ЯМР-способ измерения расхода жидкости Советский патент 1983 года по МПК G01F1/62 

Изобретение относится к измерению расхода жидкостей с применением метода ядерного магнитного резонанса (ЯМР).

Известен ЯМР-способ измерения расхода жидкости, включающий предварительную поляризацию жидкости постоянным магнитом, периодическое создание меток в потоке путем деполяризации жидкости и регистрацию скорости перемещения меток путем обнаружения исчезновения сигнала ЯМР в области создания условий ЯМР, удаленной от области нанесения меток на фиксированное расстояние 1.

Так как по гидродинамическим причинам граница между поляризованной и деполяризованной жидкостью на участке между областями размывается, то мо- . мент исчезновения сигнала ЯМР имеет не ярко выраженный характер, что приводит к снижению точности измерения расхода.

Известен также ЯМР-способ измерения расхода жидкости, включающий предварительную поляризацию жидкости постоянным магнитом, периодическое создание в потоке инверсной намагниченности и регистрацию скорости перемещения меток путем периодического создания условий ЯМР в области, удаленной от области меток на- фиксированное расстояние 2.

Недостатком известного способа является несинхронность процессов нанесения меток и создания условий ЯМР при выделении сигналов ЯМР. В меточных ЯМР-расходомерах резонансные условия в области создания условий

10 ЯМР создаются периодически, например, при помощи токовой модуляции постоянного магнитного поля или периодическим включением коротких импульсов резонансной частоты. Час15тота генераторов модуляции неизменна в диапазоне измеряемых расходов.

В интервале между резонансными импульсами система ядерных спинов . должна вернуться в то энергетическое,

20 равновесное состояние, которое згшано величиной поля в области создания условий ЯМР. Если этого не происходит, каждый факт создания резонансных условий разрушает суммарную намагни25ченность жидкости, одновременно находящейся в объемеобласти создания условий ЯМР, что приводит к уменьшению еинплитуды сигналов ЯМР, ухудшению отношения сигнал/шум, размытию

30 границ метки. Учет этих факторов требует понижения частоты модуляции резонансных условий. С другой стороны область создани условий ЯМР имеет определенную длину 6 , а средняя скорость потока ограничена, поэтому смена намагниченности внутри этой области происхо.. ., PS дит за, некоторое время - , ,.где S - площадь сечения трубопровод .Q - величина расхода. Очевидно, что даже без учета гид родинамического размытия изменения в сигналах ЯМР, позволяющих регистр ровать границу метки, будут растяну ты по времени на величину t Исходя из общих принципов кванто вания уменьшение погрешности cf в оп ределении времени продвижения грани цы магнитной метки требует увеличения частоты модуляции резонансных условий f 1 на границах метки в интер валах tф, что уменьшает неопределен ность в получении информации о характере изменения намагниченности. Таким образом, имеется противоречие, которое при реализации известны способов в ЯМР-расходомерах ограничи вает практическое достижение высокой точности измерения. Целью изобретения является повышение точности измерения расхода. Указанная цель достигается тем, ЧТО Б ЯМР-способе измерения расхода жидкости, включающем предварительную поляризацию жидкости постоянным магнитным полем, периодическое создание в потоке меток инверсной ядерной намагниченности и регистрацию скорости перемещения меток путем периодического создания условий ЯМР в области удаленной от области нанесения меток на фиксированное расстояние, периоды создания меток и периоды создания ус ловий ЯМР синхронизируют при постеЯННОМ соотнощении - период создания метки; где t. период создания условий ЯМР LO - расстояние между центрами области нанесения меток и области условий ЯМР; е - длина области создания условий ЯМР; К - целое число. На фиг. 1 приведены временные диагрс1ммы поясняющие предлагаемый способ; на фиг. 2 - структурная схема варианта исполнения расходомера. Расходомер состоит из трубопровода 1, магнитной системы поляризатора 2, отметчика 3 с катушкой отметчика 4, датчика ЯМР 5 с приемнопередающей катушкой 6, расположенной в магнитной системе анализатора 7 . Выход датчика ЯМР 5 соединен с блоком управления 8, выход которого соединен с делителем частоты 9 и датчиком ЯМР 5. Выход делителя 9 соединен с отметчиком 3 и блоком.управления 8. Коэффициент деления делителя LI определен по формуле Расходомер работает следующим образом. Жидкость, протекая по трубопроводу 1, приобретает ядерную намагниченность в постоянном магнитном поле поляризатора 2. Периодически включаемый отметчик 3 создает в потоке при помощи катушки отметчика 4 метки инверсной ядерной намагниченности. На выходе блока управления 8 вырабатывается частота, с которой периодически создаются условия ЯМР в катушке 6 датчика ЯМР 5, при этом на выходе датчика ЯМР 5 появляются импульсные сигналы ЯМР, амплитуда KOTOJUJX различна для участков жидкости с прямой и инверсной намагниченностью. Эта же частота делится на заданное число К делителем частоты 9. Частное от деления является частотой периодического включения отметчика 3 . В блоке управления 8 сравнивается время транспортирования отмеченной жидкости от катушки отметчика 4 до катушки 6 датчика ЯМР 5 с периодом ранее созданной метки. При неравенстве этих величин в блоке управления вырабатывается новое значение частоты, при которой период отметки t, равен времени транспортирования. При этом отношение периода отметки t к периоду t,o создания резонансных условий будет всегда равно К, На фиг. 2 показаны временные диаграммы для tjv, и t Q. при двух различных расходах .Величины t и при меньшем расходе {фиг. 2 а,б) соответствующих величин tM и t(u gд„пpи увеличенном расходе (фиг. 2 в,г), в то время как отношение t„/t„oдодинаково в обоих случаях и равно, например, . Если конструктивно обеспечитьLiQ/ 16, то представленная картина будет обеспечена в широком диапазоне расходов. Это позволяет использовать при получении сигналов ЯМР самую низкую частоту модуляции, при которой каждый момент получения сигнала ЯМР будет осуществляться от жидкости, ранее не подвергавшейся резонансному воздействию, что позволяет получать максимально возможные амплитуды сигналов ЯМР при минимальном разрушении . намагниченности. Кроме того, получение сигналов ЯМР в момент нанесения фронтов метки фиг. 2 б,г,д позволяет устранить погрешность дискретности

измерений из-за низкой частоты моду ляции, которая всегда имела место в связи с несинхронностью этих процессов.

Формула изобретения

ЯМР-способ измерения расхода жидкости, включающий предварительную поляризацию жидкости постоянным магнитным полем, периодическое создание в потоке меток инверсной ядерной намагниченности и регистрацию скорости перемещения меток путем периодического создания условий ЯМР в области, .удаленной от области нанесения меток на фиксированное расстояние, отличающийся тем, что, с целью п.овышения точности измерения, периоды создания меток и периоды создания условий ЯМР синхронизИРУлх при постоянном соотношении А i

. 1:0....

t е

«од где t - период создания метки;

мод период создания условий ЯМР; LO - расстояние между центрами области нанесения меток и области создания условий ЯМР;

е

- длина области-созданий.условий ЯМР; К - целое число.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

5

1.Авторское свидетельство СССР 143567, кл. G 01 F 1/62, 1961.

2.Авторское свидетельство СССР № 202572; кл. G 01 N 27/78, 1964 (прототип).