Измеритель электрических свойств горных пород и руд

(51) С 01 К 27/02 БРЕТЕНИЯУл ОПИСАНИЕ ИЗОн автоюам ещпоъств.85.Юзовоярский 17.78(088.8)торское свидетельство СССРкл. 6 01 К 27/02, 1983.рское свидетельство СССР1 3564048/18-21,27/02, 11.10.83 (прото(54)(57) ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХСВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД И РУД, содерка.ций задающий генератор и Фазорасщепитель, соединенные последовательно,ускпитель иощности, эталонный резистор, измерительный датчик, первыйвход которого .соединен с выходомусклитеяя мощности через эталонньйрезистор, компенсирующий усилитель,инвертирующий вход которото. эаземлен, прямой вход соединей с корпусомприбора, а выход подключен к второму с- му ГОСУДАРСТВЕННю 1 Й КОМИТЕТ ЖИМАПО ДЕЛАМ ИЗОбРЕТЕНИЙ И ОТИСЯО1155962 входу измерительного датчика, буфер.ный усилитель, входы которого лодключены 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 Фаэорасщепителя, о т л и ч а ю щ и йс 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" Б 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 первого и второго. транзисторов, один иэ. затворов подключен к выходу фазора щепителя, а другой - к регулируемо источнику смещения.Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при геофизических исследованиях.Известно устройство, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, Фазорасщепитель, усилитель мощности, эталонный резистор и измерительный датчик, а также компенсирующий усилитель, выходкоторого 16 подключен к электроду измерительного датчика, инвертирующий вход - кего второму электроду, а прямойвход через корректирующий четырехполюсннк соединен с корпусом прибора и выходом компенсирующего усилителя, каналы измерений активной и реактивной составляющих комплексного сопротивления своими опорными входами подключены к выходам фазорасщепителя, а 26сигнальными - к выходу буферного усилителя, причем входы последнего соединены с электродами измерительного датчика 13Данное устройство обладает на вы- Исоких частотах значительными погрешностями из-эа токов утечек через емкостные и иные связи между корпусом прибора и землей.Наиболее близким по технической З 6сущности к предлагаемому являетсяизмеритель электрических свойствгорных пород и руд, содержащий задающий генератор и фазорасщепитель, соединенные последовательно,. усили тель мощности и подключенный к его выходу эталонный резистор, причем прямой вход усилителя мощности через резисторы соединен с эталонным резистором и выходом фазорасщепителя, 46 инвертирующий вход усилителя мощности также через резисторы соединен с выходом усилителя мощности и корпу" сом прибора, измерительный датчик в виде симметричного электрического 43 диполя, одним своим входом подключенный к эталонному резистору, а другим - к выходу компенсирующего усилителя, инвертирующий вход которого заэемлен в месте расположения измерителя, 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 сос" тавляющих комплексного сопротивления, причем опорные входы каналов измере ния составляющих соединены с выходами фазорасщепителя Г 23.Однако известное устройство характеризуется невысоким выходным сопротивлением, не превышающим сотен килоом, н 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 Р, й ,и Р соответственно, то соотношение"зР Р,Я К . +1 +й эталонного рез е Р - з чен тора; к - коэффиц лителя и не может превь т.е. практическ десятков - первь Конечная вел противления прит усиления уси ст шать величины (й+ Р)и лежит в пределахк тен килоом. со чина выходного с система оди им погрешностям)М1Ебых собенно сущ войств выс Цель из о ости измерественным при измерениикоомных горных пород.ретения - повышениенийа точГдолжно выполняться с погрешностью, не превышающей 0,05-0,13, что весьма затруднительно для полевой аппаратуры, работающий в тяжелых климатических условиях, несоблюдение же вышеприведенного условия приводит к само- возбуждению усилителя мощности либо к резкому снижению его выходного сопротивления.Кроме того, даже при выполнении указанного соотношения выходное сопротивление усилителя мощности оказывается равнымз 155962 4Указанная цель достигается тем, рующий усилитель 5, прямой вход коточто в устройство, содержащее задаю-рого соединен с корпусом прибора ач1щии генератор и фазорасщепитель, инвертирующий заземлен в месте распосоединенные последовательно, уси- ложения измерителя, измерительный датлитель мощности, эталонный резистор,чик 6, один из входов которого подизмерительный датчик, первый вход ключен к выходу усилителя 3 мощностикоторого соединен с выходом усилите- через эталонный резистор 4, а второй-"ля мощности через эталонный реэис- к выходу компенсирующего усилителя 5тор, компенсирующий усилитель, инвер- непосредственно, буферный усилительтнрующий вход которого заэемлен, пря 7, входы которого соединены с выходамой вход соединен с корпусом прибо- ми измерительного датчика 6, каналыра, а выход подключен к второму 8 и 9 измерений активной и реактивнойвходу измерительного датчика, буфер- составляющих комплексного сопротивленый усилитель, входы которого подклю- ння, сигнальные входы которых подключены к выходам кзмерительного датчи чены к выходу буферного усилителя 7,ка, и каналы измерения активной и а опорные - к выходам фазорасщепителяреактивной составляющих комплексного 2, и четыре полевых транзистора приУсопротивления, сигнальные входы кото- чем затвор первого транзистора 10рых подключены к выходу буферного соединен с первым входом измеритель"усилителя, а опорные - к выходам 20 ного датчика 6, а его исток - со стофазорасщепителя, дополнительно вве- ком третьего транзистора 11 и прямымдены четыре полевых транзистора, при- входом усилителя 3 мощности затворЭчем первый и второй транзисторы второго транзистора 12 соединен с вывключены по схемам истоковых повто- ходом усилителя 3 мощности стокомФрителей и их затворы соединены соот четвертого транзистора 13 и инвертиветственно с первым входом измери- рующим входом усилителя 3 мощности,тельного датчика и выходом усилителя затвор четвертого транзистора 13 соемощности, а истоки - с прямым и ин- динен с выходом фазорасщепителя 2, аверсным входами усилителя мощности, затвор третьего транзистора 1 - стретий и четвертый транзисторы вклю- Зо регулируемым источником смещения Ес .чены динамическими нагрузками, их Измеритель электрических свойствстоки соединены с истоками первого и горных пород и руд работает следуювторого транзисторов, один из затво- щим образом.ров подключен к выходу фаэорасщепите- Задающий генератор 1 вырабатываетля, а другой - к регулируемому источ- сигнал заданной частоты и подает его33нику смещения. на вход фазорасщепителя 2. С выходаИспользование транзистора динами- последнего. на опорные входы каналовческой нагрузки истокового повтори и 9 ьрмерения активной и реактивнойтеля для подачи иа вход усилителя, составляющих комплексного сопротивохватываемого обратными связями, ления поступают опорные сигналы, сдвивходного сигнала позволяет надежно нутые друг относительно друга на 90изолировать источник сигнала от цепей: кроме того, сигнал а одного из выобратных связей и исключить его влия- ходов фазорасщепителя 2 поступаетние на глубину обратных связей. В на затвор транзистора 13, а с егоцелом появляется возможность значи стока - на инвертирующий вход усилительно увеличить величину выходного теля 3 мошности, где усиливаетсьсопротивления, исключить иеобходи- и через эталонный р ., 4н й резистор подаетсямость точного подбора глубин положи-на первый вход ивход измерительного датчительной и отрицательной обратных ка 6.связей. КоэфФициент усиления транзистора 13На чертеже приведена структурная .определяется выражениемсхема предлагаемого устройства. 6,к: ф,Измеритель электрических свойств и Я2горных пород и руд содержит последо- где 5, и 5 - крутизна второго 12 нвательно соединенные задающий генера-зз четвертого 13 транзистор 1 и фазорасщепитель 2, усилитель3 мощности, к выходу которого подклю- Коэффициент близок к единице ичен эталонный резистор 4, компенси- стабилен в широкополом интервале1155 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 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 26 падению напряжения на эталонном резисторе 4 и на вход измерительного датчика 6 поступает ток стабильный по амплитуде и фазе независимо от величины комплексного сбпративле ния датчика 6.Лифференциальное напряжение на входе компенсирующего усилителя 5 пропорционально разности потенциалов между корпусом прибора и землей в 39 месте его расположения., это напряжение усиливается компенсирующим усилителем 5 и подается на второй вход измерительного датчика 6. При достаточно большом коэффициенте усиле- З ния компенсирующего усилителя 5 разность потенциалов между корпусом измерителя и землей в 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 дифференциальногобуферного 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 нагрузкойэа;.1+Вй,где 5 - крутизна транзистора; 962Р; - его внутреннее сопротивление,близки к единице и стабильны какпри смене транзисторов, так и приизменении температуры. Для типовыхразбросов параметров транзисторов5 = (5,2-10,5) мА(В, Р(70-200) КОм(транзисторы типа КП 305) разброскоэффициентов усиления истоковыхповторителей не превышает 0,5 Х, апри регулировке крутизны транзисторов10 и 11 изменением напряжения смещения на базе, транзистора 11 либо прииспользовании. согласованных пар транзисторов снижается в 10-30 раз, практически не завися от. температуры окружаощей среды, что по сравнению спрототипом заметно упрощает процедуруподстройки глубин положительной иотрицательной обратных связей и ихподдержания в широком диапазоне температур окружающей среды.Входное сопротивление истоковогоповторителя имеет емкостный.характер и чрезвычайно высоко. Эквивалентная входная емкость:повторителя равна С :С +С 1-Кгде С в . емкость затвор-сток транзсзистора;С - емкость затвор-.исток,и при обычных значениях параметровтранзисторов Сз 0,7 пФ, С5 пФне превышает С 40,7 пФ, В результатевыходное сопротивление усилителя мощмности оказывается равнымВЬа= о 1),что намного больше значения выходного сопротивления, достигаемого в прототипе.гВерхняя граничная частота истоковых повторителей с динамической на- грузкойгдеС и С - входная емкость усилителя мощности и паразитная емкость монтажа. составляет Го. 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 о2+: 30-оо 1 2) оставитель Л. Сорокинехред И,Асталош ектор А.Зимокосов Ковач елакт Подписноео комитета СССР Заказ 3134/ Тираж 748 ВНИИПИ Государс по делам изоб 113035, Иосква, енин и открытий35, Раушская наб.,5 линд ППП "Патент", г. Ужгород, ул ктная, 4 7 1По сравнению с прототипом изобретение позволяет в раз повысить выходное сопротивлениеусилителя мощности, работающего врежиме генератора стабильного тока,во столько же раз уменьшается погрешность из-за влияния конечности еговыходного сопротивления. При использовании в истоковых повторителях согласованных пар транзисторов исключается необходимость подстройки глу"бин положительной и отрицательнойобратных связей, надежно обеспечивается стабильность между соотношением положительной и отрицательнойобратных связей в широком диапазонетемператур. Кроме того, хорошие частотные свойства истоковых повторителей устраняют дополнительные фазовыесдвиги в цепях обратных связей, чтообеспечивает устойчивость усилителямощности,