电磁流量计的制作方法

专利名称：电磁流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电磁流量计，并且尤其涉及一种检测流体特性或状态或测量管道状态，并校正流体流量的电磁流量计。
背景技术：
电磁流量计是一种因其特性而能够稳定地测量流量的流量计，并被确认为高精度流量计。然而，常规电磁流量计被假定为在管道充满待测流体的条件下工作，并且一般被设计为通过检测与流体的流速成比例的信号并使流速乘以管道横截面积来获得流体的流量。因此，如果管道没有充满流体或者气泡混入流体中，则流量测量将出现误差。
例如，当管道中的流体液位变化时，横截面积变化。因此，电磁流量计的输出将出现量程变化，并且将出现流量误差。另外，当气泡混入管道中时，流体的体积将变化。这造成输出的量程变化，导致了要获得的流量出现误差。为此，为了高精度地测量流体的流量，必须通过利用另一传感器测量流体状态如液位或混入的气泡量，来执行流量校正。如上所述，当除待测流体以外的物质混入管道中，例如气体和液体等组成多相流时(液位变化液可被认为是气体混入流体中的情况)，难以利用普通的电磁流量计来精确测量流量。在这些情况下，已出现了对一种在流体状态变化时能够自动精确测量流量的电磁流量计的需要。
相对于上述背景，例如在参考文献1(日本专利待审公开No.6-241855)和参考文献2(JNMIHF版，“Flow Rate Measurement from Ato Z for Instrumentation Engineers(用于仪表工程师的A至Z流量测量)”，Kogyo Gijutusha，1995，PP.147-148)中提出了一种用于部分充满管道的电磁流量计，以校正液位变化。这些参考文献提出了一种通过测量液位来校正流量的技术，作为电磁流量计对部分充满管道的应用。参考文献1和2中所披露的电磁流量计根据在同时驱动位于通道上侧和下侧的励磁线圈时、由位于通道左侧和右侧的一对电极所获得的信号电动势，与在单独驱动上侧励磁线圈时所获得的信号电动势之间的比率，来获得第一液位，根据该液位来校正预先获得的灵敏度，并输出流量。
另一方面，本发明人在参考文献3(WO03/027614)中提出了一种解决量程漂移问题的电磁流量计。以下将描述为说明参考文献3和本发明所需的物理现象。当物体在变化的磁场中移动时，电磁感应产生了两种类型的电场，即(a)由磁场瞬时变化所产生的电场E(i)＝A/t，以及(b)当物体在磁场中移动时所产生的电场E(V)＝v×B。在这种情况下，v×B代表v和B的外积，A/t代表A关于时间的偏微分。在这种情况下，v、B和A分别对应于以下，并且是具有三维(x、y和z)方向的矢量(v流速，B磁通密度，A矢势(vector potential)(与磁通密度的关系被表示为B＝rotA))。然而，注意，这种情况下的三维矢量的意义不同于复平面上的矢量。这两种类型的电场在流体中产生电势分布，并且电极能够检测该电势。
接下来将描述公知的数学基本知识。将具有相同频率但不同振幅的余弦波P·cos(ω·t)和正弦波Q·sin(ω·t)合成为以下的余弦波。令P和Q为振幅，且ω为角频率。
P·cos(ω·t)+Q·sin(ω·t)＝(P2+Q2)1/2·cos(ω·t-ε)其中ε＝tan-1(Q/P)…(1)为了分析式(1)的合成运算，方便的是执行复坐标平面映射，以便沿实轴绘出余弦波P·cos(ω·t)的振幅P，而沿虚轴绘出正弦波Q·sin(ω·t)的振幅Q。即，在复坐标平面上，到原点的距离(P2+Q2)1/2给出了合成波的振幅，且角度ε＝tan-1(Q/P)给出了合成波与ω·t之间的相位差。
另外，在复坐标平面上，以下关系式成立L·exp(j·ε)＝L·cos(ε)+j·L·sin(ε) …(2)式(2)是与复矢量关联的表达式，其中j是虚数单位，L给出了复矢量的长度，且ε给出了复矢量的方向。为了分析复坐标平面上的几何关系，方便的是使用到复矢量的变换。
以下描述采用了到上述那样的复坐标平面的映射及使用复矢量的几何分析，来显示电极间电动势怎样表现其行为，以及说明参考文献3和本发明的电磁流量计如何使用该行为。
接下来将描述参考文献3中所描述的电磁流量计中的具有一组线圈和电极对的复矢量布置。
图36是用于说明参考文献3中的电磁流量计的原理的框图。该电磁流量计包括测量管道101，待测流体流过该测量管道101；一对电极102a和102b，这对电极102a和102b被置于测量管道101中且彼此相对，以便既垂直于要施加于流体的磁场，又垂直于测量管道101的轴PAX，并与流体接触，且检测由磁流和流体流动所产生的电动势；以及励磁线圈103，在包括电极102a和102b的平面PLN用作测量管道101的界面的情况下，该励磁线圈103向流体施加在以平面PLN为界的测量管道101前侧和后侧不对称的时变磁场。
在由励磁线圈103所产生的磁场Ba中，在连接电极102a和102b的电极轴EAX上既垂直于电极轴EAX，又垂直于测量管道轴PAX的磁场分量(磁通密度)B1由下式给出B1＝b1·cos(ω0·t-θ1) …(3)在式(3)中，b1是磁通密度B 1的振幅，ω0是角频率，且θ1是与ω0·t的相位差(相位滞后)。磁通密度B1以下将称为磁场B1。
首先，将描述由磁场变化所引起的与待测流体流速无关的电极间电动势。因为由磁场变化所引起的电动势取决于磁场的时间导数dB/dt，因此根据下式对励磁线圈103所产生的磁场B1进行微分dB1/dt＝-ω0·b1·sin(ω0·t-θ1) …(4)如果待测流体的流速为0，则所产生的涡流仅仅是由磁场变化所引起的分量。如图37所示指出了由磁场Ba的变化而引起的涡流I的方向。因此，如图37所示，在包括电极轴EAX和测量管道轴PAX的平面内，指出了由磁场Ba的变化所产生的与流速无关的电极间电动势E的方向。该方向被定义为负方向。
此时，电极间电动势E是通过使考虑了方向的磁场时间导数-dB1/dt乘以系数k(和待测流体的导电率及介电常数以及包括电极102a和102b布局的测量管道101结构相关的复数)所获得的值，如下式所示E＝k·ω0·b1·sin(ω0·t-θ1) …(5)把式(5)改写为下式E＝k·ω0·b1·{sin(-θ1)}·cos(ω0·t)+k·ω0·b1·{cos(-θ1)}·sin(ω0·t)＝k·ω0·b1·{-sin(θ1)}·cos(ω0·t)+k·ω0·b1·{cos(θ1)}·sin(ω0·t) …(6)在这种情况下，如果把式(6)映射到关于ω0·t的复坐标平面上，则由下式给出实轴分量Ex和虚轴分量EyEx＝k·ω0·b1·{-sin(θ1)}＝k·ω0·b1·{cos(π/2+θ1)} …(7)Ey＝k·ω0·b1·{cos(θ1)}＝k·ω0·b1·{sin(π/2+θ1)} …(8)另外，把由式(7)和(8)所表示的Ex和Ey变换为由下式表示的复矢量EcEc＝Ex+j·Ey＝k·ω0·b1·{cos(π/2+θ1)}+j·k·ω0·b1·{sin(π/2+θ1)}＝k·ω0·b1·{cos(π/2+θ1)+j·sin(π/2+θ1)}＝k·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1)} …(9)另外，将上述系数k改写为复矢量，以得到下式k＝rk·cos(θ00)+j·rk·sin(θ00)＝rk·exp(j·θ00) …(10)在式(10)中，rk是比例系数，且θ00是矢量k相对于实轴的角度。
把式(10)代入式(9)中，得到如下被改写为复坐标的电极间电动势Ec(仅由磁场的瞬时变化而引起的与流速无关的电极间电动势)Ec＝rk·exp(j·θ00)·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1)}
＝rk·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θ00)} …(11)在式(11)中，rk·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θ00)}是具有长度rk·ω0·b1及关于实轴的角度π/2+θ1+θ00的复矢量。
接下来将描述由待测流体的流速所引起的电极间电动势。令V(V≠0)为流体流速的大小，因为在所产生的涡流中，除流速为0时的涡流I以外，还产生了由流体流速矢量v所引起的分量v×Ba，所以如图38所示指出了由流速矢量v和磁场Ba所产生的涡流Iv的方向。因此，由流速矢量v和磁场Ba所产生的电极间电动势Ev的方向变为和由瞬时变化所产生的电极间电动势E的方向相反，且Ev的方向被定义为正方向。
在这种情况下，如下式所示，由流速所引起的电极间电动势是通过使如磁场B1乘以系数kv(和流速大小V、待测流体的导电率和介电常数及包括电极102a和102b布局的测量管道1结构相关的复数)所获得的值Ev＝kv·{b1·cos(ω0·t-θ1)} …(12)将式(12)改写为Ev＝kv·b1·cos(ω0·t)·cos(-θ1)-kv·b1·sin(ω0·t)·sin(-θ1)＝kv·b1·{cos(θ1)}·cos(ω0·t)+kv·b1·{sin(θ1)}·sin(ω0·t)…(13)在这种情况下，当把式(13)映射到关于ω0·t的复坐标平面上时，由下式给出实轴分量Evx和虚轴分量EvyEvx＝kv·b1·{cos(θ1)}…(14)Evy＝kv·b1·{sin(θ1)}…(15)另外，把由式(14)和(15)所表示的Evx和Evy改写为由下式所表示的复矢量EvcEvc＝Evx+j·Evy＝kv·b1·{cos(θ1)}+j·kv·b1·{sin(θ1)}＝kv·b1·{cos(θ1)+j·sin(θ1)}＝kv·b1·exp(j·θ1) …(16)另外，将上述系数kv改写为复矢量，以得到下式kv＝rkv·cos(θ01)+j·rkv·sin(θ01)
＝rkv·exp(j·θ01) …(17)在式(17)中，rkv是比例系数，且θ01是矢量kv相对于实轴的角度。在这种情况下，rkv等效于通过使上述比例系数rk(见式(10))乘以流速大小V和比例系数γ所获得的值。即，下式成立rkv＝γ·rk·V …(18)把式(17)代入式(16)中，得到如下被改写为复坐标的电极间电动势EvcEvc＝kv·b1·exp(j·θ1)＝rkv·b1·exp{j·(θ1+θ01)}…(19)在式(19)中，rkv·b1·exp{j·(θ1+θ01)}是具有长度rkv·b1及关于实轴的角度θ1+θ01的复矢量。
通过根据式(11)和(19)的下式，来表示作为由磁场瞬时变化所引起的电极间电动势Ec和由流体流速所引起的电极间电动势Evc的组合的电极间电动势EacEac＝Ec+Evc＝rk·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θ00)}+rkv·b1·exp{j·(θ1+θ01)} …(20)由式(20)显然看出，用两个复矢量rk·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θ00)}和kv·b1·exp{j·(θ1+θ01)}来表示电极间电动势Eac。通过组合这两个复矢量所得到的合成矢量的长度代表输出(电极间电动势Eac)的振幅，并且合成矢量的角度φ代表电极间电动势Eac关于输入(励磁电流)相位ω0·t的相位差(相位延迟)。
在以上原理下，参考文献3中所描述的电磁流量计提取不受量程漂移(span shift)影响的参数(不对称励磁参数)，并根据所提取的参数来输出流量，由此解决量程漂移的问题。
将参考图39来描述量程漂移。假定，尽管待测流体的流速没有变化，通过电磁流量计所测量的流速大小V也发生了变化。在这种情况下，可以把量程漂移看作该输出变化的原因。
假定这样执行标定，以致当在初始状态下待测流体的流速为0时(周期T1)，电磁流量计的输出变为0(v)，并且当流速为1(米/秒)时(周期T2)，输出变为1(v)。在这种情况下，电磁流量计的输出是代表流速大小V的电压。按照该标定，如果待测流体的流速为1(米/秒)，则电磁流量计的输出应该为1(v)。然而，当给定的时间t1过去了，电磁流量计的输出可能变为1.2(v)，尽管待测流体的流速保持为1(米/秒)。可以把量程漂移看作该输出变化的原因。例如，当励磁线圈中流动的励磁电流的值不能保持为常数时，被称为量程漂移的现象就会发生。
根据参考文献1和2，可以测量在处于部分充满状态的管道中流动的流体的流量。参考文献1和2中所披露的电磁流量计根据在同时驱动上侧和下侧励磁线圈时所获得的信号电动势与单独驱动上侧励磁线圈时所获得的信号电动势之间的比率，来检测液位。为此，当随着流量接近0而信号电动势减小时，所检测到的液位包含大的误差，并且灵敏度校正精度将下降，由此导致流量测量误差。
另外，参考文献3中所披露的电磁流量计能够自动执行量程校正。然而，只有当不受量程偏移影响的参数按照和作为施加于流速的系数的量程变化相同的方式变化时，参考文献3中的电磁流量计才能执行量程校正。
在由电极所检测到的电极间电动势中，与流体流速关联的v×B分量例如用Ka·B·Cf·V来表示(其中Ka为常数项，B为与磁场关联的项，Cf为与流体特性或状态关联的项，V为流速大小)，与流体特性或状态关联的A/t分量例如可以用Ka·B·Cg·ω来表示(其中Ka为常数项，B为与磁场关联的项，Cf为与流体特性或状态关联的项，ω为励磁角频率)。
参考文献3中的电磁流量计假定Cf/Cg比率保持为常数。在严格意义下，A/t分量和v×B分量随流体特性或状态或测量管道状态的变化而不同地变化，因此Cf/Cg比率不是常数。因此，当所需的流量测量精度提高时，参考文献3中的电磁流量计将出现流量测量误差。尤其是当利用具有高频励磁电流的高频励磁执行测量时，或测量具有低导电率的流体时，该流量测量误差将变得显著。假定精确地得到流体的流速。即使在这种情况下，如果流体的体积(横截面积)发生变化，流量也会出现误差。这可能使得即使应用参考文献3的原理，也不可能精确测量流量。

发明内容
为解决以上问题而提出了本发明，本发明的目的是提供这样一种电磁流量计，该电磁流量计能够通过精确地检测以下状态并校正流体的流量来精确地测量流体流量在取决于流体流速的v×B分量和与流体流速无关的A/t分量之间、取决于流体特性或状态和测量管道状态的变化分量的比率不是常数的状态，或流体特性或状态或测量管道状态变化的状态。
为实现本发明以上目的，提供这样一种电磁流量计，该电磁流量计包括测量管道，待测流体流过该测量管道；电极，该电极位于测量管道中，并检测由施加于流体的磁场和流体流动所产生的电动势；励磁单元，该励磁单元向流体施加一关于第一平面不对称的时变磁场，该第一平面包括该电极且垂直于测量管道轴方向；信号转换单元，该信号转换单元从基于A/t分量的电动势和基于v×B分量的电动势的合成电动势中，提取与流体流速无关的A/t分量以及由流体流速所引起的v×B分量，A、t、v和B分别代表矢势、时间、流速和磁通密度；以及流量计算单元，该流量计算单元从由信号转换单元所提取的A/t分量中提取取决于参数的变化分量，根据该变化分量来校正作为应用于由信号转换单元输入的v×B分量的流速大小V的系数的量程，并从经过量程校正的v×B分量来计算流体的流量，该参数是与流体流量无关的流体特性和状态和测量管道状态至少之一。


图1是用于说明本发明电磁流量计的第二布置的原理的框图；图2是示出待测流体流量为0时的图1电磁流量计中的涡流和电极间电动势的视图；图3是示出待测流体流量不为0时的图1电磁流量计中的涡流和电极间电动势的视图；图4是用于说明本发明电磁流量计的第三布置的原理的框图；
图5是示出待测流体流量为0时的图4电磁流量计中的涡流和电极间电动势的视图；图6是示出待测流体流量不为0时的图4电磁流量计中的涡流和电极间电动势的视图；图7是用于说明产生本发明电磁流量计中的表的方法的曲线图；图8是用于说明产生本发明电磁流量计中的表的另一种方法的曲线图；图9是示出根据本发明第一实施例的电磁流量计的布置的框图；图10是示出本发明第一实施例中的信号转换单元和流量计算单元的操作的流程图；图11是示出根据本发明第一实施例的电磁流量计中所使用的电极的例子的横截面图；图12是示出根据本发明第一实施例的电磁流量计中所使用的电极的例子的透视图；图13是示出本发明第一实施例中粘着于测量管道内部的物质的厚度与A/t分量中的变化分量大小之间关系的例子的曲线图；图14是示出本发明第二实施例中的信号转换单元和流量计算单元的操作的流程图；图15是示出根据本发明第三实施例的电磁流量计的布置的框图；图16是示出本发明第三实施例中的信号转换单元和流量计算单元的操作的流程图；图17是示出根据本发明第三实施例的电磁流量计中所使用的励磁线圈和电极布置的例子的横截面图；图18是示出根据本发明第三实施例的电磁流量计中所使用的励磁线圈和电极布置的例子的透视图；图19是示出本发明第三实施例中流体的液位或横截面积与A/t分量中的变化分量大小之间关系的例子的曲线图；图20是示出本发明第四实施例中的信号转换单元和流量计算单元的操作的流程图；图21是示出本发明第五实施例中的信号转换单元和流量计算单元的操作的流程图；图22是示出本发明第六实施例中的信号转换单元和流量计算单元的操作的流程图；图23是示出根据本发明第七实施例的电磁流量计的布置的框图；图24是示出本发明第七实施例中的信号转换单元和流量计算单元的操作的流程图；图25是示出根据本发明第七实施例的电磁流量计中所使用的励磁线圈和电极布置的例子的横截面图；图26是示出根据本发明第七实施例的电磁流量计中所使用的励磁线圈和电极布置的例子的透视图；图27是示出本发明第七实施例中流体的液位或横截面积与A/t分量中的变化分量大小之间关系的例子的曲线图；图28是示出本发明第八实施例中的信号转换单元和流量计算单元的操作的流程图；图29是示出本发明第九实施例中的信号转换单元和流量计算单元的操作的流程图；图30是示出本发明第十实施例中的信号转换单元和流量计算单元的操作的流程图；图31是示出根据本发明第一和第二实施例的电磁流量计被设置在现有通道中的布置的视图；图32是示出根据本发明第三至第六实施例的电磁流量计被设置在现有通道中的布置的视图；图33是示出根据本发明第七至第十实施例的电磁流量计被设置在现有通道中的布置的视图；图34是示出本发明电磁流量计中所使用的电极的例子的横截面图；图35是示出本发明电磁流量计中所使用的电极的另一例子的横截面图；图36是用于说明常规电磁流量计的原理的框图；图37是示出待测流体的流量为0时的常规电磁流量计中的涡流和电极间电动势的视图；图38是示出待测流体的流量不为0时的常规电磁流量计中的涡流和电极间电动势的视图；以及图39是用于说明电磁流量计中量程漂移的曲线图。
具体实施例方式如物理现象说明中所描述的，通过由磁场瞬时变化所产生的电场E(i)＝A/t(A矢势，t时间)以及当物体在磁场中移动时所产生的电场E(v)＝v×B(v流速，B磁通密度)，在流体中产生电势分布，并且可以通过电磁流量计的电极来检测电势。考虑由与流速无关的A/t分量在流体中所产生的涡流。该涡流的流径或电流密度的变化取决于包括流体的测量管道的特性或状态，以及提取电势时所产生的输入阻抗。提取该变化作为电势使测量除流体以外的特性或状态成为可能。
本发明被配置成，在包括电极轴的平面用作测量管道的界面的情况下，向待测流体施加在该平面的前侧和后侧不对称的磁场，以便检测取决于流速的v×B分量和与流速无关的A/t分量的合成矢量，并从该合成矢量中提取A/t分量。所提取的A/t分量包含随流体状态而变的变化分量Cg。可以从变化分量Cg来测量与流体的流量无关的、与流体特性或状态关联的信息。根据变化分量Cg，在作为施加于合成矢量中所包含的v×B分量的流速的系数的量程中，可以获得随流体特性或状态而变的变化分量Cf或通过用A/t分量对变化分量Cf进行标准化(normilaze)所得到的分量Cf/Cg，并且可以校正v×B分量中的量程。根据本发明，这使获得目标流体的真实流量成为可能。
接下来将描述本发明的电磁流量计的第一布置。具有一个线圈和一对电极的第一布置与图36所示的常规电磁流量计相同，因此将利用图36中的附图标记来描述第一布置的原理。该电磁流量计包括测量管道1，待测流体流过该测量管道1；一对电极2a和2b，这对电极2a和2b被置于测量管道1中且彼此相对，以便既垂直于要施加于流体的磁场，又垂直于测量管道1的轴PAX，并与流体接触，且检测由磁流和流体流动所产生的电动势；以及励磁线圈3，在包括电极2a和2b的平面PLN用作测量管道1的界面的情况下，该励磁线圈3向流体施加在以平面PLN为界的测量管道1前侧和后侧不对称的时变磁场。励磁线圈3位于在轴向和垂直于测量管道轴PAX方向的平面PLN相隔一偏移距离d的位置。
在由励磁线圈3所产生的磁场Ba中，在连接电极2a和2b的电极轴EAX上既垂直于电极轴EAX，又垂直于测量管道轴PAX的磁场分量(磁通密度)B1由下式给出B1＝b1·cos(ω0·t-θ1) …(21)在式(21)中，b1是磁通密度B1的振幅，ω0是角频率，且θ1是磁通密度B1与ω0·t之间的相位差(相位滞后)。磁通密度B1以下将称为磁场B1。
首先，将描述与待测流体的流速无关的电极间电动势。因为由磁场变化所引起的电动势取决于磁场的时间导数dB/dt，因此根据下式对励磁线圈3所产生的磁场B1进行微分dB1/dt＝-ω0·b1·sin(ω0·t-θ1) …(22)如果待测流体的流速为0，则所产生的涡流仅仅是由磁场变化所引起的分量。如图37所示指出了由磁场Ba的变化而引起的涡流I的方向。因此，如图37所示，在包括电极轴EAX和测量管道轴PAX的平面内，指出了由磁场Ba的变化所产生的与流速无关的电极间电动势E的方向。该方向被定义为负方向。
此时，电极间电动势E是通过使考虑了方向的磁场时间导数-dB1/dt乘以比例系数rkg，并将相位差θ1代入θ1+θg中所获得的值，如下式所示。比例系数rkg是与待测流体的特性或状态以及包括电极2a和2b布局的测量管道1结构关联的复数。类似，角度θg与待测流体的特性或状态及测量管道1的结构相关。
E＝rkg·ω0·b1·sin(ω0·t-θ1-θg) …(23)
把式(23)改写为下式E＝rkg·ω0·b1·{sin(-θ1-θg)}·cos(ω0·t)+rkg·ω0·b1·{cos(-θ1-θg)}·sin(ω0·t)＝rkg·ω0·b1·{-sin(θ1+θg)}·cos(ω0·t)+rkg·ω0·b1·{cos(θ1+θg)}·sin(ω0·t) …(24)在这种情况下，如果关于ω0·t把式(24)映射到复坐标平面上，则由下式给出实轴分量Ex和虚轴分量EyEx＝rkg·ω0·b1·{-sin(θ1+θg)}＝rkg·ω0·b1·{cos(π/2+θ1+θg)}…(25)Ey＝rkg·ω0·b1·{cos(θ1+θg)}＝rkg·ω0·b1·{sin(π/2+θ1+θg)}…(26)另外，把由式(25)和(26)所表示的Ex和Ey改写为由下式表示的复矢量EcEc＝Ex+j·Ey＝rkg·ω0·b1·{cos(π/2+θ1+θg)}+j·rkg·ω0·b1·{sin(π/2+θ1+θg)}＝rkg·ω0·b1·{cos(π/2+θ1+θg)+j·sin(π/2+θ1+θg)}＝rkg·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θg)} …(27)式(27)所表示的被变换为复坐标的电极间电动势Ec变为仅由磁场瞬时变化而引起的与流速无关的电极间电动势。在式(27)中，rkg·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θg)}是具有长度rkg·ω0·b1及关于实轴的角度π/2+θ1+θg的复矢量。
另外，可以用以下的复矢量kg来表示比例系数rkg和角度θgkg＝rkg·cos(θg)+j·rkg·sin(θg)＝rkg·exp(j·θg) …(28)在式(28)中，rkg是矢量kg的大小，且θg是矢量kg相对于实轴的角度。
接下来将描述由待测流体的流速引起的电极间电动势。令V(V≠0)为流体流速的大小，因为在所产生的涡流中，除流速为0时的涡流I以外，还产生了由流体流速矢量v所引起的分量v×Ba，所以如图38所示指出了由流速矢量v和磁场Ba所产生的涡流Iv的方向。因此，由流速矢量v和磁场Ba所产生的电极间电动势Ev的方向变为和由瞬时变化所产生的电极间电动势E的方向相反，且Ev的方向被定义为正方向。
在这种情况下，如下式所示，由流速所引起的电极间电动势Ev是通过使磁场B1乘以比例系数rkf和流速大小V，并将相位θ1代入θ1+θf中所获得的值。比例系数rkf是与待测流体的特性或状态以及包括电极2a和2b布局的测量管道1结构关联的复数。类似，θf与待测流体的特性或状态以及包括电极2a和2b布局的测量管道1结构关联。
Ev＝rkf·V·{b1·cos(ω0·t-θ1-θf)} …(29)将式(29)改写为Ev＝rkf·V·b1·cos(ω0·t)·cos(-θ1-θf)-rkf·V·b1·sin(ω0·t)·sin(-θ1-θf)＝rkf·V·b1·{cos(θ1+θf)}·cos(ω0·t)+rkf·V·b1·{sin(θ1+θf)}·sin(ω0·t)…(30)在这种情况下，当关于ω0·t把式(30)映射到复坐标平面上时，由下式给出实轴分量Evx和虚轴分量EvyEvx＝rkf·V·b1·{cos(θ1+θf) …(31)Evy＝rkf·V·b1·{sin(θ1+θf)}…(32)另外，把由式(31)和(32)所表示的Evx和Evy改写为由下式所表示的复矢量EvcEvc＝Evx+j·Evy＝rkf·V·b1·{cos(θ1+θf)}+j·rkf·V·b1·{sin(θ1+θf)}＝rkf·V·b1·{cos(θ1+θf)+j·sin(θ1+θf)}＝rkf·V·b1·exp{j·(θ1+θf)} …(33)式(33)所表示的被变换为复坐标的电极间电动势Evc变为由待测流体的流速所引起的电极间电动势。在式(28)中，rkf·V·b1·exp{j·(θ1+θf)}是具有长度rkf·V·b1和关于实轴的角度θ1+θf的复矢量。
另外，可以下式来表示比例系数rkf和角度θfkf＝rkf·cos(θf)+j·rkf·sin(θf)＝rkf·exp(j·θf)…(34)在式(34)中，rkf是矢量kf的大小，且θf是矢量kf相对于实轴的角度。
用通过使式(33)和(27)相加所得到的下式，来表示作为由磁场瞬时变化所引起的电极间电动势Ec和由流体流速所引起的电极间电动势Evc的组合的电极间电动势EalcEalc＝rkg·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θg)}+rkf·V·b1·exp{j·(θ1+θf)}…(35)由式(35)显然看出，用作为A/t分量的rkg·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θg)}和作为v×B分量的rkf·V·b1·exp{j·(θ1+θf)}这两个复矢量来表示电极间电动势Ealc。通过组合这两个复矢量所得到的合成矢量的长度代表输出(电极间电动势Ealc)的大小，并且合成矢量的角度φ代表电极间电动势Ealc关于输入(励磁电流)相位ω0·t的相位差(相位延迟)。
假定用通过使A/t分量中的常数项Ka＝exp(j·π/2)、与磁场关联的项B1c＝b1·exp(j·θ1)、与流体特性或状态关联的项Cg＝rkg·exp(j·θg)和角频率ω0相乘所获得的乘积Va10，来给出由式(35)所表示的合成矢量中的A/t分量，则由式(36)来表示式(35)右边第一项。
Va10＝Ka·B1c·Cg·ω0 …(36)假定用通过使v×B分量中的常数项Kb＝1、与磁场关联的项B1c＝b1·exp(j·θ1)、与流体特性或状态关联的项Cf＝rkf·exp(j·θf)和流速大小V相乘所获得的乘积Vb10，来给出由式(35)所表示的合成矢量中的v×B分量，则由式(37)来表示式(35)右边第二项。
Vb10＝Kb·B1c·Cf·V…(37)当从合成矢量Va10+Vb10中只提取Va10，并提取取决于流体特性或状态的变化分量Cg，则可以与流速无关地了解流体特性或状态的变化。将一般性地描述从合成矢量中提取A/t分量的方法。
接下来将描述本发明的电磁流量计的第二布置。图1说明了第二布置的原理。图1中的电磁流量计包括测量管道1；电极2a和2b；以及第一和第二励磁线圈3a和3b，当垂直于测量管道轴PAX的方向且包括电极2a和2b的平面PLN用作测量管道1的界面时，该第一和第二励磁线圈3a和3b向待测流体施加在以该平面PLN为界的测量管道1前侧和后侧不对称的时变磁场。第一励磁线圈3a位于例如在下游侧和平面PLN相隔一偏移距离d1的位置。第二励磁线圈3b位于例如在上游侧和平面PLN相隔一偏离距离d2的位置，以便关于平面PLN与第一励磁线圈3a相对。
通过向具有第一布置的电磁流量计添加一个电磁线圈，来获得第二布置。如果把要新加的第二励磁线圈3b放在和现有第一励磁线圈3a相同的一侧，则所得布置是图36所示布置的冗余布置。因此，需要把第二励磁线圈3b放在相对于包括电极2a和2b的平面PLN与第一励磁线圈3a不同的一侧。利用该布置，如果由电极2a和2b所检测到的、由第一励磁线圈3a及流速所产生的磁场Bb所引起的v×B分量和由第二励磁线圈3b及流速所产生的磁场Bc的v×B分量指向相同的方向，则由第一励磁线圈3a所产生的磁场Bb的变化所引起的A/t分量和由第二励磁线圈3b所产生的磁场Bc的变化所引起的A/t分量指向相反的方向。利用该原理使有效地提取A/t分量成为可能。
由下式给出，由第一励磁线圈3a所产生的磁场Bb在连接电极2a和2b的电极轴EAX上的、与电极轴EAX及测量管道轴PAX都垂直的磁场分量(磁通密度)B1，以及由第二励磁线圈3b所产生的磁场Bc在电极轴EAX上的、与电极轴EAX及测量管道轴PAX都垂直的磁场分量(磁通密度)B2B1＝b1·cos(ω0·t-θ1) …(38)B2＝b2·cos(ω0·t-θ2) …(39)在式(38)和(39)中，b1和b2是磁通密度B1和B2的振幅，ω0是角频率，θ1和θ2是磁通密度B1和B2与ω0·t之间的相位差(相位滞后)。磁通密度B1和B2以下将分别被称为磁场B1和B2。
因为由磁场变化所引起的电动势取决于磁场的时间导数dB/dt，所以通过下式对由第一励磁线圈3a所产生的磁场B1和由第二励磁线圈3b所产生的磁场B2进行微分dB1/dt＝ω0·cos(ω0·t)·b1·{sin(θ1)}+ω0·sin(ω0·t)·b1·{-cos(θ1) …(40)dB2/dt＝ω0·cos(ω0·t)·b2·{sin(θ2)}+ω0·sin(ω0·t)·b2·{-cos(θ2)}…(41)如果待测流体的流速为0，则所产生的涡流只是由磁场变化而引起的分量。如图2所示指出了基于磁场Bb的涡流I1以及基于磁场Bc的涡流I2。因此如图2所示指出了，在包括电极轴EAX和测量管道轴PAX的平面内，由磁场Bb变化所产生的与流速无关的电极间电动势E1的方向和由磁场Bc变化所产生的与流速无关的电极间电动势E2的方向彼此相反。
此时，作为电极间电动势E1和E2之和的总电极间电动势E是通过根据下式使磁场时间导数dB1/dt和dB2/dt之差(-dB1/dt+dB2/dt)乘以比例系数rkg，并分别用θ1+θg和θ2+θg代替相位差θ1和θ2所获得的值(rkg和θg与待测流体的特性或状态以及包括电极2a和2b位置的测量管道1结构关联)E＝rkg·ω0·cos(ω0·t)·{-b1·sin(θ1+θg)+b2·sin(θ2+θg)}+rkg·ω0·sin(ω0·t)·{b1·cos(θ1+θg)-b2·cos(θ2+θg)} …(42)如果待测流体的流速大小为V(V≠0)，则在所产生的涡流中，除流速为0时的涡流I1和I2以外，还产生了由待测流体流速矢量v所引起的分量v×Bb和v×Bc。为此，如图3所示指出了由流速矢量v和磁场Bb所引起的涡流Iv1以及由流速矢量v和磁场Bc所引起的涡流Iv2。因此，由流速矢量v和磁场Bb所产生的电极间电动势Ev1与由流速矢量v和磁场Bc所产生的电极间电动势Ev2指向相同的方向。
通过使电极间电动势Ev1和Ev2相加所得的总电极间电动势Ev是通过根据下式使磁场B1和B2之和乘以比例系数rkf和流速大小V，并分别用θ1+θf和θ2+θf代替相位差θ1和θ2所获得的值(rkf和θf与待测流体的特性或状态以及包括电极2a和2b位置的测量管道1结构关联)Ev＝rkf·V·cos(ω0·t)·{b1·cos(θ1+θf)+b2·cos(θ2+θf)}+rkf·V·sin(ω0·t)·{b1·sin(θ1+θf)+b2·sin(θ2+θf)} …(43)考虑参考图2和3所描述的电极间电动势方向，对通过把由磁场瞬时变化引起的电极间电动势转换为复矢量所获得的电动势以及通过把由待测流体流速引起的电极间电动势转换为复矢量所获得的电动势进行组合，由此得到总电极间电动势，并用根据式(42)和(43)的下式来表示该总电极间电动势中的具有角频率ω0的分量Ea2cEa2c＝rkg·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θg)}+rkf·V·b1·exp{j·(θ1+θf)}+rkg·ω0·b2·exp {j·(-π/2+θ2+θg)}+rkf·V·b2·exp{j·(θ2+θf)} …(44)假定把以下状态定义为励磁状态ST1θ2＝θ1+Δθ2代表磁场B1关于ω0·t的相位滞后θ1和磁场B2于ω0·t的相位滞后θ2之间的关系。在这种情况下，令E20为励磁状态ST1下的电极间电动势Ea2c，由下式给出电极间电动势E20E20＝rkg·exp {j·(θ1+θg)}·exp(j·π/2)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·ω0+rkf·exp{j·(θ1+θf)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·V …(45)假定把(θ2＝π+θ1+Δθ2)状态定义为ST2，其中磁场B1和B2之间的相位差从励磁状态ST1下改变了一常数值π。在这种情况下，令E20R为励磁状态ST2下的电极间电动势Ea2c，由根据式(45)的下式给出电极间电动势E20RE20R＝rkg·exp{j·(θ1+θg)}·exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0
+rkf·exp{j·(θ1+θf)}·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·V…(46)式(45)右边第一项和式(46)右边第一项之和代表总A/t分量，该总A/t分量是通过对由第一励磁线圈3a所产生的磁场的变化而引起的A/t分量以及由第二励磁线圈3b所产生的磁场的变化而引起的A/t分量进行组合而获得的。式(45)右边第二项和式(46)右边第二项之和代表总v×B分量，该总v×B分量是通过对由第一励磁线圈3a所产生的磁场及流体流速而引起的v×B分量和由第二励磁线圈3b所产生的磁场及流体流速而引起的v×B分量进行组合而获得的。
在这种情况下，如果从垂直于测量管道轴PAX且包括电极2a和2b的平面PLN到第一励磁线圈3a的距离d1几乎等于平面PLN到第二励磁线圈3b的距离d2(d1≈d2)，且由第一励磁线圈3a所产生的磁场几乎等于由第二励磁线圈3b所产生的磁场，则b1≈b2，且Δθ2≈0。在这种情况下，将式(45)和(46)改写如下E20≈rkf·exp{j·(θ1+θf)·(2·b1·V) …(47)E20R≈rkg·exp{j·(θ1+θg)}·{2·b1·ω0·exp(j·π/2)}…(48)即，因为电极间电动势E20几乎仅仅是基于v×B分量的电动势，且电极间电动势E20R几乎仅仅是基于A/t分量的电动势，所以显然，把第一励磁线圈3a所产生的磁场与第二励磁线圈3b所产生的磁场之间的相位差保持为几乎为π使有效提取A/t分量成为可能。
假定在式(45)所表示的合成矢量的A/t分量中，用A/t分量中的常数项Ka＝exp(j·π/2)、与第一励磁线圈3a所产生的磁场关联的项B1c＝b1·exp(j·θ1)与流体特性或状态关联的项Cg＝rkg·exp(j·θg)和角频率ω0的乘积Va10，来表示由第一励磁线圈3a所产生的磁场而引起的一部分A/t分量。在这种情况下，用式(49)来表示Va10，并用Va10来表示式(46)中的A/t分量。
Va10＝Ka·B 1c·Cg·ω0 …(49)假定在式(45)所表示的合成矢量的v×B分量中，用v×B分量中的常数项Kb＝1、与第一励磁线圈3a所产生的磁场关联的项B1c＝b1·exp(j·θ1)、与流体特性或状态关联的项Cf＝rkf·exp(j·θf)和流速大小V的乘积Vb10，来表示由第一励磁线圈3a所产生的磁场而引起的一部分v×B分量。在这种情况下，用式(50)来表示Vb10，并用Vb10来表示式(46)中的v×B分量。
Vb10＝Kb·B1c·Cf·V …(50)假定在式(45)所表示的合成矢量的A/t分量中，用A/t分量中的常数项-Ka＝-exp(j·π/2)、与第二励磁线圈3b所产生的磁场关联的项B2c＝b2·exp{j·(θ1+Δθ2)}、与流体特性或状态关联的项Cg＝rkg·exp(j·θg)和角频率ω0的乘积Va20，来表示由第二励磁线圈3b所产生的磁场而引起的一部分A/t分量。在这种情况下，用式(51)来表示Va20。
Va20＝-Ka·B2c·Cg·ω0…(51)因为式(46)所表示的励磁状态ST2在磁场相位上相对于式(45)所表示的励磁状态ST1偏移了π，所以磁场方向相反，并且与第二励磁线圈3b所产生的磁场关联的项变为-B2c＝-b2·exp{j·(θ1+Δθ2)}。因此，如果用A/t分量中的常数项-Ka、与第二励磁线圈3b所产生的磁场关联的项-B2c、与流体特性或状态关联的项Cg和角频率ω0的乘积Va20R，来表示式(46)所表示的合成矢量的A/t分量中的、由第二励磁线圈3b所产生的磁场而引起的一部分A/t分量，则用式(52)来表示Va20R。
Va20R＝-Ka·(-B2c)·Cg·ω0…(52)假定在式(45)所表示的合成矢量的v×B分量中，用v×B分量中的常数项Kb＝1、与第二励磁线圈3b所产生的磁场关联的项B2c＝b2·exp{j·(θ1+Δθ2)}、与流体特性或状态关联的项Cf＝rkf·exp(j·θf)和流速大小V的乘积Vb20，来表示由第二励磁线圈3b所产生的磁场而引起的一部分v×B分量。在这种情况下，用式(53)来表示Vb20。
Vb20＝Kb·B2c·Cf·V …(53)因为励磁状态ST2在磁场相位上相对于励磁状态ST1偏移了π，所以与第二励磁线圈3b所产生的磁场关联的项变为-B2c＝-b2·exp{j·(θ1+Δθ2)}。因此，如果用v×B分量中的常数项Kb、与第二励磁线圈3b所产生的磁场关联的项-B2c、与流体特性或状态关联的项Cf和流速大小V的乘积Vb20R，来表示式(46)所表示的合成矢量的v×B分量中的、由第二励磁线圈3b所产生的磁场而引起的一部分v×B分量，则用式(54)来表示Vb20R。
Vb20R＝Kb·(-B2c)·Cf·V …(54)按照式(49)、(50)、(52)和(54)，由下式给出由电极2a和2b在励磁状态ST2下检测到的A/t分量Va10+Va20R(式(46)右边第一项)和v×B分量Vb10+Vb20R(式(46)右边第二项)Va10+Va20R＝Ka·(B1c+B2c)·Cg·ω0 …(55)Vb10+Vb20R＝Kb·(B1c-B2c)·Cf·V …(56)从A/t分量和v×B分量的合成矢量E20R(＝(Va10+Va20R)+(Vb10+Vb20R))中只提取A/t分量Va10+Va20R，以及提取由流体特性或状态而引起的变化分量Cg，使了解与流速无关的流体特性或状态变化成为可能。下面将概括并描述从合成矢量中提取A/t分量的方法。
接下来将描述本发明的电磁流量计的第三布置。图4说明了第三布置的原理。图4中的电磁流量计包括测量管道1；第一电极2a和2b以及第二电极2c和2d，它们被布置在测量管道中与施加于待测流体的磁场及测量管道轴PAX都垂直，且彼此相对以便和待测流体接触，并且检测由磁场和待测流体的流动所产生的电动势；以及励磁线圈3，当垂直于测量管道轴PAX且包括第一电极2a和2b的平面用作平面PLN1且垂直于测量管道轴PAX且包括第二电极2c和2d的平面用作平面PLN2时，该励磁线圈3向待测流体施加在以平面PLN1为界的测量管道1前侧和后侧不对称的时变磁场，并向待测流体施加在以平面PLN2为界的测量管道1前侧和后侧不对称的时变磁场。第一电极2a和2b例如位于在上游侧和平面PLN3相隔一偏移距离d3的位置，该平面PLN3包括励磁线圈3的轴且垂直于测量管道轴PAX的方向。第二电极2c和2d例如位于在下游侧和平面PLN3相隔一偏移距离d4的位置，以便关于平面PLN3与第一电极2a和2b相对。
第三布置是通过向具有第一布置的电磁流量计添加一对电极而获得的。如果把要新加的第二电极2c和2d放在和第一电极2a和2b相同的一侧，则所得布置是图36所示布置的冗余布置。因此，需要把第二电极2c和2d放在相对于励磁线圈3与第一电极2a和2b不同的一侧。利用该布置，由第一电极2a和2b所检测到的、由励磁线圈3所产生的磁场及流速而引起的v×B分量的指向，和由第二电极2c和2d所检测到的、由励磁线圈3所产生的磁场及流速而引起的v×B分量的指向相同。相反，由第一电极2a和2b所检测到的、由励磁线圈3所产生的磁场的变化而引起的A/t分量的指向，和由第二电极2c和2d所检测到的、由励磁线圈3所产生的磁场的变化而引起的A/t分量的指向相反。利用该原理使有效地提取A/t分量成为可能。
由下式给出，由励磁线圈3所产生的磁场Bd在连接电极2a和2b的电极轴EAX1上的、和电极轴EAX1及测量管道轴PAX都垂直的磁场分量(磁通密度)B3，以及由励磁线圈3所产生的磁场Bd在电极轴EAX2上的、和电极轴EAX2及测量管道轴PAX都垂直的磁场分量(磁通密度)B4B3＝b3·cos(ω0·t-θ3)…(57)B4＝b4·cos(ω0·t-θ4)…(58)然而，注意，因为B3和B4是由同一励磁线圈3所产生的，所以b3和b4以及θ3和θ4相互具有某些关系，而不是独立变量。在式(57)和(58)中，b3和b4是磁通密度B3和B4的振幅；ω0是角频率；θ3和θ4是磁通密度B3和B4与ω0·t之间的相位差(相位延迟)。磁通密度B3和B4以下将分别被称为磁场B3和B4。
因为由磁场变化所引起的电动势取决于磁场的时间导数dB/dt，所以根据下式对由励磁线圈3所产生的磁场Bd的磁场B3和磁场B4进行微分dB3/dt＝ω0·cos(ω0·t)·b3·{sin(θ3)}+ω0·sin(ω0·t)·b3·{-cos(θ3)}…(59)dB4/dt＝ω0·cos(ω0·t)·b4·{sin(θ4)}
+ω0·sin(ω0·t)·b4·{-cos(θ4)} …(60)如果待测流体的流速为0，则所产生的涡流只是由磁场变化所引起的分量。如图5所示指出了由磁场Bd的变化所引起的涡流I的方向。因此，如图5所示指出了，在包括电极轴EAX1和测量管道轴PAX的平面内由磁场Bd变化在电极2a和2b之间产生的与流速无关的第一电极间电动势E1的方向，和在包括电极轴EAX2和测量管道轴PAX的平面内由磁场Bd变化在电极2c和2d之间产生的与流速无关的第二电极间电动势E2的方向相反。
此时，第一和第二电极间电动势E1和E2是按照下式这样获得的值，以致被添加了电动势方向的磁场时间导数(-dB3/dt和dB4/dt)乘以比例系数rkg，并分别用θ3+θg和θ4+θg代替相位差θ3和θ4(rkg和θg与待测流体的特性和状态以及包括电极2a、2b、2c和2d位置的测量管道1结构关联)E1＝rkg·ω0·cos(ω0·t)·b3·{-sin(θ3+θg)}+rkg·ω0·sin(ω0·t)·b3·{cos(θ3+θg)}…(61)E2＝rkg·ω0·cos(ω0·t)·b4·{sin(θ4+θg)}+rkg·ω0·sin(ω0·t)·b4·{-cos(θ4+θg)} …(62)如果待测流体的流速大小为V(V≠0)，则在所产生的涡流中，除了流速为0时所产生的涡流I，还产生了由待测流体的流速矢量v所引起的分量v×Bd。为此，如图6所示指出了由流速矢量v和磁场Bd所引起的涡流Iv的方向。因此，由流速矢量v和磁场Bd所产生的第一电极间电动势Ev1与由流速矢量v和磁场Bd所产生的第二电极间电动势Ev2指向相同的方向。
此时，第一和第二电极间电动势Ev1和Ev2是按照下式这样获得的值，以致被添加了电动势方向的磁场(B3和B4)乘以比例系数rkf和流速大小V，并分别用θ3+θf和θ4+θf代替相位差θ3和θ4(rkf和θf与待测流体的特性和状态以及包括电极2a、2b、2c和2d位置的测量管道1结构关联)Ev1＝rkf·V·cos(ω0·t)·b3·cos(θ3+θf)+rkf·V·sin(ω0·t)·b3·sin(θ3+θf) …(63)
Ev2＝rkf·V·cos(ω0·t)·b4·cos(θ4+θf)+rkf·V·sin(ω0·t)·b4·sin(θ4+θf)…(64)考虑参考图5和6所描述的电极间电动势方向，对通过把由磁场瞬时变化引起的电极间电动势转换为复矢量所获得的电动势以及通过把由待测流体流速引起的电极间电动势转换为复矢量所获得的电动势进行组合，由此得到电极2a和2b之间的第一电极间电动势Ea3c，并用根据式(35)的下式来该第一电极间电动势Ea3cEa3c＝rkg·ω0·b3·exp {j·(π/2+θ3+θg)}+rkf·V·b3·exp{j·(θ3+θf)…(65)另外，对通过把由磁场瞬时变化引起的电极间电动势转换为复矢量所获得的电动势以及通过把由待测流体流速引起的电极间电动势转换为复矢量所获得的电动势进行组合，由此得到电极2c和2d之间的第二电极间电动势Ea4c，并用根据式(35)的下式来表示该第二电极间电动势Ea4cEa4c＝rkg·ω0·b4·exp {j·(-π/2+θ4+θg)}+rkf·V·b4·exp{j·(θ4+θf)} …(66)假定θ4＝θ3+Δθ4代表磁场B3关于ω0·t的相位滞后θ3和磁场B4于ω0·t的相位滞后θ4之间的关系。如果直接用E301来表示由式(65)所给出的第一电极间电动势Ea3c，并用E302来表示通过把θ4＝θ3+Δθ4代入第二电极间电动势Ea4c所获得的值，则第一和第二电极间电动势E301和E302表示如下E301＝rkg·ω0·b3·exp{j·(π/2+θ3+θg)}+rkf·V·b3·exp{j·(θ3+θf)} …(67)E302＝rkg·ω0·b4·exp{j·(-π/2+θ3+Δθ4+θg)}+rkf·V·b4·exp{j·(θ3+Δθ4+θf)} …(68)用下式来表示第一和第二电极间电动势E301与E302之和 E30s及之差E30dE30s＝E301+E302＝rkg·exp{j·(θ3+θg)}·exp(j·π/2)·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·ω0
+rkf·exp{j·(θ3+θf)}·{b3+b4·exp{a·Δθ4)}·V …(69)E30d＝E301-E302＝rkg·exp{j·(θ3+θg)}·exp(j·π/2)·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0+rkf·exp{j·(θ3+θf)}·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·V …(70)式(69)右边第一项代表第一电极2a和2b所检测到的电动势与第二电极2c和2d所检测到的电动势之和中的A/t分量。式(69)右边第二项代表第一电极2a和2b所检测到的电动势与第二电极2c和2d所检测到的电动势之和中的v×B分量。式(70)右边第一项代表第一电极2a和2b所检测到的电动势与第二电极2c和2d所检测到的电动势之和差中的A/t分量。式(70)右边第二项代表第一电极2a和2b所检测到的电动势与第二电极2c和2d所检测到的电动势之差中的v×B分量。
在这种情况下，如果从包括励磁线圈3的轴的平面PLN3到连接电极2a和2b的电极轴EAX1的距离d3几乎等于平面PLN3到连接电极2c和2d的电极轴EAX2的距离d4(d3≈d4)，则b3≈b4，且Δθ4≈0。在这种情况下，将式(69)和(70)改写如下E30s≈rkf·exp{j·(θ3+θf)}·(2·b3·V)…(71)E30d≈rkg·exp{j·(θ3+θg)}·{2·b3·ω0·exp(j·π/2)}…(72)即，因为第一和第二电极间电动势之和E30s几乎仅仅是基于v×B分量的电动势，并且第一和第二电极间电动势之差E30d几乎仅仅是基于A/t分量的电动势，所以显然获得第一和第二电极间电动势之差使有效提取A/t分量成为可能。
假定用A/t分量中的常数项Ka＝exp(j·π/2)、与励磁线圈3所产生的磁场关联的项Bc3＝b3·exp(j·θ3)、与流体特性或状态关联的项Cg＝rkg·exp(j·θg)和角频率ω0的乘积Va30，来表示式(67)的第一电极间电动势E301的合成矢量中的A/t分量。在这种情况下，用式(73)来表不Va30。
Va30＝Ka·Bc3·Cg·ω0…(73)假定用v×B分量中的常数项Kb＝1、与励磁线圈3所产生的磁场关联的项Bc3＝b3·exp(j·θ3)、与流体特性或状态关联的项Cf＝rkf·exp(j·θf)和流速大小V的乘积Vb30，来表示式(67)的第一电极间电动势E301的合成矢量中的v×B分量。在这种情况下，用式(74)来表示Vb30。
Vb30＝Kb·Bc3·Cf·V …(74)假定用A/t分量中的常数项-Ka＝-exp(j·π/2)、与励磁线圈3所产生的磁场关联的项Bc4＝b4·exp{j·(θ3+Δθ4)}、与流体特性或状态关联的项Cg＝rkg·exp(j·θg)和角频率ω0的乘积Va40，来表示式(68)的第二电极间电动势E302的合成矢量中的A/t分量。在这种情况下，用式(75)来表示Va40。
Va40＝-Ka·Bc4·Cg·ω0 …(75)考虑要获得第一电极间电动势E301和第二电极间电动势E302之差(E301-E302)，把通过使式(75)的Va40的符号取反而获得的等式定义为由式(76)所表示的Va40R(Va40R＝-Va40)Va40R＝Ka·Bc4·Cg·ω0 …(76)假定用v×B分量中的常数项Kb＝1、与励磁线圈3所产生的磁场关联的项Bc4＝b4·exp{j·(θ3+Δθ4)}、与流体特性或状态关联的项Cf＝rkf·exp(j·θf)和流速大小V的乘积Vb40，来表示式(68)的第二电极间电动势E302的合成矢量中的v×B分量。在这种情况下，用式(77)来表示Vb40。
Vb40＝Kb·Bc4·Cf·V …(77)考虑要获得第一电极间电动势E301和第二电极间电动势E302之差(E301-E302)，把通过使式(77)的Vb40的符号取反而获得的等式定义为由式(78)所表示的Vb40R(Vb40R＝-Vb40)Vb40R＝-Kb·Bc4·Cf·V…(78)按照式(73)、(74)、(76)和(78)，在式(70)所表示的电动势差E30d中，由下式给出由励磁线圈3所产生的磁场的变化而引起的A/t分量Va30+Va40R(式(70)右边第一项)，以及由励磁线圈3所产生的磁场及流速而引起的v×B分量Vb30+Vb40R(式(70)右边第二项)Va30+Va40R＝Ka·(Bc3+Bc4)·Cg·ω0 …(79)Vb30+Vb40R＝Kb·(Bc3-Bc4)·Cf·V…(80)从A/t分量和v×B分量的合成矢量E30R(＝(Va30+Va40R)+(Vb30+Vb40R))中只提取A/t分量Va30+Va40R，以及提取由流体特性或状态而引起的变化分量Cg，使了解与流速无关的流体特性或状态变化成为可能。
接下来将描述从合成矢量中提取v×B分量和A/t分量的方法。待检测流体的特性或状态和测量管道状态以下将称为参数。例如，参数包括流体的液位或横截面积，流体阻抗，流体导电率或介电常数，以及测量管道中的物质沉积状态。可以选择流体特性或状态和测量管道状态中的两种或多种之一或组合。
作为可应用于图36所示第一布置，图1所示第二布置和图4所示第三布置任一布置的提取方法，以下将描述第一提取方法。第一提取方法是一种利用以下现象的方法虽然A/t分量随频率而变，但是v×B分量不变。
首先，在图36所示第一布置中，当向励磁线圈3提供具有角频率ω0的励磁电流时，由电极2a和2b所检测到的电动势对应于由式(81)给出的A/t量的矢量Va10和由式(82)给出的v×B分量的矢量Vb10的合成矢量Va10+Vb10。
Va10＝Ka·B1c·Cg·ω0 …(81)Vb10＝Kb·B1c·Cf·V…(82)考虑到A/t分量是与流速大小V无关的矢量，且v×B分量是在大小上与流速大小V成比例地变化的矢量，取利用不同于ω0的励磁角频率ω2所获得的合成矢量和利用励磁角频率ω0所获得的合成矢量之差来抵消v×B分量。因此，留下了A/t分量。
利用励磁角频率ω2所获得的v×B分量vb12等于式(82)右边。由通过用ω2代替式(81)中的ω0所得的下式，来给出利用励磁角频率ω所获得的A/t分量Va12＝Ka·B 1c·Cg·ω2 …(83)从利用励磁角频率ω0所获得的合成矢量减去利用励磁角频率ω2所获得的合成矢量，来抵消v×B分量。通过使该差值乘以ω0/(ω0-ω2)所得到的值变为等于Va10。因此，可以利用不同频率分量之间的输出差值，来提取合成矢量Va10+Vb10中的A/t分量。作为量程校正目标的v×B分量为Vb10或Vb12。
在图1所示的第二布置中，如上所述，保持第一励磁线圈3a所产生的磁场和第二励磁线圈3b所产生的磁场之间的相位差几乎为π，使有效提取A/t分量成为可能。假定向第一励磁线圈3a提供具有角频率ω0的第一励磁电流，并向第二励磁线圈3b提供具有角频率ω0、且关于第一励磁电流的相位差为Δθ2+π的第二励磁电流。在这种情况下，令Vas0R为式(55)的A/t分量Va10+Va20R，且Vbs0R为式(56)的v×B分量Vb10+Vb20R，则由电极2a和2b所检测到的电动势对应于以下给出的合成电动势Vas0R+Vbs0RVas0R＝Ka·(B1c+B2c)·Cg·ω0…(84)Vbs0R＝Kb·(B1c-B2c)·Cf·V …(85)如第一布置中一样，励磁角频率被设为ω2时所得到的v×B分量Vbs2R变为等于式(85)右边。另外，励磁角频率被设为ω2时所得到的A/t分量Vas2R变为等于按照下式用ω2代替式(84)中的ω0所获得的值Vas2R＝Ka·(B1c+B2c)·Cg·ω2…(86)从利用励磁角频率ω0所获得的合成矢量减去利用励磁角频率ω2所获得的合成矢量，来抵消v×B分量。通过使该差值乘以ω0/(ω0-ω2所得到的值变为等于Vas0R。因此，可以利用不同频率分量之间的输出差值，来提取合成矢量Vas0R+Vbs0R中的A/t分量。
虽然作为量程校正目标的v×B分量可能包括Vbs0R或Vbs2R，但是Vbs0R或Vbs2R的值可能变得非常小。按照效率，以下状态下的v×B分量是优选的第一励磁线圈3a所产生的磁场和第二励磁线圈3b所产生的磁场之间的相位差几乎为0。假定向第一励磁线圈3a提供具有角频率ω0的第一励磁电流，并向第二励磁线圈3b提供具有角频率ω0、且关于第一励磁电流的相位差几乎为0的第二励磁电流。在这种情况下，令Vas0为A/t量Va10+Va20，且Vbs0为v×B分量Vb10+Vb20，在由2a和2b所检测到的电动势对应于以下给出的合成矢量Vas0+Vbs0Vas0＝Ka·(B1c-B2c)·Cg·ω0 …(87)Vbs0＝Kb·(B1c+B2c)·Cf·V …(88)假定向第一励磁线圈3a提供具有角频率ω2的第一励磁电流，并向第二励磁线圈3b提供具有角频率ω2且关于第一励磁电流的相位差几乎为0的第二励磁电流。在这种情况下，令Vbs2为由电极2a和2b所检测到的电动势中的v×B分量，则v×B分量Vbs2变为等于式(88)右边。因此，在这种情况下，优选地将v×B分量Vbs0或Vbs2作为量程校正目标进行处理。
在图4所示第三布置中，从合成矢量提取A/t分量的方法和第二布置中一样。可以通过以下方式来使第二布置情况下所描述的第一提取方法对应于具有第三布置的电磁流量计用第一电极2a和2b所检测到的电动势来代替由第一励磁线圈3a所产生的磁场的影响而引起的电动势，用第二电极2c和2d所检测到的电动势来代替由第二励磁线圈3b所产生的磁场的影响而引起的电动势，用电动势和来代替在励磁状态ST1下检测到的电动势，以及用电动势差来代替在励磁状态ST2下检测到的电动势。
如第二布置中一样，这使利用不同频率分量之间的输出差值来提取合成矢量Vas0R+Vbs0R中的A/t分量成为可能。在第三布置的情况下，优选地选择电动势和中的v×B分量Vbs0或Vbs2作为量程校正目标。
接下来将描述第二提取方法，作为能够应用于图36所示第一布置，图1所示第二布置和图4所示第三布置这三种布置中的第二和第三布置的提取方法。第二提取方法是一种利用以下现象来抵消v×B分量的方法在关于包括励磁线圈且垂直于测量管道轴方向的平面的前侧和后侧，v×B分量在管道轴方向上指向相同的方向，而A/t分量指向相反的方向。
在图1所示第二布置的情况下，如上所述，保持第一励磁线圈3a所产生的磁场和第二励磁线圈3b所产生的磁场之间的相位差几乎为π，使有效提取A/t分量成为可能。按照和第一提取方法中一样的方式，从合成矢量Vas0R+Vbs0R中提取A/t分量Vas0R。如果Vas0R＞＞Vbs0R，则Vbs0R≈0，由此近似地提取A/t分量Vas0R。
在初始状态下(标定时)，如果预先将第一励磁线圈3a所产生的磁场B1和第二励磁线圈3b所产生的磁场B2设为相等，则初始状态下的磁场B1和B2之差将减小。因此，由以下表达式所表示的条件成立。
|b1+b2·exp(j·Δθ2)|＞＞|b 1-b2·exp(j·Δθ2)|…(89)因为rkg·ω0＞rkf·V成立，所以考虑到式(87)所表示的条件，以下条件对于式(46)所给出的电极间电动势E20R成立。
|rkg·ω0·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}|＞＞|rkf·V·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}|…(90)令Vas0R’为通过利用式(90)所表示的条件来近似式(46)所给出的电极间电动势E20R所获得的电动势，则由下式给出电极间电动势Vas0R’Vas0R’＝Vas0R+Vbs0R …(91)Vas0R’＝rkg·exp {j·(θ1+θg)}·ω0·exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}＝Vas0R …(92)因此，显然，利用第一励磁线圈3a所产生的磁场和第二励磁线圈3b所产生的磁场之间的相位差，使提取合成矢量Vas0R+Vbs0R中的A/t分量Vas0R成为可能。
虽然可以把Vbs0R用作作为量程校正目标的v×B分量，但是Vbs0R的值可能很小。为此，按照效率，以下状态下的v×B分量是优选的第一励磁线圈3a所产生的磁场和第二励磁线圈3b所产生的磁场之间的相位差几乎为0。假定向第一励磁线圈3a提供具有角频率ω0的第一励磁电流，并向第二励磁线圈3b提供具有角频率ω0且关于第一励磁电流的相位差几乎为0的第二励磁电流。在这种情况下，电极2a和2b所检测到的电动势对应于式(87)所表示的A/t分量Vas0和式(88)所表示的v×B分量Vbs0的合成矢量Vas0+Vbs0。因此，在这种情况下，优选地将v×B分量Vbs0作为量程校正目标进行处理。
在图4所示第三布置的情况下，从合成矢量提取A/t分量的方法和第二布置情况下一样。为使第二布置情况下所描述的第二提取方法对应于具有第三布置的电磁流量计，用第一电极2a和2b所检测到的电动势来代替由第一励磁线圈3a所产生的磁场的影响而引起的电动势，用第二电极2c和2d所检测到的电动势来代替由第二励磁线圈3b所产生的磁场的影响而引起的电动势，用电动势和来代替在励磁状态ST1下检测到的电动势，以及用电动势差来代替在励磁状态ST2下检测到的电动势。
如第二布置中一样，这使利用电动势差来提取合成电动势Vas0R+Vbs0R中的A/t分量Vas0R成为可能。在第三布置的情况下，优选地选择电动势和中的v×B分量Vbs0来作为量程校正目标。
接下来将描述从所提取的A/t分量中提取除流量以外的参数(流体特性或状态)的方法。
用式(36)所表示的Va10来表示通过图36所示第一布置提取的A/t分量。用式(84)所表示的Vas0R来表示通过图1所示第二布置所提取的A/t分量。用Cg＝rkg·exp(j·θg)来表示随式(36)和(84)中的参数而变的变化分量。
用函数如作为参数p的函数的Cg[p]、rkg[p]和θg[p]的形式来表示变化分量Cg、变化分量Cg的大小rkg和变化分量Cg关于实轴的角度θg，由此将它们改写为式(93)，并将A/t分量Va10和Vas0R分别改写为式(94)和(95)。
Cg[p]＝rkg[p]·exp(j·θg[p])…(93)Va10＝Ka·B1c·Cg[p]·ω0…(94)Vas0R＝Ka·(B1c+B2c)·Cg[p]·ω0 …(95)因为所提取的A/t分量与流速大小V无关，所以可以利用A/t分量来测量除流速以外的流体状态或测量管道状态。因为有可能通过和上述一样的方法提取A/t分量Va10和Vas0R任一之中的参数p，所以将举例说明从A/t分量Vas0R提取参数p的情况。
按照式(95)，由下式来表示随参数p而变的变化分量Cg[p]Cg[p]＝Vas0R/{Ka·(B 1c+B2c)·ω0} …(96)在这种情况下，当利用适当的励磁线圈来产生振幅或相位不变的磁场时，A/t分量中与磁场关联的项B1c和B2c变为可以在标定时检查的值，并且Vas0R/{Ka·(B1c+B2c)·ω0}的大小和Vas0R/{Ka·(B1c+B2c)·ω0}关于实轴的角度分别用rkg[p]和θg[p]来表示。因此，预先存储标定时的参数p与变化分量Cg[p]的大小rkg[p]之间的关系或参数p与变化分量Cg[p]的角度θg[p]之间的关系，使通过计算Vas0R/{Ka·(B1c+B2c)·ω0}的大小或相位来获得参数p成为可能。
接下来将描述实施时的要点。为了从由测量值得到的变化分量Cg[p]的大小rkg[p]获得参数p的值，需要预先产生转换表。有两种方法产生转换表，即通过插值从标定时的测量结果来产生表的方法(以下将称为第一产生方法)；以及直接从理论公式来产生表的方法(以下将称为第二产生方法)。变化分量Cg[p]的大小rkg[p]和角度θg[p]将用函数f[p]来代表性地表示，下面将描述转换和表。
首先将描述用于提取参数p的表的第一产生方法。如图7所示，假定在标定时获得f[p1]＝y1作为在参数值为p1时的测量结果，并获得f[p2]＝y2作为在参数值为p2时的测量结果，则通过两点之间的线性近似，用下式来表示参数pp＝(p2-p1)/(y2-y1)·(f[p]-y1)+p1 …(97)可以通过式(97)来产生表。利用该表使得有可能从在标定后的实际测量时所得到的函数f[p](变化分量Cg[p]的大小rkg[p]或角度θg[p])来获得参数p。虽然举例说明了线性近似，但是多项式也允许和上述一样方式的转换。
接下来将描述表的第二产生方法。如果在设计时获得参数p和y＝f[p]之间的关系作为理论公式，并且存在反函数f1(y)，则用下式来表示参数pp＝f1(f[p])…(98)图8示出了式(98)所表示的关系。预先存储式(98)作为表使得有可能从在标定后的实际测量时所得到的函数f[p]来获得参数p。[v×B分量中的参数的影响]接下来将描述v×B分量中的参数的影响。假定当参数p变化时，A/t分量和v×B分量都以不同方式变化，即Cf/Cg不是常数项。在这种情况下，需要获得参数p的变化和v×B分量中作为量程校正目标的输出之间的关系。
用式(37)的Vb10来表示图36所示第一布置中作为量程校正目标的v×B分量，并且用式(88)的Vbs0来表示图1所示第二布置中作为量程校正目标的v×B分量。在式(37)和(88)中，用Cf＝rkf·exp(j·θf)来表示随作为目标的参数p而变的变化分量。
如果用函数如作为参数p的函数的Cf[p]、rkf[p]和θf[p]的形式来表示变化分量Cf、变化分量Cf的大小rkf和变化分量Cf关于实轴的角度θf，由此将它们改写为式(99)，则将v×B分量Vb10和Vbs0分别改写为式(100)和(101)。
Cf[p]＝rkf[p]·exp(j·θf[p]) …(99)Vb10＝Kb·B1c·Cf[p]·V …(100)Vbs0＝Kb·(B1c+B2c)·Cf[p]·V …(101)[流量校正方法]如果变化的参数与流体的体积无关，则通过使流速乘以测量管道的横截面积来获得流体的流量。为此，在初始状态下的标定时，在流速和流量之间存在一一对应关系，因此获得流速就相当于获得流量。
当参数与流体的体积如液位或混入的气泡量关联时，必须考虑流体的流速不同于流量。令q为与流体体积关联的参数，则可以把流体的横截面积表示为作为参数q的函数S[q]。另外，可以把随参数q而变的变化分量表示为Cf[q]。因为通过使流体流速乘以流体平均横截面积(即使混入了气泡也可以计算平均横截面积)来获得流体的流量，所以可以利用流体流速大小V、平均横截面积S[q]和流量Q之间的关系式Q＝S[q]·V，来把流速方程改写为流量方程。
如果把图36所示第一布置的情况下的流速方程改写为流量方程，则用下式来表示式(100)的v×B分量Vb10Vb10＝Kb·B1c·Cf[q]/S[q]·Q …(102)用下式所表示的Cf2[q]来代替Cf[q]/S[q]Cf2[q]＝rkf2[q]·exp(j·θf2[q]) …(103)按照式(103)，可以该v×B分量Vb10改写为Vb10＝Kb·B1c·Cf2[q]·Q …(104)参考流量，可以容易地获得要在标定时获得的变化分量Cf2[q]与参数q之间的关系。利用与流量Q关联的关系表达式，使得有可能与参数q是否与流体体积关联无关地使用相同的公式。如果选择与流体体积不相关的参数q’，即测量管道充满了流体，则在考虑S[q’]＝S(S为常数)且Cf2[q’]＝Cf[q’]/S的情况下，能够执行计算。将在与流体体积相关和不相关的参数共同被成为参数h的假定之下，来进行以下描述。
在图36所示第一布置的情况下，用Va10来表示要提取的A/t分量，并用Vb10来表示作为量程校正目标的v×B分量。
有两种流量校正方法，即在不对v×B分量进行标准化的情况下执行流量校正的方法(以下将称为第一校正方法)；以及在用A/t分量对v×B分量进行标准化之后执行流量校正的方法(以下将称为第二校正方法)。
根据在不对v×B分量进行标准化的情况下执行流量校正的第一校正方法，可以通过从合成矢量Va10+Vb10中消去A/t分量Va10，来提取由式(104)所给出的v×B分量Vb10。因为可以从A/t分量获得参数h，所以能够从参数h获得v×B分量中的变化分量Cf2[h]。
参考式(104)使得有可能根据v×B分量中的常数项Kb＝1以及与流体特性或状态关联的变化分量Cf2[h]＝rkf2[h]·exp(j·θf2[h])，用下式来表示流量大小Q。
Q＝|Vb10/(Kb·B1c·Cf2[h])|＝|Vb10|/(|B1c|·rkf2[h]) …(105)因为流量Q和与磁场相关的项B1c变为能够在标定时检查的值，所以预先存储参数h与变化分量Cf2[h]的大小rkf2[h]之间的关系，使从v×B分量Vb10获得流量大小Q成为可能。
在图36所示第一布置中，根据用A/t分量Va10对v×B分量Vb10进行标准化之后执行流量校正的第二校正方法，可以通过从合成矢量Va10+Vb10中消去A/t分量Va10来提取由式(104)所给出的v×B分量Vb10。假定通过用A/t分量Va10对式(104)所给出的v×B分量Vb10进行标准化并使结果值乘以ω0，来获得标准化分量Vn10。
根据A/t分量中的常数项Ka＝exp(j·π/2)、v×B分量中的常数项Kb＝1、以及与流体特性或状态关联的变化分量Cf2[h]＝rkf2[h]·exp(j·θf2[h])，用下式来表示标准化分量Vn10。
Vn10＝(Vb10/Va10)·ω0＝(Kb·B1c·Cf2[h]·Q)/(Ka·B1c·Cg[h]·ω0)·ω0＝(Kb/Ka)·(Cf2[h]/Cg[h])·Q＝(rkf2[h]/rkg[h])·exp{j·(θf-θg-π/2)}·Q …(106)按照式(106)，用下式来表示流速大小QQ＝|(Vb10/Va10)|/|{(Cf2[h]/Cg[h])·(Ka/Kb)}|＝|(Vb10/Va10)|/(rkf2[h]/rkg[h]) …(107)因为流量Q变为了可以在标定时检查的值，所以预先存储参数h和变化分量的比率rkf2[h]/rkg[h]之间的关系，使从标准化分量Vn10获得流量大小Q成为可能。
在图1所示第二布置的情况下，用Vas0R来表示要提取的A/t分量，并用Vbs0来表示作为量程校正目标的v×B分量。
参考式(102)，用下式来表示式(101)所给出的v×B分量Vbs0Vbs0＝Kb·(B1c+B2c)·Cf[h]/S[h]·Q …(108)用Cf2[h]＝rkf2[h]·exp(j·θf2[h])来全体代替Cf[h]/S[h]，使得有可能将v×B分量改写为如下Vbs0＝Kb·(B1c+B2c)·Cf2[h]·Q…(109)根据在不对v×B分量进行标准化的情况下执行流量校正的第一校正方法，可以通过从合成矢量Vas0+Vbs0中消去A/t分量Vas0，来提取由式(109)所给出的v×B分量Vbs0。因为可以从A/t分量获得参数h，所以能够从参数h获得v×B分量中的变化分量Cf2[h]。另外，根据v×B分量中的常数项Kb＝1以及与流体特性或状态关联的变化分量Cf2[h]＝rkf2[h]·exp(j·θf2[h])，用下式来表示流量大小Q。
Q＝|Vbs0/(Kb·(B1c+B2c)·Cf2[h])|＝|Vbs0|/{|(B1c+B2c)|·rkf2[h]} …(110)因为流量Q以及与磁场相关的项B1c和B2c变为能够在标定时检查的值，所以预先存储参数h与变化分量Cf2[h]的大小rkf2[h]之间的关系，使从v×B分量Vbs0获得流量大小Q成为可能。
在图1所示第二布置中，根据用A/t分量Vas0R对v×B分量Vbs0进行标准化之后执行流量校正的第二校正方法，可以通过从合成矢量Vas0+Vbs0中消去A/t分量Vas0来提取由式(109)所给出的v×B分量Vbs0。假定通过用A/t分量Vas0R对式(109)所给出的v×B分量Vbs0进行标准化并使结果值乘以ω0，来获得标准化分量Vns0。
根据A/t分量中的常数项Ka＝exp(j·π/2)、v×B分量中的常数项Kb＝1、以及与流体特性或状态关联的变化分量Cf2[h]＝rkf2[h]·exp(j·θf2[h])，用下式来表示标准化分量Vns0。
Vns0＝(Vbs0/Vas0R)·ω0＝{Kb·(B1c+B2c)·Cf2[h]·Q}/{Ka·(B1c+B2c)·Cg[h]·ω0}·ω0＝(Kb/Ka)·(Cf2[h]/Cg[h])·Q
＝(rkf2[h]/rkg[h])·exp{j·(θf-θg-π/2)}·Q…(111)按照式(111)，用下式来表示流量大小QQ＝|Vns0|/(rkf2[h]/rkg[h]) …(112)因为流量Q变为了可以在标定时检查的值，所以预先存储参数h和变化分量的比率rkf2[h]/rkg[h]之间的关系，使从标准化分量Vns0获得流量大小Q成为可能。
因为图4所示第三布置使用和第二布置中一样的公式来获得流量Q，所以将省略对它的描述。
接下来将详细描述本发明第一实施例。该实施例使用上述第一布置。根据该实施例的电磁流量计包括一个励磁线圈和一对电极，并且除信号处理系统以外，具有和图36所示电磁流量计相同的布置。下面将利用图36中的附图标记来描述该实施例的原理。该实施例使用第一提取方法作为从合成矢量中提取A/t分量的方法，并使用第一校正方法作为流量校正方法。
当向励磁线圈3提供具有角频率ω0的励磁电流并提供参数h1时，根据式(35)、(93)和(99)，用下式来表示电极间电动势E110。
E110＝rkg[h1]·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θg[h1])}+rkf[h1]·V·b1·exp{j·(θ1+θf[h1])} …(113)当向励磁电流提供具有角频率ω2的励磁电流并提供参数h1时，根据式(35)、(93)和(99)，用下式来表示电极间电动势E112。
E112＝rkg[h1]·ω2·b1·exp{p·(π/2+θ1+θg[h1])}+rkf[h1]·V·b1·exp{j·(θ1+θf[h1])} …(114)令EdA1为通过得到电极间电动势E110和E112之差并使所得到的差乘以ω0/(ω0-ω2)而获得的结果，则由下式给出电动势差EdA1EdA1＝(E110-E112)·ω0/(ω0-ω2)＝rkg[h1]·exp(j·θg[h1])
·b·ω0·exp{j·(π/2+θ1)} …(115)按照式(115)，显然可以利用不同频率分量之间的输出差来提取合成矢量中的A/t分量。式(115)与流速大小V无关，因此只是由A/t分量所产生的分量。因此，利用电动势差EdA1使测量除流速以外的流体状态或测量管道状态成为可能。
用Cg[h1]＝rkg[h1]·exp(j·θg[h1])来表示A/t分量中取决于h1的变化分量，并且A/t分量的剩下部分是在标定时设置的常数。用式(115)来表示变化分量Cg[h1]。
Cg[h1]＝EdA1/[b·ω0·exp{j·(π/2+θ1)}] …(116)按照式(116)，用下式来表示变化分量Cg[h1]的大小rkg[h1]及其关于实轴的角度θg[h1]rkg[h1]＝|EdA1|/(b·ω0) …(117)θg[h1]＝∠EdA1-(π/2+θ1)…(118)可以根据在标定时预先通过测量等而检查的参数h1与变化分量Cg[h1]之间关系、或参数h1与变化分量Cg[h1]的角度θg[h1]之间关系，来获得参数h1。利用所获得的参数h1，来校正作为应用于v×B分量的流速大小V的系数的量程。
从电极间电动势E110中去除电动势差EdA1，使按照下式提取电极间电动势E110中的v×B分量的电动势EvB1成为可能EvB1＝E110-EdA1＝rkf[h1]·V·b1·exp{j·(θ1+θf[h1])} …(119)根据式(119)可以用下式来表示待测流体的流速大小VV＝|Evb1|/(rkf[h1]·b1) …(120)当与流体体积关联的参数如流体液位或混入的气泡量用作参数h1时，把流体横截面积表示为参数h1的函数S[h1]。此时，将式(120)改写为如下的流量Q方程Q＝|Evb1|/(rkf[h1]/S[h1]·b1) …(121)注意，当与流体体积无关的参数用作参数h1时，流体横截面积是常数值。
用函数rkf2[h1]来代替rkf[h1]/S[h1]，允许将式(121)改写为下式Q＝|Evb1|/(rkf2[h1]·b1) …(122)因为可以在标定时检查参数h1与变化分量Cf2[h1]的大小rkf2[h1]之间的关系，所以可以从参数h1的值来获得变化分量Cf2[h1]的大小rkf2[h1]。即，可以校正量程变化分量。另外，因为磁场振幅b1是已知值，所以能够从v×B分量的电动势Evb1的振幅来获得流量大小Q。
接下来将描述根据该实施例的电磁流量计的具体布置和操作。图9示出了根据该实施例的电磁流量计的布置。和图9中一样的附图标记表示图36中相同的部件。该实施例的电磁流量计包括测量管道1；电极2a和2b；励磁线圈3，该励磁线圈3位于在轴向和平面PLN相隔一偏移距离d的位置，该平面PLN包括电极2a和2b且垂直于测量管道的轴PAX的方向；电源电源4，该电源单元4向励磁线圈3提供励磁电流；信号转换单元5，该信号转换单元5提取由电极2a和2b所检测到的合成电动势的第一和第二频率这两个频率分量之间的电动势差，作为A/t分量，并通过从合成电动势的第一频率分量中去除A/t分量来提取v×B分量；以及流量计算单元12。
励磁线圈3和电源单元4组成励磁单元，向待测流体施加一关于平面PLN不对称的时变磁场。
流量计算单元12包括状态定量化(quantifying)单元8和流量校正单元11。状态定量化单元8包括状态存储单元6，其预先存储取决于参数的变化分量的大小或相位与参数之间的关系；以及状态输出单元7，其从所提取的A/t分量中提取取决于参数的变化分量的大小或相位，并根据状态存储单元6中存储的关系来获得与变化分量的大小或相位对应的参数。流量校正单元11包括量程存储单元9，其预先存储参数与v×B分量的量程变化分量的大小之间的关系；以及流量输出单元10，其根据量程存储单元9中存储的关系来获得与状态输出单元7所获得的参数相对应的量程变化分量的大小，根据量程变化分量的大小来校正待校正的v×B分量的量程，并从所校正的v×B分量来计算流体流量。
电源单元4以T秒为周期重复以下状态使第一励磁状态持续T1秒，其中向励磁线圈3提供具有第一角频率ω0的励磁电流；以及使第二励磁状态持续T2秒，其中向励磁线圈3提供具有第二角频率ω2的励磁电流。即，T＝T1+T2。
图10示出了信号转换单元5和流量计算单元12的操作。首先，信号转换单元5获得电极2a和2b之间电动势的角频率ω0分量的电动势E110的振幅r110，并利用相位检测器(未示出)获得实轴与电动势E110之间的相位差φ110(图10中的步骤S101)。
随后，在第二励磁状态下，信号转换单元5获得电极2a和2b之间电动势的角频率ω2分量的电动势E112的振幅r112，并利用相位检测器(未示出)获得实轴与电动势E112之间的相位差φ112(步骤S102)。
然后，信号转换单元5按照下式来计算电极间电动势E110的实轴分量E110x和虚轴分量E110y、以及电极间电动势E112的实轴分量E112x和虚轴分量E112y(步骤S103)E110x＝r110·cos(φ110) …(123)E110y＝r110·sin(φ110) …(124)E112x＝r112·cos(φ112) …(125)E112y＝r112·sin(φ112) …(126)在计算式(123)至(126)后，信号转换单元5获得电极间电动势E110和E112之间的电动势差EdA1的大小和角度(步骤S104)。步骤S104中的处理对应于获得A/t分量的处理，并且等效于式(115)的计算。信号转换单元5按照下式来计算电动势差EdA1的大小|EdA1||EdA1|＝{(E110x-E112x)2+(E110y-E112y)2}1/2·ω0/(ω0-ω2) …(127)然后，信号转换单元5按照下式来计算电动势差EdA1关于实轴的角度∠EdA1∠EdA1＝tan-1{(E110y-E112y)/(E110x-E112x)}…(128)然后，信号转换单元5按照下式来计算电动势差EdA1的实轴分量EdA1x和虚轴分量EdA1yEdA1x＝|EdA1|·cos(∠EdA1)…(129)
EdA1y＝|EdA1|·sin(∠EdA1) …(130)利用以上操作完成步骤S104中的处理。
随后，信号转换单元5通过从电动势E110中消除A/t分量(电动势差EdA1)，来获得电动势E110中的v×B分量的电动势EvB1。步骤S105的处理等效于式(119)的计算。信号转换单元5按照下式来计算基于v×B分量的电动势EvB1的大小|EvB1||EvB1|＝{(E110x-EdA1x)2+(E110y-EdA1y)2}1/2…(131)然后，状态输出单元7按照下式，从电动势差EdA1中提取取决于参数h1的变化分量Cg[h1]的大小rkg[h1]及其关于实轴的角度θg[h1](步骤S106)rkg[h1]＝|EdA1|/(b1·ω0) …(132)θg[h1]＝∠EdA1-(π/2+θ1) …(133)由励磁线圈3所产生的磁场B1的振幅b1和磁场B1与ω0·t之间的相位差θ1是可以预先通过标定等而得到的常数。
预先把参数h1与A/t分量中的变化分量Cg[h1]的大小rkg[h1]之间关系或参数h1与变化分量Cg[h1]的角度θg[h1]之间关系，以数学表达式或表的形式记录在状态存储单元6中。可以在标定时获得h1与rkg[h1]或h1与θg[h1]之间的关系。
状态输出单元7根据在步骤S106中提取的变化分量Cg[h1]的大小rkg[h1]或角度θg[h1]，通过参考状态存储单元6来计算与rkg[h1]或θg[h1]对应的参数h1值，或从状态存储单元6获取参数h1值(步骤S107)。
预先把参数h1与v×B分量中的变化分量Cf2[h1]的大小rkf2[h1]之间的关系，以数学表达式或表的形式记录在量程存储单元9中。可以在标定时获得h1与rkf2[h1]之间的关系。
流量输出单元10根据由状态输出单元7所获得的参数h1，通过参考量程存储单元9来计算与参数h1对应的变化分量Cf2[h1]的大小rkf2[h1]，或者从量程存储单元9中获取变化分量Cf2[h1]的大小rkf2[h1](步骤S108)。
最后，流量输出单元10按照下式来计算待测流体的流量大小Q(步骤S109)Q＝|EvB1|/(rkf2[h1]·b1) …(134)流量计算单元12以周期T执行上述步骤S101至S109的处理，直到例如操作者指示测量结束为止(步骤S110是)。注意，在第二励磁状态下，执行步骤S102至S110的处理持续T2秒。
如上所述，该实施例被布置成，从具有不同励磁频率的两种励磁状态下的电极间电动势E110和E112中提取电动势差EdA1(A/t分量)，通过从电极间电动势E110中消除电动势差EdA1来提取电动势EvB1(v×B分量)，从电动势差EdA1中提取取决于参数h1的变化分量Cg[h1]的大小或相位，获得与变化分量Cg[h1]的大小或相位对应的参数h1，以及获得与参数h1对应的v×B分量的量程变化分量Cf2[h1]的大小，由此根据量程变化分量Cf2[h1]的大小来校正v×B分量的量程并计算流体流量。因此，即使Cf2[h1]/Cg[h1]比率不是常数或者参数h1变化，也能够与流体流速无关地精确检测参数h1，并校正流体流量。这使高精度地测量流量成为可能。
以下描述将说明该实施例的电磁流量计的具体例子在沉积状态(测量管道内径的变化)作为参数h1的情况下，根据测量管道中的物质沉积状态来校正流体流量。如图11和12所示，考虑到测量管道1中的物质沉积，该例子使用不和待测流体接触的电容耦合型电极。当电极2a和2b为电容耦合型电极时，它们被涂上由测量管道1内壁上所形成的陶瓷、特氟隆等构成的里衬13。
如图11所示，当物质15沉积在测量管道1的内壁上时，测量管道1的内径将改变，且变化分量Cg[h1]的大小rkg[h1]将改变。图13示出了物质15的厚度(参数h1)与变化分量Cg[h1]的大小rkg[h1]之间的关系的例子。通过设计时的理论公式或标定时的测量来获得该关系，并预先将其存储在状态存储单元6中，使得能够根据图10的步骤S106中所获得的变化分量Cg[h1]的大小rkg[h1]来获得步骤S107中的物质15的厚度。这使根据物质15的厚度来在步骤S108和S109中校正流体的流量成为可能。
接下来将描述本发明第二实施例。和第一实施例一样，该实施例使用第一布置。第二实施例使用第一提取方法作为从合成矢量中提取A/t分量的方法，并使用第二校正方法作为流量校正方法。因为直到获得参数h1的点，该实施例的原理都和第一实施例相同，所以下面将只描述获得参数h1之后的不同之处。
参考式(100)，用下式来表示通过用电动势差EdA1对v×B分量的电动势EvB1进行标准化并使结果值乘以ω0所获得的标准化电动势EvBn1。
EvBn1＝EvB1/EdA1·ω0＝(rkf[h1]/rkg[h1])·V·exp{j·(θf[h1]-θg[h1]-π/2)}…(135)使通过利用电动势差EdA1对v×B分量的电动势EvB1进行标准化所得的结果乘以ω0的原因是，从应用于流速大小V的系数中消去励磁角频率ω0。
按照式(135)，可以用下式来表示待测流体的流速大小VV＝|Evbn1|/(rkf[h1]/rkg[h1]) …(136)当与待测流体的体积关联的参数用作h1时，把待测流体的横截面积表示为参数h1的函数S[h1]。此时，将式(136)改写为如下的流量方程Q＝|Evbn1|/{(rkf[h1]/S[h1])/rkg[h1]} …(137)用函数rkf2[h1]来代替rkf[h1]/S[h1]，使得将式(137)改写为下式成为可能Q＝|Evbn1|/(rkf2[h1]/rkg[h1]) …(138)因为可以在标定时检查参数h1和变化分量比率rkf2[h1]/rkg[h1]之间的关系，所以可以从参数h1的值获得变化分量比率rkf2[h1]/rkg[h1]的值。即，可以校正量程变化分量，并能够从v×B分量的电动势EvBn1的振幅获得流量大小Q。
接下来将描述该实施例的电磁流量计的具体布置和操作。该实施例的电磁流量计的布置和第一实施例中一样，因此将参考图9中的附图标记进行描述。电源单元4的操作和第一实施例中一样。图14示出了根据该实施例的信号转换单元5和流量计算单元12的操作。和图14中一样的附图标记表示图10中的相同处理。
步骤S101至S107中的处理和第一实施例中一样。预先把参数h1和变化分量比率rkf2[h1]/rkg[h1]之间的关系，以数学表达式或表的形式记录在量程存储单元9中。可以在标定时获得h1和rkf2[h1]/rkg[h1]之间的关系。
流量输出单元10根据状态输出单元7所获得的参数h1、通过参考量程存储单元9来计算与参数h1对应的变化分量比率rkf2[h1]/rkg[h1]，或从量程存储单元9中获取变化分量比率rkf2[h1]/rkg[h1]。
信号转换单元5按照下式，来获得通过用电动势差EdA1对v×B分量的电动势EvB1进行标准化所得的标准化电动势EvBn1的振幅|EvBn1|(步骤S112)。步骤S112的处理等效于式(135)的计算。
|EvBn1|＝|EvB1|/|EdA1|·ω0 …(139)最后，流量输出单元10按照下式来计算待测流体的流量大小Q(步骤S113)Q＝|EvBn1|/(rkf2[h1]/rkg[h1])…(140)流量计算单元12以周期T执行上述步骤S101至S107和S111至S113的处理，直到例如操作者指示测量结束为止(步骤S110是)。注意，在第二励磁状态下执行步骤S102至S107、S111至S113和S110的处理持续T2秒。
按以上方式，该实施例能够获得和第一实施例一样的效果。
该实施例被布置成直接获得与参数h1对应的变化分量比率rkf2[h1]/rkg[h1]的值。然而，能够将参数h1和变化分量Cg[h1]的大小rkg[h1]之间的关系以及参数h1和变化分量Cf2[h1]的大小rkf2[h1]之间的关系预先存储在量程存储单元9中，通过参考量程存储单元9来获得与参数h1对应的rkg[h1]和rkf2[h1]的值，并从所获得的值得到变化分量比率rkf2[h1]/rkg[h1]。
注意，以下实施例是第一和第二实施例的冗余布置把多个励磁线圈设置在关于垂直于测量管道轴PAX方向的平面PLN和励磁线圈3相同的一侧。另外，以下实施例是第一和第二实施例的冗余布置把多个电极设置在关于垂直于测量管道轴PAX方向的平面和电极2a及2b相同的一侧。
另外，第一和第二实施例举例说明了将励磁角频率切换到ω0或ω2的情况。然而，利用包含角频率ω0和ω2分量的励磁电流执行励磁，使得不必切换励磁频率。这能够以更高速度来计算流量大小Q。例如，能够使用由下式表示的磁场来代替式(21)。
B1＝b1·cos(ω0·t-θ1)+b1·cos(ω2·t-θ1) …(141)在第一和第二实施例中，能够从电动势差EdA1中提取变化分量Cg[h1]的大小rkg[h1]和角度θg[h1]。然而，可以通过提取变化分量的大小和角度两者，来获得参数h1。在这种情况下，能够选择具有更高灵敏度的大小rkg[h1]或角度θg[h1]，并根据所选择的大小或角度来获得参数h1。这使提高检测灵敏度成为可能。
接下来将描述本发明第三实施例。该实施例使用上述第二布置。根据该实施例的电磁流量计包括两个励磁线圈和一对电极，并且除信号处理系统以外，具有和图1所示电磁流量计一样的布置。因此，下面将利用图1中的附图标记来描述该实施例的原理。该实施例使用第一提取方法作为从合成矢量中提取A/t分量的方法，并使用第一校正方法作为流量校正方法。
假定向第一励磁线圈3a提供具有角频率ω0的第一励磁电流，向第二励磁线圈3b提供具有角频率ω0且关于第一励磁电流的相位差为Δθ2的第二励磁电流(即励磁状态ST1)，并提供参数h2。在这种情况下，根据式(45)、(93)和(99)，用下式来表示电极间电动势E220。
E220＝rkg[h2]·exp{j·(θ1+θg[h2])}·exp(j·π/2)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·ω0+rkf[h2]·exp{j·(θ1+θf[h2])}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·V …(142)
假定向第一励磁线圈3a提供具有角频率ω2的第一励磁电流，向第二励磁线圈3b提供具有角频率ω2且关于第一励磁电流的相位差为Δθ2的第二励磁电流(即励磁状态ST1)，并提供参数h2。在这种情况下，根据式(45)、(93)和(99)，用下式来表示电极间电动势E222。
E222＝rkg[h2]·exp{j·(θ1+θg[h2])}·exp(j·π/2)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·ω2+rkf[h2]·exp{j·(θ1+θf[h2])}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·V …(143)假定向第一励磁线圈3a提供具有角频率ω0的第一励磁电流，向第二励磁线圈3b提供具有角频率ω0且关于第一励磁电流的相位差为Δθ2+π的第二励磁电流(即励磁状态ST2)，并提供参数h2。在这种情况下，根据式(46)、(93)和(99)，用下式来表示电极间电动势E220R。
E220R＝rkg[h2]·exp{j·(θ1+θg[h2])}·exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0+rkf[h2]·exp{j·(θ1+θf[h2])}·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·V…(144)假定向第一励磁线圈3a提供具有角频率ω2的第一励磁电流，向第二励磁线圈3b提供具有角频率ω2且关于第一励磁电流的相位差为Δθ2+π的第二励磁电流(即励磁状态ST2)，并提供参数h2。在这种情况下，根据式(46)、(93)和(99)，用下式来表示电极间电动势E222R。
E222R＝rkg[h2]·exp{j·(θ1+θg[h2])}·exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω2+rkf[h2]·exp{j·(θ1+θf[h2])}·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·V …(145)在这种情况下，如果从垂直于测量管道轴PAX且包括电极2a和2b的平面PLN到第一励磁线圈3a的距离d1几乎等于平面PLN到第二励磁线圈3b的距离(d1≈d2)，则b1≈b2，且Δθ2≈0。在这种情况下，将式(142)至(145)改写为如下
E220≈rkf[h2]·exp{j·(θ1+θf[h2])}·(2·b1·V)…(146)E222≈rkf[h2]·exp{j·(θ1+θf[h2])}·(2·b1·V)…(147)E220R≈rkg[h2]·exp{j·(θ1+θg[h2])}·exp(j·π/2)·(2·b1·ω0) …(148)E222R≈rkg[h2]·exp{j·(θ1+θg[h2])}·exp(j·π/2)·(2·b1·ω2) …(149)即，因为电极间电动势E220和E222几乎只是基于v×B分量的电动势，并且电极间电动势E220R和E222R几乎只是基于A/t分量的电动势，所以可以减小提取A/t分量和v×B分量中的计算误差。这一点是第一和第二实施例之间技术意义上的差别。然而，注意将在假定b1≠b2及Δθ2≠0的情况下，来形成后面的理论。
令EdA21为通过获得电极间电动势E220R和E222R之差并使所得差乘以ω0/(ω0-ω2)而获得的结果，则由下式给出电动势差EdA21EdA21＝(E220R-E222R)·ω0/(ω0-ω2)＝rkg[h2]·exp(j·θg[h2])·exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0 …(150)按照式(150)，显然可以利用不同频率分量之间的输出差来提取合成矢量中的A/t分量。式(150)与流速大小V无关，因此是只由A/t所产生的分量。因此，利用电动势差EdA21，使测量除流速以外的流体状态或测量管道状态成为可能。
用Cg[h2]＝rkg[h2]·exp(j·θg[h2])来表示A/t分量中取决于h2的变化分量，并且A/t分量的剩下部分是在标定时设置的常数。根据式(144)，用下式来表示变化分量Cg[h2]。
Cg[h2]＝EdA21/[exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0] …(151)令m2b和θ2b为式(151)中的[exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0]的大小和角度，用下式来表示m2b和θ2bm2b＝{b12+b22+2·b1·b2·cos(Δθ2)}1/2…(152)θ2b＝tan-1[{b2·sin(Δθ2)}/{b1+b2·cos(Δθ2)}]+(π/2+θ1)…(153)
按照式(151)至(153)，用下式来表示变化分量Cg[h2]的大小rkg[h2]及其关于实轴的角度θg[h2]rkg[h2]＝|EdA21|/(m2b·ω0) …(154)θg[h2]＝∠EdA2 1-θ2b…(155)可以根据在标定时预先通过测量等进行检查的参数h2与变化分量Cg[h2]之间关系、或参数h2与变化分量Cg[h2]的角度θg[h2]之间关系，来获得参数h2。利用所获得的参数h2，来校正作为应用于v×B分量的流速大小V的系数的量程。
如上所述，虽然励磁状态ST2更适于通过提取A/t分量来获取参数h2，但是励磁状态ST1更适于获取v×B分量。
令EdA22为通过获得电极间电动势E220与E222之差并使所得差值乘以ω0/(ω0-ω2)而获得的结果，则由下式给出电动势差EdA22EdA22＝(E220-E222)·ω0/(ω0-ω2)＝rkg[h2]·exp(j·θg[h2])·exp{j·(π/2+θ1)}·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·ω0 …(156)从电极间电动势E220中消除电动势EdA22，使按照下式来提取电极间电动势E220中的v×B分量的电动势EvB2成为可能EvB2＝E220-EdA22＝rkf[h2]·exp{j·(θ1+θf[h2])}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·V…(157)根据式(157)，可以利用式(152)的m2b通过下式来表示待测流体的流速大小V。
V＝|Evb2|/(rkf[h2]·m2b) …(158)当与流体体积关联的参数如流体液位或混入的气泡量用作参数h2时，把流体横截面积表示为参数h2的函数S[h2]。此时，将式(158)改写为如下的流量Q方程Q＝|Evb2|/{rkf[h2]/S[h2]·m2b} …(159)注意，当与流体体积无关的参数用作参数h2时，流体横截面积S[h2]是常数值。
用函数rkf2[h2]来代替rkf[h2]/S[h2]，使得将式(159)改写为下式成为可能Q＝|Evb2|/(rkf2[h2]·m2b)…(160)因为可以在标定时检查参数h2与变化分量Cf2[h2]的大小rkf2[h2]之间的关系，所以可以从参数h2的值来获得变化分量Cf2[h2]的大小rkf2[h2]。即，可以校正量程变化分量。另外，因为m2b是已知值，所以能够从v×B分量的电动势Evb2的振幅来获得流量大小Q。
接下来将描述根据该实施例的电磁流量计的具体布置和操作。图15示出了根据该实施例的电磁流量计的布置。和图1中相同的附图标记表示图15中相同的部件。该实施例的电磁流量计包括测量管道1电极2a和2b；第一和第二励磁线圈3a和3b；电源单元4a，其向第一和第二励磁线圈3a和3b提供励磁电流；信号转换单元5a，该信号转换单元5a提取由电极2a和2b在励磁状态ST2下检测到的合成电动势的第一和第二频率这两个频率分量之间的电动势差，作为第一A/t分量，提取在励磁状态ST1下这两个频率分量之间的电动势差作为第二A/t分量，并通过从励磁状态ST1下电极2a和2b所检测到的合成电动势的第一频率分量中消除第二A/t分量来提取作为校正目标的v×B分量；以及流量计算单元12a。
第一和第二励磁线圈3a和3b和电源单元4a组成励磁单元，向待测流体施加一关于平面PLN不对称的时变磁场。
流量计算单元12a包括状态定量化单元8a和流量校正单元11a。状态定量化单元8a包括状态存储单元6a，其预先存储取决于参数的变化分量的大小或相位与参数之间的关系；以及状态输出单元7a，其从所提取的第一A/t分量中提取取决于参数的变化分量的大小或相位，并根据状态存储单元6a中存储的关系来获得与所提取的变化分量的大小或相位对应的参数。流量校正单元11a包括量程存储单元9a，其预先存储参数与v×B分量的量程变化分量的大小之间的关系；以及流量输出单元10a，其获得与状态输出单元7a所得到的参数相对应的量程变化分量的大小，校正待校正的v×B分量的量程，并从所校正的v×B分量来计算流体流量。
电源单元4a以T秒为周期重复以下操作使第一励磁状态(励磁状态ST1)持续T1秒，其中向第一励磁线圈3a提供具有第一角频率ω0的第一励磁电流，同时向第二励磁线圈3b提供具有角频率ω0且关于第一励磁电流的相位差为Δθ2的第二励磁电流；使第二励磁状态(励磁状态ST1)持续T2秒，其中励磁角频率相对于第一励磁状态已从ω0变为ω2；使第三励磁状态(励磁状态ST2)持续T3秒，其中第一励磁状态下的第一与第二励磁电流之间相位差已变为Δθ2+π；以及使第四励磁状态(励磁状态ST2)持续T4秒，其中励磁角频率相对于第三励磁状态己从ω0变为ω2。即，T＝T1+T2+T3+T4。在第一和第二励磁状态下，使由第一励磁线圈3a所产生的磁场与由第二励磁线圈3b所产生的磁场之间的相位差几乎为0(Δθ2≈0)。在第三和第四励磁状态下，使磁场之间的相位差几乎为π。
图16示出了信号转换单元5a和流量输出单元12a的操作。首先，信号转换单元5a获得第一励磁状态下电极2a和2b之间电动势的角频率ω0分量的电动势E220的振幅r220，并利用相位检测器(未示出)来获得实轴与电极间电动势E220之间的相位差φ220(图16中的步骤S201)。然后，信号转换单元5a获得第二励磁状态下电极2a和2b之间电动势的角频率ω2分量的电动势E222的振幅r222，并利用相位检测器(未示出)来获得实轴与电极间电动势E222之间的相位差φ222(图16中的步骤S202)。
另外，信号转换单元5a获得第三励磁状态下电极2a和2b之间电动势的角频率ω0分量的电动势E220R的振幅r220R，并利用相位检测器(未示出)来获得实轴与电极间电动势E220R之间的相位差φ220R(图16中的步骤S203)。然后，信号转换单元5a获得第四励磁状态下电极2a和2b之间电动势的角频率ω2分量的电动势E222R的振幅r222R，并利用相位检测器(未示出)来获得实轴与电极间电动势E222R之间的相位差φ222R(图16中的步骤S204)。
然后，信号转换单元5a按照下式来计算电极间电动势E220R的实轴分量E220Rx和虚轴分量E220Ry，以及电极间电动势E222R的实轴分量E222Rx和虚轴分量E222Ry(步骤S205)
E220Rx＝r220R·cos(φ220R)…(161)E220Ry＝r220R·sin(φ220R) …(162)E222Rx＝r222R·cos(φ222R) …(163)E222Ry＝r222R·sin(φ222R) …(164)在计算式(161)至(164)之后，信号转换单元5a获得电极间电动势E220R和E222R之间的电动势差EdA21(步骤S206)。步骤S206中的处理对应于获得A/t分量的处理，并等效于式(150)的计算。信号转换单元5a按照下式来计算电动势差EdA21的大小|EdA21|EdA21＝{(E220Rx-E222Rx)2+(E220Ry-E222Ry)2}1/2·ω0/(ω0-ω2) …(165)然后，信号转换单元5a按照下式计算电极间电动势EdA21关于实轴的角度∠EdA21∠EdA21＝tan-1{(E220Ry-E222Ry)/(E220Rx-E222Rx)} …(166)利用以上操作完成步骤S206的处理。
然后，信号转换单元5a按照下式来计算电动势差E220的实轴分量E220x和虚轴分量E220y以及电动势差E222的实轴分量E222x和虚轴分量E222y(步骤S207)E220x＝r220·cos(φ220) …(167)E220y＝r220·sin(φ220) …(168)E222x＝r222·cos(φ222) …(169)E222y＝r222·sin(φ222) …(170)信号转换单元5a按照下式来计算电极间电动势E220和E222之间的电动势差EdA22的实轴分量EdA22x和虚轴分量EdA22y(步骤S208)EdA22x＝(E220x-E222x)·ω0/(ω0-ω2)…(171)EdA22y＝(E220y-E222y)·ω0/(ω0-ω2)…(172)随后，信号转换单元5a通过从电动势E220中消除A/t分量(电动势差EdA22)，来获得电动势E220中的v×B分量的电动势EvB2(步骤S209)。步骤S209的处理等效于式(157)的计算。信号转换单元5a按照下式来计算基于v×B分量的电动势EvB2的大小|EvB2|
|EvB2|＝{(E220x-EdA22x)2+(E220y-EdA22y)2}1/2…(173)然后，状态输出单元7a按照下式从电动势差EdA21中提取取决于参数h2的变化分量Cg[h2]的大小rkg[h2]及其关于实轴的角度θg[h2](步骤S210)rkg[h2]＝|EdA21|/(m2b·ω0) …(174)θg[h2]＝∠EdA21-θ2b …(175)注意，m2b和θ2b(由第一励磁线圈3a所产生的磁场B1的振幅b1、由第二励磁线圈3b所产生的磁场B2的振幅b2以及磁场B1与ω0·t之间的相位差θ1及Δθ2)是可以预先通过标定等而获得的常数。
预先把参数h2与A/t分量中的变化分量Cg[h2]的大小rkg[h2]之间的关系或参数h2与变化分量Cg[h2]的角度θg[h2]之间的关系，以数学表达式或表的形式记录在状态存储单元6a中。可以在标定时获得h2与rkg[h2]或h2与θg[h2]之间的关系。
状态输出单元7a根据步骤S210中所提取的变化分量Cg[h2]的大小rkg[h2]或角度θg[h2]，通过参考状态存储单元6a来计算与rkg[h2]或θg[h2]对应的参数h2的值，或者从状态存储单元6a中获取该参数h2值(步骤S211)。
预先把参数h2与v×B分量中的量程变化分量Cf2[h2]的大小rkf2[h2]之间的关系，以数学表达式或表的形式记录在量程存储单元9a中。可以在标定时获得h2与rkf2[h2]之间的关系。
流量输出单元10a根据由状态输出单元7a所获得的参数h2，通过参考量程存储单元9a来计算与参数h2对应的变化分量Cf2[h2]的大小rkf2[h2]，或者从量程存储单元9a中获取变化分量Cf2[h2]的大小rkf2[h2](步骤S212)。
最后，流量输出单元10a按照下式来计算待测流体的流量大小Q(步骤S213)Q＝|Evb2|/(rkf2[h2]·m2b) …(176)流量计算单元12a以周期T执行上述步骤S201至S213的处理，直到例如操作者指示测量结束为止(步骤S214是)。注意，在第四励磁状态下，执行步骤S204至S214的处理持续T4秒。
如上所述，该实施例被布置成获得磁场间相位差几乎为0的励磁状态ST1下的电极间电动势E220和E222，获得磁场间电动势几乎为π的励磁状态ST2下的电极间电动势E220R和E222R，从电极间电动势E220R和E222R提取电动势差EdA21(第一A/t分量)，从电极间电动势E220和E222提取电动势差EdA22(第二A/t分量)，通过从电极间电动势E220中消除电动势差EdA22来提取电动势EvB2(v×B分量)，从电动势差EdA21中提取取决于参数h2的变化分量Cg[h2]的大小或相位，获得与变化分量Cg[h2]的大小或相位对应的参数h2，以及获得与参数h2对应的v×B分量的变化分量Cf2[h2]的大小，由此根据量程变化分量Cf2[h2]的大小来校正v×B分量的量程并计算流体流量。因此，即使Cf2[h2]/Cg[h2]比率不是常数或者参数h2变化，也能够与流体流速无关地精确检测参数h2，并校正流体流量。这使高精度地测量流量成为可能。
在该实施例中，调节从包括电极2a和2b的平面PLN到第一励磁线圈3a的距离d1以及平面PLN到第二励磁线圈3b的距离d2，允许电极间电动势E220和E222几乎只是基于v×B分量的电动势，而且允许电极间电动势E220R和E222R几乎只是基于A/t分量的电动势。利用该处理，该实施例能够更有效地提取v×B分量和A/t分量，并且比第一和第二实施例更能减小计算误差。
以下描述将说明该实施例的电磁流量计的具体例子在流体16的液位h或横截面积S作为参数h2的情况下，根据流体16的液位或横截面积S来校正流体16的流量。在这种情况下，考虑液位h变化，如图17和18所示，第一和第二励磁线圈3a和3b在和测量管道1水平的方向上排列，且电极2a位于测量管道1之下。当照这样只使用一个电极时，能够将用于使流体16的电势接地的接地环(未示出)设置在测量管道1上，并通过信号转换单元5a来检测电极2a所产生的电动势(与地电势的电势差)。
当流体16的液位h或横截面积S变化时，A/t分量中的变化分量Cg[h2]的大小rkg[h2]值也将变化。图19示出了流体16的液位h或横截面积S(参数h2)与变化分量Cg[h2]的大小rkg[h2]之间的关系的例子。图19所示的关系随测量管道1的形状等而变。因此，通过设计时的理论公式或标定时的测量来获得该关系，并预先将其存储在状态存储单元6a中，使得有可能根据步骤S210中所获得的变化分量Cg[h2]的大小rkg[h2]来获得步骤S211中的流体16的液位h或横截面积S，并在步骤S212和S213中根据流体16的液位h或横截面积来校正流体16的流量。
变化分量Cg[h2]的大小rkg[h2]值与流速无关，并且流体液位低时的rkg[h2]值大于测量管道充满流体时的rkg[h2]值。这一特性防止了如常规电磁流量计中那样当流体液位变低时信号变小，并且即使当流体液位变低时也能确保流量测量的高精度。
接下来将描述本发明第四实施例。和第三实施例一样，该实施例使用第二布置。第四实施例使用第一提取方法作为从合成矢量中提取A/t分量的方法，并使用第二校正方法作为流量校正方法。因为直到获得参数h2的点，该实施例的原理都和第三实施例相同，所以下面将只描述获得参数h2之后的不同之处。
用下式来表示通过用电动势差EdA21对v×B分量的电动势EvB2进行标准化并使结果值乘以ω0所获得的标准化电动势EvBn2。
EvBn2＝EvB2/EdA21·ω0＝(rkf[h2]/rkg[h2])·V·exp{j·(θf[h2]-θg[h2]-π/2)} … (177)使通过利用电动势差EdA21对v×B分量的电动势EvB2进行标准化所得的结果乘以ω0的原因是，从应用于流速大小V的系数中消去励磁角频率ω。
按照式(177)，可以用下式来表示待测流体的流速大小VV＝|Evbn2|/(rkf[h2]/rkg[h2]) …(178)当与待测流体的体积关联的参数用作h2时，把待测流体的横截面积表示为参数h2的函数S[h2]。此时，将式(178)改写为如下的流量方程
Q＝|Evbn2|/{(rkf[h2]/S[h2])/rkg[h2]}…(179)用函数rkf2[h2]来代替rkf[h2]/S[h2]，使得将式(179)改写为下式成为可能Q＝|Evbn2|/(rkf2[h2]/rkg[h2]) …(180)因为可以在标定时检查参数h2和变化分量比率rkf2[h2]/rkg[h2]之间的关系，所以可以从参数h2的值获得变化分量比率rkf2[h2]/rkg[h2]的值。即，可以校正量程变化分量，并能够从标准化电动势EvBn2的振幅获得流量大小Q。
接下来将描述该实施例的电磁流量计的具体布置和操作。该实施例的电磁流量计的布置和第三实施例中一样，因此将参考图15中的附图标记进行描述。电源单元4a的操作和第三实施例中一样。图20示出了根据该实施例的信号转换单元5a和流量计算单元12a的操作。和图20中一样的附图标记表示图16中的相同处理。
步骤S201至S211中的处理和第三实施例中一样。预先把参数h2和变化分量比率rkf2[h2]/rkg[h2]之间的关系，以数学表达式或表的形式记录在量程存储单元9a中。可以在标定时获得h2和rkf2[h2]/rkg[h2]之间的关系。在这种情况下，rkg2[h2]对应于第一和第二励磁状态下所获得的A/t分量(电动势差EdA22)及第三和第四励磁状态下所获得的A/t分量(电动势差EdA21)。
流量输出单元10a根据状态输出单元7a所获得的参数h2、通过参考量程存储单元9a来计算与参数h2对应的变化分量比率rkf2[h2]/rkg[h2]，或从量程存储单元9a中获取变化分量比率rkf2[h2]/rkg[h2](图20中的步骤S215)。
信号转换单元5a按照下式，来获得通过用电动势差EdA21对v×B分量的电动势EvB2进行标准化所得的标准化电动势EvBn2的大小|EvBn2|(步骤S216)。步骤S216的处理等效于式(177)的计算。
|EvBn2|＝|EvB2|/|EdA21|·ω0 …(181)最后，流量输出单元10a按照下式来计算待测流体的流量大小Q(步骤S217)Q＝|Evbn2|/(rkf2[h2]/rkg[h2]) …(182)
流量计算单元12a以周期T执行上述步骤S201至S211和S215至S217的处理，直到例如操作者指示测量结束为止(步骤S214是)。注意，在第四励磁状态下执行步骤S204至S211、S215至S217和S214的处理持续T4秒。
按以上方式，该实施例能够获得和第三实施例一样的效果。
该实施例被布置成直接获得与参数h2对应的变化分量比率rkf2[h2]/rkg[h2]的值。然而，能够预先把参数h2与变化分量Cg[h2]的大小rkg[h2]之间的关系以及参数h2与变化分量Cf2[h2]的大小rkf2[h2]之间的关系记录在量程存储单元9a中，通过参考量程存储单元9a来获得与参数h2对应的rkg[h2]和rkf2[h]值，以及从所得值来获得变化分量比率rkf2[h2]/rkg[h2]。
另外，第三和第四实施例举例说明了将励磁角频率切换为ω0或ω2并将第一和第二励磁线圈3a和3b所产生的磁场之间的相位差切换为几乎为0或π的情况。然而，利用包含角频率ω0和ω2分量的励磁电流执行励磁，使得不必切换励磁频率。这能够以更高速度来计算流量大小Q。例如，能够使用由下式表示的磁场来代替式(38)和(39)。
B1＝b1·cos(ω0·t-θ1)+b1·cos(ω2·t-θ1)…(183)B2＝b2·cos(ω0·t-θ1)+b2·cos(ω2·t-θ1)…(184)利用调制波使得不必切换磁场相位。举例说明参考角频率ω0的调幅，使得有可能使用由下式表示的磁场来代替式(38)和(39)。
B1＝b1·{1+ma·cos(ω1·t)}·cos(ω0·t) …(185)B2＝b2·{1-ma·cos(ω1·t)}·cos(ω0·t) …(186)其中ω1是调制波的角频率，ω0是载波角频率，ma是调幅指数。当利用这种调制波的励磁电流执行励磁时，指示相位差等于0的信号被输出到由电极2a和2b检测到的电极间电动势的角频率ω0分量，以便输出一等效于关于电极间电动势的角频率ω0±ω1分量的相位差π的信号。显然，一旦组合式(183)至(186)，就不必切换磁场的励磁频率和相位差。

接下来将描述本发明第五实施例。该实施例使用上述第二布置。根据该实施例的电磁流量计包括两个电磁线圈和一对电极，并且除信号处理系统以外、具有和图1所示电磁流量计相同的布置。因此，将利用图1中的附图标记来描述该实施例的原理。该实施例使用第二提取方法作为从合成矢量中提取A/t分量的方法，并使用第一校正方法作为流量校正方法。
假定向第一励磁线圈3a提供具有角频率ω0的第一励磁电流，并向第二励磁线圈3b提供具有角频率ω0且关于第一励磁电流的相位差为Δθ2的第二励磁电流(即励磁状态ST1)，并提供参数h3。在这种情况下，根据式(45)、(93)和(99)，用下式来表示电极间电动势E320。
E320＝rkg[h3]·exp{j·(θ1+θg[h3])}·exp(j·π/2)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·ω0+rkf[h3]·exp{j·(θ1+θf[h3])}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·V …(187)假定向第一励磁线圈3a提供具有角频率ω0的第一励磁电流，向第二励磁线圈3b提供具有角频率ω0、且关于第一励磁电流的相位差为Δθ2+π的第二励磁电流(即励磁状态ST2)，并提供参数h3。在这种情况下，根据式(46)、(93)和(99)，用下式来表示电极间电动势E320R。
E320R＝rkg[h3]·exp{j·(θ1+θg[h3])}·exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0+rkf[h3]·exp{j·(θ1+θf[h3])}·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·V…(188)由式(89)和(90)，在式(188)中以下近似表达式成立|b1+b2·exp(j·Δθ2)|＞＞|b1-b2·exp(j·Δθ2)|…(189)|rkg[h3]·ω0·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}|＞＞|rkf[h3]·V·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}|…(190)以下表达式代表利用表达式(190)的条件来近似式(188)中的电极间电动势E320R所得的电动势EdA3。
EdA3≈E320R …(191)EdA3＝rkg[h3]·exp{j·θg[h3]}·exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0 …(192)在式(192)中，可以利用第一和第二励磁线圈3a和3b所产生的磁场之间的相位差，来提取合成矢量中的A/t分量。式(192)与流速大小V无关，因此只是由A/t所产生的分量。可以利用电极间电动势EdA3来测量除流速以外的流体状态以及测量管道状态。
用Cg[h3]＝rkg[h3]·exp(j·θg[h3])来表示A/t分量中取决于h3的变化分量，并且A/t分量的剩下部分是在标定时设置的常数。用式(192)来表示变化分量Cg[h3]。
Cg[h3]＝EdA3/[exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0] …(193)令m2b为[exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0]的大小，令θ2b为[exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0]的角度，用式(152)和(153)来表示m2b和θ2b。
一旦将式(152)和(153)应用于式(193)，就用下式来表示变化分量Cg[h3]的大小rkg[h3]及其关于实轴的角度θg[h3]rkg[h3]＝|EdA3|/(m2b·ω0) …(194)θg[h3]＝∠EdA3-θ2b…(195)可以根据在标定时预先通过测量等进行检查的参数h3与变化分量Cg[h3]之间关系、或参数h3与变化分量Cg[h3]的角度θg[h3]之间关系，来获得参数h3。利用所获得的参数h3，来校正作为应用于v×B分量的流速大小V的系数的量程。
如上所述，一旦提取A/t分量，虽然方便的是就获得励磁状态ST2下的参数h3，但是方便的是获得励磁状态ST1下的v×B分量。也可以和第三实施例中一样利用不同的频率来提取v×B分量。然而，如式(146)中所述，当从包括电极2a和2b的平面PLN到第一励磁线圈3a的距离d1基本上等于平面PLN到第二励磁线圈3b的距离d2时，可以假定式(187)中的电极间电动势E320仅仅是v×B分量的电动势。在这种情况下，用下式来表示v×B分量的电动势EvB3。
EvB3＝rkf[h3]·exp{j·(θ1+θf[h3])}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·V…(196)根据式(196)，可以利用式(152)中的m2b通过下式来表示待测流体的流速大小V。
V＝|Evb3|/(rkf[h3]·m2b) …(197)当与流体体积关联的参数如流体液位或混入的气泡量用作参数h3时，把流体横截面积表示为参数h3的函数S[h3]。此时，将式(197)改写为如下的流量Q方程Q＝|Evb3|/{rkf[h3]/S[h3]·m2b}…(198)注意，当与流体体积无关的参数用作参数h3时，流体横截面积S[h3]是常数值。
用函数rkf2[h3]来代替rk[h3]/S[h3]，允许将式(198)改写为下式Q＝|Evb3|/(rkf2[h3]·m2b) …(199)因为可以在标定时检查参数h3与变化分量Cf2[h3]的大小rkf2[h3]之间的关系，所以可以从参数h3的值来获得变化分量Cf2[h3]的大小rkf2[h3]。即，可以校正量程变化分量。另外，因为m2b是已知值，所以能够从v×B分量的电动势Evb3的振幅来获得流量大小Q。
接下来将描述根据该实施例的电磁流量计的具体布置和操作。根据该实施例的电磁流量计具有和第三实施例中的电磁流量计一样的布置。因此，和图15中一样的附图标记表示该实施例中的相同部件。该实施例的电磁流量计包括测量管道1；电极2a和2b；第一和第二励磁线圈3a和3b；电源单元4；信号转换单元5a，该信号转换单元5a通过获得由电极2a和2b所检测到的合成电动势中的励磁状态ST2下的振幅和相位来提取A/t分量，并通过获得由电极2a和2b所检测到的合成电动势中的励磁状态ST1下的振幅和相位来提取校正目标v×B分量；以及流量计算单元12a。
流量计算单元12a包括状态定量化单元8a和流量校正单元11a。状态定量化单元8a包括状态存储单元6a和状态输出单元7a。流量校正单元11a包括量程存储单元9和流量输出单元10a。
电源单元4a以T秒为周期重复以下操作使第一励磁状态(励磁状态ST1)持续T1秒，其中向第一励磁线圈3a提供具有角频率ω0的第一励磁电流，同时向第二励磁线圈3b提供具有角频率ω0且关于第一励磁电流的相位差为Δθ2的第二励磁电流；以及使第二励磁状态(励磁状态ST2)持续T2秒，其中第一励磁状态下的第一与第二励磁电流间相位差已变为Δθ2+π。即，T＝T1+T2。假定在第一励磁状态下，第一和第二励磁线圈3a和3b所产生的磁场间的相位差基本上等于0(Δθ2≈0)，且第二励磁状态下的磁场间相位差基本上等于π。
图21是示出根据该实施例的信号转换单元5a和流量计算单元12a的操作的流程图。首先，信号转换单元5a获得第一励磁状态下电极2a和2b之间电动势的角频率ω0分量的电动势E320的振幅r320，并利用相位检测器(未示出)来获得实轴与电极间电动势E320之间的相位差φ320(图21中的步骤S301)。随后，信号转换单元5a获得第二励磁状态下电极2a和2b之间电动势的角频率ω0分量的电动势E320R的振幅r320R，并利用相位检测器来获得实轴与电极间电动势E320R之间的相位差φ320R(步骤S302)。
接下来，信号转换单元5a获得近似于电极间电动势E320R的电动势EdA3的大小和角度(步骤S303)。步骤303的处理对应于获得A/t分量的处理，并等效于式(192)的计算。信号转换单元5a按照下式来计算近似于电极间电动势E320R的电动势EdA3的大小|EdA3||EdA3|＝r320R …(200)然后，信号转换单元5a按照下式来计算电极间电动势EdA3关于实轴的角度∠EdA3∠EdA3＝φ320R…(201)利用以上操作完成步骤S303的处理。
随后，信号转换单元5a获得电动势E320中的v×B分量的电动势EvB3(步骤S304)。信号转换单元5a按照下式来计算基于v×B分量的电动势EvB3的大小|EvB3||EvB3|＝r320 …(202)然后，状态输出单元7a按照下式从电动势差EdA3中提取取决于h3的变化分量Cg[h3]的大小rkg[h3]和角度θg[h3](步骤S305)rkg[h3]＝|EdA3|/(m2b·ω0) …(203)θg[h3]＝∠EdA3-θ2b…(204)注意，m2b和θ2b(由第一励磁线圈3a所产生的磁场B1的振幅b1、由第二励磁线圈3b所产生的磁场B2的振幅b2以及磁场B1与ω0·t之间的相位差θ1及Δθ2)是可以预先通过标定等而获得的常数。
预先把参数h3与A/t分量中的变化分量Cg[h3]的大小rkg[h3]之间的关系或参数h3与变化分量Cg[h3]的角度θg[h3]之间的关系，以数学表达式或表的形式记录在状态存储单元6a中。可以在标定时获得h3与rkg[h3]或h3与θg[h3]之间的关系。
状态输出单元7a根据步骤S305中所提取的变化分量Cg[h3]的大小rkg[h3]或角度θg[h3]，通过参考状态存储单元6a来计算与rkg[h3]或θg[h3]对应的参数h3的值，或者从状态存储单元6a中获取该参数h3值(步骤S306)。
预先把参数h3与v×B分量中的量程变化分量Cf2[h3]的大小rkf2[h3]之间的关系，以数学表达式或表的形式记录在量程存储单元9a中。可以在标定时获得h3与rkf2[h3]之间的关系。
流量输出单元10a根据由状态输出单元7a所获得的参数h3，通过参考量程存储单元9a来计算与参数h3对应的变化分量Cf2[h3]的大小rkf2[h3]，或者从量程存储单元9a中获取变化分量Cf2[h3]的大小rkf2[h3](步骤S307)。
最后，流量输出单元10a按照下式来计算待测流体的流量大小Q(步骤S308)Q＝|Evb3 |/(rkf2[h3]·m2b) …(205)流量计算单元12以周期T执行上述步骤S301至S308的处理，直到例如操作者指示测量结束为止(步骤S309是)。注意，生第二励磁状态下，执行步骤S302至S309的处理持续T2秒。
如上所述，根据该实施例，注意在第一和第二励磁线圈3a和3b所产生的磁场B1和B2之间的相位差几乎为π的励磁状态ST2下，当磁场B1和B2的大小相等时，可以近似地提取电极间电动势E320R作为A/t分量，并可近似地提取电极间电动势E320作为v×B分量。该实施例被布置成从A/t分量中提取取决于参数h3的变化分量Cg[h3]的大小或相位，获得与变化分量Cg[h3]的大小或相位对应的参数h3，并获得与参数h3对应的v×B分量的量程变化分量Cf2[h3]的大小，由此根据量程变化分量Cf2[h3]的大小来校正v×B分量的量程并计算流体的流量。因此，即使Cf2[h3]/Cg[h3]比率不是常数或者参数h3变化，也能够与流体流速无关地精确检测参数h3，并校正流体流量。这使高精度地测量流量成为可能。
在该实施例中，一旦调节从包括电极2a和2b的平面PLN到第一励磁线圈3a的距离d1以及平面PLN到第二励磁线圈3b的距离d2，电极间电动势E320就可以几乎只是基于v×B分量的电动势。因此，该实施例能够更有效地提取v×B分量，并且比第一和第二实施例更能减小计算误差。
接下来将描述本发明第六实施例。和第五实施例一样，该实施例使用第二布置。第六实施例使用第二提取方法作为从合成矢量中提取A/t分量的方法，并使用第二校正方法作为流量校正方法。因为直到获得参数h3的点，该实施例的原理都和第五实施例相同，所以下面将只描述获得参数h3之后的不同之处。
用下式来表示通过用电动势差EdA3对v×B分量的电动势EvB3进行标准化并使结果值乘以ω0所获得的标准化电动势EvBn3。
EvBn3＝EvB3/EdA3·ω0＝(rkf[h3]/rkg[h3])·V·exp{j·(θf[h3]-θg[h3]-π/2)}…(206)使通过利用电动势差EdA3对v×B分量的电动势EvB3进行标准化所得的结果乘以ω0的原因是，从应用于流速大小V的系数中消去励磁角频率ω0。
按照式(206)，可以用下式来表示待测流体的流速大小VV＝|Evbn3|/(rkf[h3]/rkg[h3]) …(207)
当与待测流体的体积关联的参数用作h3时，把待测流体的横截面积表示为参数h3的函数S[h3]。此时，将式(207)改写为如下的流量方程Q＝|Evbn3|/{(rkf[h3]/S[h3])/rkg[h3]}…(208)用函数rkf2[h3]来代替rkf[h3]/S[h3]，使得将式(208)改写为下式成为可能Q＝|Evbn3|/(rkf2[h3]/rkg[h3]) …(209)因为可以在标定时检查参数h3和变化分量比率rkf2[h3]/rkg[h3]之间的关系，所以可以从参数h3的值获得变化分量比率rkf2[h3]/rkg[h3]的值。即，可以校正量程变化分量，并能够从标准化电动势Evbn3的振幅获得流量大小Q。
接下来将描述该实施例的电磁流量计的具体布置和操作。该实施例的电磁流量计的布置和第三实施例中一样，因此将参考图15中的附图标记进行描述。电源单元4a的操作和第五实施例中一样。图22示出了根据该实施例的信号转换单元5a和流量计算单元12a的操作。和图22中一样的附图标记表示图21中的相同处理。
步骤S301至S306中的处理和第五实施例中一样。预先把参数h3和变化分量比率rkf2[h3]/rkg[h3]之间的关系，以数学表达式或表的形式记录在量程存储单元9a中。可以在标定时获得h3和rkf2[h3]/rkg[h3]之间的关系。
流量输出单元10a根据状态输出单元7a所获得的参数h3、通过参考量程存储单元9a来计算与参数h3对应的变化分量比率rkf2[h3]/rkg[h3]，或从量程存储单元9a中获取变化分量比率rkf2[h3]/rkg[h3](步骤S310)。
信号转换单元5a按照下式，来获得通过用电动势差EdA3对v×B分量的电动势EvB3进行标准化所得的标准化电动势EvBn3的振幅|EvBn3|(步骤S311)。步骤S311的处理等效于式(206)的计算。
|EvBn3|＝|EvB3|/|EdA3|·ω0 …(210)最后，流量输出单元10a按照下式来计算待测流体的流量大小Q(步骤S312)
Q＝|Evbn3|/(rkf2[h3]/rkg[h3]) …(211)流量计算单元12a以周期T执行上述步骤S301至S306和S310至S312的处理，直到例如操作者指示测量结束为止(步骤S309是)。注意，在第二励磁状态下执行步骤S302至S306、S310至S312和S309的处理持续T2秒。
按以上方式，该实施例能够获得和第五实施例一样的效果。
该实施例被布置成直接获得与参数h3对应的变化分量比率rkf2[h3]/rkg[h3]的值。然而，能够将参数h3和变化分量Cg[h3]的大小rkg[h3]之间的关系以及参数h3和变化分量Cf2[h3]的大小rkf2[h3]之间的关系预先存储在量程存储单元9a中，通过参考量程存储单元9a来获得与参数h3对应的rkg[h3]和rkf2[h3]的值，并从所获得的值得到变化分量比率rkf2[h3]/rkg[h3]。
另外，第五和第六实施例举例说明了将第一和第二励磁线圈3a和3b所产生的磁场之间的相位差切换为几乎为0或π的情况。然而，利用调制波使得不必切换磁场相位。举例说明参考角频率ω0的调幅，使得有可能使用由下式表示的磁场来代替式(38)和(39)。
B1＝b1·{1+ma·cos(ω1·t)}·cos(ω0·t)…(212)B2＝b2·{1-ma·cos(ω1·t)}·cos(ω0·t)…(213)其中ω1是调制波的角频率，ω0是载波角频率，ma是调幅指数。当利用这种调制波的励磁电流执行励磁时，指示相位差等于0的信号被输出到由电极2a和2b检测到的电极间电动势的角频率ω0分量，以便输出一等效于关于电极间电动势的角频率ω0±ω1分量的相位差π的信号。
接下来将描述本发明第七实施例。该实施例使用上述第三布置。根据该实施例的电磁流量计包括一个励磁线圈和两对电极，并且除信号处理系统以外，具有和图4所示电磁流量计一样的布置。因此，下面将利用图4中的附图标记来描述该实施例的原理。该实施例使用第一提取方法作为从合成矢量中提取A/t分量的方法，并使用第一校正方法作为流量校正方法。
假定向励磁线圈3提供具有角频率ω0的励磁电流，并提供参数h4。在这种情况下，根据式(69)、(93)和(99)，用下式来表示电极2a和2b之间的第一电极间电动势与电极2c和2d之间的第二电极间电动势之和E430s。
E430s＝rkg[h4]·exp{j·(θ3+θg[h4])}·exp(j·π/2)·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·ω0+rkf[h4]·exp{j·(θ3+θf[h4])}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·V …(214)假定向励磁线圈3提供具有角频率ω2的励磁电流，并提供参数h4。在这种情况下，根据式(69)、(93)和(99)，用下式来表示电极2a和2b之间的第一电极间电动势与电极2c和2d之间的第二电极间电动势之和E432s。
E432s＝rkg[h4]·exp{j·(θ3+θg[h4])}·exp(j·π/2)·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·ω2+rkf[h4]·exp{j·(θ3+θf[h4])}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·V …(215)假定向励磁线圈3提供具有角频率ω0的励磁电流，并提供参数h4。在这种情况下，根据式(70)、(93)和(99)，用下式来表示电极2a和2b之间的第一电极间电动势与电极2c和2d之间的第二电极间电动势之差E430d。
E430d＝rkg[h4]·exp{j·(θ3+θg[h4])}·exp(j·π/2)·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0+rkf[h4]·exp {j·(θ3+θf[h4])}·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·V …(216)假定向励磁线圈3提供具有角频率ω2的励磁电流，并提供参数h4。在这种情况下，根据式(70)、(93)和(99)，用下式来表示电极2a和2b之间的第一电极间电动势与电极2c和2d之间的第二电极间电动势之和E432d。
E432d＝rkg[h4]·exp{j·(θ3+θg[h4])}
·exp(j·π/2)·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω2+rkf[h4]·exp{j·(θ3+θf[h4])}·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·V …(217)在这种情况下，如果从包括励磁线圈3轴的平面PLN3到连接电极2a和2ba的电极轴EAX1的距离d2几乎等于平面PLN3到连接电极2c和2d的电极轴EAX2的距离d4(d3≈d4)，则b3≈b4，且Δθ4≈0。在这种情况下，将式(214)至(217)改写为如下E430s≈rkf[h4]·exp{j·(θ3+θf[h4])}·(2·b3·V)…(218)E432s≈rkf[h4]·exp{j·(θ3+θf[h4])}·(2·b3·V)…(219)E430d≈rkf[h4]·exp{j·(θ3+θf[h4])}·exp(j·π/2)·{2·b3·ω0} …(220)E432d≈rkf[h4]·exp{j·(θ3+θf[h4])}·exp(j·π/2)·{2·b3·ω2} …(221)即，因为电动势和E430s和E432s几乎只是基于v×B分量的电动势，并且电动势差E430d和E432d几乎只是基于A/t分量的电动势，所以可以减小提取A/t分量和v×B分量中的计算误差。这一点是第一和第二实施例之间技术意义上的差别。然而，注意将在假定b3≠b4及Δθ4≠0的情况下，来形成后面的理论。
令EdA41为通过获得电动势差E430d和E432d之差并使所得差乘以ω0/(ω0-ω2)而获得的结果，则由下式给出电动势差EdA41EdA41＝(E43 0d-E432d)·ω0/(ω0-ω2)＝rkf[h4]·exp(j·θg[h4])·exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0 …(222)按照式(222)，显然可以利用不同频率分量之间的输出差来提取合成矢量中的A/t分量。式(222)与流速大小V无关，因此是只由A/t所产生的分量。因此，利用电动势差EdA41，使测量除流速以外的流体状态或测量管道状态成为可能。
用Cg[h4]＝rkg[h4]·exp(j·θg[h4])来表示A/t分量中取决于参数h4的变化分量，并且A/t分量的剩下部分是在标定时设置的常数。根据式(222)，用下式来表示变化分量Cg[h4]。
Cg[h4]＝EdA41/[exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0] …(223)令m3b和θ3b为式(223)中的[exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}]的大小和角度，用下式来表示m3b和θ3bm3b＝{b32+b42+2·b3·b4·cos(Δθ4)}1/2…(224)θ3b＝tan-1[{b4·sin(Δθ4)}/{b3+b4·cos(Δθ4)}]+(π/2+θ3)…(225)按照式(223)至(225)，用下式来表示变化分量Cg[h4]的大小rkg[h4]及其关于实轴的角度θg[h4]rkg[h4]＝|EdA41|/(m3b·ω0) …(226)θg[h4]＝∠EdA41-θ3b …(227)可以根据在标定时预先通过测量等进行检查的参数h4与变化分量Cg[h4]之间关系、或参数h4与变化分量Cg[h4]的角度θg[h4]之间关系，来获得参数h4。利用所获得的参数h4，来校正作为应用于v×B分量的流速大小V的系数的量程。
如上所述，虽然电极间电动势之差更适于通过提取A/t分量来获取参数h4，但是电极间电动势之和更适于获取v×B分量。
令EdA42为通过获得电动势和E430s与E432s之差并使所得差值乘以ω0/(ω0-ω2)而获得的结果，则由下式给出电动势差EdA42EdA42＝(E430s-E432s)·ω0/(ω0-ω2)＝rkg[h4]·exp(j·θg[h4])·exp {j·(π/2+θ3)}·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·ω0 …(228)从电动势和E430s中消除差值EdA42，使按照下式来提取电动势和E430s中的v×B分量的电动势EvB4成为可能EvB4＝E430s-EdA42＝rkf[h4]·exp{j·(θ3+θf[h4])}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·V …(229)根据式(229)，可以利用式(224)的m3b通过下式来表示待测流体的流速大小V。
V＝|EvB4|/(rkf[h4]·m3b) …(230)
当与流体体积关联的参数如流体液位或混入的气泡量用作参数h4时，把流体横截面积表示为参数h4的函数S[h4]。此时，将式(230)改写为如下的流量Q方程Q＝|EvB4|/{rkf[h4]/S[h4]·m3b}…(231)注意，当与流体体积无关的参数用作参数h4时，流体横截面积S[h4]是常数值。
用函数rkf2[h4]来代替rkf[h4]/S[h4]，使得将式(231)改写为下式成为可能Q＝|EvB4|/(rkf2[h4]·m3b) …(232)因为可以在标定时检查参数h4与变化分量Cf2[h4]的大小rkf2[h4]之间的关系，所以可以从参数h4的值来获得变化分量Cf2[h4]的大小rkf2[h4]。即，可以校正量程变化分量。另外，因为m3b是已知值，所以能够从v×B分量的电动势EvB4的振幅来获得流量大小Q。
接下来将描述根据该实施例的电磁流量计的具体布置和操作。图23示出了根据该实施例的电磁流量计的布置。和图4中一样的附图标记表示图23中的相同部件。该实施例的电磁流量计包括测量管道1；第一电极2a和2b；第二电极2c和2d；励磁线圈3；电源单元4b；信号转换单元5b；以及流量计算单元12b。信号转换单元5b在第一和第二频率的每一频率下，获得第一电极2a和2b所检测到的第一合成电动势与第二电极2c和2d所检测到的和第一合成电动势的频率相同的第二合成电动势之间的电动势差，提取第一和第二频率下的电动势差之差作为A/t分量，在第一和第二频率的每一频率下获得具有相同频率的第一和第二合成电动势的电动势和，提取第一和第二频率的电动势和之差作为第二A/t分量，并通过从第一频率的电动势和中消除第二A/t分量来提取校正目标v×B分量。
励磁线圈3和电源单元4b组成励磁单元，向待测流体施加磁场。
流量计算单元12b包括状态定量化单元8b和流量校正单元11b。状态定量化单元8b包括状态存储单元6b，其预先存储取决于参数的变化分量的大小或相位与参数之间的关系；以及状态输出单元7b，其从所提取的第一A/t分量中提取取决于参数的变化分量的大小或相位，并根据状态存储单元6b中存储的关系来获得与所提取的变化分量的大小或相位对应的参数。流量校正单元11b包括量程存储单元9b，其预先存储参数与v×B分量的量程变化分量的大小之间的关系；以及流量输出单元10b，其根据量程存储单元9b中存储的关系、来获得与状态输出单元7b所获得的参数相对应的量程变化分量的大小，根据量程变化分量的大小来校正待校正的v×B分量的量程，并从所校正的v×B分量来计算流体流量。
电源单元4b以T秒为周期重复以下操作使第一励磁状态持续T1秒，其中向励磁线圈3提供具有第一角频率ω0的励磁电流；以及使第二励磁状态持续T2秒，其中向励磁线圈3提供具有第二角频率ω2的励磁电流。即，T＝T1+T2。
图24示出了信号转换单元5b和流量输出单元12b的操作。首先，在第一励磁状态下，信号转换单元5b获得电极2a和2b间第一电极间电动势的角频率ω0分量的电动势与电极2c和2d间第二电极间电动势的角频率ω0分量的电动势之和E430s的振幅r430s，并利用相位检测器(未示出)来获得实轴与电动势和E430s之间的相位差φ430s(图24中的步骤S401)。然后，在第一励磁状态下，信号转换单元5b获得第一电极间电动势的角频率ω0分量的电动势与第二电极间电动势的角频率ω0分量的电动势之差E430d的振幅r430d，并利用相位检测器来获得实轴与电动势差E430d之间的相位差φ430d(步骤S402)。
另外，在第二励磁状态下，信号转换单元5b获得电极2a和2b间第一电极间电动势的角频率ω2分量的电动势与电极2c和2d间第二电极间电动势的角频率ω2分量的电动势之和E432s的振幅r432s，并利用相位检测器来获得实轴与电动势和E432s之间的相位差φ432s(步骤S403)。然后，在第二励磁状态下，信号转换单元5b获得第一电极间电动势的角频率ω2分量的电动势与第二电极间电动势的角频率ω2分量的电动势之差E432d的振幅r432d，并利用相位检测器来获得实轴与电动势差E432d之间的相位差φ432d(步骤S404)。
然后，信号转换单元5b按照下式来计算电动势差E430d的实轴分量E430dx和虚轴分量E430dy以及电动势差E432d的实轴分量E432dx和E432dy(步骤S405)E430dx＝r430d·cos(φ430d)…(233)E430dy＝r430d·sin(φ430d)…(234)E432dx＝r432d·cos(φ432d)…(235)E432dy＝r432d·sin(φ432d)…(236)在计算式(233)至(236)后，信号转换单元5b获得电动势差E430d和E432d之差EdA41的大小和角度(步骤S406)。步骤S406中的处理对应于获得A/t分量的处理，并且等效于式(222)的计算。信号转换单元5b按照下式来计算差值EdA41的大小|EdA41||EdA41|＝{(E430dx-E432dx)2+(E430dy-E432dy)2}1/2·ω0/(ω0-ω2) …(237)然后，信号转换单元5b按照下式来计算差值EdA41关于实轴的角度∠EdA41∠EdA4 1＝tan-1{(E430dy-E432dy)/(E430dx-E432dx)} …(238)利用以上操作完成步骤S406的处理。
然后，信号转换单元5b按照下式来计算电动势和E430s的实轴分量E430sx和虚轴分量E430sy以及电动势和E432s的实轴分量E432sx和E432sy(步骤S407)E430sx＝r430s·cos(φ430s)…(239)E430sy＝r430s·sin(φ430s)…(240)E432sx＝r432s·cos(φ432s)…(241)E432sy＝r432s·sin(φ432s)…(242)在计算式(239)至(242)后，信号转换单元5b按照下式来计算电动势和E430s和E432s之差EdA42的实轴分量EdA42x和虚轴分量EdA42y(步骤S408)EdA42x＝(E430sx-E432sx)·ω0/(ω0-ω2)…(243)EdA42y＝(E43 0sy-E432sy)·ω0/(ω0-ω2) …(244)随后，信号转换单元5b通过从电动势和E430s中消除A/t分量(差值EdA42)，来获得电动势和E430s中的v×B分量的电动势EvB4(步骤S409)。步骤S409的处理等效于式(229)的计算。信号转换单元5b按照下式来计算基于v×B分量的电动势EvB4的大小|EvB4||EvB4|＝{(E430sx-EdA42x)2+(E430sy-EdA42y)2}1/2…(245)然后，状态输出单元7b按照下式从差值EdA41中提取取决于参数h4的变化分量Cg[h4]的大小rkg[h4]及其关于实轴的角度θg[h4](步骤S410)rkg[h4]＝|EdA41|/(m3b·ω0)…(246)θg[h4]＝∠EdA41-θ3b …(247)注意，m3b和θ3b(由第一励磁线圈3所产生的磁场B3的振幅b3、由第二励磁线圈3所产生的磁场B4的振幅b4以及磁场B3与ω0·t之间的相位差θ3及Δθ4)是可以预先通过标定等而获得的常数。
预先把参数h4与A/t分量中的变化分量Cg[h4]的大小rkg[h4]之间的关系或参数h4与变化分量Cg[h4]的角度θg[h4]之间的关系，以数学表达式或表的形式记录在状态存储单元6b中。可以在标定时获得h4与rkg[h4]或h4与θg[h4]之间的关系。
状态输出单元7b根据步骤S410中所提取的变化分量Cg[h4]的大小rkg[h4]或角度θg[h4]，通过参考状态存储单元6b来计算与rkg[h4]或θg[h4]对应的参数h4的值，或者从状态存储单元6b中获取该参数h4值(步骤S411)。
预先把参数h4与v×B分量中的量程变化分量Cf2[h4]的大小rkf2[h4]之间的关系，以数学表达式或表的形式记录在量程存储单元9a中。可以在标定时获得h4与rkf2[h4]之间的关系。
流量输出单元10b根据由状态输出单元7b所获得的参数h4，通过参考量程存储单元9b来计算与参数h4对应的变化分量Cf2[h4]的大小rkf2[h4]，或者从量程存储单元9b中获取变化分量Cf2[h4]的大小rkf2[h4](步骤S412)。
最后，流量输出单元10b按照下式来计算待测流体的流量大小Q(步骤S413)Q＝|Evb4|/(rkf2[h4]·m4b)…(248)流量计算单元12b以周期T执行上述步骤S401至S413的处理，直到例如操作者指示测量结束为止(步骤S414是)。注意，在第二励磁状态下，执行步骤S404至S414的处理持续T2秒。
如上所述，该实施例获得第一电极间电动势的角频率ω0分量与第二电极间电动势的角频率ω0分量之和E430s，第一电极间电动势的角频率ω0分量与第二电极间电动势的角频率ω0分量之差E430d，第一电极间电动势的角频率ω2分量与第二电极间电动势的角频率ω2分量之和E432s，以及第一电极间电动势的角频率ω2分量与第二电极间电动势的角频率ω2分量之差E432d。该实施例也从电动势差E430d和E432d提取差值EdA41(第一A/t分量)，从电动势和E430s和E432s提取差值EdA42(第二A/t分量)，通过从电动势和E430s中消除差值EdA42来提取电动势EvB4(v×B分量)，从差值EdA41中提取取决于参数h4的变化分量Cg[h4]的大小或相位，获得与变化分量Cg[h4]的大小或相位对应的参数h4，以及获得与参数h4对应的v×B分量的量程变化分量Cf2[h4]的大小，由此根据量程变化分量Cf2[h4]的大小来校正v×B分量的量程并计算流体的流量。因此，即使Cf2[h4]/Cg[h4]比率不是常数或者参数h4变化，也能够与流体流速无关地精确检测参数h4，并校正流体流量。这使高精度地测量流量成为可能。
在该实施例中，调节从包括励磁线圈3轴的平面PLN3到第一电极2a和2b的距离d3以及平面PLN3到第二电极2c和2d的距离d4，允许电动势和E430s和E432s几乎只是基于v×B分量的电动势，而且允许电动势差E430d和E432d几乎只是基于A/t分量的电动势。利用该处理，该实施例能够更有效地提取v×B分量和A/t分量，并且比第一和第二实施例更能减小计算误差。
以下描述将说明该实施例的电磁流量计的具体例子在流体16的液位h或横截面积S作为参数h4的情况下，根据流体16的液位或横截面积S来校正流体16的流量。在这种情况下，考虑液位h变化，如图25和26所示，励磁线圈3在和测量管道1水平的方向上排列，且电极2a和2c位于测量管道1之下。当照这样使用第一和第二电极的每一个时，能够将用于使流体16的电势接地的接地环(未示出)设置在测量管道1上，并且信号转换单元5b把电极2a与地电势之间的电势差用作第一电极间电动势，并检测电极2c与地电势之间的电势差作为第二电极间电动势。
当流体16的液位h或横截面积S变化时，A/t分量中的变化分量Cg[h4]的大小rkg[h4]值也将变化。图27示出了流体16的液位h或横截面积S(参数h4)与变化分量Cg[h4]的大小rkg[h4]之间的关系的例子。图27所示的关系随测量管道1的形状等而变。因此，通过设计时的理论公式或标定时的测量来获得该关系，并预先将其存储在状态存储单元6b中，使得有可能根据步骤S410中所获得的变化分量Cg[h4]的大小rkg[h4]来获得步骤S411中的流体16的液位h或横截面积S，并在步骤S412和S413中根据流体16的液位h或横截面积S来校正流体16的流量。
变化分量Cg[h4]的大小rkg[h4]值与流速无关，并且流体液位低时的rkg[h4]值大于测量管道充满流体时的rkg2[h4]值。这一特性防止了如常规电磁流量计中那样当流体液位变低时信号变小，并且即使当流体液位变低时也能确保流量测量的高精度。
接下来将描述本发明第八实施例。和第七实施例一样，该实施例使用第三布置。第八实施例使用第一提取方法作为从合成矢量中提取A/t分量的方法，并使用第二校正方法作为流量校正方法。因为直到获得参数h4的点，该实施例的原理都和第七实施例相同，所以下面将只描述获得参数h4之后的不同之处。
用下式来表示通过用电动势差E430d与E432d之差EdA41对v×B分量的电动势EvB4进行标准化、并使结果值乘以ω0所获得的标准化电动势EvBn4。
EvBn4＝EvB4/EdA41·ω0＝(rkf[h4]/rkg[h4])·V·exp{j·(θf[h4]-θg[h4]-π/2)}…(249)使通过利用差值EdA41对v×B分量的电动势EvB4进行标准化所得的结果乘以ω0的原因是，从应用于流速大小V的系数中消去励磁角频率ω0。
按照式(249)，可以用下式来表示待测流体的流速大小VV＝|Evbn4|/(rkf[h4]/rkg[h4])…(250)当与待测流体的体积关联的参数用作h4时，把待测流体的横截面积表示为参数h4的函数S[h4]。此时，将式(250)改写为如下的流量方程Q＝|Evbn4|/{(rkf[h4]/S[h4])/rkg[h4]}…(251)用函数rkf2[h4]来代替rkf[h4]/S[h4]，使得将式(251)改写为下式成为可能Q＝|Evbn4|/(rkf2[h4]/rkg[h4]) …(252)因为可以在标定时检查参数h4和变化分量比率rkf2[h4]/rkg[h4]之间的关系，所以可以从参数h4的值获得变化分量比率rkf2[h4]/rkg[h4]的值。即，可以校正量程变化分量，并能够从标准化电动势EvBn4的振幅获得流量大小Q。
接下来将描述该实施例的电磁流量计的具体布置和操作。该实施例的电磁流量计的布置和第七实施例中一样，因此将参考图23中的附图标记进行描述。电源单元4b的操作和第七实施例中一样。图28示出了根据该实施例的信号转换单元5b和流量计算单元12b的操作。和图28中一样的附图标记表示图24中的相同处理。
步骤S401至S411中的处理和第七实施例中一样。预先把参数h4和变化分量比率rkf2[h4]/rkg[h4]之间的关系，以数学表达式或表的形式记录在量程存储单元9a中。可以在标定时获得h4和rkf2[h4]/rkg[h4]之间的关系。在这种情况下，rkg[h4]对应于从电动势差之差所获得的A/t分量(差值EdA41)和从电动势和之差所获得的A/t分量(差值EdA42)两者。
流量输出单元10b根据状态输出单元7b所获得的参数h4、通过参考量程存储单元9b来计算与参数h4对应的变化分量比率rkf2[h4]/rkg[h4]，或从量程存储单元9b中获取变化分量比率rkf2[h4]/rkg[h4](步骤S415)。
信号转换单元5b按照下式，来获得通过用差值EdA41对v×B分量的电动势EvB4进行标准化所得的标准化电动势EvBn4的大小|EvBn4|(步骤S416)。步骤S416的处理等效于式(249)的计算。
|EvBn4|＝|EvB4|/|EdA41|·ω0…(253)最后，流量输出单元10b按照下式来计算待测流体的流量大小Q(步骤S417)Q＝|Evbn4|/(rkf2[h4]/rkg[h4]) …(254)流量计算单元12b以周期T执行上述步骤S401至S411和S415至S417的处理，直到例如操作者指示测量结束为止(步骤S414是)。注意，在第二励磁状态下执行步骤S403至S411、S415至S417和S414的处理持续T2秒。
按以上方式，该实施例能够获得和第七实施例一样的效果。
该实施例被布置成直接获得与参数h4对应的变化分量比率rkf2[h4]/rkg[h4]的值。然而，能够将参数h4和变化分量Cg[h4]的大小rkg[h4]之间的关系以及参数h4和变化分量Cf2[h4]的大小rkf2[h4]之间的关系预先记录在量程存储单元9b中，通过参考量程存储单元9b来获得与参数h4对应的rkg[h4]和rkf2[h4]的值，并从所获得的值得到变化分量比率rkf2[h4]/rkg[h4]。
另外，第七和第八实施例举例说明了将励磁角频率切换为ω0或ω2的情况。然而，利用包含角频率ω0和ω2分量的励磁电流执行励磁，使得不必切换励磁频率。这能够以更高速度来计算流量大小Q。例如，能够使用由下式表示的磁场来代替式(57)和(58)。
B3＝b3·cos(ω0·t-θ3)+b3·cos(ω2·t-θ3)…(255)B4＝b4·cos(ω0·t-θ4)+b4·cos(ω2·t-θ4)…(256)[第九实施例]接下来将描述本发明第九实施例。该实施例使用上述第三布置。根据该实施例的电磁流量计包括一个电磁线圈和两对电极，并且除信号处理系统以外，具有和图4所示电磁流量计相同的布置。因此，将利用图4中的附图标记来描述该实施例的原理。该实施例使用第二提取方法作为从合成矢量中提取A/t分量的方法，并使用第一校正方法作为流量校正方法。
假定向励磁线圈3提供具有角频率ω0的励磁电流，并提供参数h5。在这种情况下，根据式(69)、(93)和(99)，用下式来表示电极2a和2b之间的第一电极间电动势与电极2c和2d之间的第二电极间电动势之和E530s。
E530s＝rkg[h5]·exp {j·(θ3+θg[h5])}·exp(j·π/2)·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·ω0+rkf[h5]·exp{j·(θ3+θf[h5])}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·V…(257)假定向励磁线圈3提供具有角频率ω0的励磁电流，并提供参数h5。在这种情况下，根据式(70)、(93)和(99)，用下式来表示电极2a和2b之间的第一电极间电动势与电极2c和2d之间的第二电极间电动势之差E530d。
E530d＝rkg[h5]·exp{j·(θ3+θg[h5])}·exp(j·π/2)·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0+rkf[h5]·exp{j·(θ3+θf[h5])}·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·V …(258)如果在初始状态下(标定时)把励磁线圈3所产生的磁场B3和B4设为相等，则此后磁场B3和B4之差将减小。式(258)中的以下近似表达式成立。
|b3+b4·exp(j·Δθ4)|＞＞|b3-b4·exp(j·Δθ4)| …(259)|rkg[h5]·ω0·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}|＞＞|rkf[h5]·V·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}|…(260)以下表达式代表利用表达式(260)的条件来近似式(258)中的电动势差E530d所得的电动势差EdA5。
EdA5≈E530d …(261)EdA5＝rkg[h5]·exp{j·θg[h5]}·exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0 …(262)在式(261)中，可以利用电极间电动势之差来提取合成矢量中的A/t分量。式(262)与流速大小V无关，因此只是由A/t所产生的分量。可以利用电动势差EdA5来测量除流速以外的流体状态以及测量管道状态。
用Cg[h5]＝rkg[h5]·exp(j·θg[h5])来表示A/t分量中取决于h5的变化分量，并且A/t分量的剩下部分是在标定时设置的常数。用式(262)来表示变化分量Cg[h5]。
Cg[h5]＝EdA5/[exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0] …(263)令m3b为[exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}]的大小，令θ3b为角度，用式(224)和(225)来表示m3b和θ3b。
一旦将式(224)和(225)应用于式(263)，就用下式来表示变化分量Cg[h5]的大小rkg[h5]及其关于实轴的角度θg[h5]rkg[h5]＝|EdA5 |/(m3b·ω0) …(264)θg[h5]＝∠EdA5-θ3b…(265)可以根据在标定时预先通过测量等进行检查的参数h5与变化分量Cg[h5]之间关系、或参数h5与变化分量Cg[h5]的角度θg[h5]之间关系，来获得参数h5。利用所获得的参数h5，来校正作为应用于v×B分量的流速大小V的系数的量程。
如上所述，一旦提取A/t分量，虽然方便的是从电极间电动势之差来获得参数h5，但是方便的是从电极间电动势之和来获得v×B分量。
也可以和第七实施例中一样利用不同的频率来提取v×B分量。然而，如式(218)中所述，当从包括励磁线圈3轴的平面PLN3到连接电极2a和2b的电极轴EAX1的距离d3基本上等于平面PLN3到连接电极2c和2d的电极轴EAX2的距离d4时，可以假定式(257)中的电动势和E530s仅仅是v×B分量的电动势。在这种情况下，用下式来表示v×B分量的电动势EvB5。
EvB5＝rkf[h5]·exp{j·(θ3+θf[h5])}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·V…(266)根据式(266)，可以利用式(224)的m3b通过下式来表示待测流体的流速大小V。
V＝|Evb5|/(rkf[h5]·m3b) …(267)
当与流体体积关联的参数如流体液位或混入的气泡量用作参数h5时，把流体横截面积表示为参数h5的函数S[h5]。此时，将式(267)改写为如下的流量Q方程Q＝|Evb5|/{rkf[h5]/S[h5]·m3b}…(268)用函数rkf2[h5]来代替rkf[h5]/S[h5]，使得将式(268)改写为下式成为可能Q＝|Evb5|/(rkf2[h5]·m3b) …(269)因为可以在标定时检查参数h5与变化分量Cf2[h5]的大小rkf2[h5]之间的关系，所以可以从参数h5的值来获得变化分量Cf2[h5]的大小rkf2[h5]。即，可以校正量程变化分量。另外，因为m3b是己知值，所以能够从v×B分量的电动势Evb5的振幅来获得流量大小Q。
接下来将描述根据该实施例的电磁流量计的具体布置和操作。根据该实施例的电磁流量计的布置和第七实施例的电磁流量计一样。因此，和图23中一样的附图标记表示该实施例中的相同部件。该实施例的电磁流量计包括测量管道1；第一电极2a和2b；第二电极2c和2d；励磁线圈3；电源单元4b；信号转换单元5b，该信号转换单元5b从第一电极2a和2b所检测到的第一合成电动势与第二电极2c和2d所检测到的第二合成电动势之间的电动势差来提取A/t分量，并从第一和第二合成电动势的电动势和来提取校正目标v×B分量；以及流量计算单元12b。
流量计算单元12b包括状态定量化单元8b和流量校正单元11b。状态定量化单元8b包括状态存储单元6b和状态输出单元7b。流量校正单元11b包括量程存储单元9b和流量输出单元10b。
电源单元4b向励磁线圈3提供具有角频率ω0的励磁电流。图29是示出根据该实施例的信号转换单元5b和流量计算单元12b的操作的流程图。首先，信号转换单元5b获得电极2a和2b间第一电极间电动势的角频率ω0分量的电动势与电极2c和2d间第二电极间电动势的角频率ω0分量的电动势之和E530s的振幅r530s，并利用相位检测器(未示出)来获得实轴与电动势和E530s之间的相位差φ530s(图29中的步骤S501)。随后，信号转换单元5b获得第一电极间电动势的角频率ω0分量的电动势与第二电极间电动势的角频率ω0分量的电动势之差E530d的振幅r530d，并利用相位检测器来获得实轴与电动势差E530d之间的相位差φ530d(步骤S502)。
接着，信号转换单元5b获得近似于电动势差E530d的电动势差EdA5的大小和角度(步骤S503)。步骤S503的处理对应于获得A/t分量的处理，并等效于式(262)的计算。信号转换单元5b按照下式来计算电动势差EdA5的大小|EdA5||EdA5|＝r530d …(270)然后，信号转换单元5b按照下式来计算电极间电动势EdA5关于实轴的角度∠EdA5∠EdA5＝φ530d…(271)利用以上操作完成步骤S503的处理。
随后，信号转换单元5b获得电动势E530s中的v×B分量的电动势EvB5(步骤S504)。信号转换单元5b按照下式来计算基于v×B分量的电动势EvB5的大小|EvB5||EvB5|＝r530s …(272)然后，状态输出单元7b按照下式从电动势差EdA5中提取取决于参数h5的变化分量Cg[h5]的大小rkg[h5]和角度θg[h5](步骤S505)rkg[h5]＝|EdA5|/(m3b·ω0)…(273)θg[h5]＝∠EdA5-θ3b …(274)注意，m3b和θ3b(励磁线圈3所产生的磁场B3和B4的振幅b3和b4，以及ω0·t与磁场B3之间的相位差θ1及Δθ4)是可以预先通过标定等而获得的常数。
预先把参数h5与A/t分量中的变化分量Cg[h5]的大小rkg[h5]之间的关系或参数h5与变化分量Cg[h5]的角度θg[h5]之间的关系，以数学表达式或表的形式记录在状态存储单元6b中。可以在标定时获得h5与rkg[h5]或h5与θg[h5]之间的关系。
状态输出单元7b根据步骤S505中所提取的变化分量Cg[h5]的大小rkg[h5]或角度θg[h5]，通过参考状态存储单元6b来计算与rkg[h5]或θg[h5]对应的参数h5的值，或者从状态存储单元6b中获取该参数h5值(步骤S506)。
预先把参数h5与v×B分量中的量程变化分量Cf2[h5]的大小rkf2[h5]之间的关系，以数学表达式或表的形式记录在量程存储单元9b中。可以在标定时获得h5与rkf2[h5]之间的关系。
流量输出单元10b根据由状态输出单元7b所获得的参数h5，通过参考量程存储单元9b来计算与参数h5对应的变化分量Cf2[h5]的大小rkf2[h5]，或者从量程存储单元9b中获取变化分量Cf2[h5]的大小rkf2[h5](步骤S507)。
最后，流量输出单元10b按照下式来计算待测流体的流量大小Q(步骤S508)Q＝|Evb5|/(rkf2[h5]·m3b)…(275)流量计算单元12b以预定周期执行上述步骤S501至S508的处理，直到例如操作者指示测量结束为止(步骤S509是)。
如上所述，根据上述实施例，注意当把励磁线圈3所产生的磁场B3和B4的振幅调节为相等时，可以近似地提取电动势差E530d作为A/t分量，并可以近似地提取电动势和E530s作为v×B分量。该实施例被布置成从A/t分量中提取取决于参数h5的变化分量Cg[h5]的大小或相位，获得与变化分量Cg[h5]的大小或相位对应的参数h5，并获得与参数h5对应的v×B分量的量程变化分量Cf2[h5]的大小，由此根据量程变化分量Cf2[h5]的大小来校正v×B分量的量程并计算流体的流量。因此，即使Cf2[h5]/Cg[h5]比率不是常数或者参数h5变化，也能够与流体流速无关地精确检测参数h5，并校正流体流量。这使高精度地测量流量成为可能。
接下来将描述本发明第十实施例。和第九实施例一样，该实施例使用第三布置。第十实施例使用第二提取方法作为从合成矢量中提取A/t分量的方法，并使用第二校正方法作为流量校正方法。因为直到获得参数h5的点，该实施例的原理都和第七实施例相同，所以下面将只描述获得参数h5之后的不同之处。
用下式来表示通过用电动势差EdA5对v×B分量的电动势EvB5进行标准化并使结果值乘以ω0所获得的标准化电动势EvBn5。
EvBn5＝EvB5/EdA5·ω0＝(rkf[h5]/rkg[h5])·V·exp{j·(θf[h5]-θg[h5]-π/2)} …(276)使通过利用电动势差EdA5对v×B分量的电动势EvB5进行标准化所得的结果乘以ω0的原因是，从应用于流速大小V的系数中消去励磁角频率ω0。
按照式(276)，可以用下式来表示待测流体的流速大小VV＝|Evbn5|/(rkf[h5]/rkg[h5]) …(277)当与待测流体的体积关联的参数用作h5时，把待测流体的横截面积表示为参数h5的函数S[h5]。此时，将式(277)改写为如下的流量方程Q＝|Evbn5|/{(rkf[h5]/S[h5])/rkg[h5]} …(278)用函数rkf2[h5]来代替rkf[h5]/S[h5]，使得将式(278)改写为下式成为可能Q＝|Evbn5|/(rkf2[h5]/rkg[h5])…(279)因为可以在标定时检查参数h5和变化分量比率rkf2[h5]/rkg[h5]之间的关系，所以可以从参数h5的值获得变化分量比率rkf2[h5]/rkg[h5]的值。即，可以校正量程变化分量，并能够从标准化电动势EvBn5的振幅获得流量大小Q。
接下来将描述该实施例的电磁流量计的具体布置和操作。该实施例的电磁流量计的布置和第九实施例中一样，因此将参考图23中的附图标记进行描述。电源单元4b的操作和第九实施例中一样。图30示出了根据该实施例的信号转换单元5b和流量计算单元12b的操作。和图30中一样的附图标记表示图29中的相同处理。
步骤S501至S506中的处理和第九实施例中一样。预先把参数h5和变化分量比率rkf2[h5]/rkg[h5]之间的关系，以数学表达式或表的形式记录在量程存储单元9a中。可以在标定时获得h5和rkf2[h5]/rkg[h5]之间的关系。
流量输出单元10b根据状态输出单元7b所获得的参数h5、通过参考量程存储单元9b来计算与参数h5对应的变化分量比率rkf2[h5]/rkg[h5]，或从量程存储单元9b中获取变化分量比率rkf2[h5]/rkg[h5](图30中的步骤S510)。
信号转换单元5b按照下式，来获得通过用电动势差EdA5对v×B分量的电动势EvB5进行标准化所得的标准化电动势EvBn5的大小|EvBn5|(步骤S511)。步骤S511的处理等效于式(276)的计算。
|EvBn5|＝|EvB5|/|EdA5|·ω0 …(280)最后，流量输出单元10b按照下式来计算待测流体的流量大小Q(步骤S512)Q＝|Evbn5|/(rkf2[h5]/rkg[h5]) …(281)流量计算单元12b以预定周期执行上述步骤S501至S506和S510至S512的处理，直到例如操作者指示测量结束为止(步骤S509是)。注意，在第二励磁状态下执行步骤S503至S511、S515至S517和S514的处理持续T2秒。
按以上方式，该实施例能够获得和第九实施例一样的效果。
该实施例被布置成直接获得与参数h5对应的变化分量比率rkf2[h5]/rkg[h5]的值。然而，能够将参数h5和变化分量Cg[h5]的大小rkg[h5]之间的关系以及参数h5和变化分量Cf2[h5]的大小rkf2[h5]之间的关系预先记录在量程存储单元9b中，通过参考量程存储单元9b来获得与参数h5对应的rkg[h5]和rkf2[h5]的值，并从所获得的值得到变化分量比率rkf2[h5]/rkg[h5]。
注意，第一至第十实施例举例说明了包括测量管道1的电磁流量计。然而，将省略了测量管道1的布置设置在现有通道中，使形成本发明的电磁流量计成为可能。图31示出了把根据第一和第二实施例的电磁流量计设置在现有通道中的一种布置。图32示出了把根据第三至第六实施例的电磁流量计设置在现有通道中的一种布置。图33示出了把根据第七至第十实施例的电磁流量计设置在现有通道中的一种布置。
参考图31至33，附图标记2e表示接地电极；附图标记14表示现有通道。在图31和32所示的每一种情况下，信号转换单元5或5a能够检测电极2a与接地电极2e之间的电势差作为电极间电动势。在图33所示的情况下，信号转换单元5b能够检测电极2a和接地电极2e之间的电势差作为第一电极间电动势，并检测电极2c和接地电极2e之间的电势差作为第二电极间电动势。
在第一至第十实施例的每个实施例中，可以用包括中央处理器(CPU)、存储单元、接口以及控制硬件资源的程序的计算机，来实施除电动势检测单元以外的信号转换单元5、5a或5b以及流量计算单元12、12a或12b的部件。CPU按照存储单元中所存储的程序来执行以上处理。
另外，第一至第十实施例的每个实施例都采用把正弦波用作励磁电流的正弦波励磁方案。然而，每个实施例可以采用把矩形波用作励磁电流的矩形波励磁方案，因为可以把矩形波看作正弦波的组合。
如图34所示，第一至第十实施例的每个实施例可以使用从测量管道1的内壁暴露并和待测流体接触的类型的电极，或不和待测流体接触的电容耦合型电极，来作为电极2a、2b、2c和2d。当电极2a、2b、2c和2d为电容耦合型电极时，它们被涂上由测量管道1内壁上所形成的陶瓷、特氟隆等构成的里衬13。
此外，第一至第十实施例的每个实施例使用一对电极2a和 2b作为第一电极，并使用一对电极2c和2d作为第二电极。然而，本发明不限于此，而是可以使用第一和第二电极的每一个电极。如果只使用一个电极，则因为将用于使待测流体的电势接地的接地环或接地电极设置在测量管道1上，所以能够利用信号转换单元5、5a或5b来检测单个电极所产生的电动势(与地电势的电势差)。当使用一对电极时，电极轴被定义为连接这对电极的直线。假定只使用一个电极。在这种情况下，假定虚电极位于关于包括单个实电极的平面PLN上的测量管道轴PAX与该实电极相对的位置，且电极轴被定义为连接实电极和虚电极的一条直线。
根据本发明，从取决于流体流速的v×B分量和与流体流速无关的A/t分量的合成矢量中提取A/t分量。利用该提取的A/t分量，使得有可能与流速无关地检测流体的特性或状态或测量管道状态。另外，利用A/t分量与v×B分量之间的关系，使得即使在v×B分量和A/t分量之间取决于流体特性或状态或测量管道状态的变化分量比率不是常数，或流体特性或状态或测量管道状态变化的情况下，也有可能与流体流速无关地校正流体的流量。因此，本发明能够精确地测量待测流体的真实流量。
权利要求
1.一种电磁流量计，其特征在于包括测量管道(1)，待测流体流过所述测量管道(1)；电极(2a、2b、2c、2d)，所述电极(2a、2b、2c、2d)位于所述测量管道中，并检测由施加于流体的磁场和流体流动所产生的电动势；励磁单元(3、3a、3b、4、4a、4b)，所述励磁单元(3、3a、3b、4、4a、4b)向流体施加一关于第一平面不对称的时变磁场，所述第一平面包括所述电极且垂直于所述测量管道的轴方向；信号转换单元(5、5a、5b)，所述信号转换单元(5、5a、5b)从基于A/t分量的电动势和基于v×B分量的电动势的合成电动势中，提取与流体流速无关的A/t分量以及由流体流速所引起的v×B分量，A、t、v和B分别代表矢势、时间、流速和磁通密度；以及流量计算单元(12、12a、12b)，所述流量计算单元(12、12a、12b)从由所述信号转换单元所提取的A/t分量中提取取决于参数的变化分量，根据该变化分量来校正作为应用于由所述信号转换单元输入的v×B分量的流速大小V的系数的量程，并从经过量程校正的v×B分量来计算流体的流量，所述参数是与流体流量无关的流体特性和状态和所述测量管道状态至少之一。
2.根据权利要求1所述的流量计，其中所述流量计算单元包括状态定量化单元(8、8a、8b)，所述状态定量化单元(8、8a、8b)从由所述信号转换单元所提取的A/t分量中提取取决于参数的变化分量，并根据该变化分量来定量化参数；以及流量校正单元(11、11a、11b)，所述流量校正单元(11、11a、11b)根据由所述状态定量化单元所定量化的参数来校正由所述信号转换单元所输入的v×B分量的量程，并从经过量程校正的v×B分量计算流体的流量。
3.根据权利要求2所述的流量计，其中所述状态定量化单元包括状态存储单元(6、6a、6b)，所述状态存储单元(6、6a、6b)预先存储参数和取决于参数的变化分量之间的关系；以及状态输出单元(7、7a、7b)，所述状态输出单元(7、7a、7b)从由所述信号转换单元所提取的A/t分量中提取取决于参数的变化分量，并根据所述状态存储单元中存储的关系来获得与所提取的变化分量对应的参数，以及所述流量校正单元包括量程存储单元(9、9a、9b)，所述量程存储单元(9、9a、9b)预先存储参数与v×B分量的量程变化分量的关系；以及流量输出单元(10、10a、10b)，所述流量输出单元(10、10a、10b)根据所述量程存储单元中存储的关系来获得与状态输出单元所获得的参数相对应的量程变化分量，根据量程变化分量来校正由所述信号转换单元输入的v×B分量的量程，并从经过量程校正的v×B分量计算流体流量。
4.根据权利要求3所述的流量计，其中所述信号转换单元从通过所述电极所检测到的合成电动势中提取A/t分量和v×B分量，获得通过用所提取的A/t分量对所提取的v×B分量进行标准化所得的v×B分量，并把该标准化v×B分量作为校正目标v×B分量输出到所述流量输出单元。
5.根据权利要求3所述的流量计，其中所述励磁单元以同时定时和交替定时之一向流体施加磁场，以便提供多种励磁频率，以及所述信号转换单元通过获得由所述电极在同时定时和交替定时之一下所检测到的合成电动势中的多个频率分量的振幅和相位，来提取A/t分量和v×B分量。
6.根据权利要求5所述的流量计，其中所述励磁单元包括励磁线圈(3)，所述励磁线圈(3)位于和第一平面相隔一偏移量的位置，所述第一平面包括所述电极(2a、2b)且垂直于所述测量管道的轴方向；以及电源单元(4)，所述电源单元(4)以同时定时和交替定时之一向励磁线圈提供励磁电流，以便提供包括第一频率和第二频率的两种不同励磁频率，所述信号转换单元(5)获得由所述电极所检测到的合成电动势的第一频率和第二频率这两个频率分量的振幅和相位，根据这些振幅和相位来提取这两个频率分量之间的电动势差作为A/t分量，并通过从合成电动势的第一频率分量中消除所提取的A/t分量来提取合成电动势的v×B分量，所述状态存储单元(6)预先存储参数和取决于参数的变化分量的大小和相位之一之间的关系，所述状态输出单元(7)从由所述信号转换单元所提取的A/t分量中提取取决于参数的变化分量的大小和相位之一，并根据所述状态存储单元中所存储的关系来获得与所提取的变化分量的大小和相位之一对应的参数，所述量程存储单元(9)预先存储参数与v×B分量的量程变化分量的大小之间的关系，以及所述流量输出单元(10)根据所述量程存储单元中所存储的关系，来获得与所述状态输出单元所获得的参数相对应的量程变化分量的大小，根据量程变化分量的大小来校正由所述信号转换单元输入的v×B分量的量程，并从经过量程校正的v×B分量来计算流体的流量。
7.根据权利要求5所述的流量计，其中所述励磁单元包括励磁线圈(3)，所述励磁线圈(3)位于和第一平面相隔一偏移量的位置，所述第一平面包括所述电极(2a、2b)且垂直于所述测量管道的轴方向；以及电源单元(4)，所述电源单元(4)以同时定时和交替定时之一向励磁线圈提供励磁电流，以便提供包括第一频率和第二频率的两种不同励磁频率，所述信号转换单元(5)获得由所述电极所检测到的合成电动势的第一频率和第二频率这两个频率分量的振幅和相位，根据这些振幅和相位来提取这两个频率分量之间的电动势差作为A/t分量，通过从合成电动势的第一频率分量中消除所提取的A/t分量来提取合成电动势的v×B分量，并通过用所提取的A/t分量对所提取的v×B分量进行标准化来获得作为校正目标的v×B分量，所述状态存储单元(6)预先存储参数和取决于参数的变化分量的大小和相位之一之间的关系，所述状态输出单元(7)从由所述信号转换单元所提取的A/t分量中提取取决于参数的变化分量的大小和相位之一，并根据所述状态存储单元中所存储的关系来获得与所提取的变化分量的大小和相位之一对应的参数，所述量程存储单元(9)预先存储参数和v×B分量的量程变化分量大小与A/t分量的变化分量大小的比率之间的关系，以及所述流量输出单元(10)根据所述量程存储单元中所存储的关系，来获得与所述状态输出单元所获得的参数相对应的比率，根据该比率来校正由所述信号转换单元输入的v×B分量的量程，并从经过量程校正的v×B分量来计算流体的流量。
8.根据权利要求5所述的流量计，其中所述励磁单元包括第一励磁线圈(3a)，所述第一励磁线圈(3a)位于和第一平面相隔第一偏移量的位置，所述第一平面包括所述电极(2a、2b)且垂直于所述测量管道的轴方向；第二励磁线圈(3b)，所述第二励磁线圈(3b)位于和第一平面相隔第二偏移量的位置，以便关于第一平面与第一励磁线圈相对；以及电源单元(4a)，所述电源单元(4a)以同时定时和交替定时之一向第一励磁线圈和第二励磁线圈提供励磁电流，以便提供包括第一频率和第二频率的两种不同励磁频率，同时在提供给第一励磁线圈的励磁电流和提供给第二励磁线圈的励磁电流之间切换相位差，所述信号转换单元(5a)在第一励磁线圈所产生的第一磁场和第二励磁线圈所产生的第二磁场之间的相位差几乎为π的励磁状态下，获得由所述电极所检测到的合成电动势的第一频率和第二频率这两个频率分量的振幅和相位，根据这些振幅和相位来提取磁场间相位差几乎为π的励磁状态下的这两个频率分量之间的电动势差，作为第一A/t分量，获得磁场间相位差几乎为0的励磁状态下的这两个频率分量的振幅和相位，根据这些振幅和相位来提取磁场间相位差几乎为0的励磁状态下的这两个频率分量之间的电动势差，作为第二A/t分量，以及通过从由所述电极在磁场间相位差几乎为0的励磁状态下所检测到的合成电动势的第一频率中消除所提取的第二A/t分量，来提取v×B分量，所述状态存储单元(6a)预先存储参数和取决于参数的变化分量的大小和相位之一之间的关系，所述状态输出单元(7a)从由所述信号转换单元所提取的第一A/t分量中提取取决于参数的变化分量的大小和相位之一，并根据所述状态存储单元中所存储的关系来获得与所提取的变化分量的大小和相位之一对应的参数，所述量程存储单元(9a)预先存储参数和v×B分量的量程变化分量的大小之间的关系，以及所述流量输出单元(10a)根据所述量程存储单元中所存储的关系，来获得与所述状态输出单元所获得的参数相对应的量程变化分量的大小，根据量程变化分量的大小来校正由所述信号转换单元输入的v×B分量的量程，并从经过量程校正的v×B分量来计算流体的流量。
9.根据权利要求5所述的流量计，其中所述励磁单元包括第一励磁线圈(3a)，所述第一励磁线圈(3a)位于和第一平面相隔第一偏移量的位置，所述第一平面包括所述电极(2a、2b)且垂直于所述测量管道轴方向；第二励磁线圈(3b)，所述第二励磁线圈(3b)位于和第一平面相隔第二偏移量的位置，以便关于第一平面与第一励磁线圈相对；以及电源单元(4a)，所述电源单元(4a)以同时定时和交替定时之一向第一励磁线圈和第二励磁线圈提供励磁电流，以便提供包括第一频率和第二频率的两种不同励磁频率，同时在提供给第一励磁线圈的励磁电流和提供给第二励磁线圈的励磁电流之间切换相位差，所述信号转换单元(5a)在第一励磁线圈所产生的第一磁场和第二励磁线圈所产生的第二磁场之间的相位差几乎为π的励磁状态下，获得由所述电极所检测到的合成电动势的第一频率和第二频率这两个频率分量的大小和相位，根据这些大小和相位来提取磁场间相位差几乎为π的励磁状态下的这两个频率分量之间的电动势差，作为第一A/t分量，获得磁场间相位差几乎为0的励磁状态下的这两个频率分量的大小和相位，根据这些大小和相位来提取磁场间相位差几乎为0的励磁状态下的这两个频率分量之间的电动势差，作为第二A/t分量，通过从由所述电极在磁场间相位差几乎为0的励磁状态下所检测到的合成电动势的第一频率中消除所提取的第二A/t分量来提取v×B分量，以及通过用第一A/t分量对所提取的v×B分量进行标准化来获得作为校正目标的v×B分量，所述状态存储单元(6a)预先存储参数和取决于参数的变化分量的大小和相位之一之间的关系，所述状态输出单元(7a)从由所述信号转换单元所提取的第一A/t分量中提取取决于参数的变化分量的大小和相位之一，并根据所述状态存储单元中所存储的关系来获得与所提取的变化分量的大小和相位之一对应的参数，所述量程存储单元(9a)预先存储参数和v×B分量的量程变化分量大小与A/t分量的变化分量大小的比率之间的关系，以及所述流量输出单元(10a)根据所述量程存储单元中所存储的关系，来获得与所述状态输出单元所获得的参数相对应的比率，根据该比率来校正由所述信号转换单元输入的v×B分量的量程，并从经过量程校正的v×B分量来计算流体的流量。
10.根据权利要求5所述的流量计，其中所述励磁单元包括励磁线圈(3)，所述励磁线圈(3)向流体施加磁场；以及电源单元(4b)，所述电源单元(4b)以同时定时和交替定时之一向励磁线圈提供励磁电流，以便提供包括第一频率和第二频率的两种不同励磁频率，所述电极包括第一电极(2a、2b)，所述第一电极(2a、2b)位于和第二平面相隔第一偏移量的位置，所述第二平面包括励磁线圈的轴且垂直于所述测量管道的轴方向；以及第二电极(2c、2d)，所述第二电极(2c、2d)位于和第二平面相隔第二偏移量的位置，以便关于第二平面与第一电极相对，所述信号转换单元(5b)获得由第一电极所检测到的第一合成电动势以及由第二电极所检测到的第二合成电动势的振幅和相位，对于第一频率和第二频率的每一频率，根据这些振幅和相位来获得第一合成电动势和第二合成电动势的相同频率分量之间的电动势差，提取第一频率下的电动势差与第二频率下的电动势差之间的差值作为第一A/t分量，对于第一频率和第二频率的每一频率，获得第一合成电动势和第二合成电动势的相同频率分量的电动势和，提取第一频率下的电动势和与第二频率下的电动势和之间的差值作为第二A/t分量，以及通过从第一频率下的电动势和消除第二A/t分量来提取v×B分量，所述状态存储单元(6b)预先存储参数和取决于参数的变化分量的大小和相位之一之间的关系，所述状态输出单元(7b)从由所述信号转换单元所提取的第一A/t分量中提取取决于参数的变化分量的大小和相位之一，并根据所述状态存储单元中所存储的关系来获得与所提取的变化分量的大小和相位之一对应的参数，所述量程存储单元(9b)预先存储参数和v×B分量的量程变化分量的大小之间的关系，以及所述流量输出单元(10b)根据所述量程存储单元中所存储的关系，来获得与所述状态输出单元所获得的参数相对应的量程变化分量的大小，根据量程变化分量的大小来校正由所述信号转换单元输入的v×B分量的量程，并从经过量程校正的v×B分量来计算流体的流量。
11.根据权利要求5所述的流量计，其中所述励磁单元包括励磁线圈(3)，所述励磁线圈(3)向流体施加磁场；以及电源单元(4b)，所述电源单元(4b)以同时定时和交替定时之一向励磁线圈提供励磁电流，以便提供包括第一频率和第二频率的两种不同励磁频率，所述电极包括第一电极(2a、2b)，所述第一电极(2a、2b)位于和第二平面相隔第一偏移量的位置，所述第二平面包括励磁线圈的轴且垂直于所述测量管道的轴方向；以及第二电极(2c、2d)，所述第二电极(2c、2d)位于和第二平面相隔第二偏移量的位置，以便关于第二平面与第一电极相对，所述信号转换单元(5b)获得由第一电极所检测到的第一合成电动势以及由第二电极所检测到的第二合成电动势的振幅和相位，对于第一频率和第二频率的每一频率，根据这些振幅和相位来获得第一合成电动势和第二合成电动势的相同频率分量之间的电动势差，提取第一频率下的电动势差与第二频率下的电动势差之间的差值作为第一A/t分量，对于第一频率和第二频率的每一频率，获得第一合成电动势和第二合成电动势的相同频率分量的电动势和，提取第一频率下的电动势和与第二频率下的电动势和之间的差值作为第二A/t分量，通过从第一频率下的电动势和消除第二A/t分量来提取v×B分量，以及通过用所提取的第一A/t分量对所提取的v×B分量进行标准化来获得作为校正目标的v×B分量，所述状态存储单元(6b)预先存储参数和取决于参数的变化分量的大小和相位之一之间的关系，所述状态输出单元(7b)从由所述信号转换单元所提取的第一A/t分量中提取取决于参数的变化分量的大小和相位之一，并根据所述状态存储单元中所存储的关系来获得与所提取的变化分量的大小和相位之一对应的参数，所述量程存储单元(9b)预先存储参数和v×B分量的量程变化分量大小与A/t分量的变化分量大小的比率之间的关系，以及所述流量输出单元(10b)根据所述量程存储单元中所存储的关系，来获得与所述状态输出单元所获得的参数相对应的比率，根据该比率来校正由所述信号转换单元输入的v×B分量的量程，并从经过量程校正的v×B分量来计算流体的流量。
12.根据权利要求3所述的流量计，其中所述励磁单元包括第一励磁线圈(3a)，所述第一励磁线圈(3a)位于和第一平面相隔第一偏移量的位置，所述第一平面包括所述电极(2a、2b)且垂直于所述测量管道的轴方向；第二励磁线圈(3b)，所述第二励磁线圈(3b)位于和第一平面相隔第二偏移量的位置，以便关于第一平面与第一励磁线圈相对；以及电源单元(4a)，所述电源单元(4a)向第一励磁线圈和第二励磁线圈提供励磁电流，以便提供其中第一励磁线圈所产生的第一磁场和第二励磁线圈所产生的第二磁场之间的相位差相互不同的两种励磁状态，以及所述信号转换单元(5a)通过获得由所述电极在励磁状态之一下所检测到的合成电动势的振幅和相位来提取A/t分量，并根据所提取的A/t分量以及由所述电极在另一励磁状态下所检测到的合成电动势的振幅和相位，来提取v×B分量。
13.根据权利要求12所述的流量计，其中所述信号转换单元(5a)通过获得由所述电极在第一磁场和第二磁场间相位差几乎为π的励磁状态下所检测到的合成电动势的振幅和相位，来提取A/t分量，并通过获得由所述电极在第一磁场和第二磁场间相位差几乎为0的励磁状态下所检测到的合成电动势的振幅和相位，来提取v×B分量，所述状态存储单元(6a)预先存储参数和取决于参数的变化分量的大小和相位之一之间的关系，所述状态输出单元(7a)从由所述信号转换单元所提取的A/t分量中提取取决于参数的变化分量的大小和相位之一，并根据所述状态存储单元中所存储的关系来获得与所提取的变化分量的大小和相位之一对应的参数，所述量程存储单元(9a)预先存储参数和v×B分量的量程变化分量的大小之间的关系，以及所述流量输出单元(10a)根据所述量程存储单元中所存储的关系，来获得与状态输出单元所获得的参数相对应的量程变化分量的大小，根据量程变化分量的大小来校正由所述信号转换单元输入的v×B分量的量程，并从经过量程校正的v×B分量来计算流体的流量。
14.根据权利要求12所述的流量计，其中所述信号转换单元(5a)通过获得由所述电极在第一磁场和第二磁场间相位差几乎为π的励磁状态下所检测到的合成电动势的振幅和相位，来提取A/t分量，通过获得由所述电极在第一磁场和第二磁场间相位差几乎为0的励磁状态下所检测到的合成电动势的振幅和相位，来提取v×B分量，并通过用所提取的A/t分量对所提取的v×B分量进行标准化来获得作为校正目标的v×B分量，所述状态存储单元(6a)预先存储参数和取决于参数的变化分量的大小和相位之一之间的关系，所述状态输出单元(7a)从由所述信号转换单元所提取的A/t分量中提取取决于参数的变化分量的大小和相位之一，并根据所述状态存储单元中所存储的关系来获得与所提取的变化分量的大小和相位之一对应的参数，所述量程存储单元(9a)预先存储参数和v×B分量的量程变化分量大小与A/t分量的变化分量大小的比率之间的关系，以及所述流量输出单元(10a)根据所述量程存储单元中所存储的关系，来获得与所述状态输出单元所获得的参数相对应的比率，根据该比率来校正由所述信号转换单元输入的v×B分量的量程，并从经过量程校正的v×B分量来计算流体的流量。
15.根据权利要求3所述的流量计，其中所述励磁单元包括励磁线圈(3)，所述励磁线圈(3)向流体施加磁场；以及电源单元(4b)，所述电源单元(4b)向励磁线圈提供励磁电流，所述电极包括第一电极(2a、2b)，所述第一电极(2a、2b)位于和第二平面相隔第一偏移量的位置，所述第二平面包括励磁线圈的轴且垂直于所述测量管道的轴方向；以及第二电极(2c、2d)，所述第二电极(2c、2d)位于和第二平面相隔第二偏移量的位置，以便关于第二平面与第一电极相对，以及所述信号转换单元(5b)获得第一电极所检测到的第一合成电动势和第二电极所检测到的第二合成电动势的每一个的振幅和相位，根据这些振幅和相位从第一合成电动势与第二合成电动势之间的电动势差中提取A/t分量，以及从第一合成电动势与第二合成电动势的电动势和中提取v×B分量。
16.根据权利要求15所述的流量计，其中所述信号转换单元(5b)获得第一电极所检测到的第一合成电动势和第二电极所检测到的第二合成电动势的每一个的振幅和相位，根据这些振幅和相位从第一合成电动势与第二合成电动势之间的电动势差中提取A/t分量，以及从第一合成电动势与第二合成电动势的电动势和中提取v×B分量，所述状态存储单元(6b)预先存储参数和取决于参数的变化分量的大小和相位之一之间的关系，所述状态输出单元(7b)从由所述信号转换单元所提取的第一A/t分量中提取取决于参数的变化分量的大小和相位之一，并根据所述状态存储单元中所存储的关系来获得与所提取的变化分量的大小和相位之一对应的参数，所述量程存储单元(9b)预先存储参数和v×B分量的量程变化分量的大小之间的关系，以及所述流量输出单元(10b)根据所述量程存储单元中所存储的关系，来获得与所述状态输出单元所获得的参数相对应的量程变化分量的大小，根据量程变化分量的大小来校正由所述信号转换单元输入的v×B分量的量程，并从经过量程校正的v×B分量来计算流体的流量。
17.根据权利要求15所述的流量计，其中所述信号转换单元(5b)获得第一电极所检测到的第一合成电动势和第二电极所检测到的第二合成电动势的每一个的振幅和相位，根据这些振幅和相位从第一合成电动势与第二合成电动势之间的电动势差中提取A/t分量，从第一合成电动势与第二合成电动势的电动势和中提取v×B分量，以及通过用所提取的A/t分量对所提取的v×B分量进行标准化来获得作为校正目标的v×B分量，所述状态存储单元(6b)预先存储参数和取决于参数的变化分量的大小和相位之一之间的关系，所述状态输出单元(7b)从由所述信号转换单元所提取的A/t分量中提取取决于参数的变化分量的大小和相位之一，并根据所述状态存储单元中所存储的关系来获得与所提取的变化分量的大小和相位之一对应的参数，所述量程存储单元(9b)预先存储参数和v×B分量的量程变化分量大小与A/t分量的变化分量大小的比率之间的关系，以及所述流量输出单元(10b)根据所述量程存储单元中所存储的关系，来获得与所述状态输出单元所获得的参数相对应的比率，根据该比率来校正v×B分量的量程，并从经过量程校正的v×B分量来计算流体的流量。
全文摘要
一种电磁流量计，包括测量管道、电极、励磁单元、信号转换单元和流量计算单元。该信号转换单元从基于A/t分量的电动势和基于v×B分量的电动势的合成电动势中，提取与流体流速无关的A/t分量以及由流体流速所引起的v×B分量，A、t、v和B分别代表矢势、时间、流速和磁通密度。该流量计算单元从由信号转换单元所提取的A/t分量中提取取决于参数的变化分量，根据该变化分量来校正作为应用于由信号转换单元输入的v×B分量的流速大小V的系数的量程，并从经过量程校正的v×B分量来计算流体的流量，该参数是与流体流量无关的流体特性和状态和测量管道状态至少之一。
文档编号G01F1/60GK1952608SQ200610135610
公开日2007年4月25日 申请日期2006年10月17日 优先权日2005年10月17日
发明者山本友繁 申请人:株式会社山武