Измеритель электрических свойств горных пород и руд

(56) 1, Савицкий А,П., Юзов В.И. Аппаратура для измерения электрических свойств горных пород. - В сб.:Методы разведочной геофизики,вып, 13, Л., фНедра", 1971, с.142148.2. Авторское свидетельство СССРпо заявке 9 3453929/18-21,кл. 0 01 В 27/02, 7.12.82.(54)(57) ИЗМЕРИТЕЛВ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХСВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД И РУД, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель,усилитель мощности с дифференциальными входами, эталонный резистор .ичетырехэлектродный датчик, а такжебуферный усилитель дифференциального типа, каналы измерения активной иреактивной составляющих, сигнальныевходы которых соединены с выходомбуферного усилителя, а опорные - свыходами фазорасширителя, и компенсирующий усилитель, выход которогоподключен к второму токовому электроду четырехэлектродного датчика,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, сцелью повыаения точности измеренийактивной и реактивной составляющихкомплексной электропроводностн иповыаения производительности трудапутем обеспечения прямых и независимых измерений, инвертирующий входусилителя мощности соединен с первымизмерительным электродом четырех- Щэлектродного датчика, неинвертирую"щий вход компенсирующего усилителя "с вторым измерительным электродом четырехэлектродного датчика, инвертирующий вход компенсирующего усилителя заземпен, а входы буферного уси- Ялителя подключены к выводам эталонного резистора.Изобретение относится к контроль- но-измерительной техчике и может быть использовано при геофизических исследованиях электроразведочными методами.Известно устройство, содержащее соединенные последовательно задающий генератор, фазорасщепитель, двухэлектродный датчик, схему сравнения, основной и избирательный усилители, а также два синхронных детектора, сигнальные. входы которых подключены к выходам основного усилителя, а опорные - к выходам фазорасщепителя, выходы синхронных детекторов соединены со стрелочными нуль-индикатора ми, между выходами фазорасщепителя .и входами схемы сравнения включены схемы компенсации по двум квадратурным составляющим - активной и реактивной 1 . 20Однако использование устройств, требующих ручной компенсации особенно по двум квадратурным составляющим, связано со значительными затратами времени, что снижает производитель ность труда, Кроме того, применение двухэлектродных датчиков приводит к заметным погрешностям измерений изза влияния переходных контактов на .границе электрод-образец, особенно 30 при низкоомных образцах горных пород и руд.Наиболее близким к предлагаемому является измеритель электрических свойств горных пород и руд, содержа- З 5 щий последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель, усилитель мощности, эталонный резистор и четырехэлектродный датчик с измеряемым образцом, дополнительный 40 усилитель дифференциального типа, инвертирующий вход которого соединен с общей точкой эталонного резистора и четырехэлектродного датчика его вход - с вторым электродом четырех- электродного датчика, а неинвертирующий вход дополнительного усилителя через корректирующий четырехполюсник соединен с корпусом, буферный усилитель подключен своими входами к измерительным электродам четырехэлектродного датчика, а выходом - к сигнальным входам каналов измерения активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления, причем опорные входы каналов измерения состав ляющих соединены с выходами фазорасщепителя. Напряжение ц на измерительных электродах четырехэлектродного датчика приближено равно60 й Хб = иЪ= 7 К 2+Х Д 4 Х Целью изобретения является повы- шение точности измерений активной и реактивной составляющих комплексной электропроводности и повышение производительности труда, путем обеспечения прямых и независимых измерений.Поставленная цель достигается тем, что в измерителе, содержащем последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель, усилитель мощности с дифференциальными входами, эталонный резистор и четырехэлектродный датчик, а также буферный усилитель дифференциального типа, каналы измерения активной и реактивной составляющих, сигнальные входы которых соединены с выходом буферного усилителя, а опорные - с выходами фазорасщепителя, и компенсирующий усилитель, выход которого подключен к второму токовому электроду четырех- электродного датчика, инвертирующий вход усилителя мощности соединен с первым измерительным электродом четырехэлектродного датчика, неинвертирующий вход компенсирующего усилителя - с вторым измерительным электродом четырехэлектродного датчика, инвертирующий вход компенсирующего усилителя заземлен, а входы буферного усилителя подключены к выводам эталонного резистора. 2 хН-е -о где е - напряжение на входе усилиязля мощности 65 2 - величина сопротивления образца между измерительнымиэлектродами;величина эталонного резистора.Таким образом, данное устройство обеспечивает прямые, непосредственные измерения составляющих комплексного сопротивления измеряемого образца ЦОднако для многих геофизических приложений требуется знание составляющих комплексной проводимости в параллельной схеме замещения. Значения активной и реактивной составляющих проводимости могут быть получены лишь пересчетом по формулам где 6 и Ъ - значения активной и реакьтивной составляющихкомплексного сопротивления;к и Х - значения активной и реактивной составляющихкомплексной проводимости.Необходимость пересчета данных снижает результирующую точность измерений и требует значительных затрат времени, что снижает общую производительность труда.11(Х, 2 вл + . к, ук, ,1 Введение в измеритель донолнитель.ных связей позволяет обеспечиватьпрямые и непосредственные измерения На чертеже приведена структурная схема измерителя электрических свойств горных пород и руд.Измеритель электрических свойств ,горных пород и руд содержит последовательно соединенные задающий гене 5 ратор 1, фазорасщепитель 2, усилитель 3 мощности, эталонный резистор 4 и четырехэлектродный датчик 5 с измеряемым образцом горной породы, причем инвертирующий вход усилителя 3 мощности соединен с первым измерительным электродом четырехэлектродного датчика 5, компенсирующий усили тель 6, неинвертирующий вход которого подключен к второму измерительно му электроду четырехэлектродного датчика 5, инвертирующий вход заземлен, а выход соединен с вторым токовым электродом четырехэлектродного датчика 5, буферный усилитель 7, входы которого соединены с выводами эталонного резистора 4, каналы измерения активной 8 и реактивной 9 составляющих комплексной электропроводности, сигнальные входы которых подключены к выходу буферного усилителя 7, а опорные -к выходам фазорасщепителя 2.Устройство работает следующим образом. 30Задающий генератор 1 вырабатывает, и подает на вход фазорасщепителя 2 сигнал с заданной частотой. С выхода фазорасщепителя .2 опорные сигналы, сдвинутые по фазе на 90 , подаются на опорные входы каналов измерения активной 8 и реактивной 9 составляющих комплексной электропроводности. Кроме того, сигнал с одного из выхо. дов фазорасщепителя 2 поступает на неинвертирующий вход усилителя 3 мощности. С выхода последнего усиленный сигнал через эталонный резистор 4 поступает на первый токовый электрод четырехэлектродного датчика 5Падение напряжения на эталон-ном резисторе 4 выделяется буферным усилителем 7 и подается на сигнальные входы каналов измерения активной 8 и реактивной 9 составляющих комплексной электропроводности, где соот ветственно измеряются и регистрируются каждая из составляющих. Сигналы с первого и второго измерительных электродов четырехэлектродного датчи ка 5 поступают соответственно на 55 инвертирующий вход усилителя 3 мощности и компенсирующего усилителя 6, а с выхода последнего - на второй то. ковый электрод четырехэлектродного датчика 5. 60При достаточно больших коэффициен тах усиления усилителя 3 мощности и компенсирующего усилителя 6 значения потенциалов Ц на первом измерительном электроде четырехэлектродного 65 датчика 5 и 0 на втором измерительном электроде равныО,=е; о=о,где Я - напряжение на неинвертирующем входе усилителя 3 мощ"ностиПадение напряжения ц на эталонном резисторе 4 оказывается равным0=ЕУ хо хгде 1 - значение проводимости образца горной породы между измерительными электродами;величина сопротивления эталонного резистора.Таким образом, в предлагаемом устройстве обеспечиваются прямые и независимые измерения активной и реактивной составляющих комплексной электропроводности горной породы.При конечных и равных К 1 и К для усилителя 3 мощности и комйенсирующего усилителя 6 соответственно коэффициенты усиления свойства измерителя описываются системой линейных уравнений Ов,х,-А, =1 7."аНвых, /Кагде 1 1, З " сопротивление образцагорной породы междупервым токовым и первым измерительнымэлектродами, первыми вторым измерительными электродами,вторым измерительными вторым токовымэлектродами четырехэлектродного датчика;"вых, "выход в выходные напряженияна выходе усилителя+1 +4что обеспечивает значение систематических погрешностей на уровне11 О 3157 Составитель Л. СорокинаРедактор Т.Матейко Техред Т. Маточка Корректор О.Тигор Заказ 4972/33 Тираж 711Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, 335, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная, 4 активной и реактивной составляющих электропроводности, что исключает затраты времени на их расчет по результатам измерения составляющих комплексного сопротивления, погрешности вычислений, обеспечивая тем самвел повиаение производительности труда в 1,5-2 раза и повиаение общей точности измерений,Кроме того, если в прототипе буферный усилитель, имеющий два высокоомных входа при высокой стабильности коэффициента усиления практически может быть реализован не менее,чем на двух высококачественных операционных усилителях, то в предлагае.мом устройстве буферный усилительдолжен иметь лишь один высокоомныйвход, так что практически онможет быть реализован на одномоперационном усилителе того жетипа.