, например полупроводников, а также электрических свойств земли при геоэлектроразведкеИзвестен способ измерения коэффициента нелинейности электропроводности полупроводников путем измерения изменения электрических параметров образца, например постоянного тока, 1 О 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 электропровод- ности материалов, в которых указ анная нелинейность проявляется только в диапазоне низких и инфранизких час ;от, в том числе и коэффициента нелинейности электропроводности горных пород и руд.Известен способ измерения коэффициента нелинейности электропровод- ности материалов, заключающийся в том, что в исследуемый материал вводят переменный ток рабочей частоты,а в заданных точках измерений свойствматериала измеряют сигнал удвоеннойрабочей частоты, по которому судято коэффициенте нелинейности электро.проводности материала 2 .Недостатком этого способа измере-ний является низкая точность, обусловленчая тем, что измерительный сиг- -"нал удвоенной рабо-:ей частоты(второйгармоники) зависит как от нелинейности электропроводности материала, так и от нелинейности переходных сопротивлений контактов токовводыизучаемый материал. При этом в видутого, 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 насыщенвлагой.Наиболее близким к изобретению является способ измерения коэффициента нелинейности электропроводности 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 токов вспомогательного и компенсационного, пропусканне рабочего переменного тока прямоугольной Форы через материал и отрегулированную впроцессе компенсации при пропусканиивспомогательного тока цепь компенса ции, измерение падения напряжения от рабочего тока в точках измерения 3 .Недостатком данного способа является ограниченная область его применения, что обусловлено воэможностью 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 10-20 А при частоте 0,1-: 10 Гц (серийно выпускаемых генераторов синусоидального тога указанного диапазона частот и необходимой мощности в настояшее время не имеется), то в ряде случаев эффект нелинейнос" ти электропроводности исследуемых материалов может быть не обнаружен. Это объясняется тем, что за счет неф, линейных полупроводниковых свойств материалов в точках измерений амплИ- туды измеряемого сигнала в один и другой полупериоды оказываются различными (в один полупериод большей, . а в 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 в измеряемом сигнале появляет" ся только постоянная составляющая, а вторая и все другие четные гармоники отсутствуютЦель изобретения - повышение точности измерений путем обеспечения измерения коэффициента нелинейности электрспроводности материалов при использовании любой,в том числе и пря.лоугольной формы возбуждающего тока.Поставленная цель достигается тем, что согласно способу измерения коэфФициента нелинейности электропровод-, ности материалов, включающему введечие в исследуемый материал вспомогательного тока, компенсацию током от того же источника с помощью регулируемой компенсационной цепи падеИ 1 я напряжения в точках измерения, выключение токов вспомогательного и компенсационного, пропускание рабочего переменного тока прямоугольной форьь. через материал и отрегулированную в процессе компенсации при пропускании вспомогательного тока1061064цепь компенсации, измерение падения на Ряженнапряжения от рабочего тока н точках няжения, измеряют амплит уду постоянного напряжения, а также амплитуизмерения, вспомогательный ток выби- перег дупеременного напряжения при выключенрают постоянным, измеряют постоянное ной комкомпенсации цепи. Кэффициентпадение напряжения в точках измерения нелинейнопри включенной компенсационной цепи 5 деляют аелине ности электропроводности оп еРеляют как отношение амплитуды поси переменное падение напряжения при тоянногнного напряжения к амплитуде певыключенной компенсационной цепи, ременного не ного напряжения на приемныхизмерение проводят дважды с использо ванием вспомогательного тока двух прямоуголдах. сли переменный ток имеетнаправлений, определяют отношение 10 лоугольную Форму, то для мате иаФ , д териалон, у которых нелинейные эффектыамплитуд падения напряжения постоян- отсутств ют нвуют, напряжение на приемныхимеет такую же форму, какного и переменного токов для каждо- электродах имес ят о велго из двух замеров и по их цолусумме и ток а постоя ностоянное (ныпрямленное)ие отсутствует.удят о величине коэффициента нели" .апряжение отсутнейности электропроводности материала;5 У материаловС нл в с нелинейной электроущность предлагаемого способа проводностью в измеряемом напзаключается в следующем.с ю в измеряемом напряженииамплитуда отрицательного и положительриал постоянный вспомогательный ток что приолупериодон оказывается разнойВначале вводят в исследуемый мате- ного полупер оРто приводит к появлению постоянногокоторый можно считать импульсом пос 20 медленно,измнно,изменяющегося напряжения,плитуда постоянного напряжениятоянного тока (тока нулевой частоты). АмВ заданных точках измерения свойств пропорциональн ФФматериалов располагают вторую парльна коэ ициенту нелинеу ности материала и служит его мерой.льн у ел нейприемных электродов, к которым под-, После пеосле первого включения вспомоключается измерительная цепь, кото- гательного трая представляет собой параллельнотока через тОкОВВОды начинает протинает протекать постоянный ток опресоединенные микровольтметры постоян- деленн йленно полярности, который соз аетного и переменного напряжения, Иа н точке измерений сигнал пропо ио-,ленн, р оздаетвходе микронольтметра постоянногоР Рциональный удельному сопротивлению ис-тока может быть установлен автономный следуемого матер Вкомпенсатор постоянного напряжения З 0 чтоериала. виду того,1 что этот сигнал электрически скомпен .с помощью которого компенсируют сирован а затем пособственную разностьован, а затем после введения челов приемных элект О он о,потенциа- рез токовво ады рабочего тока компеных электродов до вклю- сационная цепь со аняетчения постоянного тока ( еслихр няется включенвой, выпрямленный (постоянный) ток,.применяются электроды, у которых соб-З 5 обусловленный выпрямляющим ейр зность потенциалов не рав- токовводов при прохождениияющим де ствиемна нулю) .ждении через нихПринятый в точке измерения сигналпеременного тока, не создает в точт сках.постоянного напряжения возбуждаемыйизмерений ложного сигнала оказыс нающего влияния на рез льтат иРвспомогательным током, компенсируют 40 ний, так как этот ложный сигнал авсигналом из токовой цепи с помощью томатически компенсируется компенсакомпенсационной цепи с регулирующимиэлементами, Для этого в цепь через, Т/ ак как ныпрямляющие свойствакоторую вводят ток в исследуемыйматериал, последовательно включают можеттоковнодон никогда точно не и визвестны,резистор нап инапример шунт в 0,10 м, к45 может оказаться, что полярность выпнему подключаю бают лок гальваническойрямленного токовводами тока (при проРЬзнязвязки, например модуляционныйаю , у кании через них переменного работрансфочего тока) противоположная полярностинсформатор постоянного тока с ре- пе ногогулируюрного импульса вспомогательного то.ующими элементами на выходе - ка, В этом сл чаечетырехступечатымэтом случае условия компенсациитинными аттеа ыми декадными резис- и и иР ропускании вспомогательного иыми аттенюаторами. Выход компен- Р абочего токов также оказываются разтелнно цепи включают последова-.Пельно с входом измерительной епиными. Теоретические расчеты и экспврименты показывают, что в большинствери компенсации, изменяя величинРегегулирующих элементов обу случаев погрешностью, обусловленнойн левых и . енед биваются неиндентичностью условий компУ оказаний микровольтметра можно пренебенсации,постоянного тока.ене речь, и только при изме 3рениях на материалах с очень слабоатем в исследуемый мате иалриал через выраженной нелинейностью электропроту же токовую цепь вводят токок рабочий, водности погрешность оказываетсяпреимущественно инфранизкой частоты. 60 недопустимой.В точках измерений не измеметров рег ли юизменяя пара- для устранения указаннойу ру щих элементов ком- ности после осущест леизме - погрешпенсационной цепи и со аняствления рассмоти сохраняя эту цепь ренного цикла измерений в исследуевключенной точно так же, как и прии игнала постоянного нап могательный ток другой полярности,Заказ 10033/47 Тираж 710. .Подписное.ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП фПатент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 вновь проводят электрическую компенсацию в точках измерений свойствматериала сигнал, возбуждаемый вспомогательным током, затем вводят рабочий ток, измеряют сигнал, обусловленный нелинейностью электропровод 5ности материалов, и по арифметическому среднему иэ результатов двухизмерений (после пропускания импульсов вспомогательного тока положительной и отрицательной полярнос Оти) судят о коэффициенте нелинейности электропроводности материалов.Таким образом, устраняются погрешносщти иэ-эа разной полярности импуль"сов вспомогательного тока выпрямленного токовводами рабочего тока, Поэтому никакого влияния не оказываетнелинейность переходных сопротивлений токовводов, хотя эа счет этойнелинейности при включении переменно"2 Ого тока токовводы оказывают выпрямляющее действие, поэтому через токовую цепь и исследуемый материал про"текает дополнительный постоянныйток, который может создать в точке 25измерений ложный сигнал, значительно превышающий полезный сигнал, Однакоблагодаря тому, что до пропусканияпеременного тока через исследуемыйматериал пропускается постоянный ток,проводится компенсация измеряемогосигнала и регулирующие элементы компенсационной цепи в дальнейшем сохраняются неизменными. Любые изменения в возбуждающей цепи, в том числеи за счет нелинейности переходныхсопротивлений токовводов, автоматически 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 эем" ли. За счет этого возможно использование мощных генераторов импульсов прямоугольной форьи, увеличение раэ меров измеряемой установки, что повышает производительность и Фочность измерений,