DE2648502A1

DE2648502A1 - Vorrichtung fuer massendurchsatzmessungen mittels kernresonanz

Info

Publication number: DE2648502A1
Application number: DE19762648502
Authority: DE
Inventors: Gottfried Johannes Krueger
Original assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Current assignee: European Atomic Energy Community Euratom
Priority date: 1976-10-26
Filing date: 1976-10-26
Publication date: 1978-04-27
Also published as: BE859832A; FR2369546A1; GB1589826A; IT1092184B; US4152638A; DK473277A; LU78205A1; NL7711409A

Description

Europäische Atomgemeinschaft (EURATOM) Europazentrum Kirchberg, Luxemburg

Vorrichtung für Massendurchsatzmessungen mittels Kernresonanz

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Massendurchsatzmessung mittels Kernresonanz, mit einem langen Polarisations- und Meßmagneten mit Polschuhen.

Meßmethoden für strömende Medien wurden bereits ab 1959 entwikkelt (siehe hierzu z. B. J. R. Singer und T. Grover in "Modem Developments in Flow Measurement", Seite 38, Proc, of the International Conference held at Harwell, P. Peregrinus Ltd. (1971)). Inzwischen sind Apparaturen bzw. Vorrichtungen für solche Messungen käuflich erhältlich und Gegenstand von Veröffentlichungen, wie z. B. FR-PS· 1 492 487, US-PS 3 473 108, US-PS 3 551 794, entsprechend GB-PS 1 224 559, US-PS 3 559 044, aus denen entnommen werden kann, daß zwischen Kernmagnetisierung und Strömungsgeschwindigkeit ein Zusammenhang besteht.

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Eine derartige Apparatur bzw. Vorrichtung verwendet zwei getrennte Magnete für das Polarisationsfeld (H ) und das Resonanzfeld (H ) , in dem die Messung ausgeführt wird.

Da bei dicken Rohren und hohen Geschwindigkeiten das Signal-Rausch-Verhältnis schlecht ist, und an Reaktorkreisläufen normalerweise wenig Platz zur Verfügung steht, wird in der DT-OS 2 501 794 ein langer Magnet für ein langes Polarisations- und Meßfeld vorgeschlagen. Der Nachteil dieses Magneten ist sein einheitliches Meß- und Polarisationsfeld.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses bei Masseridurchsatzmessungen mittels Kernresonanz (NMR) , insbesondere bei nichtstationären Zweiphasenströmungen hoher Geschwindigkeit in dicken Rohren, herbeizuführen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Polschuhe des Magneten so ausgebildet sind, daß der Magnet über eine große Länge seiner Gesamtlänge ein Polarisationsfeld von bestimmter, magnetischer Induktion und über eine Restlänge seiner Gesamtlänge, die wesentlich kleiner als die große Länge ist, ein Resonanzfeld, von bestimmter, magnetischer Induktion besitzt, die kleiner als die magnetische Induktion des Polarisationsfeldes ist, und daß der Übergang vom Polarisationsfeld zum Resonanzfeld so ausgeführt ist, daß das Resonanzfeld möglichst homogen wird.

Um diese Homogenität des Resonanzfeldes weiter zu verbessern, ist in einer weiteren Ausbildung der Erfindung an dem einen Ende der Polschuhe des Magneten ein Eisenshim vorgesehen.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der Erfindung ermöglicht eine Verbesserung der Meßgenauigkeit in der Strömung durch die Formgebung einer Eintrittsblende.·

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Eine zweckmäßige Ausführungsform der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die große Länge 80% der Gesamtlänge des Magneten, die Restlänge 20% der Gesamtlänge beträgt, und daß das Polarisationsfeld eine magnetische Induktion von ungefähr 1T, das Resonanzfeld eine magnetische Induktion von ungefähr 0,5T besitzt.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß das Verhältnis der vom Elektromagneten gelieferten zwei Magnetfelder durch die Formgebung der Polschuhe eingestellt werden kann, und somit das Polarisationsfeld (H ) größer als das Resonanzfeld (H ), z. B. H ungefähr gleich 2H , gemacht werden kann, was das Signal-Rausch-Verhältnis um einen Faktor 2 verbessert. Ferner hat der Magnet einen großen Feldgradienten auf der EintrittsSeite der Strömung, der durch Formgebung der Eintrittsblende erzeugt wird. Die strömenden Spins haben daher im Polarisationsfeld (H ) eine viel größere Verweilzeit als in dem kleineren Streufeld vor dem Magneten. Hierdurch wird die Meßgenauigkeit in der Strömung verbessert.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird zur näheren Erläuterung der Einzelheiten und Vorteile der Erfindung im folgenden näher beschrieben. Es zeigen

Fig. 1 einen Aufriß einer erfindungsgemäßen Vorrichtung,

Fig. 2 eine Sicht auf eine Eingangsblende eines Kreislaufrohres der Vorrichtung nach Fig. 1, und

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht von Teilen der Vorrichtung nach Fig. 1 mit einer Modifikation eines

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der Bauteile. ■ .

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In Fig. 1 ist durch den Pfeil 7 in einem Kreislaufrohr 1 die Flußrichtung nichtstationärer Zweiphasenströmungen einer Fluidmenge 8, insbesondere in Reaktorkreisläufen dargestellt. Das Kreislaufrohr 1 wird von Polschuhen 6 des Elektromagneten mit einer Länge L umgeben, wobei L zum Beispiel ein Meter sein kann. Der Magnet erzeugt ein Polarisationsfeld 4 mit einer in angegebener Pfeilrichtung senkrecht zur Flußrichtpng 7 verlaufenden magnetischen Feldstärke H und ein Resonanzfeld 5 mit einer ebenfalls in angegebener Pfeilrichtung senkrecht zur Flußrichtung 7 verlaufenden magnetischen Feldstärke

Da das Signal-Rausch-Verhältnis proportional zu H y H ist, wird ein langer Polarisations- und Meßmagnet zur Untersuchung der nichtstatioriären Zweiphasenströmung verwendet. An dem einen, in Flußrichtung (Pfeil 7) zuerst gelegenen Ende des Magneten ist eine Eingangsblende 2 angeordnet, die aus zwei kreisartigen Segmenten besteht. Die Eingangsblende 2, deren genaue Segmentform noch genauer bestimmt werden muß, macht zwar das Polarisationsfeld 4 an diesem Ende des Magneten inhomogener, vergrößert aber gleichzeitig den Feldgradienten in Flußrichtung (Pfeil 7) am Rand. Bei dicken Kreislaufrohren beträgt die höchstmögliche Meßfrequenz ungefähr 20 MHz. Daher muß das Meßfeld bzw. Resonanzfeld 5 (H ) für Protonen in Wasser eine magnetische Induktion von ungefähr 0,5T besitzen. Die magnetische Feldstärke des Polarisationsfeldes 4 (H ) sollte aber möglichst hoch sein. Deshalb sind die Polschuhe 6 des Magneten so ausgebildet, daß der Magnet auf 80% seiner Gesamtlänge L ein Polarisationsfeld 4 mit ungefähr 1T magnetischer Induktion und auf den restlichen 20% der Gesamtlänge L ein Resonanzfeld 5 mit ungefähr 0,5T magnetischer Induktion besitzt. Der Übergang ist so ausgeführt, daß das Resonanzfeld 5 möglichst homogen wird. Diese Homogenität des Resonanzfeldes 5 wird darüberhinaüs durch Eisenshims 3 und 3' am anderen Ende der Polschuhe 6 des Magneten verbessert, wobei der Eisenshim 3' unter Umständen auch weggelassen werden kann. Das Verhältnis der durch den erfindungsgemäßen Mag-

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neten nach Fig. 1 entstandenen zwei Magnetfelder kann durch die Formgebung der Polschuhe 6 eingestellt werden, so daß das Polarisationsfeld 4 größer als das Resonanzfeld 5, z. B. ungefähr gleich 2 H gemacht werden kann, wodurch das Signal-Rausch-Verhältnis um einen Faktor 2 verbessert wird. Die Spins der Wasserstoffkerne der strömenden Fluidmenge 8 besitzen im Polarisationsfeld 4 eine viel größere Verweilzeit als in dem kleineren Streufeld vor dem Magneten, wodurch die Meßgenauigkeit in der Strömung verbessert wird.

Fig. 2 zeigt die im Kreislaufrohr 1 strömende Fluidmenge 8 und die aus zwei kreisartigen Segmenten bestehende Eingangsblende 2 innerhalb der Polschuhe 6 des Magneten.

In Fig. 3 ist in perspektivischer Ansicht ein Polschuh 6 mit der Eingangsblende 2 und den Eisenshims 3 und 3¹ dargestellt, wobei bei diesem Ausführungsbeispiel der Eisenshim 3 auch noch in Längsrichtung um den Meßfeldteil des Magneten (Resonanzfeld H) herumgeführt ist.

Kurz zusammengefaßt umfaßt die Erfindung eine Vorrichtung zur Massendurchsatzmessung mittels Kernresonanz, bei der die Polschuhe des Magneten so ausgebildet sind, daß zwei Felder unterschiedlicher magnetischer Induktion und unterschiedlicher Länge entstehen, wobei das eine Feld möglichst homogen wird und wodurch eine Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses erreicht wird.

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Leerseite

Claims

Patentansprüche

Vorrichtung zur Massendurchsatzmessung mittels Kernresonanz, mit einem langen Polarisations- und Meßmagneten mit Polschuhen, dadurch gekennzeichnet , daß die Polschuhe (6) des Magneten so ausgebildet sind, daß der Magnet über eine große Länge (L₁) seiner Gesamtlänge (L) ein Polarisationsfeld (4) von bestimmter, magnetischer Induktion und über eine Restlänge (L„) seiner Gesamtlänge (L), die wesentliche kleiner als die große Länge (L₁) ist, ein Resonanzfeld (5) von bestimmter, magnetischer Induktion besitzt, die kleiner als die magnetische Induktion des Polarisationsfeldes (4) ist, und daß der übergang vom Polarisationsfeld (4) zum Resonanzfeld (5) so ausgeführt ist, daß das Resonanzfeld (5) möglichst homogen wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch g e kennzeichnet , daß die Homogenität des Resonanzfeldes (5) durch Eisenshims (3) an dem einen Ende der Polschuhe (6) des Magneten verbessert wird.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß auf der Eintrittseite des Magneten eine Eingangsblende (2) aus zwei kreisartigen Segmenten vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis der Magnetfelder des Magneten durch die Formgebung der Polschuhe (6) eingestellt werden kann.

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5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die große Länge (L₁) 80% der Gesamtlänge (L) des Magneten, die Restlänge (L») 20% der Gesamtlänge (L) beträgt, und daß das Polarisationsfeld (4) eine magnetische Induktion von ungefähr 1T, das Resonanzfeld (5) eine magnetische Induktion von ungefähr 0,5T besitzt.

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