核磁流量測量儀的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種核磁流量測量儀，具體而言，說明并示出了一種磁化裝置(1)，帶有由永磁體(2)產(chǎn)生的磁場(3,4)以用于可變地磁化在磁化區(qū)間(7)上沿著管縱軸線(8)流過管(5)的介質(zhì)(6)。在其中進一步改進已知的核磁共振測量和分析方法的結(jié)果的質(zhì)量的根據(jù)本發(fā)明的磁化裝置(1)的特征首先且主要在于在介質(zhì)(6)中的磁場(3,4)在磁化區(qū)間(7)上具有唯一的方向。
【專利說明】核磁流量測量儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于測量流過測量管的介質(zhì)的流量的核磁流量測量儀，帶有用于磁化在磁化區(qū)間(Magnetisierungsstrecke)上沿著測量管的縱軸線流過測量管的介質(zhì)磁化的裝置，其中，用于產(chǎn)生用來磁化介質(zhì)的磁場的該磁化裝置設(shè)有永磁體并且具有在測量管的縱軸線的方向上相繼布置的至少兩個磁化區(qū)段。
【背景技術(shù)】
[0002]具有核自旋的元素的原子核還具有通過核自旋引起的磁矩。該核自旋可理解為可通過向量描述的旋轉(zhuǎn)脈沖，并且相應(yīng)地磁矩也可通過平行于該旋轉(zhuǎn)脈沖的向量的向量來描述。在存在宏觀磁場時，原子核的磁矩的向量平行于在原子核的部位處的宏觀磁場的向量取向。在此，原子核的磁矩的向量圍繞在原子核的部位處的宏觀磁場的向量旋進(prazessieren) 0旋進的頻率被稱為拉莫爾頻率(Lamorfrequenz) 并且與磁場強度值沒成比例。根據(jù)Υ 計算該拉莫爾頻率。其中，Y為旋磁比，其對于氫原子核來說最大。
[0003]利用在存在宏觀磁場時原子核在磁矩的情況下的旋進的特性的測量和分析方法被稱為核磁共振測量或分析方法。核磁共振的英文概念是“nuclear magneticresonance”。通常將由旋進的原子核在不同的邊界條件下在傳感器線圈中感應(yīng)的電壓用作用于該測量和分析方法的輸出參數(shù)。利用核磁共振的測量儀的示例為核磁流量測量儀，其測量流過測量管的多相的介質(zhì)的流量且分析該介質(zhì)。
[0004]用于在利用核磁共振的情況下分析的前提是介質(zhì)的待分析的相可被激勵成可進行不同的核磁共振。分析可包括介質(zhì)的單個相的流動速度和單個相在多相的介質(zhì)處的相對份額。核磁流量測量儀例如可使用來分析從油源中輸送的多相的介質(zhì)。該介質(zhì)主要包括多個相一原油、天然氣以及鹽水，其中，所有的相都包含氫原子核。
[0005]分析從油源中輸送的介質(zhì)也可利用所謂的檢驗分離器來進行。該檢驗分離器分離所輸送的介質(zhì)的一小部分、使介質(zhì)的單個相彼此分離并且確定單個相在介質(zhì)處的份額。然而檢驗分離器不能可靠地測量小于5%的原油份額。由于每個(油)源的原油份額持續(xù)下降且多個(油)源的原油份額已經(jīng)小于5%，所有現(xiàn)在不可在使用檢驗分離器的情況下經(jīng)濟性地開采這種(油)源。為了還可繼續(xù)開采帶有非常小的原油份額的(油)源，相應(yīng)地需要精確的流量測量儀。
[0006]從用于計算拉莫爾頻率的等式中可直接顯而易見的是拉莫爾頻率與在待檢驗的介質(zhì)中的宏觀磁場的磁場強度A的值成比例，且因此磁場強度的值也直接作用于在傳感器線圈中感應(yīng)的電壓的頻率。同樣宏觀磁場關(guān)于傳感器線圈的定向的方向也影響在傳感器線圈中感應(yīng)的電壓。通常，穿過介質(zhì)的宏觀磁場與理想均勻的磁場的偏差導(dǎo)致測量質(zhì)量的降低并且由此導(dǎo)致更不準(zhǔn)確的測量結(jié)果。
[0007]直接除了之前闡述的不期望的偏差中之外，期望且已知的是在介質(zhì)中磁場的梯度。[0008]放棄考慮帶有梯度的磁場，因為以下實施方案可明顯地應(yīng)用于帶有梯度的磁場。
[0009]從美國公開文獻2008/0 174 309中已知一種核磁流量測量儀，本發(fā)明基于該核磁流量測量儀。在此適用于屬于磁化裝置的磁化元件的是該磁化元件實施成空心柱狀并且在其內(nèi)腔中具有均勻的磁場。該磁化元件如此相繼地布置在測量管上，即磁化元件的同心的縱軸線與測量管的縱軸線重合。流過測量管的介質(zhì)的磁化可通過以下方式以不同的方式來調(diào)節(jié)(即改變)，即單個的磁化元件的均勻的磁場或者彼此平行地或者彼此逆平行地取向。
[0010]美國公開文獻2008/0 174 309的圖7詳細(xì)顯示了帶有六個相繼布置的磁化區(qū)段的磁化裝置。在此，在根據(jù)圖a)的實現(xiàn)方案中如此調(diào)節(jié)所有的磁化區(qū)段使得單個磁化區(qū)段的均勻的磁場在介質(zhì)中彼此平行地取向。而在根據(jù)圖b)的實現(xiàn)方案中將相應(yīng)三個磁化區(qū)段聯(lián)合成一個組。在每個組內(nèi)磁化區(qū)段的均勻的磁場彼此平行地取向。然而一個組的均勻的磁場逆平行于另一組的均勻的磁場取向。最后根據(jù)圖c)還再次形成兩組磁化區(qū)段，然而一個組帶有四個磁化區(qū)段而另一個組帶有兩個磁化區(qū)段。在此同樣適用的是在每個組中的單個的磁化區(qū)段的均勻的磁場彼此平行地取向，然而一個組的單個的磁化區(qū)段的均勻的磁場逆平行于另一個組的磁化區(qū)段的均勻的磁場取向。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]基于之前詳細(xì)描述的現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的目的在于提供一種在可實現(xiàn)的測量結(jié)果的質(zhì)量方面經(jīng)改進的核磁流量測量儀。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的核磁流量測量儀的特征首先主要在于，即使在在介質(zhì)中在磁化區(qū)間的長度上不同的磁場強度的情況下在整個磁化區(qū)間上磁場也具有相同的方向或所有的磁場具有相同的方向。
[0013]通過以下方式對可實現(xiàn)的測量結(jié)果的質(zhì)量的改進是出人意料的，S卩即使在在介質(zhì)中在磁化區(qū)間的長度上不同的磁場強度的情況下在整個磁化區(qū)間上磁場也具有相同的方向或所有的磁場具有相同的方向。與不是根據(jù)本發(fā)明實施的、例如如之前詳細(xì)描述的那樣如此實施的核磁流量測量儀相比，根據(jù)本發(fā)明實施的核磁流量測量儀在測量管中更精確地確定例如介質(zhì)的單個相的流動速度和單個相在多相的介質(zhì)處的相對份額。
[0014]在這一點上應(yīng)指出的是在本發(fā)明的范圍中主要涉及核磁流量測量儀，然而以根據(jù)本發(fā)明為特征的根據(jù)本發(fā)明的核磁流量測量儀不局限于應(yīng)用在核磁流量測量儀中，而是也可以其它方式來運用，例如相當(dāng)普遍地運用在石化工業(yè)或化學(xué)工業(yè)中。
[0015]顯然存在設(shè)計和改進根據(jù)本發(fā)明的核磁流量測量儀的不同的可能性。
[0016]如果如之前已經(jīng)闡述的那樣，根據(jù)本發(fā)明在介質(zhì)中的磁場在整個磁化區(qū)間上具有相同的方向或所有的磁場具有相同的方向，則這不因此意味著該相同的方向僅可為完全確定的方向。而是磁場或所有的磁場可具有任意的方向，其中，限制是其全都具有相同的方向。
[0017]補充地，根據(jù)本發(fā)明的核磁流量測量儀的一特別優(yōu)選的實施形式的特征在于磁化區(qū)段中的每個具有配備有永磁體的內(nèi)部載體和配備有永磁體的外部載體，且內(nèi)部載體圍繞測量管布置而外部載體圍繞內(nèi)部載體布置，并且為了改變在介質(zhì)中的磁場強度并且由此也改變介質(zhì)的磁化，在內(nèi)部載體與外部載體之間的定向可通過內(nèi)部載體和/或外部載體圍繞區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)來進行調(diào)節(jié)，其中，通常區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線與測量管的縱軸線重合。
[0018]在根據(jù)本發(fā)明的核磁流量測量儀的最后描述的特別優(yōu)選的實施形式中，可通過內(nèi)部載體和/或外部載體繞區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線的旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)介質(zhì)中的磁場強度，該磁場強度通過疊加由內(nèi)部載體的永磁體產(chǎn)生的磁場和由外部載體的永磁體產(chǎn)生的磁場得到。通過磁場強度在磁化區(qū)間上的可調(diào)節(jié)性也可調(diào)節(jié)流過測量管的介質(zhì)的磁化。
[0019]在根據(jù)本發(fā)明的核磁流量測量儀的一特別的實施形式中，在其中如之前描述的那樣設(shè)置有內(nèi)部載體和外部載體，僅由內(nèi)部載體引起的磁場強度和僅由外部載體引起的磁場強度可為不同的。然而優(yōu)選地是僅由內(nèi)部載體引起的磁場強度和僅由外部載體引起的磁場強度相同。那么在考慮到本發(fā)明的最初的教導(dǎo)的情況下，在核磁流量測量儀的之前描述的特別優(yōu)選的實施形式中(在該核磁流量測量儀中設(shè)置有內(nèi)部載體和外部載體)給出兩種調(diào)節(jié)可能性。一種調(diào)節(jié)可能性的特征在于內(nèi)部載體和外部載體的磁場“相加”，得到的磁場因此具有為通過內(nèi)部載體實現(xiàn)的磁場強度或通過外部載體實現(xiàn)的磁場強度的兩倍大的磁場強度。對于另一種調(diào)節(jié)可能性，在其中，那么與之前所描述的調(diào)節(jié)可能性相比，在內(nèi)部載體與外部載體之間的定向變換了 180°，磁場彼此抵消使得在介質(zhì)中沒有磁場起作用。
[0020]在內(nèi)部載體與外部載體之間的定向可通過以下方式實現(xiàn)，即不僅使內(nèi)部載體而且使外部載體圍繞區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。然而優(yōu)選地，內(nèi)部載體關(guān)于測量管實現(xiàn)成靜止而同心地圍繞內(nèi)部載體布置的外部載體可圍繞區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)。外部載體相對于內(nèi)部載體的可旋轉(zhuǎn)的實現(xiàn)方案與內(nèi)部載體相對于外部載體的可旋轉(zhuǎn)的布置方案相比是有利的，因為內(nèi)部載體被外部載體遮蓋且因此與操縱內(nèi)部載體相比可更簡單地實現(xiàn)對外部載體的操縱。
[0021]外部載體可圍繞區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)的支承可通過以下方式實現(xiàn)，即內(nèi)部載體在其兩個端部中的每個處相對于區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線固定地與相應(yīng)區(qū)段載體相連接而外部載體與該區(qū)段載體形成至少一個軸向滑動支承，且外部載體與內(nèi)部載體形成至少一個徑向滑動支承。通過該軸向滑動支承和徑向滑動支承保留的外部載體的運動自由為外部載體圍繞區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線的可旋轉(zhuǎn)性。
[0022]可旋轉(zhuǎn)地支承的外部載體的操縱可通過執(zhí)行器來實現(xiàn)。該執(zhí)行器可包括與區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線同心地布置在外部載體處的齒圈、接合到齒圈中的小齒輪以及使小齒輪旋轉(zhuǎn)的電馬達。通過操控電馬達將由電馬達施加的轉(zhuǎn)矩經(jīng)由小齒輪傳遞到齒圈上，從而使外部載體相對于內(nèi)部載體旋轉(zhuǎn)。作為電馬達可使用同步電馬達優(yōu)選地步進電馬達。
[0023]如果為了操縱可旋轉(zhuǎn)地支承的外部載體而設(shè)置有執(zhí)行器，那么該執(zhí)行器也可構(gòu)造成用于在介質(zhì)中的最大旋轉(zhuǎn)磁場的情況下和在介質(zhì)中的最小旋轉(zhuǎn)磁場的情況下來調(diào)節(jié)定向。在使用步進電馬達時，在介質(zhì)中的最大旋轉(zhuǎn)磁場的情況下和在介質(zhì)中的最小旋轉(zhuǎn)磁場的情況下的定向通過在給定旋轉(zhuǎn)方向時以已知的初始的定向起的步進的數(shù)量來已知。初始的定向可通過在外部載體處的旗狀件(Fahne)和不一起旋轉(zhuǎn)的光柵來探測。備選地,在介質(zhì)中的最大旋轉(zhuǎn)磁場的情況下和在介質(zhì)中的最小旋轉(zhuǎn)磁場的情況下的定向也可通過該旗狀件和光柵發(fā)出信號。那么不需要使用步進電馬達而例如可使用同步電馬達。當(dāng)然也可利用之前描述的手段可復(fù)現(xiàn)地調(diào)節(jié)在內(nèi)部載體與外部載體之間的其它的定向。
[0024]在本發(fā)明的另一優(yōu)選的設(shè)計方案中，通過第二類型的配備有永磁體的磁化區(qū)段來磁化介質(zhì)，在其中，可調(diào)節(jié)磁阻抗以用于改變在介質(zhì)中的磁場強度以及由此也改變介質(zhì)的磁化。磁阻抗的可調(diào)節(jié)性例如可通過以下方式實現(xiàn)，即磁化區(qū)段包括第一子區(qū)和第二子區(qū)并且通過子區(qū)隔開。在第一子區(qū)與第二子區(qū)之間在隔開時得到的間隙為磁化區(qū)段的磁阻抗并且該磁阻抗可通過間隙的大小來調(diào)節(jié)。在此，間隙的增大導(dǎo)致更大的磁阻抗并且這導(dǎo)致在介質(zhì)中的磁場強度的減小。如果穿過介質(zhì)的磁通量也流過軛狀物(Joch)，則也可在該軛狀物中影響磁阻抗。例如在該軛狀物中可存在磁通量流經(jīng)的切口并且可通過將良好地導(dǎo)磁的填塞物推入到該切口中或從中拉出來調(diào)節(jié)磁阻抗。
[0025]在本發(fā)明的另一優(yōu)選的設(shè)計方案中，磁化裝置或至少一個磁化區(qū)段布置成可沿著測量管的縱軸線運動?？赏ㄟ^磁化裝置或磁化區(qū)段沿著測量管的縱軸線相對于測量裝置的可調(diào)節(jié)的距離來調(diào)節(jié)在測量裝置處的介質(zhì)的磁化?？梢赃@種方式利用介質(zhì)的不同的磁化來進行測量。
[0026]至此僅僅在通過所描述的磁化裝置產(chǎn)生磁場方面進行了闡述，由永磁體產(chǎn)生該磁場。通過永磁體產(chǎn)生磁場的一相當(dāng)特別優(yōu)選的可能性通過將永磁體布置為哈爾巴赫陣列(Halbach-Array)來實現(xiàn)。那么在磁化區(qū)段中不僅內(nèi)部載體的永磁體布置為哈爾巴赫陣列而且外部載體的永磁體也布置成哈爾巴赫陣列。在此內(nèi)部載體的磁場在內(nèi)部載體之外基本上延伸到內(nèi)部載體的內(nèi)腔中。相應(yīng)地外部載體的磁場在外部載體之外基本上延伸到外部載體的內(nèi)腔中。
[0027]在至此介紹的根據(jù)本發(fā)明的磁化裝置中，僅僅通過由永磁體產(chǎn)生的磁場來進行磁化流過測量管的介質(zhì)。在介質(zhì)中的磁場強度的改變通過外部載體和內(nèi)部載體的彼此的旋轉(zhuǎn)且如有可能通過改變磁阻抗來實現(xiàn)。在此磁場強度的改變通過在磁化裝置處的機械的改變來實現(xiàn)。
[0028]在本發(fā)明的一備選的設(shè)計方案中，為了改變在介質(zhì)中的磁場強度并且由此改變介質(zhì)的磁化而如此將至少一個電磁體布置在磁化裝置處使得該電磁體的磁場平行或逆平行于磁化裝置的磁場取向。由此可通過該電磁體實現(xiàn)在介質(zhì)中存在的磁場或者減小了由該電磁體產(chǎn)生的磁場強度或者使磁場強度增加了由該電磁體產(chǎn)生的磁場強度。因此不再需要用于改變在介質(zhì)中的磁場強度的機械的改變。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0029]現(xiàn)在特別存在設(shè)計和改進根據(jù)本發(fā)明的核磁流量測量儀的不同的可能性。為此，參考從屬于權(quán)利要求1的權(quán)利要求并且參考結(jié)合屬于根據(jù)本發(fā)明的核磁流量測量儀的磁化裝置的附圖對優(yōu)選的實施例的描述。其中:
圖1a顯示了帶有三個磁化區(qū)段的磁化裝置的實施例，
圖1b以俯視圖顯示了圖1a中的磁化裝置，
圖2a顯示了圖1a中的磁化裝置的磁化區(qū)段中的一個，
圖2b以分解圖顯示了圖2a中的磁化區(qū)段，
圖3顯示了圖2b中的磁化區(qū)段的內(nèi)部磁體載體和外部磁體載體，
圖4a顯示了在圖3中的內(nèi)部磁體載體的內(nèi)腔中的磁場，
圖4b顯示了在圖3中的外部磁體載體的內(nèi)腔中的磁場，
圖5a顯示了在內(nèi)部載體與外部載體之間的第一定向的情況下在圖2a中的磁化區(qū)段的內(nèi)部載體的內(nèi)腔中產(chǎn)生的磁場，以及
圖5b顯示了在內(nèi)部載體與外部載體之間的第二定向的情況下在圖2a中的磁化區(qū)段的內(nèi)部載體的內(nèi)腔中產(chǎn)生的磁場。
[0030]參考標(biāo)號列表
I磁化裝置
2永磁體
3,4磁場
5測量管
6介質(zhì)
7磁化區(qū)間
8測量管的縱軸線
9磁化區(qū)段
10內(nèi)部載體
11內(nèi)部載體縱軸線
12外部載體
13外部載體縱軸線
14區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線
15內(nèi)部磁體載體
16a, 16b 內(nèi)環(huán)
17桿狀磁體容納部
18桿狀磁體凹口
19外部磁體載體
20a, 20b 外環(huán)
21a, 21b區(qū)段載體
22管狀凹口
23a, 23b載體定向標(biāo)記。
【具體實施方式】
[0031]根據(jù)本發(fā)明涉及一種用于測量流過測量管5的介質(zhì)6的核磁流量測量儀，帶有用于磁化在磁化區(qū)間7上沿著測量管5的縱軸線8流過測量管5的介質(zhì)6的磁化裝置I。在此用于用來產(chǎn)生磁化介質(zhì)6的磁場3、4的該磁化裝置I設(shè)有永磁體2且該磁化裝置I具有在測量管5的縱軸線8的方向上相繼布置的至少兩個磁化區(qū)段9。這未在附圖中很大程度地示出，因為附圖主要顯示屬于根據(jù)本發(fā)明的核磁流量測量儀的磁化裝置I。
[0032]根據(jù)本發(fā)明，在介質(zhì)6中的磁場3、4在整個磁化區(qū)間7上具有相同的方向。
[0033]附圖顯示了屬于根據(jù)本發(fā)明的核磁流量測量儀的磁化裝置I的實施例，其中，在圖1a中在其整體性方面示出了該磁化裝置I。
[0034]多個桿狀的永磁體2 (參見圖2a至5b)產(chǎn)生穿過流過測量管5的介質(zhì)6的磁場3、4(參見圖1b和圖3至5b)。地磁區(qū)仍然繼續(xù)不考慮。在沿著測量管5的縱軸線8延伸的磁化區(qū)間7上在磁場3、4的情況下進行介質(zhì)6的穿過。顯然測量管5至少在磁化區(qū)間7上由不影響磁場的材料制成。在介質(zhì)6在磁化區(qū)間7的區(qū)域中的由磁化區(qū)間7的長度和介質(zhì)6的流動速度得出的停留時間期間進行流動的介質(zhì)6的磁化。[0035]磁化裝置I由單個磁化區(qū)段9模塊化地來構(gòu)造，即磁化裝置I可包括任意多個磁化區(qū)段9。該實施例包括三個磁化區(qū)段9 (參見圖1a)，而由于模塊性也可包括或少或多的磁化區(qū)段9。
[0036]在所示出的實施例中，三個磁化區(qū)段9相應(yīng)形成一起形成磁化區(qū)間7的同樣長的子磁化區(qū)間。由永磁體2產(chǎn)生的在介質(zhì)6中的磁場3、4在磁化區(qū)間7上僅具有唯一的方向，參見圖lb。如果此處論及在介質(zhì)6中的磁場3、4在磁化區(qū)間7上的唯一的方向，那么不排除該方向的波動。然而該方向的波動如此小使得實現(xiàn)力求達到的測量精度。在附圖中未示出磁場3、4的邊緣效應(yīng)一例如邊緣效應(yīng)出現(xiàn)在磁化區(qū)間7的端部處。
[0037]在圖2a和2b中示出了三個磁化區(qū)段9中的任一個的重要構(gòu)件，其中，圖2a顯示了在組合成整體的狀態(tài)中的磁化區(qū)段9而圖2b以分解圖顯示了磁化區(qū)段9。磁化區(qū)段9包括基本上空心柱狀的、帶有同心的內(nèi)部載體縱軸線11的內(nèi)部載體10和基本上空心柱狀的、帶有同心的外部載體縱軸線13的外部載體12，其中，外部載體12可圍繞區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線14旋轉(zhuǎn)。
[0038]內(nèi)部載體10主要包括基本上空心柱狀的內(nèi)部磁體載體15和環(huán)盤狀的兩個內(nèi)環(huán)16a、16b，并且內(nèi)部載體10圍繞內(nèi)部載體縱軸線11的內(nèi)半徑大于測量管5的外半徑。在內(nèi)部磁體載體15中設(shè)置有多個桿狀磁體容納部17。這些桿狀磁體容納部17中的每個具有平行于內(nèi)部載體縱軸線11的軸線并且包括與其相應(yīng)的軸線同心地設(shè)置的多個桿狀磁體凹口18。桿狀磁體容納部17在內(nèi)部磁體載體15的整個長度上延伸并且屬于桿狀磁體容納部17的所有桿狀磁體凹口 18具有相同的矩形的內(nèi)截面。如果論及物體的長度，意指該物體沿著其縱軸線的大小(Ausdehnung)。桿狀的永磁體2插入到桿狀磁體容納部17中。永磁體2從內(nèi)部磁體載體15的一端側(cè)或另一端側(cè)被推入到桿狀磁體容納部17中，并且所插入的永磁體2的長度相應(yīng)于內(nèi)部磁體載體15的長度。桿狀磁體凹口 18的內(nèi)截面如此與永磁體2的外截面相匹配使得內(nèi)部磁體載體15使插入到桿狀磁體容納部17中的永磁體2以不可圍繞其相應(yīng)的縱軸線旋轉(zhuǎn)的方式取向。內(nèi)部磁體載體15不阻止所插入的永磁體2在內(nèi)部載體縱軸線11的方向上的運動，因此所插入的永磁體2可在該方向上運動。
[0039]內(nèi)環(huán)16a通過螺栓連接與內(nèi)部磁體載體15的一端側(cè)固定地相連接，內(nèi)環(huán)16b通過螺栓連接與內(nèi)部磁體載體15的另一端側(cè)固定地相連接。與內(nèi)部磁體載體15相連接的內(nèi)環(huán)16a和16b阻止所插入的永磁體2在內(nèi)部載體縱軸線11的方向上的運動。所插入的永磁體2完全由所插入的永磁體2和桿狀磁體凹口 18的相互協(xié)調(diào)的橫截面并由內(nèi)環(huán)16a、16b來固定。內(nèi)環(huán)16a、16b中的每個的向外指向的端面位于垂直于內(nèi)部載體縱軸線11的平面中。內(nèi)環(huán)16a的向外指向的同心的面和內(nèi)環(huán)16b的向外指向的同心的面位于共同的內(nèi)圓柱面中，該內(nèi)圓柱面未被內(nèi)部磁體載體15穿透。內(nèi)部磁體載體15和與其相連接的內(nèi)環(huán)16a、16b同心地相對于內(nèi)部載體縱軸線11取向。
[0040]外部載體12主要包括空心柱狀的外部磁體載體19和環(huán)盤狀的兩個外環(huán)20a、20b。在外部磁體載體19中設(shè)置有多個桿狀磁體容納部17。這些桿狀磁體容納部17中的每個具有平行于外部載體縱軸線13的軸線并且包括與其相應(yīng)的軸線同心地設(shè)置的多個桿狀磁體凹口 18。該桿狀磁體容納部17在外部磁體載體19的整個長度上延伸并且屬于桿狀磁體容納部17的所有的桿狀磁體凹口 18具有相同的矩形的內(nèi)截面。矩形的、桿狀的永磁體2被插入到該桿狀磁體容納部17中。永磁體2從外部磁體載體19的一端側(cè)或另一端側(cè)被推入到桿狀磁體容納部17中，并且所插入的永磁體2的長度相應(yīng)于外部磁體載體19的長度。桿狀磁體凹口 18的內(nèi)截面如此與永磁體的外截面相匹配使得外部磁體載體19使被插入到桿狀磁體容納部17中的永磁體2以不可圍繞其相應(yīng)的縱軸線旋轉(zhuǎn)的方式取向。內(nèi)部磁體載體15不阻止所插入的永磁體2在外部載體縱軸線13的方向上的運動，因此所插入的永磁體2可在該方向上運動。
[0041]外環(huán)20a通過螺栓連接與外部磁體載體19的一端側(cè)固定地相連接，外環(huán)20b通過螺栓連接與外部磁體載體19的另一端側(cè)固定地相連接。與外部磁體載體19相連接的外環(huán)20a和20b阻止所插入的永磁體2在外部載體縱軸線13的方向上的運動。所插入的永磁體2完全由所插入的永磁體2和桿狀磁體凹口 18的相互協(xié)調(diào)的橫截面并由外環(huán)20a、20b來固定。外環(huán)20a、20b中的每個的向外指向的端面位于垂直于外部載體縱軸線13的平面中。外環(huán)20a的向內(nèi)指向的同心的面和外環(huán)20b的向內(nèi)指向的同心的面位于共同的外圓柱面中，該外圓柱面未被外部磁體載體19穿透。外部磁體載體19和與其相連接的外環(huán)20a、20b與外部載體縱軸線13同心地取向。
[0042]內(nèi)部載體10的長度稍微大于外部載體12的長度,并且外圓柱面的半徑稍微大于內(nèi)圓柱面的半徑。通過將外部載體12引導(dǎo)到內(nèi)部載體上使內(nèi)部載體10和外部載體12組合在一起。在已組合的狀態(tài)中內(nèi)部載體縱軸線11和外部載體縱軸線13重合并且內(nèi)環(huán)16a、16b的向外指向的端面稍微突出超過外環(huán)20a、20b的向外指向的端面。
[0043]除了內(nèi)部載體10和外部載體12之外，磁化區(qū)段9中的每個主要包括平板狀的兩個區(qū)段載體21a、21b。在該區(qū)段載體21a、21b中的每個中設(shè)置有用于穿引測量管5的圓形的管狀凹口 22。區(qū)段載體21a通過螺栓連接固定地與內(nèi)環(huán)16a相連接而區(qū)段載體21b通過螺栓連接固定地與內(nèi)環(huán)16b相連接。區(qū)段載體21a、21b在垂直于內(nèi)部載體縱軸線11的平面中的大小超過外部載體12在該平面中的大小。
[0044]通過兩個徑向滑動支承阻止外部載體12在相對于外部載體縱軸線13的徑向方向上相對于內(nèi)部載體10的運動。第一徑向滑動支承由外環(huán)20a的向內(nèi)指向的徑向表面與內(nèi)環(huán)16a的向外指向的徑向表面一起形成，而第二徑向滑動支承由外環(huán)20b的向內(nèi)指向的徑向表面與內(nèi)環(huán)16b的向外指向的徑向表面一起形成。
[0045]通過兩個軸向滑動支承阻止外部載體12在相對于外部載體縱軸線13的軸向方向上相對于內(nèi)部載體10的運動。第一軸向滑動支承由外環(huán)20a的端側(cè)的向外指向的表面與區(qū)段載體21a的向內(nèi)指向的表面一起形成，而第二軸向滑動支承由外環(huán)20b的端側(cè)的向外指向的表面與區(qū)段載體21b的向內(nèi)指向的表面一起形成。
[0046]外部載體12相對于內(nèi)部載體10的唯一保留的運動自由為圍繞外部載體縱軸線13的旋轉(zhuǎn)。區(qū)段縱軸線14通過定義與外部載體縱軸線13重合。之前提及的外圓柱面與內(nèi)圓柱面的半徑的微小差別如此分配使得保證徑向滑動支承的功能，而之前所提及的內(nèi)部載體10和外部載體12的長度的微小差別如此分配使得保證軸向滑動支承的功能。徑向滑動支承和軸向滑動支承的相互處于接觸的表面如此設(shè)計，即在外部載體12相對于內(nèi)部載體10旋轉(zhuǎn)時，磨損和用于旋轉(zhuǎn)所需的轉(zhuǎn)矩盡可能小。
[0047]圖3顯示了在已引入永磁體2的情況下在已組合的狀態(tài)中的內(nèi)部磁體載體15和外部磁體載體19。在內(nèi)部磁體載體15的柱形的內(nèi)腔中的磁場3、4由內(nèi)部磁體載體15的永磁體2的磁場3和外部磁體載體19的永磁體2的磁場4的疊加產(chǎn)生。在介質(zhì)6中的磁場3、4的磁場強度沿著任何任意的平行于區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線14的線在磁化區(qū)段9的長度上是恒定的。此外，磁場3、4在磁化區(qū)段9的長度上是均勻的。如果在此論及在介質(zhì)6中的磁場3、4在磁化區(qū)段9的長度上的恒定的磁場強度或均勻性，那么不排除磁場3、4的磁場強度和均勻性的波動。然而磁場強度和均勻性的波動如此小使得達到力求的測量精度。
[0048]外部磁體載體19關(guān)于內(nèi)部磁體載體15的定向通過在內(nèi)部磁體載體15的端側(cè)處的定向標(biāo)記23a和通過在外部磁體載體19的端側(cè)處的定向標(biāo)記23b來指示。內(nèi)部磁體載體15與測量管5的徑向距離和外部磁體載體19與內(nèi)部磁體載體15的徑向距離盡可能小。通過該很小的距離使待以磁場3、4穿流的體積(在其中還布置有測量管5)最小化并且相應(yīng)地也使待由永磁體2施加的磁通量最小化。相應(yīng)地,更大的徑向距離可能需要更多的永磁體材料。
[0049]圖4a以俯視圖顯示了帶有已引入的永磁體2的內(nèi)部磁體載體15。該內(nèi)部磁體載體15使已引入的永磁體2取向成哈爾巴赫陣列,其磁場3在內(nèi)部磁體載體15之外主要在內(nèi)部磁體載體15的柱形的內(nèi)腔中延伸并且在介質(zhì)6中是均勻的。圖4b以俯視圖顯示了帶有已引入的永磁體2的外部磁體載體19。該外部磁體載體19使已引入的永磁體2同樣取向成哈爾巴赫陣列，其磁場4在外部磁體載體19之外主要在外部磁體載體19的柱形的內(nèi)腔中延伸并且在介質(zhì)6中是均勻的。兩哈爾巴赫陣列如此彼此協(xié)調(diào)，即在介質(zhì)6中磁場3和磁場4的磁場強度的值同樣大。由于這種情況，即磁場3基本上不在內(nèi)部載體15的外腔中延伸，為了使外部載體12旋轉(zhuǎn)，基本上僅需要克服徑向滑動支承和軸向滑動支承的摩擦。
[0050]圖5a以彼此第一定向顯示了帶有已引入的永磁體2的內(nèi)部磁體載體15和外部磁體載體19。磁場3和磁場4彼此平行地取向。在介質(zhì)6中通過疊加引起的磁場的磁場強度因此認(rèn)為是磁場3或磁場4自身的磁場強度的兩倍大。圖5b以彼此第二定向顯示了帶有已引入的永磁體2的內(nèi)部磁體載體15和外部磁體載體19。磁場3和磁場4彼此逆平行地取向。因此在介質(zhì)6中不存在磁場。如果在此論及在介質(zhì)6中不存在磁場，不排除在介質(zhì)6中存在帶有很小的磁場強度的磁場。然而殘留的磁場強度如此小使得達到力求的測量精度。
[0051]磁化裝置I的三個磁化區(qū)段9 (參見圖1a)如此彼此取向，即其區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線14與測量管5的縱軸線8重合。附加地，內(nèi)部載體10如此彼此定向，即其磁場3彼此平行。外部載體12中的每個可與其它外部載體12無關(guān)地圍繞測量管5的縱軸線8旋轉(zhuǎn)，并且外部載體12中的每個的旋轉(zhuǎn)通過執(zhí)行器(在圖中不可見)來實現(xiàn)。該執(zhí)行器可調(diào)節(jié)外部載體12相對于內(nèi)部載體10的任意的定向。
[0052]在用于使磁化裝置I運行的第一方法中，通過執(zhí)行器始終使三個外部載體12如此彼此定向，即磁場4彼此平行。因此一起且均勻地實現(xiàn)三個外部載體12相對于內(nèi)部載體10的旋轉(zhuǎn)。通過外部載體12相對于內(nèi)部載體10的旋轉(zhuǎn)將在介質(zhì)6中的磁場3、4在磁化區(qū)間7上調(diào)節(jié)到在零與認(rèn)為是磁場3或磁場4自身的兩倍磁場強度之間的任意磁場強度上。因此流動的介質(zhì)6的磁化相應(yīng)地變化。在介質(zhì)6中的磁場3、4在磁化區(qū)間7上僅具有唯一的方向。附加地，在介質(zhì)6中的磁場3、4的磁場強度沿著任何任意的平行于測量管5的縱軸線8的線在磁化區(qū)間7上是恒定的。此外，磁場3、4在磁化區(qū)間7上是均勻的。
[0053]在用于使磁化裝置I運行的第二方法中，三個磁化區(qū)段9的外部載體12彼此無關(guān)地定向。在此調(diào)節(jié)外部載體12中的每個相對于其內(nèi)部載體10的僅僅兩個不同的定向。對于第一定向，相應(yīng)的磁化區(qū)段9的磁場3和磁場4平行地取向。在介質(zhì)6中的磁場3、4的磁場強度認(rèn)為是磁場3或磁場4自身的磁場強度的兩倍。對于第二定向，磁場3和磁場4逆平行地取向。在介質(zhì)6中的磁場強度3、4為零。在介質(zhì)6可利用該方法發(fā)生磁化時，始終以在介質(zhì)6中的相同的磁場強度進行磁化。在介質(zhì)6中的磁場3、4與單個磁化區(qū)段9的外部載體12在磁化區(qū)間7上的定向無關(guān)地具有僅僅唯一的方向。
【權(quán)利要求】
1.一種用于測量流過測量管(5)的介質(zhì)(6)的流量的核磁流量測量儀，帶有用于磁化在磁化區(qū)間(7)上沿著所述測量管(5)的縱軸線(8)流過所述測量管(5)的所述介質(zhì)(6)的磁化裝置(I)，其中，用于產(chǎn)生用來磁化所述介質(zhì)(6)的磁場(3，4)的所述磁化裝置(I)設(shè)有永磁體(2)并且具有在所述測量管(5)的縱軸線(8)的方向上相繼布置的至少兩個磁化區(qū)段(9)，其特征在于，即使在所述介質(zhì)(6)中在所述磁化區(qū)間(7)的長度上不同的磁場強度的情況下在整個所述磁化區(qū)間(7)上所述磁場(3或4)具有相同的方向或所有的磁場(3和4)具有相同的方向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的核磁流量測量儀，其特征在于，所述磁化區(qū)段(9)中的每個具有配備有永磁體(2)的內(nèi)部載體(10)和配備有永磁體(2)的外部載體(12)，并且所述內(nèi)部載體(10)圍繞所述測量管(5)布置而所述外部載體(12)圍繞所述內(nèi)部載體(10)布置，并且為了改變在所述介質(zhì)(6)中的磁場強度且由此也改變所述介質(zhì)(6)的磁化，在所述內(nèi)部載體(10)和所述外部載體(12)之間的定向可通過使所述內(nèi)部載體(10)和/或所述外部載體(12)圍繞區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線(14)旋轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的核磁流量測量儀，其特征在于，在所述磁化元件(9)中的每個中，或者在所述內(nèi)部載體(10)與所述外部載體(12)之間的定向針對在所述介質(zhì)(6)中的最大場強度(3，4)來調(diào)節(jié)或者在所述內(nèi)部載體(10)與所述外部載體(12)之間的定向針對在所述介質(zhì)(6)中的最小場強度(3，4)來調(diào)節(jié)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項所述的核磁流量測量儀，其特征在于，在所述磁化元件(9)中的至少一個中，所述內(nèi)部載體(10)的磁場(3)和所述外部載體(12)的磁場(4)如此構(gòu)造使得在針對在所述介質(zhì)(6)中的最小磁場強度(3，4)而在所述內(nèi)部載體(10)和所述外部載體(12)之間定向時在所述介質(zhì)(6)中不存在磁場。
5.根據(jù)權(quán)利要求2至4中任一項所述的核磁流量測量儀，其特征在于，在所述磁化元件(9)中的至少一個中，所述內(nèi)部載體(10)相對于所述測量管(5)固定而所述外部載體(12)支承成可圍繞所 述區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線(14)旋轉(zhuǎn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中任一項所述的核磁流量測量儀，其特征在于，在所述磁化元件(9)中的至少一個中，所述內(nèi)部載體(10)在其兩端部中的每個處相對于所述區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線(14)固定地與相應(yīng)一個區(qū)段載體(21a，21b)相連接，所述外部載體(12)與所述內(nèi)部載體(10)形成至少一個徑向滑動支承而所述外部載體(12)與所述區(qū)段載體(21a，21b)形成至少一個軸向滑動支承。
7.根據(jù)權(quán)利要求2至6中任一項所述的核磁流量測量儀，其特征在于，在所述磁化元件中的至少一個中，為了使所述內(nèi)部載體(10)和/或所述外部載體(12)優(yōu)選地所述外部載體(12)圍繞所述區(qū)段旋轉(zhuǎn)軸線(14)旋轉(zhuǎn)，設(shè)置有執(zhí)行器。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的核磁流量測量儀，其特征在于，在所述磁化元件(9)中的至少一個中，可通過所述執(zhí)行器至少在所述介質(zhì)(6)中的最小的磁場(3，4)的情況下調(diào)節(jié)在所述內(nèi)部載體(10)與所述外部載體(12)之間的定向和至少在所述介質(zhì)(6)中的最大的磁場(3,4)的情況下調(diào)節(jié)在所述內(nèi)部載體(10)和所述外部載體(12)之間的定向。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項所述的核磁流量測量儀，其特征在于，設(shè)置有配備有永磁體(2)的至少另一磁化區(qū)段(9)且可調(diào)節(jié)所述另一磁化區(qū)段(9)的磁阻抗以用于改變在所述介質(zhì)(6)中的磁場強度(3，4)并且由此也改變所述介質(zhì)(6)的磁化。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的核磁流量測量儀，其特征在于，所述另一磁化區(qū)段包括第一子區(qū)和第二子區(qū)并且兩個子區(qū)被間隔開并且在所述第一子區(qū)與所述第二子區(qū)之間通過間隔開得到的間隙為可調(diào)節(jié)的磁阻抗。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項所述的核磁流量測量儀，其特征在于，所述永磁體(2)布置為哈爾巴赫陣列。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項所述的核磁流量測量儀，其特征在于，為了改變在所述介質(zhì)出)中的磁場強度且由此也改變所述介質(zhì)(6)的磁化，至少一個電磁體布置在所述磁化裝置(I)處，所述電磁體的磁場與所述磁化裝置(I)的磁場(3，4)平行地或逆平行地取向，并且可調(diào)節(jié)由所述電磁體產(chǎn)生的磁場的磁場強度。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項所述的核磁流量測量儀，其特征在于，所述磁化裝置(I)或至少一個磁化區(qū)段(9)布置成可沿著所述測量管(5)的縱軸線(8)運動，并且可通過所述磁化裝置(I)或所述磁化區(qū)段(9)沿著所述測量管(5)的縱軸線(8)相對于測量裝置的可調(diào)節(jié)的距離來調(diào)節(jié)在所述測量裝置處的所述介質(zhì)出)的磁化。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項所述的核磁流量測量儀，其特征在于，所述磁化區(qū)段(9)形成不同長的子磁化區(qū)間。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項所述的核磁流量測量儀，其特征在于，由永磁體(2)產(chǎn)生的、在所述介質(zhì)(6)中的磁場(3，4)的磁場強度沿著任何任意平行于所述測量管(5)的縱軸線(8)的線在所述磁化區(qū)段(9)中的每個的長度上或者在所述磁化區(qū)間(7)上是恒定的。
16.根據(jù)權(quán)利要求1至15中任一項所述的核磁流量測量儀，其特征在于，由所述永磁體(2)產(chǎn)生的、在所述介質(zhì)(6)中磁場(3，4)在所述磁化區(qū)段(9)中的每個的長度上或者在所述磁化區(qū)間(7)上是均勻的。
【文檔編號】G01F1/56GK103542899SQ201310297215
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月16日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月16日
【發(fā)明者】M.L.佐伊特維, O.J.P.鮑斯徹, C.J.霍根多爾恩, A.德格拉亞夫, J.T.A.波爾斯, J-W.拉蒙特 申請人:克洛納有限公司