Конспект лекций 2010 г. Содержание 1 Средства измерений технологических параметров 4 1Средства измерения давления 12

Вид материала

Конспект

Содержание 1.3.3.12 Ядерно – магнитные расходомеры. 1.3.3.13 Амплитудные расходомеры. 1.3.3.14 Частотные расходомеры.

Подобный материал:

• 1. Средства измерений. Классификация средств измерений, требования к ним. Измерительные, 1405.11kb.
• Конспект лекций 2010 г. Батычко Вл. Т. Муниципальное право. Конспект лекций. 2010, 2365.6kb.
• Рабочей программы дисциплины методы и средства измерений в телекоммуникационных системах, 29.58kb.
• Конспект лекций 2010 г. Батычко В. Т. Уголовное право. Общая часть. Конспект лекций., 3144.81kb.
• Общие вопросы измерений, 218.32kb.
• Программа по оказанию информационно-консультационных услуг: «Эталонные и рабочие средства, 110.06kb.
• Инструкция Приборы для измерений климатических параметров «Метео-10» Методика поверки, 92.72kb.
• Цена дипломной работы с чертежом 500 рублей содержание, 48.91kb.
• Зволяет производить измерения давления в топливной системе почти на всех автомобилях, 517.38kb.
• Эталонная установка для комплексного измерения акустических параметров в конденсированных, 80.86kb.

1.3.3.12 Ядерно – магнитные расходомеры.

Ядерно-магнитные расходомеры основаны на зависимости ядер­но-магнитного резонанса от расхода потока.

Атомные ядра многих элементов имеют собственный момент количества движения — спин S и магнитный момент μ. Отноше­ние магнитного момента к спину называется гиромагнитным от­ношением γ= μ/S. Ядра располагаются на различных энергети­ческих уровнях. Чем ниже последний, тем больше ядер находит­ся на нем. Ядро, помещенное в магнитное поле с индукцией В, благодаря взаимодействию поля с магнитным моментом и спи­ном ядра будет прецессировать вокруг вектора В с угловой часто­той ω = γВ, называемой ларморовой. Разность энергии магнитных моментов двух ядер, находящихся на соседних уровнях, равна γВ. Если на внешнее магнитное поле с индукцией В наложить переменное магнитное поле, квант энергии которого равен γВ, а угловая частота равна ларморовой, то произойдет отклонение вектора ядерной намагниченности от направления вектора ин­дукции поля В, что приведет к появлению изменяющейся с час­тотой ω проекции ядерной намагниченности на направление, пер­пендикулярное к полю В. Одновременно произойдет поглощение энергии переменного поля ядрами вещества, сопровождающееся переходом части ядер из нижнего энергетического уровня в со­седний верхний. Это явление называется ядерно-магнитным ре­зонансом.

При отсутствии внешнего магнитного поля магнитные мо­менты ядер ориентированы в различных направлениях. При наложении магнитного поля с индукцией В происходит ори­ентация магнитных моментов ядер вдоль оси поля В и рас­пределение ядер по различным энергетическим уровням. Чем ниже последний, тем больше ядер располагается на нем. Из­быток числа ядер в нижнем уровне по сравнению с соседним верхним определяет значение вектора М намагниченного ве­щества.

Основные разновидности ядерно-магнитных расходомеров — амплитудные, частотные, нутационные и меточные, причем по­следние подразделяются на временные, амплитудно-частотные и фазово-частотные. Кроме того, имеются и некоторые другие про­межуточные схемы приборов.

1.3.3.13 Амплитудные расходомеры.

Эти расходомеры — наиболее про­стая и очевидная реализация идеи измерений расхода на основе явления ЯМР. В них измеряется непосредственно амплитуда ре­зонансного сигнала, зависящая от расхода вещества. Преобразователь расхода состоит из по­ляризатора, резонатора и участка трубы, по которому протекает жидкость. Резонатор включает в себя магнит, одну или две ка­тушки модуляции, катушку, связанную с высокочастотным ге­нератором, возбуждающим в ней переменное магнитное поле и катушку, воспринимающую сигнал ЯМР. Последняя катушка обычно наматывается на трубопровод и включается в контур, настроенный на резонансную частоту. Катушка же возбуждения делается седловидной. Ее ось нормальна индукции поля магнита резонатора и оси приемной катушки. Между катушками распо­ложены гребнеобразные экраны. Все это способствует уменьше­нию наводки из возбуждающей в приемную катушку. Существу­ет и более простая модификация преобразователя амплитудного расходомера, в которой обе эти катушки заменены одной, намо­танной на трубопровод. Она возбуждает резонансное магнитное поле, и она же воспринимает сигнал ЯМР. Наконец, в самом прос­том случае резонатор состоит лишь из одной подобной катушки; магнит и модуляционные катушки отсутствуют. Достоинства ам­плитудных расходомеров — простота устройства и линейность шкалы прибора. Но погрешность измерения у них значительная (5-7 процента), потому что амплитуда сигнала ЯМР зависит от многих причин, в том числе от времени релаксации Т₁ температуры жид­кости и ее состава, постоянства и однородности магнитного поля. Амплитудные расходомеры находят применение при лаборатор­ных и медицинских исследованиях.

1.3.3.14 Частотные расходомеры.

При несимметричном расположении относительно плоскости, параллельной внешнему полю катуш­ки, создающей переменное резонансное поле, и траектории дви­жения жидкости ядерно-магнитный резонанс наблюдается при частоте ω, немного отличной от ларморовой частоты ω_л. Сдвиг частоты Δω = ω- ω_л пропорционален объемному расходу Q_о. Рас­ходомеры, измеряющие Δω, можно назвать частотными. К их чис­лу следует отнести приборы, не имеющие обычного поляризато­ра, а измеряющие расход жидкости, используя ядерно-магнит­ный резонанс в магнитном поле земли. Они могли бы приме­няться для измерения расхода нефти и других веществ в полевых условиях, в трубах, расположенных вдали от любых источников местного возмущения магнитного поля земли. Преобразователи опытных образцов таких расходомеров состояли из кольцевого участка трубы, на котором наматывается катушка, расположен­ная в плоскости, перпендикулярной к земному полю. Через ка­тушку пропускается ток, образующий поле напряженностью около 8000 Ам^-1. Оно создает ядерную намагниченность жидкости, на­правленную параллельно полю. После выключения тока вектор намагниченности прецессирует вокруг направления поля Земли Н₃ и наводит в катушке ЭДС индукции. В каждом сечении коль­цевого участка трубы начальная фаза прецессии различна, поэто­му при приходе жидкости из соседнего сечения происходит до­полнительное изменение фазы намагниченности относительно оси катушки. Это сдвигает частоту сигнала ЯМР относительно часто­ты γH₃ на значение υ/R, где и — средняя скорость жидкости, a R — средний радиус кольца. При испытании нескольких таких при­боров их погрешность оказалась в пределах плюс минус 1-6 процента.

Иногда частотными помимо вышеуказанных называют меточ­ные и нутационные расходомеры, в которых выходной измеряе­мой величиной является частота. Подобные расходомеры правиль­но называть меточно-частотными и нутационно-частотными.