CN103542897A - 核磁式流量测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种核磁式流量测量仪,其带有:可被介质流过的测量管;用于产生激励介质的信号和/或用于评估被激励的介质的信号的信号装置;布置在测量管处的至少一个信号线圈,其用于发送由信号装置所产生的信号和/或用于接收被激励的介质的信号;以及设置在信号装置与信号线圈之间的匹配装置,其中,匹配装置具有在其值上通过旋转运动可机械调整的反应性的调整对象和与调整对象相关联的调整装置。根据本发明,调整装置具有影响调整对象的旋转调节器、作用到旋转调节器上的旋转致动器、设置在旋转致动器与旋转调节器之间的将由旋转致动器所产生的扭矩传递到旋转调节器处的扭矩离合器和此外旋转止挡。
Description
技术领域
本发明首先涉及一种核磁式流量测量仪(kernmagnetisch),其带有:可被介质流过的测量管;用于产生激励介质的信号和/或用于评估被激励的介质的信号的信号装置;布置在测量管处的至少一个信号线圈,其用于发送由信号装置所产生的信号和/或用于接收被激励的介质的信号;以及设置在信号装置与信号线圈之间的匹配装置,其中,匹配装置具有在其值上通过旋转运动可机械调整的反应性的调整对象(Einstellobjekt)和与调整对象相关联的调整装置。本发明还涉及一种用于可通过旋转在其值上调整的调整对象的调整装置。最后,本发明还涉及一种用于运行用于可通过旋转在其值上调整的调整对象的调整装置的方法。
背景技术
元素的原子核(其具有核自旋(Kernspin))还具有由核自旋引起的磁矩。核自旋可被理解为可通过一向量描述的角动量(Drehimpuls),并且磁矩相应地也可通过一向量来说明,其平行于角动量的向量。原子核的磁矩的向量在存在宏观磁场时平行于在原子核的部位处宏观磁场的向量取向。在此,原子核的磁矩的向量围绕在原子核的部位处宏观磁场的向量进动。进动(Präzession)的频率被称为拉莫尔频率ωL并且与磁场强度B的量成比例。拉莫尔频率根据ωL=γ·B来计算。在此,γ是旋磁比,其对于氢原子核最大。
测量和分析方法(其在存在宏观磁场的情况下利用带有磁矩的原子核的进动的特性)被称为核磁共振测量或分析方法。核磁共振的英文术语是“nuclear magnetic resonance”。通常,由进动的原子核在不同的边界条件下在传感器线圈中所感应的电压被用作对于测量和分析方法的输出量。对于利用核磁共振的测量计的示例是核磁式流量测量仪,其测量流过测量管的多相介质的流量且分析该介质。
对于在利用核磁共振的情况下的分析的前提条件是,介质的待分析的相可被激励成可区别的核磁共振。该分析可包括介质的各个相的流速和多相介质的各个相的相对含量。核磁式流量测量仪例如可被用于分析从油井输送的多相介质,一种主要由原油、天然气和盐水这些相构成的介质,其中,所有相包含氢原子核。
从油井输送的介质的分析也可利用所谓的计量分离器(Testseparator)实现。其分出所输送的介质的一小部分、使介质的各个相彼此分离并且确定介质的各个相的含量。然而计量分离器不能可靠地测量小于5%的原油含量。因为每个井的原油含量持续降低并且许多井的原油含量已小于5%,目前不可能在使用计量分离器的情况下经济地开采这些井。为了还能够继续开采带有非常小的原油含量的井,即需要相应精确的流量测量仪。
核磁式流量测量仪可满足大量应用要求,例如在通过测量管测量从井输送的多相介质的流量时和在确定介质中的原油、天然气和盐水的含量时。小于5%的原油含量也可利用核磁式流量测量仪测量。
从开头所实施的得出,功能上必要地,核磁式流量测量仪包括磁化装置、信号装置、信号线圈和设置在信号装置与信号线圈之间的匹配装置。
此外从之前对于核磁式流量测量仪的物理的工作方式所实施的容易地得出磁化装置的功能、信号装置的功能和信号线圈的功能。设置在信号装置与信号线圈之间的匹配装置的功能需要阐述。
不仅信号装置、而且信号线圈相应具有双重功能。信号装置用于产生激励介质的信号并且评估被激励的介质的信号。信号线圈用于将由信号装置所产生的信号发送到介质中并且用于接收被激励的介质的信号。换言之,即不仅信号装置而且信号线圈相应具有输出和输入,并且信号装置的输出与信号线圈的输入相连接而信号线圈的输出与信号装置的输入相连接。
如果之前所实施的是不仅信号装置而且信号线圈相应具有输出和输入,那么不一定意指电路技术上而是仅意指功能上。实际上,不仅对于信号装置而且对于信号线圈输出和输入在电路技术上可“重合”,因为亦即被激励的介质的信号的接收相对于激励介质的信号的发送在时间上错开地实现。
设置在信号装置与信号线圈之间的匹配装置现在用于使信号装置的输出阻抗与信号线圈的输入阻抗相匹配或使信号线圈的输入阻抗与信号装置的输出阻抗相匹配以及使信号线圈的输出阻抗与信号装置的输入阻抗相匹配或使信号装置的输入阻抗与信号线圈的输出阻抗相匹配。此外,匹配装置也用于频率匹配,这意味着信号线圈的谐振频率与信号装置的发送频率或信号装置的发送频率与信号线圈的谐振频率的匹配。
开头所实施的是,在所提及的核磁式流量测量仪中,匹配装置具有在其值上通过旋转运动可机械调整的反应性的调整对象。实际上,匹配装置不仅可包括一个可调整的反应性的调整对象,匹配装置也可包括多个不同的反应性的调整对象。即匹配装置可包括一个电容器或多个电容器和/或一个线圈或多个线圈。匹配装置还可具有一个或多个电阻。下面在没有任何限制的情况下总是由此出发,即匹配装置具有仅仅一个旋转电容器(Drehkondensator)作为可通过旋转运动调整的反应性的调整对象。
如所实施的那样,根据本发明的核磁式流量测量仪还且特别是包括与调整对象相关联的调整装置。
发明内容
现在,本发明首先目的在于使所提及的核磁式流量测量仪设有对所阐述的功能特别适合的调整装置。
现在,根据本发明的核磁式流量测量仪首先且主要特征在于,调整装置具有影响调整对象的旋转调节器(Drehsteller)、作用到旋转调节器上的旋转致动器(Drehaktor)、设置在旋转致动器与旋转调节器之间的将由旋转致动器所产生的扭矩传递到旋转调节器处的扭矩离合器(Drehmomentenkupplung)和旋转止挡(Drehanschlag)。在此,可设置有电动机、尤其步进电机作为旋转致动器。
根据本发明的核磁式流量测量仪尤其在表征流量测量仪的调整装置方面可以以不同的方式来设计和改进。
首先推荐在表征根据本发明的核磁式流量测量仪的调整装置中将扭矩离合器设计成使得可从旋转致动器传递到旋转调节器且因此最终传递到调整对象上的扭矩被限制到最大扭矩上。对此,扭矩离合器可实施为打滑离合器(Rutschkupplung)。然而一实施形式是特别优选的,在其中扭矩离合器实施为保险离合器(Sicherheitskupplung)、优选地实施为带有角度同步的再次卡入部(Wiedereinrastung)的保险离合器。
开头所实施的是,本发明也涉及一种用于通过旋转运动在其值上可调整的调整对象的调整装置。在根据本发明的核磁式流量测量仪中根据本发明所设置的调整装置即不仅与核磁式流量测量仪相结合地具有意义、而且另外具有意义。
调整装置应用于不同的运用中。调整装置通过过程参数的变化在最广的意义上作用于过程的至少一个过程量。调整装置常常具有旋转调节器,其在旋转范围内的旋转位置与过程参数的大小对应。通常的旋转范围从小于一转直至许多转。该旋转范围通常至少在一端处由旋转止挡机械地限制,并且该旋转范围常常在两端处由旋转止挡机械地限制。旋转调节器旋转超过旋转止挡可能有与旋转调节器在旋转范围内的旋转相比提高的扭矩。然而,旋转调节器旋转超过旋转止挡可损坏或破坏调整对象。
所提及的类型的调整装置在电气技术上例如是旋转电位计和旋转电容器。在旋转电位计中,旋转调节器的旋转位置与在旋转电位计的两个电气接头之间的电阻大小对应。利用旋转电位计例如可来调整运算放大器的直流信号放大。在旋转电容器中,旋转调节器的旋转位置与在旋转电容器的两个电气接头之间的电容大小对应。旋转电容器例如可被用于协调电气的谐振电路。
通过改变过程参数作用于至少一个过程量的调整装置的旋转调节器的旋转位置(其与过程参数中的至少一个的合适的值对应)常常通过过程参数的改变和通过过程量中的至少一个的确定和评估来确定。不必知道该至少一个过程量与旋转位置的定量关系。发现过程的过程量中的至少一个的合适的值大多以旋转调节器在旋转止挡处的旋转位置开始。
调整装置的旋转调节器的旋转大多非手动地、而是通过旋转致动器实现,其中,旋转致动器的旋转被传递到旋转调节器上。在应用旋转致动器时应保证,由旋转致动器所产生的用于使旋转调节器旋转的扭矩足够大并且产生扭矩的旋转致动器不损坏调整装置。如果旋转调节器的旋转位置是在旋转止挡处并且旋转致动器继续产生扭矩,那么尤其会出现损坏。
从现有技术中已知调整装置,在其中通过监控装置跟踪旋转调节器的旋转位置。由于知道旋转调节器的当前的旋转位置和旋转止挡的位置,可通过旋转致动器将旋转调节器旋转到旋转止挡处,而不面临由于由旋转致动器所施加的扭矩调整装置和尤其旋转止挡损坏或甚至破坏的危险。如果应用直流电机或同步电机作为旋转致动器,监控装置通常包括旋转发生器、例如以增量发生器(Inkrementalgeber)或绝对值发生器的形式,其通过电信号反映旋转调节器的旋转位置。如果应用步进电机,常常仅评估步进电机的操控信号。独立于所选择的实现方案,附加地需要用于评估反映旋转位置的信号的电子设备并且监控装置意味着显著的成本和尤其当前旋转位置的储存的必要性。因此,如果失去对当前旋转位置的认识,由现有技术已知的调整装置失效。这例如可由于电流中断而发生。旋转位置在运行中也会是未知的。如果旋转位置未知,又存在该风险,即旋转致动器通过由其所产生的扭矩损坏或甚至破坏调整装置和尤其旋转止挡,因为当旋转调节器的旋转位置到达旋转止挡时未切断旋转致动器。
本发明的对象是一种调整装置,如上面另外所说明的那样,其表征本发明的核磁式流量测量仪,也带有改进和设计该调整装置的特征,据此扭矩离合器将可从旋转致动器传递到旋转调节器上的扭矩限制到最大扭矩上,据此扭矩离合器可以是打滑离合器、优选地可以是保险离合器,并且据此那么当扭矩离合器是保险离合器时,保险离合器可具有角度同步的再次卡入部。
如果在根据本发明的调整装置中扭矩离合器是打滑离合器,则其将可在旋转致动器与旋转调节器之间传递的扭矩限制到最大扭矩上。如果来自旋转致动器的扭矩超过最大扭矩,则在旋转致动器与旋转调节器之间出现打滑(Schlupf),其不损坏打滑离合器。
代替设置打滑离合器作为扭矩离合器,可推荐设置保险离合器、尤其具有角度同步的再次卡入部的这样的离合器作为扭矩离合器。
如果在根据本发明的调整装置中设置打滑离合器作为扭矩离合器,则那么当旋转止挡阻止旋转调节器继续旋转时最大扭矩同样作用到旋转调节器上、亦即工作如旋转致动器那么久。然而如果设置保险离合器作为扭矩离合器,则那么当通过旋转止挡阻止旋转调节器继续旋转运动时保险离合器使旋转调节器与旋转致动器分离。最大扭矩即作用到旋转调节器上仅直至保险离合器已响应。
如开头所实施的那样,本发明的对象还是一种用于运行用于可通过旋转运动在其值上调整的调整对象的调整装置的方法。根据本发明,该方法特征在于,将可在旋转致动器与旋转调节器之间传递的扭矩限制到最大扭矩上,在超过最大扭矩时在旋转致动器与旋转调节器之间实现打滑,并且由旋转致动器来实施旋转,其大小至少相应于旋转调节器的旋转范围。
在确定最大扭矩时考虑调整装置的所有受由旋转致动器所产生的扭矩负荷的构件。即不仅考虑扭矩、而且考虑伴随有扭矩的力。尤其考虑旋转致动器自身和旋转止挡的应力。也考虑非机械应力,如旋转致动器在持续产生最大扭矩时的热应力。
由于旋转调节器的旋转位置通常首先未知,为了旋转调节器可靠地旋转到旋转止挡处,旋转致动器必须可实施至少在旋转调节器的旋转范围的大小中的旋转。旋转致动器的大于、甚至明显大于旋转调节器的旋转范围的旋转不危险,因为在旋转致动器的旋转大于旋转调节器的旋转范围时例如通过打滑离合器或通过保险离合器来实现在旋转致动器与旋转调节器之间的打滑。
由旋转致动器所实施的旋转的大小可由旋转致动器的旋转速度和接通持续时间来确定。不需要用于测量旋转的大小的测量装置(例如旋转发生器)。如果根据本发明的方法应被应用在带有在旋转范围的大小上相区别的调整对象的调整装置中,则可使旋转致动器的旋转的大小与最大旋转范围相协调。
当然,在根据本发明的调整装置中和在根据本发明的方法中,旋转范围可不仅在一端处通过旋转止挡来限制,旋转范围而也可附加地在另一端处通过旋转止挡来限制。
根据本发明的调整装置和根据本发明的方法也可与在安全技术上可能有问题的设备、机器、装置、仪器(在其中低于或超过调整对象的理论值一定的量的实际值即会导致安全问题)等相结合地来应用。因此,带有特别意义的本发明的另一教导在于,旋转致动器首先使旋转调节器在向旋转止挡(在其中调整对象的实际值在安全技术上没有问题)的方向上旋转。该旋转止挡下面也被称为保险-旋转止挡。
如果根据本发明的调整装置和/或根据本发明的方法如之前所详细说明的那样来实现,那么适宜地使相应的设备、机器、装置或仪器以时分复用的方式(zeitgestaffelt)来运行。在第一运行步骤之后,该设备、机器、装置或仪器自身尚未“接通”、即还是“被动的”,并且旋转致动器使旋转调节器在向保险-旋转止挡的方向上旋转。如果旋转致动器使旋转调节器旋转直到保险-旋转止挡处,进行第二运行步骤。在该第二运行步骤中,该设备、机器、装置或仪器被“接通”、即“激活”,并且旋转致动器使旋转调节器旋转直到调整对象达到理论值。
附图说明
特别是存在实现本发明的不同的可能性;这不仅关于根据本发明的核磁式流量测量仪而且关于根据本发明的调整装置或根据本发明的方法适用。对此一方面参考并列的独立权利要求和从属于并列的独立权利要求的从属权利要求而另一方面参考接下来结合附图所说明的。其中:
图1非常示意性地显示了核磁式流量测量仪的基本结构以及
图2也非常示意性地显示了在根据图1的核磁式流量测量仪中所实现的调整装置的基本结构。
附图标记清单
1 核磁式流量测量仪
2 介质
3 测量管
4 信号装置
5 信号线圈
6 匹配装置
7 调整对象
8 调整装置
9 旋转调节器
10 旋转致动器
11 扭矩离合器
12 旋转止挡
13 旋转止挡。
具体实施方式
在图1中仅非常示意性地表示的核磁式流量测量仪1具有可被介质2流过的测量管3、未示出的也未表示的磁化装置、用于产生激励介质2的信号并且用于评估被激励的介质2的信号的信号装置4、布置在测量管3处的用于发送由信号装置4所产生的信号且用于接收被激励的介质2的信号的信号线圈5和设置在信号装置4与信号线圈5之间的匹配装置6,其如根据本发明的核磁式流量测量仪1总体上在图1中仅示意性地表示的那样在图2中仅关于重要的构件来表示。匹配装置6具有在其值上通过旋转运动可调整的反应性的调整对象7和与该调整对象7相关联的调整装置8。调整对象7尤其可以是旋转电容器(但是这未示出)。
在图2中仅示意性地根据其基本结构所示出的、应用在根据图1的流量测量仪中的调整装置8具有影响调整对象7的旋转调节器9、作用到旋转调节器9上的旋转致动器10、设置在旋转致动器10与旋转调节器9之间的将由旋转致动器10所产生的扭矩传递到旋转调节器9处的扭矩离合器11和至少一个旋转止挡12、优选地还有第二旋转止挡13。旋转致动器10可实施为电动机、优选地实施为步进电机(这未示出)。未示出的是,扭矩离合器11可实施为打滑离合器、然而优选地实施为保险离合器。最后,仅表示、即也未详细示出旋转止挡12、13。
如果根据本发明的调整装置8如之前所说明的那样来实现,那么适宜地使根据本发明的调整装置8所属于的相应的设备、机器、装置或仪器、即例如根据本发明的核磁式流量测量仪1以时分复用的方式来运行。即在第一运行步骤之后该设备、机器、装置或仪器、例如核磁式流量测量仪1自身尚未被“接通”。而是在第一运行步骤之后旋转致动器10首先使旋转调节器11在向第一旋转止挡12、保险-旋转止挡的方向上旋转。如果旋转致动器10使旋转调节器9旋转直到旋转止挡12、即保险-旋转止挡处,进行第二运行步骤。在此或之后即该设备、机器、装置或仪器、例如核磁式流量测量仪1被“接通”、即“激活”,并且旋转致动器10使旋转调节器9旋转直到调整对象7到达理论位置。
Claims (13)
1. 一种核磁式流量测量仪,其带有:能够被介质(2)流过的测量管(3);用于产生激励所述介质(2)的信号和/或用于评估被激励的所述介质的信号的信号装置(4);布置在所述测量管(3)处的至少一个信号线圈(5),其用于发送由所述信号装置(4)所产生的信号和/或用于接收被激励的所述介质(2)的信号;以及设置在所述信号装置(4)与所述信号线圈(5)之间的匹配装置(6),其中,所述匹配装置(6)具有在其值上通过旋转运动能够机械调整的反应性的调整对象(7)和与所述调整对象(7)相关联的调整装置(8),
其特征在于,
所述调整装置(8)具有影响所述调整对象(7)的旋转调节器(9)、作用到所述旋转调节器(9)上的旋转致动器(10)、设置在所述旋转致动器(10)与所述旋转调节器(9)之间的将由所述旋转致动器(10)所产生的扭矩传递到所述旋转调节器(9)处的扭矩离合器(11)和旋转止挡(12,13)。
2. 根据权利要求1所述的核磁式流量测量仪,其特征在于,所述扭矩离合器(11)将能够从所述旋转致动器(10)传递到所述旋转调节器(9)上的扭矩限制到最大扭矩上。
3. 根据权利要求2所述的核磁式流量测量仪,其特征在于,所述扭矩离合器(11)实施为打滑离合器。
4. 根据权利要求3所述的核磁式流量测量仪,其特征在于,所述扭矩离合器(11)实施为保险离合器。
5. 根据权利要求4所述的核磁式流量测量仪,其特征在于,所述扭矩离合器(11)具有角度同步的再次卡入部。
6. 一种用于能够通过旋转运动在其值上调整的调整对象(7)的调整装置,其特征在于,设置有影响所述调整对象(7)的旋转调节器(9)、作用到所述旋转调节器(9)上的旋转致动器(10)和设置在所述旋转致动器(10)与所述旋转调节器(9)之间的将由所述旋转致动器(10)所产生的扭矩传递到所述旋转调节器(9)处的扭矩离合器(11)。
7. 根据权利要求6所述的调整装置,其特征在于,所述扭矩离合器(11)将能够从所述旋转致动器(10)传递到所述旋转调节器(9)上的扭矩限制到最大扭矩上。
8. 根据权利要求7所述的调整装置,其特征在于,所述扭矩离合器(11)实施为打滑离合器。
9. 根据权利要求7所述的调整装置,其特征在于,所述扭矩离合器(11)实施为保险离合器。
10. 根据权利要求9所述的调整装置,其特征在于,实施为保险离合器的所述扭矩离合器(11)具有角度同步的再次卡入部。
11. 一种用于运行用于能够通过旋转运动在其值上调整的调整对象(7)的调整装置(8)的方法,
其特征在于,将能够在所述旋转致动器(10)与所述旋转调节器(9)之间传递的扭矩限制到最大扭矩上,在超过所述最大扭矩时在所述旋转致动器(10)与所述旋转调节器(9)之间实现打滑,并且由所述旋转致动器(10)来实施旋转,其大小至少相应于所述旋转调节器(9)的旋转范围。
12. 根据权利要求11所述的方法,其特征在于,所述旋转致动器(10)的旋转在所述旋转范围的一端处、优选地在所述旋转范围的两端处由旋转止挡(12,13)来限制。
13. 根据权利要求12所述的方法,其特征在于,以时分复用的方式来工作,亦即在第一运行步骤之后相应的设备、机器、装置或仪器自身尚未“接通”、即还是“被动的”,并且所述旋转致动器(10)使所述旋转调节器(9)在向作为保险-旋转止挡起作用的所述旋转止挡(12)的方向上旋转,并且当所述旋转致动器(10)使所述旋转调节器(9)旋转直到作为保险-旋转止挡起作用的所述旋转止挡(12)处时,实现第二运行步骤,即所述设备、机器、装置或仪器那么被“接通”、即“激活”,并且所述旋转致动器(10)使所述旋转调节器(9)旋转直到所述调整对象(7)达到理论值。
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