專利名稱：狀態(tài)檢測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測流體的特性或狀態(tài)、磁場的狀態(tài)或測量管內(nèi)的狀態(tài)的狀態(tài) 檢測裝置。
背景技術(shù)：
一般來說，在使用流量計(jì)進(jìn)行流量測量的情況下，有如下的要求，即，希望在 檢測出被測量流體的流量的同時(shí)，檢測出該流體的特性或狀態(tài)或者流體所流過的配管內(nèi) 的狀態(tài)。例如，在混合藥液等的生產(chǎn)線中，在測量流體的流量的同時(shí)，測量導(dǎo)電率或介 電常數(shù)等流體的特性。另外，在附著物多的配管中，為了知道其維護(hù)周期而測量配管內(nèi) 的附著物的堆積狀態(tài)。像這樣，就要求在測量流體的流量的同時(shí)測量該流體的特性或狀 態(tài)或者流體所流過的配管內(nèi)的狀態(tài)，此外，還要求用與流量計(jì)基本上相同的硬件構(gòu)成來 實(shí)現(xiàn)這些測量。也就是說，期望可以在1臺(tái)測量機(jī)器中任意地選擇像測量流體的流量、測量流 體的狀態(tài)、以及同時(shí)測量流體的流量和狀態(tài)那樣各種各樣的使用方法。另外，由期望同 時(shí)進(jìn)行流量和狀態(tài)的測量可知，重要在于不管流體的流量如何都要測量出流體的特性或 狀態(tài)。這里，如果作為流量計(jì)將電磁流量計(jì)視為對象，則除了上述的要求以外，從電 磁流量計(jì)的自行診斷的側(cè)面考慮，還希望有配管內(nèi)的狀態(tài)的測量。例如，在從與流體接 觸的電極中取出電位的被稱作電極式的方式中，當(dāng)在電極上附著絕緣物等時(shí)，就不會(huì)精 度優(yōu)良地取出電位，從而無法測量正確的流量。該情況下，如果可以不中斷流量信號(hào)的 測量地判斷是流量在變化還是信號(hào)因附著物而變化，就可以預(yù)先防止流量測量值可疑之 類的問題。另外，一般來說，電磁流量計(jì)在所施加的磁場變動(dòng)的情況下，就會(huì)在流量測 量值中產(chǎn)生誤差。此時(shí)，如果知道對流體施加的磁場的狀態(tài)，就可以判斷此時(shí)產(chǎn)生的輸 出異常是由流量的變化引起的，還是由對流體施加的磁場異常引起的，作為流量計(jì)可以 具有自行診斷功能。如上所述，希望有針對用與流量計(jì)基本上相同的硬件構(gòu)成來進(jìn)行流量以外的各 種測量的要求的解決對策。作為可以實(shí)現(xiàn)如上所述的要求的技術(shù)，例如在專利文獻(xiàn)1或非專利文獻(xiàn)1中公開 有在電磁流量計(jì)中檢測流速以外的參數(shù)的裝置。在非專利文獻(xiàn)1或?qū)＠墨I(xiàn)1中，作為 電磁流量計(jì)的應(yīng)用，給出測量水位、導(dǎo)電率等的情況的例子。該電磁流量計(jì)中，根據(jù)在 同時(shí)驅(qū)動(dòng)設(shè)于配管的上下的勵(lì)磁線圈時(shí)由電極得到的信號(hào)電動(dòng)勢與單獨(dú)地驅(qū)動(dòng)配管的上 側(cè)的勵(lì)磁線圈時(shí)的信號(hào)電動(dòng)勢的比，求出水位，另外根據(jù)使與電極連接的前置放大器的 輸入阻抗變化時(shí)的信號(hào)電動(dòng)勢的比，求出流體的導(dǎo)電率。認(rèn)為由此就可以實(shí)現(xiàn)附著檢測寸。但是，在專利文獻(xiàn)1或非專利文獻(xiàn)1中公開的電磁流量計(jì)中，由于是以流量信號(hào) 的比為基礎(chǔ)來檢測流體的特性或狀態(tài)，因此存在如下的問題，即，隨著流體的流量接近0而產(chǎn)生很大的誤差，精度變 差，在流量為O處無法檢測流體的特性或狀態(tài)，另外，由于 無法區(qū)別是因流量變動(dòng)使流量測量值變動(dòng)還是因磁場變動(dòng)使流量測量值變動(dòng)，因此存在 無法檢測磁場變動(dòng)的問題。針對于此，發(fā)明人提出過如圖29所示的狀態(tài)檢測裝置(參照專利文獻(xiàn)2)。該 狀態(tài)檢測裝置具有流過被測量流體的測量管1 ； 一對電極2a、2b，其按照與對被測量 流體施加的磁場及測量管1的軸PAX雙方正交并且與被測量流體接觸的方式，在測量管 1中對置配置，檢測因上述磁場和被測量流體的流動(dòng)而產(chǎn)生的電動(dòng)勢；勵(lì)磁線圈3，在將 與測量管軸PAX的方向正交的包含了電極2a、2b的平面PLN設(shè)為測量管1的邊界時(shí)，其 在以該平面PLN作為邊界的測量管1的前后對被測量流體施加不對稱的、隨時(shí)間變化的 磁場；狀態(tài)定量化部8，其從由電極2a、2b檢測出的、與流體的流速無關(guān)的δΑ/δ 分 量的電動(dòng)勢和由流體的流速引起的νΧΒ分量的電動(dòng)勢的合成電動(dòng)勢中，提取δ A/δ t分 量，從δΑ/δ 分量中，提取依賴于參數(shù)(流體的特性或狀態(tài)或者測量管內(nèi)的狀態(tài))的變 動(dòng)分量，基于該變動(dòng)分量將參數(shù)定量化；向勵(lì)磁線圈3供給勵(lì)磁電流的電源部9。狀態(tài)定量化部8由信號(hào)變換部5、狀態(tài)存儲(chǔ)部6、狀態(tài)輸出部7構(gòu)成，上述信號(hào) 變換部5從由電極2a、2b檢測出的δΑ/δ 分量的電動(dòng)勢和vXB分量的電動(dòng)勢的合成電 動(dòng)勢中，提取SA/δ t分量，從δ A/δ t分量中提取依賴于參數(shù)的變動(dòng)分量，上述狀態(tài)存 儲(chǔ)部6預(yù)先存儲(chǔ)依賴于參數(shù)的變動(dòng)分量與參數(shù)之間的關(guān)系，上述狀態(tài)輸出部7基于存儲(chǔ)于 狀態(tài)存儲(chǔ)部6中的關(guān)系，求出與提取出的變動(dòng)分量對應(yīng)的參數(shù)。根據(jù)專利文獻(xiàn)2中公開 的狀態(tài)檢測裝置，無論流體的流速如何，都可以精度優(yōu)良地檢測出包括磁場和流體的測 量管內(nèi)的狀態(tài)。專利文獻(xiàn)1日本專利第3164684號(hào)公報(bào)專利文獻(xiàn)2日本特開2006-90794號(hào)公報(bào)非專利文獻(xiàn)1社団法人日本計(jì)量機(jī)器工業(yè)連合會(huì)編、「計(jì)裝- > ”二飛 流量計(jì)測AtoZ」、工業(yè)技術(shù)社、1995年、p.147-148如上所述，在專利文獻(xiàn)1或非專利文獻(xiàn)1中公開的電磁流量計(jì)中，存在如下的問 題，即，隨著流體的流量接近0而產(chǎn)生很大的誤差，精度變差，在流量為0處無法檢測流 體的特性或狀態(tài)，另外，還存在無法檢測磁場變動(dòng)的問題。另外，在專利文獻(xiàn)2中公開的狀態(tài)檢測裝置中，為了檢測在流體中產(chǎn)生的δ A/ δ t分量，需要在以圖29的平面PLN為邊界的測量管1的前后對被測量流體施加不對稱 的磁場，與普通型的電磁流量計(jì)不同，需要在電極位置與線圈位置之間設(shè)置偏移量。由 此，就無法沿用普通型的電磁流量計(jì)的檢測器，存在需要設(shè)計(jì)、制作新的檢測器部分的 問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明是為了解決上述問題而完成的，其目的在于，提供一種不用大幅度變更 以往的普通型的電磁流量計(jì)的檢測器的構(gòu)成，無論流體的流速如何都可以精度優(yōu)良地檢 測出包括磁場和流體的配管內(nèi)的狀態(tài)的狀態(tài)檢測裝置。本發(fā)明是以流體的特性或狀態(tài)、磁場的狀態(tài)或測量管內(nèi)的狀態(tài)作為檢測對象的 參數(shù)的狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，具備流體所流過的測量管；電極，其配設(shè)于該測量管中，檢測對上述流體施加的磁場和由于上述流體的流動(dòng)而產(chǎn)生的電動(dòng)勢；勵(lì)磁部， 其對被測量流體施加相對于包含了該電極的與上述測量管的軸向垂直的電極平面來說對 稱并且隨時(shí)間變化的磁場；信號(hào)線，其被配設(shè)為一端與上述電極連接，并且相對于與上 述電極平面平行的磁場方向具有傾角，因上述磁場隨時(shí)間變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢；狀態(tài)定量 化部，其與上述信號(hào)線的另一端連接，從由上述電極及信號(hào)線檢測出的與上述流體的流 速無關(guān)而由上述磁場隨時(shí)間變化引起的SA/δ t分量的電動(dòng)勢和由上述流體的流速引起 的vXB分量的電動(dòng)勢的合成電動(dòng)勢中提取上述δ A/δ t分量，從該δ A/δ t分量中，提 取依賴于上述參數(shù)的變動(dòng)分量，基于該變動(dòng)分量將上述參數(shù)定量化。另外，在本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的一個(gè)構(gòu)成例中，其特征在于，上述狀態(tài)定量 化部由信號(hào)變換部、狀態(tài)存儲(chǔ)部、狀態(tài)輸出部構(gòu)成，上述信號(hào)變換部從由上述電極及信 號(hào)線檢測出的與上述流體的流速無關(guān)而由上述磁場隨時(shí)間變化引起的SA/δ t分量的電 動(dòng)勢和由上述流體的流速引起的vXB分量的電動(dòng)勢的合成電動(dòng)勢中提取上述δ A/ δ t分 量，從該δ A/δ t分量中提取依賴于上述參數(shù)的變動(dòng)分量，上述狀態(tài)存儲(chǔ)部預(yù)先存儲(chǔ)依 賴于上述參數(shù)的變動(dòng)分量與上述參數(shù)之間的關(guān)系，上述狀態(tài)輸出部基于存儲(chǔ)于該狀態(tài)存 儲(chǔ)部中的關(guān)系，求出與上述提取出的變動(dòng)分量對應(yīng)的上述參數(shù)。另外，在本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的一個(gè)構(gòu)成例中，其特征在于，上述信號(hào)線的 配設(shè)方向具有與上述測量管的軸同向的分量。另外，在本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的一個(gè)構(gòu)成例中，其特征在于，上述勵(lì)磁部由 按照線圈軸包含于上述電極平面中的方式配設(shè)的勵(lì)磁線圈、向該勵(lì)磁線圈供給勵(lì)磁電流 的電源構(gòu)成，上述信號(hào)變換部通過求出上述合成電動(dòng)勢與上述勵(lì)磁電流的相位差或時(shí)間 差，來提取上述δ A/δ t分量。另外，在本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的一個(gè)構(gòu)成例(第一實(shí)施方式)中，其特征在 于，上述電源向上述勵(lì)磁線圈供給第一頻率的勵(lì)磁電流，上述信號(hào)變換部通過求出上述 合成電動(dòng)勢中的上述第一頻率的成分與上述勵(lì)磁電流的相位差，來提取上述δΑ/δ 分 量，從該δ A/δ t分量中提取依賴于上述參數(shù)的變動(dòng)分量的振幅或相位，上述狀態(tài)存儲(chǔ) 部預(yù)先存儲(chǔ)依賴于上述參數(shù)的變動(dòng)分量的振幅或相位與上述參數(shù)的關(guān)系。另外，在本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的一個(gè)構(gòu)成例中，其特征在于，上述勵(lì)磁部由 按照線圈軸包含于上述電極平面中的方式配設(shè)的勵(lì)磁線圈、向上述勵(lì)磁線圈供給同時(shí)或 交替地施加多個(gè)勵(lì)磁頻率的勵(lì)磁電流的電源構(gòu)成，上述信號(hào)變換部通過求出上述合成電 動(dòng)勢中的同時(shí)或交替地得到的至少2個(gè)不同的頻率成分的振幅和相位，來提取上述δ A/ St分量。另外，在本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的一個(gè)構(gòu)成例(第二實(shí)施方式)中，其特征在 于，上述電源向上述勵(lì)磁線圈供給同時(shí)或交替地施加第一頻率和第二頻率兩個(gè)不同勵(lì)磁 頻率的勵(lì)磁電流，上述信號(hào)變換部求出上述合成電動(dòng)勢中的上述第一頻率與上述第二頻 率這2個(gè)頻率成分的振幅和相位，基于這些振幅和相位，提取上述2個(gè)頻率成分的電動(dòng)勢 差作為上述S A/δ t分量，從該δ A/δ t分量中提取依賴于上述參數(shù)的變動(dòng)分量的振幅或 相位，上述狀態(tài)存儲(chǔ)部預(yù)先存儲(chǔ)依賴于上述參數(shù)的變動(dòng)分量的振幅或相位與上述參數(shù)的 關(guān)系。另外，在本發(fā)明的狀 態(tài)檢測裝置的一個(gè)構(gòu)成例(第一、第二實(shí)施方式)中，其特征在于，上述電極被按照在與上述測量管的軸正交的軸上隔著上述測量管的軸相面對的 方式配設(shè)一對，上述信號(hào)線由與各個(gè)電極分別連接1條的2條信號(hào)線構(gòu)成，該2條信號(hào)線 中的至少1條信號(hào)線被配設(shè)為，相對于與上述電極平面平行的磁場方向具有傾角，因上 述磁場隨時(shí)間變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢。另外，在本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的一個(gè)構(gòu)成例中，其特征在于，上述勵(lì)磁部由 按照線圈軸包含于上述電極平面中的方式配設(shè)的勵(lì)磁線圈、向該勵(lì)磁線圈供給勵(lì)磁電流 的電源構(gòu)成，上述信號(hào)線由配設(shè)于相互不同的路徑中的多條信號(hào)線構(gòu)成，上述信號(hào)變換 部通過求出由上述多條信號(hào)線得到的合成電動(dòng)勢之和或差，來提取上述δ A/δ t分量。另外，在本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的一個(gè)構(gòu)成例(第三實(shí)施方式)中，其特征在于，上述電極被按照在與上述測量管的軸正交的軸上隔著上述測量管的軸相面對的方式 配設(shè)一對，上述信號(hào)線由與各個(gè)電極分別連接1條的2條信號(hào)線構(gòu)成，該2條信號(hào)線被配 設(shè)為從上述電極平面朝向彼此相反的方向，上述信號(hào)變換部通過求出由上述2條信號(hào)線 得到的合成電動(dòng)勢之和，來提取上述SA/δ t分量，從該δ A/δ t分量中提取依賴于上述 參數(shù)的變動(dòng)分量的振幅或相位，上述狀態(tài)存儲(chǔ)部預(yù)先存儲(chǔ)依賴于上述參數(shù)的變動(dòng)分量的 振幅或相位與上述參數(shù)的關(guān)系。另外，在本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的一個(gè)構(gòu)成例中，其特征在于，上述勵(lì)磁部由 按照線圈軸包含于上述電極平面中的方式配設(shè)的勵(lì)磁線圈、向該勵(lì)磁線圈供給勵(lì)磁電流 的電源構(gòu)成，上述信號(hào)線由與相同電極連接的多條信號(hào)線構(gòu)成，上述信號(hào)變換部通過求 出由上述多條信號(hào)線得到的合成電動(dòng)勢中的至少由2條信號(hào)線得到的合成電動(dòng)勢的振幅 和相位，來提取上述δ A/δ t分量。另外，在本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置(第四實(shí)施方式)的一個(gè)構(gòu)成例中，其特征在 于，上述信號(hào)線由與相同電極連接的第一、第二信號(hào)線構(gòu)成，該第一、第二信號(hào)線被配 設(shè)為從上述電極平面朝向彼此相反的方向，上述信號(hào)變換部對由上述第一信號(hào)線得到的 第一合成電動(dòng)勢和由上述第二信號(hào)線得到的第二合成電動(dòng)勢分別求出振幅和相位，基于 這些振幅和相位，提取上述第一合成電動(dòng)勢與上述第二合成電動(dòng)勢的電動(dòng)勢差作為上述 δ A/δ t分量，從該δ A/δ t分量中提取依賴于上述參數(shù)的變動(dòng)分量的振幅或相位，上述 狀態(tài)存儲(chǔ)部預(yù)先存儲(chǔ)依賴于上述參數(shù)的變動(dòng)分量的振幅或相位與上述參數(shù)的關(guān)系。另外，在本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的一個(gè)構(gòu)成例中，其特征在于，上述電極被按 照在與上述測量管的軸正交的軸上隔著上述測量管的軸相面對的方式配設(shè)一對，與各個(gè) 電極分別連接多條的信號(hào)線當(dāng)中的與至少一方的電極連接的信號(hào)線被配設(shè)為，相對于與 上述電極平面平行的磁場方向具有傾角，由于上述磁場隨時(shí)間變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢。另外，本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的一個(gè)構(gòu)成例(第五實(shí)施方式)的特征在于，具備 覆蓋上述勵(lì)磁部的外側(cè)的外殼，上述信號(hào)線在上述外殼的內(nèi)側(cè)被配設(shè)為，相對于與上述 電極平面平行的磁場方向具有傾角，由于上述磁場隨時(shí)間變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢。另外，本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的一個(gè)構(gòu)成例(第五實(shí)施方式)的特征在于，具備 覆蓋上述勵(lì)磁線圈的外側(cè)的外殼，上述信號(hào)線在上述外殼的內(nèi)側(cè)被配設(shè)為，相對于與上 述電極平面平行的磁場方向具有傾角，由于上述磁場隨時(shí)間變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢。根據(jù)本發(fā)明，設(shè)有流體所流過的測量管；電極，其配設(shè)于測量管中，檢測對 流體施加的磁場和因流體的流動(dòng)而產(chǎn)生的電動(dòng)勢；勵(lì)磁部，其對流體施加相對于包含了電極的與測量管的軸向垂直的電極平面對稱并且隨時(shí)間變化的磁場；信號(hào)線，其被配設(shè) 為，一端與電極連接，并且相對于與電極平面平行的磁場方向具有傾角，由于磁場隨時(shí) 間變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢；狀態(tài)定量化部，其與信號(hào)線的另一端連接，從由電極及信號(hào)線檢 測出的、與流體的流速無關(guān)而由磁場隨時(shí)間變化引起的S A/δ t分量的電動(dòng)勢和由流體 的流速引起的vXB分量的電動(dòng)勢的合成電動(dòng)勢中提取δΑ/δ 分量，從δΑ/δ 分量 中提取依賴于參數(shù)的變動(dòng)分量，基于變動(dòng)分量將參數(shù)定量化，通過如此設(shè)置，無論流體 的流速如何，都可以精度優(yōu)良地檢測流體的特性或狀態(tài)、磁場的狀態(tài)或者測量管內(nèi)的狀 態(tài)。本發(fā)明中，如果使用作為以往的普通型的電磁流量計(jì)的檢測器的構(gòu)成的測量管、電 極和勵(lì)磁部，按照因磁場隨時(shí)間變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢的方式配設(shè)信號(hào)線，就可以檢測包括 磁場和流體的測量管內(nèi)的狀態(tài)，因此可以不用大幅度變更普通型的電磁流量計(jì)的檢測器 的構(gòu)成地，實(shí)現(xiàn)只能用不對稱勵(lì)磁型的狀態(tài)檢測裝置得到的效果。另外，本發(fā)明中，通過將信號(hào)線配設(shè)于外殼的內(nèi)側(cè)，就可以 有效地檢測出δ A/ St分量。


圖1是表示以往的普通型的電磁流量計(jì)的信號(hào)線配置的圖。圖2是用于說明本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的第一構(gòu)成的原理的方框圖。圖3是用于說明本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的第二構(gòu)成的原理的方框圖。圖4是用于說明本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的第三構(gòu)成的原理的方框圖。圖5是從上方看到的本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的第一構(gòu)成中的δ A/ δ t分量的分布 的圖。圖6是表示在本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的第一構(gòu)成中被測量流體的流量為0時(shí)的渦 電流及電動(dòng)勢的圖。圖7是從上方看到的本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的第二構(gòu)成中的δ A/ δ t分量的分布 的圖。圖8是表示在本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的第二構(gòu)成中被測量流體的流量為0時(shí)的渦 電流及電動(dòng)勢的圖。圖9是從上方看到的本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的第三構(gòu)成中的δ A/ δ t分量的分布 的圖。圖10是表示在本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的第三構(gòu)成中被測量流體的流量為0時(shí)的 渦電流及電動(dòng)勢的圖。圖11是表示在本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的第一構(gòu)成中被測量流體的流量不是0時(shí) 的電極間電動(dòng)勢的圖。圖12是表示在本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的第二構(gòu)成中被測量流體的流量不是0時(shí) 的電極間電動(dòng)勢的圖。圖13是用于說明本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的狀態(tài)檢測的基本原理的圖。圖14是用于說明本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的表格的制作方法的圖。圖15是用于說明本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的表格的其他制作方法的圖。圖16是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的狀態(tài)檢測裝置的構(gòu)成的方框圖。
圖17是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的狀態(tài)定量化部的動(dòng)作的流程圖。圖18是表示本發(fā)明的第二實(shí)施方式的狀態(tài)定量化部的動(dòng)作的流程圖。圖19是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的狀態(tài)檢測裝置的構(gòu)成的方框圖。圖20是表示本發(fā)明的第三實(shí)施方式的狀態(tài)定量化部的動(dòng)作的流程圖。
圖21是表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式的狀態(tài)檢測裝置的構(gòu)成的方框圖。圖22是表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式的狀態(tài)定量化部的動(dòng)作的流程圖。圖23是表示本發(fā)明的第五實(shí)施方式的狀態(tài)檢測裝置的構(gòu)成的方框圖。圖24是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式 第五實(shí)施方式的狀態(tài)檢測裝置中所用的電 極的一例的剖面圖。圖25是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式 第五實(shí)施方式的狀態(tài)檢測裝置中所用的電 極的其他例子的剖面圖。圖26是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式 第五實(shí)施方式的狀態(tài)檢測裝置中所用的電 極的其他例子的剖面圖。圖27是表示本發(fā)明的第一、第二實(shí)施方式的信號(hào)線配置的其他例子的圖。圖28是表示本發(fā)明的第四實(shí)施方式的信號(hào)線配置的其他例子的圖。圖29是表示以往的普通型的狀態(tài)檢測裝置的構(gòu)成的方框圖。圖中標(biāo)記說明，1...測量管，2a、2b...電極，3...勵(lì)磁線圈，4a、4b、4c、4d...信 號(hào)線，5a、5b、5c...信號(hào)變換部，6a、6b、6c...狀態(tài)存儲(chǔ)部，7a、7b、7c...狀態(tài)輸出部， 8a、8b、8c...狀態(tài)定量化部，9...電源，10...外殼，11...里襯。
具體實(shí)施例方式[物理現(xiàn)象與數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)]對為了理解以往技術(shù)和本發(fā)明而必需的在兩者中共同的理論的前提部分進(jìn)行說明。首先，對以往技術(shù)的說明中必需的物理現(xiàn)象進(jìn)行說明。在物體在隨時(shí)間變化的 磁場中移動(dòng)的情況下，因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生2種電場(a)因磁場隨時(shí)間變化而產(chǎn)生的電動(dòng) 勢Ε =-δΑ/δ 、(b)因物體在磁場中移動(dòng)而產(chǎn)生的電動(dòng)勢Ew = νΧΒ。vXB表示 ν與B的矢量積，δ A/δ t表示A的時(shí)間的偏微分。ν、B、A分別與下述對應(yīng)，是在三 維(χ、y、ζ)中具有方向的矢量(ν 速度、B 磁通密度、A 矢量位(與磁通密度有B = rotA的關(guān)系))。但是，這里的三維矢量與后面說明的復(fù)平面上的矢量意義不同。所 產(chǎn)生的電動(dòng)勢是從流體中通過電極、信號(hào)線檢測出的。這里，觀察與流體的流速無關(guān)的δ A/δ t分量而在流體內(nèi)產(chǎn)生的渦電流，則隨 著包括磁場和流體的測量管內(nèi)的狀態(tài)、以及取出電位時(shí)的輸入阻抗，渦電流所流過的路 徑或電流密度發(fā)生變化，如果將該變化作為電位取出，則可以測量流速以外的特性或狀 態(tài)。下面，對普遍所知的數(shù)學(xué)的基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行說明。相同頻率而不同振幅的余弦波 P · cos (ω · t)、正弦波Q · sin (ω · t)被合成為如下所示的余弦波。P、Q為振幅， ω為角頻率。P · cos (ω · t)+Q · sin (ω · t)
= (P2+Q2)1/2 ‘ cos (ω · t_ ε )其中，ε= tan 1 (Q/P)... (1)為了分析式(1)的合成，方便的做法是按照在實(shí)軸中取余弦波P · COS (ω · t) 的振幅P、在虛軸中取正弦波Q · sin (ω · t)的振幅Q的方式向復(fù)坐標(biāo)平面中映射。 艮口，在復(fù)坐標(biāo)平面上，與原點(diǎn)的距離(P2+Q2)172給出合成波的振幅，與實(shí)軸的角度ε = tan1 (Q/P)給出合成波與ω · t的相位差。另外，在復(fù)坐標(biāo)平面上，以下的關(guān)系式成立。L · exp (j · ε ) = L · cos ( ε ) +j · L · sin ( ε )· · · (2)式(2)是有關(guān)復(fù)矢量的表述，j為虛數(shù)單位。L給出復(fù)矢量的長度，ε給出復(fù) 矢量的方向。所以，為了分析復(fù)坐標(biāo)平面上的幾何學(xué)的關(guān)系，方便的做法是利用向復(fù)矢 量的變換。[以往技術(shù)的結(jié)構(gòu)上的構(gòu)建]對上述物理現(xiàn)象與以往技術(shù)的結(jié)構(gòu)上的構(gòu)建的關(guān)系進(jìn)行說明。在專利文獻(xiàn)2中 公開的使用不對稱勵(lì)磁的狀態(tài)檢測裝置中，在線圈平面與電極平面之間存在偏移量，形 成檢測器與普通型的電磁流量計(jì)不同的結(jié)構(gòu)。另外，普通型的電磁流量計(jì)中所用的檢測 器形成盡可能地不檢測出S A/δ t分量的結(jié)構(gòu)。即形成如下的結(jié)構(gòu)，按照不僅相對于包 含了電極2a、2b的與測量管軸的方向垂直的平面PLN來說磁場是對稱的，而且如圖1所 示，與從勵(lì)磁線圈3中產(chǎn)生的磁通相交的面積變得盡可能小的方式，來配置信號(hào)線4a、 4b。利用該結(jié)構(gòu)，在信號(hào)線4a、4b中不會(huì)產(chǎn)生δ A/δ t分量。[發(fā)明的著眼點(diǎn)]本發(fā)明著眼于如下的情況，S卩，在勵(lì)磁線圈與電極存在于相同平面上的以往的 普通型的檢測器中，通過將信號(hào)線與磁場相交地配置，就可以在信號(hào)線或電極中產(chǎn)生 δΑ/δ 分量，通過利用該δΑ/δ 分量，就可以獲得包括磁場和流體的測量管內(nèi)的狀 態(tài)。[發(fā)明的基本原理]雖然在流體中，會(huì)產(chǎn)生先前說明的2種電動(dòng)勢Ε =-δ A/δ t、E(v) = νΧΒ, 然而在相對于平面PLN來說磁場是對稱的普通型的情況下，在電極位置處，由磁場隨時(shí) 間變化造成的電動(dòng)勢Ε = - δ A/ δ t因?qū)ΨQ性而變?yōu)?。與之不同，當(dāng)信號(hào)線被與磁通 相交地配置時(shí)，就會(huì)在電極及信號(hào)線中，因磁場隨時(shí)間變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢。最終，穿過 信號(hào)線由信號(hào)變換部檢測出的電動(dòng)勢成為在流體中產(chǎn)生的νΧΒ分量與在電極及信號(hào)線中 產(chǎn)生的S A/δ t分量被合成而得的電動(dòng)勢。在以下的說明中，為了說明所產(chǎn)生的電動(dòng)勢顯示出何種舉動(dòng)，本發(fā)明如何利用該舉動(dòng)，采用向上述的復(fù)坐標(biāo)平面上的映射和利用多個(gè)矢量的幾何學(xué)的分析。[第一構(gòu)成]對本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的第一構(gòu)成進(jìn)行說明。圖2是用于說明第一構(gòu)成的原 理的方框圖。圖2的狀態(tài)檢測裝置具有流過被測量流體的測量管1 ； 一對電極2a、 2b，其按照與對被測量流體施加的磁場及測量管1的軸PAX雙方正交并且與被測量流體 接觸的方式，在測量管1中對置配置，檢測因上述磁場和被測量流體的流動(dòng)而產(chǎn)生的電 動(dòng)勢；勵(lì)磁線圈3，在將與測量管軸PAX的方向正交的包含了電極2a、2b的平面PLN設(shè)為測量管1的邊界時(shí)，其在以該平面PLN作為邊界的測量管1的前后對被測量流體施加對 稱的、隨時(shí)間變化的磁場；信號(hào)線4a、4b，其被與因勵(lì)磁線圈3而產(chǎn)生的磁通相交地配 置，將電極2a、2b與信號(hào)變換部(未圖示)之間連接。第一構(gòu)成是相對于包含電極2a、 2b在內(nèi)的平面PLN將信號(hào)線4a與信號(hào)線4b配置于相同一側(cè)的構(gòu)成。[第二構(gòu)成] 下面，對本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的第二構(gòu)成進(jìn)行說明。圖3是用于說明第二構(gòu) 成的原理的方框圖。第二構(gòu)成相對于包含了電極2a、2b的平面PLN將信號(hào)線4a與信號(hào) 線4b分別配置于不同側(cè)，并且以勵(lì)磁線圈3的軸作為中心軸將信號(hào)線4a與信號(hào)線4b大 致旋轉(zhuǎn)對稱地配置。[第三構(gòu)成]下面，對本發(fā)明的狀態(tài)檢測裝置的第三構(gòu)成進(jìn)行說明。圖4是用于說明第三構(gòu) 成的原理的方框圖。第三構(gòu)成在1個(gè)電極2a處連接第一信號(hào)線4a和第二信號(hào)線4c，相 對于包含了電極2a、2b的平面PLN將第一信號(hào)線4a與第二信號(hào)線4c分別配置于不同 側(cè)。對于電極2b也是相同的，將第一信號(hào)線4b與第二信號(hào)線4d連接，相對于包含了電 極2a、2b的平面PLN將第一信號(hào)線4b與第二信號(hào)線4d分別配置于不同側(cè)。相對于包含 了電極2a、2b的平面PLN將第一信號(hào)線4a、4b與第二信號(hào)線4c、4d大致對稱地配置。在第一 第三構(gòu)成中，對于從勵(lì)磁線圈3中產(chǎn)生的磁場當(dāng)中在連結(jié)電極2a、2b 之間的電極軸EAX上與電極軸EAX及測量管軸PAX雙方正交的磁場分量(磁通密度) Bi，是如下所示地給出的。Bl = bl · cos(o0 · t_ θ 1)· · · (3)在式(3)中，bl為磁通密度Bl的振幅，ω 0為角頻率，θ 1為磁通密度Bl與 ω 0 · t的相位差(相位延遲)。下面，將磁通密度Bl設(shè)為磁場Bl。[由磁場的變化引起的電動(dòng)勢]首先，關(guān)于第一 第三構(gòu)成，對由磁場的變化引起而與被測量流體的流速無關(guān) 的電動(dòng)勢進(jìn)行說明。由于由磁場的變化引起的電動(dòng)勢是由磁場的時(shí)間微分dB/dt決定的， 因此將從勵(lì)磁線圈3中產(chǎn)生的磁場Bl如下所示地微分。dBl/dt = - ω0 · bl · sin (ω O · t_ θ 1) · · · (4)在被測量流體的流速為O時(shí)，磁場Bl所致的電動(dòng)勢僅為由磁場Bl的變化引起 的分量。該情況下，在如圖2所示的第一構(gòu)成的信號(hào)線配置中，如果從狀態(tài)檢測裝置的 上方觀看SA/δ t分量的分布，則如圖5所示，產(chǎn)生如圖6所示的電動(dòng)勢Ea、Eb。所 以，在包含了電極軸EAX和測量管軸PAX的平面內(nèi)，因磁場Bl的變化而在流體中產(chǎn)生 的(與流速無關(guān)的)電極間電動(dòng)勢變?yōu)?，然而在各條信號(hào)線4a、4b中因磁場Bl的變化 而產(chǎn)生電動(dòng)勢Ea、Eb。而且，圖6中的I表示磁場Bl的變化所致的渦電流。此時(shí)，如果將從信號(hào)線的端部朝向電極的方向設(shè)為負(fù)方向，則在信號(hào)線4b中 產(chǎn)生的電動(dòng)勢Eb如下式所示，是在考慮了朝向的磁場的時(shí)間微分-dBl/dt上乘以系數(shù) kb(與電極2b或信號(hào)線4b的配置等有關(guān)的復(fù)數(shù))的量。Eb = kb · ωΟ · bl · sin(oO · t-θ 1)· · · (5)此外，如果將式(5)變形則變?yōu)橄率健b = kb · ωΟ · bl · {sin(- θ 1)} · cos(ωO · t)
+kb · ωο · bl · {cos(" θ 1)} · sin(ωO · t)=kb · ωΟ · bl · {-sin( θ 1) } · cos(ωO · t)+kb · ωΟ · bl · {cos( θ 1)} · sin(ωO · t) · · (6)這里，如果以ωΟ · t作為基準(zhǔn)將式(6)向復(fù)坐標(biāo)平面映射，則實(shí)軸分量Ebx、 虛軸分量Eby變?yōu)橄率?。Ebx = kb · ωΟ · bl · {-sin( θ 1)}
=kb · ωΟ · bl · {cos (π/2+θ 1)}· · · (7)Eby = kb · ωΟ · bl · {cos( θ 1)}=kb · ωΟ · bl · {sin(3i/2+e 1)}· · · (8)此外，將式(7)、式(8)中所示的Ebx、Eby變換為下式所示的復(fù)矢量Ebc。Ebc = Ebx+j · Eby=kb · ωΟ · bl · {cos (π/2+θ 1) }+j · kb · ωΟ · bl · {sin(Ji/2+θ 1)}=kb · ωΟ · bl · {cos (π/2+θ l)+j · sin (π/2+θ 1) }=kb · ωΟ · bl · exp{j · (π/2+θ 1)}· · · (9)另外，如果將上述的系數(shù)kb變換為復(fù)矢量，則變?yōu)橄率?。kb = rkb · cos( θ b)+j · rkb · sin( θ b)= rkb · exp (j · θ b)· · · ( ο)在式(10)中，rkb為比例系數(shù)，9 b為矢量kb相對于實(shí)軸的角度。通過將式(10)代入式(9)，就可以如下所示地得到將在信號(hào)線4b中產(chǎn)生的電動(dòng) 勢Eb變換為復(fù)矢量的電動(dòng)勢Ebc (僅由磁場Bl的時(shí)間變化引起的電動(dòng)勢)。Ebc = rkb · exp(j · θ b) · ωΟ · bl · exp{j · (π /2+ θ 1)}=rkb · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ b) }· · · (11)同樣地，在信號(hào)線4a中產(chǎn)生的電動(dòng)勢Ea是在考慮了朝向的磁場Bl的時(shí)間微分 dBl/dt上乘以系數(shù)ka(與電極2a或信號(hào)線4a的配置等有關(guān)的復(fù)數(shù))的量。系數(shù)ka可以 如下所示地變換為復(fù)矢量。ka = rka · exp (j · θ a)· · · (12)在式(12)中，rka為比例系數(shù)，θ a為矢量ka相對于實(shí)軸的角度。如果以式(11)為參考，則可以由式(12)如下所示地得到將在信號(hào)線4a中產(chǎn)生 的電動(dòng)勢Ea變換為復(fù)矢量的電動(dòng)勢Eac (僅由磁場Bl的時(shí)間變化引起的電動(dòng)勢)。Eac = -rka · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ a) }· · · (13)如果將僅因磁場Bl的時(shí)間變化產(chǎn)生的、信號(hào)線4b的端部與信號(hào)線4a的端部之 間的電動(dòng)勢之差設(shè)為Ecd，則電動(dòng)勢差Ecd就是電動(dòng)勢Ebc與Eac的差，可以用下式表不。Ecd = Ebc-Eac=rkb · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ b) }+rka · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ a) }
= {rkb · exp (j · θ b) +rka · exp (j · θ a)}· ωο · bl · exp{j · (π/2+θ 1)}· · · (14)另外，如果將僅因磁場Bl的時(shí)間變化而產(chǎn)生的、信號(hào)線4b的端部與信號(hào)線4a 的端部之間的電動(dòng)勢之和設(shè)為Ecs，則電動(dòng)勢和Ecs可以用下式表示。Ecs = Ebc+Eac=rkb · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ b) }-rka · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ a) }= {rkb · exp (j · θ b) -rka · exp (j · θ a)}· ωΟ · bl · exp{j · (π/2+θ 1)}· · · (15)這里，為了容易處置公式，將rkb · exp(j · 6 b)和rka · exp(j · θ a)這 2個(gè)矢量之和如式(16)所示地變換為rks · exp (j · θ s)，將rkb · exp (j · θ b)和 rka · exp (j · θ a)這2個(gè)矢量之差如式(17)所示地變換為rkd · exp (j · θ d)。rkb · exp (j · θ b) +rka · exp (j · θ a)= rks · exp (j · θ s)· · · (16)rkb · exp (j · θ b) -rka · exp (j · θ a)= rkd · exp (j · θ d)· · · (17)使用式(16)將式(14)中所示的電動(dòng)勢差Ecd如式(18)所示地變換，使用式(17) 將式(15)中所示的電動(dòng)勢和Ecs如式(19)所示地變換。Ecd = {rkb · exp (j · θ b) +rka · exp (j · θ a)}· ωΟ · bl · exp{j · ( π /2+ θ 1) }=rks · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ s) }· · · (18)Ecs = {rkb · exp (j · θ b) -rka · exp (j · Θ a)}· ωΟ · bl · exp{j · ( π /2+ θ 1) }= rkd · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ d) }· · · (19)以上，針對第一構(gòu)成，可以求出僅因磁場Bl的變化引起的電動(dòng)勢。
下面，針對第二構(gòu)成，對僅因磁場Bl的變化引起的電動(dòng)勢進(jìn)行說明。在被測量 流體的流速為O時(shí)，在如圖3所示的第二構(gòu)成的信號(hào)線配置中，如果從狀態(tài)檢測裝置的上 方觀看δ A/δ t分量的分布，則如圖7所示，在信號(hào)線4a、4b中產(chǎn)生如圖8所示的電動(dòng) 勢 Ea、Ebo所以，在第二構(gòu)成的情況下，將在信號(hào)線4a中產(chǎn)生的電動(dòng)勢Ea變換為復(fù)矢量的 電動(dòng)勢EacR相對于式(13)中所示的電動(dòng)勢Eac來說符號(hào)相反，可以如下所示地得到。EacR = rka · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ a) }· · · (20)當(dāng)將僅因磁場Bl的時(shí)間變化而產(chǎn)生的、信號(hào)線4b的端部與信號(hào)線4a的端部之 間的電動(dòng)勢之差設(shè)為EcdR時(shí)，如果以式(14)為參考，則電動(dòng)勢差EcdR可以用下式表
7J\ οEcdR = Ebc-EacR
=rkb · ω0 · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ b) }-rka · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ a) }= {rkb · exp (j · θ b) -rka · exp (j · Θ a)}· ωΟ · bl · exp{j · (π /2+ θ 1)}· · · (21)另外，當(dāng)將僅因磁場Bl的時(shí)間變化而產(chǎn)生的、信號(hào)線4b的端部與信號(hào)線4a的 端部之間的電動(dòng)勢之和設(shè)為EcsR時(shí)，如果以式(15)為參考，則電動(dòng)勢差EcsR可以用下 式表不。EcsR = Ebc+EacR=rkb · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ b) }+rka · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ a) }= {rkb · exp (j · θ b) +rka · exp (j · θ a)}· ωΟ · bl · exp{j · (π/2+θ 1)}· · · (22)這里，與式(14)、式(15)的情況相同，為了容易處置公式，使用式(17)將式 (21)中所示的電動(dòng)勢差EcdR如式(23)所示地變換，使用式(16)將式(22)中所示的電 動(dòng)勢和EcsR如式(24)所示地變換。EcdR= {rkb · exp (j · θ b) -rka · exp (j · θ a)}· ωΟ · bl · exp{j · ( π /2+ θ 1) }=rkd · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ d) }· · · (23)EcsR = {rkb · exp (j · θ b) +rka · exp (j · Θ a) }· ωΟ · bl · exp{j · ( π /2+ θ 1) }=rks · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ s) }· · · (24)以上，針對第二構(gòu)成，可以求出僅因磁場Bl的變化引起的電動(dòng)勢。下面，針對第三構(gòu)成，對僅因磁場Bl的變化引起的電動(dòng)勢進(jìn)行說明。在被測量 流體的流速為O時(shí)，在如圖4所示的第三構(gòu)成的信號(hào)線配置中，如果從狀態(tài)檢測裝置的上 方觀看δ A/δ t分量的分布，則如圖9所示，在信號(hào)線4a、4b、4c、4d中產(chǎn)生如圖10所 示的電動(dòng)勢 E3a、E3b、E3c、E3d。此時(shí)，當(dāng)將僅因磁場Bl的時(shí)間變化而產(chǎn)生的、第一信號(hào)線4b的端部與第一信號(hào) 線4a的端部之間的電動(dòng)勢之差設(shè)為Ecdl時(shí)，則電動(dòng)勢差Ecdl可以用與第一構(gòu)成相同的 式子(18)表示。此外，當(dāng)在式(18)中將rks置換為rksl，將θ s置換為θ S1時(shí)，則電 動(dòng)勢差Ecdl可以用下式表示。Ecdl = rksl · ωΟ · bl · exp{j · (Ji/2+θ 1+θ sl) }· · · (25)當(dāng)將僅因磁場Bl的時(shí)間變化 而產(chǎn)生的、第二信號(hào)線4d的端部與第二信號(hào)線4c 的端部之間的電動(dòng)勢之差設(shè)為Ecd2時(shí)，則電動(dòng)勢差Ecd2可以參考式(25)，并同時(shí)將rksl 置換為rks2，將θ S1置換為θ82，此外當(dāng)考慮第一信號(hào)線的電動(dòng)勢的朝向而賦予負(fù)號(hào) 時(shí)，則可以用下式表示。Ecd2 = -rks2 · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ s2) }
· · · (26)以上，針對第三構(gòu)成，可以求出僅因磁場Bl的變化引起的電動(dòng)勢。[由流速引起的電動(dòng)勢] 下面，針對第一 第三構(gòu)成，對由被測量流體的流速和磁場Bl引起的信號(hào)線間 電動(dòng)勢進(jìn)行說明。在被測量流體的流速的大小為ν(V興0)的情況下，在如圖2所示的第 一構(gòu)成中，除了流速為0時(shí)的電動(dòng)勢以外，還會(huì)產(chǎn)生由被測量流體的流速矢量ν引起的分 量vXBl。S卩，因被測量流體的流速矢量ν和磁場Bl而產(chǎn)生如圖11所示的電極間電動(dòng) 勢Εν。將該Ev的方向設(shè)為正方向。此時(shí)，在信號(hào)線4a、4b的端部檢測出的信號(hào)線間電動(dòng)勢與由電極2a、2b檢測出 的電極間電動(dòng)勢Ev相同。該電極間電動(dòng)勢Ev如下式中所示，是在磁場Bl上乘以流速 的大小V和系數(shù)kv(與被測量流體的導(dǎo)電率及介電常數(shù)和包括電極2a、2b的配置的測量 管1的結(jié)構(gòu)有關(guān)的復(fù)數(shù))的量。Ev = kv · V · {bl · cos (ω 0 · t_ θ 1) } · · · (27)如果將式(27)變形，則變?yōu)橄率?。Ev = kv · V · bl · cos (ω 0 · t) · cos(- θ 1)-kv · V · bl · sin (ω 0 · t) · sin (- θ 1)=kv · V · bl · {cos( θ 1)} · cos (ω 0 · t)+kv · V · bl · {sin( θ 1) } · sin (ω 0 · t) · · (28)這里，如果以ω0 作為基準(zhǔn)將式(28)向復(fù)坐標(biāo)平面映射，則實(shí)軸分量Evx、 虛軸分量Evy變?yōu)橄率?。Evx = kv · V · bl · cos( θ 1)· · · (29)Evy = kv · V · bl · sin( θ 1)· · · (30)此外，將式(29)、式(30)中所示的Evx、Evy變換為下式所示的復(fù)矢量Eve。Evc = Evx+j · Evy= kv · V · bl · cos( θ l)+j · kv · V · bl · sin( θ 1)=kv · V · bl · {cos( θ l)+j · sin( θ 1)}= kv · V · bl · exp(j · θ l)· · · (31)另外，如果將上述的系數(shù)kv變換為復(fù)矢量，則變?yōu)橄率?。kv = rkv · cos ( θ ν) +j · rkv · sin ( θ ν)= rkv · exp (j · θ v)· · · (32)在式(32)中，rkv為比例系數(shù)，θ v為矢量kv相對于實(shí)軸的角度。通過將式(32)代入式(31)，就可以如下所示地得到將電極間電動(dòng)勢Ev變換為 復(fù)矢量的電極間電動(dòng)勢Eve。Evc = kv · V · bl · exp (j · θ l)=rkv · V · bl · exp{j · ( θ 1+θ v)} · · · (33)式(33)表示因被測量流體的流速V和磁場Bl而產(chǎn)生的、信號(hào)線4b的端部與信 號(hào)線4a的端部之間的電動(dòng)勢之差。信號(hào)線4b的端部與信號(hào)線4a的端部之間的電動(dòng)勢的 和在完全對稱等理想狀態(tài)變?yōu)?。對于將由磁場Bl的時(shí)間變化引起的電動(dòng)勢差Ecd、由被測量流體的流速V和磁場Bl引起的電動(dòng)勢差Evc相加而得的整體的電動(dòng)勢差Ed，根據(jù)式(18)、式(33)如下式 所示。Ed = Ecd+Evc=rks · ω0 · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ s) }+rkv · V · bl · exp{j · ( θ 1+θ v)} · · · (34)另外，對于將由磁場Bl的時(shí)間變化引起的電動(dòng)勢和、由被測量流體的流速V和 磁場Bl引起的電動(dòng)勢和相加而得的整體的電動(dòng)勢和，由于如前所述由被測量流體的流速 V和磁場Bl引起的電動(dòng)勢和為0，因此與由磁場Bl的時(shí)間變化引起的電動(dòng)勢和Ecs(式 (19))相同。根據(jù)以上說明，針對第一構(gòu)成，可以求出信號(hào)線間電動(dòng)勢。下面，對第二構(gòu)成的信號(hào)線間電動(dòng)勢進(jìn)行說明。對于由被測量流體的流速V和 磁場Bl引起的電極間電動(dòng)勢Ev，由于如圖12所示，不受信號(hào)線的配置的影響，因此將 該電極間電動(dòng)勢Ev變換為復(fù)矢量后的電極間電動(dòng)勢Evc的值與第一構(gòu)成的情況沒有分 別。對于將由磁場Bl的時(shí)間變化引起的電動(dòng)勢差EcdR、由被測量流體的流速V和 磁場Bl引起的電動(dòng)勢差Evc相加而得的整體的電動(dòng)勢差EdR，根據(jù)式(23)、式(33)如 下式所示。EdR = EcdR+Evc=rkd · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ d) }+rkv · V · bl · exp{j · ( θ 1+ θ v)} · · · (35)另外，對于將由磁場Bl的時(shí)間變化引起的電動(dòng)勢和、由被測量流體的流速V和 磁場Bl引起的電動(dòng)勢和相加而得的整體的電動(dòng)勢和，由于如前所述由被測量流體的流速 V和磁場Bl引起的電動(dòng)勢和為0，因此與由磁場Bl的時(shí)間變化引起的電動(dòng)勢和EcsR(式
(24))相同。根據(jù)以上說明，針對第二構(gòu)成，可以求出信號(hào)線間電動(dòng)勢。下面，對第三構(gòu)成的信號(hào)線間電動(dòng)勢進(jìn)行說明。將在信號(hào)線4a、4b的端部檢測 出的電極間電動(dòng)勢Ev變換為復(fù)矢量后的電極間電動(dòng)勢Evc的值與第一構(gòu)成的情況沒有分 別。對于將由磁場Bl的時(shí)間變化引起的、信號(hào)線4b的端部與信號(hào)線4a的端部之間的電 動(dòng)勢差Ecdl、由被測量流體的流速V和磁場Bl引起的電動(dòng)勢差Evc相加而得的電動(dòng)勢 差，即信號(hào)線4b的端部與信號(hào)線4a的端部之間的整體的信號(hào)線間電動(dòng)勢差Eld，根據(jù)式
(25)、式(33)如下式所示。Eld = Ecdl+Evc= rksl · ωΟ · bl · exp{j · (Ji/2+θ 1+θ sl) }+rkv · V · bl · exp{j · ( θ 1+ θ v)} · · · (36)同樣地，對于將由磁場Bl的時(shí)間變化引起的、信號(hào)線4d的端部與信號(hào)線4c的 端部之間的電動(dòng)勢差Ecd2、由被測量流體的流速V和磁場Bl引起的電動(dòng)勢差Evc相加而 得的電動(dòng)勢差，即信號(hào)線4d的端部與信號(hào)線4c的端部之間的整體的電動(dòng)勢差E2d，根據(jù) 式(26)、式(33)如下式所示。E2d = Ecd2+Evc= -rks2 · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ s2) }+rkv · V · bl · exp{j · ( θ 1+θ v)} · · · (37)
根據(jù)以上說明，針對第三構(gòu)成，可以求出信號(hào)線間電動(dòng)勢。[狀態(tài)檢測的基本原理]下面，對用于檢測測量管內(nèi)的狀態(tài)的基本原理進(jìn)行說明。以后，將成為對象的 流體的特性或狀態(tài)、磁場的狀態(tài)或測量管內(nèi)的狀態(tài)稱作參數(shù)。如專利文獻(xiàn)2中所記載的 那樣，作為表示流體的特性或狀態(tài)的參數(shù)，有流體阻抗或流體的導(dǎo)電率、介電常數(shù)、水 位、截面積等。作為表示測量管內(nèi)的狀態(tài)的參數(shù)，有測量管內(nèi)的附著物的堆積狀態(tài)(測 量管的內(nèi)徑變化)。[δ A/δ t分量和vXB分量的概念]如圖2 圖4所示，在以包含了電極2a、2b的平面PLN為邊界的測量管1的前 后對被測量流體施加對稱的磁場時(shí)，基于利用該對稱勵(lì)磁檢測出的電動(dòng)勢的振幅和相位 差，向復(fù)平面映射的矢量與以下的δ A/δ t分量的矢量Va和vXB分量的矢量Vb的合成 矢量Va+Vb相當(dāng)。Va = r α · exp (j · θ α ) · C · ω· · · (38)Vb = r β · exp (j · θ β) · C · V· · · (39)將該矢量Va和Vb表示于圖13中。圖13中，Re為實(shí)軸，Im為虛軸。δ A/ St分量的矢量Va由于是因磁場的變化而產(chǎn)生的電動(dòng)勢，因此是與勵(lì)磁角頻率ω成比例 的振幅。此時(shí)，當(dāng)將相對于矢量Va的振幅的已知的比例常數(shù)部分設(shè)為ra，將矢量Va的 方向設(shè)為θ α?xí)r，則C就是作為磁場的遷移等變化的要素給出的。另外，由于vXB分 量的矢量Vb是因測量管中的被測量流體的移動(dòng)而產(chǎn)生的電動(dòng)勢，因此是與流速的大小V 成正比例的振幅。此時(shí)，當(dāng)將相對于矢量Vb的振幅的已知的比例常數(shù)部分設(shè)為Γβ，將 矢量Vb的方向設(shè)為θ β時(shí)，則C就是作為磁場的遷移等變化的要素給出的。而且，式 (38)的δ A/St分量的矢量Va中的C與式(39)的vXB分量的矢量Vb中的C是相同的 要素。[ δ A/δ t分量的矢量Va的提取]作為從合成矢量Va+Vb中提取δ A/δ t分量的矢量Va的方法，有以下的3種方 法。第一提取方法是以檢測信號(hào)的相位差為基礎(chǔ)來提取矢量Va的方法。可以由信號(hào)線 間電動(dòng)勢直接求出的復(fù)矢量是矢量Va、Vb的合成矢量，矢量Va、Vb并非可以直接地測 量的。所以，在將所施加的磁場作為基準(zhǔn)時(shí)，著眼于如下的情況，即，相對于基準(zhǔn)而言 的δΑ/δ 分量的相位差和vXB分量的相位差基本上是一定值。具體來說，由于在測量 勵(lì)磁電流的相位，并以該勵(lì)磁電流的相位為基準(zhǔn)時(shí)，矢量Va具有已知的相位差，因此通 過從合成矢量Va+Vb中取出具有該相位差的分量，就可以提取矢量Va。第二提取方法是如下的方法，S卩，對被測量流體施加基于多個(gè)勵(lì)磁頻率的磁 場，利用信號(hào)線間電動(dòng)勢中所含的多個(gè)分量的頻率差來提取矢量Va。如前所述，可以由 信號(hào)線間電動(dòng)勢直接求出的復(fù)矢量是矢量Va、Vb的合成矢量，矢量Va、Vb并非可以直 接地測量的。所以，著眼于如下的情況，即，S A/δ t分量的矢量Va的振幅與勵(lì)磁角頻 率ω成正比例，VXB分量的矢量Vb不依賴于勵(lì)磁角頻率ω。具體來說，對勵(lì)磁線圈 施加包含振幅相等且頻率不同的2個(gè)分量的勵(lì)磁電流。在用具有2個(gè)頻率成分的電流勵(lì) 磁時(shí)，求出在各個(gè)頻率成分中分解了的合成矢量Va+Vb。由于第一頻率成分的合成矢量 Va+Vb與第二頻率成分的合成矢量Va+Vb的差成為僅給出δ A/ δ t分量的矢量Va的振幅
18的變化量的矢量，所以可以借此來提取SA/δt分量的矢量Va。第三提取方法是利用多條信號(hào)線的電動(dòng)勢之差異來提取矢量Va的方法。該第三 提取方法在具有穿過不同的路徑的多條信號(hào)線的情況下是有效的。如前所述，可以由信 號(hào)線間電動(dòng)勢直接求出的復(fù)矢量是矢量Va、Vb的合成矢量，矢量Va、Vb并非可以直接 地測量的。所以利用如下的情況，即，雖然在信號(hào)線的端部檢測出的vXB分量與信號(hào) 線的配置無關(guān)，然而對于S A/δ t分量，無論是朝向還是振幅都隨著信號(hào)線的配置而變 化。具體來說，使用1個(gè)電極，在該電極處連接2條信號(hào)線，相對于包含了電極的平 面PLN將2條信號(hào)線對稱地配置。該構(gòu)成與圖4中僅使用電極2a及信號(hào)線4a、4c的情 況相當(dāng)。由于如果取信號(hào)線4a與信號(hào)線4c之間的電動(dòng)勢之差，則vXB分量就會(huì)被消 除，因此可以提取δ A/δ t分量。另外，也可以使用2個(gè)電極，在各個(gè)電極處各連接2條信號(hào)線，將與該電極連 接的2條信號(hào)線相對于包含了電極的平面PLN對稱地配置。該構(gòu)成與圖4的構(gòu)成相當(dāng)。 由于如果取作為信號(hào)線4a、4b的電動(dòng)勢差的第一信號(hào)線間電動(dòng)勢差、與作為信號(hào)線4c、 4c的電動(dòng)勢差的第二信號(hào)線間電動(dòng)勢差的差，則vXB分量就會(huì)被消除，因此可以提取 δ A/ δ t分量。另外，也可以使用2個(gè)電極，在各個(gè)電極處各連接1條信號(hào)線，以勵(lì)磁線圈的軸 為中心軸將2條信號(hào)線大致旋轉(zhuǎn)對稱地配置。該構(gòu)成與圖3的構(gòu)成相當(dāng)。在如圖3所示 地配置信號(hào)線4a、4b時(shí)，如果求出信號(hào)線4a、4b的電動(dòng)勢的合成矢量，則vXB分量就 會(huì)被消除，因此可以將在各條信號(hào)線中產(chǎn)生的δΑ/δ 分量的大約2倍的分量作為矢量Va 提取。[參數(shù)的提取]下面，對從提取出的δΑ/δ 分量中提取流量以外的參數(shù)的方法說明如下。由 于提取出的S A/δ t分量與被測量流體的流速無關(guān)，因此可以使用該δ A/δ t分量來測量 流速以外的磁場的變動(dòng)或配管內(nèi)的狀態(tài)。在式(38)中，由于隨著成為對象的參數(shù)而變化的變動(dòng)分量被以C表示，因此將 該變動(dòng)分量記作C = rkc · exp (j · θ c)。將系數(shù)rkc、變動(dòng)分量C (矢量)的相對于實(shí) 軸的角度9C作為參數(shù)ρ的函數(shù)而分別以rkc[p]、θ c[p]的函數(shù)形式表示，當(dāng)將參數(shù)為ρ 時(shí)的變動(dòng)分量C設(shè)為Cp時(shí)，則變動(dòng)分量Cp可以用下式表示。Cp = rkc[p] · exp (j · θ c[p ])· · · (40)根據(jù)式(38)，隨著成為對象的參數(shù)而變化的變動(dòng)分量Cp可以用下式表示。Cp = Va/{r α · exp (j · θ α ) · ω} · · · (41)這里，由于系數(shù)ra、角度θ α是可以在校正時(shí)確認(rèn)的值，Va/ {ra · exp(j · θ a) · ω }的振幅為rkc[p]，相對于實(shí)軸的角度為θ c[p]，因此如果在 校正時(shí)存儲(chǔ)好參數(shù)ρ與系數(shù)rkc[p]的關(guān)系、或參數(shù)ρ與角度9c[p]的關(guān)系，就可以通過計(jì) 算Va/{ra · exp(j · θ a) · ω}的振幅或相位，求出參數(shù)ρ的值。此外，對復(fù)平面上的2個(gè)矢量的和進(jìn)行補(bǔ)充說明。將復(fù)平面上的2個(gè)矢量的和 如下式所示地表示。A · ex ρ (j · a) +B · exp (j · b)
= A · cos (a) +j · A · sin (a) +B · cos (b) =sqrt[A2 · cos2 (a) +B2 · cos2 (b) +2 · A · B · cos (a) · cos (b) +A2 +B2 · sin2(b)+2 · A · B · sin (a) =sqrt[A2+B2+2
sin2 (a) sin(b)]
A · B · {cos(a) · cos(b)
+sin (a) · sin (b) }] =sqrt{A2+B2+A · B · cos (a_b)} 另外，此時(shí)的相位cs可以用下式表示。 cs = tan_1[{A · sin (a) +B · sin (b) }
(43)
B · exp (j · b)-A · exp (j · a) =B · cos (b) +j · B · sin (b) -A · cos (a) -j · A · sin (a)
={B · cos (b) -A · cos (a) }+j · {B · sin (b) -A · sin (a) }· ·
(45)/{A · cos (a) +B · cos(b)}]· ·對復(fù)平面上的2個(gè)矢量的差進(jìn)行補(bǔ)充說明。 所示地表示。 =sqrt[B2 · cos2 (b) +A2 · cos2 (a) -2 · B · A · cos (b) · cos (a) +B2 +A2 · sin2 (a)—2 · B · A · sin(b)
sin2 (b) sin (a)]
=sqrt[B2+A2-2 · B · A · {cos(b) · cos (a) +sin(b) · sin (a)}]
=sqrt{B2+A2-B · A · cos (b_a) }· ·
另外，此時(shí)的相位cs可以用下式表示。
cs = tan_1[{B · sin (b) -A · sin (a)}
/{B · cos (b) -A · cos (a)}]· · ·
(46)
(47)[安裝中的注意點(diǎn)]下面，對安裝時(shí)的注意點(diǎn)進(jìn)行說明。為了從由測量值得到的系數(shù)rkc[p]等中求 出參數(shù)的值P，需要預(yù)先制成用于逆變換的表格。根據(jù)校正時(shí)的受到限定的點(diǎn)的關(guān)系，制 作與所有的參數(shù)的值對應(yīng)的表格。代表系數(shù)rkc[p]或角度ec[p]，用函數(shù) ρ]表示，對逆變換和表格進(jìn)行說明。作為制成用于逆變換的表格的方法，有由校正時(shí)的測量結(jié)果插 值而制成表格的方法(以下稱作第一制成方法)、由理論式直接制成表格的方法(以下稱 作第二制成方法)這2種。首先，對第一制成方法進(jìn)行說明。如圖14所示，如果設(shè)為在校正時(shí)當(dāng)參數(shù)的 值為pi時(shí)得到flpl] = yl的測量結(jié)果，另外當(dāng)參數(shù)的值為p2時(shí)得到flp2] = y2的測量結(jié) 果，則利用2點(diǎn)間的直線近似，參數(shù)ρ可以用下式表示。ρ = (p2-pl)/(y2-yl) · (f[p]-yl)+pl · · · (48)可以利用式(48)制成表格，通過使用該表格，可以由在校正后的實(shí)際的測量時(shí) 得到的函數(shù) ρ](系數(shù)rkc[p]或角度ec[p])求出參數(shù)P。而且，雖然在這里給出直線近 似的例子，然而用多項(xiàng)式也可以同樣地進(jìn)行逆變換。下面，對第二制成方法進(jìn)行說明。在設(shè)計(jì)時(shí)作為理論式求出參數(shù)P與y = ilp] 的關(guān)系，在存在反函數(shù)fHy)的情況下，參數(shù)P可以用下式表示。p = ^ (f[p])· · · (49)將式(49)的關(guān)系表示于圖15中。如果將式(49)作為表格存儲(chǔ)，則可以由校正 后的實(shí)際的測量時(shí)得到的函數(shù)flp]算出參數(shù)P。[第一實(shí)施方式]下面，參照附圖對本發(fā)明的第一實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。本實(shí)施方式使用上述 的原理中說明的第一構(gòu)成，作為提取S A/δ t分量的矢量Va的方法使用第一提取方法。圖16是表示本發(fā)明的第一實(shí)施方式的狀態(tài)檢測裝置的構(gòu)成的方框圖。本實(shí)施方 式的狀態(tài)檢測裝置具備流過被測量流體的測量管1 ； 一對電極2a、2b，其按照與對被 測量流體施加的磁場及測量管軸PAX雙方正交并且與被測量流體接觸的方式，在測量管 1中對置配置，檢測因上述磁場和被測量流體的流動(dòng)而產(chǎn)生的電動(dòng)勢；勵(lì)磁線圈3，在將 包含了電極2a、2b的平面PLN作為測量管1的邊界時(shí)，在以該平面PLN為邊界的測量管 1的前后對被測量流體施加對稱并且隨時(shí)間變化的磁場；信號(hào)線4a、4b，其被配設(shè)為， 一端與電極2a、2b連接，并且相對于與平面PLN平行的磁場方向具有傾角，因磁場隨時(shí) 間變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢；狀態(tài)定量化部8a;向勵(lì)磁線圈3供給勵(lì)磁電流而產(chǎn)生磁場的電源 9。狀態(tài)定量化部8a由信號(hào)變換部5a、狀態(tài)存儲(chǔ)部6a、狀態(tài)輸出部7a構(gòu)成，信號(hào)變 換部5a與信號(hào)線4a、4b的另一端連接，通過求出由信號(hào)線4a、4b得到的合成電動(dòng)勢中 的角頻率ω0的成分與勵(lì)磁電流的相位差，來提取δΑ/δ 分量，從該δΑ/δ 分量中， 提取依賴于參數(shù)的變動(dòng)分量的振幅或相位，狀態(tài)存儲(chǔ)部6a(相當(dāng)于上述的表格)預(yù)先存儲(chǔ) 依賴于參數(shù)的變動(dòng)分量的振幅或相位與參數(shù)的關(guān)系，狀態(tài)輸出部7a基于存儲(chǔ)于狀態(tài)存儲(chǔ) 部6a中的關(guān)系，求出與上述提取出的變動(dòng)分量的振幅或相位對應(yīng)的參數(shù)。在圖16中，對于因從電源9供給勵(lì)磁電流而從勵(lì)磁線圈3中產(chǎn)生的磁場當(dāng)中的 在連結(jié)電極2a、2b之間的電極軸EAX上與電極軸EAX及測量管軸PAX雙方正交的磁場 成分(磁通密度)Bl及此時(shí)的勵(lì)磁電流II，是如下所示地給出的。Bl = bl · cos(oO · t_ θ 1)· · · (50)Il = il · cos(oO · t-θ )· · · (51)在式(50)中，bl是磁通密度Bl的振幅，ω O是角頻率，θ 1是磁通密度Bl與ω0 · 的相位差(相位延遲)。以下將磁通密度Bl設(shè)為磁場Bi。另外，在式(51)中， il是勵(lì)磁電流Il的振幅，θ il是勵(lì)磁電流Il與ω O · t的相位差。此時(shí)勵(lì)磁電流I與所 產(chǎn)生的磁場B的關(guān)系由下式表示。B = ki · I· · · (52)在式(52)中，ki是由磁性體或配管所致的損耗決定的復(fù)數(shù)，如果將ki用復(fù)矢量 表示，則變?yōu)橄率健i = rki · cos ( θ i) +j · rki · sin ( θ i)= rki · exp (j ‘ θ i)· · · (53)在式(53)中，rki是比例系數(shù)，θ i是矢量ki相對于實(shí)軸的角度。當(dāng)使用式(51) (53)將式(50)中所示的磁場Bl變換為復(fù)矢量時(shí)，則以下式的 Blc表不。Blc = rki · il · exp{j ‘ (θ +θ )} · · · (54)根據(jù)式(50)和式(54)，下式的關(guān)系成立。bl = rki · il· · · (55)θ 1 = θ +θ · · · (56)信號(hào)線間電動(dòng)勢差是在信號(hào)線4b的信號(hào)變換部側(cè)的端部檢測出的電動(dòng)勢與在信 號(hào)線4a的信號(hào)變換部側(cè)的端部檢測出的電動(dòng)勢之差。對將由磁場Bl的時(shí)間變化引起的 信號(hào)線間電動(dòng)勢差變換為復(fù)矢量的電動(dòng)勢差、將由被測量流體的流速V和磁場Bl引起的 信號(hào)線間電動(dòng)勢差變換為復(fù)矢量的電動(dòng)勢差進(jìn)行相加，當(dāng)將所得的整體的信號(hào)線間電動(dòng) 勢差當(dāng)中的角頻率ω0的成分的信號(hào)線間電動(dòng)勢差設(shè)為EiO時(shí)，如果向式(34)中代入式 (55)、式(57)，此外還將rkv= Yv · rks代入，則信號(hào)線間電動(dòng)勢差EiO可以用下式表不。EiO = rks · ωΟ · rki · il· exp{j · (Ji /2+ θ i+ θ il+ θ s) }+Yv · rks · V · rki · il · exp{j · ( θ i+ θ il+ θ ν)}· · · (57)式(57)中所示的信號(hào)線間電動(dòng)勢差EiO為在信號(hào)變換器5a中被檢測出的信號(hào)。
θ il是可以測量的勵(lì)磁電流Il的相位，θ 、θ S、θ ν設(shè)為能夠在校正時(shí)測量的常數(shù)。這 樣，就可以將信號(hào)線間電動(dòng)勢差EiO分解為(π /2+ θ i+ θ il+ θ s)方向和(θ i+ θ il+ θ ν) 方向，可以提取作為 δ A/St 分量的 rks · ωΟ · rki · il · exp{j · (Ji /2+ θ i+ θ il+ θ s)}0如果將該SA/δ t分量的電動(dòng)勢設(shè)為EiA，則電動(dòng)勢EiA可以用下式表示。EiA = rks · ω θ · rki · il· exp{j ‘ (Ji /2+ θ i+ θ il+ θ s) }· · · (5 θ )由于式(58)與流速的振幅V無關(guān)，因此僅為因δ A/δ t而產(chǎn)生的分量。如果使 用電動(dòng)勢EiA，則可以測量流速以外的流體的狀態(tài)或測量管內(nèi)的狀態(tài)。這里，當(dāng)將由參數(shù)造成的變動(dòng)分量設(shè)為Cpl，將參數(shù)的值設(shè)為pi時(shí)，則根據(jù)式 (40)可以將變動(dòng)分量Cpl用下式表示。Cpl = rkc[pl] · exp (j · θ c[pl])· · · (59)式(58)中的變動(dòng)分量Cpl可以用下式表示。
Cpl = rks · rki · il · exp (j · θ il)= EiA/[ ω 0 · exp{j · ( π/2+θ i+θ s) }] · · · (60)根據(jù)式(60)將變動(dòng)分量Cpl的振幅rkc[pl]和與實(shí)軸的角度θ c[pl]用下式表示。rkc[pl] = |Ε Α|/ωΟ· · · (61)θ C[pl] = Z EiA- ( π /2+9i+ θ s)· · · (62)根據(jù)利用校正時(shí)的測量等預(yù)先確認(rèn)的參數(shù)pi與rkc[pl]的關(guān)系或參數(shù)pi與角度 0c[pl]的關(guān)系，可以求出參數(shù)pi。而且，上述的基本原理中所用的常數(shù)及變量與本實(shí)施方式的常數(shù)及變量的對應(yīng) 如以下的表1所示。角度θ 、θ s, θ ν是可以利用校正等預(yù)先求出的常數(shù)。從表1中 可以清楚地知道，本實(shí)施方式是將上述的基本原理具體地實(shí)現(xiàn)的1個(gè)例子。[表1]基本原理與第一實(shí)施方式的對應(yīng)關(guān)系
基本原理的常數(shù)及變量第一實(shí)施方式的常數(shù)及變量r α1ΓβYvθ αJi /2+ θ i+ θ sθ βθ i+ θ γCrks · rki · il · exp (j · θ il)下面，對本實(shí)施方式的狀態(tài)檢測裝置的具體的動(dòng)作進(jìn)行說明。電源9向勵(lì)磁線 圈3供給具有角頻率ω0的正弦波成分的勵(lì)磁電流II。圖17是表示狀態(tài)定量化部8a的動(dòng)作的流程圖。首先，信號(hào)變換部5a求出勵(lì)磁 電流Il的角頻率ωΟ的成分的振幅il，并且利用未圖示的相位檢波器求出實(shí)軸與勵(lì)磁電 流Il的角頻率ω O的成分的相位差θ (圖17步驟S101)。另外，信號(hào)變換部5a求出作為信號(hào)線間電動(dòng)勢差的角頻率ωΟ的成分的信號(hào)線 間電動(dòng)勢差EiO的振幅rO，并且利用相位檢波器求出實(shí)軸與信號(hào)線間電動(dòng)勢差EiO的相位 差Φ0 (步驟S102)。然后，信號(hào)變換部5a求出信號(hào)線間電動(dòng)勢差EiO中的作為δΑ/δ 分量的電動(dòng) 勢EiA的角度和振幅(步驟S103)。該步驟S103的處理是與求出δ A/ δ t分量對應(yīng)的處 理，是相當(dāng)于式(58)的算出的處理。信號(hào)變換部5a如下式所示地算出電動(dòng)勢EiA與實(shí) 軸的角度ZEiA。Z EiA = π /2+ θ i+ θ il+ θ s· · · (63)另外，信號(hào)變換部5a如下式所示地算出電動(dòng)勢EiA的振幅|EiA|。|EiA| = rO · sin ( Φ O— θ i_ θ il- θ ν)
/sin (π /2— θ s+ θ ν)· · · (64)這樣，即結(jié)束步驟S103的處理。信號(hào)變換部5a從電動(dòng)勢EiA中，求出依賴于參數(shù)pi的變動(dòng)分量Cpl的振幅和角 度(步驟S104)。信號(hào)變換部5a利用式(61)算出變動(dòng)分量Cpl的振幅rkc[pl]，并且利 用式(62)算出變動(dòng)分量Cpl與實(shí)軸的角度ec[pi]。在狀態(tài)存儲(chǔ)部6a中，以數(shù)學(xué)式或表格的形式預(yù)先登記有參數(shù)pi與變動(dòng)分量 Cpl的振幅rkc[pl]的關(guān)系、或參數(shù)pi與變動(dòng)分量Cpl的角度θ c[pl]的關(guān)系。在步驟 S105中，狀態(tài)輸出部7a基于由信號(hào)變換部5a計(jì)算的變動(dòng)分量Cpl的振幅rkc[pl]或角度 θ c[pl],參照狀態(tài)存儲(chǔ)部6a，算出與rkc[pl]或θ φ ]對應(yīng)的參數(shù)pi的值(或者從狀態(tài) 存儲(chǔ)部6a中取得)。狀態(tài)定量化部8a按每個(gè)一定周期進(jìn)行如上所述的步驟SlOl S105的處理，直 至例如由操作者指示了測量結(jié)束為止(步驟S106中為“是”)。如上所述，在本實(shí)施方式中，由于從信號(hào)線間電動(dòng)勢差EiO (合成矢量Va+Vb)中 提取電動(dòng)勢EiA ( δ A/ δ t分量的矢量Va)，從該電動(dòng)勢EiA中提取依賴于流體的特性或狀 態(tài)、磁場的狀態(tài)或者測量管內(nèi)的狀態(tài)(參數(shù)pi)的變動(dòng)分量Cpl的振幅或相位(角度)， 基于該變動(dòng)分量Cpl的振幅或相位求出參數(shù)pl，因此無論流體的流速如何，都可以精度 優(yōu)良地檢測出流體的特性或狀態(tài)、磁場的狀態(tài)或測量管內(nèi)的狀態(tài)。本實(shí)施方式中，如果 使用作為以往的普通型的電磁流量計(jì)的檢測器的構(gòu)成的測量管1、電極2a、2b和勵(lì)磁線 圈3，按照因磁場隨時(shí)間變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢的方式配設(shè)信號(hào)線4a、4b，就可以檢測出包括 磁場和流體在內(nèi)的測量管內(nèi)的狀態(tài)，因此可以不用大幅度變更普通型的電磁流量計(jì)的檢 測器的構(gòu)成地，實(shí)現(xiàn)只能用專利文獻(xiàn)2中公開的不對稱勵(lì)磁型的狀態(tài)檢測裝置得到的效果而且，雖然在本實(shí)施方式中，只要從電動(dòng)勢EiA中提取變動(dòng)分量Cpl的振幅 rkc[pl]或角度ec[pl]的任一個(gè)即可，然而也可以提取振幅和角度雙方，求出參數(shù)pl。該 情況下，只要選擇振幅rkc[pl]與角度ec[pl]中的例如靈敏度好的一方，基于選擇出的振 幅或角度來求出參數(shù)pl即可。這樣，就可以提高檢測靈敏度。另外，本實(shí)施方式中，可以利用EiO-EiA來提取vXB分量。從vXB分量算出 流體的流量是在普通的電磁流量計(jì)中周知的技術(shù)，可以用構(gòu)成狀態(tài)定量化部8a的計(jì)算機(jī) 很容易地實(shí)現(xiàn)。所以，本實(shí)施方式也可以作為流量計(jì)來動(dòng)作。[第二實(shí)施方式]下面，對本發(fā)明的第二實(shí)施方式進(jìn)行說明。本實(shí)施方式使用上述的原理中說明 的第一構(gòu)成，作為提取SA/δ t分量的矢量Va的方法使用第二提取方法。由于在本實(shí)施 方式中，狀態(tài)檢測裝置的構(gòu)成也與第一實(shí)施方式相同，因此使用圖16的符號(hào)進(jìn)行說明。在圖16中，對于從勵(lì)磁線圈3中產(chǎn)生的磁場當(dāng)中的在連結(jié)電極2a、2b之間的電 極軸EAX上與電極軸EAX及測量管軸PAX雙方正交的磁場成分(磁通密度)Bi，是如 下所示地給出的。Bl = bl · cos (ω 0 · t- θ l)+bl · cos (ω 1 · t_ θ 1)· · · (65)在式(65)中，bl是磁通密度Bl的振幅，ω0、ω 1是角頻率，θ 1是磁通密度Bl與ω 0 · t及ω 1 · t的相位差(相位延遲)。以下將磁通密度Bl設(shè)為磁場Bl。與第一實(shí)施方式相同，信號(hào)線間電動(dòng)勢差是在信號(hào)線4b的信號(hào)變換部側(cè)的端部 檢測出的電動(dòng)勢與在信號(hào)線4a的信號(hào)變換部側(cè)的端部檢測出的電動(dòng)勢之差。對將由磁場 Bl的時(shí)間變化引起的信號(hào)線間電動(dòng)勢差變換為復(fù)矢量的電動(dòng)勢差、將由被測量流體的流 速V和磁場Bl引起的信號(hào)線間電動(dòng)勢差變換為復(fù)矢量的電動(dòng)勢差進(jìn)行相加，當(dāng)將所得的 整體的信號(hào)線間電動(dòng)勢差當(dāng)中的角頻率ω0的成分的信號(hào)線間電動(dòng)勢差設(shè)為EdO時(shí)，則信 號(hào)線間電動(dòng)勢差EdO可以與式(34)對應(yīng)地用式(66)表示。EdO = rks · ω0 · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ s) }+rkv · V · bl · exp{j · ( θ 1+θ v)}· · · (66)另外，對將由磁場Bl的時(shí)間變化引起的信號(hào)線間電動(dòng)勢差變換為復(fù)矢量的電動(dòng) 勢差、將由被測量流體的流速V和磁場Bl引起的信號(hào)線間電動(dòng)勢差變換為復(fù)矢量的電動(dòng) 勢差進(jìn)行相加，當(dāng)將所得的整體的信號(hào)線間電動(dòng)勢差當(dāng)中的角頻率ω1的成分的信號(hào)線 間電動(dòng)勢差設(shè)為Edl時(shí)，則信號(hào)線間電動(dòng)勢差Edl可以與式(34)對應(yīng)地用式(67)表示。Edl = rks · ω 1 · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ s) }+rkv · V · bl · exp{j ‘ ( θ 1+ θ v)} · · · (67)這里，使θ v = θ s+Δ θ v、rkv = Yv · rks,將它們代入式(66)、式(67)時(shí)， 信號(hào)線間電動(dòng)勢差EdO、Edl就分別如式(68)、式(69)所示。EdO= rks · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ s) }+Yv · rks · V · bl · exp{j · ( θ 1+ θ s+ Δ θ ν)}= rks · bl · exp{j · ( θ 1+ θ s)}· { ω ο · exp (j · π /2) +γ ν · V · exp (j · Δ θ ν) }· · · (68)Edl= rks · ω 1 · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ s) }+Yv · rks · V · bl · exp{j · ( θ 1+ θ s+ Δ θ ν)}= rks · bl · exp{j · ( θ 1+ θ s)}· { ω 1 · exp (j · π /2) +γ ν · V · exp (j · Δ θ ν) }· · · (69)如果取得信號(hào)線間電動(dòng)勢差EdO與Edl的差，將求出的差乘以ωΟ/(ωΟ_ω1) 倍，將結(jié)果設(shè)為EdA，則下式成立。EdA = (EdO-Edl) · ωO/(ωO-ω 1)= rks · bl · exp{j · ( θ 1+ θ s)}· { ω ο · exp (j · π /2) +γ ν · V · exp (j · Δ θ v)- ω 1 · exp (j · 31 /2) - γ ν · V · exp (j · Δ θ v) }· ω O/(ω O-ω 1)=rks · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ s) } · · (70)由于電動(dòng)勢差EdA與流速的振幅V無關(guān)，因此就僅為因δΑ/δ 而產(chǎn)生的分 量。如果使用電動(dòng)勢差EdA，則可以測量流速以外的流體的狀態(tài)或測量管內(nèi)的狀態(tài)。 而且，電動(dòng)勢差EdA準(zhǔn)確地說是將信號(hào)線間電動(dòng)勢差EdO與Edl的電動(dòng)勢差乘以ωΟ/ (ωΟ-ωΙ)倍的量，乘以ωΟ/(ωΟ_ω1)倍的理由是為了使式子的展開更為容易。
這里，當(dāng)將由參數(shù)造成的變動(dòng)分量設(shè)為Cp2，將參數(shù)的值設(shè)為p2時(shí)，則根據(jù)式 (40)可以將變動(dòng)分量Cp2用下式表示。Cp2 = rkc[p2] · exp (j · θ c[p2])· · · (71)式(70)中的變動(dòng)分量Cp2可以用下式表示。Cp2 = rks · bl · exp{j · ( θ 1+ θ s)}= Ε Α/{ωΟ · exp (j · π/2))· · · (72)根據(jù)式(72)將變動(dòng)分量Cp2的振幅rkc[p2]和與實(shí)軸的角度θ C[p2]用下式表示。rkc[p2] = |EdA|/ ω 0· · · (73)θ C[p2] = Z EdA- (π /2)· · · (74)根據(jù)利用校正時(shí)的測量等預(yù)先確認(rèn)的參數(shù)p2與rkc[p2]的關(guān)系或參數(shù)p2與角度 9c[p2]的關(guān)系，可以求出參數(shù)p2。而且，上述的基本原理中所用的常數(shù)及變量與本實(shí)施方式的常數(shù)及變量的對應(yīng) 如以下的表2所示。從表2中可以清楚地知道，本實(shí)施方式是將上述的基本原理具體地 實(shí)現(xiàn)的1個(gè)例子。[表2]基本原理與第二實(shí)施方式的對應(yīng)關(guān)系
權(quán)利要求
1.一種狀態(tài)檢測裝置，以流體的特性或狀態(tài)、磁場的狀態(tài)或測量管內(nèi)的狀態(tài)作為檢 測對象的參數(shù)，其特征在于，具備流體所流過的測量管；電極，其配設(shè)于該測量管中，檢測對所述流體施加的磁場和因所述流體的流動(dòng)而產(chǎn) 生的電動(dòng)勢；勵(lì)磁部，其對所述流體施加相對于包含了該電極的與所述測量管的軸向垂直的電極 平面來說對稱并且隨時(shí)間變化的磁場；信號(hào)線，其被配設(shè)為，一端與所述電極連接，并且相對于與所述電極平面平行的磁 場方向具有傾角，因所述磁場隨時(shí)間變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢；狀態(tài)定量化部，其與所述信號(hào)線的另一端連接，從由所述電極及信號(hào)線檢測出的與 所述流體的流速無關(guān)而由所述磁場隨時(shí)間變化引起的SA/δ t分量的電動(dòng)勢和由所述流 體的流速引起的vXB分量的電動(dòng)勢的合成電動(dòng)勢中提取所述δΑ/δ 分量，從該δΑ/ δ t分量中提取依賴于所述參數(shù)的變化分量，基于該變化分量將所述參數(shù)定量化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述狀態(tài)定量化部由信號(hào)變換 部、狀態(tài)存儲(chǔ)部、狀態(tài)輸出部構(gòu)成，所述信號(hào)變換部從由所述電極及信號(hào)線檢測出的與所述流體的流速無關(guān)而由所述磁 場隨時(shí)間變化引起的S A/ δ t分量的電動(dòng)勢和由所述流體的流速引起的vXB分量的電動(dòng) 勢的合成電動(dòng)勢中提取所述S A/δ t分量，從該δ A/δ t分量中提取依賴于所述參數(shù)的變 化分量，所述狀態(tài)存儲(chǔ)部預(yù)先存儲(chǔ)依賴于所述參數(shù)的變化分量與所述參數(shù)的關(guān)系，所述狀態(tài)輸出部基于存儲(chǔ)于該狀態(tài)存儲(chǔ)部中的關(guān)系，求出與所述提取出的變化分量 對應(yīng)的所述參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述信號(hào)線的配設(shè)方向具有與 所述測量管的軸同向的成分。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述勵(lì)磁部由按照線圈 軸包含于所述電極平面中的方式配設(shè)的勵(lì)磁線圈和向該勵(lì)磁線圈供給勵(lì)磁電流的電源構(gòu) 成，所述信號(hào)變換部通過求出所述合成電動(dòng)勢與所述勵(lì)磁電流的相位差或時(shí)間差來提取 所述δ A/ δ t分量。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述電源向所述勵(lì)磁線圈供給 第一頻率的勵(lì)磁電流，所述信號(hào)變換部通過求出所述合成電動(dòng)勢中的所述第一頻率的成分與所述勵(lì)磁電流 的相位差，來提取所述SA/δ t成分，從該δ A/δ t分量中提取依賴于所述參數(shù)的變化分 量的振幅或相位，所述狀態(tài)存儲(chǔ)部預(yù)先存儲(chǔ)依賴于所述參數(shù)的變化分量的振幅或相位與所述參數(shù)的關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述勵(lì)磁部由勵(lì)磁線圈和 電源構(gòu)成，該勵(lì)磁線圈按照線圈軸包含于所述電極平面中的方式配設(shè)；該電源向所述勵(lì) 磁線圈供給同時(shí)或交替地施加多個(gè)勵(lì)磁頻率的勵(lì)磁電流，所述信號(hào)變換部通過求出所述合成電動(dòng)勢中的同時(shí)或交替地得到的至少2個(gè)不同的 頻率成分的振幅和相位，來提取所述δ A/δ t分量。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述電源向所述勵(lì)磁線圈供給 同時(shí)或交替地施加第一頻率和第二頻率兩個(gè)不同勵(lì)磁頻率的勵(lì)磁電流，所述信號(hào)變換部求出所述合成電動(dòng)勢中的所述第一頻率與所述第二頻率這2個(gè)頻 率成分的振幅和相位，基于這些振幅和相位提取所述2個(gè)頻率成分的電動(dòng)勢差作為所述 δ A/δ t分量，從該δ A/δ t分量中提取依賴于所述參數(shù)的變化分量的振幅或相位，所述狀態(tài)存儲(chǔ)部預(yù)先存儲(chǔ)依賴于所述參數(shù)的變化分量的振幅或相位與所述參數(shù)的關(guān)系。
8.根據(jù)權(quán)利要求4至7中任意一項(xiàng)所述的狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述電極按照 在與所述測量管的軸正交的軸上隔著所述測量管的軸相面對的方式配設(shè)一對，每個(gè)電極分別連接1根所述信號(hào)線，所述信號(hào)線由2條信號(hào)線構(gòu)成，該2條信號(hào)線中 的至少1條信號(hào)線被配設(shè)為，相對于與所述電極平面平行的磁場方向具有傾角，能因所 述磁場隨時(shí)間變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢。
9.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述勵(lì)磁部由按照線圈 軸包含于所述電極平面中的方式配設(shè)的勵(lì)磁線圈和向該勵(lì)磁線圈供給勵(lì)磁電流的電源構(gòu) 成，所述信號(hào)線由配設(shè)于相互不同的路徑中的多條信號(hào)線構(gòu)成，所述信號(hào)變換部通過求出由所述多條信號(hào)線得到的合成電動(dòng)勢之和或差來提取所述 δ A/δ t分量。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述電極按照在與所述測量 管的軸正交的軸上隔著所述測量管的軸相面對的方式配設(shè)一對，每個(gè)電極分別連接1根所述信號(hào)線，所述信號(hào)線由2條信號(hào)線構(gòu)成，該2條信號(hào)線被 配設(shè)為從所述電極平面朝向彼此相反的方向，所述信號(hào)變換部通過求出由所述2條信號(hào)線得到的合成電動(dòng)勢之和來提取所述δ A/ St分量，從該δ A/δ t分量中提取依賴于所述參數(shù)的變化分量的振幅或相位，所述狀態(tài)存儲(chǔ)部預(yù)先存儲(chǔ)依賴于所述參數(shù)的變化分量的振幅或相位與所述參數(shù)的關(guān)系。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述信號(hào)線由與相同電極連 接的多條信號(hào)線構(gòu)成，所述信號(hào)變換部通過求出由所述多條信號(hào)線得到的合成電動(dòng)勢中的至少由2條信號(hào) 線得到的合成電動(dòng)勢的振幅和相位，來提取所述δ A/δ t分量。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述信號(hào)線由與相同電極連 接的第一、第二信號(hào)線構(gòu)成，該第一、第二信號(hào)線被配設(shè)為從所述電極平面朝向彼此相 反的方向，所述信號(hào)變換部對由所述第一信號(hào)線得到的第一合成電動(dòng)勢和由所述第二信號(hào)線得 到的第二合成電動(dòng)勢分別求出振幅和相位，基于這些振幅和相位，提取所述第一合成電 動(dòng)勢與所述第二合成電動(dòng)勢的電動(dòng)勢差作為所述S A/δ t分量，從該δ A/δ t分量中提取 依賴于所述參數(shù)的變化分量的振幅或相位，所述狀態(tài)存儲(chǔ)部預(yù)先存儲(chǔ)依賴于所述參數(shù)的變化分量的振幅或相位與所述參數(shù)的關(guān)系。
13.根據(jù)權(quán)利要求11或12所述的狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，所述電極按照在與所 述測量管的軸正交的軸上隔著所述測量管的軸相面對的方式配設(shè)一對，與各個(gè)電極分別連接多條的信號(hào)線中，至少有與一個(gè)電極連接的信號(hào)線被配設(shè)為 相對于與所述電極平面平行的磁場方向具有傾角，能因所述磁場隨時(shí)間變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任意一項(xiàng)所述的狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，具備覆蓋所 述勵(lì)磁部的外側(cè)的外殼，所述信號(hào)線在所述外殼的內(nèi)側(cè)被配設(shè)為，相對于與所述電極平面平行的磁場方向具 有傾角，能因所述磁場隨時(shí)間變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢。
15.根據(jù)權(quán)利要求4至13中任意一項(xiàng)所述的狀態(tài)檢測裝置，其特征在于，具備覆蓋所 述勵(lì)磁線圈的外側(cè)的外殼，所述信號(hào)線在所述外殼的內(nèi)側(cè)被配設(shè)為，相對于與所述電極平面平行的磁場方向具 有傾角，能因所述磁場隨時(shí)間變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢。
全文摘要
本發(fā)明提供一種狀態(tài)檢測裝置，可以不需要大幅度變更普通型的電磁流量計(jì)的檢測器的構(gòu)成。該狀態(tài)檢測裝置以流體的特性或狀態(tài)、磁場的狀態(tài)或測量管內(nèi)的狀態(tài)作為檢測對象的參數(shù)，具備測量管(1)；電極(2a、2b)；對流體施加磁場的勵(lì)磁線圈(3)；信號(hào)線(4a、4b)，其被配設(shè)為，相對于與平面(PLN)平行的磁場方向具有傾角，因磁場隨時(shí)間變化而產(chǎn)生電動(dòng)勢；狀態(tài)定量化部(8a)，其從由電極(2a、2b)及信號(hào)線(4a、4b)檢測出的與流體的流速無關(guān)而由磁場隨時(shí)間變化引起的δA/δt分量的電動(dòng)勢和由流體的流速引起的v×B分量的電動(dòng)勢的合成電動(dòng)勢中提取δA/δt分量，從δA/δt分量中提取依賴于參數(shù)的變化分量，基于變化分量將參數(shù)定量化。
文檔編號(hào)G01F1/58GK102012245SQ20101027657
公開日2011年4月13日 申請日期2010年9月6日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者山本友繁 申請人:株式會(huì)社山武