RU1063175C - Способ измерения расхода жидкости на основе ядерно-магнитного резонанс - Google Patents

Description

Изобретение относится к области измерения расхода жидкости и может быть использовано в химической, нефтехимической, топливной промышленности, в частности, в производстве кинофотоматериалов.

Известен меточный импульсно-частотный способ измерения расхода жидкости на основе ЯМР, в котором жидкость предварительно поляризуют постоянным магнитным полем, периодически наносят в потоке метки различной намагниченности, регистрируют время их перемещения и автоматически устанавливают частоту нанесения меток путем поддержания фазового соотношения π между последовательностью наносимых меток и последовательностью сигналов ЯМР.

Недостатком этого способа является возможность неоднозначных устойчивых фазовых соотношений. Например, при резком уменьшении расхода происходит переход на режим с разностью фаз, большей на 2 π , что приводит к многократному завышению показаний.

Наиболее близким к предлагаемому является способ, в котором метку наносят импульсами с частотой следования F, в результате с этой же частотой происходит уменьшение сигнала ЯМР. Однако при скорости жидкости W на расстоянии l фаза модулированных метками сигналов ЯМР на выходе схемы регистрации запаздывает относительно фазы импульсов метки на величину φ = 2πF

. Фаза метки и сигналов ЯМРсравниватеся фазочувствительной схемой. Этот сигнал подается на устройство, регулирующее частоту F. В результате автоматически поддерживается частота нанесения меток, при которой φ =

.

Недостатком этого способа, как и других меточных фазо-импульсных способов, является возможность при резком уменьшении расхода перехода на режим работы с разностью фаз большей на 2 π , что может привести к неверным показаниям.

Методическая погрешность известных способов заключается в неоднозначности устойчивых фазовых соотношений. Количество таких неоднозначных показаний зависит от диапазона измеряемых расходов.

Для расхода с регулируемым автоматически фазовым сдвигом

существует зависимость максимального количества неоднозначных показаний от коэффициента перекрытия по диапазону расходов: K =

. Так как на измерительном расстоянии l сечение трубопровода S посто-янно, то K =

. Используя формулу фазового сдвига φ = 2πF

для верхнего передела расхода q_max, где F = F_max и, учитывая, что W_max = 4lF_maxполучим:
n =

, где n - количество неоднозначных (ошибочных) показаний; естественно, что n - целое число из натурального ряда чисел.

Значениям n = 1, 2, 3, 4... соответствуют K = 5, 9, 13, 17...

Таким образом, работа фазоимпульсного расходомера без неоднозначных показаний возможна только при кратности по диапазону расходов К < 5, что делает его практически непригодным для больших диапазонов измерения расхода.

Целью изобретения является расширение диапазона измерения расхода.

Для достижения этой цели в способе измерения расхода жидкость на основе ядерно-магнитного резонанса, в котором протекающую по трубопроводу жидкость поляризуют постоянным магнитным полем, периодически наносят в потоке метки различной намагниченности, регистрируют время их перемещения на фиксированном участке трубопровода, автоматически поддерживают заданный фазовый сдвиг между последовательностью наносимых меток и последовательностью регистрируемых меток, периодически наносят контрольные метки, регистрируют фазовый сдвиг контрольных меток, выявляют несоответствие между этим фазовым сдвигом и заданным фазовым сдвигом, уменьшают частоту наносимых меток и по установившейся частоте определяют величину расхода. Контрольную метку создают путем увеличения длительности периодической метки не менее чем на величину периода периодической метки и отношение частот периодических и контрольных меток выбирают из условия:
f_K <

, где f_k - частота контрольной метки;
F - частота периодической метки;
K - коэффициент перекрытия по диапазону расхода.

Условия нанесения меток включают напряженность и градиент магнитного поля в месте нанесения меток, направление и величину вектора намагниченности движущей жидкости; амплитуду, длительность и фазу периодической метки т. д. Создание контрольных меток может быть произведено по любому известному закону, в частности, периодическим изменением длительности периодических меток.

На фиг. 1 изображена структурная схема расходомера, поясняющего предлагаемый способ; на фиг. 2 - временные диаграммы, поясняющие способ.

Расходомер состоит из трубопровода 1, магнитной системы поляризатора 2, отметчика 3 с катушкой отметчика 4, магнитной системы анализатора 5, датчика 6 с приемной катушкой 7, генератора 8, фазного детектора 9, формирователя меток 10, схемы контроля 11.

Выход датчика 6 соединен с фазовым детектором 9 и схемой контроля 11.

Выход фазового детектора 9 и схемы контроля 11 соединены с выходами генератора 8. Выход генератора 8 соединен с фазовым детектором 9 и формирователем меток 10. Первый выход формирователя меток 10 соединен с отметчиком 3, а второй выход - со схемой контроля 11. Генератор 8 по входу, соединенному с фазовым детектором 9, имеет плавное перекрытие по частоте, а по второму входу производится сброс на минимальную частоту. Фазовый сдвиг φ =

расходомера задан в фазовом детекторе 9.

Расходомер работает следующим образом.

Жидкость, протекая по трубопроводу 1, приобретает ядерную намагниченность в постоянном магнитном поле поляризатора 2. С частотой генератора 8 (см. фиг. 2а) отметчик 3 наносит в потоке жидкости метки инверсной ядерной намагниченности; при этом на выходе датчика 6 появляются импульсные сигналы, амплитуда которых различна для участков жидкости с прямой и инверсной намагниченностью. Между частотой генератора 8 и импульсами на выходе датчика 6 образуется сдвиг фазы, связанный со скоростью жидкости.

Этот сдвиг фазы выделяется в фазовом детекторе, где одновременно сравнивается с заданным сдвигом фазы

.

Выходной сигнал фазового детектора 9 регулирует частоту генератора 8, поддерживая заданный фазовый сдвиг. Периодически в формирователе меток 10 формируются стробирующие импульсы с частотой, меньшей в 4 раза частоты периодических меток, и длительностью, равной периоду частоты генератора 8, (см. фиг. 2-б), которые поступают на схему контроля 11, а в формирователе меток 10 эти импульсы суммируются с периодической меткой, образуя контрольные метки (см. фиг. 2-в), которые отметчиком 3 наносятся в поток жидкости и со сдвигом фазы появляются на входе схемы контроля 11 (см. фиг. 2-г,д).

Таким образом, стробирующий импульс (см. фиг. 2-б) оказывается постоянно смещен относительно наносимой контрольной метки (см. фиг. 2-в) на фазу π , которая является опорной при проверке возможной фазовой неоднозначности. При сдвиге фазы импульсов на выходе датчика 6 меньше опорной фазы π , например,

(см. фиг. 2-г) схема контроля 11 имеет нулевой сигнал на выходе 2, не меняющий частоту генератора 8.

При резком уменьшении расхода величина фазового сдвига проходит через φ= π , например φ=2π (см. фиг. 2-д). В этом случае фазы импульсов на входах схемы контроля 11 противоположны, на ее выходе формируется импульс (см. фиг. 2-е), сбрасывающий генератор 8 на минимальную частоту, при которой новый фазовый сдвиг меньше π . После этого генератор 8 под воздействием фазового детектора 9 выходит на частоту, соответствующую новому значению расхода. Поскольку часть контрольной метки - стробирующий импульс - не участвует в регулировании частоты периодических меток, то ее длительность должна быть минимальной. Эта минимальная длительность контрольной метки создается путем увеличения длительности периодической метки на величину ее периода.

Очевидно, что фазовая неоднозначность существует также и по отношению к частоте контрольной метки, но она устраняется путем выбора соотношения между этой частотой и коэффициентом перекрытия по диапазону расхода. Фазовый сдвиг переднего фронта контрольной метки на выходе датчика 6, получающийся при резком уменьшении расхода от максимального до минимального значения, можно выразить так
φ = 2πF_max

, откуда
φ_max =

=

K.

Для заднего фронта фазовый сдвиг контрольной метки увеличен на ее длительность и равен

K + 3π .

Для работы схемы контроля 11 и формирования импульса сброса необходимо, чтобы задний фронт следующего стробирующего импульса отставал по фазе от предыдущей контрольной метки, зарегистрированной датчиком 6.

Таким образом, их фазовые положения определяются неравенством
π +

+

>

K + 3π, откуда
f_K <

.

Claims (3)

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ НА ОСНОВЕ ЯДЕРНО-МАГНИТНОГО РЕЗОНАНСА, в котором протекающую по трубопроводу жидкость поляризуют постоянным магнитным полем, периодически наносят в потоке метки различной намагниченности, регистрируют время их перемещения на фиксированном участке трубопровода, автоматически поддерживают заданный фазовый сдвиг между последовательностью наносимых меток и последовательностью регистрируемых меток, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения расхода за счет устранения неоднозначных устойчивых фазовых отношений при резком уменьшении расхода, периодически наносят контрольные метки, регистрируют фазовый сдвиг контрольных меток, выявляют несоответствие между этим фазовым сдвигом и заданным фазовым сдвигом, уменьшают частоту наносимых меток и по установившейся частоте определяют величину расхода.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что контрольную метку создают путем увеличения длительности периодической метки не менее, чем на величину ее периода.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что отношение частот периодических и контрольных меток выбирают из условия

где f_к - частота контрольной метки;
F - частота периодической метки;
K - коэффициент перекрытия по диапазону расхода.

Images