СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ Российский патент 1994 года по МПК G01F1/716 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых расходов в медицине, химии, метрологии.

Известен способ измерения расхода, в котором измеряемая жидкость в постоянном поле поляризатора приобретает ядерную намагниченность и поступает затем в катушку анализатора, в объеме которого попеременно производится отметка и анализ ядерной намагниченности с помощью нового детектора, управляемого генератором импульсов.

Наиболее близким к описываемому является известный способ измерения расхода, включающий поляризацию движущейся жидкости сильным магнитным полем, периодическую отметку ее путем изменения ядерной намагниченности, регистрацию сигнала ядерного магнитного резонанса путем измерения амплитуды и периода отметки.

Амплитуда сигнала ЯМР в устройстве регистрации пропорциональна суммарному магнитному моменту ядер в датчике, то есть ядерной намагниченности втекающей жидкости, поэтому приход в устройство регистрации отмеченной жидкости с уменьшенной величиной ядерной намагниченности уменьшает амплитуду сигнала ЯМР.

Расход жидкости определяется по времени t с момента отметки жидкости в устройстве отметки до момента изменения амплитуды сигнала, регистрируемого в устройстве регистрации: Q= , где V - объем измерительного участка трубопровода между устройством отметки и устройством регистрации.

Достоинство меточного метода в отсутствии необходимости градуировки и значительно меньшем влиянии времени релаксации на результаты измерений. Основной недостаток - наличие измерительного участка трубопровода, объем которого V в 5-10 раз превышает объем датчика устройства регистрации сигнала ЯМР. Это приводит к размагничиванию жидкости при малых расходах, что делает невозможным измерение расхода ниже величины Q ≃ , где Т₁ - продольное время релаксации жидкости.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых расходов в сторону малых величин.

Поставленная цель достигается тем, что движущуюся жидкость поляризуют сильным магнитным полем, производят отметку изменением ядерной намагниченности при регистрации сигнала ядерного магнитного резонанса, а расход определяют по градуировочному графику зависимости амплитуды сигнала от периода отметки, либо по формуле
Q= 2 , (1) где Q - расход жидкости, A - амплитуда сигнала, A_о - значение A при > , V_o - объем трубопровода датчика, Т - период отметки.

Практически в качестве процесса отметки используется процесс регистрации в датчике, при этом объем измерительного участка трубопровода V совпадает с объемом V_o трубопровода анализирующего устройства (датчика). Изменение ядерной намагниченности при отметке жидкости производится переменным магнитным полем, создаваемым в устройстве регистрации для получения сигнала ЯМР. Так как переменное магнитное поле в устройстве регистрации действует непрерывно, то для обеспечения периодичности отметки это поле делается частично модулированным с периодом Т (частотой f) или на трубопровод в месте расположения устройства отметки - регистрации накладывается модулирующее магнитное поле с периодом Т (частотой f), периодически уводящее индукцию внешнего магнитного поля от резонансного значения, при котором переменное поле взаимодействует с ядерной намагниченностью. При этом моменты отметки совпадают с моментами регистрации сигнала, а время t от момента отметки жидкости в объеме V_o до момента очередной регистрации в этом объеме амплитуды сигнала составляет t= = . Если отметка жидкости производится размагничиванием ядер в объеме V_o, то через время t суммарный магнитный момент ядер в этом объеме равен суммарному магнитному моменту ядер в жидкости, поступающей в этот объем за время t. Этот магнитный момент M = Q ˙t˙M_o, где M_o - намагниченность (магнитный момент единицы объема) втекающей жидкости.

При этом амплитуда сигнала через время t после отметки: A = K˙Q˙t˙M_o. Если Q˙t > V_o, то за время t в объеме V_o происходит полная смена отмеченной жидкости на неотмеченную и амплитуда сигнала A = = K˙V˙M_o = A_o. Подставив в (1) k= , получаем
A= , откуда находим выражение для определения расхода Q:
Q= 2 = 2 V₀f, (2) где A_o - значение A при ≥ .

Можно проводить измерения расхода по амплитуде A при постоянной частоте модуляции или, подбирая частоту модуляции, f_o, при которой амплитуда сигнала A= , и определяя расход по формуле
Q = V_o f_o.

В обоих случаях значение Ao можно определить, измеряя A при
f< .

Пример осуществления способа.

Для реализации способа был создан экспериментальный образец расходомера, состоящий из магнита с полюсными наконечниками площадью 15 см² и зазором 1 см с индукцией 0,4 Тл. В межполюсном пространстве расположен участок трубопровода диаметром 0,4 см и длиной 5 см для поляризации жидкости. В конце участка на трубопровод одета радиочастотная катушка, присоединенная к автодинному генератору схему регистрации сигнала ЯМР. Переменное магнитное поле, создаваемое катушкой, одновременно служит для отметки жидкости насыщением ядерной намагниченности. Для периодичности отметки и регистрации сигнала частота автодина синусоидально модулируется с частотой f. В другом варианте вместо модуляции частоты автодина применена синусоидальная модуляция магнитной индукции поля при помощи катушки модуляции.

Расходомер был создан для измерения расхода крови и дозировки лекарств, поэтому он имеет одноразовый сменный трубопровод с диапазоном измерений от 6 мл/мин до 60 мл/мин. Применение обычного меточного расходомера при таких расходах невозможно из-за малости амплитуды сигнала, вызванной размагничиванием ядер в объеме V, а применение амплитудного расходомера невозможно, так как время релаксации у крови зависит от гематокрита, а у лекарств - от их состава и концентрации. Таким образом, предлагаемый способ позволяет измерять малые расходы жидкости, когда
Q< , где Q - расход жидкости, V_к - объем трубопровода приемной катушки, T₁ - продольное время релаксации. В конкретном приведенном случае при заданном диаметре трубопровода 3 мм, Q ≈ 2-2 мл/мин. (56) Авторское свидетельство СССР N 1569558, кл. G 01 F 1/716, 1988.

Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества. Л. , Машиностроение, 1989, с. 505.

Использование: в медицине, химии, метрологии для измерения малых расходов. Сущность изобретения: движущую жидкость поляризуют сильным магнитным полем, производят отметку изменением ядерной намагниченности при регистрации сигнала ядерного магнитного резонанса и определяют расход по градуированной зависимости или по формуле.

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ, включающий поляризацию движущейся жидкости сильным магнитным полем, периодическую отметку путем изменения ядерной намагниченности, регистрацию сигнала ядерного магнитного резонанса путем измерения амплитуды сигнала и периода отметки, по величине которых определяют расход, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона в сторону малых расходов, отметку жидкости производят при регистрации сигнала ядерного магнитного резонанса, а величину расхода определяют по формуле
Q= 2(A/A₀)(V₀/T)
где A - амплитуда сигнала, измеренная при регистрации;
A₀ - максимальная амплитуда сигнала;
V₀ - объем трубопровода в зоне измерения;
T - период отметки,
или по градуировочной зависимости амплитуды сигнала от периода отметки.