SU1045164A1

SU1045164A1 - Mountain rock and ore electrical property meter

Info

Publication number: SU1045164A1
Application number: SU823453929A
Authority: SU
Inventors: Андрей Дмитриевич Ерлыков; Александр Афанасьевич Голосов; Владимир Иванович Юзов; Юрий Борисович Зархин
Original assignee: Красноярский Политехнический Институт
Priority date: 1982-06-11
Filing date: 1982-06-11
Publication date: 1983-09-30

Abstract

1. ИЗМЕРИТЕЛЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ. СВОЙСТВ ГОРНЫХ ПОРОД И РУД, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель и усилитель мощности, эталонный резистор , четырехэлектрод1шй. датчик с измер емым образцом,первый токовый электрод которого соединен с выходом усилител мощности через эталонный резистор, буферный усилитель дифференциального типа, входы jKOToporo подключены к измерительным электродам четырехэлектродногр датчика , каналы измерени активной и реактивной составл ющих комплексного сопротивлени , сигнальные входы которых соединены с выходом буферного усилител , а опорные - с выходами фазорасщепител , отличающийс тем, что, с повышени точности измерений путем снижени вли ни внешних помех и собственных шумов измерительных трактов , в него введены дополнительный усилит.ель и корректирующий четырехполюсник , вход которого подключен к выходу дополнительного усилител , а выход - к неинвертирующему входу (Л дополнительнрго усилител , причем инвертирующий вход дополнительного усилител соединен с первым токовым электродом датчика, а его выход - с вторым токовым электродом датчика, 2. Измеритель поп.1,отличающийс тем, что, корректирук ций четырёхполюсник содержит первый резистор, включенный между 4: неинвертирующим входом дополнительного усилител и землей, и паралсл лельно соединенные второй резистор ;и конденсатор, включенные между ,выходом дополнительного усилител а и его неинвертирующим входом. 41. ELECTRICAL METER. PROPERTIES OF MOUNTAIN BREEDS AND ORES, containing serially connected master oscillator, phase splitter and power amplifier, reference resistor, four-electrode 1. a sensor with a sample to be measured, the first current electrode of which is connected to the output of the power amplifier through a reference resistor, a differential type buffer amplifier, the jKOToporo inputs are connected to the measuring electrodes of a four-electrode sensor, the measuring impedance components of the complex resistance, the signal inputs of which are connected to the output buffer the amplifier, and the reference ones with the phase splitter outputs, characterized in that, with an increase in the measurement accuracy by reducing the influence of external interference and with noises of the measuring paths, an additional amplifier and a quadrupole correction are introduced into it, the input of which is connected to the output of the additional amplifier, and the output - to the non-inverting input (L of the additional amplifier, the inverting input of the additional amplifier is connected to the first current electrode of the sensor, and its output - with the second current electrode of the sensor, 2. Measuring instrument pop.1, characterized in that, the quadrupole corrections contain the first resistor connected between 4: a non-inverting input g additionally amplifier and ground, and paralsl allel connected the second resistor, and a capacitor connected between, an additional amplifier and output and its inverting input. four

Description

Изобретение относитс к контрол но-измеритедьной технике и может бы использовано, в частности, при гео физических исследовани х электроразведочными методами. Известно устройство, содержащее задающий генератор со ступенчатой перестройкой частоты, триггерный фазорасщепитель, двухэлектродный датчик, схему сравнени , избирательный и основной усилители соединенные последовательно/ а также два синхронных детектора, сигнал ные входы которых соединены с выходом основного усилител , а управл ющие - с выходами фазорасщепител , выходы синхронных детекторов подключены к стрелочным нуль-индикаторам , между выходами фазорасщепите .л и входами схемы сравнени включены схемы компенсации выходног сигнала датчика по двум квадратурным составл ющим - активной и реактивной 1 ... Использова.ние устройств, требующих ручной компенсации особенно по двум квадратурным составл ющим, св зано со значительными затратами времени, что снижает производительность труда. Кроме того, применение двухзлектродных датчиков приводит к заметным погрешност м измерений из-за вли ни переходных контактов на границах электрод-образец особен но при низкоомных образцах горных ПОРОД.. Наиболее близким к предлагаемому вл етс устройство, содержащее последовательно соединенные задающи генератор, фазорасщепитель и усилитель мощности, эталонный резистор четырехэлектродный датчик с измер е мым образцом, первый токовый электрод которого соединен с выходом усилител мощности через эталонный резистор, а второй - заземлен, буферный усилитель дифференциального типа, входы которого подключены к измерительным электродам четырехэлектродного датчика, каналы измерени активной и реактивной составл ющих комплексного сопротивлени сигнальные входы которых соединены с выходом буферного усилител , а опорные - с выходами фазорасщепи ,тел 2 . Напр жение на входных клеммах буферного, дифференциального усилител определ етс выражением где Z. и сопротивлени измер емого образца межд токовыми и соответст венно измерительными электродами) R - сопротивление эталонного резистора; - выходное напр жение усилител мощности. Дл обеспечени посто нства тока, протекающего через образец, сопротивление эталонного резистора выбрано из услови Яд7/1100-1000))( I, где l niQxl максимальное значение модул комплексного сопротивлени измер емого образца между токовыми электродами. Интерпретаци результатов измерений может производитьс по.следующей приближенной формуле o RotUcjle). Величина систематической погрешности , св занна с погрешностью эталонного резистора Rj,, равна . 2о-2-о 5eCV)(Ro) Z Ucj.e(Ro-+-L) . - - J . + RO 1 (5 0,00-1-0,01, Коэффициент передачи датчика-преобразовател в прототипе . К е откуда что приводит к снижению точности за счет случайных составл ющих погрешностей, св занных с вли нием собственных шумов измерительных трактов и внешних помех. Цель изобретени - повышение точности измерений путем снижени вли ни внешних помех и собственных шумов измерительных трактов. Поставленна цель достигаетс , тем, что в измеритель электрических, свойств горных пород и руд, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, фазорасщепитель и усилитель мощности, эталонный резистор , четырехэлектродный датчик с измер емым образцом, первый токовый электрод которого соединен с выходом усилител мощности через эталонный резистор, буферный усилитель дифференциального типа, входы которого подключены к измерительным электродам четырехэлектродного датчика, а также каналы измерени активной и реактивной составл ющих комплекс ного сопротивлени , ситнапьные .вхо которых подключены к выходу буферн усилител дифференциального типа, а опорные - к выходам фазорасщепител , введены дополнительный усили тель и корректируквдий четырехполюс ник, вход которого подключен к вых дополнительного усилител , а выход к неинвертируквдему входу дополнительного усилител , причем инверти рующий вход дополнительного усилител соединен с первым токовым эл тродом датчика, а его выход - с вт рым токовым электродом датчика. Корректирующий четырехполюсник содержит первый резистор, включенны между неинвертирующим входом допол нительного усилител и землей, и параллельно соединенные второй резистор и конденсатор; включенные ме ду: выходом дополнительного усилител и его неинвертирующим входом. Причем выполн ютс следующие соотношен т 1 17 где R Ч сопротивление с неинверт рующего входа дополнител ного усилител на землюJ сопротивление с выхода на неинвертирующий вход дополнительного усилител ; конденсатор, включенный параллельно R.j / коэффициент усилени дополнительного усилител ; частота среза дополнительного усилител без обратной св зи. На чертеже приведен структурна схема предлагаемого измерител . Измеритель электрических свойств горных пород и руд содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, фазорасщепитель 2, уси литель 3 мощности, эталонный резистор 4, четырехэлектродный датчик 5 с измер емом образцом, первый токо вый электрод которого соединен с вы ходом усилител 3 мощности через эталонный резистор 4, дополнительный усилитель 6, инвертирующий вхо которого соединен с первым токовым электродом датчика 5, а выход подключен к второму токовому электроду четырехэлектродного. датчика 5, буферный усилитель 7, входы которого подключены к измерительным электро дам четырехэлектродного датчика 5, каналы измерени активной 8 и реакТИБной 9 составл ющих комплексного сопротивлени , сигнальные входы которых подключены к выходу буферного усилител 7, а опорные - к выходам фазорасщепител 2, в цепи обратной св зи дополнительного усилител 6 включен корректирующий четырехполюсник 10. Корректирующий четырехполюсник 10 содержит первый резистор 11, включенный между неинвертирующим входом дополнительного усилител 6 и землей, и параллельно соединенные второй резистор 12 и конденсатор 13, включенные между выходом дополнительного усилител б и его неинвертирующим входом. Устройство работает следующим образом. Задающий генератор 1 вырабатывает сигнал заданной частоты, который поступает на .вход фазорасщепител 2. С выходов фазорасщепител 2 на оцорные входы каналов измерени активной 8 и реактивной 9 составл ющих .комплексного сопротивлени подаютс опорные напр жени , сдвинутые одно относительно другого на 90°. Кроме того, напр жение с одного из выхо .дов фазорасщепител 2 поступает на усилитель 3 мощности, где усиливаетс , и через эталонный резистор 4 поступает на первый токовый электрод четырехэлектродного датчика 5.Сигнал с измерительных электродов датчика подаетс на вход буферного усилител 7 дифференциального типа, а с его выхода - на входы каналов измерени активной 8 и реактивной 9 составл ющих комплексного сопротивлени , где соответственно измер ютс и регистрируютс его соответствующие составл ющие. На второй токовый электрод четырехэлектродного датчика 5 поступает усиленное усилителем б напр жение с первого токового электрода датчика. 5, а в обратной св зи усилител б включен частотнозависимый корректирующий четырехполюсник 10. Дл изобретени можно записать t-U , U-Uftbiy о , М.1± „- Ь1Х l ftbix z, . гДе Т - .выходное напр жение усилител 3 мощности; напр жение на первом токовом электроде четырехэлект родного датчика 5. выходное напр жение допол-нитепьного усилител 6, коэффициент усилени дополнительного усилител 6 , .k -.комплексное сопротивление : измер емогб образца между токовыми электродами/ 7 и 72 - комплексные сопротивлени в составе корректирующего четырехполюсника.The invention relates to the instrumentation technology and can be used, in particular, during geo-physical investigations by electrical exploration methods. A device containing a master oscillator with frequency tuning, trigger phase splitter, two-electrode sensor, comparison circuit, selective and main amplifiers connected in series / as well as two synchronous detectors, the signal inputs of which are connected to the output of the main amplifier, and the control ones with outputs of the phase splitter are known. , the outputs of synchronous detectors are connected to analogue null indicators; between the outputs of phase-split and the inputs of the comparison circuit, the output compensation circuits with Sensor ignition in two quadrature components — active and reactive 1 ... The use of devices requiring manual compensation, especially in two quadrature components, is time consuming, which reduces labor productivity. In addition, the use of two-electrode sensors leads to noticeable measurement errors due to the influence of transient contacts at the electrode-sample borders, especially with low-resistance samples of mountain ROCKS. The device containing serially connected oscillators, phase splitters and amplifiers is the closest to the proposed one. power, the reference resistor is a four-electrode sensor with a measured sample, the first current electrode of which is connected to the output of the power amplifier through a reference resistor, and the second is ground flax, buffer amplifier of differential type, the inputs of which are connected to the measuring electrodes four-electrode sensor channels measuring the active and reactive components of the complex impedance of the signal inputs of which are connected to the output of the buffer amplifier, and the support - the outputs fazorasschepi, Tel 2. The voltage at the input terminals of the buffer, differential amplifier is defined by the expression where Z. and the resistance of the sample to be measured between current and respectively measuring electrodes) R is the resistance of the reference resistor; - output voltage of the power amplifier. To ensure constant current flowing through the sample, the resistance of the reference resistor is selected from the condition Yad7 / 1100-1000) (I, where l niQxl is the maximum value of the impedance modulus of the sample to be measured between the current electrodes. Interpretation of the measurement results can be performed using the following approximate formula about RotUcjle). The magnitude of the systematic error associated with the error of the reference resistor Rj ,, is. 2o-2-o 5eCV) (Ro) Z Ucj.e (Ro - + - L). - - J. + RO 1 (5 0.00–1–0.01, Sensor-to-Transmitter Transmitter Coefficient in the prototype. To where, which leads to a decrease in accuracy due to random component errors associated with the influence of the intrinsic noise of the measurement paths and external interference The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy by reducing the influence of external noise and the intrinsic noise of the measuring paths. The goal is achieved by the fact that the phase splitter is used to measure the electrical properties of rocks and ores containing series-connected master oscillator and a power amplifier, a reference resistor, a four-electrode sensor with a measured sample, the first current electrode of which is connected to the output of the power amplifier through a reference resistor, a differential type buffer amplifier whose inputs are connected to the measuring electrodes of the four-electrode sensor, and active and reactive measuring channels complex impedance devices, which are connected to the output of a differential-type buffer amplifier and reference ones to the outputs of the phase splitter, are introduced An additional amplifier and corrector are a four-pole, the input of which is connected to the output of the additional amplifier, and the output to the non-inverted input of the additional amplifier, the inverting input of the additional amplifier being connected to the first current electrode of the sensor, and its output to the second current electrode of the sensor. The correction quadrupole contains the first resistor, connected between the non-inverting input of the additional amplifier and the ground, and the second resistor and capacitor connected in parallel; included between: the output of an additional amplifier and its non-inverting input. Moreover, the following relations are fulfilled: t 1 17 where R h is the resistance from the non-inverting input of the additional amplifier to earth and the resistance from the output to the non-inverting input of the additional amplifier; a capacitor connected in parallel with R.j / gain of the additional amplifier; cut-off frequency of additional amplifier without feedback. The drawing shows the structural scheme of the proposed meter. The meter for the electrical properties of rocks and ores contains a series-connected master oscillator 1, a phase splitter 2, a power amplifier 3, a reference resistor 4, a four-electrode sensor 5 with a measured sample, the first current electrode of which is connected to the output of the amplifier 3 power through a reference resistor 4 , an additional amplifier 6, the inverting input of which is connected to the first current electrode of the sensor 5, and the output is connected to the second current electrode of the four-electrode. sensor 5, buffer amplifier 7, the inputs of which are connected to the measuring electrodes of the four-electrode sensor 5, measurement channels for the active 8 and reactive 9 components of the complex resistance, the signal inputs of which are connected to the output of the buffer amplifier 7, and the reference ones to the outputs of the phase splitter 2, in the circuit the feedback of the additional amplifier 6 is switched on the correction quadrupole 10. The correcting quadripole 10 contains the first resistor 11 connected between the non-inverting input of the additional amplifier 6 and the ground and the second resistor 12 and the capacitor 13 connected in parallel, connected between the output of the additional amplifier b and its non-inverting input. The device works as follows. The master oscillator 1 generates a signal of a predetermined frequency, which is fed to the inlet of the phase splitter 2. From the outputs of the phase splitter 2, the reference inputs are shifted from each other by 90 ° to the negative inputs of the measuring channels 8 and the reactive 9 components. In addition, the voltage from one of the outlets of the phase splitter 2 is fed to the power amplifier 3, where it is amplified, and through the reference resistor 4 to the first current electrode of the four-electrode sensor 5. The signal from the measuring electrodes of the sensor is fed to the input of the buffer amplifier 7 of the differential type, and, from its output, to the inputs of the measurement channels of the active 8 and reactive 9 components of the impedance, where its corresponding components are measured and recorded respectively. The second current electrode of the four-electrode sensor 5 is supplied with an amplifier-boosted voltage from the first current electrode of the sensor. 5, and in the feedback of the amplifier b, a frequency-dependent correction quadripole is switched on 10. For the invention one can write t-U, U-Uftbiy о, М.1 ± „- Ь1Х l ftbix z,. Where T is the output voltage of the amplifier 3 power; voltage on the first current electrode of the four-electrode sensor 5. output voltage of the additional amplifier 6, gain factor of the additional amplifier 6, .k - complex resistance: measuring the sample capacitance between the current electrodes / 7 and 72 - complex resistances in the corrective quadrupole .

Напр жение на измерительных электродах датчика 5The voltage at the measuring electrodes of the sensor 5

n...4LilL, .z. n ... 4LilL, .z.

игм.Igm.

Ч 1 U4Z/Ro)H 1 U4Z / Ro)

Ин±ерпретаци результатов измерени .становитс очень простой если прин ть условие 2,ч2,,к Примен В качестве дополнит ного усилител операционный уси тель, можно записать дл его ко циента усилени следующее прибл женное равенство где % - частота среза операци го усилител без обра св зи; KQ - коэффициент усилени операционного усилите на низкой частоте UJ « откуда; -1 -г Если зададимс значени ми ,.,5 . то получим, что систематическа погрешность, св занна с конечностью эталонного резистора R , пол ностью исключаетс и величину R можно брать сколь угодно малой с тем, чтобы повысить коэффициент передачи четырехэлектродного датчикапреобразовател 5. Введение дополнительных элементов и св зей в измеритель электриче ких свойств горных пород и руд позвол ёт при сохранении систематической погрешности, св занной с конечностью эталонного резистора. уменьшить величину последнего в К, разInterpreting measurement results will be very simple if condition 2, h2, ... is applied. As an additional amplifier, an operational amplifier, you can write the following approximate equality for its amplification coefficient, where% is the cut-off frequency of an operational amplifier without imaging connection; KQ is the gain of the operating amplitude at a low frequency UJ from where; -1 -r If given by the values,., 5. then we find that the systematic error associated with the limb of the reference resistor R is completely eliminated and the value of R can be taken arbitrarily small in order to increase the transfer coefficient of the four-electrode transducer sensor 5. The introduction of additional elements and connections to the meter of electrical properties of rocks and ores, while maintaining a systematic error associated with the limb of the reference resistor. reduce the value of the latter in K, times

К.TO.

JCoU;oC R JCoU; oC R

- частота среза операционного усилител без обратной св зи; Jp - рабоча частота, на которой проводитс измерение; - коэффициент усилени операционного усилител без обратной св зи, , j, сопротивление с неинвертирующего входа на землю операционного (дополнительного ) усилител , сопротивление с его выхода на неинвертирующий вход и конденсатор, включенный с выхода дополнительного усилител , на его неинвертирующий вх.бд .соответственно , ри обычных значени х параметров ционного усилител Ко 10, 27J; 100 рад/с и выборе RI Т, .о,д ШоЯгСг -(, им на рабочей частоте 100 кГц , гтг-го .io l 2-Kul i K.7f500. 1-0,9 0,9 в такое же число раз возрастает, коэффициент передачи четырехэлект1РОДНОГО датчика и амплитуда его выходного сигнала, что при посто нном уровне собственных шумов измерительных трактов в тоже число раз снижает уровень случайных погрешностей . Кроме того, снижение величины эталонного резистора позвол ет вН раз уменылить систематическую погрешность, св занную с паразитными емкост ми, шунтирующими эталонный резистор.- cut-off frequency of the operational amplifier without feedback; Jp is the operating frequency at which the measurement is performed; - the gain of the operational amplifier without feedback, j, the resistance from the non-inverting input to the ground of the operational (additional) amplifier, the resistance from its output to the non-inverting input and the capacitor connected from the output of the additional amplifier to its non-inverting input, respectively At the usual values of the parameter amplifier Co 10, 27J; 100 rad / s and choosing RI T, .o, d ShoyagSg - (, them at the operating frequency of 100 kHz, gt-th .io l 2-Kul i K.7f500. 1-0.9 0.9 in the same number times, the transmission coefficient of a four-electrode sensor and the amplitude of its output signal, which, at a constant level of intrinsic noise of the measuring paths, also reduces the level of random errors by a factor of 12. Moreover, reducing the value of the reference resistor makes it possible to reduce the systematic error associated with spurious parameters capacitors shunting the reference resistor.

Claims

1. ELECTRIC METER. PROPERTIES OF ROCKS AND ORES, containing a serially connected master oscillator, phase splitter and power amplifier, reference resistor, four-electrode. a sensor with a measured sample, the first current electrode of which is connected to (the output of the power amplifier through a reference resistor, a differential-type buffer amplifier, the inputs of which are connected to the measuring 'electrodes of the four-electrode sensor, the measurement channels of the active and reactive components of the complex resistance, the signal inputs of which are connected to the output of the buffer amplifier, and the reference ones with the outputs of the phaeo splitter, characterized in that, in order to increase the accuracy of measurements by reducing the influence of external and the intrinsic noise of the measuring paths, an additional amplifier and a correcting four-terminal are introduced into it, the input of which is connected to the output of the additional amplifier, and the output to the non-inverting input of the additional amplifier, moreover, the inverting input of the additional amplifier is connected to the first current electrode of the sensor, and its output - with a second current electrode of the sensor.

2. The meter according to claim 1, characterized in that the correcting four-port network comprises a first resistor connected between the non-inverting input of the additional amplifier and ground, and a second resistor and capacitor connected in parallel between> the output of the additional amplifier and its non-inverting input.