DE1906185A1

DE1906185A1 - Phasenstarres NMR-Stroemungsmessungssystem

Info

Publication number: DE1906185A1
Application number: DE19691906185
Authority: DE
Inventors: auf Nichtnennung. GOIf Antrag
Original assignee: Badger Meter Inc
Current assignee: Badger Meter Inc
Priority date: 1968-02-05
Filing date: 1969-02-05
Publication date: 1969-08-21
Also published as: GB1224559A; US3551794A; SE362297B; FR1597894A; NL6818703A

Description

Badger Meter Manufacturing Company, 4545 West Brown Deer Road, Milwaukee, Wise, U. S. A.

"Phas enstarre s NMR-Strömungsme s sungs-

system"

Die Erfindung bezieht sich auf Systeme zur Ausnutzung des Phänomens der kernmagnetischen Resonanz bei paramagnetischen Flüssigkeiten, insbesondere auf die Anwendung der NMR-Technik zum Anzeigen und Messen der Strömung solcher Flüssigkeiten (NMR = Nuclear Magnetic Resonance).

Es gibt einige unterschiedliche Typen von NMR-Strömungsmessern. Sie unterscheiden sich untereinander hinsichtlich Aufbau und Wirkungsweise, jedoch haben alle etwas gemeinsam, nämlich ein erstes Mittel zur Erzeugung einer feststellbaren kernmagnetischen Charakteristik in der strömenden Flüssigkeit und ein zweites Mittel, von dem mindestens ein Teil stromabwärts in Bezug auf das erste Mittel angeordnet ist, zur Anzeige, Messung oder andersartigen Feststellung des Durchflusses als Ergebnis der Arbeitsweise des ersten Mittels.

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Das erste Mittel verschiedener bekannter Strömungsmesser kann den Betrag der Magnetisierung, wenn einer besteht, in der Flüssigkeit erhöhen, oder ihn bei einer vormagne^feisierten Flüssigkeit senken. Das kann stetig geschehen oder durch einzelne Markierungsimpulse (tagging pulses). Bei anderen Systemen wird die Magnetisierung statt in ihrer Amplitude in ihrer Richtung geändert. Die Stelle, an der das erste Mittel aller dieser Systeme angeordnet ist, wird im folgenden als "Markierungsstelle*¹ (tagging staion) bezeichnet, denn ihr Zweck ist in jedem Fall, die W Flüssigkeit durch Beeinflussung ihrer Kernmagnetisierung so zu markieren, daß die Durchflußgeschwindigkeit zum Zeitpunkt ihres Eintreffens bei dem zweiten Mittel angezeigt wird. Die Stelle, an der das zweite Mittel angeordnet ist, wird im folgenden als "Anzeigestelle" bezeichnet. Die vorliegende Erfindung ist besonders geeignet für die Anwendung mit NMR-Systemen, sie kann aber auch überall benutzt werden, wo ein moduliertes Markierungszeichen an der Markierungsstelle der Flüssigkeit angelegt wird, sei es, daß das durch magnetische Mittel oder anders geschieht.

Da das Auflösungsvermögen oder die Genauigkeit jedes Strömungsmessers von der Geschwindigkeit abhängig ist, mit der ) seine Ausgangsanzeige auf die Änderungen der Strömung reagiert, ist es wünschenswert, die Genauigkeit durch Erhöhung der Frequenz, auf der die Ausgangsinformation lieferbar ist, zu vergrößern. Bei einigen bekannten Systemen ist die Frequenz der Ausgangsinformation jedoch auf ein Tonsignal relativ niedriger Frequenz beschränkt worden, das, obwohl es für einen verhältnismäßig guten Rauschabstand sorgt, das Auflösungsvermögen des Strömungsmessers strikt begrenzt hat.

Gleichzeitig ist es wünschenswert, einen guten Rauschabstand zu erzielen, und dieses Bestreben wird erschwert durch die Verbreiterung des Durchlassbereichs an der Anzeigestelle,

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um höhere Frequenzen durchzulassen.

Es ist deshalb Aufgabe der Erfindung_jverbesserte Vorrich- · tungen und Verfahren zur Anzeige und Messung der Strömung paramagnetischer Flüssigkeiten entlang eines Strömungsweges zu schaffen, wobei die Information der Strömungsmenge bei relativ hoher Frequenz erfolgt, ohne Verschlechterung des Rauschabstandes. Weiteres Ziel der Erfindung ist ein NMR-Strömungsmesser mit verbesserter Genauigkeit und Stabilität unter Beibehaltung relativer Einfachheit in Aufbau und Wirkungsweise. Andere Ziele und die Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung hervor.

Erfindungsgemäß sind vorgesehen:

ein Strömungsweg für paramagnetische Flüssigkeit; Markierungsmittel, die dicht am Strömungsweg angeordnet sind, um eine Kugel (bolus) der Flüssigkeit mit einem vorbestimmten kernmagnetischen Merkmal zu markieren; Anzeigemittel, die dicht am Strömungsweg stromabwärts der Markierungsmittel angeordnet sind, um ein laufend angezeigtes Signal als Antwort auf das kernmagnetische Merkmal zu erzeugen; Modulationsmittel, die bewirken, daß die Markierungsmittel in der Flüssigkeit ein moduliertes Merkmal erzeugen; Mittel zum Vergleichen der Phase der Modulationsmittel mit dem angezeigten Signal,

und Rückkopplungsmittel zur Feststellung einer gegebenen Beziehung zwischen der Phase der Modulationsmittel und der Phase des angezeigten Signals. In einer Ausführungsform der Erfindung ste-hen die Markierungs- und die Anzeigemittel in Wechselbeziehung, und die Markierungsmagnetisierung wird sowohl bei dem Markierungs- als auch bei dem Anzeigevorgang verwendet. Die Modulationsmittel sind vorgesehen, das Vorzeichen des Gradienten der Magnetisierung entlang desjStrömungsweges unmittelbar stromaufwärts der Anzeige- oder Empfangsspule zu verändern, um zu bewirken, daß die Empfangs-

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spule abwechselnd zwei verschiedene Signale als Antwort auf den Abfall des Profils der Magnetisierungsintensität erzeugt, wobei die beiden verschiedenen Signale entgegengesetzt in Phase sind.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sindin der Zeichnung, dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 teilweise als Blockschaltbild, eine erste AusfUhrungsform der Erfindung, die im folgenden auch als ein "HF-Injektor"-System bezeichnet wird,

Fig. 2 ein zweidimensionales Vektordiagramm, aus dem die Größe der Netz-Kernmagnetisierung der Flüssigkeit in dem Rohr der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform an verschiedenen Stellen der Durchflußstrecke zu einem einzelnen Zeitpunkt hervorgeht,

Fig. 3 ein zweidimensionales Vektordiagramm entsprechend Fig. 2, jedoch die räumliche Beziehung der Magnetisierung der Flüssigkeit darstellend, wenn ein Modulationssignal in Rechteckwellenform in der Ausführungsform gemäß Fig. 1 angewendet wird,

Fig. 4 ein Diagramm bestimmter Wellenformen, aufgezeichnet bei Betrieb der Einrichtung nach Fig. 1,

Fig. 5 teilweise als Blockschaltbild eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die im folgenden auch als "Gleichstrom Injektor" -" (D.O. injection) System bezeichnet wird,

Fig. 6 teilweise als Blockschaltbild eine andere Ausführungsform der Erfindung, im folgenden auch als "Inversions" System bezeichnet,

Fig. 7 eine Darstellung einer Form des räumlichen Profils der Intensität der Magnetisierung bei einer Betriebsart der Einrichtung nach Fig. 6

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Pig. 8 ein dreidimensionales Vektordiagramm; es stellt die Größe der Netz-Kernmagnetisierung der Flüssigkeit im Rohr der Auführungsform nach Figur 6 mit dem Magnetisierungsintensitätsprofil der Fig. 7 an verschiedenen Stellen der Durchflußstrecke zu einem einzelnen Zeitpunkt dar;

Fig. 9 eine Form des räumlichen Profils der Intensität der Magnetisierung bei einer zweiten Betriebsart der Einrichtung nach Fig. 6,

Fig.10 ein dreidimensionales Vektordiagramm; es zeigt die Größe der Netz-Kernmagnetisierung der Flüssigkeit im Rohr der Ausführungsform nach Fig. 6 mit dem Markierungsintensitätsprofil der Fig. 9 zu einem einzelnen Zeitpunkt dar,

Figuren 11a
und 11b Darstellungen einer Alternativform des räumlichen Profils der Intensität der Magnetisierung bei zwei verschiedenen Betriebsarten einer abgeänderten Form der Einrichtung nach Fig. 6.

In Fig. 1 ist ein Strömungsweg bzw. eine Durchflußstrecke dargestellt, die ein Stück eines Rohres 10 enthält, das vorzugsweise aus nichtmagnetischem und nichtleitendem Material, wie z.B. Fiberglas o. dgl., hergestellt ist, und das die Strömung einer paramagnetischen Flüssigkeit leitet und begrenzt, die Wasserstoffatome enthält, deren Kerne ein magnetisches Moment besitzen. Das Rohr 10, das vorzugsweise einen kreisförmigen Querschnitt aufweist, ist von einer kreiszylindrischen Magnetspule 12 im wesentlichen über seine ganze Länge umgeben und weist eine Markierungsstelle 14 und eine Anzeigestelle 16 auf. Im Bereich der Markierungsstelle 14 befindet sich eine zweite Magnetspule 18. Sie ist innerhalb der Spule 12 angeordnet und umgibt das Rohr 10. Beide Spulen

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und 18 dienen zum Aufbringen einer Netz-Kernmagnetisierung auf die Flüssigkeit im Rohr 10. Diese Magnetisierung ist koaxial zum Rohr und den Spulen 12 und 18 gerichtet. Die Spule 12 erzeugt ein verhältnismäßig gleichförmiges Feld, im folgenden auch als H -Feld bezeichnet, das sich über die ganze Länge des Rohrs 10 erstreckt. Die Spule 18 erhöht die Intensität des magnetischen Feldes im Bereich der Markierungsstelle 14 zu einem später noch erläuterten Zweck.

Eine HF-Injektorspule 20,die vorzugsweise eine große Windungszahl aufweist, ist angrenzend am Rohr 10 an der Markierungsstelle 14 angeordnet und liegt mit ihrer Achse

™ quer zur Strömungsrichtung. Der Spule 20 kann zweckdienlich eine zweite identische Spule in Reihenschaltung und koaxial auf der anderen Seite des Rohrs 10 zugeordnet sein (nicht dargestellt), so daß das Spulenpaar ein verstärktes Magnetfeld im Bereich des Rohrs an der Markierungsstelle 14 er- zeugt. An der Anzeigestelle 16 ist ein Spulenpaar 22, 24 angeordnet. Die Spulen 22, 24 befinden sich in Reihenschaltung an gegenüberliegenden Seiten des Rohrs 10. Sie liegen koaxial zueinander und ihre Achsen verlaufen im Allgemeinen senkrecht zur Strömungsrichtung. Eine zusätzliche Spule 26 ist am Rohr 10 angeordnet, um ein magnetisches Feld zu erzeugen, das durch das Rohr senkrecht zur Strömung und senkrecht zur Achsenrichtung der Spulen 22 und 24 verläuft. Falls erwünscht,kann eine weitere,der Spule 26 entsprechende Spule, in Reihenschaltung auf der gegenüberliegenden Seite des Rohrs 10 angeschlossen sein (nicht dargestellt).

Die Spule 26 erzeugt ein Feld, das hier H^-FeId genannt wird, während das Spulenpaar 22, 24 als Empfangsspule bezeichnet wird.

Die HF-Injektor-Spule 20, die an der Markierungsstelle 14 angeordnet ist, ist eine Modulationsspule und ihre Aufgabe ist es, die Magnetisierung der Flüssigkeit im Rohr im Verhältnis

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zu der Amplitude des auf ihre Anschlüsse 28 gegebenen Signals zu ändern. Das geschieht, indem auf die Spule 20 ein elektrisches Signal aufgebracht wird, dessen Frequenz der Immorfrequenz der paramagnetischen Flüssigkeit an der Markierungsstelle entspricht, d.h. der Frequenz, bei der die Vektoren des magnetischen Moments der Kerne eine freie Präzessionsbewegung im Magnetfeld im Rohr 10 ausführen. Wenn das eintritt, dann führt der Vektor des magnetischen Moments eine Präzessionsbewegung um den Vektor des von der Spule 20 erzeugten hochfrequenzmodulierten Feldes mit einer von der Amplitude des auf die Spule 20 gegebenen Signals abhängigen Geschwindigkeit aus. Die Amplitude der Netz-Kernmarnetisierung der Flüssigkeit wird bei diesem Vorgang verringert. Der Betrag der Verringerung ist der Amplitude des auf die Spule 20 gegebenen Signals proportional.

Die Magnetisierungsspulen 12 und 18 bewirken eine Netz-Kernmagnetisierung der Flüssigkeit in der Nähe der Markierungsstelle 14. Wenn kein Signal auf die Spule 20 gegeben wird, dann erreicht die Flüssigkeit eine maximale Kernmagnetisierung. Ein auf die Spule 20 gebrachtes veränderliches oder moduliertes Signal hat jedoch die Wirkung, daß die Magnetisierung der an der Markierungsstelle vorbeifließenden Flüssigkeit in modulierter Weise geändert wird, und zwar entsprechend dem aufgebrachten Signal. Dieses Signal wird von einem HF-Generator 38 geliefert, der ein Signal erzeugt, das frequenzgleich mit der lacmorfrequenz der paramagnetischen Kerne im Magnetfeld an der Markierungsstelle 14 ist. Die Amplitude des von dem HF-Generator 38 erzeugten Signals wird von einem Modulator 40 gesteuert, und das resultierende Signal wird durch einen Verstärker 42 verstärkt und über die Anschlüsse 28 auf die Spule 20 geschaltet.

Es sei festgestellt, daß die der paramagnetischen Flüssigkeit im Rohr 10 gegebene Netz-Kernmagnetisierung im wesent-

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lichen parallel zur Strömungsrichtung liegt und nach teilweiser Änderung durch das schwingende Feld der Spule 20 parallel zu der Strömungsrichtung in der Normalebene zu dem modulierten Hochfrequenzfeld bleibt, das von der Spule 20 erzeugt wird.

In Fig. 2 ist die Amplitude der Netz-Kernmagnetisierung parallel zur Richtung der Strömung für den Zustand dargestellt, bei dem das auf die Spule 20 gebrachte Signal mit einer Sinu-swelle moduliert ist. Die Flüssigkeit fließt in Richtung der X-Achse.

Ein spannungsgeregelter Oszillator 44, dessen Frequenz eine Funktion einer Gleichstromeingangsspannung ist, ist mit dem Modulator 40 verbunden und liefert das Signal, durch das die Amplitude des HF-Modulationssignals gesteuert wird.

An der Anzeigestelle 16 erzeugt die Spule 26, die über einen Verstärker 29 mit einem HF-Generator 27 mit konstanter Amplitude verbunden ist, ein Feld mit Iarmorfrequenz senkrecht zu den Feldern der Spulen 12 und 18. Dieses Feld wird, wie bereits erwähnt, im folgenden H₁-FeId genannt. Als eine Folge des H..-Felde8 rotieren die kernmagnetischen Momente in der Normalebene zu seiner Richtung, und es wird in dem Empfängerspulenpaar, das die Spulen 22 und 24 enthält, eine Spannung induziert, die der Netz-Kernmagnetisierung der Flüssigkeit in der Nähe der Anzeigestelle 16 proportional ist. Die üBcmorfrequenz an der Anzeigestelle 16 ist nicht dieselbe üamorfrequenz wie an der Markierungsstelle 14»und zwar wegen der zusätzlichen, an der Markierungsstelle angeordneten, Spule 18, die die Stärke des magnetischen Feldes dort erhöht. Die Gefahr der Interferenz als Folge einer Überschneidung zwischen Markierungsstelle 14 und Anzeigestelle 16 ist gering wegen der verwendeten unterschiedlichen Frequenzen; auch

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sind die Empfängerspulen 22 und 24, wie dargestellt, vorzugsweise rechtwinklig zur Markierungsspule 20 ausgerichtet.

Die Empfängerspulen 22 und 24, die das Signal entsprechend der Amplitude der Netz-Kernmagnetisierung erzeugen, sind mittels Anschlüssen 47 über einen Verstärker 46 an einen Oetektor \md Begrenzer 48 angeschlossen. In dem Detektor und Begrenzer 48 wird eine konstante Amplitudenhüllkurve des modulierten Signals erzeugt, das von den Empfängerspulen 22 und 24 aufgenommen wurde und das, abgesehen von einer Phasenverschiebung, dasselbe Signal ist, wie das von dem spannungsgeregelten Oszillator 44 erzeugte. Der Ausgang des Detektors und Begrenzers 48 ist mit einem Eingang eines Phasendetektors 50 verbunden. Ein weiterer Eingang des Phasendetektors 50 ist mit dem Ausgang des Oszillators 44 verbunden. Aufgabe des Phasendetektors 50 ist es, eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die eine Abweichung in der Phasenbeziehung der beiden Eingangssignale in Bezug auf eine vorgegebene Phasenbeziehung darstellt.

Der Phasendetektor 50 ist ein Demodulator durch den die beiden Eingangssignale vervielfacht werden; er ist vorzugsweise ein Frequenzwaagen-Demodulator, der die Trägerfreauenz unterdrückt. Wenn zwei Eingangs signale sin (*»t) und sin (tot + Θ) auftreten, dann ist der Ausgang am Frequenzwaagen-Demodulator 1/2 £ cos θ - cos ( 2·* t + 6)J. In dieser Formel ist O die Winkelgeschwindigkeit der beiden Signale, die für beide Eingänge des Demodulator 50 gleich ist, weil die Durchflußmenge im Rohr 10 im wesentlichen konstant ist, oder sich in Bezug auf die Zeit des Durchflusses von der Markierungsstelle 14 zur Anzeigestelle 16 so langsam ändert, daß sie konstant erscheint. Das Glied θ ist der beliebige Phasenwinkel, der sich daraus ergibt,

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daß das von der Spule 26 aufgenommene und erzeugte Signal dasselbe Signal ist, was kurz zuvor von der Spule 20 erzeugt wurde. Man erkennt, daß, wenn das System so eingestellt ist, daß θ = W/2 ist, das erste Glied der obigen Gleichung verschwindet. Wenn jedoch, θ ein Winkel ist, der anders ist als ein ungerades Vielfaches νοη^"/2, dann enthält der Ausgang des Phasendetektors 50 ein Glied, das durch eine Gleichspannung dargestellt wird. Wie aus der folgenden Beschreibung erkennbar werden wird, ist das System ausgelegt, den Wert von θ bei IT/2. zu halten, so daß der Aust gang des Phasendetektors 50 normalerweise eine Sinuswelle mit einer Frequenz t*/T gleich der doppelten vom HF-Generator 27 erzeugten Frequenz ist. Der Ausgang des Phasendetektors 50 geht durch einen Tiefpassfilter 52, wird im Verstärker 54 verstärkt und auf die Regelanschlüsse des spannungsgeregelten Oszillators 44 gegeben. Der Tiefpassfilter 52 eliminiert jede Komponente, die eine Frequenz von V/TT hat. Die Verwendung eines Frequenzwaagen-Demodulators erübrigt die Beseitigung der Komponenten mit einer Frequenz νοη*>/2?Γ, die andernfalls vorkommen würden. Zum Oszillator 44 passiert nur eine Gleichspannung, die dem cos θ proportional ist. Dieses Signal verändert die Frequenz des Oszillators 44 derart, daß eine Spannung, die einen θ - Wert unter 7Γ/2 darstellt, eine Erhöhung der vom Oszillator erzeugten Frequenz bewirkt. In gleicher Weise bewirkt eine Spannung, die einen θ - Wert Über W/2 darstellt eine Erhöhung der Frequenz des Oszillators 44. Demzufolge wird, wenn die Strömungsgeschwindigkeit im Rohr 10 abfällt, so daß sie dort zwischen der Markierungsstelle 14 und der Anzeigestelle 16 zu mehr als einer Viertel-Wellenlänge der vom Oszillator 44 erzeugten Frequenz führt, die Frequenz des Oszillators 44 erhöht, und umgekehrt, um dazu zu führen, den genauen Wert von einer Viertel-Wellenlänge zwischen den Stellen 14 und 16 wiederherzustellen. Die Genauigkeit mit der die Viertel-Wellenlänge zwischen den

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"beiden Stellen 14 und 16 eingehalten wird, ist vom Verstärkungsfaktor des Verstärkers 54 abhängig. Der Verstärkungsfaktor kann auf jeden gewünschten Wert erhöht werden, um den gewünschten Genauigkeitsgrad zu erreichen.

Oa das Wesen und der Aufbau der einzelnen Einheiten der Anordnung nach Figur 1 dem Fachmann gut bekannt sind, werden sie hier nicht im Einzelnen beschrieben. Der Oszillator 44 ist jedoch vorzugsweise ein Kippschwingungsgenerator, bei dem die Ausgangsfrequenz unmittelbar durch eine Eingangsregelspannung bestimmt wird, ohne daß eine ^eaktanzröhre oder etwas ähnliches erforderlich ist. Wie später noch hervorgehoben wird, ist der Betrieb der Ausführungsform nach Fig. 1 nicht abhängig von der Wellenform des Ausgangs des Oszillators 44.

Bei der oben beschriebenen Betriebsart ist eine Viertelperiode der Frequenz des Oszillators 44 für das Fließen der paramagnetischen Flüssigkeit von der Markierungsstelle 14 zur Anzeigestelle 16 erforderlich, und diese Beziehung ist ^ unabhängig von der Durchflußgeschwindigkeit der Flüssigkeit. Deshalb muß sich die Frequenz des Oszillators 44 direkt proportional zu? Strömungsgeschwindigkeit im Rohr ändern. Der Ausgang des Oszillators 44 ist mit einem Zähler 56 verbunden, der die Zahl der vom Oszillator erzeugten Schwingungsperioden während eines gegebenen Intervalls bis zum Eintreffen der gesamten Flüssigkeitsmenge zählt, die während dieses Intervalls durch das Rohr 10 geflossen ist. Am Ausgang des Oszillators 44 ist ferner ein Anschluß 58 vorgesehen; ein Frequenzmesser o. dgl. kann dort angeschlossen werden, um eine Anzeige der augenblicklichen Durchflußgeschwindigkeit der Flüssigkeit im Rohr 10 zu geben.

Wenn der Oszillator 44 einen Sinuswellenausgang liefert, um eine Netz-Kernmagnetisierung zu erzeugen, die sich, wie in Fig. 2 dargestellt, längs des Rohrs 10 verteilt, dann ent-

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hält der Zähler 56 vorzugsweise einen Impulsformer wie z.B. einen Schmidt-Trigger o. dgl., um den Zähler eindeutig zu steuern. Als Alternative kann der Zähler 56 einen Synchronmotor enthalten, dessen Rotor synchron mit der Frequenz des Oszillators 44 läuft. Ein mechanisches" Anzeigegerät, das mit der Rotorwelle gekoppelt ist, zeigt dann den G-esamtdurchfluß unmittelbar an.

Der Oszillator 44 kann ein Rechteckwellenoszillator sein, wobei der Vektor der Netz-Kernmagnetisierung der Flüssigkeit entlang der X-Achse verläuft, wie in Fig. 3 darge- W stellt ist. Der Vektor der Netz-Kernmagnetisierung der Flüssigkeit weist längs des Rohrs eine abwechselnde Folge von gleichen Längen auf, die eine im wesentlichen konstante Magnetisieru-ng verschiedener Höhe haben. Die Arbeitsweise des Phasendetektors 50 ist in diesem Fall genauso wie vorher beschrieben, d.h. es wird kein G-leichstromsignal am .Ausgang erzeugt, wenn die beiden Eingangssignale einen Phasenunterschied von 90° haben (d.h. Q=M /2). Dasselbe trifft zu, wenn der Ausgang des Oszillators 44 eine Betriebsperiode (duty cycle) hat, die anders ist als 50 f einer gewöhnlichen Rechteckwelle. Die Wellenform des Oszillators ist nicht entscheidend.

k Es ist erkennbar, das im Betrieb der Ausführungsform nach Fig. 1 die momentane Frequenz des Oszillators 44 laufend die Strömungsgeschwindigkeit darstellt. Diese Information ist ununterbrochen erhältlich im Gegensatz zu der intermittierenden Information bekannter Anzeigesysteme. In dem Moment, in dem sich die Strömungsgeschwindigkeit nach der nur kurzen für den Durchfluß der Flüssigkeit zwischen den beiden Stellen 14 und 16 erforderlichen Zeit ändert, führt die Phase der beiden Eingänge des Phasendetektors 50 zu einer Veränderung und ein sehr kleiner Ausgang des Phasendetektors 50 ändert schnell die Frequenz des Oszillators, um die Änderung der Strömungsgeschwindigkeit widerzuspiegeln.

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Die Verwendung des Phasendetektors 50 bewirkt ein maximales Auflösungsvermögen wegen der großen Bandbreite seines Eingangs, während der nachi&gende Tiefpassfilter 52 größte Geräuscl^pfindlichkeit bewirkt. In dieser Schaltung haben die Verstärker 46 und der Detektor uid Begrenzer 48 breite Bandweiten.

Der Aussteuerungsgrad des von dem HP-Generator 38 erzeugten Signals ist vorzugsweise 100 $; das bedeutet die Größe der Änderung der Magnetisierung der Flüssigkeit von einem Minimum (bei dem die Flüssigkeit gänzlich polarisiert) bleibt) bis zu einem Maximum, bei dem kein wahrnehmbar angezeigter Ausgang an der Anzeigestelle vorhanden ist. Diese Voraussetzung trägt dazu bei, den Rauschabstand des Systems zu erhöhen.

In der Ausführungsform nach Fig. 1 liegt die Kernmagnetisierung in einer zur Strömungsrichtung parallelen Richtung. Das ist eine zweckdienliche Anordnung, da zylindrische Magnetspulen, wie die Spulen 12 und 18, dazu verwendet werden können, ein im wesentlichen gleichförmiges Feld in dem Rohr zu erzeugen. Das axiale Feld kann aber auch von Permanentmagneten erzeugt werden.

Das H-FeId und die Magnetisierung kann indes quer zur Strömungsrichtung mittels verschiedener Spulenanordnung hergestellt werden, vorzugsweise unterstützt durch einen Feromagnetkern, um den magnetischen Fluß in einer Richtung senkrecht zur Achse der Strömung zu konzentrieren. So kann z.B. ein Hufeisenmagnet verwendet werden, wobei das Rohr in der Mitte zwischen den Magnetschenkeln angeordnet ist. Ein solcher Magnet kann entweder ein Permanent- oder ein Elektromagnet sein. Wenn eine derartige Richtung angewendet wird, kann das modulierte HF-Feld in jede senkrechte Richtung eingestellt werden. An der Anzeigestelle ist die H₁-FeId-Spule so gerichtet, daß das H₁-FeId senkrecht zum H-FeId

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steht. Die Empfangsspulen liegen senkrecht zu der H^- Feld-Spule und zum H-FeId.

Die Vorrichtung nach Fig. 1 kann wahlweise mit Mitteln zur schnellen Modulierung der Frequenz des HF-Generators 38 über einen kleinen Bereich ausgerüstet sein, um die Inhomogenität in der Umgebung der Anzeigestelle zu kompensieren, weil diese eine Veränderung der lacmorfrequenz hervorrufen würde. Andererseits könnte der Generator die Gestalt eines Rauschgenerators zur Erzeugung eines fortlaufenden Frequenzbandes auf beiden Seiten der gebilde- W ten !armorfrequenz annehmen, um die Feldinhomogenität auszugleichen. Der Ausgang des Rauschgenerators würde über einen Filter geschaltet, der nur das erwünschte Frequenzband durchlassen würde.

Fig. 4 ist ein Diagramm bestimmter Wellenformen, die man beim Betrieb der Vorrichtung nach Fig. 1 erhält. Die Wellenform a in Fig. 4 ist die Hüllkurve des modulierten Magnetisierungsvektors der durch das Rohr 10 fließenden Flüssigkeit, und die Wellenform b ist das von den Empfangsspulen 22 und 24 aufgenommene Signal.· Der Ausgang des Detektors und Begrenzers 48 ist in der Wellenform c wiedergegeben, und die Wellenform d ist der Ausgang des Oszillators 44, der gegen die Wellenform c um 90° phasenverschoben ist. Bei dieser Bedingung hat die Spannung des Filters 52 und des Verstärkers 54 ein Minimum und es wird keine Änderung in der Frequenz des Oszillators 44 hervorgerufen. Wenn der Phasenunterschied nicht 90° beträgt, dann wird am Ausgang des Verstärkers eine Spannung erzeugt, die das richtige Vorzeichen hat, um eine Änderung der Frequenz des Oszillator zu veranlassen, bis der Phasenunterschied wieder 90° beträgt.

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Wenn auch das HF-Injektor-System der Fig. 1 eine Änderung in der Magnetisierung für die Markierung anwendet, so ist das "bei der vorliegenden Erfindung nicht nötig. Die Flüssigkeit kann anstatt dessen auch durch die Anwendung eines modulierten elektrischen Stromes, der durch die Spule 18 fließt, markiert werden, wobei die Amplitude der Kernmagnetisierung moduliert wird. Auf diese Weise arbeitet das Gleichstrom-Injektor-System nach Fig. 5, das nun beschrieben wird.

Die Einzelteile des Gleichstrom-Injektor-Systems nach Fig. 5 sind denen des HF-Injektor-Systems gleich, nur daß keine HF-Injektorsmile erforderlich ist und der Ausgang des spannungsgesteuerten Oszillators über einen Former 60 (shaper) und einen Verstärker 6? auf die Magnetisierungsspule 18 gebracht wird. Einzelheiten, die gleichen Einzelheiten der Fig. 1 entsprechen,sind mit denselben Bezugszahlen versehen. Der Former 60 formt den Ausgang des Oszillators 44 in eine ^eohteckwelle um, xmä sich abwechselnde Halbperioden der Rechteckwelle werden über den Verstärker 62 zur Erregung der Spule 18 angewendet. Als Folge erzeugt die Spule 18 ein in eine Richtung wirkendes polarisierendes Feld in der Form einer Rechteckwelle und markiert die Flüssigkeit in der in Fig. 3 dargestellten Weise. Im übrigen ist die Arbeitsweise der Ausführungsform nach Fig. 5 dieselbe wie die mit der Fig. 1 beschriebenen. Die Ausführungsform nach Fig. 5 hat unter bestimmten Bedingungen eine niedrigere Leistungsaufnahme als die nach Fig. 1, und zwar z.B. bei der Verwendung bei paramagnetischen Flüssigkeiten, die eine relativ kurze LängsrelaxationBzeit haben.

Obgleich sowohl das HF- Injektor-Sy st em als auch das Gleiche-fcrom-Injektor-System in hohem Maße für Strömungsmesser geeignet sind, ändert sich bei beiden die Größe des von der Empfangsspule aufgenommenen Signals nur zwischen Null und

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einem Maximumwert. In dem Inversionssystem nach Fig. 6 wird jedoch die ganze durch das Rohr fließende Flüssigkeit markiert, indem eine von zwei getrennten Magnetmarkierungen, die entgegengesetzte Vorzeichen haben, aufgegeben werden. Infolgedessen nimmt der Empfänger eine Amplitude auf, die sich zwischen dem Maximum des einen Signals und dem des anderen ändert und deshalb doppelt so groß ist wie die bei dem HF- und dem Gleichstrom-Injektor-System verwirklichte.

Die Ausführungsform nach Fig. 6 weist eine Vorpolarisierungsspule 64 auf, die stromaufwärts in bezug auf die anderen Teile des Strömungsmessers angeordnet ist. Die Spule 64 wird aus einem Grleichstromnetzteil konstant erregt und bildet dadurch ein konstantes, in einer Richtung wirkendes Magnetfeld im Rohr 10.

Sowohl die Markierungs- als auch die Anzeigestelle liegen in bezug auf die Vorpolarisierungsspule 64 stromabwärts, wo eine verlängerte bzw. lange Magnetspule 68 angeordnet ist, die einen, bezogen auf das Rohr 10, relativ großen Innendurchmesser hat und dieses umgibt. Eine Gleichstromquelle 69 versorgt die Spule 68. Am stromaufwärts gelegenen Ende der Spule 68 ist eine koaxiale Magnetspule 70 angeordnet,.die relativ kurz ist und fest auf das Rohr 10 gewickelt ist. Eine H₁-SpUIe ist am Rohr 10 befestigt. Ihre Mitte liegt in bezug auf die Spule 70 stromabwärts. Die Spule 72 ist vorzugsweise in Reihe mit einer gleichartigen Spule (nicht dargestellt) geschaltet, die auf der gegenüberliegenden Seite des Rohrs 10 zur Feldverstärkung angeordnet ist. Etwa mittig zur Spule 72 oder etwas stromabwärts zur Mitte ist ein Paar Empfangsspulen 74 und 76 senkrecht zu den Spulen 68 und 72 angeordnet. 'Die Schaltung in Verbindung mit der H-j-Spule 72 und den Empfangs spulen 74 und 76 entspricht der Schaltung mit den entsprechenden

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Spulen der Fig. 5 (nämlich der H₁- Spule und den Empfangsspulen 22 und 24); das ist durch einander entsprechende Bezugszahlen zum Ausdruck gebracht. In der Ausführungsform nach Fig. 6 ist ,jedoch der Former 60 mit der Spule 70 verbunden, die im folgenden als Markierungsspule bezeichnet wird.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 wird ein ungleichförmiges H -Feld verwendet, und das H₁-FeId kann auch ungleichförmig sein. Die Intensität des von der Spule 38 erzeugten H -Feldes ist in Figur 7 für den Zeitraum einer Periode bei Betrieb des Systems aufgezeichnet. Das Profil der Intensität des H -Feldes, bezogen auf die Länge S über das Rohr, hat im allgemeinen die Form einer G-lockenkurve. Das Profil des H..-Feldes ist in der Nähe der maximalen H Feldintensität im wesentlichen konstant, verringert sich aber steil zu einer sehr kleinen Amplitude und zwar stromabwärts von der Stelle, wo der Maximumwert von H erreicht ist. Tatsächlich kann, das Profil der H₁-Feldintensität durch Null gehen und weiter stromabwärts negativ werden, aber andererseits geht es gegen Null, wo das H-FeId noch eine bestimmbare Intensität hat.

Die H_Q-Feldintensitat ist an ihrem Maximum etwa gleich T" , so daß die Lage des wirksamen Magnetfeldes IL·, im wesentlichen mit H₁ fluchtet. Dabei J£b H-,-, die Vektorsumme des Η,,-Feldes und (H_Q -·£=)", wovon das letztere Glied die Wirkkomponente des H -Feldes für jede Winkelgeschwindigkeit OJ des H₁-FeI-des und für jedes gyromagnetisches Verhältnis der durch das Rohr fließenden Flüssigkeit ist. Das ist in Fig. 8 dargestellt, wo E_n, kollinear mit H₁ beim Maximum der H -Intensität liegt.

j*j I O

Im Bereich des Maximums ist die Intensität des H.-Peldes im wesentlichen konstant.

Während einer bestimmten Betriebsdauer des Systems wird die Markierungsspule 70 erregt, um der H -Feldintensität ein

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steiles optisches Profil stromaufwärts dicht oberhalb des Bereichs der maximalen H -Intensität zu geben, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Von der Spitze fällt die H -Intensität ab, bis sie etwa dem Intensitätsmaximum des ungleichförmigen H -Feldes gleich ist, wonach sie der normalen H -Kurve folgt. Dies gibt dem H-PeId ein von der Markierungs-spule bestimmtes Profil, das, während die Intensität des Η,,-Feldes annähernd Null ist, steil auf einen

¹ Oo

Wert steigt, der sehr viel größer ist als -r- , und das

über den Bereich fällt, in dem das H₁-FeId im wesentfc liehen gleichförmig ist, bis es sich wieder an den ungleichförmigen H -Verlauf anschließt. Die Wirkung dieser Betriebsart auf H™ ist in Fig. 10 dargestellt. Es ist von Bedeutung, daß der Betrag der Intensitätsänderung des Feldes H _o·™™-™ während des Intervalls unmittelbar oberhalb (stromaufwärts) der Mitte der Empfangsspulen 74 und 76 adiabatisch (adiabatic) ist, oder in anderen Worten, daß der Betrag der Ändrung des Vektors H₀-g-p-p klein ist, verglichen mit *» H. . Diese Bedingung scheint ausreichend für die erfindungsgemäße Verrichtung für Strömungsgeschwindigkeiten bis zu ca. 2.500 m/s (8.000 feet per second) zu sein, solange wie die Schaltzeit (d.h. die Zeit für die Änderung des Profiles von Fig. 7 in das von " Fig. 9) mindestens 380 Mikrosekunden beträgt.

Wenn nur das ITormalprofil des H -Feldes vorhanden ist, durchläuft der paramagnetische Kern, der in den Bereich der Spule 68 hineinkommt (deren Vektoren des magnetischen Moments parallel mit dem H_Q-Feld ausgerichtet sind), den Teil des H -Feldes, in dem die Intensität nach und nach ansteigt, bis die stromaufwärts gelegene Flanke des H₁-Profils erreicht ist. An diesem Punkt ist die H ^-Feldintensität sehr viel kleiner als ~ψ , so daß die Wirkung des H₁ Feldes vernachlässigbar ist, wie in Fig. 8 gezeigt. Wenn der

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Kern auf die Mitte der Spule 68 zuläuft, nähert sich jedoch die H -Feldintensität dem Wert -rp , so daß die Amplitude der Komponente des wirksamen Feldes, die mit dem H -Feld gleichgerichtet ist, sich dem Wert Null nähert und H_E gleichgerichtet und gleich H₁ wird (Fig. 8). Wie bereits erwähnt, ist diese Drehung adiabatisch, so daß im wesentlichen alle Kerne in Übereinstimmung mit der Richtung des IL-Feldes gebracht worden sind, nachdem dieser Bereich der Markierungsstelle durchlaufen worden isto Wenn die H -Hilfsspule erregt wird, dann ändert sich das Profil des H_Q-Feldes von dem in Figur 7 gezeigten in das in Figur 9, während die Flüssigkeit weiter durch das Rohr fließt. Mit dem veränderten H_Q-Profil neigen die Vektoren des magnetischen Moments, durch das H₁-FeId verschoben zu werden, da die Kerne durch den Bereich der steil erhöhten H_Q-Feldintensität fließen, wenn H_Q = ~ ist; aber die Verschiebung ist gering (wegen der geringen Intensität des H₁-FeMeS in diesem Bereich), und da die⁴ Verschiebung nur während der Zeit, in der H = -*;ist, wirksam ist, ist die Ausrichtung der Kerne infolge des Verlaufs der Amplitude des H -Feldes durch den Wert¥*hindurch eigentlich unbeeinflußt. Danach nimmt der V,^Tert des H -Feldes adiabatisch ab,

o· ° bis das H_Q-¥eld etwa gleich T~ ist in dem Bereich, der der maximalen Intensität des unveränderten H₀-Feldes entspricht. Wenn das eintritt, dann sind H™ und H₁ wie zuvor gleich gerichtet, wie in Figur 10 dargestellt. Da jedoch die Steigung des Profils des H₀-Feldes im unmittelbar vorangegangenen Bereich negativ ist, veiiäuft die Drehung der Vektoren des magnetischen Moments der einzelnen Kerne in entgegengesetzter Richtung zu der, die mit der positiven Profilsteigung des unveränderten Profils des H -Feldes erhalten wird. Auf diese Weise werden die einzelnen Kerne antiparallel zum H₁-FeId und antiparallel zu den Kernen, die vorher mit dem unveränderten H_Q-Profil markiert worden sind, ausgerichtet.

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Kerne, die mit den Profilen gemäß der Figuren 7 und 9 markiert sind, erzeugen daher Signale entgegengesetzten Vorzeichens in den Empfangsspulen 74 und 76. Demnach können die Kerne durch Umschalten des Profils des H₀-FeI-des von seinem normalen unveränderten Profil in das veränderte mit einer Spitze versehene Profil fortwährend in entgegengesetztem Sinne markiert werden und eine Rechteckwelle verkörpern, von der sowohl die positive als auch die negative Halbwelle mit der maximalen Amplitude markiert ist. Bei der Erregung der Hilfsspule zur Änderung des Profils von seiner Normalform in die Form mit der Spitze ist es erforderlich,Konstanz (adiabaticity) aufrechtzuerhalten, da sonst die Vektoren des magnetischen Moments eine zufällige Anordnung erhalten und keine einheitliche Markierung erhalten. Nichtkonstanz ergibt einen Abfall des an der Anzeigestelle erhaltenen Informationswertes, und das steht der gewünschten Wirkung entgegen.

Die durch das Inversions-System erzeugten markierten Kugeln (tagged boluses) können anjler Anzeigestelle mit jedem der bekannten Anzeigesysteme angezeigt werden, aber es ist zweckmäßig, dazu das in der USA Patentanmeldung Serial No. 673780 vom 9. Oktober 1967 offenbarte Profil-Gradient-System zu verwenden. Bei diesem Anzeigesystem liegt die Intensität des H -Feldes dicht bei — und das erübrigt eine genaue Kontrolle der Intensität des H -Feldes und der Frequenz des H--Feldes.

Wie aus Fig.9 hervorgeht, besteht zwischen dem von der Hilfsspule erzeugten Feld und dem H^-FeId eine kleine Überlappung. Diese Überlappung kann jedoch auch größer sein, und es hat sich gezeigt, daß die höchste Strömungsgeschwindigkeit erfaßt werden kann, ohne die Konstanz (adiabaticity) zu beeinträchtigen, wenn diesen Feldern gestattet wird, sich in einem Maße zu überlappen, daß die Entfernung vom stromaufwärts lie-

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senden Ende des H.-Feldes bis zu dem Punkt, an dem die Felder gleich sind, etwa 70 $> der Entfernung vom stromaufwärts liegenden Ende des H^-Feldes bis zu dem Punkt, an dem das H -EeId seinen konstanten maximalen V/ert annimmt, beträgt.

Die hauptsächlichen Vorteile des Inversions-Systems sind, daß kurze Abstände von Spule zu Spule angewendet werden können und daß seine Arbeitsweise die Amplitude am Ausgang des Empfängers effektiv verdoppelt und dadurch eine geringere Leistungsaufnahme der Markierungsmittel bean-STvrucht wird. Außerdem werden die Probleme, die mit der Auswahl der richtigen HP-Modulation oder (larmor) Frequenz verbunden sind, durch das Inversionssystem, das das Profilanzpipesystem nach der erwähnten USA-Patentanmeldung 673.780 verwenden kann, vermeiden. Weiterhin kann der EL-Peld-G-enerator. sowohl für die Markierung als auch für die Anzeige benutst werden, so daß keine zusätzlichen -HP-Generatoren für di-e Markierung erforderlich sind außer denen, die normalerweise in jedem Pail für die Anzeige benutzt wurden. Oas Inversions-System ist auch wenig empfindlich im Hinblick auf Wanderungen und Verschiebungen sowohl der Frequenz des HP-Generators als auch der Amplitude des H-Peldes. Oas erspart eine Stabilisierungseinrichtung, die sonst erforderlich wäre, um die Amplitude des Feldes und die Frequenz des HF-Generators zu stabilisieren bzw. zu regeln.

Obgleich das Inversions-System nach Fig. 6 so beschrieben wurde, als habe es ein ungleichförmiges H-FeId, wie in den Figuren 7 bis 10 dargestellt, so kann das H-PeId auch im wesentlichen gleichförmig sein und die Markierungs-spule abwechselnd in entgegengesetzter Richtung erregt werden, um die erforderliche Änderung im Profil des kombinierten H-Peldes zu erbringen.

Pie Profile des H -Feldes, die durch eine solche Betriebsart

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erzeugt werden, sind in den Figuren 11a und 11b gezeigt. In Figur 11a liegt das Markierungsfeld in einer Richtung, die willkürlich positiv mit dem kombinierten Feld,das das Profil 80 hat, in der H -Richtung festgelegt ist. In Fig. 11b, wo das Markierungsfeld negativ ist, hat das kombinierte Feld das Profil 82. Diese Profile entsprechen den in den Figuren 9 und 7 dargestellten Profilen.

Bei allen oben beschriebenen Ausführungsformen ist H als parallel zu dem Rohr 10 bezeichnet worden. Es ist jedoch möglich, die verschiedenen Felder so anzuordnen, daß die H -Richtung lotrecht zum Rohr ist, vorausgesetzt, daß die P Felder die bisher in senkrechter Beziehung zum H-FeId standen, in derselben relativen Lage bleiben. Die gleichförmigen Felder können, wie dargestellt, von Magnetspulen erzeugt werden, oder von Elektro- oder Permanentmagneten, ohne daß von der vorliegenden Erfindung abgewichen wird.

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Claims

Ab

Patentansprüche

Strömungsmesser, im wesentlichen bestehend aus einem Strömungsweg zur Führung einer Strömung einer paramagnetischen Flüssigkeit aufeinanderfolgend an einer Markierungsstelle und einer Anzeigestelle vorbei und aus Mitteln zur Erzeugung eines oszillierenden Signals, gekennzeichnet durch

Markierungsmittel (20, 70), die dicht an dem Strömungsweg an der Markierungstelle (H) angeordnet und mit den Mitteln (44) zurErzeugnung eines oszillierenden Signals verbunden sind, um zu veranlassen, daß die paramagnetische Flüssigkeit eine magnetische Bedingung als Reaktion auf das Oszillatorsignal annimmt.

Anzeigemittel (?2, 24, 74, 76), die dicht an dem Strömungsweg an der Anzeigestelle (16) zur Erzeugung eines Informationssignals angeordnet sind und augenblicklich auf die magnetische Bedingung der Flüssigkeit an der Anzeigestelle ansprechen und mit den Anzeigemitteln verbundene Mittel (50) zum Regeln der Frequenz des oszillierenden Signals als Antwort auf die Phase des Informationssignals .

Strömungsmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet» daß er einen Phasendetektor (50), der mit den Mitteln zur Erzeugung eines oszillierenden Signals und den Anzeigemitbeln zur Anzeige eines Phasenunterschiedes zwischen dem oszillierenden Signal und dem Informationssignal verbunden ist, enthält und Mittel zum Steuern, die auf den Ausgang des Phasendetektors (50) ansprechen, um

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α»

die Frequenz des oszillierenden Signals zu ändern.

3. Strömungsmesser nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasendetektor (50) einen Gegentaktmodulator enthält.

4. Strömungsmesser nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen Tiefpassfilter (52), der zwischen den Phasendetektor (50) und den Oszillator (44) geschaltet ist.

5. Strömungsmesser nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen mit dem Ausgang des Oszillators (44) verbundenen Zähler (56) zur Anzeige der Perioden-

W zahl des oszillierenden Signals, das vom Oszillator über ein Zeitintervall erzeugt ist, wobei die Periodenzahl der gesamten Flüssigkeitsraenge, die den Strömungsweg in dem Zeitintervall durchfließt, proportional ist.

6. Strömungsmesser nach den Ansprüchen 1 bis 5_t gekennzeichnet durch Mittel (12, 64, 68) zur Erzeugung eines im wesentlichen konstanten, in einer Richtung wirkenden Feldes innerhalb des Bereiches des Strömungsweges einschließlich der Markierungs- und Anzeigestelle.

7. Strömungsmesser nach den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Markierungsmittel Mittel (12,

ψ 68) zur Erzeugung eines im wesentlichen konstanten,in einer Richtung in der Flüssigkeit an der Anzeigestelle wirkenden Feldes aufweisen, ferner Mittel (27, 38) zur Erzeugung eines Magnetfeldes, das mit der Larmorfrequenz in der Flüssigkeit an der Anzeigestelle in Querrichtung zu dem konstanten,in einer Richtung wirkenden Feldes schwingt, enthalten und Mittel (40, 70) zur Modulierung des in einer Richtung wirkenden Feldes einschließen, um den Sättigungsgrad der paramagnetischen Flüssigkeit an der Anzeigestelle zu regeln.

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8. Strömungsmesser nach den Ansprüchen 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigemittel Mittel (12, 68) zur Erzeugung eines konstanten in einer Richtung im Strömungsweg wirkenden Feldes aufweisen, ferner Mittel (26, 72) zur Erzeugung eines mit konstanter Amplitude "bei der Tannorfrequenz im Strömungsweg bei der Anzeigestelle schwingenden Feldes enthalten und Mittel (48) einschließen für die dauernde Anzeige der relativen Amplitude der Magnetisierung der Flüssigkeit im Strömungsweg an der Anzeigestelle. .

9. Strömungsmesser nach den Ansprüchen 1 bis 8, gekennzeichnet durch Mittel (64) zur Polarisierung der Flüssigkeit beim Vorrücken auf die Markierungsstelle, Mittel (68) zur Erzeugung eines in einer Richtung an der Markierungsstelle parallel zur Polarisierungsrichtung wirkenden Feldes und relative Mittel (70) zur Erhöhung der Intensität dieses Feldes, wobei die Mittel (70) mit den Mitteln (68) verbunden sind, um auf abwechselnden Halbperioden des oszillierenden Signals das Profil einer magnetischen Feldintensität zu erzeugen, das in der Nähe der Anzeigestelle abfällt, wobei die Halbperioden durch abwechselnde Halbperioden getrennt sind, in denen die Feldintensität in der Nähe der Anzeigestelle ansteigt.

10. Strömungsmesser nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch einen Hochfrenuenz-Generator(27) zur Erzeugung eines verhältnismäßig konstanten Feldes in der Nähe der Anzeigestelle, wobei der Generator eine Frequenz erzeugt, die nahezu gleich der lamorfrequenz der Flüssigkeit ist, wodurch die gyromagnetischen Vektoren der Kerne in der paramagnetischen Flüssigkeit eine entgegengesetzte Ausrichtung annehmen als Reaktion auf das Vorzeichen des Gradienten des in einer Richtung in der Nähe der Anzeigestelle wirkenden Feldes.

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11. Strömungsmesser nach den Ansprüchen 9 und 10, gekennzeichnet durch selektive Mittel (70) zur Erhöhung der Feldintensität, wobei die Mittel (70) mit den Mitteln (68) verbunden sind, um ein magnetisches Feldintensitätsprofil zu erzeugen, das in der Nähe der Anzeigestelle ansteigt, ferner gekennzeichnet durch Mittel (60) die die Mittel (70, 68) zu einer selektiven Erhöhung bzw. Erniedrigung der Feldintensität auf den abwechselnden Halbperioden des oszillierenden Signals anregen. . ·

12. Strömungsmesser nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

Mittel (12, 18, 68) an der Markierungsstelle, die der Flüssigkeit eine konstante _t in einer Richtung wirkende Vormagnetisierung geben,

Mittel (12, 68) zur Errichtung eines in einer Richtung wirkenden Feldes an der Anzeigestelle, das parallel mit der Vormagnetisierung liegt und dessen Intensität in Strömungsrichtung abfällt,

Mittel (26, 72) zur Errichtung eines Wechselfeldes in Strömungsweg an der Anzeigestelle, das in Normalrichtung zu dem in einer Richtung wirkenden Feld liegt und eine Frequenz hat, die etwa gleich der lamor frequenz der naramagnetischen Kerne der Flüssigkeit bei der Feldintensität des in einer Richtung wirkenden Feldes im Bereich, wo es vom Wechselfeld gekreuzt wird, ist, wobei die Markierungsmittel Mittel (18, 70) zur Erzeugung eines zweiten in einer Richtung wirkenden Feldes aufweisen, das parallel zum ersten in einer Richtung wirkenden Feld liegt und in diesem Bereich in seiner Intensität annähernd bis auf Null abfällt, wodurch die paramagnetischen Kerne in der Flüssigkeit veranlaßt werden, sich von der Richtung

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der Vormagnetisierung in die Richtung des Wechselfeldes ";u drehen,und zwar in die eine Richtung, wenn die selektiven Mittel nicht arbeiten und in die entgegengesetzte Richtung, wenn die selektiven Mittel arbeiten, wobei die Anzeigemittel das Vorzeichen der Drehung anzeigen.

13. Strömungsmesser nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die selektiven Mittel MitieL zur Erzeugung des zweiten Feldes enthalten, wenn die selektiven Mittel betätigt werden und daß sie Mittel zur Erzeugung eines dritten Feldes aufweisen, das das gleiche, jedoch entgegengesetzte, Feldintensitätsprofil aufweist.

14. Verfahren zur Messung einer fließenden Flüssigkeit, die paramagnetische Eigenschaften hat, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte

Aufbringen einer sich zyklisch ändernden Netz-Kernmagnetisierungscharakteristik auf die Flüssigkeit, während diese auf ihrem Strömungsweg an einer ersten Stelle vorüberfließt,

■Rrfassen der sich ergebenden veränderten Magnetisierungs charakteristik der Flüssigkeit an einer zweiten Stelle, die am Strömungsweg in einem vorbestimmten Abstand von der ersten Stelle angeordnet iBt,

Ändern der Frequenz der zyklischen Anwendung der Magnetisierungscharakteristik an der ersten Stelle, um eine vorbestimmte Phasenbeziehung zwischen der aufgebrachten und der erfaßten Magnetisierungscharakteristik aufrecht zu halten, und

Zählen der Änderungen der aufgebrachten Magnetisierungscharakteristik zur Feststellung der Strömungsgeschwindig keit der Flüssigkeit längs des Strömungsweges zwischen den beiden Stellen.

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1 90S

15. Verfahren nach Anspruch 14» dadurch gekennzeichnet, daß durch Zählen der Frequenz der zyklischen Anwendung der Magnetisierungscharakteristik die Strömungsgeschwindigkeit bestimmt wird.

16. Verfahren nach Anspruch 15, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte

Aufbringen einer in eine Richtung wirkenden Wetz-Kernmagnetisierung auf die Flüssigkeit, während diese auf ihrem Strömungsweg an einer ersten Stelle vorüberfließt,

Aussetzen räumlich getrennter Kugeln (bol\ises) der Flüssigkeit einem in einer Richtung wirkenden Magnetfeld, das parallel mit der in einer Richtung wirkenden Magnetisierung der Flüssigkeit liegt und dessen Intensität in Strömungsrichtung in einem Bereich des Strömungsweges stromabwärts der ersten Stelle ansteigt,

Aussetzen der dazwischentretenden Kugeln der Flüssigkeit einem in einer Richtung wirkenden Magnetfeld, das parallel mit der in einer Richtung wirkenden Magnetisierung liegt und dessen Intensität in Strömungsrichtung in einem Bereich des Strömungsweges stromabwärts der ersten Stelle abfällt,

Aufbringen eines magnetischen Wechselfeldes auf die Kugeln, wenn sie diesen Bereich passieren, wobei das Wechselfeld in Normalrichtung zu der in einer Richtung wirkenden Magnetisierung der Flüssigkeit und bei einer Frequenz annähernd der Iatmorfrequenz der Flüssigkeit aufgebracht wird, wodurch sich die Netz-Richtmagnetisierung der Flüssigkeit in den Kugeln, die dem ansteigenden Feld ausgesetzt sind, aus der Richtung der Anfangsmagnetisierung zu einer Ausrichtung mit dem Wechselfeld in eine Richtung hin verdreht und wodurch sich die Netz-Richtmagnetisierung der Flüssigkeit in den Kugeln, die dem abfallenden Feld

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ausgesetzt sind, aus der Richtung der Anfangsmagnetisierung zu einer Ausrichtung mit dem Wechselgeld in die entgegengesetzte Richtung hin verdreht.

17. Verfahren nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte

Anzeigen der Veränderungen der Magnetisierung der die Anzeigestelle passierenden Flüssigkeit,

Verändern des Zeitraums der Anwendung des ansteigenden Feldes und des Zeitraums der Anwendung des abfallenden Feldes in diesem Bereich zur Aiifrechterhaltung einer vorbestimmten Phasenbeziehung zwischen solchen Anwendungen und der sich ergebenden 'Änderung in der Magnetisierung der Flüssigkeit, wie sie an der Anzeigestelle angezeigt wird, und

Zählung der Änderungen in der Frequenz der.Wechsel zwischen solchen Anwendungen zur Anzeige der Strömungsgeschwindigkeit der Flüssigkeit längs des Strömungsweges zwischen den beiden Stellen.

18. Verfahren nach den Ansprüchen 16 und 17 dadurch gekennzeichnet, daß die ansteigenden und abfallenden Felder auf dieselbe vorbestimmte magnetische Feldstärke ansteigen bzw. abfallen.

19. Verfahren nach den Ansprüchen 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß ein konstantes, in einer Richtung wirkendes Magnetfeld, das in seiner Intensität in Strömungsrichtung ansteigt, in diesem Bereich angewendet wird, um das Feld der ansteigenden Intensität zu schaffen, und daß ein weiteres konstantes, in eine Richtung wirkendes Magnetfeld parallel zu dem konstanten Feld periodisch mit diesem wechselnd in diesem Bereich angewendet wird, um das Feld der abfallenden Intensität zu schaffen. Die PcAonfcmwqlto

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