DD225222A1

DD225222A1 - Anordnung zur messung von anisotropien des komplexen elektrischen widerstandes an gesteinsproben

Info

Publication number: DD225222A1
Application number: DD26317084A
Authority: DD
Inventors: Juergen Neumeyer; Dieter Gebhardt
Original assignee: Adw Ddr
Priority date: 1984-05-18
Filing date: 1984-05-18
Publication date: 1985-07-24

Abstract

DIE ANORDNUNG DIENT DER MESSUNG DER ANISOTROPIE DES KOMPLEXEN ELEKTRISCHEN WIDERSTANDES. DAS ZIEL DER ERFINDUNG BESTEHT IN DER KONTINUIERLICHEN RADIALEN MESSUNG DER ANISTROPIE DES KOMPLEXEN ELEKTRISCHEN WIDERSTANDES AN SICH DREHENDEN GESTEINSPROBEN. DIE ERFINDUNGSGEMAESSE MESSUNG VORZUGSWEISE IN KONTINUIERLICHER FORM WIRD ERREICHT, INDEM EINE GENERATORSPANNUNG UEBER ZWEI ELEKTRODEN IN DEN SICH UM SEINE LAENGSACHSE DREHENDEN PRUEFLING EINGESPEIST WIRD. UEBER ZWEI WEITERE ELEKTRODEN WIRD EIN SPANNUNGSABFALL ABGEGRIFFEN. ALLE VIER ELEKTRODEN SIND ALS WALZEN AUS EINEM ELASTISCHEN ELEKTRISCH LEITFAEHIGEM MATERIAL AUSGEBILDET. EINE DIVIDIERSCHALTUNG BILDET DEN QUOTIENTEN AUS ABGEGRIFFENER SPANNUNG UND EINGESPEISTEN STROM. EINE WEITERE DIVIDIERSCHALTUNG UND EIN MINIMUMDETEKTOR BILDEN DIE PROZENTUALE ANISOTROPIE. EIN NACHGESCHALTETES AUFZEICHNUNGSGERAET LIEFERT EIN BILD DER ANISOTROPIE DES KOMPLEXEN ELEKTRISCHEN WIDERSTANDES IN ABHAENGIGKEIT VOM DREHWINKEL DER PROBE. DIE ANWENDUNG KOMMT VORTEILHAFT FUER MESSUNGEN IN DER GEOLOGIE, GESTEINSPHYSIK UND MATERIALPRUEFUNG ZUR ANWENDUNG. NEBEN AUSSAGEN UEBER GEFUEGEEINREGELUNGEN, KLUEFTUNGEN UND PALAEOTEKTONISCHEN SACHVERHALTEN KOENNEN ERKENNTNISSE HINSICHTLICH DES RICHTUNGSABHAENGIGEN FESTIGKEITSVERHALTENS VON MATERIALIEN GEWONNEN WERDEN. DAS PRINZIPSCHALTBILD ZUR ERLAEUTERUNG IST IN FIGUR 1 DARGESTELLT. EIN NACH AUSFUEHRUNGSBEISPIEL REALISIERTES MUS

Description

'Anordnung zur Messung von Anisotropien des komplexen elektrischen Widerstandes an Gesteinsproben

Anwendungsgebiete

Die Anordnung kann überall dort eingesetzt werden, wo eine Aussage über die Anisotropie des komplexen elektrischen Widerstandes oder des Leitwertes benötigt wird.

In der Geologie können mit der Anordnung vorteilhaft Aussagen über Gefügeeinregelung und Klüftung gewonnen werden, die ihrerseits wieder Rückschlüsse auf bestimmte Richtungsabhängigkeiten der mechanischen Belastbarkeit, der Permeabilität sowie paläotektonische Interpretationen zulassen. Es ist auch denkbar, diese Anordnung in der Materialprüfung anzuwenden, wo richtungsabhängige Festigkeitsunterschiede gezogen werden können.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Anordnungen zur radialen Messung der Anisotropie des komplexen elektrischen Widerstandes sind nicht bekannt. 3ekannt sind Anordnungen zur Ermittlung.des komplexen elektrischen Widerstandes, bei denen mit Hilfe einer Meßbrücke der komplexe elektrische Widerstand ar würfelförmigen und/oder scheibenförmigen .Materialproben gemes'sen werden kann. Sie sind im wesentlichen dadurch charakterisiert, daß die Widerstandswerte bei einer Probe nur in jeweils drei zueinander senkrecht stehenden Richtungen gemessen werden können und die

λ ri ο /.. ^

Übergangswiderstände durch Aufbringen von z. B. Silber kleingehalten werden müssen.

Weiterhin wird zur Messung des komplexen elektrischen Widerstandes die Vierelektrodenanordnung mit dem Vorteil, den Übergangswiderstand zwischen Meßelektroden und Probe kompensieren zu können, verwendet.

So wird im BRD-Patent Nr. 10 52 813 die Ermittlung der Anisotropie der elektrischen Leitfähigkeit vorgenommen. Diese Anordnung bezieht sich auf schicht- bzw. plattenförmige Körper. Die Elektroden ermöglichen keinen gleitenden Abgriff und müssen beim Messen fest aufgesetzt bzw. umgesetzt werden.

Aus der Literatur und den recherchierten "Erfindungen sind bisher keine technischen Lösungen bekannt.gemacht, die eine Messung der Anisotropie des komplexen elektrischen Widerstandes bzw. des Leitwertes an Gesteinsproben in vorzugsweise kontinuierlicher Form des Meßablaufs realisieren.

Ziel der Erfindung

Ziel der Erfindung sind radiale Messungen der Anisotropie des komplexen elektrischen Widerstandes an Gesteinsproben vorzugsweise in kontinuierlicher Form insbesondere für die Anwendung bei geologischen Interpretationen. Der komplexe elektrische Widerstand soll in seiner ein- und/oder zwei- und/oder dreidimensionalen Richtungsabhängigkeit dargestellt werden. Die Ergebnisse der Messungen sollen in grafischer und numerischer Form vorliegen.

Wesen der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zur Messung der Anisotropie des komplexen elektrischen Widerstandes an Gesteinsproben zugrunde.

Erfindungsgemäß wird eine Generatorspannung über zwei Elektroden in den Prüfling eingespeist. Überzwei weitere Elektroden wird ein Spannungsabfall abgegriffen, der über einen Impedanzwandler zu einer Dividierschaltung geleitet wird. Alle vier Elektroden sind als Walzen aus einem elektrisch leitfähigen elastischen Material ausgebildet, die auf der Mantelfläche der Probe abrollen.

Gleichzeitig wird an einem Festwiderstand eine Spannung abgegriffen und über einen Impedanzwandler zur Dividierschaltung übertragen. Die Dividierschaltung bildet den Quotienten der Augenblickswerte von Strom und Spannung an der Probe. Ein weiterer Dividierer dividiert den entstandenen Quotienten durch eine Kompensationsspannung, die dem minimalen komplexen elektrischen Widerstand ' entspricht. Als Ergebnis entsteht die auf den minimalen komplexen elektrischen Widerstand bezogene Anisotropie der Gesteinsprobe in Prozent. Durch ein Anzeigegerät wird die prozentuale Anisotropie in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Probe angezeigt. Durch Mehrfachmessung der Proben und Digitalisierung der gemessenen Spannungswerte an den Elektroden mit z. B. anschließender Mittelwertbildung und einem Mikrorechner -kann die Genauigkeit der Messungen erhöht werden.

Die Erfassung der Anisotropie des komplexen elektrischen Widerstandes erfolgt durch Radialmessung an einer sich um ihre Längsachse drehenden zylinderförmigen Probe vorzugsweise in kontinuierlicher Form.

Ausführungsbeispiel

Im Bild 1 ist das Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Lösung zur Messung der Anisotropie des komplexen elektrischen Widerstandes an zylinderförmigen Gesteinsproben dargestellt.

Hierzu wird für den Generator ein amolitudenstabiler Sinusgenerator eingesetzt, der auf einer Frequenz von ca. 500 Hz schwingt. Die zylindrische Probe (6) wird durch einen Motor um ihre Längs-

achse in eine drehende Bewegung gebracht. Die Elektroden I₁ 2, 3, A₁ die aus elektrisch leitfähigem elastischem Material bestehen (elektrisch leitfähiger Gummi), werden mit einer Kraft von ca. IO N an die Mantelfläche der Probe gedruckt. Die Elektroden rollen bei der Drehung der Probe über deren Mantelfäche ab.

Die an den Elektroden 3 und 4 abgegriffene Spannung gelangt auf einen durch Operationsverstärker realisierten Impedanzwandler (8) Das Ausgangssignal des Impedanzwandler^ wird so verstärkt durch den Verstärker (9), daß das durch den Gleichrichter (10) gleichgerichtete Signal durch die Dividierschaltung (11) verarbeitet werden kann. Das am Festwiderstand R-, abgegriffene Signal wird über einen Impedanzwandler (12), Verstärker (13) und Gleichrichter (14) ebenfalls so aufbereitet, daß es von der Dividierschaltung (11) verarbeitet werden kann. In der Dividierschaltung wird der Quotient aus Spannung und Strom gebildet. Ein weiterer Dividierer (15) dividiert den Quotienten durch eine Korcpensationsspannung; die dem minimalen komplexen elektrischen Widerstand der Probe entspricht und-durch den Minimumdedektor (16) gebildet wird.

Durch einen Schreiber (17) wird die Anisotropie des komplexen elektrischen Widerstandes in Abhängigkeit vom Drehwinkel der Probe aufgezeichnet.

Im 2. Ausführungsbeispiel wird anstatt der Meßelektronik ein Mikrorechner eingesetzt.

Claims

- ο Patentansprüche

1. Anordnung zum Messen von Anisotropien des komplexen elektrischen Widerstandes gekennzeichnet dadurch, daß die Messungen diskontinuierlich als auch kontinuierlich an sich drehenden ^; Proben vorgenommen werden.

Anordnung nach. 1.
2. ... gekennzeichnet dadurch, daß durch vier Elektroden aus

elektrisch leitfähigem elastischem Material die Generatorspannung zugeführt und die Meßspannung abgegriffen wird.
3.Anordnung nach 1. und 2. gekennzeichnet dadurch, daß die Meßspannung UM₁ durch einen Impedanzwandler, Verstärker und Gleichrichter für die Quotientenbildung vorbereitet wird, wobei der Quotient durch eine Dividierschaltung gebildet wird.
4.Anordnung' nach 1. und 2. gekennzeichnet dadurch, daß die Spannungen L)M und UM₂ digitalisiert werden, die Quotientenbildung digital erfolgt und nach einer mathematischen Funktion ausgewertet wird.
5.Anordnung nach 1., 2. und 3. gekennzeichnet dadurch, daß durch einen Minimumdedektor eine Kompensationsspannung gebildet wird, die als Divisor in einer zweiten Dividierschaltung zur Ermittlung der prozentualen Anisotropie dient.