Ядерно-магнитный измерительКОличЕСТВА пРОТЕКшЕгО ВЕщЕСТВА B MHO-гОфАзНыХ пОТОКАХ Советский патент 1981 года по МПК G01N24/08 

но в некоторык случаях выполнить иа-чза ограничений на однородность магнитного поля плотномера и из-чза времени спинрещеточной релаксации рабочего веЪества, то есть метка должна сохраниться за время движения ее от катушки отметчика до регистрирующей катушки ЯМР-ско- ростемера. Наиболее близким техническим решением - является ядерно-магнитный измеритель количества протекающего вещества содержащий импульсный маточный ЯМРскоростемер, состоящий из двух катушек на трубопроводе с подсоединенными к ним детектором сигналов ЯМР, компаратором., электронным ключом и генератором деполяризации, амплитудный ЯМРплотномер, состоящий из магнитной сиетемы с катушками модуляции и катушки. датчика на трубопроводе, подключенных к регистрирующему устройству. На этом измерителе си.гнал с выхода скоростемера преобразуется в последовательность коротких импульсов, управляю- . щих работой плотномера, а сумма ампли. туц сигналов ЯМР,, пропорциональных количесгву плотной фазы, находящейся в момент измерения в области катушки дат чика ЯМР-плотномера, позволяет непосредственно судить о количестве протекающего за время измерений вещества 2. Однако устройство, реализующее с помощью ЯМР-измерителей скорости и плотности процесс измерения количества .протекшего вещества известным способом требует дополнительного преобразователя сигналов с выхода ЯМР-скоростемера в последовательность управляющих импульсов. Этот преобразователь вносит некоторую дополнительную погрешность. При больших скоростях движения потока умень щается точность измерения количества в порциянс, находящихся в области катушки ЯМР- плотномера, так как при заданной длительности управляющих ЯМР- плотномерам импульсов 1/ ошибка в измерениях tr , где fj - скорость потока; g - длина катушки датчика ЯМРплотномера, то есть ошибка, пропорциональная скорости движения вещества потока. Кроме того, сам процесс преобразования сигнала с выхода ЯМР- скрросте мера вносит некоторое запаздывание, что приводит также к увеличению абсолютной погрешности измеряемого количества изза того, что часть вещества за врема запаздывания уйдет из оьласти катушки датчика ЯМР - плотномера н не будет зафиксирована. Целью изобретения является повышение точности измерений количества протекшего вещества методом ЯМР, Поставленная цель достигается тем, что в известном ядерно-магнитном измерителе количества протекшего вещества в многофазных потоках, содержащем им-| пульсный меточный ЯМР-скоростемер, состоящий из двух катушек на трубопроводе с подключенными к ним детектором сигналов ЯМР, компаратором, электронным ключом и генератором деполяризации, амплитудный ЯМР- плотномер, состоящий из магнитной системы с катушками модуляции и катушек датчика на трубопроводе, подключенных к регистрирующему устройству, катушки ЯМР- скоростемера расположены друг от друга на расстоянии 0 , определяемом из соотношения а2 ° S (2) где d - диаметр трубопровода в месте расположения катушек ЯМР- скор,остемера; - диаметр трубопровода в месте расположения катушки датчика ЯМРплотномера; К - длина катушки датчика а выход компаратора соединен с катушками модуляции ЯМР-плотномера. Соотношение диаметров равно l,5-3,5j На фиг. 1 изображена блок-схема ядерно-магнитного измерителя количества вещества в многофазном потоке; на фиг. 2 условие наступления резонанса, а именно, когда напряженнее U - О . Измеритель содержит магнит 1 для поляризации вещества потока, катушку 2 деполяризации, регистрирующую катушку 3, детектор сигналов ЯМР 4, компаратор 5 (сравнивающее устройство с заданным уровнем срабатывания), электронный ключ 6, генератор 7 деполяризации, катушки 8 модуляции, магнит 9 ЯМР-плотномера, катушку 10 датчика ЯМР-плотномера, детектор 11 сигналов ЯМР и сумматор 12 амплитуд сигналов ЯМР. Измеритель работает следующим образом., Многофазный поток (например, газо- жидкостный) поляризуется в зазоре сильного магнита 1 и поступает в участок трубопровода диаметром d, на котором размещены катушки деполяризации и регистрирующая катушка 3 импульсного маточного ЯМР-скоростемера.Поляризованное этество потока наводит сигнал ЯМР в катушке 3, который регистрируется детектором 4 и подается на компаратор 5. Поскольку сигнал ЯМР выше уровня срабаты вания компаратора 5, то компаратор с по мощью ключа 6 подключает генератор деполяризации 7 к катушке деполяризации 2 Вещество потока мгновенно деполяриаует;Ся в катушке 2. и деполяризованное ве- щество через время То о о расстояние между катушками 2 и 3;Voскорость потока в области катушек 2 и 3, поступает в катушку 3. Сигнал умень- 1шается до уровня срабатывания компаратора 5 и рн отключает с помощью ключа 6 генератор 7 деполяризации. Поляризованное вещество через время Т, поступает в катушку 3 и цикл повторяется, Сигнал U) с выхода компаратора 6, несущий информацито о скорости вещества потока, имеет вид, показанный на фиг. 2, то есть форму меандра с периодом 2 TO Выход компаратора 5 соединен.с катушками модуляции 8 магнита 9 ЯМР-плотномера, причем условия ядерного магнитного резонанса в зазоре магнита 9 ЯМР- плотномера выбираются такими, чтобы резонанс наступал в момент прохождения напряжения UK через нулевой уровень (см. фиг. 2), В моменты прохождения Ij через нулевой уровень амплитуда сигналов ЯЛР будет пропорциональна количеству потока, находящегося в области катушки 10 ЯМР-плотномера, длина которой Е и она расположена на участке трубопровода диаметром S . Сигналы ЯМР от каждого прохождения регулируются детектором сигналов ЯМР 11 и далее амплитуда этих сигналов суммируется в сумматоре 12. По суммарной величине судят о количестве вещества, прошедшего через измерительную систему за время измерения. Однако для того, чтобы измерения были достаточно точными, а сам процесс измерений осуществлял ;ся по всем рабочим диапазонам скоростей потока необходимо, чтобы время смены ; измеренного ЯМП- плотномером количест ва вещества потока Т. Е /V/.j , равнялось времени време ни между переключением компаратора 5. Поскольку в результате размещения кату,шек 2 и 3 на участке трубопровода диаметром «о вещество движется со скоростью (/0 , а на участке с диаметром d-i - со скоростью V при равенстве объемных расходов смеси на всех участках трубопровода, получаем: 3(/о . Следовательно для выполнения условия необходимо в выбирать размеры Е ,сЗд, Z , d-j таким образом, чтобыj2 0 - 1 р о d i В этом случае си гаал с выхода KOMnaj fopa 5i несущий информацию о скорости, автоматически, без какого-либо дополнительного преобразования, осуществляет прохождение вещества через резонанс а области катушки 10 череа время Тсмены измеренной порции, движуще Г(х:я со скоростью W Размещение катушек ЯМР- скоросте- f мера на участке трубопровода диаметром, например, в два раза меньшим диаметра участка, где расположен плотномер, при заданной длине К катушки ЯМР - плотfioMepa позволяет в четыре раза увели- чить длину 0 , что приводит к увеличению точности измерения скорости вещества потока вследствие уменьшения влияния неопределенности длины 6 , - из-аа размеров катушек 2 и 3. Кроме того, возрастает диапазон скоростей измеряемых потоков и повышается точность измерений вследствие увеличения скорости потока движения вещества изчза сужения канала в области катушек ЯМРскоростемера при,малых расходах на входе в измерительную систему. Выбирая.: диаметр трубопровода в области катушки 10 ЯМР-плотномера большим, чем диа-. метр трубопровода-на входе в измеритель нук) систему , возможно снизить скорости движения вещества в области катушки 10 и тем самым повысить точность измере- ния количества вещества в измеряемых порциях потока из-«а уменьшения эффекта - смазывания, порции потока в момент измерения количества при одновременном уменьшении длины самой катушки 10. Разработанный ядерно ма гнитный измеритель количества с параметрами BQ - 18 см; 60-4 мм; 2 см; - 12 мм позволил измерить количество протекшей смеси дисциллированной воды и воздуха с погрешностью не хуже 0,8% для газосодержаний до 0,2 доли газовой фазы в потоке в диапазоне скоростей движения потока от 6 до 10О см/сек на входе к .измерительную систему. При- водимая погрешность определялась по заполнению калиброванного мерного объема B Момент передача газоводяной смеси. Предлагаемый ядерно-магнитный измеритель позволяет повысить точность измерений, упростить схемную реализацию, . расширить диапазон измерений количества многофазных потоков. Данный измеритель можно также использовать для точных измерений количества в однородных пото ках с изменяющейся плотностью рабочего

вещества в случаях, если время иэменення нпотности меньше или равно времв, ни прокожаевия вещества, потока через Iкатушку ЯМР- плотномера.

Формула и а о б р е т е- н я я

Ядерно-магнитный измеритель количества протекшего вещества в многофазных потоках, содержащий импульсный меточный ЯМР- скоростемер, состоящий из двух катушек на трубопроводе с подсоединенными к ним детектором сигналов ЯМР, компаратором, электронным ключом и генератором деполяризации, амплитудный ЯМР-плотномер, состоящий из магнитной системы с катушками модуляции и Катушек датчика на трубопроводе, подйлюченных к регистрирующему устройству, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, катушки

ЯМР- скоростемера расположены яруг от

т , определяемом

друга на расстоянии -ИЗ соотношения

d.

-Ч

где do - диаметр трубопровода в месте расположения катушек ЯМР- скоростемера

d - диаметр трубопровода, в месте расположения катушки датчика ЯМР- плотномера; t - длина катушки датчика ЯМРплотномера; а выход компаратора соединен с катушками модуляции ЯМР- плотномера.

Источники информации,

принятые во внимание при экспертизе

1.Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества. Л., 1975, с. 653.

2.Авторское свидетельство СССР № 625136, кл. Q О1 F 1/ОО, 1977 (прототип).

О

о

.2