专利名称：电磁流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及测量流过测量管内的被测量流体的流量的电磁流量计，特别是涉及 可以实现准确的流量测量的励磁方式和信号处理方式。
背景技术：
电磁流量计是利用电磁感应现象将流过测量管内的导电性的被测量流体的流量 变换为电信号来进行测量的。图27中表示了以往的普通型的电磁流量计的构成。该电 磁流量计具有被测量流体流过的测量管1 ； 一对电极2a、2b，其按照与对被测量流体 施加的磁场及测量管1的轴PAX双方正交并且与被测量流体接触的方式，在测量管1中 对置配置，检测由于上述磁场和被测量流体的流动而产生的电动势；励磁线圈3，其对 被测量流体施加与连结电极2a、2b之间的电极轴EAX及测量管轴PAX双方正交的磁�。� 检测电极2a、2b之间的电动势的信号变换部5;根据由信号变换部5检测出的电极间电 动势算出被测量流体的流量的流量输出部6。图27的普通型的电磁流量计中，在将与测量管轴PAX的方向正交的包含了电极 2a、2b的平面PLN设为测量管1的边界时，在以该平面PLN为边界的测量管1的前后对 被测量流体施加对称的磁场。另外，励磁线圈3的励磁方式，有可以进行高频励磁的正 弦波励磁方式和不受电磁感应噪声等的影响的矩形波励磁方式。在励磁线圈3的励磁电流中使用正弦波的正弦波励磁方式中，存在容易受到商 用频率噪声的影响的缺点，然而该缺点可以通过提高了励磁电流的频率的高频励磁方式 来解决。另外，在高频励磁方式中，有对电化学噪声或尖峰噪声(spike noise)这样的1/ f噪声耐受性强的优点，此外还有可以提高响应性(使流量信号迅速地追随流量变化的特 性)的优点。但是，在以往的正弦波励磁方式中，存在容易受到同相成分噪声的影响的问 题。作为同相成分的噪声，例如有对被测量流体施加的磁场的振幅的移动。在以往的电 磁流量计中，向励磁线圈3供给的励磁电流的振幅因电源电压的不稳等理由而变动(移 动)，当对被测量流体施加的磁场的振幅移动时，电极间电动势的振幅就会变化，产生 由移动影响造成的流量测量误差。此种同相成分的噪声即使使用高频励磁方式也无法除 去。与之不同，在向励磁线圈3供给的励磁电流中使用矩形波的矩形波励磁方式的 情况下，有对同相成分的噪声耐受性强的优点。但是，由于矩形波励磁方式采用在磁场 没有变化的时候检测电极间电动势的方法，因此当励磁电流为高频时，对于检测器就会 要求很高的性能。此外，矩形波励磁方式中，当励磁电流变为高频时，无法忽视励磁线 圈3的阻抗、励磁电流的响应性、磁场的响应性、励磁线圈3的铁心或测量管1中的过电 流损耗之类的影响，难以维持矩形波励磁。其结果是，在矩形波励磁方式的情况下，难 以进行高频励磁，存在无法实现对流量变化的响应性的提高或对Ι/f噪声的除去的问题。而且，由于流量是在流速上乘以测量管的截面积而得的，因此通常来说，在初期状态下的校正中流速与流量是一对一的关系，求出流速和求出流量可以同等地处置， 因此以下(为了求出流量)采用求出流速的方式来继续说明。作为可以除去同相成分的噪声而修正流量测量误差、并且可以实现高频励磁的 电磁流量计，发明人提出过如图28所示的不对称励磁型的电磁流量计(参照专利文献1、 专利文献2)。相对于图27所示的普通型，图28中所示的不对称励磁型的电磁流量计通 过提取不受量程的迁移影响的参数(不对称励磁参数)，基于它输出流量，来解决量程的 迁移的问题。这里，使用图29对量程的迁移进行说明。当即使被测量流体的流速没有变化， 而利用电磁流量计测量出的流速的大小V也变化时，可以认为是量程的迁移是导致该输 出变动的要因。例如如下所示地校正，即，在初期状态下被测量流体的流速为0时电磁 流量计的输出为0(v)，在流速为l(m/sec)时输出为l(v)。这里的电磁流量计的输出是表 示流速的大小V的电压。利用此种校正，如果被测量流体的流速为l(m/SeC)，则电磁流 量计的输出当然就会为I(V)。但是，在经过某个时间tl的时候，会有尽管被测量流体的 流速同样地为l(m/SeC)而电磁流量计的输出却变为1.2 (ν)的情况。可以看作该输出变动 的要因的是量程的迁移。量程的迁移这样的现象例如是因为如下等原因而产生的，艮口， 因电磁流量计的周围温度的变化等，无法将流过励磁线圈的励磁电流值维持为恒定值。 专利文献1日本专利第3774218号公报专利文献2日本特开2005-300325号公报但是，如图28中所示的构成那样，由于不对称励磁型的电磁流量计与普通型的 电磁流量计不同，需要在电极位置与线圈位置之间设置偏移量(offset)，因此存在如下 的问题，即，无法沿用普通型的电磁流量计的检测器，而需要设计、制作新的检测器部 分。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，不用大幅度变更以往的普 通型的检测器的构成，提供一种可以自动地进行准确的量程修正、进行高精度的流量测 量的电磁流量计。本发明的电磁流量计的特征在于，具备被测量流体流过的测量管；电极，其 配置于该测量管中，检测对上述流体施加的磁场和因上述流体的流动而产生的电动势； 励磁部，其对上述流体包含该电极在内，施加相对于与上述测量管的轴向垂直的电极平 面来说对称并且随时间变化的磁场；信号线，其被配设为一端与上述电极连接，并且相 对于与上述电极平面平行的磁场方向具有倾角，因上述磁场随时间变化而产生电动势； 信号变换部，其与上述信号线的另一端连接，从由上述电极及信号线检测出的与上述流 体的流速无关而由上述磁场随时间变化引起的SA/δ t分量的电动势和由上述流体的流 速引起的vXB分量的电动势的合成电动势中，提取上述δ A/δ t分量；流量输出部， 其基于上述提取出的δΑ/δ 分量，除去与上述合成电动势当中的νΧΒ分量的流速的大 小V相关的系数即量程的变动分量，根据除去该变动分量而得的结果算出上述流体的流 量。另外，在本发明的电磁流量计的一个构成例中，其特征在于，上述信号线的配设方向具有与上述测量管的轴同向的分量。另外，在本发明的电磁流量计的一个构成例中，其特征在于，上述励磁部由按 线圈轴包含于上述电极平面中的方式配设的励磁线圈、向该励磁线圈供给励磁电流的电 源构成，上述信号变换部通过求出上述合成电动势与上述励磁电流的相位差或时间差， 来提取上述δ A/δ t分量。另外，在本发明的电磁流量计的一个构成例(第一实施方式)中，其特征在于， 上述电源向上述励磁线圈供给第一频率的励磁电流，上述信号变换部通过求出上述合成 电动势中的上述第一频率的成分与上述励磁电流的相位差，来提取上述S A/δ t分量， 上述流量输出部基于上述提取出的δΑ/δ 分量，除去上述合成电动势的第一频率成分 中的νΧΒ分量中所含的量程的变动分量，根据除去该变动分量的结果算出上述流体的流 量。另外，在本发明的电磁流量计的一个构成例中，其特征在于，上述励磁部由励 磁线圈和向上述励磁线圈供给励磁电流的电源构成，上述励磁线圈按照线圈轴包含于上 述电极平面中的方式配设，上述励磁电流为同时或交替地施加多个励磁频率的励磁电 流，上述信号变换部通过求出上述合成电动势中的同时或交替地得到的至少2个不同的 频率成分的振幅和相位，来提取上述SA/δ t分量。另外，在本发明的电磁流量计的一个构成例(第二实施方式)中，其特征在于， 上述电源向上述励磁线圈供给同时或交替地施加第一频率和第二频率两个不同励磁频率 的励磁电流，上述信号变换部求出上述合成电动势中的上述第一频率与上述第二频率这2 个频率成分的振幅和相位，基于这些振幅和相位，作为上述SA/δ t分量提取上述2个频 率成分的电动势差，上述流量输出部基于上述提取出的SA/δ t分量，除去上述合成电 动势中的上述第一频率成分中的vXB分量或上述第二频率成分中的vXB分量中所含的 量程的变动分量，根据除去该变动分量的结果算出上述流体的流量。另外，在本发明的电磁流量计的一个构成例中，其特征在于，上述电极被按照 在与上述测量管的轴正交的轴上隔着上述测量管的轴相面对的方式配设一对，上述信号 线由与各个电极各连接1条的2条信号线构成，该2条信号线中的至少1条信号线被配设 为，相对于与上述电极平面平行的磁场方向具有倾角，由于上述磁场随时间变化而产生 电动势。另外，在本发明的电磁流量计的一个构成例中，其特征在于，上述励磁部由按 照线圈轴包含于上述电极平面中的方式配设的励磁线圈、向该励磁线圈供给励磁电流的 电源构成，上述信号线由配设于相互不同的路径中的多条信号线构成，上述信号变换部 通过求出由上述多条信号线得到的合成电动势的和或差，来提取上述δ A/δ t分量。另外，在本发明的电磁流量计的一个构成例(第三实施方式)中，其特征在于， 上述电极被按照在与上述测量管的轴正交的轴上隔着上述测量管的轴相面对的方式配设 一对，上述信号线由与各个电极分别连接1条的2条信号线构成，该2条信号线被配设为 从上述电极平面朝向彼此相反的方向，上述信号变换部通过求出由上述2条信号线得到 的合成电动势之和，来提取上述S A/δ t分量，上述流量输出部基于上述提取出的δ A/ St分量，除去由上述2条信号线得到的合成电动势的差中的νΧΒ分量中所含的量程的变 动分量，根据除去该变动分量的结果算出上述流体的流量。
另外，在本发明的电磁流量计的一个构成例中，其特征在于，上述信号线由与 相同电极连接的多条信号线构成，上述信号变换部通过求出由上述多条信号线得到的合 成电动势当中的至少由2条信号线得到的合成电动势的振幅和相位，来提取上述δΑ/δ 分量。另外，在本发明的电磁流量计的一个构成例(第四实施方式)中，其特征在于， 上述信号线由与相同电极连接的第一、第二信号线构成，该第一、第二信号线被配设为 从上述电极平面朝向彼此相反的方向，上述信号变换部对由上述第一信号线得到的第一 合成电动势和由上述第二信号线得到的第二合成电动势分别求出振幅和相位，基于这些 振幅和相位，提取上述第一合成电动势与上述第二合成电动势的电动势差作为上述SA/ St分量，上述流量输出部基于上述提取出的δ A/δ t分量，除去由上述第一合成电动势 与上述第二合成电动势的电动势和中的vXB分量中所含的量程的变动分量，根据除去该 变动分量的结果算出上述流体的流量。另外，在本发明的电磁流量计的一个构成例中，其特征在于，上述电极被按照 在与上述测量管的轴正交的轴上隔着上述测量管的轴相面对的方式配设一对，与各个电 极各连接多条的信号线当中的与至少一方的电极连接的信号线被配设为，相对于与上述 电极平面平行的磁场方向具有倾角，因上述磁场随时间变化而产生电动势。另外，本发明的电磁流量计的一个构成例(第五实施方式)的特征在于，具备覆 盖上述励磁部的外侧的外壳，上述信号线在上述外壳的内侧被配设为，相对于与上述电 极平面平行的磁场方向具有倾角，因上述磁场随时间变化而产生电动势。另外，本发明的电磁流量计的一个构成例(第五实施方式)的特征在于，具备覆 盖上述励磁线圈的外侧的外壳，上述信号线在上述外壳的内侧被配设为，相对于与上述 电极平面平行的磁场方向具有倾角，因上述磁场随时间变化而产生电动势。发明效果根据本发明，设有被测量流体所流过的测量管；电极，其配置于测量管中， 检测对流体施加的磁场和因流体的流动而产生的电动势；励磁部，其对流体施加相对于 包含了电极的与测量管的轴向垂直的电极平面来说对称并且随时间变化的磁�。恍藕� 线，其被配设为一端与电极连接，并且相对于与电极平面平行的磁场方向具有倾角，因 磁场的时间变化而产生电动势；信号变换部，其与信号线的另一端连接，从由电极及信 号线检测出的与流体的流速无关而由磁场的时间变化引起的SA/δ t分量的电动势和由 流体的流速引起的vXB分量的电动势的合成电动势中，提取δΑ/δ 分量；流量输出 部，其基于提取出的S A/St分量，除去作为与合成电动势当中的νΧΒ分量的流速的大 小V相关的系数的量程的变动分量，根据除去该变动分量而得的结果算出流体的流量， 通过如此设置，就可以自动地进行准确的量程修正，可以进行高精度的流量测量。本发 明中，如果使用作为以往的普通型的电磁流量计的检测器的构成的测量管、电极和励磁 部，按照因磁场的时间变化而产生电动势的方式配设信号线，就可以自动地进行准确的 量程修正，因此可以不用大幅度变更普通型的电磁流量计的检测器的构成地，实现只能 用不对称励磁型的电磁流量计得到的效果。另外，本发明中，通过将信号线配设于外壳的内侧，就可以有效地检测出δ A/ St分量。
图1是表示以往的普通型的电磁流量计的信号线配置的图。图2是用于说明本发明的电磁流量计的第一构成的原理的方框图。图3是用于说明本发明的电磁流量计的第二构成的原理的方框图。图4是用于说明本发明的电磁流量计的第三构成的原理的方框图。图5是从上方看到的本发明的电磁流量计的第一构成中的δ A/ δ t分量的分布的 图。图6是表示在本发明的电磁流量计的第一构成中被测量流体的流量为0时的涡电 流及电动势的图。图7是从上方看到的本发明的电磁流量计的第二构成中的δ A/ δ t分量的分布的 图。图8是表示在本发明的电磁流量计的第二构成中被测量流体的流量为0时的涡电 流及电动势的图。图9是从上方看到的本发明的电磁流量计的第三构成中的δ A/ δ t分量的分布的 图。图10是表示在本发明的电磁流量计的第三构成中被测量流体的流量为0时的涡 电流及电动势的图。图11是表示在本发明的电磁流量计的第一构成中被测量流体的流量不是0时的 电极间电动势的图。图12是表示在本发明的电磁流量计的第二构成中被测量流体的流量不是0时的 电极间电动势的图。图13是用于说明本发明的电磁流量计的量程修正的基本原理的图。图14是表示本发明的第一实施方式的电磁流量计的构成的方框图。图15是表示本发明的第一实施方式的信号变换部和流量输出部的动作的流程 图。图16是表示本发明的第二实施方式的信号变换部和流量输出部的动作的流程 图。图17是表示本发明的第三实施方式的电磁流量计的构成的方框图。图18是表示本发明的第三实施方式的信号变换部和流量输出部的动作的流程 图。图19是表示本发明的第四实施方式的电磁流量计的构成的方框图。图20是表示本发明的第四实施方式的信号变换部和流量输出部的动作的流程 图。图21是表示本发明的第五实施方式的电磁流量计的构成的方框图。图22是表示本发明的第一实施方式 第五实施方式的电磁流量计中所用的电极 的一例的剖面图。图23是表示本发明的第一实施方式 第五实施方式的电磁流量计中所用的电极 的其他例子的剖面图。
图24是表示本发明的第一实施方式 第五实施方式的电磁流量计中所用的电极 的其他例子的剖面图。图25是表示本发明的第一、第二实施方式的信号线配置的其他例子的图。图26是表示本发明的第四实施方式的信号线配置的其他例子的图。图27是表示以往的普通型的电磁流量计的构成的方框图。图28是表示以往的不对称励磁型的电磁流量计的构成的方框图。图29是用于说明电磁流量计的量程的迁移的图。附图标记说明1...测量管，2a、2b...电极，3...励磁线圈，4a、4b、4c、4d...信 号线，5a、5b、5c...信号变换部，6a、6b、6c...流量输出部，7...电源，8...外壳，10...里衬。
具体实施例方式[物理现象与数学的基础知识]首先，对以往技术的说明中必需的物理现象进行说明。在物体在随时间变化的 磁场中移动的情况下，因电磁感应而产生2种电场(a)因磁场随时间变化而产生的电动 势Ε =-δΑ/δ 、(b)因物体在磁场中移动而产生的电动势Ew = νΧΒ。vXB表示 ν与B的矢量积，δ A/δ t表示A对时间的偏微分。ν、B、A分别与下述对应，是在三 维(χ、y、ζ)中具有方向的矢量(ν:速度、B:磁通密度、Α:矢量位(与磁通密度有 B = rotA的关系))。但是，这里的三维矢量与后面说明的复平面上的矢量意义不同。下面，对普遍所知的数学的基础知识进行说明。相同频率而不同振幅的余弦波 P · cos (ω · t)、正弦波Q · sin (ω · t)被合成为如下所示的余弦波。P、Q为振幅， 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，方便的做法是按照取余弦波P · COS (ω · t)的振幅P 为实轴、取正弦波Q · sin (ω · t)的振幅Q为虚轴的方式向复坐标平面中进行映射。 即，在复坐标平面上，与原点的距离(P2+Q2)172给出合成波的振幅，与实轴的角度ε = tan1 (Q/P)给出合成波与ω · t的相位差。另外，在复坐标平面上，以下的关系式成立。L · exp (j · ε ) = L · cos ( ε ) +j · L · sin ( ε ) · · · (2)式(2)是有关复矢量的表述，j为虚数单位。L给出复矢量的长度，ε给出复 矢量的方向。所以，为了分析复坐标平面上的几何学的关系，方便的做法是利用向复矢 量的变换。[以往技术的结构上的构建]对上述的物理现象与以往技术的结构上的构建的关系进行说明。由于不对称 励磁型的电磁流量计是检测出在流体中产生的S A/δ t分量而修正流量，因此在线圈平 面与电极平面之间存在偏移量，从而形成检测器与普通型的电磁流量计不同的结构。另 外，普通型的电磁流量计中所用的检测器形成为尽可能地不检测出δΑ/δ 分量的结构。即形成如下的结构，按照不仅相对于包含了电极2a、2b的与测量管轴的方向垂直的 平面PLN来说磁场是对称的，而且如图1所示，与从励磁线圈3中产生的磁通相交的面 积尽可能小的方式，来配置信号线4a、4b。利用该结构，在信号线4a、4b中不会产生 δ A/δ t分量。[发明的着眼点]本发明着眼于如下的情况，S卩，在励磁线圈与电极存在于相同平面上的以往的 普通型的检测器中，通过将信号线与磁场相交地配置，就可以在信号线或电极中产生 δ A/St分量，通过利用该δ A/δ t分量，就可以获得与不对称励磁型的电磁流量计相同 的量程修正的效果。[发明的基本原理]虽然在流体中，会产生先前说明的2种电动势Ε =-δ A/δ t、E(v) = νΧΒ, 然而在相对于平面PLN来说磁场是对称的普通型的情况下，在电极位置处，由磁场的时 间变化造成的电动势Ε = - δ A/ δ t因对称性而变为0。与之不同，当信号线被与磁通 相交地配置时，就会在电极及信号线中，因磁场的时间变化产生电动势。最终，穿过信 号线由信号变换部检测出的电动势成为在流体中产生的νΧΒ分量与在电极及信号线中产 生的S A/δ t分量被合成而得的电动势。在以下的说明中，为了说明所产生的电动势显示出何种举动，本发明如何利用 该举动，采用向上述的复坐标平面上的映射和利用多个矢量的几何学的分析。[第一构成]对本发明的电磁流量计的第一构成进行说明。图2是用于说明第一构成的原理 的方框图。图2的电磁流量计具有被测量流体所流过的测量管1 ； 一对电极2a、2b， 其被按照与对被测量流体施加的磁场及测量管1的轴PAX双方正交并且与被测量流体接 触的方式，在测量管1中对置配置，检测因上述磁场和被测量流体的流动而产生的电动 势；励磁线圈3，在将与测量管轴PAX的方向正交的包含了电极2a、2b的平面PLN设为 测量管1的边界时，其在以该平面PLN作为边界的测量管1的前后对被测量流体施加对 称的、随时间变化的磁�。恍藕畔�4a、4b，其按照与因励磁线圈3而产生的磁通相交的 方式进行配置，将电极2a、2b与信号变换部(未图示)之间连接。第一构成是相对于包 含了电极2a、2b的平面PLN将信号线4a与信号线4b配置于相同一侧的构成。[第二构成]下面，对本发明的电磁流量计的第二构成进行说明。图3是用于说明第二构成 的原理的方框图。第二构成相对于包含了电极2a、2b的平面PLN将信号线4a与信号线 4b分别配置于不同侧，并且以励磁线圈3的轴作为中心轴将信号线4a与信号线4b大致旋 转对称地配置。[第三构成]下面，对本发明的电磁流量计的第三构成进行说明。图4是用于说明第三构成 的原理的方框图。第三构成在1个电极2a处连接第一信号线4a和第二信号线4c，相对于 包含了电极2a、2b的平面PLN将第一信号线4a与第二信号线4c分别配置于不同侧。对 于电极2b也是相同的，将第一信号线4b与第二信号线4d连接，相对于包含了电极2a、 2b的平面PLN将第一信号线4b与第二信号线4d分别配置于不同侧。相对于包含了电极2a、2b的平面PLN将第一信号线4a、4b与第二信号线4c、4d大致对称地配置。在第一 第三构成中，对于从励磁线圈3中产生的磁场当中在连结电极2a、2b 之间的电极轴EAX上与电极轴EAX及测量管轴PAX双方正交的磁场分量(磁通密度) Bi，是如下所示地给出的。Bl = bl · cos(o0 · t-θ 1)· · · (3)在式(3)中，bl为磁通密度Bl的振幅，ω 0为角频率，θ 1为磁通密度Bl与 ω 0 · t的相位差(相位延迟)。下面，将磁通密度Bl设为磁场Bl。[由磁场的变化引起的电动势]首先，关于第一 第三构成，对由磁场的变化引起而与被测量流体的流速无关 的电动势进行说明。由于由磁场的变化引起的电动势是由磁场的时间微分dB/dt决定的， 因此将从励磁线圈3中产生的磁场Bl如下所示地微分。dBl/dt = - ω0 · bl · sin (ω O · t_ θ 1) · · · (4)在被测量流体的流速为O时，由磁场Bl所产生的电动势仅为由磁场Bl的变化 引起的分量。该情况下，在如图2所示的第一构成的信号线配置中，如果从电磁流量计 的上方观看δΑ/δ 分量的分布，则如图5所示，产生如图6所示的电动势Ea、Eb。所 以，在包含了电极轴EAX和测量管轴PAX的平面内，因磁场Bl的变化而在流体中产生 的(与流速无关的)电极间电动势变为0，然而在各条信号线4a、4b中因磁场Bl的变化 而产生电动势Ea、Eb。而且，图6中的I表示磁场Bl的变化所致的涡电流。此时，如果将从信号线的端部朝向电极的方向设为负方向，则在信号线4b中 产生的电动势Eb如下式所示，是在考虑了朝向的磁场的时间微分-dBl/dt上乘以系数 kb(与电极2b或信号线4b的配置等有关的复数)的量。Eb = kb · ωΟ · bl · sin(ωO · t_ θ 1) · · · (5)此外，如果将式(5)变形则变为下式。Eb = 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(coO · t) · · (6)这里，如果以ωΟ · t作为基准将式(6)向复坐标平面映射，则实轴分量Ebx、 虚轴分量Eby变为下式。Ebx = kb · ωΟ · bl · {-sin( θ 1)}=kb · ωΟ · bl · {cos(π/2+θ ι)}· · · (7)Eby = kb · ωΟ · bl · {cos( θ 1)}=kb · ωΟ · bl · {sin(3i/2+e 1)}· · · (8)进一步，将式(7)、式(8)中所示的Ebx、Eby变换为下式所示的复矢量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，如果将上述的系数kb变换为复矢量，则变为下式。kb = rkb · cos( θ b)+j · rkb · sin( θ b)= rkb · exp (j · θ b)· · · ( ο)在式(10)中，rkb为比例系数，9 b为矢量kb相对于实轴的角度。通过将式(10)代入式(9)，就可以如下所示地得到将在信号线4b中产生的电动 势Eb变换为复矢量的电动势Ebc (仅由磁场Bl的时间变化引起的电动势)。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)同样地，在信号线4a中产生的电动势Ea是在考虑了朝向的磁场Bl的时间微分 dBl/dt上乘以系数ka(与电极2a或信号线4a的配置等有关的复数)后的量。系数ka可 以如下所示地变换为复矢量。ka = rka · exp (j · θ a)· · · (12)在式(12)中，rka为比例系数，θ a为矢量ka相对于实轴的角度。如果以式(11)为参考，则可以由式(12)如下所示，得到将在信号线4a中产生 的电动势Ea变换为复矢量的电动势Eac (仅由磁场Bl的时间变化引起的电动势)。Eac = -rka · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ a) }· · · (13)如果将仅因磁场Bl的时间变化产生的、信号线4b的端部与信号线4a的端部之 间的电动势的差设为Ecd，则电动势差Ecd就是电动势Ebc与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，如果将仅因磁场Bl的时间变化而产生的、信号线4b的端部与信号线4a 的端部之间的电动势之和设为Ecs，则电动势和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)这里，为了容易处置公式，将rkb · exp(j · 6 b)和rka · exp(j · θ a)这 2个矢量之和如式(16)所示，变换为rks · exp (j · θ s)，将rkb · exp (j · θ b)和 rka · exp (j · θ a)这2个矢量之差如式(17)所示，变换为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)将式(14)中所示的电动势差Ecd如式(18)所示进行变换，使用式 (17)将式(15)中所示的电动势和Ecs如式(19)所示进行变换。Ecd = {rkb · exp (j · θ b) +rka · exp (j · θ a)}· ω0 · 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，针对第一构成，可以求出仅因磁场Bl的变化而引起的电动势。下面，针对第二构成，对仅因磁场Bl的变化引起的电动势进行说明。在被测量 流体的流速为O时，在如图3所示的第二构成的信号线配置中，如果从电磁流量计的上方 观看δ A/δ t分量的分布，则如图7所示，在信号线4a、4b中产生如图8所示的电动势 Ea> Eb。所以，在第二构成的情况下，将在信号线4a中产生的电动势Ea变换为复矢量的 电动势EacR相对于式(13)中所示的电动势Eac来说符号相反，可以如下所示地得到。EacR = rka · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ a) }· · · (20)将在信号线4b中产生的电动势Eb变换为复矢量的电动势Ebc如式(11)中所示。当将仅因磁场Bl的时间变化而产生的、信号线4b的端部与信号线4a的端部之 间的电动势的差设为EcdR时，如果以式(14)为参考，则电动势差EcdR可以用下式表不。EcdR = 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)}· · · (21)另外，当将仅因磁场Bl的时间变化而产生的、信号线4b的端部与信号线4a的 端部之间的电动势之和设为EcsR时，如果以式(15)为参考，则电动势差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)这里，与式(14)、式(15)的情况相同，为了容易处置公式，预先使用式(17)将 式(21)中所示的电动势差EcdR如式(23)所示进行变换，预先使用式(16)将式(22)中所示的电动势和EcsR如式(24)所示进行变换。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，针对第二构成，可以求出仅因磁场Bl的变化引起的电动势。下面，针对第三构成，对仅因磁场Bl的变化引起的电动势进行说明。在被测量 流体的流速为O时，在如图4所示的第三构成的信号线配置中，如果从电磁流量计的上方 观看δ A/δ t分量的分布，则如图9所示，在信号线4a、4b、4c、4d中产生如图10所示 的电动势 E3a、E3b、E3c、E3d。此时，当将仅因磁场Bl的时间变化而产生的、第一信号线4b的端部与第一信号 线4a的端部之间的电动势之差设为Ecdl时，则电动势差Ecdl可以用与第一构成相同的 式子(18)表示。此外，当在式(18)中将rks置换为rksl，将θ s置换为θ S1时，则电 动势差Ecdl可以用下式表示。Ecdl = rksl · ωΟ · bl · exp{j · (Ji/2+θ 1+θ sl) }· · · (25)当将仅因磁场Bl的时间变化而产生的、第二信号线4d的端部与第二信号线4c 的端部之间的电动势之差设为Ecd2时，则电动势差Ecd2可以参考式(25)，并同时将rksl 置换为rks2，将θ S1置换为θ82，此外当考虑第一信号线的电动势的朝向而赋予负号 时，则可以用下式表示。Ecd2 = -rks2 · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ s2) }· · · (26)以上，针对第三构成，可以求出仅因磁场Bl的变化引起的电动势。[由流速引起的电动势]下面，针对第一 第三构成，对由被测量流体的流速和磁场Bl引起的信号线间 电动势进行说明。在被测量流体的流速的大小为V(v兴0)的情况下，在如图2所示的第 一构成中，除了流速为O时的电动势以外，还会产生由被测量流体的流速矢量ν引起的分 量vXBl。S卩，因被测量流体的流速矢量ν和磁场Bl而产生如图11所示的电极间电动 势Εν。将该Ev的方向设为正方向。此时，在信号线4a、4b的端部检测出的信号线间电动势与由电极2a、2b检测出 的电极间电动势Ev相同。该电极间电动势Ev如下式中所示，是在磁场Bl上乘以流速 的大小V和系数kv(与被测量流体的导电率及介电常数和包括电极2a、2b的配置的测量 管1的结构有关的复数)之后的量。Ev = kv · V · {bl · cos (ω O · t_ θ 1) }· · · (27)如果将式(27)变形，则变为下式。
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)这里，如果以ω0 作为基准将式(28)向复坐标平面映射，则实轴分量Evx、 虚轴分量Evy变为下式。Evx = kv · V · bl · cos( θ 1)· · · (29)Evy = kv · V · bl · sin( θ 1)· · · (30)此外，将式(29)、式(30)中所示的Evx、Evy变换为下式所示的复矢量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，如果将上述的系数kv变换为复矢量，则变为下式。kv = rkv · cos ( θ ν) +j · rkv · sin ( θ v)= rkv · exp (j · θ v)· · · (32)在式(32)中，rkv为比例系数，θ ν为矢量kv相对于实轴的角度。通过将式(32)代入式(31)，就可以如下所示地得到将电极间电动势Ev变换为 复矢量的电极间电动势Eve。Evc = kv · V · bl · exp (j · θ l)= rkv · V · bl · exp{j · ( θ 1+ θ v)} · · · (33)式(33)表示因被测量流体的流速V和磁场Bl而产生的、信号线4b的端部与信 号线4a的端部之间的电动势之差。信号线4b的端部与信号线4a的端部之间的电动势的 和在完全对称等理想状态变为0。对于将由磁场Bl的时间变化引起的电动势差Ecd、由被测量流体的流速V和磁 场Bl引起的电动势差Evc相加而得的整体的电动势差Ed，根据式(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，对于将由磁场Bl的时间变化引起的电动势和、由被测量流体的流速V和 磁场Bl引起的电动势和相加而得的整体的电动势和，由于如前所述由被测量流体的流速 V和磁场Bl引起的电动势和为0，因此与由磁场Bl的时间变化引起的电动势和Ecs(式 (19))相同。根据以上说明，针对第一构成，可以求出信号线间电动势。下面，对第二构成的信号线间电动势进行说明。对于由被测量流体的流速V和 磁场Bl引起的电极间电动势Ev，由于如图12所示，不受信号线的配置的影响，因此将 该电极间电动势Ev变换为复矢量后的电极间电动势Evc的值与第一构成的情况没有分 别。对于将由磁场Bl的时间变化引起的电动势差EcdR、由被测量流体的流速V和磁场Bl引起的电动势差Evc相加而得的整体的电动势差EdR，根据式(23)、式(33)如 下式所示。EdR = EcdR+Evc=rkd · ω0 · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ d) }+rkv · V · bl · exp{j · ( θ 1+θ v)} · · · (35)另外，对于将由磁场Bl的时间变化引起的电动势和、由被测量流体的流速V和 磁场Bl引起的电动势和相加而得的整体的电动势和，由于如前所述由被测量流体的流速 V和磁场Bl引起的电动势和为0，因此与由磁场Bl的时间变化引起的电动势和EcsR(式
(24))相同。根据以上说明，针对第二构成，可以求出信号线间电动势。下面，对第三构成的信号线间电动势进行说明。将在信号线4a、4b的端部检测 出的电极间电动势Ev变换为复矢量后的电极间电动势Evc的值与第一构成的情况没有分 别。对于将由磁场Bl的时间变化引起的、信号线4b的端部与信号线4a的端部之间的电 动势差Ecdl、由被测量流体的流速V和磁场Bl引起的电动势差Evc相加而得的电动势 差，即信号线4b的端部与信号线4a的端部之间的整体的信号线间电动势差Eld，根据式
(25)、式(33)如下式所示。Eld = Ecdl+Evc= rksl · ωο · bl · exp{j · (Ji/2+θ 1+θ s 1) }+rkv · V · bl · exp{j · ( θ 1+ θ v)} · · · (36)同样地，对于将由磁场Bl的时间变化引起的、信号线4d的端部与信号线4c的 端部之间的电动势差Ecd2、由被测量流体的流速V和磁场Bl引起的电动势差Evc相加而 得的电动势差，即信号线4d的端部与信号线4c的端部之间的整体的电动势差E2d，根据 式(26)、式(33)如下式所示。E2d = Ecd2+Evc= -rks 2 · ωΟ · bl · exp{j · (Ji /2+ θ 1+ θ s2) }+rkv · V · bl · exp{j · ( θ 1+ θ v)} · · · (37)根据以上说明，针对第三构成，可以求出信号线间电动势。[修正的基本原理]下面，对用于在实际中修正量程的基本原理进行说明。[δ A/δ t分量和vXB分量的概念]如图2 图4所示，在以包含了电极2a、2b的平面PLN为边界的测量管1的前 后对被测量流体施加对称的磁场时，基于利用该对称励磁检测出的电动势的振幅和相位 差，向复平面映射的矢量与以下的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相当。Va = r α · exp (j · θ α ) · C · ω· · · (38)Vb = r β · exp (j · θ β) · C · V· · · (39)将该矢量Va和Vb表示于图13(A)中。图13 (A)中，Re为实轴，Im为虚轴。
δ A/δ t分量的矢量Va由于是因磁场的变化而产生的电动势，因此是与励磁角频率ω成 比例的大小。此时，当将相对于矢量Va的大小的已知的比例常数部分设为ra，将矢量 Va的方向设为θ α时，则C就是作为磁场的迁移等变化的要素，也就是作为量程变动分量给出的。另外，由于vXB分量的矢量Vb是因测量管中的被测量流体的移动而产生的 电动势，因此是与流速的大小V成比例的大小。此时，当将相对于矢量Vb的大小的已 知的比例常数部分设为ri3，将矢量Vb的方向设为θ β时，则C就是作为量程变动分量 给出的。而且，式(38)的δ A/δ t分量的矢量Va中的C与式(39)的vXB分量的矢量 Vb中的C是相同的要素。[量程修正的概念]迁移等量程变化的要因是量程变动分量C的变化。所以，如果利用消去了量程 变动分量C的信号变换式求出被测量流体的流速的大小V，则可以在实质上实现量程的 自动修正。作为量程修正的具体的方法，有以下的2种方法。第一修正方法是如下的方法，S卩，将vXB分量的矢量Vb利用δ A/δ t分量的 矢量Va归一化而消去量程变动分量C，通过使用针对基于归一化了的矢量的流速的大小 V的信号变换式，来实现流量测量中的量程的自动修正。如果将该第一修正方法的归一 化用数学式来表示，则如下所示。Vb/Va= {Γβ · exp(j · θ β) · c · V}/{ra · exp(j · θ a) · C · ω}= (r β /r a ) · exp{j · (θ β-θ a)} · V/ω · · · (40)I Vb/Va| = (r β /r α ) .V/ω· · · (41)将利用δ A/δ t分量的矢量Va将vXB分量的矢量Vb归一化了的矢量表示于图 13(B)中。而且，图13(C)的矢量是在图13(B)的矢量上乘以励磁角频率ω而从式(40) 的右边消去励磁角频率ω的矢量。第二修正方法是如下的方法，S卩，将合成矢量Va+Vb利用δ A/δ t分量的矢量 Va归一化而消去量程变动分量C，通过使用针对基于归一化了的矢量的流速的大小V的 信号变换式，来实现流量测量中的量程的自动修正。如果将该第二修正方法的归一化用 数学式来表示，则如下所示。
(Va+Vb)/Va= {rα · exp(j · θ α) · C · ω+Γβ · exp(j · θ β) · C · V}/{ra · exp (j · θ a) · C · ω}= l+(r^/ra) · exp{j · ( θ β - θ a ) } · V/ω · · · (42)I (Va+Vb) /Va-I I = (r β /r α ) .V/ω· · · (43)[ δ A/δ t分量的矢量Va的提取]作为提取δ A/δ t分量的矢量Va的方法，有以下的3种方法。第一提取方法是 以检测信号的相位差为基础来提取矢量Va的方法。可以由信号线间电动势直接求出的复 矢量是矢量Va、Vb的合成矢量，矢量Va、Vb并非可以直接地测量的。所以，在将所 施加的磁场作为基准时，着眼于如下的情况，S卩，相对于基准而言的S A/δ t分量的相 位差和vXB分量的相位差基本上是一定值。具体来说，由于在测量励磁电流的相位，并 以该励磁电流的相位为基准时，矢量Va具有已知的相位差，因此通过从合成矢量Va+Vb 中取出具有该相位差的分量，就可以提取矢量Va。第二提取方法是如下的方法，S卩，对被测量流体施加多个励磁频率的磁�。� 用信号线间电动势中所含的多个成分的频率差来提取矢量Va。如前所述，可以由信号线间电动势直接求出的复矢量是矢量Va、Vb的合成矢量，矢量Va、Vb并非可以直接地测 量的。所以，着眼于如下的情况，即，S A/δ t分量的矢量Va的大小与励磁角频率ω 成比例，νΧΒ分量的矢量Vb不依赖于励磁角频率ω。具体来说，对励磁线圈施加包含 大小相等且频率不同的2个成分的励磁电流。在用具有2个频率成分的电流励磁时，求 出在各个频率成分中分解了的合成矢量Va+Vb。由于第一频率成分的合成矢量Va+Vb与 第二频率成分的合成矢量Va+Vb之差成为仅给出δ A/ δ t分量的矢量Va的大小的变化量 的矢量，所以可以借此来提取SA/δt分量的矢量Va。第三提取方法是利用多条信号线的电动势的差异来提取矢量Va的方法。该第三 提取方法在具有穿过不同的路径的多条信号线的情况下是有效的。如前所述，可以由信 号线间电动势直接求出的复矢量是矢量Va、Vb的合成矢量，矢量Va、Vb并非可以直接 地测量的。所以利用如下的情况，即，虽然在信号线的端部检测出的vXB分量与信号线 的配置无关，然而对于S A/δ t分量，利用无论是朝向还是大小都随着信号线的配置而 变化的分量。具体来说，使用1个电极，在该电极处连接2条信号线，相对于包含了电极的平 面PLN将2条信号线对称地配置。该构成与图4中仅使用电极2a及信号线4a、4c的情 况相当。由于如果取信号线4a与信号线4c之间的电动势的差，则vXB分量就会被消 除，因此可以提取δ A/δ t分量。另外，也可以使用2个电极，在各个电极处各连接2条信号线，将与该电极连 接的2条信号线相对于包含了电极的平面PLN对称地配置。该构成与图4的构成相当。 由于如果取作为信号线4a、4b的电动势差的第一信号线间电动势差、与作为信号线4c、 4d的电动势差的第二信号线间电动势差的差，则vXB分量就会被消除，因此可以提取 δ A/δ t分量。另外，也可以使用2个电极，在各个电极处各连接1条信号线，以励磁线圈的轴 为中心轴将2条信号线大致旋转对称地配置。该构成与图3的构成相当。在如图3所示 地配置信号线4a、4b时，如果求出信号线4a、4b的电动势的合成矢量，则vXB分量就 会被消除，因此可以将在各条信号线中产生的δΑ/δ 分量的大约2倍的分量作为矢量Va 提取。[计算量程修正后的流速(流量)]如果使用利用上述的第一修正方法归一化的结果，S卩，将vXB分量的矢量Vb 利用S A/δ t分量的矢量Va归一化，则可以如下所示，算出被测量流体的流速的大小 V。V= (ra /Γβ )|Vb/Va| · ω· · · (44)另外，如果使用利用上述的第二修正方法归一化的结果，S卩，将合成矢量 Va+Vb利用δ A/δ t分量的矢量Va归一化，则可以如下所示，算出被测量流体的流速的 大小V。V= (ra/r3){|(Va+Vb)/Va-l|} · ω · · · (45)根据以上的原理，由于可以与磁场的迁移等量程变动分量C无关地测量流速的 大小V，因此在实质上量程的自动修正就得到实现。此外，对复平面上的2个矢量之和进行补充说明。将复平面上的2个矢量之和如下式所示地表示。A · exp (j · a) +B · exp (j · b)= A · cos (a) +j · A · sin (a) +B · cos (b)+j · B · sin(b)= {A · cos (a) +B · cos (b) }+j · {A · sin (a)+B · sin (b)}· · · (46)将式(46)记作Cs · exp (j · cs)。大小Cs由下式表示。Cs = sqrt[{A · c θ s (a) +B · cos (b) }2+{A · sin (a) +B · sin (b) }2]= sqrt[A2 · cos2 (a) +B2 · cos2 (b)+2 · A · B · cos (a) · cos (b) +A2 · sin2 (a)+B2 · sin2 (b) +2 · A · B · sin(a) · sin (b)]= sqrt[A2+B2+2 · A · B · {cos (a) · cos (b)+sin (a) · sin (b)}]= sqrt{A2+B2+A · B · cos (a_b)}· · · (47)另外，此时的相位CS可以用下式表示。cs = tan_1[{A · sin (a) +B · sin (b) }/{A · cos (a) +B · cos(b)}]· · · (48)对复平面上的2个矢量的差进行补充说明。将复平面上的2个矢量之差如下式 所示地表示。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)}· · · (49}将式(49)记作Cd · exp (j · cd)。大小Cd由下式表示。Cd = sqrt[{B · cos (b) -A · cos (A)}2+{B · sin(b)_A · sin (a)}2]= sqrt[B2 · cos2 (b) +A2 · cos2 (a)-2 · B · A · cos (b) · cos (a) +B2 · sin2 (b)+A2 · sin2 (a)-2 · B · A · sin(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)}· · · (50)另外，此时的相位Cd可以用下式表示。cs = tan_1[{B · sin (b) -A · sin (a)}/{B · cos (b) -A · cos (a)}]· · · (51)[第一实施方式]下面，参照附图对本发明的第一实施方式进行详细说明。本实施方式使用上述的原理中说明的第一构成，作为提取S A/δ t分量的矢量Va的方法使用第一提取方法， 作为量程修正的方法使用第二修正方法。图14是表示本发明的第一实施方式的电磁流量计的构成的方框图。本实施方式 的电磁流量计具备被测量流体流过的测量管1 ； 一对电极2a、2b，其按照与对被测量 流体施加的磁场及测量管轴PAX双方正交并且与被测量流体接触的方式，在测量管1中 对置配置，检测因上述磁场和被测量流体的流动而产生的电动势；励磁线圈3，在将包 含了电极2a、2b的平面PLN作为测量管1的边界时，在以该平面PLN为边界的测量管1 的前后对被测量流体施加对称的并且随时间变化的磁�。恍藕畔�4a、4b，其被配设为， 一端与电极2a、2b连接，并且相对于与平面PLN平行的磁场方向具有倾角，因磁场的时 间变化而产生电动势；与该信号线4a、4b的另一端连接，从由信号线4a、4b得到的电动 势中提取S A/δ t分量的信号变换部5;流量输出部6a，其基于提取出的δΑ/δ 分量， 除去作为与电动势中的νΧΒ分量的流速的大小V相关的系数的量程的变动分量，根据除 去该变动分量的结果算出被测量流体的流量；向励磁线圈3供给励磁电流而产生磁场的 电源7。在图14中，对于因从电源7供给励磁电流而从励磁线圈3中产生的磁场当中的 在连结电极2a、2b之间的电极轴EAX上与电极轴EAX及测量管轴PAX双方正交的磁场 分量(磁通密度)Bl及此时的励磁电流II，是如下所示地给出的。Bl = bl · cos(o0 · t_ θ 1)· · · (52)Il = il · cos(o0 · t_ θ i 1)· · · (53)在式(52)中，bl是磁通密度Bl的振幅，ω 0是角频率，θ 1是磁通密度Bl与 ω θ · t的相位差(相位延迟)。以下将磁通密度Bl设为磁场Bi。另外，在式(53) 中，il是励磁电流Il的振幅，θ il是励磁电流Il与ω0 · t的相位差。此时励磁电流I 与所产生的磁场B的关系由下式表示。B = ki · I· · · (54)在式(54)中，ki是由磁性体或配管所致的损耗决定的复数，如果将ki用复矢量 表示，则变为下式。ki = rki · cos ( θ i) +j · rki · sin ( θ i)= rki · exp (j · θ i)· · · (55)在式(55)中，rki是比例系数，θ i是矢量ki相对于实轴的角度。当使用式(53) (55)将式(52)中所示的磁场Bl变换为复矢量时，则以下式的 Blc表不。Blc = rki · il · exp{j ‘ (θ +θ )} · · · (56)根据式(52)和式(56)，下式的关系成立。bl = rki · il· · · (57)θ 1 = θ +θ · · · (58)信号线间电动势差是在信号线4b的信号变换部侧的端部检测出的电动势与在信 号线4a的信号变换部侧的端部检测出的电动势之差。对将由磁场Bl的时间变化引起的 信号线间电动势差变换为复矢量的电动势差、将由被测量流体的流速V和磁场Bl引起的 信号线间电动势差变换为复矢量的电动势差进行相加，当将所得的整体的信号线间电动势差当中的角频率ω0的成分的信号线间电动势差设为EiO时，如果向式(34)中代入式 (57)、式(58)，此外设为rkv= Yv · rks代入，则信号线间电动势差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)}· · · (59)式(59)中所示的信号线间电动势差EiO为在信号变换器5a中被检测出的信 号。θ il是可以测量的励磁电流Il的相位，θ 、θ S、θ V可以设为能够在校正时测 量的常数。这样，就可以将信号线间电动势差EiO分解为(π/2+θ +θ 1+θ8)方向和 (θ i+ θ il+ θ ν)方向，可以提取作为 δ A/ δ t 分量的 rks · ω O · rki · il · exp{j · (π/2+θ +Θ 1+Θ8)}0如果将该作为δ A/δ t分量的电动势设为EiA，则电动势EiA可以用下式 表不。EiA = rks · ωΟ · rkj · jl· exp{j ‘ (Ji /2+ θ i+ θ il+ θ s) }· · · (60)使用式(60)中所示的电动势EiA，将信号线间电动势差EiO中的VXB分量归 一化。将信号线间电动势差EiO用电动势EiA归一化并乘以ω0倍，如果将其结果设为 Ein,则归一化电动势差Ein就会如下式所示。Ein = (EiO/EiA) · ω O= [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)}]/[rks · ωΟ · rki · il· exp{j · (Ji /2+ θ i+ θ il+ θ s) }] · ωΟ= ωΟ+[γ ν · exp{j · (_ π/2—θ s+θ ν) }] · V· · · (61)式(61)的右边第二项为将由νΧΒ产生的分量归一化后而得到的项。而且，对 将信号线间电动势差EiO用电动势EiA归一化而得的结果乘以ω O倍的理由是为了从与流 速的大小V有关的右边第二项中消去励磁角频率ωΟ。根据式(61)，与流速的大小V有 关的复系数具有Yv的大小、与实轴的相位差为-η/2-θ s+θ ν。系数Υν及角度θ s、
θ ν是可以利用校正等预先求出的常数，式(61)的右边第二项只要被测量流体的流速不 变化就会恒定。所以，通过使用δΑ/δ 分量进行νΧΒ分量的归一化，就可以实现自动 地修正由励磁电流的变化造成的磁场的迁移或由相位变化造成的误差的量程修正。根据式(61)，流速的大小V可以如下式所示地表示。V = I (Ein- ω 0) /[ γ ν · exp{j · (-π/2-θ s+θ v) }]|= I (Ein- ωΟ)|/γ ν· · · (62)而且，上述的基本原理中所用的常数及变量与本实施方式的常数及变量的对应 如以下的表1所示。系数Yv及角度θ 、θ s, θ ν是可以利用校正等预先求出的常数。从表1中可以清楚地知道，本实施方式是将上述的基本原理具体地实现的1个例子。[表1]基本原理与第一实施方式的对应关系
权利要求
1.一种电磁流量计，其特征在于，具备被测量流体流过的测量管；电极，其配置于该测量管中，用于检测对所述流体施加的磁场和由于所述流体的流 动而产生的电动势；励磁部，其对所述流体施加相对于包含了该电极的与所述测量管的轴向垂直的电极 平面来说对称并且随时间变化的磁�。恍藕畔撸浔慌渖栉欢擞胨龅缂樱⑶蚁喽杂谟胨龅缂矫嫫叫械拇懦� 方向具有倾角，因所述磁场随时间变化而产生电动势；信号变换部，其与所述信号线的另一端连接，从由所述电极及信号线检测出的、与 所述流体的流速无关而由所述磁场随时间变化引起的SA/δ t分量的电动势和由所述流 体的流速引起的vXB分量的电动势的合成电动势中，提取所述δ A/δ t分量；流量输出部，其基于所述提取出的SA/δ t分量，除去与所述合成电动势当中的 vXB分量的流速的大小ν相关的系数即量程的变化分量，根据除去该变化分量而得到的 结果算出所述流体的流量。
2.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于，所述信号线的配设方向具有与所 述测量管的轴同向的分量。
3.根据权利要求1或2所述的电磁流量计，其特征在于，所述励磁部由按照线圈轴 包含于所述电极平面中的方式配设的励磁线圈、和向该励磁线圈供给励磁电流的电源构 成，所述信号变换部通过求出所述合成电动势与所述励磁电流的相位差或时间差，来提 取所述δ A/δ t分量。
4.根据权利要求3所述的电磁流量计，其特征在于，所述电源向所述励磁线圈供给第 一频率的励磁电流，所述信号变换部通过求出所述合成电动势中的所述第一频率的成分与所述励磁电流 的相位差，来提取所述δ A/δ t分量，所述流量输出部基于所述提取出的S A/δ t分量，除去所述合成电动势的第一频率 成分中的vXB分量中所含的量程的变化分量，根据除去该变化分量的结果算出所述流体 的流量。
5.根据权利要求1或2所述的电磁流量计，其特征在于，所述励磁部由励磁线圈和向 所述励磁线圈供给励磁电流的电源构成，所述励磁线圈按照线圈轴包含于所述电极平面 中的方式配设，所述励磁电流为同时或交替地施加多个励磁频率的励磁电流，所述信号变换部通过求出所述合成电动势中的同时或交替地得到的至少2个不同的 频率成分的振幅和相位，来提取所述δ A/δ t分量。
6.根据权利要求5所述的电磁流量计，其特征在于，所述电源向所述励磁线圈供给同 时或交替地施加第一频率和第二频率2个不同的励磁频率的励磁电流，所述信号变换部求出所述合成电动势中的所述第一频率与所述第二频率这2个频率 成分的振幅和相位，基于这些振幅和相位，提取所述2个频率成分的电动势差作为所述 δ A/δ t分量，所述流量输出部基于所述提取出的δΑ/δ 分量，除去所述合成电动势中的所述第一频率成分中的vXB分量或所述第二频率成分中的vXB分量中所含的量程的变化分 量，根据除去该变化分量的结果算出所述流体的流量。
7.根据权利要求3至6中任一项所述的电磁流量计，其特征在于，所述电极按照在与 所述测量管的轴正交的轴上隔着所述测量管的轴相面对的方式配设一对，每个电极分别连接1根所述信号线，所述信号线由2条信号线构成，该2条信号线中 的至少1条信号线被配设为，相对于与所述电极平面平行的磁场方向具有倾角，能因所 述磁场随时间变化而产生电动势。
8.根据权利要求1或2所述的电磁流量计，其特征在于，所述励磁部由按照线圈轴 包含于所述电极平面中的方式配设的励磁线圈、和向该励磁线圈供给励磁电流的电源构 成，所述信号线由配设于相互不同的路径中的多条信号线构成，所述信号变换部通过求出由所述多条信号线得到的合成电动势之和或差，来提取所 述δ A/δ t分量。
9.根据权利要求8所述的电磁流量计，其特征在于，所述电极按照在与所述测量管的 轴正交的轴上隔着所述测量管的轴相面对的方式配设一对，每个电极分别连接1根根所述信号线，所述信号线由2条信号线构成，该2条信号线 被配设为从所述电极平面朝彼此相反的方向，所述信号变换部通过求出由所述2条信号线得到的合成电动势之和，来提取所述 δ A/δ t分量，所述流量输出部基于所述提取出的δΑ/δ 分量，除去由所述2条信号线得到的合成 电动势之差中的νΧΒ分量中所含的量程的变化分量，根据除去该变化分量的结果算出所 述流体的流量。
10.根据权利要求8所述的电磁流量计，其特征在于，所述信号线由与相同电极连接 的多条信号线构成，所述信号变换部通过求出由所述多条信号线得到的合成电动势当中的至少由2条信 号线得到的合成电动势的振幅和相位，来提取所述δ A/δ t分量。
11.根据权利要求10所述的电磁流量计，其特征在于，所述信号线由与相同电极连接 的第一、第二信号线构成，该第一、第二信号线被配设为从所述电极平面朝彼此相反的 方向，所述信号变换部对由所述第一信号线得到的第一合成电动势和由所述第二信号线得 到的第二合成电动势分别求出其振幅和相位，基于这些振幅和相位，提取所述第一合成 电动势与所述第二合成电动势的电动势差作为所述S A/ δ t分量，所述流量输出部基于所述提取出的δΑ/δ 分量，除去由所述第一合成电动势与所 述第二合成电动势的电动势之和中的νΧΒ分量中所含的量程的变化分量，根据除去该变 化分量的结果算出所述流体的流量。
12.根据权利要求10或11所述的电磁流量计，其特征在于，所述电极按照在与所述 测量管的轴正交的轴上隔着所述测量管的轴相面对的方式配设一对，与各个电极分别连接多条的信号线中，至少有与一个电极连接的信号线被配设为 相对于与所述电极平面平行的磁场方向具有倾角，能因所述磁场随时间变化而产生电动势。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的电磁流量计，其特征在于， 具备覆盖所述励磁部的外侧的外壳，所述信号线在所述外壳的内侧被配设为，相对于与所述电极平面平行的磁场方向具 有倾角，能因所述磁场随时间变化而产生电动势。
14.根据权利要求3 12中任意一项所述的电磁流量计，其特征在于， 具备覆盖所述励磁线圈的外侧的外壳，所述信号线在所述外壳的内侧被配设为，相对于与所述电极平面平行的磁场方向具 有倾角，能因所述磁场随时间变化而产生电动势。
全文摘要
本发明提供一种电磁流量计，其不用大幅度变更普通型的检测器的构成，即可进行高精度的流量测量。电磁流量计具备测量管(1)；电极(2a、2b)；励磁线圈(3)，其对流体施加相对于电极平面(PLN)对称并且随时间变化的磁场；信号线(4a、4b)，其按照相对于与电极平面(PLN)平行的磁场方向具有倾角，且随磁场的时间变化产生电动势；信号变换部(5a)，其从与流体的流速无关而由磁场的时间变化引起的δA/δt分量的电动势和由流体的流速引起的v×B分量的电动势的合成电动势中提取δA/δt分量；流量输出部(6a)，其基于δA/δt分量，除去与合成电动势中的v×B分量的流速的大小V相关的系数即量程的变化分量，根据除去该变化分量而得的结果算出流体的流量。
文档编号G01F1/58GK102012244SQ201010276529
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月6日 优先权日2009年9月4日
发明者山本友繁 申请人:株式会社山武
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