а Изобретение относитс к области электроиэмерениЛ и может быть испол зовано дл определени электрич€;ски свойств материалов, например полупроводников , а также электрических стойств земли при геоэлектроразведке Известен способ измерени коэффициента нелинейности электропроводно ти полупроводников путем измерени изменени электрических параметров образца, например посто нного тока, протекающего через образец, в котором измерени посто нного тока прово д т при двух частотах модул ции высо кочастотного электрического пол ij Однако известный способ не может быть применен дл измерени коэффициента нелинейности электропроводности материалов, в которых указанна нелинейность про вл етс только в диапазоне низких и инфранизких час тот, в том числе и коэффициента нелинейности электропроводности горных пород и руд. Известен способ измерени коэффициента нелинейности электропроводности материалов, заключающийс в том, что в исследуемый материал ввод т переменный ток рабочей частоты, а в заданных точках измерений свойст материала измер ют сигнал удвоенной рабочей частоты, по которому суд т о коэффициенте нелинейности электропроводности материала 2 . Недостатком этого способа измереНИИ вл етс низка точность, обусловленна тем, что из;--;ерительный сиг нал удвоенной рабочей частоты(второй гармоники) зависит как от нелинейности электропроводности материала, так и от нелинейности переходных сопротивлений контактов токовводы изучаемый материал. При этом в виду того, что плотность тока на этих кон тактах значительно больше, чем плотность тока в изучаемом материале, измер емый сигнал второй гармоники в значительно большей степени обусловлен нелинейностью переходных сопротивлений контактов, чем нелинейностью свойств материала, особенно если изучаемый материал насыщен влагой. Наиболее близким к изобретению . вл етс способ измерени - коэффициента нелинейности электропроводности материалов, включающий введение в исследуеьзый материал вспомогательного тока, компенсацию током от того же источника с помощью регулируемой компенсационной цепи падени нап р жени в точках измерени , выключение токов вспомогательного и компенсационного , пропускание рабочего переменного тока пр моугольной через материал и отрегулированную з процессе ког пенсации при пропускании вспомогательного тока цепь компенсэ ции, измерение падени напр жени от рабочего тока в точках измерени 3} . Недостатком данного способа вл етс ограниченна область его применени , что обусловлено возможностью применени в нем только рабочего тока синусоидальной формы. Если же ток имеет пр моугольную форму, что технически предпочтительно, особенно при измерении коэффициента нелинейности электропроводности земли, когда дл nojiy4eHKH достаточных полезных сигналов силу тока необходимо выбирать не менее 10-20А при частоте 0,1-.10 Гц (серийно выпускаемых генераторов синусоидального TOi-a указанного диапазона частот и необходимой мощности в насто шее врем не имеетс ), то в р де случаев эффект нелинейное ти электропроводности исследуемых материалов может быть не обнаружен. Это объ сн етс тем, что за счет не. линейных полупроводниковых свойств (Материалов в точках измерений амплиг туды измер емого сигнала в один и другой полупериоды оказываютс различными (в один полупериод большей, а в другой - меньшей). Если форма возбуждающего тока нелинейна , то за счет разной амплитуды измер емого сигнала в и в другой полупериод .может быть выделен сигнал удвоенной рабочей частоты,- который и несет информацию о нелинейности злектропрог водности материалов. Если же форма возбуждающего тока пр моугольна , то в измер емом сигнале оказываетс разной амплитуда положительного и отрицательного импульсов. Это приводит к тому, ЧТО форма измер емого сигнала остаетс пр моугольной, такой же, как и форма возбуждающего тока, в измер емом сигнале по вл етс только посто нна составл юща , а втора и все другие четные гармоники отсутствуют. Цель изобретени - повышение точности измерений путем обеспечени измерени коэффициента нелинейности электропроводности материалов при использовании любой,в том числе и пр моугольной формы возбуждающего тока„ Поставленна цель достигаетс тем, что согласно способу измерени коэффициента нелинейности электропровод-ности материалов, включающему введе ,ние в исследуемый материал вспомогательного тока, компенсацию током от того же источника с помощью регулируемой компенсационной цепи падекй напр жени в точках измерени , выключение токов вспомогательного н компенсационного, пропускание рабочего переменного тока пр моугольной формы через материал и отрегулированную в процессе компенсации при пропускании вспомогательного тока цепь компенсации, измерение падени напр жени от рабочего тока Б точках измерени , вспомогательный ток выбирают посто нным, измер ют посто нное падение напр жени в точках измерени при включенной компенсационной цепи и переменное падение напр жени при выключенной компенсационной цепи, измерение провод т дважды с использованием вспомогательного тока двух направлений, определ ют отношение амплитуд падени напр жени посто нного и переменного токов дл каждого из двух замеров и по их полусумме суд т о величине коэффициента нелинейности электропроводности материала Сущность предлагаемого способа заключаетс в следующем. Вначале ввод т.в исследуемый мате риал посто нный вспомогательный ток который можно считать импульсом пост то нного тока (тока нулевой частоты) В заданных точках измерени свойств материалов располагают вторую пару приемных электродов, к которым подг ключаетс измерительна цепь, котора представл ет собой параллельно соединенные микровольтметры посто нного и переменного напр жени . На входе микровольтметра посто нного тока может быть установлен автономны компенсатор посто нного напр жени , с помощью которого компенсируют собственную разность . потенциалов приемных электродов до включени посто нного тока ( если примен ютс электроды, у которых соб ственна разность потенциалов не рав на нулю). Прин тыйв точке измерени сигнал посто нного напр жени , возбуждаемый вспомогательным током, компенсируют сигналом из токовой цепи с помощью компенсационной цепи с регулирующими элементами. Дл этого в цепь, через, которую ввод т ток в исследуемый материал, последовательно включают резистор, например шунт в 0,10 м, к нему подключают блок гальванической разв зки, например модул ционный трансформатор посто нного тока с регулирующими элементами на выходе четырехступечатыми декадными резистивными аттенюаторами. Выход компенсационной цепи включают последова--; тельно с входом измерительной цепи. При компенсации, измен величину регулирующих элементов, добиваютс нулевых показаний микровольтметра посто нного тока, Затем в исследуе№лй материал чере ту же токовую цепь ввод т ток рабочи преимущественно инфранизкой частоты, В точках измерений, не измен параметров регулирующих элементов компенсационной цепи и сохран эту цеп включенной точно так же, как и при компенсации сигнала посто нного напр жени , измер ют амплитуду посто нного напр жени , а также амплитуду переменного напр жени при выключенной компенсации цепи, Кэффициент нелинейности электропроводности определ ют как отношение амплитуды посто нного напр жени к амплитуде переменного напр жени на приемных электродах. Если переменный ток имеет пр моугольную форму, то дл материалов , у которых нелинейные эффекты отсутствуют, напр жение на приемных электродах имеет такую же форму, как и ток, а посто нное (выпр мленное) напр жение отсутствует, У материалов с нелинейной электропроводностью в измер емом напр жении амплитуда отрицательного и положительного полупериодов оказываетс разной, что приводит к по влению посто нного медленно, измен ющегос напр жени . Амплитуда посто нного напр жени пропорциональна коэффициенту нелинейности материала и служит его мерой. После первого включени вспомогательного тока через токовводы начинает протекать посто нный ток определенной пол рности, который создает в точке измерений сигнал, пропорцио- . нальный удельному сопротивлению исследуемого материала,- Ввиду того, что этот сигнал электрически скомпен : сирован, а затем после введени через токовводы рабочего тока компенсационна цепь сохран етс включен1аой , выпр мленный (посто нный) ток,-- обусловленный выпр мл ющим действием токрвводов при прохождении через них переменного тока, не создает в точках измерений ложного сигнала, оказывающего вли ни на результат измерений , так как этот ложный сигнал автоматически компенсируетс компенсационной цепью. Так как выпр мл ющие свойства токовводов никогда точно не известны, может оказатьс , что пол рность выпр мленного токовводами тока (при пропускании через них переменного рабочего тока) противоположна пол рности первого импульра вспомогательного , В этом случае услови компенсации при пропускании вспомогательного и рабочего,токов также оказываютс разными . Теоретические расчеты и экспери, менты показывают, что в большинстве случаев погрешностью, обусловленной неиндентичностью условий компенсации, можно пренебречь, и только при измерени х на материалах с очень слабо выраженной нелинейностью электропроводности погрешность оказываетс недопустимой. Дл устранени указанной погрешности после осуществлени рассмот- ренного цикла измерений в исследуемый материал ввод т повторно вспомогательный ток другой пол рности.The invention relates to the field of electrical measurements and can be used to determine the electrical properties of materials, such as semiconductors, as well as the electrical properties of earth during geoelectrical exploration. There is a method of measuring the non-linearity of the electrical conductivity of semiconductors by measuring changes in the electrical parameters of a sample, such as direct current, flowing through the sample, in which DC measurements are conducted at two modulation frequencies of the high-frequency electric field ij Od However, the known method cannot be applied to measure the nonlinearity coefficient of the electrical conductivity of materials in which the indicated nonlinearity occurs only in the range of low and infralow frequencies, including the nonlinearity coefficient of the electrical conductivity of rocks and ores. A known method for measuring the non-linearity coefficient of the electrical conductivity of materials consists in introducing an alternating current of operating frequency into the material under study, and a signal of twice the operating frequency is measured at specified measurement points of the material, which determines the non-linearity coefficient of the electrical conductivity of the material 2. The disadvantage of this measurement method is low accuracy due to the fact that the test signal of twice the working frequency (second harmonic) depends on both the non-linearity of the material's electrical conductivity and the non-linearity of the contact resistances of the current lead contacts of the material being studied. Moreover, since the current density at these contacts is much higher than the current density in the material under study, the measured second harmonic signal is much more due to the nonlinearity of the contact resistances than the material properties, especially if the material under study is saturated with moisture. Closest to the invention. is the method of measurement - the nonlinearity coefficient of the electrical conductivity of materials, which includes the introduction of auxiliary current into the test material, current compensation from the same source by means of an adjustable compensation circuit of a voltage drop at measuring points, switching off the auxiliary and compensation currents, and passing an alternating current through a rectangular material and regulated during the co-sensation process by passing the auxiliary current compensation circuit, measuring the voltage drop from the slave The current is at the measuring points 3}. The disadvantage of this method is the limited scope of its application, which is due to the possibility of using only a sinusoidal operating current in it. If the current has a rectangular shape, which is technically preferable, especially when measuring the non-linearity coefficient of the earth's electrical conductivity, when for nojiy4eHKH of sufficient useful signals, the current strength must be chosen at least 10-20A at a frequency of 0.1-10 Hz (commercially available sinusoidal TOi generators -a of the specified frequency range and the required power is not currently available), then in a number of cases the non-linear effect of the electrical conductivity of the materials under study may not be detected. This is due to the fact that there is no expense. linear materials semiconductor properties (materials at the measurement points amplitudes of the measured signal in one and another half-periods are different (in one half-period more, and in the other - less). If the form of the exciting current is non-linear, then due to the different amplitude of the measured signal in and in the other half-period can be distinguished by a signal of twice the operating frequency, which carries information about the non-linearity of the electrical flux density of the materials. If the form of the exciting current is rectangular, then in the measured signal there is a different amplitude remove positive and negative pulses. This causes the measured waveform to remain rectangular, the same as the exciting current, only a constant component appears in the measured signal, and the second and all other even harmonics are absent The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy by providing a measurement of the nonlinearity coefficient of the electrical conductivity of materials using any, including rectangular form of the exciting current. The goal is achieved by agreeing to Clearly, the method of measuring the non-linearity coefficient of the electrical conductivity of materials, including the introduction of an auxiliary current into the material under study, current compensation from the same source using an adjustable compensation circuit of the low voltage at the measuring points, switching off the auxiliary current n of the compensation current, rectangular operating alternating current forms through the material and adjusted in the compensation process by passing the auxiliary current compensation circuit, measuring the voltage drop from p Barreled current At the measurement points, the auxiliary current is chosen constant, the constant voltage drop is measured at the measurement points when the compensation circuit is on, and the alternating voltage drop when the compensation circuit is off, the measurement is performed twice using the auxiliary current of the two directions, the ratio the amplitudes of the voltage drop of constant and alternating currents for each of the two measurements and judging by their half-sum the magnitude of the non-linearity coefficient of the electrical conductivity of the material Laga method is as follows. Initially, the input of the test material is a constant auxiliary current that can be considered a pulse of a constant current (zero frequency current). At a given point of measurement of the properties of materials, there is a second pair of receiving electrodes, to which a measuring circuit is connected, which is parallel connected DC and AC voltage microvoltmeters. An independent DC voltage compensator can be installed at the input of a direct current microvoltmeter, which compensates for its own difference. the potentials of the receiving electrodes before switching on the direct current (if electrodes are used, in which the own potential difference is not equal to zero). The received voltage signal at the measuring point, excited by an auxiliary current, is compensated by a signal from the current circuit using a compensation circuit with control elements. For this purpose, a resistor, for example, a shunt of 0.10 m, is sequentially turned on into the circuit through which current is injected into the material under study; a galvanic isolation unit is connected to it, for example, a modulation DC transformer with control elements at the output of four-decade decadal resistive attenuators. The output of the compensation circuit includes a sequence; with the input of the measuring circuit. When compensating, changing the size of the regulating elements, zero readings of the direct current microvoltmeter are obtained. Then a current of predominantly infra-low frequency is introduced into the test material through the same current circuit. At the measurement points, do not change the parameters of the regulating elements of the compensation circuit and save connected in exactly the same way as when compensating a DC voltage signal, the amplitude of the DC voltage is measured, as well as the AC voltage amplitude with the circuit compensation turned off, itsient conductivity nonlinearity is defined as the ratio of the amplitude of the DC voltage to the amplitude of the alternating voltage on the receiving electrodes. If the alternating current has a rectangular shape, then for materials for which nonlinear effects are absent, the voltage on the receiving electrodes has the same shape as the current, and there is no constant (rectified) voltage. For materials with nonlinear electrical conductivity, The voltage applied to the amplitude of the negative and positive half-periods is different, which leads to the appearance of a constant, slowly varying voltage. The amplitude of the constant voltage is proportional to the coefficient of nonlinearity of the material and serves as its measure. After the first switching on of the auxiliary current, direct current of a certain polarity begins to flow through the current leads, which creates a signal at the measuring point that is proportional to. the specific resistivity of the material under study, - in view of the fact that this signal is electrically combined, and then after the introduction of an operating current through the current leads, the compensation circuit is kept on, the rectified (direct) current is due to the rectifying effect of the current inputs through them, the alternating current does not create a spurious signal at the measurement points, which affects the measurement result, since this spurious signal is automatically compensated by the compensation circuit. Since the rectifying properties of the current leads are never exactly known, it may turn out that the polarity of the current rectified by the current leads (when an alternating operating current is passed through them) is opposite to the polarity of the first auxiliary pulse, In this case, the compensation condition also appear different. Theoretical calculations and experiments show that in most cases the error due to non-identical compensation conditions can be neglected, and only when measured on materials with a very weak non-linearity of electrical conductivity is the error unacceptable. To eliminate this error, after carrying out the considered measurement cycle, the auxiliary current of a different polarity is re-introduced into the material under study.
вновь провод т электрическую компенсацию в точках измерений свойств материала сигнал, возбуждаемый вспомогательным током, затем ввод т рабочий ток, измер ют сигнал, обусловленный нелинейностью электропрово нести материалов, и по арифметическому среднему из результатов двух измерений (после пропускани импульсов вспомогательного тока положительной и отрицательной пол рноети ) суд т о коэффициенте нелинейности электропроводности материалов. Таким образом, устран ютс погрешнос ти из-эа разной пол рности импульсов вспомогательного тока шлпр мленного токовводами рабочего тока. Поэтому никакого вли ни не оказывает нелинейность переходных сопротивлений токовводов, хот за счет этой нелинейности при включении переменно го тока токовводы оказывацот выпр мл ющее действие, поэтому через токовую цепь и исследуемый материал протекает дополнительный посто нный ток, который может создать в точке измерений ложный сигнал, значительноthe electrical compensation is again carried out at the measurement points of the material properties of the signal excited by the auxiliary current, then the operating current is introduced, the signal due to the non-linearity of the electrically-carrying materials is measured and the arithmetic average of the two measurements (after passing the pulses of the auxiliary current positive and negative References) judge the non-linearity of the electrical conductivity of materials. In this way, errors are eliminated due to the different polarity of the pulses of the auxiliary current of the pinned current input current. Therefore, the non-linearity of the transient resistances of the current leads does not have any effect, although this non-linearity has a rectifying effect when the alternating current is turned on, so an additional direct current flows through the current circuit and the material under test, which can create a false signal at the measuring point much
превышающий полезный сигнал. Однако благодар тому, что до пропускани переменного тока через исследуемый материал пропускаетс посто нный ток, проводитс компенсаци измер емого сигнала и регулирующие элементы ком пенсационной цепи в дальнейшем сохран ютс неизменными. Любые изменени в возбуждавзщей цепи, в том числе и за счет нелинейности переходных сопротивлений токовводов, автоматичес ки компенсируютс в точке измерений, а ло;кные сигналы посто нного напр жени в точках измерений не по вл ютс .exceeding the useful signal. However, due to the fact that a direct current is passed through the material under study before the alternating current passes, the measured signal is compensated and the compensation elements of the compensation circuit are subsequently kept unchanged. Any changes in the excitation circuit, including those due to the nonlinearity of the transient resistances of the current leads, are automatically compensated at the measurement point, and the local voltage signals do not appear at the measurement points.
Технико-экономическа эффективность применени предлагаемого способа заключаетс в возможности применени тока пр моугольной форивл при проведении измерени коэффициент нелинейности электропроводности земли . За счет этого возможно использование мощных генераторов импульсов пр моугольной формы, увеличение раз меров измер емой установки, что повышает производительность и очность измерений.The technical and economic efficiency of the application of the proposed method lies in the possibility of applying the square right-handed current when measuring the nonlinearity coefficient of the earth's electrical conductivity. Due to this, it is possible to use high-power square-wave pulse generators, an increase in the size of the measured installation, which improves the performance and accuracy of measurements.