Способ определения электрических свойств твердых материалов и устройство для его реализации

Реферат

 

Использование: в технической физике и геофизике для определения электрофизических свойств твердых и пластичных материалов на образцах неправильной формы. Сущность: устройство содержит емкость 2 с жидкостью, диэлектрический корпус 3, регулятор 4 уровня жидкости, бюретки с электролитом и дисцилированной водой 5 и 6, фиксатор 7, индикатор 8, магнитные мешалки 9, канал 10 для слива жидкости. В основе способа лежит изменение концентрации электролита и выравнивание за счет этого напряжений двух пар измерительных электродов, между одной из которых помещается измеряемый образец. Способ обладает высокой производительностью и применим в условиях широкого диапазона удельного электрического сопротивления исследуемых материалов. 2 с. п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к технической физике и геофизике. Способ может быть использован для определения электрофизических свойств твердых и пластичных материалов на образцах неправильной формы, в том числе для определения проводимости горных пород.

Известен способ определения удельного электрического сопротивления , заключающийся в том, что образец последовательно помещают в растворы с известными удельными сопротивлениями (i; i= 1,2,3. . . n) и измеряют ток, проходящий через эти растворы. Об удельном сопротивлении судят по раствору, в котором при погружении образца сила тока не изменяется.

Недостатком этого способа является большое количество эталонных жидкостей, поскольку диапазон природных материалов превышает 108. Кроме того, измерение весьма продолжительно, так как величина первоначально не известна.

Известен другой способ определения электрических свойств образцов горных пород, заключающийся в том, что образец последовательно помещают в два раствора с известными удельными электрическими сопротивлениями 01 и 02, измеряют разность потенциалов между приемными электродами U1 и U2, а затем вычисляют образца.

Недостатком способа является зависимость точности измерения от отношений 02/01 и /01, причем удовлетворительная точность получается только в том случае, если удельное сопротивление образца отличается от эталонных жидкостей не более чем в пять раз. Таким образом, при измерении электрических свойств образцов горных пород, имеющих большой разброс сопротивлений, погрешности недопустимо возрастают. Кроме того, сохраняется влияние стенок и дна сосуда на результаты измерений, поэтому размеры сосуда приходится увеличивать.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ измерения удельного электрического сопротивления образцов горных пород, заключающийся в том, что два однородных образца помещают в два раствора с различными удельными электрическими сопротивлениями 1 и 2, нагревают растворы, фиксируя температуры t1 и t2 в момент равенства токов, проходящих через растворы. Удельное электрическое сопротивление образца определяют по аналитической зависимости между , 1, 2 при температурах t1 и t2, соответствующих равенству удельных сопротивлений растворов и измеряемого образца.

Недостатками прототипа являются его низкие производительность и точность измерений. Производительность в значительной степени зависит от скорости равномерного нагрева жидкостей и не может быть увеличена из-за высокой теплоемкости жидкостей. Низкая точность обусловлена тем, что сложно подобрать два однородных образца с равным , и тем, что трудно аналитически оценить динамику теплопереноса в системе жидкость - образец. Кроме того, динамический диапазон измерения удельного сопротивления жидкости при нагревании не так велик по сравнению с диапазоном материалов горных пород.

Известно устройство для определения электрических свойств твердых материалов, содержащее открытый сверху диэлектрический корпус, в котором размещены два токовых электрода, между которыми расположены два измерительных электрода, емкость с помещенным в ней диэлектрическим корпусом и жидкостью.

Недостаток данного устройства является низкая производительность, обусловленная необходимостью перегрузки образцов при измерении во второй жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому является устройство для определения электрического сопротивления твердых материалов, содержащее открытый сверху и снизу диэлектрический корпус, в котором расположены два токовых электрода, между которыми размещены две пары измерительных электродов, фиксатор породы, прижимный элемент. При этом диэлектрический корпус помещен в емкость с жидкостью. Работа данного устройства заключается в том, что измерения производят сначала при помещении диэлектрического корпуса (и образца вместе с ним) в емкость с жидкостью с удельными электрическим сопротивлением 1, а затем в емкость с жидкостью с удельным электрическим сопротивлением 2. При этом обеспечивается следующее соотношение сопротивлений жидкостей: 1 2,5 2.

Недостатком известного устройства является наличие в циклограмме его работы процедуры извлечение и нового погружения диэлектрического корпуса. Кроме того, диапазон измеряемых материалов ограничивается соблюдением условия .

Цель изобретения - расширение диапазона исследуемых материалов, а также повышение производительности измерений. Достижение цели обеспечивается тем, что способ позволяет изменять проводимость электролита в очень широких пределах, а устройство значительно упрощает процедуры измерений, поскольку исключает перегрузку образцов и манипуляции с диэлектрическим корпусом.

Сущность изобретения состоит в том, что согласно способу определения электрических свойств твердых материалов, заключающемуся в пропускании тока через питающие электроды при погружении образца в жидкую среду, изменении проводимости жидкой среды до тех пор, пока проводимости среды и образца не сравняются, измеряют разность потенциалов между двумя парами измерительных электродов U, Uпри помещении образца между одной из пар измерительных электродов, изменяют концентрацию электролита до равенства U= U, причем об удельном сопротивлении образца судят по удельному сопротивлению электролита при равенстве U= U.

Сущность изобретения состоит также в том, что в устройстве для определения электрических свойств твердых материалов, содержащем диэлектрический корпус с двумя токовыми электродами и расположенными между ними двумя парами измерительных электродов, емкость с жидкостью, диэлектрический корпус выполнен открытым по всей площади, занятой электролитом, и соединен с емкостью посредством канала, при этом внутри корпуса расположены магнитные мешалки, а над ним - бюретки с электролитами различной концентрации и регулятор уровня жидкости, снабженный механизмом его перемещения в вертикальной плоскости.

На чертеже представлена схема устройства для определения электрических свойств горных пород.

На каркасе 1 закреплены емкость 2 с жидкостью, диэлектрический корпус 3, регулятор 4 уровня жидкости, бюретка 5 с электролитом и бюретка 6 с дистиллированной водой. Регулятор 4 снабжен фиксатором 7 и индикатором 8 уровня жидкости. В диэлектрическом корпусе 3 расположены токовые электроды А и В, между которыми закреплены две пары сеточных измерительных электродов М1N1 и М2N2. Здесь же расположены магнитные мешалки 9. В диэлектрическом корпусе выполнен канал 10 для слива избытка жидкости в емкость 2.

Изобретение осуществляется следующим образом.

Перед циклом измерений производится эталонировка измерительной ячейки (один раз в месяц), для чего с помощью набора эталонных электролитов определяется значение калибровочного коэффициента K = = , где IАВ - ток через питающие электроды; U; U - разности потенциалов; n - число эталонных жидкостей. В процессе эталонировки перемещением одного из измерительных электродов (например, М1) добиваются равенства U= U, после чего положение электрода фиксируется. В диэлектрический корпус 1 наливается проводящая жидкость (электролит) с удельным электрическим сопротивлением o. Образец помещают в пространство между измерительными электродами М1 и N1. Через питающие электроды А и В пропускают электрический ток и измеряют разности потенциалов U и U. Если U > U, то проводимость исследуемого образца меньше проводимости среды и следует снизить концентрацию электролита, например, разбавлением дистилированной водой. Для этого ослабляют фиксатор 7 и опускают регулятор 4 уровня жидкости на то количество делений индикатора 8, которое обеспечивает через канал 10 в емкость 2 слив такого объема электролита проводимостью 1/ o, замена которого дистилированной водой ведет к изменению его сопротивления на величину, достаточную для компенсации различия между U и U. После слива электролита открывают бюретку 6 и доливают в диэлектрический корпус 3 необходимое количество дистилированной воды. Включают магнитные мешалки и тщательно перемешивают жидкость. Затем производят повторные измерения U и U. При их различии, уже не прибегая к процедуре слива электролита в емкость 2, добавляют небольшие количества жидкостей из бюретки 5 или 6, добиваясь идеального совпадения значений U и U.

Если при первоначальном замере выяснилось, что U < U, то все описанные процедуры повторяют, пользуясь бюреткой 5.

Равенство U= U свидетельствует о том, что сопротивление материала равно сопротивлению электролита. Удельное сопротивление материала вычисляют по формуле = K = K , где К - значение эталонировочного коэффициента.

(56) Авторское свидетельство СССР N 1002932, кл. G 01 N 27/22, 1983.

Авторское свидетельство СССР N 1573404, кл. G 01 N 27/00, 1990.

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ТВЕРДЫХ МАТЕРИАЛОВ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 1. Способ опpеделения электpических свойств твеpдых матеpиалов, заключающийся в том, что пpопускают ток чеpез питающие электpоды пpи погpужении обpазца в жидкую сpеду, изменяют пpоводимость жидкой сpеды до тех поp, пока пpоводимости сpеды и обpазца не сpавняются, отличающийся тем, что, с целью pасшиpения диапазона исследуемых матеpиалов, измеpяют pазность потенциалов между двумя паpами измеpительных электpодов UM1N1 , UM2N2 пpи помещении обpазца между одной из паp измеpительных электpодов, изменяют концентpацию электpолита до pавенства UM1N1 = UM2N2 , пpичем об удельном сопpотивлении обpазца судят по удельному сопpотивлению электpолита пpи pавенстве UM1N1 = UM2N2 .

2. Устpойство для опpеделения электpических свойств твеpдых матеpиалов, содеpжащее диэлектpический коpпус с двумя токовыми электpодами и pасположенными между ними двумя паpами измеpительных электpодов, емкость с жидкостью, отличающееся тем, что, с целью повышения пpоизводительности измеpений, диэлектpический коpпус выполнен откpытым по всей площади занятой электpолитом и соединен с емкостью посpедством канала, пpи этом внутpи коpпуса pасположены магнитные мешалки, а над ним бюpетки с электpолитами pазличной концентpации и pегулятоp уpовня жидкости, снабженный механизмом его пеpемещения в веpтикальной плоскости.

РИСУНКИ

Рисунок 1