ЯДЕРНО-МАГНИТНЫЙ РЕЗОНАНСНЫЙ РАСХОДОМЕР Советский патент 1969 года по МПК G01F5/00 

1

Расходомеры, работающие по принципу магнитной «метки жидкости с помощью ядерного магнитного резонанса (ЯМР), позволяют бесконтактным способом с высокой точностью измерять расход непроводящих жидкостей.

В известных расходомерах с высокой точностью определяется время Д прохождения меченой жидкостью фиксированного расстояния между первым и вторым датчиком ЯМР. Причем расход жидкости q с объемом V патрубка между датчиками ЯМР и временем связаны соотношением . Длительность имлульса, равная разности временных интервалов Т-Д/ (через период создаются ЯМРметки), преобразуется в постоянное напряжение, которое фиксируется самопишущим вольтметром.

Однако диапазон измерения расхода жидкости таких расходомеров .небольшой и при двух шкалах в них образуется нелинейная зависимость показаний вольтметра от величины расхода, так как операция деления V/.t заменяется операцией вычитания Т-At с последующим преобразованием разностного временного интервала в постоянное напряжение.

Целью изобретения является повышение точности ЯМР-расходомера, расширение диапазона измерения расхода и получение линейной зависимости величины выходного сигнала от величины расхода при одной шкале прибора.

Это достигается тем, что выход генератора синхронизации соединен с первым входом делительного устройства, второй вход которого связан с выходом блока формирования, а выход - со входом старт-стопового генератора и входом блока формирования.

На фиг. 1 представлена блок-схема ЯМРрасходомера; на фиг. 2 - временные диаграммы работы делительного устройства.

ЯМР-расходомер содержит расположенные на участке трубопровода / два датчика ЯМР 2 } 3, магнит 4, старт-стоповый генератор 5, генератор 6 синхронизации, генератор 7 модуляции,, детектор ЯМР 8, дискриминатор Р нулевого уровня, фазовращатель 10, блок /формирования и делительное устройство 12, включающее в себя широтно-импульсный модулятор 13, емкость 14, ключ 15 заряда емкости, схему 16 управления током емкости и схему 17 умножения. Схема 16 управления током емкости выполнена из ждущего мультивибратора 18, т компараторов , т триггеров 2(1-20,, т разрядных ключей 21i-21,

двух диодов 22 - 23 м ключа 24 разрешения разряда, а схема умножения состоит из ждущего мультивибратора 25 сброса, широтноимпульсного модулятора 13, генератора 26, ключа 27 и счетчика 28. Жидкость, протекающая по участку трубопровода / (см. фиг. 1), в сильном магнитном поле магнита 4 поляризуется и подается последовательБО в первый и второй датчики ЯМР 2 и 5. Импульсом генератора 6 синхронизации триггеры перебрасываются в состояние «1, а ждущий мультивибратор 18 схемы 16 управления током - в квазиустойчивое состояние на .время, необходимое для заряда емкости 14 через ключ 15 заряда до .напряже ния, пропорционального максимальному значению расхода. Триггерами открываются разрядные ключи . По окончании квазиустойчивого состояния ждущего мультивибратора 18 импульсом запускается старт-стоповый генератор 5 и перебрасывается -.-,j. - J в состояние «1 блок 11 формирования (триггер с раздельным запуском). В момент включения старт-стопового генератора 5 под воздействием резонансного осциллирующего поля в катущке датчика 2 вектор ядерной намагниченности в текущей жидкости меняет свое направление на 180°. Когда жидкость с инвентированным вектором намагничивания ядер входит в датчик 3, амплитуда сигнала ядерного резонанса уменьшается до нуля и затем возрастает в противоположной фазе. Генерация метки осуществляется с помощью дискриминатора 9 нулевого уровня: На дискриминатор 9 поступают сигналы от детек торов ЯМР S и от фазовращателя 10, на вход которого подается сигнал от генератора 7 модуляции. Дискриминатор содержит фазочувствительную схему и триггер Шмидта. Когда амплитуда сигнала равна нулю, с фазочувствительной схемы на управляющую сетку триггера Шмидта поступает напряжение, равное уровню его срабатывания. При амплитуде, не равной нулю, на сетку триггера Шмидта подается напряжение выше или ниже уровня срабатывания в зависимости от фазы сигнала. Таким образом, триггер Шмидта выдает импульс, задержанный относительно импульса от ждущего мультивибратора 18 на время длительности импульса на выходе блока формирования Дг, за которое жидкость протекает по участку трубопровода между датчиком 2 и 3 объемом V. Импульсом блока формирования открывается ключ 24 разрешения разряда делительного устройства 12. В делительном устройстве используется аппроксимация отрезка гиперболы отрезками экспонент. По экспоненте /i (см. фиг. 2) через ключи разрядные сопротивления 29i-29 и диод 22 разряжается емкость 14. На фиг. 2 представлен случай аппроксимации отрезка .гиперболы АБВГ отрезками трех экпонент 4, /з и 4. :В момент t напряжение на емкости 14 (а ледовательно, и на втором входе первого компаратора /PI уменьшается до значения UK , приложенного к лервому входу первого компаатора и импульсом сравнения триггер 20 перебрасывается в состояние «О. Триггером 20 закрывается ключ 21, и емкость 14 с момента ti разряжается меньщим током через т-1 сопротивлений, а напряжение на ней уменьшается по экспоненте 4, отрезок которой параллелен участку гиперболы БВ. В момент 2 срабатывает второй компаратор и снова изменяется ток разряда емкости 14. Таким образом, напряжение на емкости М уменьшается ,в течение времени по гиперболическому закону. Разряд емкости 14 прекращается с окончанием импульса на выходе блока формирования, так как в этот момент закрываются ключ 24 разрешения разряда и диод 22, на катод которого с закрытого ключа 24 поступает положительное напряжение. Диод 23 препятствует разряду емкости 14 через ключ 24, когда последний открыт. Задним фронтом импульса на выходе блока формирования перебрасывается в квазиустойчивое состояние ждущий мультивибратор 25 сброса схемы 17 умножения, имлульсом которого списывается ранее записанное число со счетчика 28. По окончании этого импульса запускается широтно-импульсный модулятор 13, ко входу которого приложено гиперболическое напряжение с емкости 14 U. Импульсом, длительность которого пропорциональна величине 1/А, открывается ключ 27. Через этот ключ от генератора 26, частота которого пропорциональна объему V, в счетчик 28 поступает количество импульсов, пропорциональное величине V/(. Диод 22 предотвращает разряд емкости 14 через сопротивления во время генерирования импульса. С появлением очередного импульса вновь определяется мгновенное значение расхода жидкости q. Предмет изобретения Ядерно-магнитный резонансный расходомер, содержащий два датчика ЯМР, детектор ЯМР. дискриминатор нулевого уровня, генератор модуляции, фазовращатель, старт-стоповый генератор, генератор синхронизации и блок формирования, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и линейности, выход генератора синхронизации соединен с первым входом .делительного устройства, второй вход которого соединен с выходом блока формирования, а выход соединен со входом старт-стопового генератора и входом блока формирования.

16

25, ±22

29

s,

т--« т

/5,

20

LTj

Lll

271-)г j . J

Фиг. 1

tz .