RU2005995C1

RU2005995C1 - Method of measurement of liquid discharge

Info

Publication number: RU2005995C1
Authority: RU
Inventors: А.И. Жерновой; В.Н. Ефимов; В.К. Волков; В.А. Чирухин; Л.М. Шаршина
Original assignee: Санкт-Петербургский технологический институт
Priority date: 1991-03-12
Filing date: 1991-03-12
Publication date: 1994-01-15

Abstract

FIELD: medicine. SUBSTANCE: flowing liquid is polarized with heavy magnetic field. Marking is conducted by change of nuclear magnetization with registration of signal of nuclear magnetic resonance. Discharge is determined in compliance with graduated dependence or by formula. EFFECT: reduced time of measurement and improved reliability.

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых расходов в медицине, химии, метрологии. The invention relates to measuring equipment and can be used to measure small expenses in medicine, chemistry, metrology.

Известен способ измерения расхода, в котором измеряемая жидкость в постоянном поле поляризатора приобретает ядерную намагниченность и поступает затем в катушку анализатора, в объеме которого попеременно производится отметка и анализ ядерной намагниченности с помощью нового детектора, управляемого генератором импульсов. A known method of measuring flow in which the measured liquid in a constant field of the polarizer acquires nuclear magnetization and then enters the analyzer coil, in the volume of which the magnetization and analysis of the nuclear magnetization are alternately performed using a new detector controlled by a pulse generator.

Наиболее близким к описываемому является известный способ измерения расхода, включающий поляризацию движущейся жидкости сильным магнитным полем, периодическую отметку ее путем изменения ядерной намагниченности, регистрацию сигнала ядерного магнитного резонанса путем измерения амплитуды и периода отметки. Closest to the described is a known method of measuring flow, including the polarization of a moving fluid with a strong magnetic field, periodically marking it by changing the nuclear magnetization, recording the signal of nuclear magnetic resonance by measuring the amplitude and period of the mark.

Амплитуда сигнала ЯМР в устройстве регистрации пропорциональна суммарному магнитному моменту ядер в датчике, то есть ядерной намагниченности втекающей жидкости, поэтому приход в устройство регистрации отмеченной жидкости с уменьшенной величиной ядерной намагниченности уменьшает амплитуду сигнала ЯМР. The amplitude of the NMR signal in the registration device is proportional to the total magnetic moment of the nuclei in the sensor, i.e., the nuclear magnetization of the incoming fluid, so the arrival of the marked liquid with a reduced magnitude of the nuclear magnetization decreases the amplitude of the NMR signal.

Расход жидкости определяется по времени t с момента отметки жидкости в устройстве отметки до момента изменения амплитуды сигнала, регистрируемого в устройстве регистрации: Q=

, где V - объем измерительного участка трубопровода между устройством отметки и устройством регистрации.The fluid flow rate is determined by the time t from the moment of marking the liquid in the marking device to the moment the amplitude of the signal registered in the recording device changes: Q =

where V is the volume of the measuring section of the pipeline between the marking device and the recording device.

Достоинство меточного метода в отсутствии необходимости градуировки и значительно меньшем влиянии времени релаксации на результаты измерений. Основной недостаток - наличие измерительного участка трубопровода, объем которого V в 5-10 раз превышает объем датчика устройства регистрации сигнала ЯМР. Это приводит к размагничиванию жидкости при малых расходах, что делает невозможным измерение расхода ниже величины Q ≃

, где Т₁ - продольное время релаксации жидкости.The advantage of the labeling method is the absence of the need for calibration and significantly less influence of the relaxation time on the measurement results. The main disadvantage is the presence of a measuring section of the pipeline, the volume of which V is 5-10 times greater than the volume of the sensor of the NMR signal recording device. This leads to demagnetization of the liquid at low flow rates, which makes it impossible to measure the flow rate below the value of Q ≃

where T ₁ is the longitudinal relaxation time of the liquid.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых расходов в сторону малых величин. The purpose of the invention is the expansion of the range of measured costs in the direction of small quantities.

Поставленная цель достигается тем, что движущуюся жидкость поляризуют сильным магнитным полем, производят отметку изменением ядерной намагниченности при регистрации сигнала ядерного магнитного резонанса, а расход определяют по градуировочному графику зависимости амплитуды сигнала от периода отметки, либо по формуле
Q= 2

, (1) где Q - расход жидкости, A - амплитуда сигнала, A_о - значение A при

>

, V_o - объем трубопровода датчика, Т - период отметки.This goal is achieved by the fact that the moving fluid is polarized by a strong magnetic field, a mark is made by changing the nuclear magnetization during registration of the nuclear magnetic resonance signal, and the flow rate is determined by the calibration curve of the signal amplitude versus the mark period, or by the formula
Q = 2

, (1) where Q is the fluid flow rate, A is the signal amplitude, A _о is the value of A at

>

, V _o is the volume of the sensor pipeline, T is the period of the mark.

Практически в качестве процесса отметки используется процесс регистрации в датчике, при этом объем измерительного участка трубопровода V совпадает с объемом V_o трубопровода анализирующего устройства (датчика). Изменение ядерной намагниченности при отметке жидкости производится переменным магнитным полем, создаваемым в устройстве регистрации для получения сигнала ЯМР. Так как переменное магнитное поле в устройстве регистрации действует непрерывно, то для обеспечения периодичности отметки это поле делается частично модулированным с периодом Т (частотой f) или на трубопровод в месте расположения устройства отметки - регистрации накладывается модулирующее магнитное поле с периодом Т (частотой f), периодически уводящее индукцию внешнего магнитного поля от резонансного значения, при котором переменное поле взаимодействует с ядерной намагниченностью. При этом моменты отметки совпадают с моментами регистрации сигнала, а время t от момента отметки жидкости в объеме V_o до момента очередной регистрации в этом объеме амплитуды сигнала составляет t=

=

. Если отметка жидкости производится размагничиванием ядер в объеме V_o, то через время t суммарный магнитный момент ядер в этом объеме равен суммарному магнитному моменту ядер в жидкости, поступающей в этот объем за время t. Этот магнитный момент M = Q ˙t˙M_o, где M_o - намагниченность (магнитный момент единицы объема) втекающей жидкости.In practice, the registration process in the sensor is used as the marking process, while the volume of the measuring section of the pipeline V coincides with the volume V _{o of the} pipeline of the analyzing device (sensor). The change in the nuclear magnetization at the liquid level is produced by an alternating magnetic field created in the recording device to receive the NMR signal. Since the alternating magnetic field in the recording device acts continuously, to ensure the frequency of the mark, this field is made partially modulated with a period T (frequency f) or a modulating magnetic field with a period T (frequency f) is applied to the pipeline at the location of the marking device - registration, periodically diverting the induction of an external magnetic field from the resonance value at which the alternating field interacts with nuclear magnetization. In this case, the moments of the mark coincide with the moments of registration of the signal, and the time t from the moment of marking the liquid in the volume V _o to the moment of the next registration in this volume of the signal amplitude is t =

=

. If the liquid is marked by demagnetizing the nuclei in the volume V _o , then after time t the total magnetic moment of the nuclei in this volume is equal to the total magnetic moment of the nuclei in the liquid entering this volume during time t. This magnetic moment M = Q ˙t˙M _o , where M _o is the magnetization (magnetic moment per unit volume) of the flowing fluid.

При этом амплитуда сигнала через время t после отметки: A = K˙Q˙t˙M_o. Если Q˙t > V_o, то за время t в объеме V_o происходит полная смена отмеченной жидкости на неотмеченную и амплитуда сигнала A = = K˙V˙M_o = A_o. Подставив в (1) k=

, получаем
A=

, откуда находим выражение для определения расхода Q:
Q= 2

= 2

V₀f, (2) где A_o - значение A при

≥

.In this case, the signal amplitude after time t after the mark: A = K˙Q˙t˙M _o . If Q˙t> V _o , then over time t in the volume V _o there occurs a complete change of the marked liquid to the unmarked one and the signal amplitude A = = K˙V˙M _o = A _o . Substituting in (1) k =

we get
A =

, where we find the expression for determining the flow rate Q:
Q = 2

= 2

V ₀ f, (2) where A _o is the value of A at

≥

.

Можно проводить измерения расхода по амплитуде A при постоянной частоте модуляции или, подбирая частоту модуляции, f_o, при которой амплитуда сигнала A=

, и определяя расход по формуле
Q = V_o f_o.It is possible to carry out flow measurements by amplitude A at a constant modulation frequency or, choosing a modulation frequency, f _o , at which the signal amplitude A =

, and determining the flow rate by the formula
Q = V _o f _o .

В обоих случаях значение Ao можно определить, измеряя A при
f<

.In both cases, the value of Ao can be determined by measuring A at
f <

.

Пример осуществления способа. An example implementation of the method.

Для реализации способа был создан экспериментальный образец расходомера, состоящий из магнита с полюсными наконечниками площадью 15 см² и зазором 1 см с индукцией 0,4 Тл. В межполюсном пространстве расположен участок трубопровода диаметром 0,4 см и длиной 5 см для поляризации жидкости. В конце участка на трубопровод одета радиочастотная катушка, присоединенная к автодинному генератору схему регистрации сигнала ЯМР. Переменное магнитное поле, создаваемое катушкой, одновременно служит для отметки жидкости насыщением ядерной намагниченности. Для периодичности отметки и регистрации сигнала частота автодина синусоидально модулируется с частотой f. В другом варианте вместо модуляции частоты автодина применена синусоидальная модуляция магнитной индукции поля при помощи катушки модуляции.To implement the method, an experimental sample of the flowmeter was created, consisting of a magnet with pole tips with an area of 15 cm ² and a gap of 1 cm with induction of 0.4 T. In the interpolar space there is a section of the pipeline with a diameter of 0.4 cm and a length of 5 cm for polarizing the liquid. At the end of the section, a radio-frequency coil is attached to the pipeline, an NMR signal registration circuit connected to the autodyne generator. An alternating magnetic field created by the coil simultaneously serves to mark the liquid with saturation of the nuclear magnetization. For the frequency of marking and recording the signal, the frequency of the autodyne is modulated sinusoidally with a frequency f. In another embodiment, instead of modulating the frequency of the autodyne, sinusoidal modulation of the magnetic induction of the field using a modulation coil is used.

Расходомер был создан для измерения расхода крови и дозировки лекарств, поэтому он имеет одноразовый сменный трубопровод с диапазоном измерений от 6 мл/мин до 60 мл/мин. Применение обычного меточного расходомера при таких расходах невозможно из-за малости амплитуды сигнала, вызванной размагничиванием ядер в объеме V, а применение амплитудного расходомера невозможно, так как время релаксации у крови зависит от гематокрита, а у лекарств - от их состава и концентрации. Таким образом, предлагаемый способ позволяет измерять малые расходы жидкости, когда
Q<

, где Q - расход жидкости, V_к - объем трубопровода приемной катушки, T₁ - продольное время релаксации. В конкретном приведенном случае при заданном диаметре трубопровода 3 мм, Q ≈ 2-2 мл/мин. (56) Авторское свидетельство СССР N 1569558, кл. G 01 F 1/716, 1988.The flow meter was created to measure blood flow and dosage of drugs, so it has a disposable replaceable pipeline with a measurement range from 6 ml / min to 60 ml / min. The use of a conventional tagged flowmeter at such costs is impossible due to the small amplitude of the signal caused by the demagnetization of nuclei in volume V, and the use of an amplitude flowmeter is impossible, since the relaxation time for blood depends on the hematocrit, and for drugs - on their composition and concentration. Thus, the proposed method allows to measure small fluid flow rates when
Q <

where Q is the fluid flow rate, V _k is the volume of the receiving coil pipeline, T ₁ is the longitudinal relaxation time. In the specific case given, for a given pipeline diameter of 3 mm, Q ≈ 2-2 ml / min. (56) Copyright certificate of the USSR N 1569558, cl. G 01 F 1/716, 1988.

Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества. Л. , Машиностроение, 1989, с. 505. Kremlevsky P.P. Flow meters and quantity counters. L., Engineering, 1989, p. 505.

Claims

METHOD FOR MEASURING A FLUID FLOW, including polarization of a moving fluid with a strong magnetic field, a periodic mark by changing the nuclear magnetization, recording a nuclear magnetic resonance signal by measuring the signal amplitude and the mark period, the magnitude of which determines the flow rate, characterized in that, in order to expand the range to the side low costs, the liquid level is produced when registering a nuclear magnetic resonance signal, and the flow rate is determined by the formula
Q = 2 (A / A ₀ ) (V ₀ / T)
where A is the signal amplitude measured during registration;
A ₀ - the maximum amplitude of the signal;
V ₀ - the volume of the pipeline in the measurement zone;
T is the period of the mark,
or according to the calibration dependence of the signal amplitude on the period of the mark.