DE3130006A1

DE3130006A1 - Method of measuring a fluid volume flowing through a tube

Info

Publication number: DE3130006A1
Application number: DE19813130006
Authority: DE
Inventors: Andreas Dr. 7000 Stuttgart Doubeau
Original assignee: Daimler Benz AG
Current assignee: Daimler Benz AG
Priority date: 1981-07-30
Filing date: 1981-07-30
Publication date: 1983-02-17

Abstract

In a method of measuring a fluid volume flowing through a tube by means of the magnetic nuclear spin resonance, the magnetisable nuclei of the fluid volume are aligned by means of a magnetic d.c. field and synchronised by means of a magnetic alternating field. To achieve a measurement result which is independent of the respective aggregate state of the substance to be measured, a nuclear spin resonance is achieved with continuous timing of a 90 DEG pulse whose interval is short relative to the nuclear spin relaxation, a voltage amplitude induced by the incoming protons being a measure for the volume flow.

Description

Verfahren zum Messen einer durch Method of measuring a through

ein Rohr strömenden Pluidmenge Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Messen einer durch ein Rohr strömenden Fluidmenge durch die magnetische Kernspinresonanz nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1. Amount of fluid flowing through a pipe The invention relates to a method for measuring an amount of fluid flowing through a pipe by nuclear magnetic resonance according to the preamble of claim 1.

Durch die DE"OS 25 Ol 794 ist ein Verfahren zum Messen einer durch ein Rohr strömenden Fluidmenge mit Hilfe der magnetinchen Kernspinresonanz bekannt, wobei magnetisierbare Kerne der Fluidmenge durch ein magnetisches Gleichfeld ausgerichtet und durch ein magnetisches Wechselfeld synchronisiert werden und anschließend eine Auswertung der Kernmagnetisierung vorgenommen wird. Durch eine zeitliche Auflösung der an einer Stelle gemessenen Kernmagnetisierung wird die Geschwindigkeit von isochronen Strömungsgruppen ermittelt, die den Querschnitt des Rohres ausfüllen.By DE "OS 25 Ol 794 is a method for measuring a through a pipe flowing amount of fluid known with the help of magnetic nuclear magnetic resonance, wherein magnetizable cores of the amount of fluid aligned by a magnetic constant field and synchronized by an alternating magnetic field and then a Evaluation of the nuclear magnetization is made. Through a temporal resolution the nuclear magnetization measured at one point becomes the speed of isochronous Determines flow groups that fill the cross-section of the pipe.

Bei diesem bekannten Verfahren verwendet man die Spin-Spin-Relaxationszeit zur Bestimmung der Massenstromdichte, indem aus dem definierten Zustand ein Abfließen meßtechnisoh erfaßt wird0 Ein Aufzeichnen und Auswerten einer solchen Abklingkurve erfordert einen erheblichen meßtechnischen Aufwand.This known method uses the spin-spin relaxation time to determine the mass flow density by creating an outflow from the defined state A recording and evaluation of such a decay curve requires a considerable technical effort.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Messen eines Massenstromes zu schaffen, bei dem das Meßergebnis unabhängig vom jeweiligen Aggregatzustand der zu messenden Substanz ist.The object of the invention is to provide a method for measuring a mass flow to create in which the measurement result is independent of the respective state of aggregation of the substance to be measured.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichne ten Merkmale des Patentanspruches gelöste Das erfindungsgeniäße Verfahren weist die Vorteile auf, daß die zur Massenstrombestimmung zusätzlich benötigten Parameter (z.B. Druck, Temperatur) nicht mehr bestimmt werden mu55en. Insbesondere entfällt das Messen der zeitlichen Auflösung der Kernmagnetisierung.According to the invention this object is achieved by the characterizing th features of the claim solved The inventive method has the advantages that the parameters additionally required to determine the mass flow rate (e.g. pressure, Temperature) no longer have to be determined. In particular, there is no measuring the temporal resolution of the nuclear magnetization.

In der Zeichnung ist die Erfindung in einer beispielswei sen Aueführungsform dargeselltO Es zeigt Figo 1 eine prinzipielle Darstellung der Meßvorrichtung, Fig. 2 einen zeitlichen Verlauf der Spannungskurve einer Kernmagnetisierung, einen einen zeitlichen Verlauf der Spannungskurve einer Kernmagnetisierung ohne Zu- oder Abfluß eines Fluids in der Meßkammer, und Fig. 4 einen zeitlichen Verlauf der Spannungekurve einer Kernmagnetisierung bei einem geringen Zufluß eines Fluids in der Meßkammer.In the drawing, the invention is in an exemplary embodiment dargeselltO It shows Figo 1 a basic representation of the measuring device, Fig. 2 shows a time course of the voltage curve of a nuclear magnetization, one one Time course of the voltage curve of a nuclear magnetization without inflow or outflow of a fluid in the measuring chamber, and FIG. 4 shows the voltage curve over time a nuclear magnetization with a low inflow of a fluid in the measuring chamber.

Eine in der Fig. 1 dargestellte Meßkammer 1 wird durch einen Magneten 2, der durch einen Permanent- oder Elektromagneten gebildet sein kann, ein Rohr 3 und eine HF-Spule 4 gebildet. Das Rohr 3, in dem das Fluid (z.B.Kraftstoff) durch die Meßkammer 1 geleitet wird, ist im Bereich der Meßkammer 1 aus nicht magnetischem und elektrisch nicht leitendem Material hergestellt Um das Rohr 3 herum ist im Bereich des Magneten 2 eine Spule 4 angebracht . Diese Spule 4 wird von einem HR-5ender 5 angesteuert und ist mit einem HF=EmpfSager 6 verbunden.A measuring chamber 1 shown in FIG. 1 is controlled by a magnet 2, which can be formed by a permanent or electromagnet, a tube 3 and an RF coil 4 are formed. The pipe 3 in which the fluid (e.g. fuel) passes through the measuring chamber 1 is conducted, is in the area of the measuring chamber 1 of non-magnetic and electrically non-conductive material is made around the tube 3 in the area of the magnet 2, a coil 4 is attached. This coil 4 is from an HR-5ender 5 and is connected to a HF = receiver 6.

Zur Messung wird mit dem Magneten 22 der als Polarisator bezeichnet wird, ein magnetisches Gleichfeld aufgebracht, dessen Felder in Richtung des Pfeiles 7 verlaufen. Dieses magnetische Gleichfeld richtet die im Fluid ungeordnet vorliegenden Spins der Wasserstoffkerne mit ihren Spin-Achsen auf das magnetische Gleichfelde Ein magnetisches Wechselfeld wird in der Spule 4 aufgebracht und verläuft in Richtung des Pfeiles 8 Die Anschlüsse der Spule führen einmal zu dem HF-Sender 5 und zum anderen zu dem HFXEmpfänger 6, der entsprechend der Änderung der Kernmagnetisierung im Bereich der Spule 4 eine Spannungsmessung ermöglicht.For the measurement, the magnet 22 is referred to as the polarizer is applied, a magnetic constant field, whose fields in the direction of the arrow 7 run. This constant magnetic field directs those present in the fluid in a disordered manner Spins of the hydrogen nuclei with their spin axes on the magnetic constant field An alternating magnetic field is applied in the coil 4 and runs in the direction of the arrow 8 The connections of the coil lead once to the RF transmitter 5 and to the another to the HFX receiver 6, which corresponds to the change in the nuclear magnetization allows a voltage measurement in the area of the coil 4.

Der erfindungsgemäße Meßvorgang sowie dessen Auswertung verläuft folgendermaßen: In dem Rohr 3 befindet sich zu einem bestimmten Zeitpunkt im Bereich der Meßkammer 1 eine bestimmte kernmagnetisierte Kraftstoffmenge Die Fig. 2 zeigt die im Zeitpunkt t=o vorliegende Kernmagnetisierung M am Ende eines vom HF-Ssnder 5 mit Hilfe der Spule 4 aufgebrachten synchronisierenden HF-Sendeimpulses (90°-Impuls) 10. Der HF-Sendeimpuls 10 ist in den Fig. 2 bis 4, die die Magnetisierung M tiber der Zeit ts zeigen, der Einfachheit halber als Rechteckimpuls dargestellt, obwohl er in Wirklichkeit aus dem für die Zeit t ausgestrahlten Hochfrequenzfeld mit der Amplitude 5 2H1 besteht. Danach findet ein zeitliches Abklingen der Kernmagnetisierung statt. Dabei ist die durch die zugeflossenen Protonen induzierte Spannungsamplitude 11 mit einer maximalen Spannungsgröße 9 ein Maß für den Massen fluß.The measuring process according to the invention and its evaluation run as follows: In the tube 3 is located at a certain point in time in the area of the measuring chamber 1 a certain amount of nuclear magnetized fuel Fig. 2 shows the nuclear magnetization M present at time t = o at the end of one of the HF transmitter 5 synchronizing RF transmission pulse (90 ° pulse) applied using coil 4 10. The RF transmission pulse 10 is shown in FIGS. 2 to 4, which show the magnetization M the time ts show, for the sake of simplicity, shown as a square pulse, although he in reality consists of the radiofrequency field emitted for the time t with the Amplitude 5 2H1. After that, the nuclear magnetization decays over time instead of. Here is the voltage amplitude induced by the inflowing protons 11 with a maximum voltage size 9 a measure of the mass flow.

Bei einem weiteren 900-Impuls 10 gemäß Fig.3, aber bei keinem Zu- oder Abfluß des Fluids aus der Meßkammer 1, wird bei definierter konstanter Abtastzeit der Spannungsamplitude 11 nach dem 90°-Impuls 10 die Differenz zur vorhergehenden Spannungsamplitude 11 gleich Null sein.With a further 900 pulse 10 according to FIG. 3, but with no or outflow of the fluid from the measuring chamber 1 is at a defined constant sampling time the voltage amplitude 11 after the 90 ° pulse 10 is the difference to the previous one Voltage amplitude 11 can be zero.

Fig. 4 zeigt das Verhalten der Spannungsamplitude 11 bei einem geringen Zufluß des Fluids in die Meßkammer 1. Der 90 impuls 10 bewirkt, daß die hinzugeflossenen Protonen eine Kernmagnetisierung erhalten, deren Spannungsamplitude 11 nach einer definierten konstanten Abtastzeit nach jedem 90 0Impuls gemessen wird und ein proportionales Verhältnis zum Fluid-Massenfluß bildet.4 shows the behavior of the voltage amplitude 11 at a low one Inflow of the fluid into the measuring chamber 1. The 90 pulse 10 causes the Protons receive a nuclear magnetization, the voltage amplitude of which 11 after a defined constant sampling time is measured after every 90 0 pulse and a proportional Relationship to the fluid mass flow forms.

L e e r s e i t eL e r s e i t e

Claims

Claim lo method for measuring an amount of fluid flowing through a pipe by nuclear magnetic resonance, with magnetizable nuclei of the amount of fluid aligned by a constant magnetic field and by an alternating magnetic field be synchronized, that is by a continuous clocking of a "90 ° pulse (10) with a time interval that is small compared to the nuclear spin relaxation time, one due to the inflowing protons induced voltage amplitude is a measure of the mass flow.