核磁共振流量計
時間：2016-12-27 15:10
來源：
作者: 任桂山
核磁共振流量計是利用物理中核磁共振現象實現流量測量，是一種測量機理前沿化的較新的一種理想流量計。它具有以下特點：可測流體種類廣泛，只要牛頓流體中存在可磁化的原子核；和流體的各種物理參數無關；無需在被測管道內插入任何測量元件，對流體無擾動；測量準確度較高；體積較大、 技術要求高，
但造價昂貴。
結構及測量原理
核磁共振流量計一般由均勻磁化部分、交變磁化示蹤部分、信號檢測部分以及信號處理、顯示、輸出部分等組成。其結構見圖 1 所示。其測量原理是利用核磁共振現象在流體中做一標記，測量此標記的流動速度即可計算出流體流量。具有可磁化的原子核結構中，帶負電的電子在自身旋轉的情況下進行定向移動， 可視為一個微旋轉磁場。雖然一個微旋轉磁場的磁效應極小，但若大量的微磁場疊加并被極化，其磁效應就可大到足以測量的程度。平時，個體微旋轉磁場的極性方向是雜亂無章的，但在外加磁場H1 的作用下，其極性方向將趨向一致，這個過程被稱為磁化。當誘導磁化強度 M 0 的方向與外加磁場強度 H 0 方向不同時，由于矢量的正弦作用使被磁化的原子核不僅繞 H 0 方向旋轉外，還產生進動現象。進動頻率被稱為喇曼頻率ω 0 。當被均勻磁化后的流體，依次進入由直流均勻磁場 H 2 和成互交的高頻振蕩器 H 3 組成的交變磁場時，如果進動頻率 ω 0 與高頻交變磁場頻率相同則會產生共振，被稱為核磁共振現象。共振同時會產生兩個物理現象，其一，由于處于交變磁場內側的可調調制線圈 H 4 以單方向脈沖方式供電，流體的磁感應強度將發生周期性改變，即與上游均勻磁化的磁感應強度不同，此時的流體已被做上示蹤標記。
其二，響應線圈將接收到共振射頻信號。當被測流體從調制線圈處到達響應線圈安裝位置時，顯然經過了一定距離 L，需要一定時間 t，這樣在調制線圈調制的信號和響應線圈接收到的共振射頻信號之間就產生了相位差 θ。使用范圍及測量準確度核磁共振流量計的測量范圍取決于流體相對于水介質的磁化率 R以及磁化馳豫時間 T。一般講，磁化率 R 約為 0.4~1.2 之間；磁化馳豫時間 T 約為 0.05~30s，磁化馳豫時間 T 與流體物性有關。從理論上講，只要流體物性含有磁矩原子核，均屬測量范圍。但經實驗和觀察得知，同為中子和質子組成的原子核，氫核和氟核的核磁共振現象最為顯著。現代研發的核磁共振流量計均以氫核和氟核的共振特性為設計依據，核磁共振流量計使用范圍內的被測流體必須含有氫核或氟核。核磁共振流量計測量準確度一般較高，可達 ±0.4%。
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