Способ измерения расхода жидкости

 

Использование: в медицине, химии, метрологии для измерения малых расходов. Сущность изобретения: движущую жидкость поляризуют сильным магнитным полем, производят отметку изменением ядерной намагниченности при регистрации сигнала ядерного магнитного резонанса и определяют расход по градуированной зависимости или по формуле.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых расходов в медицине, химии, метрологии.

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.

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.

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.

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.

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.

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых расходов в сторону малых величин.

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.

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 tM_o, где M_o - намагниченность (магнитный момент единицы объема) втекающей жидкости.

При этом амплитуда сигнала через время t после отметки: A = KQtM_o. Если Qt > V_o, то за время t в объеме V_o происходит полная смена отмеченной жидкости на неотмеченную и амплитуда сигнала A = = KVM_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 .

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.

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

Пример осуществления способа.

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.

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.

Кремлевский П. П. Расходомеры и счетчики количества. Л. , Машиностроение, 1989, с. 505.

Формула изобретения

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ РАСХОДА ЖИДКОСТИ, включающий поляризацию движущейся жидкости сильным магнитным полем, периодическую отметку путем изменения ядерной намагниченности, регистрацию сигнала ядерного магнитного резонанса путем измерения амплитуды сигнала и периода отметки, по величине которых определяют расход, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона в сторону малых расходов, отметку жидкости производят при регистрации сигнала ядерного магнитного резонанса, а величину расхода определяют по формуле Q= 2(A/A₀)(V₀/T) где A - амплитуда сигнала, измеренная при регистрации;
A₀ - максимальная амплитуда сигнала;
V₀ - объем трубопровода в зоне измерения;
T - период отметки,
или по градуировочной зависимости амплитуды сигнала от периода отметки.