CN105637327A - 核磁的流量测量设备以及运行核磁的流量测量设备的方法 - Google Patents

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Abstract

描述并且示出一种核磁的流量测量设备(1),用于确定流过测量管(2)的介质的流量,具有磁场产生装置(4)、测量装置(5)以及带有天线(7)的天线装置(6),其中,所述磁场产生装置(4)在平行于测量管纵轴线(8)定向的磁场路径(9)上利用具有至少一个垂直于所述测量管纵轴线(8)的分量的磁场为了磁化所述介质(3)而穿过流动的介质(3),其中,构造所述测量装置(5)用于产生激励磁化的介质(3)的激励信号并且用于测量由所述激励信号在所述磁化的介质(3)中引起的测量信号,并且其中,所述天线(7)构造成线圈状的并且被构造在平行于所述测量管纵轴线(8)定向的并且位于所述磁场路径(9)中的测量路径(10)上用于将所述激励信号传递到所述磁化的介质(3)上并且用于检测所述测量信号。根据本发明说明了一种具有改善的可靠性的核磁的流量测量设备(1),更确切地说通过以下方式,所述天线装置(6)具有至少一个另外的天线(11、12),所述另外的天线(11、12)构造成线圈状的并且被构造在另外的平行于所述测量管纵轴线(8)定向的并且位于所述磁场路径(9)中的测量路径(13、14)上用于将所述激励信号传递到所述磁化的介质(3)上并且用于检测所述测量信号,并且所述测量路径(10)和所述另外的测量路径(13、14)是不同的。

Description

核磁的流量测量设备以及运行核磁的流量测量设备的方法
技术领域
本发明涉及一种用于确定流过测量管的介质的流量的核磁的流量测量设备,具有磁场产生装置、测量装置以及带有天线的天线装置,其中,磁场产生装置在平行于测量管纵轴线定向的磁场路径上利用具有至少一个垂直于测量管纵轴线的分量的磁场为了磁化介质而穿过流动的介质,其中,构造所述测量装置用于产生激励磁化的介质的激励信号并且用于测量由激励信号在磁化的介质中产生的测量信号,并且其中,天线构造成线圈状的,并且构造在平行于测量管纵轴线定向的并且位于磁场路径中的测量路径上用于将激励信号传递到磁化的介质上并且用于检测测量信号。此外,本发明也涉及一种用于运行核磁的流量测量设备的方法。
背景技术
元素的具有核自旋的原子核也具有通过核自旋引起的磁力矩μ。核自旋能够理解为能够通过矢量描述的转动冲量并且磁力矩相应地也能够通过矢量描述,其平行于转动冲量的矢量定向。原子核的磁力矩的矢量在存在宏观的磁场时趋势性地平行于原子核位置处的宏观磁场的矢量定向。在此,原子核的磁力矩的矢量以原子核位置处宏观磁场的矢量进动。所述进动的角频率称作拉莫尔角频率并且是回旋磁率与原子核位置处磁流密度的数值的乘积。因此,拉莫尔角频率与原子核位置处磁流密度的数值成比例。回旋磁率对于氢核来说是最大的。
在体积V中分别具有磁力矩的大量K原子核在不存在宏观的磁场时基于原子核的各个磁力矩的定向的静态均匀分布而没有宏观的磁化。宏观磁场的存在干扰了原子核的各个磁力矩的定向的静态均匀分布,并且引起了平行于宏观磁场的宏观磁化。宏观磁场中磁力矩的定向的过程关于时间的曲线通过自旋-网格-弛豫时间常数T1表征,并且具有指数衰减的曲线。自旋-网格-弛豫时间常数的值对于不同的物质又是有特征性的。
开头所述类型的核磁的流量测量设备构造用于确定流过测量管的介质的流量。所述介质能够包含一种或者也能够包含多种相。对于单相的介质,通过确定介质在测量管中的流动速度来确定流量。多相的介质的流量的确定除了确定所述相的每种的流动速度之外也包含所述相的每种在介质处份额的确定。在此,介质的每种相必须具有带有磁力矩的原子核,从而所述相能够在磁场中磁化。如果介质的相具有不同的自旋-网格-弛豫时间常数,那么能够确定其在介质中的份额。从油源中输送的多相的介质基本上包括两种液体的相原油和海水以及气态的相天然气,其中,所有相包含氢核并且具有不同的自旋-网格-弛豫时间常数。因此,开头所述类型的核磁的流量测量设备尤其适合于测量从油源中输送的多相的介质的流量。
用于确定介质中各种相的份额的测量方法规定,根据磁场产生装置产生的磁场作用到介质上不同长度的持续时间来确定介质的磁化。根据磁场的确定的作用持续时间来确定介质的磁化通过测量装置通过用激励信号激励磁化的介质、测量由激励信号在磁化的介质中产生的测量信号以及对测量信号的分析来实现。各个原子核的磁力矩的在激励介质前不相关进动的矢量通过激励进行相关化,这首先意味着磁力矩的进动的矢量之间固定的相关系。然而随着激励之后进展的时间相关性基于不同机制指数地衰减,这称作反相并且在此通过弛豫时间常数T2表征。所述弛豫时间常数T2的值表征不同的物质。因此,所述测量信号具有协调的振动,所述振动的特征在于拉莫尔角频率以及指数衰减的振幅。所述测量装置还从磁场作用到介质上不同长度的持续时间和在此确定的磁化中确定各种相在介质中的份额。天线装置的线圈状构造的天线在此一方面将激励信号传递到介质上并且另一方面检测激励的介质的测量信号。所述天线装置将激励信号从测量装置传递至天线并且将测量信号从天线传递至测量装置。
开头所述类型的由现有技术公开的核磁的流量测量设备通过磁场的变化改变了磁场作用到介质上的有效的持续时间,其中,磁场的变化通过机构实现。
由US7,872,474B2公开了开头所述类型的核磁的流量测量设备。所述磁场产生装置包括多个围绕测量管沿着测量管纵轴线先后相继布置的磁体布置。所述磁体布置中的每个能够围绕测量管纵轴线转动并且以具有一个方向的磁场穿过测量管中流动的介质。磁体布置的各个磁场的方向在此要么能够相互平行地定向,要么相互反平行地定向。如果磁场产生装置例如包括四个磁体布置并且四个磁体布置的磁场方向平行地定向,那么磁场作用到介质上的有效作用持续时间是最大的。如果所述磁体布置之一的磁场方向相对于其余三个磁体布置的磁场方向反平行地定向,那么有效的作用持续时间仅仅还有刚才的一半长。因为所述三个其磁场方向平行定向的磁体布置之一补偿介质的通过其磁场方向反平行定向的磁体布置引起的磁化。各个磁体组合件的转动要求相应的机构。所述机构、如每个机构与成本相联系,需要空间,必须维护并且即使维护但是仅仅是受限地可靠的。
发明内容
本发明的任务是说明一种具有改善的可靠性的核磁的流量测量设备以及说明一种用于运行核磁的流量测量设备的方法。
其中解决了前面引出并且指出的任务的按本发明的核磁的流量测量设备首先并且基本上特征在于,所述天线装置具有至少一个另外的天线,所述另外的天线构造成线圈状的并且被构造在另外的平行于测量管纵轴线定向的并且位于磁场路径中的测量路径上用于将激励信号传递到磁化的介质上并且用于检测测量信号,并且所述测量路径和所述另外的测量路径是不同的。
所述天线装置包括至少两个天线,其中,所述天线中的每个构造成线圈状的并且被构造在平行于测量管纵轴线定向的并且位于磁场路径中的测量路径上用于将激励信号传递到磁化的介质上并且用于检测测量信号。所述测量路径中的每个通过其平行于测量管纵轴线的长度以及在测量管纵轴线上的位置明确地确定。所述测量路径中的至少相应两个要么能够先后相继,然而要么能够在磁场路径中重叠。
通过天线的不同的测量路径实现了用激励信号激励介质并且而后根据磁场作用到介质上不同长度的作用持续时间检测介质的通过激励信号引起的测量信号。直接从沿着介质的流动方向从磁场路径的开端直至相应的天线的路径以及介质在测量管中的流动速度中获得磁场作用到介质上的作用持续时间。
按本发明的核磁的流量测量设备相对于开头所述类型的现有技术公开的核磁的流量测量设备具有取消了用于改变磁场作用到介质上的有效作用持续时间的机构的优点。通过取消所述机构显著简化了按本发明的核磁的流量测量设备的结构。由此降低了维护费用以及维护成本并且提高了按本发明的核磁的流量测量设备的可靠性。相对于所述机构,线圈状的天线是显著成本更有利的,因此在成本相同时能够实现更多数量的天线。所述更多数量的天线实现了在磁场作用到介质上的不同的作用持续时间的数量更高时测量介质的磁化,由此改善了测量精度。
在按本发明的核磁的流量测量设备的优选的构造方案的情况下规定,所述线圈状构造的天线中的至少两个的绕组密度是相同的。相同的绕组密度简化了线圈状的天线的制造,由此其是成本更有利的。此外,具有相同的绕组密度的线圈状构造的天线具有类似的电特性,由此也简化了测量装置的协调。
已经证实的是,测量路径的相对于介质的流动速度成比例的长度提供了比对于介质的整个流动速度范围具有恒定的长度的测量路径更好的测量结果。如果例如通过以下方法确定流动速度,即流动的介质在测量路径上被激励并且随后从通过激励引起的衰减的测量信号中确定流动速度,那么弛豫时间常数T2必须相对于介质在测量路径中的停留持续时间足够大。当在确定流动速度时由于测量信号基于弛豫时间常数T2的衰减的误差对于相应的应用情况是可容忍的时候,所述弛豫时间常数T2相对于停留持续时间是足够大的。因此,在给出弛豫时间常数T2时,用长的测量路径确定高流动速度比用短的测量路径更精确。因此,在按本发明的核磁的流量测量设备的特别优选的构造方案中规定,所述天线中的至少两个的测量路径是不同长度的。此外,当所述天线中的至少两个沿着介质的流动方向的测量路径的长度增加时,能够进一步改善测量结果。
通过线圈状的天线实现将激励信号传递到磁化的介质上并且检测测量信号。激励信号到磁化的介质上的传递能够用第一线圈实现,并且测量信号的检测能够用第二线圈实现。在按本发明的核磁的流量测量设备的另一十分特别优选的构造方案中与之相对地规定,所述天线中的至少一个具有唯一的线圈用于将激励信号传递到磁化的介质上并且用于检测信号。具有仅仅一个唯一的线圈的天线的实施方案在一方面显著降低了天线的制造费用,然而在另一方面对于测量装置仅仅略微地提高了费用。
具有唯一的线圈的天线中的至少一个的唯一的线圈可以是柱形线圈,其中,柱形线圈的磁场在测量管中流动的介质中具有至少一个平行于测量管纵轴线的分量,并且柱形线圈围绕测量管中流动的介质进行布置。柱形线圈围绕测量管的布置意味着线圈绕组围绕测量管实施。甚至可以在测量管上实施线圈绕组,使得所述柱形线圈是测量管的组成部分。
所述天线装置可以具有至少一个天线组,其中,所述天线组具有至少两个具有柱形线圈作为唯一的线圈的天线,并且具有柱形线圈作为唯一的线圈的天线的测量路径先后相继地沿着测量管纵轴线进行布置。当在两个天线之间没有布置另外的天线时,这两个天线就先后相继地布置。
有利的是,所述天线组中的至少一个的所述先后相继的测量路径中的至少两个通过平行于测量管纵轴线的测量间隔路径隔开从而减少两个先后相继的天线的感应耦合。根据使用情况,能够容忍两个先后相继的天线的感应耦合的一定的大小,其中,能够容忍极限是隔开两个先后相继的天线的尺寸。
在按本发明的核磁的流量测量设备的构造方案的改进方案中能够规定,所述天线组中的至少一个的通过一个所述测量间隔路径隔开的天线中的至少两个形成了具有复合测量路径的复合天线,所述复合测量路径由天线的测量路径和测量间隔路径构成,并且复合天线在复合测量路径上具有与所述两个天线之一在其相应的测量路径上相同的特性。所述复合天线之一的天线能够因此分开地以其相应的测量路径来运行,其中,天线的感应耦合是能够容忍的或者也作为复合天线来运行,其中,复合天线在复合测量路径上具有和天线在相应的测量路径上相同的特性。
在按本发明的核磁的流量测量设备的另一十分特别优选的构造方案中规定,所述天线装置具有至少一个带有至少一个抽头的被抽头的线圈。所述抽头将所述被抽头的线圈分成两个部分线圈,并且所述部分线圈中的每个形成了所述天线之一。所述天线因此在此没有像前面一样通过单个的线圈实现,而是通过一个具有抽头的线圈实现,由此降低了制造费用。
所述被抽头的线圈可以是柱形线圈,其中,柱形线圈的磁场在测量管中流动的介质中具有至少一个平行于测量管纵轴线的分量并且所述柱形线圈围绕测量管中流动的介质进行布置。柱形线圈围绕测量管布置意味着线圈绕组围绕测量管实施。甚至可以在测量管上实施线圈绕组,使得所述线圈是测量管的组成部分。
当所述被抽头的线圈中的至少一个的天线中的至少一个在通过被抽头的线圈形成的天线的测量路径中的至少一个之外具有用于补偿通过磁场产生装置形成的在介质中作用的磁场的补偿天线时,已经证实有利于流量测量的质量。
在按本发明的核磁的流量测量设备的另一优选的构造方案中规定,所述天线中的至少一个的唯一的线圈是鞍形线圈,并且鞍形线圈的磁场在测量管中流动的介质中具有至少一个垂直于测量管纵轴线的分量。
当所述柱形线圈必须围绕测量管布置时,所述鞍形线圈侧向地布置在测量管处,或者如图示已经提议的那样在测量管处构造。因此,鞍形线圈在测量管处的布置花费得比柱形线圈的布置更少。鞍形线圈相对于柱形线圈的另一远远更重要的优点是磁场基本上垂直于测量管纵轴线并且不平行于其延伸的特征。当所述鞍形线圈中的至少两个先后相继地沿着测量管纵轴线进行布置时考虑所述优点。两个先后相继布置的鞍形线圈的感应耦合远远小于两个先后相继布置的柱形线圈的感应耦合。
按本发明的核磁的流量测量设备的前面所解释的构造方案的改进方案规定,所述天线装置具有至少一个天线对,所述天线对具有带有鞍形线圈作为唯一的线圈的天线的两个,所述两个具有鞍形线圈作为唯一的线圈的天线关于测量管纵轴线是对置的,这两个天线的测量路径是叠合的,天线对的磁场在介质中的方向通过天线对轴线进行描述并且天线对轴线具有至少一个垂直于测量管纵轴线的分量。代替单个的鞍形线圈使用由两个鞍形线圈构成的天线对引起了磁场的更强的聚束以及与相邻的天线更小的感应耦合。
如果所述天线装置具有至少两个天线对,那么这两个天线对的天线对轴线能够定向不同并且天线对的测量路径至少能够是重叠的。天线对轴线的不同的定向引起了天线对之间降低的感应耦合。
对于按本发明的核磁的流量测量设备规定,构造所述天线中的至少一个用于产生磁场,所述磁场的磁场强度具有梯度并且所述磁场在介质中至少在所述至少一个天线的测量路径上延伸。磁场强度的梯度能够是这样的,即其中磁场强度沿着轴线线性地增加。所述磁场能够通过至少一个永磁体和/或通过至少一个通电的线圈产生。与用于天线的线圈相同的实施方案适用于至少一个线圈的构造方案。
在按本发明的核磁的流量测量设备中所述天线中的至少两个的测量路径是不同长度的,所述按本发明的核磁的流量测量设备能够用按本发明的方法来运行,所述方法首先并且基本上特征在于,通过所述测量装置产生激励信号,激励信号通过天线传递到在测量路径中流动的磁化的介质上并且位于测量路径中的介质的由激励信号在介质中引起的测量信号由天线检测,所述激励信号通过至少一个另外的天线传递到在至少一个另外的测量路径中流动的磁化的介质上,并且由至少一个另外的天线检测在所述至少一个另外的测量路径中的介质的由激励信号在介质中引起的测量信号,通过反相以至少减少的干扰形成了导出的测量信号,方法是由天线检测的测量信号和由所述至少一个另外的天线检测的测量信号相互结合,并且从导出的测量信号中确定流动的介质的速度。
下面以按本发明的核磁的流量测量设备的例子不限制本发明地更详细地解释按本发明的方法,所述流量测量设备的天线装置包含天线以及仅仅一个另外的天线,其中,测量路径沿着介质的流动方向布置在另外的测量路径前面。
所述天线在时间点t0,1将激励信号传递到位于测量路径中的介质上,并且在时间点t1,由天线检测的测量信号y1的振幅为
其中,
并且
所述另外的天线在时间点t0,2将激励信号传递到位于所述另外的测量路径中的介质上,并且在时间点t2,由所述另外的天线检测的测量信号y2的振幅为
其中,
并且
对于时间点t1来说,必须满足0≤t1-t0,1≤l1/v,并且对于时间点t2来说,必须满足0≤t2-t0,2≤l2/v。l1是测量路径的长度并且l2是所述另外的测量路径的长度,其中,l1≠l2。指数n表示包含N相的介质的各种相。对于所述相中的每种,M{1,2}是磁化,F是介质中相的份额并且T2是已经提到的弛豫时间常数。
相应第一项y{1,2},1描述了基于激励的介质从相应的测量路径中流出相应的测量信号y{1,2}的振幅的减少。相应第二项y{1,2},2描述了通过反相使得相应的测量信号的振幅减少,其通过弛豫时间常数T2来描述。
由现有技术公开了在时间点t用唯一的天线确定流动速度v(t)。这种确定需要知道测量信号的振幅(t),测量路径的长度l{1,2},磁化M{1,2}n,介质中的相的份额Fn(t)以及弛豫时间常数T2,n
根据按本发明的方法,例如通过结合由天线检测的测量信号的振幅(t1)和由所述另外的天线检测的测量信号的振幅(t2)形成导出的测量信号。
所述介质的相的磁化M{1,2}n沿着介质的流动方向在磁场路径上一直增加直至饱和磁化。如果介质在测量路径中以及在所述另外的测量路径中没有磁化直至饱和,那么能够通过在测量路径和另外的测量路径之间具有平行于测量管纵轴线的长度a的间隔路径来调节介质在测量路径和所述另外的测量路径中足够相同的磁化。在此,应该如此尺寸设计所述间隔路径,使得由天线激励的介质只有在由所述另外的天线激励的介质已经完全从所述另外的测量路径中流出时,也就是在满足条件a≥l2时才到达所述另外的测量路径。否则的话,由天线激励的介质会扭曲由所述另外的天线检测的测量信号。此外,天线和所述另外的天线之间的感应耦合应该是足够小的。在考虑前面所述的实施方案时,在第二项y{1,2},2中磁化至少充分相同,因此M1,n≈M2,n
能够如此选择测量时间点t{1,2},从而在测量时间点t1和测量时间点t2之间的时间区间中所述流动速度的变化是足够小的,因此v(t1)≈v(t2),并且介质的相的份额的变化是足够小的,因此Fn(t1)≈Fn(t2)。
此外,能够如此选择所述激励时间点t0,{1,2},使得至少适用t1-t0,1≈t2-t0,2,由此在考虑前面所述的实施方案时所述第二项y{1,2},2总体是足够相同的。因此,通过反相至少降低导出的测量信号的干扰。通过相应的应用对核磁的流量测量设备的要求来确定在前面所述的实施方案中什么是足够的。
导出的测量信号可以是商,其中,商中的每个由通过天线之一检测的测量信号以及由通过其余天线之一检测的测量信号形成,并且其中,所述天线的测量路径和所述其余天线的测量路径是不同长度的。传递到所述例子上,所述商从由天线检测的测量信号的振幅(t1)和由所述另外的天线检测的测量信号的振幅(t2)形成:
优选通过所述天线并且通过所述另外的天线中的至少一个将激励信号在相同时间传递到介质上。在所述例子中应用的是,所述激励时间点t0,{1,2}选择是相同的,由此也至少使得t1≈t2。由此以下是导出的测量信号
由此能够以简单的方式计算流动速度:
为了在任意时间点按本发明确定测量管中介质的流动速度,因此只需要知道测量路径的长度、测量信号的振幅以及激励时间点。因此不需要知道弛豫时间常数T2,n。能够不用知道弛豫时间常数T2,n就确定介质的流动速度的能力也可以称作自校正,因为不再需要用具有不同的已知的弛豫时间常数T2,n的介质来校正按本发明的核磁的流量测量设备。
因为现在知道了介质的流动速度,所以能够消除流动速度对由天线检测的测量信号产生的影响,由此获得补偿的测量信号的振幅:
因此,所述补偿的测量信号的振幅因此相应于如下的测量信号的振幅,其在介质处在测量管中时获得。因此能够从补偿的测量信号的振幅中确定弛豫时间常数T2,n。从所述弛豫时间常数T2,n中而后能够用介质的相的这种相关的特性如例如确定相的粘度。
附图说明
现在详细地给出了不同的方案,用以构造并且改进按本发明的核磁的流量测量设备。为此不仅参照从属于权利要求1的权利要求,而且也参照结合附图对优选的实施例所作的描述。附图中示出:
图1是按本发明的具有三个柱形线圈的核磁的流量测量设备的第一实施例,
图2是按本发明的具有唯一的抽头的柱形线圈的核磁的流量测量设备的第二实施例,以及
图3a、3b是按本发明的具有一个柱形线圈和两个鞍形线圈的核磁的流量测量设备的第三实施例。
具体实施方式
在图1中示意性地示出了按本发明的核磁的流量测量设备1的第一实施例的重要的元件,所述流量测量设备首先具有测量管2,所述测量管由介质3流过。核磁的流量测量设备1构造用于确定介质3通过测量管2的流量,其中,所述介质3也能够包含多种相。为了确定介质3通过测量管2的流量,所述核磁的流量测量设备1具有磁场产生装置4、测量装置5以及具有天线7的天线装置6。
所述测量管2的测量管纵轴线8通过定义平行于笛卡尔坐标系统的x轴线定向,由此介质3平行于x轴线并且通过定义沿着正的x方向流动。所述磁场产生装置4产生磁场,所述磁场在平行于x轴线定向的磁场路径9上通过定义沿着坐标系统的正的z方向穿过流动的介质3。流动的介质3的方向与磁场的方向因此相互垂直地定向。
构造测量装置5用于产生由磁化的介质3激励的激励信号并且用于测量由激励信号在磁化的介质3中引起的测量信号。
所述天线装置6的天线7在平行于x轴线定向的并且位于磁场路径9中的测量路径10上构造不仅用于将激励信号传递到磁化的介质3上,而且也用于检测测量信号。按本发明的核磁的流量测量设备1除了具有测量路径10的天线7之外还具有另外的第一天线11和另外的第二天线12。所述另外的第一天线11在平行于x轴线定向的位于磁场路径9中的另外的第一测量路径13上以及所述另外的第二天线12在平行于x轴线定向的位于磁场路径9中的另外的第二测量路径14上构造用于将激励信号传递到磁化的介质3上并且用于检测测量信号。
所述天线装置6构造用于将激励信号从测量装置5传递至天线7、另外的第一天线11以及另外的第二天线12,并且用于将测量信号从天线7、另外的第一天线11以及另外的第二天线12传递至测量装置5。
所述测量装置5构造用于产生激励信号,并且所述天线装置6构造用于将激励信号通过所述天线7、11、12的任意每个独立于其余天线7、11、12地传递到磁化的介质3上,也通过所述天线7、11、12的多于一个同时传递到磁化的介质3上。此外,所述测量装置5构造用于测量被激励的介质3的测量信号,并且所述天线装置6构造用于以所述天线7、11、12的任意一个独立于其余天线7、11、12地或者也以所述天线7、11、12的多于一个的同时检测被激励的介质3的测量信号。尤其也可以通过所述天线7、11、12的任意一个或任意多个将激励信号传递到介质3上并且用所述天线7、11、12的其它任意一个或任意多个检测由这种激励信号在介质3中引起的测量信号。用以检测测量信号的天线7、11、12优选沿着x轴线关于正的x方向布置在相同的高度上或者布置在通过其将引起测量信号的激励信号传递到介质3上的天线7、11、12后面。
所述天线7的测量路径10的长度小于所述另外的第一天线11的另外的第一测量路径13的长度,并且所述另外的第一测量路径13的长度小于所述另外的第二天线12的另外的第二测量路径14的长度。沿着x轴线关于正的x方向,所述另外的第一天线11布置在天线7后面,并且所述另外的第二天线12布置在所述另外的第一天线11后面。在测量管2中流动的介质3平行于x轴线从磁场路径9的开端直至测量路径10的开端走过第一流入路径15,从磁场路径9的开端直至所述另外的第一测量路径13的开端走过另外的第一流入路径16,并且从磁场路径9的开端直至另外的第二测量路径14的开端走过另外的第二流入路径17。相应于天线7、11、12的布置,所述流入路径15的长度小于所述另外的第一流入路径16的长度,并且所述另外的第一流入路径16的长度小于所述另外的第二流入路径17的长度。由磁场产生装置4产生的磁场到流动的介质3上的相应的作用持续时间相应于流入路径15、16、17的长度。通常测量路径通过其平行于x轴线的长度以及在x轴线上的位置明确地确定。因此所述测量路径10、13、14不同。
所述天线7具有柱形线圈18,所述另外的第一天线11具有另外的第一柱形线圈19,并且所述另外的第二天线12具有另外的第二柱形线圈20作为唯一的用于将激励信号传递到磁化的介质3上并且用于检测测量信号的线圈。所述柱形线圈18、19、20如下地围绕测量管2布置,使得被通电的柱形线圈18、19、20的磁场在流动的介质3中具有至少一个平行于x轴线的分量。
流过测量管2的介质3通过磁场产生装置4的沿着正的z方向作用的磁场进行磁化。在此,原子核利用磁力矩在相互间没有参考相位的情况下围绕z轴线进动。由测量装置5产生的激励信号由天线装置6传递至所述天线7、11、12中的至少一个处,所述激励信号的频率谱包括拉莫尔频率。所述激励信号在选出的柱形线圈18、19、20中引起了具有沿着x方向的分量的交变磁场,通过其施加使进动的原子核转动到x-y平面中的并且引起原子核进动的同相性的转矩到介质3的进动的原子核上。以这种方式,激励的介质3在所述柱形线圈18、19、20中的至少一个中感应测量信号,所述测量信号从天线装置6传递至测量装置5。
所述天线7以及布置在所述天线7后面的另外的第一天线11形成了天线组21。天线7的测量路径10与另外的第一天线11的另外的第一测量路径13通过平行于x轴线的测量间隔路径22隔开,从而降低柱形线圈18和另外的第一柱形线圈19的感应耦合。此外,所述天线组21形成了具有复合测量路径23的复合天线。所述复合测量路径23由天线7的测量路径10、测量间隔路径22以及另外的第一测量路径13组成。所述复合天线23在复合测量路径23上关于介质3具有与天线7在测量路径10上以及另外的第一天线11在另外的第一测量路径13上相同的特性。
在图2中示意性地示出了按本发明的核磁的流量测量设备1的第二实施例的重要的元件。相对于在图1中所示的实施例,所述天线装置6仅仅包含唯一的线圈24用于将激励信号传递到磁化的介质3上并且用于检测测量信号。所述唯一的线圈24是构造成柱形线圈的具有第一抽头25和第二抽头26的抽头的线圈。所述被抽头的线圈24围绕在测量管2中流动的介质3进行布置,并且所述磁场在测量管2中流动的介质3中具有至少一个平行于x轴线的分量。所述抽头24和抽头25将被抽头的线圈24分成第一部分线圈、第二部分线圈和第三部分线圈。第一部分线圈形成了具有测量路径10的天线7,第二部分线圈形成了具有另外的第一测量路径13的另外的第一天线11,并且第三部分线圈形成了具有另外的第二测量路径14的另外的第二天线12。其余关于图1中所示的第一实施例的实施方案也适用于图2中的实施例。
在图3a和图3b中示意性地示出了按本发明的核磁的流量测量设备1的第三实施例的重要的元件。所述天线装置6除了由第一实施例公开的形成具有测量路径10的天线7的柱形线圈18之外也还具有第一鞍形线圈27和第二鞍形线圈28。所述第一鞍形线圈27在另外的第一测量路径13上形成了另外的第一天线11,并且另外的第二鞍形线圈28在另外的第二测量路径14上形成了另外的第二天线12。
所述鞍形线圈27、28中的每个的磁场在测量管2中流动的介质3中具有至少一个平行于y轴线的分量。与之相对,所述柱形线圈18的磁场在测量管2中流动的介质3中具有至少一个平行于x轴线的分量。通过在一个侧面上柱形线圈18的磁场与在另一侧面上鞍形线圈27、28的磁场的不同的方向,所述柱形线圈18与鞍形线圈27、28之间的感应耦合小于当鞍形线圈27、28通过具有磁场的至少一个平行于x轴线的分量的柱形线圈代替的情况。通过更小的感应的耦合改善了测量数据的质量。
所述另外的第一天线11和所述另外的第二天线12关于x轴线对置地围绕测量管2布置,更确切地说如此进行布置,即所述另外的第一测量路径13和所述另外的第二测量路径14是叠合的。第一鞍形线圈27和第二鞍形线圈28的共同的磁场在流动的介质3中的方向通过天线对轴线29描述,其与y轴线重叠。关于图1中所示的第一实施例的其余实施方案也适用于该实施例。
附图标记列表:
1核磁的流量测量设备
2测量管
3介质
4磁场产生装置
5测量装置
6天线装置
7天线
8测量管纵轴线
9磁场路径
10天线的测量路径
11另外的第一天线
12另外的第二天线
13另外的第一测量路径
14另外的第二测量路径
15流入路径
16另外的第一流入路径
17另外的第二流入路径
18第一柱形线圈
19第二柱形线圈
20第三柱形线圈
21天线组
22测量间隔路径
23复合测量路径
24被抽头的线圈
25第一抽头
26第二抽头
27第一鞍形线圈
28第二鞍形线圈
29天线对轴线。

Claims (20)

1.核磁的流量测量设备(1),用于确定流过测量管(2)的介质的流量,具有磁场产生装置(4)、测量装置(5)以及带有天线(7)的天线装置(6),
其中,所述磁场产生装置(4)在平行于测量管纵轴线(8)定向的磁场路径(9)上利用具有至少一个垂直于所述测量管纵轴线(8)的分量的磁场为了磁化所述介质(3)而穿过流动的介质(3),
其中,构造所述测量装置(5)用于产生激励磁化的介质(3)的激励信号并且用于测量由所述激励信号在所述磁化的介质(3)中引起的测量信号,并且
其中,所述天线(7)构造成线圈状的并且被构造在平行于所述测量管纵轴线(8)定向的并且位于所述磁场路径(9)中的测量路径(10)上用于将所述激励信号传递到所述磁化的介质(3)上并且用于检测所述测量信号,
其特征在于,
所述天线装置(6)具有至少一个另外的天线(11、12),所述另外的天线(11、12)构造成线圈状的并且被构造在另外的平行于所述测量管纵轴线(8)定向的并且位于所述磁场路径(9)中的测量路径(13、14)上用于将所述激励信号传递到所述磁化的介质(3)上并且用于检测所述测量信号,并且所述测量路径(10)和所述另外的测量路径(13、14)是不同的。
2.按权利要求1所述的核磁的流量测量设备(1),其特征在于,线圈状构造的天线(7、11、12)中的至少两个的绕组密度是相同的。
3.按权利要求1或2所述的核磁的流量测量设备(1),其特征在于,所述天线(7、11、12)中的至少两个的测量路径(10、13、14)是不同长度的。
4.按权利要求3所述的核磁的流量测量设备(1),其特征在于,所述天线(7、11、12)中的至少两个的测量路径(10、13、14)的长度沿着所述介质(3)的流动方向增加。
5.按权利要求1到4中任一项所述的核磁的流量测量设备(1),其特征在于,所述天线(7、11、12)中的至少一个具有唯一的线圈用于将所述激励信号传递到所述磁化的介质(3)上并且用于检测所述测量信号。
6.按权利要求5所述的核磁的流量测量设备(1),其特征在于,具有唯一的线圈的天线(7、11、12)中的至少一个的所述唯一的线圈是柱形线圈(18、19、20),所述柱形线圈(18、19、20)的磁场在所述测量管(2)中流动的介质(3)中具有至少一个平行于所述测量管纵轴线(8)的分量并且所述柱形线圈(18、19、20)围绕在所述测量管(2)中流动的介质(3)进行布置。
7.按权利要求6所述的核磁的流量测量设备(1),其特征在于,所述天线装置(6)具有至少一个天线组(21),所述天线组(21)具有至少两个带有柱形线圈(18、19)作为唯一的线圈的天线(7、11),并且具有柱形线圈(18、19)作为唯一的线圈的天线(7、11)的测量路径(10、13)先后相继地沿着所述测量管纵轴线(8)进行布置。
8.按权利要求7所述的核磁的流量测量设备(1),其特征在于,所述天线组(21)中的至少一个的先后相继的测量路径(10、13)中的至少两个通过平行于所述测量管纵轴线(8)的测量间隔路径(22)隔开,从而降低两个先后相继的天线(7、11)的感应耦合。
9.按权利要求8所述的核磁的流量测量设备(1),其特征在于,所述天线组(21)中的至少一个的通过所述测量间隔路径(22)之一隔开的天线(7、11)中的至少两个形成了具有复合测量路径(23)的复合天线,所述复合测量路径(23)由所述天线(7、11)的测量路径(10、13)以及所述测量间隔路径(22)构成,并且所述复合天线在所述复合测量路径(23)上具有与所述两个天线(7、11)之一在其相应的测量路径(10、13)上相同的特性。
10.按权利要求1到9中任一项所述的核磁的流量测量设备(1),其特征在于,所述天线装置(6)具有至少一个带有至少一个抽头(25、26)的被抽头的线圈(24),所述抽头(25、26)将所述被抽头的线圈(24)分成两个部分线圈并且所述部分线圈中的每个形成了所述天线(7、11、12)之一。
11.按权利要求10所述的核磁的流量测量设备(1),其特征在于,所述被抽头的线圈(24)中的至少一个是柱形线圈,所述柱形线圈的磁场在所述测量管(2)中流动的介质(3)中具有至少一个平行于所述测量管纵轴线(8)的分量,并且所述柱形线圈围绕在所述测量管(2)中流动的介质(3)进行布置。
12.按权利要求10或11所述的核磁的流量测量设备(1),其特征在于,所述被抽头的线圈(24)中的至少一个的所述天线(7、11、12)中的至少一个在通过所述被抽头的线圈(24)形成的天线(7、11、12)的测量路径(10、13、14)中的至少一个之外具有用于补偿通过所述磁场产生装置(4)在所述介质(3)中作用的磁场的补偿天线。
13.按权利要求5到12中任一项所述的核磁的流量测量设备(1),其特征在于,所述天线(11、12)中的至少一个的唯一的线圈是鞍形线圈(27、28),并且所述鞍形线圈(27、28)的磁场在所述测量管(2)中流动的介质(3)中具有至少一个垂直于所述测量管纵轴线(8)的分量。
14.按权利要求13所述的核磁的流量测量设备(1),其特征在于,所述天线装置(6)具有至少一个天线对,所述天线对具有带有鞍形线圈(27、28)作为唯一的线圈的天线(11、12)中的两个,所述两个具有鞍形线圈(27、28)作为唯一的线圈的天线(11、12)关于所述测量管纵轴线(8)是对置的,所述两个天线(11、12)的测量路径(13、14)是叠合的,所述天线对的磁场在所述介质(3)中的方向通过天线对轴线(29)描述,并且所述天线对轴线(29)具有至少一个垂直于所述测量管纵轴线(8)的分量。
15.按权利要求14所述的核磁的流量测量设备(1),其特征在于,所述天线装置(6)具有至少两个天线对,所述两个天线对的天线对轴线(29)是定向不同的,并且所述天线对的测量路径(13、14)至少是重叠的。
16.按权利要求1到15中任一项所述的核磁的流量测量设备(1),其特征在于,构造所述天线(7、11、12)中的至少一个用于产生磁场,所述磁场的磁场强度具有梯度并且所述磁场在所述介质中至少在所述至少一个天线(7、11、12)的测量路径(10、13、14)上延伸。
17.用于运行按权利要求1和3所述的核磁的流量测量设备(1)的方法,
其特征在于,
通过所述测量装置(5)产生激励信号,
激励信号通过所述天线(7)传递到在所述测量路径(10)中流动的磁化的介质(3)上,并且由所述天线(7)检测在所述测量路径(10)中的介质(3)的由所述激励信号在所述介质(3)中引起的测量信号,
激励信号通过所述至少一个另外的天线(11、12)传递到在所述至少一个另外的测量路径(13、14)中流动的磁化的介质(3)上,并且由所述至少一个另外的天线(11、12)检测在所述至少一个另外的测量路径(13、14)中的介质(3)的由所述激励信号在所述介质(3)中引起的测量信号,
通过反相以至少降低的干扰形成导出的测量信号,方法是相互结合由所述天线(7)检测的测量信号以及由所述至少一个另外的天线(11、12)检测的测量信号,并且
从所述导出的测量信号中确定所述流动的介质(3)的速度。
18.按权利要求17所述的方法,其特征在于,所述导出的测量信号是商,所述商中的每个由通过所述天线(7、11、12)之一检测的测量信号以及由通过其余的天线(7、11、12)之一检测的测量信号形成,并且所述天线的测量路径(10、13、14)与所述其余的天线(7、11、12)的测量路径(10、13、14)是不同长度的。
19.按权利要求17或18所述的方法,其特征在于,通过所述天线(7、11、12)并且通过所述另外的天线(7、11、12)中的至少一个将所述激励信号在相同的时间传递到所述介质(3)上。
20.按权利要求17到19中任一项所述的方法,其特征在于,在所述核磁的流量测量设备(1)的情况下实现权利要求2或者权利要求4到16中任一项。
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