Способ измерения скорости течения жидкости Советский патент 1992 года по МПК G01P5/08 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости течения жидкости в естественных водоемах, а также в некоторых типах трубопроводов.

Цель изобретения - повышение точности измерений в случае несимметричного расположения потока относительно источника поляризующего магнитного поля.

Суть способа заключается в следующем.

Жидкость, находящаяся в магнитном поле Земли &0, подвергается воздействию дополнительного достаточно сильного поляризующего магнитного поля условии Вр Во/, после выключения которого

возникает свободная прецессия созданной полем Вр ядерной намагниченности жидкости М в поле Ш, для .чего начальное значение М(о) ориентируется перпендикулярно земному полю. Неоднородное пространственно периодическое поле Вр создается системой нескольких одинаковых плоских рамочных поляризующих катушек, расположенных в ряд последовательно друг за другом вдоль контролируемого потока и включенных таким образом, что в центре соседних катушек вектор магнитной индукции Вр имеет противоположные направления.

Расположение поляризующих катушек относительно поля §0 и вектора скорости

vi

ю VI

о

00

N

потока V показано на фиг. 1. Сигнал свободной прецессии формируется в системе при- емных катушек, в качестве которых целесообразно использовать поляризующие катушки (или некоторые из них).

ЭДС сигнала свободной прецессии, наведенного в приемной катушке прецессиру- ющим в поле Во магнитным моментом/ (х, у, z, т) М(х, у, z, t)dv элементарного объема жидкости с координатами (х, у, z), равна

dE -N(1)

времени связана лишь с движением жидкости.

Интегрирование выражения (1) с учетом (2) по всему объему v движущейся жидкости дает

E(t) Eo(t) ехр(- - ) ал -a (t). (3)

Явные выражения для амплитуды сигнала E0(t) и фазы a(t), полученные с использованием теоремы взаимности, имеют следующий вид:

модуляции зависит только от гидродинамических параметров жидкости. При несимметричном расположении потока степень амплитудной модуляции уменьшается при увеличении несимметрии и при односторон- нем расположении потока амплитудная мо- дуляцияпроявляетсявесьма

незначительно, что приводит к малой точности измерения. Для рассматриваемой конструкции поляризующих катушек, создающих пространственно периодическое поле типа Вр(к + И, у, z) (-1)k Bp(x, у, z) (где k - целое число, I - расстояние между центрами катушек), функции а (г) содержат параметр, зависящий только от скорости потока/Таким параметром является промежуток времени, в течение которого фаза сигнала получает приращение± от. Если to и tk характеризуют начало и конец этого промежутка и a (tk) - a (to) ±kft, то скорость течения V определяется соотношением:

V

К

tk - Ь

(8)

Способ реализуется с помощью устройства (см. фиг. 2), которое содержит гидродинамический стенд 1 с ламинарным потоком жидкости, многокатушечный датчик 2 сигналов ЯМР, связанный с системой 3, предназ- наченной для наблюдения свободной прецессии ядер в магнитном поле и содержащей поляризующей катушки с источником тока, усилитель и амплитудный детектор, генератор 5 опорного сигнала, вы- ход которого соединен с входами осциллографа 4 для наблюдения фигур Лиссажу и параллельно ему фазометра 6 для измерения разности фаз сигналов, а другие входы фазометра 6 и осциллографа 4 соединены с первым выходом усилителя системы 3, выход фазометра 6 подключен через преобразователь время-напряжение и АЦП с самописцем 8 и осциллографом 9, а также с магнитофоном 10 для наглядной регистра- ции изменения фазы сигнала СПЯ во времени на носители разных видов и визуально.

Способ осуществляют следующим образом.

Систему поляризующих и приемных ка- тушек (датчик ЯМР 2) помещают в исследуемый поток жидкости. Производят возбуждение пространственно периодического магнитного поля Вр пропусканием тока через поляризующие катушки системы 3. Длительность воздействия At устанавливают, исходя из времени спин-решеточной ре лаксации ядер Ti: A t (2-3) Ti: например, для воды Н20 Дг(5-7)с. После выключения

5

0 5 0

5

0 5 0 5

0 5

поля Вр наблюдается сигнал свободной ядерной прецессий в магнитном поле Земли Во, индуцированный в приемных катушках. После усиления сигнала поступает на измеритель фазы 6. Фаза сигнала свободной прецессии измеряется относительно фазы опорного гармонического напряжения, создаваемого генератором 5, частота которого равна частоте прецессии. В качестве опорного напряжения целесообразно использовать дополнительный сигнал свободной ядерной прецессии от неподвижного объема жидкости, находящегося в том же поле В0. В этом случае обеспечивается равенство частот обоих сигналов независимо от вариации магнитного поля Земли. При измерении набега фазы определяют промежуток времени, в течение которого величина его достигнет±я (или кратное: кл: ). По известному расстоянию между центрами катушек и величине промежутка времени, определенного по заданному набегу, фазы по формуле (8) вычисляют скорость течения жидкости.

Формула изобретения Способ измерения скорости течения жидкости, заключающийся в воздействии на поток жидкости неоднородным пространственно периодическим поляризующим магнитным полем, длительность воздействия которого устанавливают в зависимости от времени спин-решеточной ре- лаксации контролируемой жидкости, движущейся во внешней области датчика сигналом ЯМР, регистрации сигнала свободной ядерной процессии жидкости в магнитном поле Земли, измерении параметра модуляции сигнала свободной ядерной прецессии, отличающи йсятем, что, с целью повышения точности измерений в условиях несимметричного расположения потока относительно источника поляризующего магнитного поля, формируют опорный сигнал, .частота которого устанавливается равной частоте прецессии ядер в магнитном поле Земли для неподвижной контролируемой жидкости, измеряют набег фазы сигнала свободной ядерной процессии относительно фазы опорного сигнала, а скорость течения жидкости определяют по величине времени A t, при котором набег фазы составляет величину 1от , где К 1, 2 в

соответствии с выражением:

V l

К

АТ

где I - расстояние между центрами катушек датчика.

В г

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости течения жидкости в естественных водоемах, а также в некоторых типах трубопровода. Целью изобретения является повышение точности измерений. Суть способа заключается в воздействии на поток жидкости неоднородным пространственно периодическим поляризующим магнитным полем, длительность воздействия которого определяется в зависимости от времени спин-решеточной релаксации исследуемой жидкости; после воздействия регистрируют сигнал свободной ядерной прецессии исследуемой жидкости в магнитном поле Земли, при этом измеряют набег фазы сигнала свободной ядерной прецессии относительно фазы опорного сигнала, частота которого равна частоте прецессии ядер в неподвижной жидкости; скорость течения жидкости определяют по известной величине расстояния между центрами поляризующих (они же приемные) катушек и по величине промежутка времени, при котором набег фазы составляет ±.п (или кратное значение этой величины). 2 ил. сл С

Фиг.1