[发明专利]核磁流量测量仪

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于测量流过测量管的介质的流量的核磁流量测量仪，带有用于磁化在磁化区间(Magnetisierungsstrecke)上沿着测量管的纵轴线流过测量管的介质磁化的装置，其中，用于产生用来磁化介质的磁场的该磁化装置设有永磁体并且具有在测量管的纵轴线的方向上相继布置的至少两个磁化区段。

背景技术

具有核自旋的元素的原子核还具有通过核自旋引起的磁矩。该核自旋可理解为可通过向量描述的旋转脉冲，并且相应地磁矩也可通过平行于该旋转脉冲的向量的向量来描述。在存在宏观磁场时，原子核的磁矩的向量平行于在原子核的部位处的宏观磁场的向量取向。在此，原子核的磁矩的向量围绕在原子核的部位处的宏观磁场的向量旋进(pr?zessieren)。旋进的频率被称为拉莫尔频率(Lamorfrequenz)ω_L并且与磁场强度值B成比例。根据ω_L=γ·B计算该拉莫尔频率。其中，γ为旋磁比，其对于氢原子核来说最大。

利用在存在宏观磁场时原子核在磁矩的情况下的旋进的特性的测量和分析方法被称为核磁共振测量或分析方法。核磁共振的英文概念是“nuclear magnetic resonance”。通常将由旋进的原子核在不同的边界条件下在传感器线圈中感应的电压用作用于该测量和分析方法的输出参数。利用核磁共振的测量仪的示例为核磁流量测量仪，其测量流过测量管的多相的介质的流量且分析该介质。

用于在利用核磁共振的情况下分析的前提是介质的待分析的相可被激励成可进行不同的核磁共振。分析可包括介质的单个相的流动速度和单个相在多相的介质处的相对份额。核磁流量测量仪例如可使用来分析从油源中输送的多相的介质。该介质主要包括多个相－原油、天然气以及盐水，其中，所有的相都包含氢原子核。

分析从油源中输送的介质也可利用所谓的检验分离器来进行。该检验分离器分离所输送的介质的一小部分、使介质的单个相彼此分离并且确定单个相在介质处的份额。然而检验分离器不能可靠地测量小于5%的原油份额。由于每个(油)源的原油份额持续下降且多个(油)源的原油份额已经小于5%，所有现在不可在使用检验分离器的情况下经济性地开采这种(油)源。为了还可继续开采带有非常小的原油份额的(油)源，相应地需要精确的流量测量仪。

从用于计算拉莫尔频率ω_L的等式中可直接显而易见的是拉莫尔频率ω_L与在待检验的介质中的宏观磁场的磁场强度B的值成比例，且因此磁场强度的值也直接作用于在传感器线圈中感应的电压的频率。同样宏观磁场关于传感器线圈的定向的方向也影响在传感器线圈中感应的电压。通常，穿过介质的宏观磁场与理想均匀的磁场的偏差导致测量质量的降低并且由此导致更不准确的测量结果。

直接除了之前阐述的不期望的偏差中之外，期望且已知的是在介质中磁场的梯度。

放弃考虑带有梯度的磁场，因为以下实施方案可明显地应用于带有梯度的磁场。

从美国公开文献2008/0 174 309中已知一种核磁流量测量仪，本发明基于该核磁流量测量仪。在此适用于属于磁化装置的磁化元件的是该磁化元件实施成空心柱状并且在其内腔中具有均匀的磁场。该磁化元件如此相继地布置在测量管上，即磁化元件的同心的纵轴线与测量管的纵轴线重合。流过测量管的介质的磁化可通过以下方式以不同的方式来调节(即改变)，即单个的磁化元件的均匀的磁场或者彼此平行地或者彼此逆平行地取向。

美国公开文献2008/0 174 309的图7详细显示了带有六个相继布置的磁化区段的磁化装置。在此，在根据图a)的实现方案中如此调节所有的磁化区段使得单个磁化区段的均匀的磁场在介质中彼此平行地取向。而在根据图b)的实现方案中将相应三个磁化区段联合成一个组。在每个组内磁化区段的均匀的磁场彼此平行地取向。然而一个组的均匀的磁场逆平行于另一组的均匀的磁场取向。最后根据图c)还再次形成两组磁化区段，然而一个组带有四个磁化区段而另一个组带有两个磁化区段。在此同样适用的是在每个组中的单个的磁化区段的均匀的磁场彼此平行地取向，然而一个组的单个的磁化区段的均匀的磁场逆平行于另一个组的磁化区段的均匀的磁场取向。

发明内容

基于之前详细描述的现有技术，本发明的目的在于提供一种在可实现的测量结果的质量方面经改进的核磁流量测量仪。

根据本发明的核磁流量测量仪的特征首先主要在于，即使在在介质中在磁化区间的长度上不同的磁场强度的情况下在整个磁化区间上磁场也具有相同的方向或所有的磁场具有相同的方向。