[0001] 本发明涉及一种检测流体的特性或状态、磁场的状态或测量管内的状态的状态检测装置。

[0002] 一般来说，在使用流量计进行流量测量的情况下，有如下的要求，即，希望在检测出被测量流体的流量的同时，检测出该流体的特性或状态或者流体所流过的配管内
的状态。 例如，在混合药液等的生产线中，在测量流体的流量的同时，测量导电率或介
电常数等流体的特性。 另外，在附着物多的配管中，为了知道其维护周期而测量配管内
的附着物的堆积状态。 像这样，就要求在测量流体的流量的同时测量该流体的特性或状
态或者流体所流过的配管内的状态，此外，还要求用与流量计基本上相同的硬件构成来
实现这些测量。

[0003] 也就是说，期望可以在1台测量机器中任意地选择像测量流体的流量、测量流体的状态、以及同时测量流体的流量和状态那样各种各样的使用方法。 另外，由期望同
时进行流量和状态的测量可知，重要在于不管流体的流量如何都要测量出流体的特性或
状态。

[0004] 这里，如果作为流量计将电磁流量计视为对象，则除了上述的要求以外，从电磁流量计的自行诊断的侧面考虑，还希望有配管内的状态的测量。 例如，在从与流体接
触的电极中取出电位的被称作电极式的方式中，当在电极上附着绝缘物等时，就不会精
度优良地取出电位，从而无法测量正确的流量。 该情况下，如果可以不中断流量信号的
测量地判断是流量在变化还是信号因附着物而变化，就可以预先防止流量测量值可疑之
类的问题。 另外，一般来说，电磁流量计在所施加的磁场变动的情况下，就会在流量测
量值中产生误差。 此时，如果知道对流体施加的磁场的状态，就可以判断此时产生的输
出异常是由流量的变化引起的，还是由对流体施加的磁场异常引起的，作为流量计可以
具有自行诊断功能。

[0005] 如上所述，希望有针对用与流量计基本上相同的硬件构成来进行流量以外的各种测量的要求的解决对策。

[0006] 作为可以实现如上所述的要求的技术，例如在专利文献1或非专利文献1中公开有在电磁流量计中检测流速以外的参数的装置。 在非专利文献1或专利文献1中，作为
电磁流量计的应用，给出测量水位、导电率等的情况的例子。 该电磁流量计中，根据在
同时驱动设于配管的上下的励磁线圈时由电极得到的信号电动势与单独地驱动配管的上
侧的励磁线圈时的信号电动势的比，求出水位，另外根据使与电极连接的前置放大器的
输入阻抗变化时的信号电动势的比，求出流体的导电率。 认为由此就可以实现附着检测
等。

[0007] 但是，在专利文献1或非专利文献1中公开的电磁流量计中，由于是以流量信号的比为基础来检测流体的特性或状态，因此存在如下的问题，即，随着流体的流量接近0
而产生很大的误差，精度变差，在流量为0处无法检测流体的特性或状态，另外，由于
无法区别是因流量变动使流量测量值变动还是因磁场变动使流量测量值变动，因此存在
无法检测磁场变动的问题。

[0008] 针对于此，发明人提出过如图29所示的状态检测装置(参照专利文献2)。 该状态检测装置具有：流过被测量流体的测量管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不对称的、随时间变化的
磁场；状态定量化部8，其从由电极2a、2b检测出的、与流体的流速无关的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，从δA/δt分量中，提取依赖于参数(流体的特性或状态或者测量管内的状态)的变
动分量，基于该变动分量将参数定量化；向励磁线圈3供给励磁电流的电源部9。

[0009] 状态定量化部8由信号变换部5、状态存储部6、状态输出部7构成，上述信号变换部5从由电极2a、2b检测出的δA/δt分量的电动势和v×B分量的电动势的合成电
动势中，提取δA/δt分量，从δA/δt分量中提取依赖于参数的变动分量，上述状态存
储部6预先存储依赖于参数的变动分量与参数之间的关系，上述状态输出部7基于存储于
状态存储部6中的关系，求出与提取出的变动分量对应的参数。 根据专利文献2中公开
的状态检测装置，无论流体的流速如何，都可以精度优良地检测出包括磁场和流体的测
量管内的状态。

[0010] 专利文献1 日本专利第3164684号公报

[0011] 专利文献2 日本特开2006-90794号公报

[0012] 非专利文献1 社団法人日本計量機器工業連合会 、「計装エンジ二アのための流量計测AtoZ」、工業技術社、1995年、p.147-148

[0013] 如上所述，在专利文献1或非专利文献1中公开的电磁流量计中，存在如下的问题，即，随着流体的流量接近0而产生很大的误差，精度变差，在流量为0处无法检测流
体的特性或状态，另外，还存在无法检测磁场变动的问题。

[0014] 另外，在专利文献2中公开的状态检测装置中，为了检测在流体中产生的δA/δt分量，需要在以图29的平面PLN为边界的测量管1的前后对被测量流体施加不对称
的磁场，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。 由
此，就无法沿用普通型的电磁流量计的检测器，存在需要设计、制作新的检测器部分的
问题。

[0063] [物理现象与数学的基础知识]

[0064] 对为了理解以往技术和本发明而必需的在两者中共同的理论的前提部分进行说明。

[0065] 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
(i) (v)
势E ＝-δA/δt、(b)因物体在磁场中移动而产生的电动势E ＝v×B。 v×B表示
v与B的矢量积，δA/δt表示A的时间的偏微分。 v、B、A分别与下述对应，是在三
维(x、y、z)中具有方向的矢量(v：速度、B：磁通密度、A：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。 所
产生的电动势是从流体中通过电极、信号线检测出的。

[0066] 这里，观察与流体的流速无关的δA/δt分量而在流体内产生的涡电流，则随着包括磁场和流体的测量管内的状态、以及取出电位时的输入阻抗，涡电流所流过的路
径或电流密度发生变化，如果将该变化作为电位取出，则可以测量流速以外的特性或状
态。

[0067] 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。

[0068] P·cos(ω·t)+Q·sin(ω·t)

[0069] ＝(P2+Q2)1/2·cos(ω·t-ε)

[0070] 其中，ε＝tan-1(Q/P) ...(1)

[0071] 为了分析式(1)的合成，方便的做法是按照在实轴中取余弦波P·cos(ω·t)的振幅P、在虚轴中取正弦波Q·sin(ω·t)的振幅Q的方式向复坐标平面中映射。
1/2
即，在复坐标平面上，与原点的距离(P2+Q2) 给出合成波的振幅，与实轴的角度ε＝
-1
tan (Q/P)给出合成波与ω·t的相位差。

[0072] 另外，在复坐标平面上，以下的关系式成立。

[0073] L·exp(j·ε)＝L·cos(ε)+j·L·sin(ε) · · ·(2)

[0074] 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。

[0075] [以往技术的结构上的构建]

[0076] 对上述物理现象与以往技术的结构上的构建的关系进行说明。 在专利文献2中公开的使用不对称励磁的状态检测装置中，在线圈平面与电极平面之间存在偏移量，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
器形成尽可能地不检测出δA/δt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变得尽可能小的方式，来配置信号线4a、
4b。 利用该结构，在信号线4a、4b中不会产生δA/δt分量。

[0077] [发明的着眼点]

[0078] 本发明着眼于如下的情况，即，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
δA/δt分量，通过利用该δA/δt分量，就可以获得包括磁场和流体的测量管内的状
态。

[0079] [发明的基本原理]

[0080] 虽然在流体中，会产生先前说明的2种电动势E(i)＝-δA/δt、E(v)＝v×B，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，由磁场随时
(i)
间变化造成的电动势E ＝-δA/δt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，因磁场随时间变化而产生电动势。 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v×B分量与在电极及信号线中
产生的δA/δt分量被合成而得的电动势。

[0081] 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。

[0082] [第一构成]

[0083] 对本发明的状态检测装置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的状态检测装置具有：流过被测量流体的测量管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、随时间变化的磁场；信号线4a、4b，其被与因励磁线圈3而产生的磁通相交地配
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电极2a、
2b在内的平面PLN将信号线4a与信号线4b配置于相同一侧的构成。

[0084] [第二构成]

[0085] 下面，对本发明的状态检测装置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。

[0086] [第三构成]

[0087] 下面，对本发明的状态检测装置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。

[0088] 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)
B1，是如下所示地给出的。

[0089] B1＝b1·cos(ω0·t-θ1) · · ·(3)

[0090] 在式(3)中，b1为磁通密度B1的振幅，ω0为角频率，θ1为磁通密度B1与ω0·t的相位差(相位延迟)。 下面，将磁通密度B1设为磁场B1。

[0091] [由磁场的变化引起的电动势]

[0092] 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B1如下所示地微分。

[0093] dB1/dt＝-ω0·b1·sin(ω0·t-θ1) · · ·(4)

[0094] 在被测量流体的流速为0时，磁场B1所致的电动势仅为由磁场B1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，如果从状态检测装置的
上方观看δA/δt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B1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B1的变化
而产生电动势Ea、Eb。 而且，图6中的I表示磁场B1的变化所致的涡电流。

[0095] 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-dB1/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。

[0096] Eb＝kb·ω0·b1·sin(ω0·t-θ1) · · ·(5)

[0097] 此外，如果将式(5)变形则变为下式。

[0098] Eb＝kb·ω0·b1·{sin(-θ1)}·cos(ω0·t)

[0099] +kb·ω0·b1·{cos(-θ1)}·sin(ω0·t)

[0100] ＝kb·ω0·b1·{-sin(θ1)}·cos(ω0·t)

[0101] +kb·ω0·b1·{cos(θ1)}·sin(ω0·t) · ·(6)

[0102] 这里，如果以ω0·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。

[0103] Ebx＝kb·ω0·b1·{-sin(θ1)}

[0104] ＝kb·ω0·b1·{cos(π/2+θ1)} · · ·(7)

[0105] Eby＝kb·ω0·b1·{cos(θ1)}

[0106] ＝kb·ω0·b1·{sin(π/2+θ1)} · · ·(8)

[0107] 此外，将式(7)、式(8)中所示的Ebx、Eby变换为下式所示的复矢量Ebc。

[0108] Ebc＝Ebx+j·Eby

[0109] ＝kb·ω0·b1·{cos(π/2+θ1)}

[0110] +j·kb·ω0·b1·{sin(π/2+θ1)}

[0111] ＝kb·ω0·b1·{cos(π/2+θ1)+j·sin(π/2+θ1)}

[0112] ＝kb·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1)} · · ·(9)

[0113] 另外，如果将上述的系数kb变换为复矢量，则变为下式。

[0114] kb＝rkb·cos(θb)+j·rkb·sin(θb)

[0115] ＝rkb·exp(j·θb) · · ·(10)

[0116] 在式(10)中，rkb为比例系数，θb为矢量kb相对于实轴的角度。

[0117] 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B1的时间变化引起的电动势)。

[0118] Ebc＝rkb·exp(j·θb)·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1)}

[0119] ＝rkb·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θb)}

[0120] · · ·(11)

[0121] 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B1的时间微分dB1/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)的量。 系数ka可以
如下所示地变换为复矢量。

[0122] ka＝rka·exp(j·θa) · · ·(12)

[0123] 在式(12)中，rka为比例系数，θa为矢量ka相对于实轴的角度。

[0124] 如果以式(11)为参考，则可以由式(12)如下所示地得到将在信号线4a中产生的电动势Ea变换为复矢量的电动势Eac(仅由磁场B1的时间变化引起的电动势)。

[0125] Eac＝-rka·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θa)}

[0126] · · ·(13)

[0127] 如果将仅因磁场B1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之差设为Ecd，则电动势差Ecd就是电动势Ebc与Eac的差，可以用下式表
示。

[0128] Ecd＝Ebc-Eac

[0129] ＝rkb·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θb)}

[0130] +rka·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θa)}

[0131] ＝{rkb·exp(j·θb)+rka·exp(j·θa)}

[0132] ·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1)} · · ·(14)

[0133] 另外，如果将仅因磁场B1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。

[0134] Ecs＝Ebc+Eac

[0135] ＝rkb·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θb)}

[0136] -rka·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θa)}

[0137] ＝{rkb·exp(j·θb)-rka·exp(j·θa)}

[0138] ·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1)} · · ·(15)

[0139] 这里，为了容易处置公式，将rkb·exp(j·θb)和rka·exp(j·θa)这2个矢量之和如式(16)所示地变换为rks·exp(j·θs)，将rkb·exp(j·θb)和
rka·exp(j·θa)这2个矢量之差如式(17)所示地变换为rkd·exp(j·θd)。

[0140] rkb·exp(j·θb)+rka·exp(j·θa)

[0141] ＝rks·exp(j·θs) · · ·(16)

[0142] rkb·exp(j·θb)-rka·exp(j·θa)

[0143] ＝rkd·exp(j·θd) · · ·(17)

[0144] 使用式(16)将式(14)中所示的电动势差Ecd如式(18)所示地变换，使用式(17)将式(15)中所示的电动势和Ecs如式(19)所示地变换。

[0145] Ecd＝{rkb·exp(j·θb)+rka·exp(j·θa)}

[0146] ·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1)}

[0147] ＝rks·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs)}

[0148] · · ·(18)

[0149] Ecs＝{rkb·exp(j·θb)-rka·exp(j·θa)}

[0150] ·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1)}

[0151] ＝rkd·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θd)}

[0152] · · ·(19)

[0153] 以上，针对第一构成，可以求出仅因磁场B1的变化引起的电动势。

[0154] 下面，针对第二构成，对仅因磁场B1的变化引起的电动势进行说明。在被测量流体的流速为0时，在如图3所示的第二构成的信号线配置中，如果从状态检测装置的上
方观看δA/δt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。

[0155] 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。

[0156] EacR＝rka·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θa)}

[0157] · · ·(20)

[0158] 当将仅因磁场B1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
示。

[0159] EcdR＝Ebc-EacR

[0160] ＝rkb·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θb)}

[0161] -rka·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θa)}

[0162] ＝{rkb·exp(j·θb)-rka·exp(j·θa)}

[0163] ·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1)} · · ·(21)

[0164] 另外，当将仅因磁场B1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
式表示。

[0165] EcsR＝Ebc+EacR

[0166] ＝rkb·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θb)}

[0167] +rka·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θa)}

[0168] ＝{rkb·exp(j·θb)+rka·exp(j·θa)}

[0169] ·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1)} · · ·(22)

[0170] 这里，与式(14)、式(15)的情况相同，为了容易处置公式，使用式(17)将式(21)中所示的电动势差EcdR如式(23)所示地变换，使用式(16)将式(22)中所示的电
动势和EcsR如式(24)所示地变换。

[0171] EcdR＝{rkb·exp(j·θb)-rka·exp(j·θa)}

[0172] ·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1)}

[0173] ＝rkd·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θd)}

[0174] · · ·(23)

[0175] EcsR＝{rkb·exp(j·θb)+rka·exp(j·θa)}

[0176] ·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1)}

[0177] ＝rks·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs)}

[0178] · · ·(24)

[0179] 以上，针对第二构成，可以求出仅因磁场B1的变化引起的电动势。

[0180] 下面，针对第三构成，对仅因磁场B1的变化引起的电动势进行说明。在被测量流体的流速为0时，在如图4所示的第三构成的信号线配置中，如果从状态检测装置的上
方观看δA/δt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。

[0181] 此时，当将仅因磁场B1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Ecd1时，则电动势差Ecd1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rks1，将θs置换为θs1时，则电
动势差Ecd1可以用下式表示。

[0182] Ecd1＝rks1·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs1)}

[0183] · · ·(25)

[0184] 当将仅因磁场B1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rks1
置换为rks2，将θs1置换为θs2，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。

[0185] Ecd2＝-rks2·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs2)}

[0186] · · ·(26)

[0187] 以上，针对第三构成，可以求出仅因磁场B1的变化引起的电动势。

[0188] [由流速引起的电动势]

[0189] 下面，针对第一～第三构成，对由被测量流体的流速和磁场B1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≠0)的情况下，在如图2所示的第
一构成中，除了流速为0时的电动势以外，还会产生由被测量流体的流速矢量v引起的分
量v×B1。 即，因被测量流体的流速矢量v和磁场B1而产生如图11所示的电极间电动
势Ev。 将该Ev的方向设为正方向。

[0190] 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B1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)的量。

[0191] Ev＝kv·V·{b1·cos(ω0·t-θ1)} · · ·(27)

[0192] 如果将式(27)变形，则变为下式。

[0193] Ev＝kv·V·b1·cos(ω0·t)·cos(-θ1)

[0194] -kv·V·b1·sin(ω0·t)·sin(-θ1)

[0195] ＝kv·V·b1·{cos(θ1)}·cos(ω0·t)

[0196] +kv·V·b1·{sin(θ1)}·sin(ω0·t) · ·(28)

[0197] 这里，如果以ω0·t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。

[0198] Evx＝kv·V·b1·cos(θ1) · · ·(29)

[0199] Evy＝kv·V·b1·sin(θ1) · · ·(30)

[0200] 此外，将式(29)、式(30)中所示的Evx、Evy变换为下式所示的复矢量Evc。

[0201] Evc＝Evx+j·Evy

[0202] ＝kv·V·b1·cos(θ1)+j·kv·V·b1·sin(θ1)

[0203] ＝kv·V·b1·{cos(θ1)+j·sin(θ1)}

[0204] ＝kv·V·b1·exp(j·θ1) · · ·(31)

[0205] 另外，如果将上述的系数kv变换为复矢量，则变为下式。

[0206] kv＝rkv·cos(θv)+j·rkv·sin(θv)

[0207] ＝rkv·exp(j·θv) · · ·(32)

[0208] 在式(32)中，rkv为比例系数，θv为矢量kv相对于实轴的角度。

[0209] 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Evc。

[0210] Evc＝kv·V·b1·exp(j·θ1)

[0211] ＝rkv·V·b1·exp{j·(θ1+θv)} · · ·(33)

[0212] 式(33)表示因被测量流体的流速V和磁场B1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。

[0213] 对于将由磁场B1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B1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。

[0214] Ed＝Ecd+Evc

[0215] ＝rks·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs)}

[0216] +rkv·V·b1·exp{j·(θ1+θv)} · · ·(34)

[0217] 另外，对于将由磁场B1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B1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B1引起的电动势和为0，因此与由磁场B1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。

[0218] 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B1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。

[0219] 对于将由磁场B1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B1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。

[0220] EdR＝EcdR+Evc

[0221] ＝rkd·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θd)}

[0222] +rkv·V·b1·exp{j·(θ1+θv)} · · ·(35)

[0223] 另外，对于将由磁场B1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B1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B1引起的电动势和为0，因此与由磁场B1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。

[0224] 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B1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Ecd1、由被测量流体的流速V和磁场B1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E1d，根据式
(25)、式(33)如下式所示。

[0225] E1d＝Ecd1+Evc

[0226] ＝rks1·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs1)}

[0227] +rkv·V·b1·exp{j·(θ1+θv)} · · ·(36)

[0228] 同样地，对于将由磁场B1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B1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。

[0229] E2d＝Ecd2+Evc

[0230] ＝-rks2·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs2)}

[0231] +rkv·V·b1·exp{j·(θ1+θv)} · · ·(37)

[0232] 根据以上说明，针对第三构成，可以求出信号线间电动势。

[0233] [状态检测的基本原理]

[0234] 下面，对用于检测测量管内的状态的基本原理进行说明。 以后，将成为对象的流体的特性或状态、磁场的状态或测量管内的状态称作参数。 如专利文献2中所记载的
那样，作为表示流体的特性或状态的参数，有流体阻抗或流体的导电率、介电常数、水
位、截面积等。 作为表示测量管内的状态的参数，有测量管内的附着物的堆积状态(测
量管的内径变化)。

[0235] [δA/δt分量和v×B分量的概念]

[0236] 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δA/δt分量的矢量Va和v×B分量的矢量Vb的合成
矢量Va+Vb相当。

[0237] Va＝rα·exp(j·θα)·C·ω · · ·(38)

[0238] Vb＝rβ·exp(j·θβ)·C·V · · ·(39)

[0239] 将该矢量Va和Vb表示于图13中。 图13中，Re为实轴，Im为虚轴。 δA/δt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
的振幅。此时，当将相对于矢量Va的振幅的已知的比例常数部分设为rα，将矢量Va的
方向设为θα时，则C就是作为磁场的迁移等变化的要素给出的。 另外，由于v×B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
成正比例的振幅。 此时，当将相对于矢量Vb的振幅的已知的比例常数部分设为rβ，将
矢量Vb的方向设为θβ时，则C就是作为磁场的迁移等变化的要素给出的。 而且，式
(38)的δA/δt分量的矢量Va中的C与式(39)的v×B分量的矢量Vb中的C是相同的
要素。

[0240] [δA/δt分量的矢量Va的提取]

[0241] 作为从合成矢量Va+Vb中提取δA/δt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，即，相对于基准而言
的δA/δt分量的相位差和v×B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。

[0242] 第二提取方法是如下的方法，即，对被测量流体施加基于多个励磁频率的磁场，利用信号线间电动势中所含的多个分量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，δA/δt分量的矢量Va的振幅与励磁角频
率ω成正比例，v×B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
施加包含振幅相等且频率不同的2个分量的励磁电流。 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的差成为仅给出δA/δt分量的矢量Va的振幅
的变化量的矢量，所以可以借此来提取δA/δt分量的矢量Va。

[0243] 第三提取方法是利用多条信号线的电动势之差异来提取矢量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v×B分量与信号
线的配置无关，然而对于δA/δt分量，无论是朝向还是振幅都随着信号线的配置而变
化。

[0244] 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之间的电动势之差，则v×B分量就会被消
除，因此可以提取δA/δt分量。

[0245] 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、
4c的电动势差的第二信号线间电动势差的差，则v×B分量就会被消除，因此可以提取
δA/δt分量。

[0246] 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v×B分量就
会被消除，因此可以将在各条信号线中产生的δA/δt分量的大约2倍的分量作为矢量Va
提取。

[0247] [参数的提取]

[0248] 下面，对从提取出的δA/δt分量中提取流量以外的参数的方法说明如下。 由于提取出的δA/δt分量与被测量流体的流速无关，因此可以使用该δA/δt分量来测量
流速以外的磁场的变动或配管内的状态。

[0249] 在式(38)中，由于随着成为对象的参数而变化的变动分量被以C表示，因此将该变动分量记作C＝rkc·exp(j·θc)。 将系数rkc、变动分量C(矢量)的相对于实
轴的角度θc作为参数p的函数而分别以rkc[p]、θc[p]的函数形式表示，当将参数为p
时的变动分量C设为Cp时，则变动分量Cp可以用下式表示。

[0250] Cp＝rkc[p]·exp(j·θc[p ]) · · ·(40)

[0251] 根据式(38)，随着成为对象的参数而变化的变动分量Cp可以用下式表示。

[0252] Cp＝Va/{rα·exp(j ·θα)·ω} · · ·(41)

[0253] 这里， 由 于系 数rα、 角度θα 是可 以 在校 正时 确 认的 值，Va/{rα·exp(j·θα)·ω}的振幅为rkc[p]，相对于实轴的角度为θc[p]，因此如果在
校正时存储好参数p与系数rkc[p]的关系、或参数p与角度θc[p]的关系，就可以通过计
算Va/{rα·exp(j·θα)·ω}的振幅或相位，求出参数p的值。

[0254] 此外，对复平面上的2个矢量的和进行补充说明。 将复平面上的2个矢量的和如下式所示地表示。

[0255] A·ex p(j·a)+B·exp(j·b)

[0256] ＝A·cos(a)+j·A·sin(a)+B·cos(b)

[0257] +j·B·sin(b)

[0258] ＝{A·cos(a)+B·cos(b)}+j·{A·sin(a)

[0259] +B·sin(b)} · · ·(42)

[0260] 将式(42)记作Cs·exp(j·cs)。 振幅Cs由下式表示。

[0261] Cs＝sqrt[{A·cos(a)+B·cos(b)}2

[0262] +{A·sin(a)+B·sin(b)}2]

[0263] ＝sqrt[A2·cos2(a)+B2·cos2(b)

[0264] +2·A·B·cos(a)·cos(b)+A2·sin2(a)

[0265] +B2·sin2(b)+2·A·B·sin(a)·sin(b)]

[0266] ＝sqrt[A2+B2+2·A·B·{cos(a)·cos(b)

[0267] +sin(a)·sin(b)}]

[0268] ＝sqrt{A2+B2+A·B·cos(a-b)} · · ·(43)

[0269] 另外，此时的相位cs可以用下式表示。

[0270] cs＝tan-1[{A·sin(a)+B·sin(b)}

[0271] /{A·cos(a)+B·cos(b)}] · · ·(44)

[0272] 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个矢量的差如下式所示地表示。

[0273] B·exp(j·b)-A·exp(j·a)

[0274] ＝B·cos(b)+j·B·sin(b)-A·cos(a)

[0275] -j·A·sin(a)

[0276] ＝{B·cos(b)-A·cos(a)}+j·{B·sin(b)

[0277] -A·sin(a)} · · ·(45)

[0278] 将式(45)记作Cd·exp(j·cd)。 振幅Cd由下式表示。

[0279] Cd＝sqrt[{B·cos(b)-A·cos(A)}2

[0280] +{B·sin(b)-A·sin(a)}2]

[0281] ＝sqrt[B2·cos2(b)+A2·cos2(a)

[0282] -2·B·A·cos(b)·cos(a)+B2·sin2(b)

[0283] +A2·sin2(a)-2·B·A·sin(b)·sin(a)]

[0284] ＝sqrt[B2+A2-2·B·A·{cos(b)·cos(a)

[0285] +sin(b)·sin(a)}]

[0286] ＝sqrt{B2+A2-B·A·cos(b-a)} · · ·(46)

[0287] 另外，此时的相位cs可以用下式表示。

[0288] cs＝tan-1[{B·sin(b)-A·sin(a)}

[0289] /{B·cos(b)-A·cos(a)}] · · ·(47)

[0290] [安装中的注意点]

[0291] 下面，对安装时的注意点进行说明。 为了从由测量值得到的系数rkc[p]等中求出参数的值p，需要预先制成用于逆变换的表格。根据校正时的受到限定的点的关系，制
作与所有的参数的值对应的表格。 代表系数rkc[p]或角度θc[p]，用函数f[p]表示，对
逆变换和表格进行说明。 作为制成用于逆变换的表格的方法，有由校正时的测量结果插
值而制成表格的方法(以下称作第一制成方法)、由理论式直接制成表格的方法(以下称
作第二制成方法)这2种。

[0292] 首先，对第一制成方法进行说明。 如图14所示，如果设为在校正时当参数的值为p1时得到f[p1]＝y1的测量结果，另外当参数的值为p2时得到f[p2]＝y2的测量结
果，则利用2点间的直线近似，参数p可以用下式表示。

[0293] p＝(p2-p1)/(y2-y1)·(f[p]-y1)+p1 · · ·(48)

[0294] 可以利用式(48)制成表格，通过使用该表格，可以由在校正后的实际的测量时得到的函数f[p](系数rkc[p]或角度θc[p])求出参数p。 而且，虽然在这里给出直线近
似的例子，然而用多项式也可以同样地进行逆变换。

[0295] 下面，对第二制成方法进行说明。 在设计时作为理论式求出参数p与y＝f[p]1
的关系，在存在反函数f(y)的情况下，参数p可以用下式表示。

[0296] p＝f-1(f [p]) · · ·(49)

[0297] 将式(49)的关系表示于图15中。 如果将式(49)作为表格存储，则可以由校正后的实际的测量时得到的函数f[p]算出参数p。

[0298] [第一实施方式]

[0299] 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δA/δt分量的矢量Va的方法使用第一提取方法。

[0300] 图16是表示本发明的第一实施方式的状态检测装置的构成的方框图。本实施方式的状态检测装置具备：流过被测量流体的测量管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并且随时间变化的磁场；信号线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，因磁场随时
间变化而产生电动势；状态定量化部8a；向励磁线圈3供给励磁电流而产生磁场的电源
9。

[0301] 状态定量化部8a由信号变换部5a、状态存储部6a、状态输出部7a构成，信号变换部5a与信号线4a、4b的另一端连接，通过求出由信号线4a、4b得到的合成电动势中
的角频率ω0的成分与励磁电流的相位差，来提取δA/δt分量，从该δA/δt分量中，
提取依赖于参数的变动分量的振幅或相位，状态存储部6a(相当于上述的表格)预先存储
依赖于参数的变动分量的振幅或相位与参数的关系，状态输出部7a基于存储于状态存储
部6a中的关系，求出与上述提取出的变动分量的振幅或相位对应的参数。

[0302] 在图16中，对于因从电源9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
成分(磁通密度)B1及此时的励磁电流I1，是如下所示地给出的。

[0303] B1＝b1·cos(ω0·t-θ1) · · ·(50)

[0304] I1＝i1·cos(ω0·t-θi1) · · ·(51)

[0305] 在式(50)中，b1是磁通密度B1的振幅，ω0是角频率，θ1是磁通密度B1与ω0·t的相位差(相位延迟)。以下将磁通密度B1设为磁场B1。另外，在式(51)中，
i1是励磁电流I1的振幅，θi1是励磁电流I1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。

[0306] B＝ki·I · · ·(52)

[0307] 在式(52)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。

[0308] ki＝rki·cos(θi)+j·rki·sin(θi)

[0309] ＝rki·exp(j·θi) · · ·(53)

[0310] 在式(53)中，rki是比例系数，θi是矢量ki相对于实轴的角度。

[0311] 当使用式(51)～(53)将式(50)中所示的磁场B1变换为复矢量时，则以下式的B1c表示。

[0312] B1c＝rki·i1·exp{j·(θi+θi1)} · · ·(54)

[0313] 根据式(50)和式(54)，下式的关系成立。

[0314] b1＝rki·i1 · · ·(55)

[0315] θ1＝θi+θi1 · · ·(56)

[0316] 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B1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B1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Ei0时，如果向式(34)中代入式
(55)、式(57)，此外还将rkv＝γv·rks代入，则信号线间电动势差Ei0可以用下式表
示。

[0317] Ei0＝rks·ω0·rki·i1

[0318] ·exp{j·(π/2+θi+θi1+θs)}

[0319] +γv·rks·V·rki·i1·exp{j·(θi+θi1+θv)}

[0320] · · ·(57)

[0321] 式(57)中所示的信号线间电动势差Ei0为在信号变换器5a中被检测出的信号。θi1是可以测量的励磁电流I1的相位，θi、θs、θv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Ei0分解为(π/2+θi+θi1+θs)方向和(θi+θi1+θv)
方向，可以提取作为δA/δt分量的rks·ω0·rki·i1·exp{j·(π/2+θi+θi1+θ
s)}。 如果将该δA/δt分量的电动势设为EiA，则电动势EiA可以用下式表示。

[0322] EiA＝rks·ωθ·rki·i1

[0323] ·exp{j·(π/2+θi+θi1+θs)} · · ·(5θ)

[0324] 由于式(58)与流速的振幅V无关，因此仅为因δA/δt而产生的分量。如果使用电动势EiA，则可以测量流速以外的流体的状态或测量管内的状态。

[0325] 这里，当将由参数造成的变动分量设为Cp1，将参数的值设为p1时，则根据式(40)可以将变动分量Cp1用下式表示。

[0326] Cp1＝rkc[p1]·exp(j·θc[p1]) · · ·(59)

[0327] 式(58)中的变动分量Cp1可以用下式表示。

[0328] Cp1＝rks·rki·i1·exp(j·θi1)

[0329] ＝EiA/[ω0·exp{j·(π/2+θi+θs)}] · · ·(60)

[0330] 根据式(60)将变动分量Cp1的振幅rkc[p1]和与实轴的角度θc[p1]用下式表示。

[0331] rkc[p1]＝|EiA|/ω0 · · ·(61)

[0332] θc[p1]＝∠EiA-(π/2+9i+θs) · · ·(62)

[0333] 根据利用校正时的测量等预先确认的参数p1与rkc[p1]的关系或参数p1与角度θc[p1]的关系，可以求出参数p1。

[0334] 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。 角度θi、θs、θv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。

[0335] [表1]

[0336] 基本原理与第一实施方式的对应关系

[0337]基本原理的常数及变量 第一实施方式的常数及变量
rα 1
rβ γv
θα π/2+θi+θs
θβ θi+θv
C rks·rki·i1·exp(j·θi1)

[0338] 下面，对本实施方式的状态检测装置的具体的动作进行说明。 电源9向励磁线圈3供给具有角频率ω0的正弦波成分的励磁电流I1。

[0339] 图17是表示状态定量化部8a的动作的流程图。 首先，信号变换部5a求出励磁电流I1的角频率ω0的成分的振幅i1，并且利用未图示的相位检波器求出实轴与励磁电
流I1的角频率ω0的成分的相位差θi1(图17步骤S101)。

[0340] 另外，信号变换部5a求出作为信号线间电动势差的角频率ω0的成分的信号线间电动势差Ei0的振幅r0，并且利用相位检波器求出实轴与信号线间电动势差Ei0的相位
差φ0(步骤S102)。

[0341] 然后，信号变换部5a求出信号线间电动势差Ei0中的作为δA/δt分量的电动势EiA的角度和振幅(步骤S103)。 该步骤S103的处理是与求出δA/δt分量对应的处
理，是相当于式(58)的算出的处理。 信号变换部5a如下式所示地算出电动势EiA与实
轴的角度∠EiA。

[0342] ∠EiA＝π/2+θi+θi1+θs · · ·(63)

[0343] 另外，信号变换部5a如下式所示地算出电动势EiA的振幅|EiA|。

[0344] |EiA|＝r0·sin(φ0-θi-θi1-θv)

[0345] /sin(π/2-θs+θv) · · ·(64)

[0346] 这样，即结束步骤S103的处理。

[0347] 信号变换部5a从电动势EiA中，求出依赖于参数p1的变动分量Cp1的振幅和角度(步骤S104)。 信号变换部5a利用式(61)算出变动分量Cp1的振幅rkc[p1]，并且利
用式(62)算出变动分量Cp1与实轴的角度θc[p1]。

[0348] 在状态存储部6a中，以数学式或表格的形式预先登记有参数p1与变动分量Cp1的振幅rkc[p1]的关系、或参数p1与变动分量Cp1的角度θc[p1]的关系。 在步骤
S105中，状态输出部7a基于由信号变换部5a计算的变动分量Cp1的振幅rkc[p1]或角度
θc[p1]，参照状态存储部6a，算出与rkc[p1]或θc[p1]对应的参数p1的值(或者从状态
存储部6a中取得)。

[0349] 状态定量化部8a按每个一定周期进行如上所述的步骤S101～S105的处理，直至例如由操作者指示了测量结束为止(步骤S106中为“是”)。

[0350] 如上所述，在本实施方式中，由于从信号线间电动势差Ei0(合成矢量Va+Vb)中提取电动势EiA(δA/δt分量的矢量Va)，从该电动势EiA中提取依赖于流体的特性或状
态、磁场的状态或者测量管内的状态(参数p1)的变动分量Cp1的振幅或相位(角度)，
基于该变动分量Cp1的振幅或相位求出参数p1，因此无论流体的流速如何，都可以精度
优良地检测出流体的特性或状态、磁场的状态或测量管内的状态。 本实施方式中，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1、电极2a、2b和励磁线
圈3，按照因磁场随时间变化而产生电动势的方式配设信号线4a、4b，就可以检测出包括
磁场和流体在内的测量管内的状态，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，实现只能用专利文献2中公开的不对称励磁型的状态检测装置得到的效
果。

[0351] 而且，虽然在本实施方式中，只要从电动势EiA中提取变动分量Cp1的振幅rkc[p1]或角度θc[p1]的任一个即可，然而也可以提取振幅和角度双方，求出参数p1。该
情况下，只要选择振幅rkc[p1]与角度θc[p1]中的例如灵敏度好的一方，基于选择出的振
幅或角度来求出参数p1即可。 这样，就可以提高检测灵敏度。

[0352] 另外，本实施方式中，可以利用Ei0-EiA来提取v×B分量。 从v×B分量算出流体的流量是在普通的电磁流量计中周知的技术，可以用构成状态定量化部8a的计算机
很容易地实现。 所以，本实施方式也可以作为流量计来动作。

[0353] [第二实施方式]

[0354] 下面，对本发明的第二实施方式进行说明。 本实施方式使用上述的原理中说明的第一构成，作为提取δA/δt分量的矢量Va的方法使用第二提取方法。 由于在本实施
方式中，状态检测装置的构成也与第一实施方式相同，因此使用图16的符号进行说明。

[0355] 在图16中，对于从励磁线圈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双方正交的磁场成分(磁通密度)B1，是如
下所示地给出的。

[0356] B1＝b1·cos(ω0·t-θ1)+b1·cos(ω1·t-θ1)

[0357] · · ·(65)

[0358] 在式(65)中，b1是磁通密度B1的振幅，ω0、ω1是角频率，θ1是磁通密度B1与ω0·t及ω1·t的相位差(相位延迟)。 以下将磁通密度B1设为磁场B1。

[0359] 与第一实施方式相同，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
B1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B1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Ed0时，则信
号线间电动势差Ed0可以与式(34)对应地用式(66)表示。

[0360] Ed0＝rks·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs)}

[0361] +rkv·V·b1·exp{j·(θ1+θv)} · · ·(66)

[0362] 另外，对将由磁场B1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B1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ω1的成分的信号线
间电动势差设为Ed1时，则信号线间电动势差Ed1可以与式(34)对应地用式(67)表示。

[0363] Ed1＝rks·ω1·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs)}

[0364] +rkv·V·b1·exp{j·(θ1+θv)} · · ·(67)

[0365] 这里，使θv＝θs+Δθv、rkv＝γv·rks，将它们代入式(66)、式(67)时，信号线间电动势差Ed0、Ed1就分别如式(68)、式(69)所示。

[0366] Ed0＝rks·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs)}

[0367] +γv·rks·V·b1·exp{j·(θ1+θs+Δθv)}

[0368] ＝rks·b1·exp{j·(θ1+θs)}

[0369] ·{ω0·exp(j·π/2)+γv·V·exp(j·Δθv)}

[0370] · · ·(68)

[0371] Ed1＝rks·ω1·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs)}

[0372] +γv·rks·V·b1·exp{j·(θ1+θs+Δθv)}

[0373] ＝rks·b1·exp{j·(θ1+θs)}

[0374] ·{ω1·exp(j·π/2)+γv·V·exp(j·Δθv)}

[0375] · · ·(69)

[0376] 如果取得信号线间电动势差Ed0与Ed1的差，将求出的差乘以ω0/(ω0-ω1)倍，将结果设为EdA，则下式成立。

[0377] EdA＝(Ed0-Ed1)·ω0/(ω0-ω1)

[0378] ＝rks·b1·exp{j·(θ1+θs)}

[0379] ·{ω0·exp(j·π/2)+γv·V·exp(j·Δθv)

[0380] -ω1·exp(j·π/2)-γv·V·exp(j·Δθv)}

[0381] ·ω0/(ω0-ω1)

[0382] ＝rks·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs)} · ·(70)

[0383] 由于电动势差EdA与流速的振幅V无关，因此就仅为因δA/δt而产生的分量。 如果使用电动势差EdA，则可以测量流速以外的流体的状态或测量管内的状态。
而且，电动势差EdA准确地说是将信号线间电动势差Ed0与Ed1的电动势差乘以ω0/
(ω0-ω1)倍的量，乘以ω0/(ω0-ω1)倍的理由是为了使式子的展开更为容易。

[0384] 这里，当将由参数造成的变动分量设为Cp2，将参数的值设为p2时，则根据式(40)可以将变动分量Cp2用下式表示。

[0385] Cp2＝rkc[p2]·exp(j·θc[p2]) · · ·(71)

[0386] 式(70)中的变动分量Cp2可以用下式表示。

[0387] Cp2＝rks·b1·exp{j·(θ1+θs)}

[0388] ＝EdA/{ω0·exp(j·π/2)) · · ·(72)

[0389] 根据式(72)将变动分量Cp2的振幅rkc[p2]和与实轴的角度θc[p2]用下式表示。

[0390] rkc[p2]＝|EdA|/ω0 · · ·(73)

[0391] θc[p2]＝∠EdA-(π/2) · · ·(74)

[0392] 根据利用校正时的测量等预先确认的参数p2与rkc[p2]的关系或参数p2与角度θc[p2]的关系，可以求出参数p2。

[0393] 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2所示。 从表2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。

[0394] [表2]

[0395] 基本原理与第二实施方式的对应关系

[0396]基本原理的常数及变量 第二实施方式的常数及变量
rα 1
rβ γv
θα π/2
θβ Δθv
C rks·b1·exp{j·(θ1+θs)}

[0397] 下面，对本实施方式的状态检测装置的具体的动作进行说明。 电源9向励磁线圈3供给含有第一角频率ω0的正弦波成分和第二角频率ω1的正弦波成分的励磁电流。
此时，励磁电流中的角频率ω0的成分与角频率ω1的成分的振幅是相同的。

[0398] 图18是表示本实施方式的状态定量化部8a的动作的流程图。 首先，信号变换部5a求出信号线间电动势差中的角频率ω0的成分的电动势差Ed0的振幅r0，并且利用
相位检波器求出实轴与信号线间电动势差Ed0的相位差φ0(图18步骤S201)。 另外，
信号变换部5a求出信号线间电动势差中的角频率ω1的成分的电动势差Ed1的振幅r1，
并且利用相位检波器求出实轴与信号线间电动势差Ed1的相位差φ1(步骤S202)。 虽然
信号线间电动势差Ed0、Ed1也可以利用带通滤波器进行频率分离，然而实际上如果使用
被称作梳状滤波器的梳形的数字滤波器，则可以很简单地分离为2个角频率ω0、ω1的
成分。

[0399] 然后，信号变换部5a如下式所示求出信号线间电动势差Ed0的实轴分量Ed0x与虚轴分量Ed0y、以及信号线间电动势差Ed1的实轴分量Ed1x与虚轴分量Ed1y(步骤
S203)。

[0400] Ed0x＝r0·cos(φ0) · · ·(75)

[0401] Ed0y＝r0·sin(φ0) · · ·(76)

[0402] Ed1x＝r1·cos(φ1) · · ·(77)

[0403] Ed1y＝r1·sin(φ1) · · ·(78)

[0404] 在算出式(75)～式(78)后，信号变换部5a求出信号线间电动势差Ed0与Ed1的电动势差EdA的振幅和角度(步骤S204)。 该步骤S204的处理是与求出δA/δt分量
对应的处理，是相当于式(70)的算出的处理。 信号变换部5a如下式所示地算出信号线
间电动势差Ed0与Ed1的电动势差EdA的振幅|EdA|。

[0405] |EdA|＝{(Ed0x-Ed1x)2+(Ed0y-Ed1y)2}1/2

[0406] ·ω0/(ω0-ω1) · · ·(79)

[0407] 此后，信号变换部5a如下式所示地算出电动势差EdA相对于实轴的角度∠EdA。

[0408] ∠EdA＝tan-1{(Ed0y-Ed1y)/(Ed0x-Ed1x)}

[0409] · · ·(80)

[0410] 这样，即结束步骤S204的处理。

[0411] 信号变换部5a从电动势EdA中，求出依赖于参数p2的变动分量Cp2的振幅和角度(步骤S205)。 信号变换部5a利用式(73)算出变动分量Cp2的振幅rkc[p2]，并且
利用式(74)算出变动分量Cp2与实轴的角度θc[p2]。

[0412] 在状态存储部6a中，以数学式或表格的形式预先登记有参数p2与变动分量Cp2的振幅rkc[p2]的关系、或参数p2与变动分量Cp2的角度θc[p2]的关系。 在步骤
S206中，状态输出部7a基于由信号变换部5a计算的变动分量Cp2的振幅rkc[p2]或角度
θc[p2]，参照状态存储部6a，算出与rkc[p2]或θc[p2]对应的参数p2的值(或者从状态
存储部6a中取得)。

[0413] 状态定量化部8a按每个一定周期进行如上所述的步骤S201～S206的处理，直至例如由操作者指示测量结束为止(步骤S207中为“是”)。

[0414] 如上所述，本实施方式中，由于从励磁线圈3向被测量流体施加含有振幅相等且频率不同的2个成分的磁场，从角频率ω0的成分的信号线间电动势Ed0和角频率ω1
的成分的信号线间电动势差Ed1中提取电动势差EdA(δA/δt分量的矢量Va)，从该电
动势差EdA中提取依赖于流体的特性或状态、磁场的状态或者测量管内的状态(参数p2)
的变动分量Cp2的振幅或相位(角度)，基于该变动分量Cp2的振幅或相位求出参数p2，
因此无论流体的流速如何，都可以精度优良地检测出流体的特性或状态、磁场的状态或
测量管内的状态。 本实施方式中，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1、电极2a、2b和励磁线圈3，按照因磁场随时间变化而产生电动势的方式
配设信号线4a、4b，就可以检测出包括磁场和流体的测量管内的状态，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，实现只能用专利文献2中公开的不对称
励磁型的状态检测装置得到的效果。

[0415] 而且，虽然在本实施方式中，同时向励磁线圈3供给含有角频率ω0的正弦波成分和角频率ω1的正弦波成分的励磁电流，然而并不限定于此，也可以交替地向励磁线
圈3供给含有角频率ω0的正弦波成分的励磁电流和含有角频率ω1的正弦波成分的励磁
电流。

[0416] 另外，虽然在本实施方式中，只要从电动势EdA中提取变动分量Cp2的振幅rkc[p2]或角度θc[p2]的任一个即可，然而也可以提取振幅和角度双方，求出参数p2。该
情况下，只要选择振幅rkc[p2]与角度θc[p2]中的例如灵敏度好的一方，基于选择出的振
幅或角度来求出参数p2即可。 这样，就可以提高检测灵敏度。

[0417] 另外，本实施方式中，可以利用Ed0-EdA来提取v×B分量。从v×B分量算出流体的流量是在普通的电磁流量计中周知的技术，可以用构成状态定量化部8a的计算机
很容易地实现。 所以，本实施方式也可以作为流量计来动作。

[0418] [第三实施方式]

[0419] 下面，对本发明的第三实施方式进行说明。 本实施方式使用上述的原理中说明的第二构成，作为提取δA/δt分量的矢量Va的方法使用第三提取方法。

[0420] 图19是表示本发明的第三实施方式的状态检测装置的构成的方框图。本实施方式的状态检测装置具有：测量管1；电极2a、2b；励磁线圈3；信号线4a、4b，其被配
设为，一端与电极2a、2b连接，从包含了电极2a、2b的平面PLN朝向相反的方向；状
态定量化部8b；电源9。

[0421] 状态定量化部8b由信号变换部5b、状态存储部6b、状态输出部7b构成，信号变换部5b与信号线4a、4b的另一端连接，通过求出由信号线4a、4b得到的合成电动势
之和，来提取δA/δt分量，从该δA/δt分量中，提取依赖于参数的变动分量的振幅或
相位，状态存储部6b(相当于上述的表格)预先存储依赖于参数的变动分量的振幅或相位
与参数的关系，状态输出部7b基于存储于状态存储部6b中的关系，求出与上述提取出的
变动分量的振幅或相位对应的参数。

[0422] 图19中，对于从励磁线圈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双方正交的磁场成分(磁通密度)B1，是如下
所示地给出的。

[0423] B1＝b1·cos(ω0·t-θ1) · · ·(81)

[0424] 在式(81)中，b1是磁通密度B1的振幅，ω0是角频率，θ1是磁通密度B1与ω0·t的相位差(相位延迟)。 以下将磁通密度B1设为磁场BL

[0425] 与第一实施方式相同，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，信号线间电
动势和是在信号线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和。

[0426] 对将由磁场B1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B1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EdR0时，则信号线间电动势差EdR0可以与式(35)对应地用式(82)表示。

[0427] EdR0＝rkd·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θd)}

[0428] +rkv·V·b1·exp{j·(θ1+θv)} · · ·(82)

[0429] 另外，对将由磁场B1的时间变化引起的信号线间电动势和变换为复矢量的电动势和、将由被测量流体的流速V和磁场B1引起的信号线间电动势和变换为复矢量的电动
势和进行相加，当将所得的整体的信号线间电动势和当中的角频率ω0的成分的信号线
间电动势和设为EsR0时，则信号线间电动势差EsR0可以与式(24)对应地用式(83)表
示。

[0430] EsR0＝rks·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs)}

[0431] · · ·(83)[0432] 这里，使θv＝θs+Δθv、rkv＝γv·rks，将它们代入式(82)时，信号线间电动势差EdRθ就可以用下式表示。

[0433] EdR0＝rkd·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θd)}

[0434] +γv·rks·V·b1·exp{j·(θ1+θs+Δθv)}

[0435] · · ·(84)[0436] 由于式(83)中所示的信号线间电动势差EsR0与流速的振幅V无关，因此就仅为因δA/δt而产生的分量。 如果使用该信号线间电动势差EsR0，就可以测量流速以外
的流体的状态或测量管内的状态。

[0437] 这里，当将由参数造成的变动分量设为Cp3，将参数的值设为p3时，则根据式(40)可以将变动分量Cp3用下式表示。

[0438] Cp3＝rkc[p3]·exp(j·θc[p3]) · · ·(85)

[0439] 式(83)中的变动分量Cp3可以用下式表示。

[0440] Cp3＝rks·b1·exp{j·(θ1+θs)}

[0441] ＝EsR0/{ω0·exp(j·π/2)} · · ·(86)

[0442] 根据式(86)将变动分量Cp3的振幅rkc[p3]和与实轴的角度θc[p3]用下式表示。

[0443] rkc[p3]＝|EsR0|/ω0 · · ·(87)

[0444] θc[p3]＝∠EsR0-(π/2) · · ·(88)

[0445] 根据利用校正时的测量等预先确认的参数p3与rkc[p3]的关系或参数p2与角度θc[p3]的关系，可以求出参数p3。

[0446] 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3所示。 从表3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。

[0447] [表3]

[0448] 基本原理与第三实施方式的对应关系

[0449]基本原理的常数及变量 第三实施方式的常数及变量
rα 1
rβ γv
θα π/2
θβ Δθv
C rks·b1·exp{j(θ1+θs)}

[0450] 下面，对本实施方式的状态检测装置的具体的动作进行说明。 与第一实施方式相同，电源9向励磁线圈3供给具有角频率ω0的正弦波成分的励磁电流。

[0451] 图20是表示状态定量化部8b的动作的流程图。 首先，信号变换部5b求出信号线间电动势差的作为角频率ω0的成分的信号线间电动势差EdR0的振幅rd，并且利用相
位检波器求出实轴与信号线间电动势差EdR0的相位差φs(图20步骤S301)。

[0452] 信号变换部5b从信号线间电动势和EsR0中，求出依赖于参数p3的变动分量Cp3的振幅和角度(步骤S302)。 信号变换部5b如下式所示地算出变动分量Cp3的振幅
rkc[p3]。

[0453] rkc[p3]＝rs/ω0 · · ·(89)

[0454] 另外，信号变换部5b如下式所示地算出变动分量Cp3的角度θc[p3]。

[0455] θc[p3]＝φs-(π/2) · · ·(90)

[0456] 这样，即结束步骤S302的处理。

[0457] 在状态存储部6b中，以数学式或表格的形式预先登记有参数p3与变动分量Cp3的振幅rkc[p3]的关系、或参数p3与变动分量Cp3的角度θc[p3]的关系。 在步骤
S303中，状态输出部7b基于由信号变换部5b计算的变动分量Cp3的振幅rkc[p3]或角度
θc[p3]，参照状态存储部6b，算出与rkc[p3]或θc[p3]对应的参数p3的值(或者从状态
存储部6b中取得)。

[0458] 状态定量化部8b按每个一定周期进行如上所述的步骤S301～S303的处理，直至例如由操作者指示测量结束为止(步骤S304中为“是”)。

[0459] 如上所述，本实施方式中，由于将信号线间电动势和EsR0作为δA/δt分量提取，从该信号线间电动势和EsR0中提取依赖于流体的特性或状态、磁场的状态或者测量
管内的状态(参数p3)的变动分量Cp3的振幅或相位(角度)，基于该变动分量Cp3的
振幅或相位求出参数p3，因此无论流体的流速如何，都可以精度优良地检测出流体的特
性或状态、磁场的状态或测量管内的状态。 本实施方式中，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1、电极2a、2b和励磁线圈3，按照从包含了电
极2a、2b的平面PLN朝向相反的方向的方式配设信号线4a、4b，就可以检测出包括磁场
和流体的测量管内的状态，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，实现只能用专利文献2中公开的不对称励磁型的状态检测装置得到的效果。

[0460] 而且，虽然在本实施方式中，只要从信号线间电动势和EsR0中提取变动分量Cp3的振幅rkc[p3]或角度θc[p3]的任一个即可，然而也可以提取振幅和角度双方，求出
参数p3。 该情况下，只要选择振幅rkc[p3]与角度θc[p3]中的例如灵敏度好的一方，基
于选择出的振幅或角度来求出参数p3即可。 这样，就可以提高检测灵敏度。

[0461] 另外，本实施方式中，信号线间电动势差EdR0大致上为v×B分量。 从v×B分量算出流体的流量是在普通的电磁流量计中周知的技术，可以用构成状态定量化部8b
的计算机很容易地实现。 所以，本实施方式也可以作为流量计来动作。

[0462] [第四实施方式]

[0463] 下面，对本发明的第四实施方式进行说明。 本实施方式使用上述的原理中说明的第三构成，作为提取δA/δt分量的矢量Va的方法使用第三提取方法。

[0464] 图21是表示本发明的第四实施方式的状态检测装置的构成的方框图。本实施方式的状态检测装置具有：测量管1；电极2a、2b；励磁线圈3；一端与电极2a、2b连接
的第一信号线4a、4b；一端与电极2a、2b连接并从包含了电极2a、2b的平面PLN朝向
相反的方向配设的第二信号线4c、4d；状态定量化部8c；电源9。

[0465] 状态定量化部8c由信号变换部5c、状态存储部6c、状态输出部7c构成，信号变换部5c与信号线4a、4b、4c、4d的另一端连接，通过对由第一信号线4a、4b得到的第一
合成电动势与由第二信号线4c、4d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，提取第一合成电动势与第二合成电动势的电动势差作为δA/δt分量，
从该δA/δt分量中，提取依赖于参数的变动分量的振幅或相位，状态存储部6c(相当于
上述的表格)预先存储依赖于参数的变动分量的振幅或相位与参数的关系，状态输出部
7c基于存储于状态存储部6c中的关系，求出与上述提取出的变动分量的振幅或相位对应
的参数。

[0466] 图21中，对于从励磁线圈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)B1，是如下
所示地给出的。

[0467] B1＝b1·cos(ω0·t-θ1) · · ·(91)

[0468] 在式(91)中，b1是磁通密度B1的振幅，ω0是角频率，θ1是磁通密度B1与ω0·t的相位差(相位延迟)。 以下将磁通密度B1设为磁场B1。

[0469] 这里，将信号线4a、4b设为与电极2a、2b连接的第一信号线，将信号线4c、4d设为与电极2a、2b连接的第二信号线。 将在第一信号线4b的信号变换部侧的端部检测
出的电动势与在第一信号线4a的信号变换部侧的端部检测出的电动势之差设为第一信号
线间电动势差，将在第二信号线4d的信号变换部侧的端部检测出的电动势与在第二信号
线4c的信号变换部侧的端部检测出的电动势之差设为第二信号线间电动势差。

[0470] 对将由磁场B1的时间变化引起的第一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B1引起的第一信号线间电动势差变换为复矢量的电
动势差进行相加，当将所得的整体的第一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E1d0时，则第一信号线间电动势差E1d0可以与式(36)对应地用
式(92)表示。

[0471] E1d0＝rks1·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs1)}

[0472] +rkv·V·b1·exp{j·(θ1+θv)} · · ·(92)

[0473] 另外，对将由磁场B1的时间变化引起的第二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B1引起的第二信号线间电动势差变换为复矢
量的电动势差进行相加，当将所得的整体的第二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和设为E2d0时，则第二信号线间电动势差E2d0可以与式(37)对
应地用式(93)表示。

[0474] E2d0＝-rks2·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs2)}

[0475] +rkv·V·b1·exp{j·(θ1+θv)} · · ·(93)

[0476] 根据式(92)、式(93)，第一信号线间电动势差E1d0与第二信号线间电动势差E2d0的和如下式所示。

[0477] Esd＝E1d0+E2d0

[0478] ＝rks1·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs1)}

[0479] +rkv·V·b1·exp{j·(θ1+θv)}

[0480] -rks2·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs2)}

[0481] +rkv·V·b1·exp{j·(θ1+θv)}

[0482] ＝{rks1·exp(j·θs1)-rks2·exp(j·θs2)}

[0483] ·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1)}

[0484] +2·rkv·V·b1·exp{j·(θ1+θv)} · · ·(94)

[0485] 另外，根据式(92)、式(93)，第一信号线间电动势差E1d0与第二信号线间电动势差E2d0的差如下式所示。

[0486] Edd＝E1d0-E2d0

[0487] ＝rks1·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs1)}

[0488] +rkv·V·b1·exp{j·(θ1+θv)}

[0489] +rks2·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θs2)}

[0490] -rkv·V·b1·exp{j·(θ1+θv)}

[0491] ＝{rks1·exp(j·θs1)+rks2·exp(j·θs2)}

[0492] ·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1)} · · ·(95)

[0493] 这里，为了容易处置公式，将rks1·exp(j·θs1)和rks2·exp(j·θs2)这2个矢量的和如式(96)所示变换为rkss·exp(j·θss)，将rks1·exp(j·θs1)和
rks2·exp(j·θs2)这2个矢量的差如式(97)所示变换为rksd·exp(j·θsd)。

[0494] rks1·exp(j·θs1)+rks2·exp(j·θs2)

[0495] ＝rkss·exp(j·θss) · · ·(96)

[0496] rks1·exp(j·θs1)-rks2·exp(j·θs2)

[0497] ＝rksd·exp(j·θsd) · · ·(97)

[0498] 使用式(97)将式(94)中所示的电动势和Esd如式(98)所示地变换，使用式(96)将式(95)中所示的电动势和Esd如式(99)所示地变换。

[0499] Esd＝rksd·exp(j·sd)·ωθ·b1

[0500] ·exp{j·(π/2+θ1)}

[0501] +2·rkv·V·b1·exp{j·(θ1+θv)} · · ·(98)

[0502] Edd＝rkss·exp(j·θss)·ω0·b1

[0503] ·exp{j·(π/2+θ1)} · · ·(99)

[0504] 这里，使θv＝θss+Δθv、2rkv＝γv·rkss，将它们代入式(98)时，电动势和Esd就可以用下式表示。

[0505] Esd＝rksd·exp(j·θsd)·ω0·b1

[0506] ·exp{j·(π/2+θ1)}

[0507] +γv·rkss·V·b1·exp{j·(θ1+θss+Δθv)}

[0508] · · ·(100)[0509] 由于式(99)中所示的电动势差Edd与流速的振幅V无关，因此就仅为因δA/δt而产生的分量。 如果使用该电动势差Edd，则可以测量流速以外的流体的状态或测量
管内的状态。

[0510] 这里，当将由参数造成的变动分量设为Cp4，将参数的值设为p4时，则根据式(40)可以将变动分量Cp4用下式表示。

[0511] Cp4＝rkc[p4]·exp(j·θc[p4]) · · ·(101)

[0512] 式(99)中的变动分量Cp4可以用下式表示。

[0513] Cp4＝rkss·b1·exp{j·(θ1+θss)}

[0514] ＝Edd/{ω0·exp(j·π/2)} · · ·(102)

[0515] 根据式(102)将变动分量Cp4的振幅rkc[p4]和与实轴的角度θc[p4]用下式表示。

[0516] rkc[p4]＝|Edd|/ω0 · · ·(103)

[0517] θc[p4]＝∠Edd-(π/2) · · ·(104)

[0518] 根据利用校正时的测量等预先确认的参数p4与rkc[p4]的关系或参数p4与角度θc[p4]的关系，可以求出参数p4。

[0519] 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4所示。 从表4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。

[0520] [表4]

[0521] 基本原理与第四实施方式的对应关系

[0522]基本原理的常数及变量 第四实施方式的常数及变量
rα 1
rβ γv
θα π/2
θβ Δθv
C rkss·b1·exp{j(θ1+θss)}

[0523] 下面，对本实施方式的状态检测装置的具体的动作进行说明。 与第一实施方式相同，电源9向励磁线圈3供给具有角频率ω0的正弦波成分的励磁电流。

[0524] 图22是表示状态定量化部8c的动作的流程图。 首先，信号变换部5c求出第一信号线间电动势差E1dθ与第二信号线间电动势差E2d0的电动势差Edd的振幅rdd，并
且利用相位检波器求出实轴与电动势和Edd的相位差φdd(图22步骤S401)。

[0525] 信号变换部5c从电动势差Edd中，求出依赖于参数p4的变动分量Cp4的振幅和角度(步骤S402)。 信号变换部5c如下式所示地算出变动分量Cp4的振幅rkc[p4]。

[0526] rkc[p4]＝rdd/ω0 · · ·(105)

[0527] 另外，信号变换部5c如下式所示地算出变动分量Cp4的角度θc[p4]。

[0528] θc[p4]＝φdd-(π/2) · · ·(106)

[0529] 这样，即结束步骤S402的处理。

[0530] 在状态存储部6c中，以数学式或表格的形式预先登记有参数p4与变动分量Cp4的振幅rkc[p4]的关系、或参数p4与变动分量Cp4的角度θc[p4]的关系。 在步骤
S403中，状态输出部7c基于由信号变换部5c计算的变动分量Cp4的振幅rkc[p4]或角度
θc[p4]，参照状态存储部6c，算出与rkc[p4]或θc[p4]对应的参数p4的值(或者从状态
存储部6c中取得)。

[0531] 状态定量化部8c按每个一定周期进行如上所述的步骤S401～S403的处理，直至例如由操作者指示测量结束为止(步骤S404中为“是”)。

[0532] 如上所述，本实施方式中，由于将第一信号线间电动势差E1d0与第二信号线间电动势差E2d0的电动势差Edd作为δA/δt分量提取，从该电动势差Edd中提取依赖于
流体的特性或状态、磁场的状态或者测量管内的状态(参数p4)的变动分量Cp4的振幅或
相位(角度)，基于该变动分量Cp4的振幅或相位求出参数p4，因此无论流体的流速如
何，都可以精度优良地检测出流体的特性或状态、磁场的状态或测量管内的状态。 本实
施方式中，如果使用作为以往的普通型的状态检测装置的检测器的构成的测量管1、电极
2a、2b和励磁线圈3，并配设第一信号线4a、4b和从包含了电极2a、2b的平面PLN朝向
与第一信号线4a、4b相反的方向的第二信号线4c、4d，就可以检测出包括磁场和流体的
测量管内的状态，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
现只能用专利文献2中公开的不对称励磁型的状态检测装置得到的效果。

[0533] 而且，虽然在本实施方式中，只要从电动势差Edd中提取变动分量Cp4的振幅rkc[p4]或角度θc[p4]的任一个即可，然而也可以提取振幅和角度双方，求出参数p4。该
情况下，只要选择振幅rkc[p4]与角度θc[p4]中的例如灵敏度好的一方，基于选择出的振
幅或角度来求出参数p4即可。 这样，就可以提高检测灵敏度。

[0534] 另外，本实施方式中，电动势和Esd大致上为v×B分量。 从v×B分量算出流体的流量是在普通的电磁流量计中周知的技术，可以用构成状态定量化部8c的计算机很
容易地实现。 所以，本实施方式也可以作为流量计来动作。

[0535] [第五实施方式]

[0536] 下面，对本发明的第五实施方式进行说明。 在普通的电磁流量计中，为了使从励磁线圈中产生的磁有效地返回励磁线圈，经常用被称作外壳的磁性体来覆盖电磁流量
计。 在第一实施方式～第四实施方式中，当将信号线4a、4b、4c、4d配置于外壳的内侧
时，就可以有效地检测出δA/δt分量。 虽然此种构成对所有的实施方式是有效的，然
而作为一例在图23中例示出应用于第一、第二实施方式的情况的例子。图23的例子中，
信号线4a、4b被配置于外壳10的内侧。

[0537] 而且，虽然在第一实施方式～第五实施方式中，采用了在励磁电流中使用正弦波的正弦波励磁方式，然而也可以采用在励磁电流中使用矩形波的矩形波励磁方式。 但
是，由于在矩形波励磁方式的情况下，难以进行高频励磁，因此与正弦波励磁方式相比
在对流量变化的响应性或1/f噪声的方面是不利的。

[0538] 另外，虽然在第一实施方式～第五实施方式中，励磁线圈3的轴与测量管轴PAX和电极轴EAX正交，并且在1个点处交叉，然而并不限定于此。也可以在第一实施
方式、第二实施方式、第四实施方式中，励磁线圈3的轴偏向于电极2a侧和电极2b侧的
某一方。

[0539] 另外，作为第一实施方式～第五实施方式中所用的电极2a、2b，既可以如图24所示，是从测量管1的内壁中露出而与被测量流体接触的形式的电极，也可以如图25所
示，是不与被测量流体接触的电容耦合式的电极。 在电容耦合式的情况下，电极2a、2b
由形成于测量管1的内壁上的以陶瓷或特富龙(注册商标)等制成的里衬11覆盖。

[0540] 另外，虽然在第一实施方式、第二实施方式、第四实施方式中，使用一对电极2a、2b，然而并不限定于此，也可以将电极设为1个。但是，在第三实施方式中，需要2
个电极。 在电极仅为1个的情况下，在测量管1中设有用于将被测量流体的电位设为接
地电位的接地环或接地电极，只要用信号变换部5a、5b、5c检测出在1个电极和与该电
极连接的信号线中产生的电动势(与接地电位的电位差)即可。

[0541] 在第一实施方式的情况下，当使用1个电极2a和信号线4a时，由信号变换部5a检测出的Ei0就不是信号线间电动势差，而是在电极2a及信号线4a中产生的电动势。同
样地，在第二实施方式的情况下，由信号变换部5a检测出的Ed0、Ed1不是信号线间电动
势差，而是在电极2a及信号线4a中产生的电动势。在第四实施方式的情况下，当使用1
个电极2a和信号线4a、4c时，由信号变换部5c检测出的E1d0就不是第一信号线间电动
势差，而是在电极2a及信号线4a中产生的第一电动势，由信号变换部5c检测出的E2d0
不是第二信号线间电动势差，而是在电极2a及信号线4c中产生的第二电动势。

[0542] 电极轴在使用一对电极的情况下，是连结该一对电极之间的直线。 另一方面，在电极仅为1个的情况下，在假定在包含该1个实际电极的平面PLN上，在隔着测量管
轴PAX与实际电极相面对的位置配置有假想的电极时，连结实际电极与假想的电极的直
线成为电极轴。

[0543] 另外，如果将第一实施方式～第五实施方式中所用的电极2a、2b如图26所示设为具有管轴方向的分量的形状，则当然也可以得到与信号线4a、4b、4c、4d的情况相同
的效果。

[0544] 另外，在第一、第二实施方式中，也可以如图27所示将与电极2a、2b连接的信号线4a、4b当中的一方的信号线4a配设为，相对于与平面PLN平行的磁场方向具有倾
角，因磁场随时间变化而产生电动势，将另一方的信号线4b配设为，与普通型的电磁流
量计一样使与从励磁线圈3中产生的磁通相交的面积尽可能小，从而不因磁场随时间变
化产生电动势。 同样地，在第四实施方式中，也可以如图28所示，将与电极2a、2b连
接的信号线4a、4b、4c、4d当中的与电极2a连接的信号线4a、4c配设为，相对于与平面
PLN平行的磁场方向具有倾角，因磁场随时间变化而产生电动势，将与电极2b连接的信
号线4b、4d配设为，使与从励磁线圈3中产生的磁通相交的面积尽可能小，从而不因磁
场随时间变化产生电动势。 而且，在图28的例子的情况下，也可以将信号线4b、4d共
用化而变为1条。

[0545] 虽然在以上的说明中，对各种各样的信号线配置进行了叙述，然而不需要将上述所说明的信号线配置应用于从电极2a、2b到信号变换部5a、5b、5c的全部路径中。
即，如果对于从电极2a、2b到朝向信号变换部5a、5b、5c的途中的信号线配置设为如上
所述，则对于以后的信号线配置可以使磁场的变化的影响变小地与信号变换部5a、5b、
5c相连。 作为难以受到磁场的变化的影响的配线方法，例如有在磁场的变化的影响小的
场所配置信号线、或将信号线屏蔽的方法。

[0546] 另外，在第一实施方式～第五实施方式中，对于状态定量化部8a、8b、8c当中的除去电动势的检测部以外的构成，可以利用具备CPU、存储装置及接口的计算机和控
制这些硬件资源的程序来实现。 CPU依照存放于存储装置中的程序来执行如前所述的处
理。

[0547] 工业上的利用可能性

[0548] 本发明可以适用于检测流体的特性或状态、磁场的状态或者测量管内的状态的状态检测装置。