Способ измерения коэффициентанелинейности электропроводностиматериалов

Способ измерения коэффициентанелинейности электропроводностиматериалов

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Союз Советских

Социалистических

РВСПУбЛИК

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ЕТИЛЬСТВУ

< >8089?3 (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 280478 (21) 2611138/18-21 с присоединением заявки Н9 (23) Приоритет

Опубликовано 283281, Бюллетень Йо 8

Дата опубликования описания 280281

Р1)М. Кл.

G 01 R 27/02

G 01 V 31/26

Государствеииый комитет

СССР ио делам изобретеиий и открытий (- З) Ю) 621. 317. .333(088.8) Ю.В. Аладинский,Л.З. .Бобровников, В.A.П и В.В. Сушкевич (72) Авторы изобретения

{71) Заявитель

Московский ордена Трудового Красного Знам геологоразведочный институт им. С.Орджони (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА

НЕЛИНЕЙНОСТИ ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТИ

МАТЕРИАЛОВ

Изобретение относится к электроизмерениям и может быть использовано для определения электрических свойств материалов, например полупроводников, а также электрических свойств земли при ге оэле кт рор аз в едк е .

Известен способ измерения коэффициента нелинейности электропроводности полупроводников путем измерения изменения электрических параметров образца, например постоянного тока, протекающего через образец, в котором изме рения постоянного тока проводят при двух частотах модуляции высокочастотного электрического поля (11

Недостатком известного способа является то, что он не может быть применен для исследования коэффициента нелинейности электропроводности материалов, в которых указанная нелинейность проявляется только в диапазоне низких и инфранизких частот,в том числе и коэффициента нелинейности электропроводности горных пород и руд °

Известен также способ измерения коэффициента нелинейности электропроводности матерйалов, заключаю-. щийся в том, что в исследуемый материал вводят переменный ток

30 рабочей частоты (диапазон низких и инфранизких частот), в заданных точках измерения свойств материала с помощью измерительной цепи измеряют сигнал удвоенной рабочей частоты, по которому судят о коэффициенте нелинейности электропроводности материала (2) .

Недостатком этого способа измерений является низкая точность,обусловленная тем, что .измеряемый сигнал удвоенной рабочей частоты (второй гармоники) зависит как от нелинейности электропроводности материала, так и от нелинейности переходных сопро= тнвлений контактов токовводы — излучаемый материал. При этом в виду того, 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 насыщен влагой.

Цель изобретения — увеличение точности измерений путем исключения погрешностей, обусловленных

806973 появлением в спектре переменного тока составляющей удвоенной рабочей частоты, вызванной нелинейностью переходных сопротивлений на контакте токовводов и исследуемого материала.

Укаэанная цель достигается тем, что в способе измерения коэффициента нелинейности электропроводности материалов, заключающемся в том, что в йсследуемыйматериал вводят переменный ток рабочей частоты, в заданных точках измерения свойств материала с помощью измерительной цепи измеряют сигнал удвоенной рабочей частоты, по которому судят о коэффициенте нелинейности электропроводности материала, вначале вводят в исследуемый материал переменный ток удвоенной рабочей частоты, компенсируют в точках измерения измеряемый сигнал удвоенной рабочей частоты сигналом из токовой цепи с помощью компенсационной цепи с регулирующими элементами, затем, не изменяя параметров регулирующих элементов, уменьшают частоту переменного тока в два раза, а измерения сигнала удвоенной рабочей частоты проводят при включенной компенсационной цепи.

Значение рабочей частоты определяется характером изучаемого материала.

Так, если изучаются образцы горных пород и руд или нелинейность электропроводности земли, рабочую частоту выбирают из диапазона десятые-сотые доли герца — десятки герц, так как именно в этом диапазоне нелинейность электропроводности проявляется наиболее отчетливо. Электроды предназначены для осуществления гальванического ввода тока в изучаемый материал.

В заданных точках измерения свойств материала располагают вторую пару приемных электродов, к которым подключается измерительная цепь. Измерительная цепь представляет собой последовательно соединенные предварительный усилитель, избирательный усилитель, частота настройки которого равна удвоенной рабочей частоте переменного тока, вводимого в исследуемый материал, и амплитудный (или амплидудно-фазовый) измеритель, позволяющий определить амплитуду (и, если необходимо, фазу)"принятого сигнала удвоенной рабочей частоты (второй гармоники) . Частота настройки избирательного усилителя может переключаться,что позволяет измерять не только параметры .сигнала удвоенной рабочей частоты, но и сигнала основной рабочей частоты. В этом случае в качестве коэффициента нелинейности электропроводности используют отношение амплитуды сигнала удвоенной рабочей частоты к амплиту«. де сигнала основной частоты. Как показывают эксперименты и расчеты коэффициент не .кнейности электропро водности большинства материалов (в том числе и горных пород и руд) очень мал, составляет сотые доли процента и зависит от плотности тока, пропускаемого через исследуемый

Материал. Если на разных материалах измерения проводились при разных плотностях тока,то коэффициент нелинейности относят к величине возбуждающего тока, т.е. рассматривают нормиРованные значения коэффициента нелинейности.

Ввиду того, что площадь питающих электродов, через которые в:gсследу45 емый материал вводят ток,является or— ранкченной и не может быть сделана большой (эти электроды должны быть точечными),плотность тока, протекающего через контакт токовый.электрод — исследуемый материал,оказыва2О ется значительно больше плотности тока, протекающего через исследуемый материал. При этом исследуемый материал обычно насыщен влагой (образцы горных пород и руд,земля),а поэто25 му импеданс питающих электродов является комплексным, зависящим от частоты, и нелинейным. Ввиду нелинейности переходных сопротивлений на контакте токовводов и исследуемого материаЗр ла в спектРе переменного тока появляется составляющая удвоенной рабочей частоты, амплитуда которой может достигать десятых долей единиц процентов от амплитуды тока основной рабочей частоты.

Составляющая переменного тока удвоенной рабочей частоты, проходя через исследуемый материал, создает в точках измерений напряжение удвоенной рабочей частоты, величина которо4О го обратно пропорциональна электропроводности материала. Это напряжение складывается с полезным сигналом удвоенной рабочей частоты,принимаемым в точках измерения и обус45 ловленным нелинейностью Ячектропроводности материала вблизи точек измерения. Так как частота этих сигналов одинакова,а амплитуда ложного сигнала может значительно превышать ампg0 литуду полезного сигнала,то разделить указанные сигналы не удается,. ввиду чего известный способ является низкоточным и применяется для изучения материалов с высоким коэффициентом нелинейности электропроводности.

В предлагаемом способе в исследуемый матерна;-. вначале вводят переменный ток удвоенной рабочей частоты (на эту же частоту настроен избирательный усилитель измерительной цепи) . Принятый с помощью измерительной цепи сигнал этой частоты компенсируют сигналом из токовой цепи с помощью компенсационной цепи с регулирующими элементами. Для этого в цепь, 808973

Формула изобретения

Способ измерения коэффициента нелинейности электропроводности материалов, заключающийся в том,что в исследуемый материал вводят переменный ток рабочей частоты,в заданных точках измерения свойств материала с помощью измерительной цепи измеряют сигнал удвоенной рабочей частоты,по которому судят о коэффициенте нелинейности электропроводности материала,о тл и ч а ю шийся тем,что,с целью ,повышения точности измерений путем исключения погрешностей, обусловлен ных появлением в спектре переменного тока составляющей удвоенной рабочей частоты, вызванной нелинейностью переходных сопротивлений на контакте токовводов и исследуемого материала, вначале вводят s исследуемый материал переменный ток удвоенной рабочей частоты, компенсируют в точках измерения измеряемый сигнал удвоенной рабочей частоты сигналом из токовой цепи с помощью компенсационной цепи с регулирующими элементами,затем,не изменяя параметров регулирующих элементов, уменьшают частоту переменного тока в два раза,а измерения сигнала удвоенной рабочей час- ,тоты проводят при включенной компенI сационной цепи.

Источники информации, принятые Во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 494707,кл.6 01 Ч 31/26, 1975.

2. Кулешов Ю.Р. Нелинейные параметрические радиоцепи. Киев,1970, с. 8-28.

Составитель Л. Сорокина

Редактор С. Тараненко Тех9ед H. Бабурка Корректор Н. Стец

Заказ 404/48 Тираж 743 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам -изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ПЛП Патент, г. v n . . âîåêòíàÿ, 4 через которую вводят ток в исследуемый материал, последовательно включают сопротивление (например,шунт в 1 Ом), к нему подключают блок галь;ванической развязки (например, модуляционный трансформатор постоянного 5 ,тока) с регулирующими элементами на выходе (например,четырехступенчатыми декадными резистивными аттенюаторами и блоком интегрирования) . Выход компенсационной цепи включают последовательно со входом измерительной цепи таким образом, чтобы компенсирующий сигнал был в противофазе с принимаемым сигналом. Изменяя регулирующие элементы, добиваются компенсации принятого измерительной цепью сигнала компенсирующим сигналом (при этом активная часть сигнала компенсируется регулировкой резистивных аттенюаторов,а реактивная часть сигнала — изменением емкости конденса- 20 торов блока интегрирования).

После выполнения операции компенсации сигналов,не изменяя параметров

Регулирующих элементов компенсационной цепи, уменьшают частоту пеРемен- я5 ного тока в два раза (устанавливают основную рабочую частоту),а частоту .настройки избирательного усилителя измерительной цепи сохраняют неизменной, т.е. равной удвоенной основной рабочей частоте. Кроме того,компенсационную цепь невыключают,а оставляют включенной последовательно с измерительной цепью. При этом измеренный измерительной цепью сигнал удвоенной рабочей частоты зависит только от величины коэффициента нелинейности электропроводности исследуемого материала и свободен от той части сигнала удвоенной рабочей частоты, которая обусловлена составляющей уд- 40 военной частоты в спектре переменного тока.

Действительно, если в спектре переменного тока появляется составляющая удвоенной, рабочей частоты,то она одновременно создает падение напряжения на участке материала,где расположены приемные электроды измерительной цепи. Так как в процессе выполнения предыдущей операции парамет- ® ры регулирующих элементов были подобраны таким образом,что падение напряжения на них равно по величине и противопаложно по знаку напряжению на входе измерительной цепи,то ложный сигнал удвоеннойрабочей частоты на входе измерительной цепи будет автоматически подавлен сигналом из компенсационной цепи,что и позволяет полностью исключить влияние ложного сигн ала.

Таким образом, измеренный после уменьшения в 2 раза частоты возбуждающего тока сигнал удвоенной рабочей частоты позволяет определить, коэффициент нелинейности электропроводности материала в точке измерения. Величина этого коэффициента может быть получена на выходе измерительной цепи непосредственно в процентах.