CN1946988A - 电磁流量计 - Google Patents

Abstract

一种电磁流量计，包括：测量管道(1)，流体流过该测量管道(1)；电极(2a、2b)，该电极(2a、2b)检测由施加于流体的磁场和流体流动所产生的电动势；励磁线圈(3)，该励磁线圈(3)向流体施加关于一平面(PLN)不对称的磁场，该平面(PLN)包括电极(2a、2b)、并垂直于测量管道的轴方向；信号转换单元(5)，该信号转换单元(5)从由电极(2a、2b)所检测到的、基于与流体流速无关的A/t分量的电动势和基于由流体流速引起的v×B分量的电动势的合成电动势中，提取A/t分量；以及流量输出单元(6)，该流量输出单元(6)根据该A/t分量来消除作为施加于合成电动势中v×B分量的流速大小V的系数的量程变化因素，并从通过消除该变化因素所获得的结果来计算流体的流量。励磁线圈向流体施加包括多个频率的磁场。

Description

电磁流量计

技术领域

本发明涉及一种电磁流量计，并且尤其涉及一种对应用于由电极所检测到的电极间电动势中由待测流体流量(flow rate)引起的分量的流速的系数进行校正的量程校正技术。

背景技术

将描述为理解现有技术和本发明所必需的、且为现有技术和本发明所共有的逻辑命题部分。首先将描述公知的基本数学知识。

将具有相同频率但不同振幅的余弦波P·cos(ω·t)和正弦波Q·sin(ω·t)合成为以下的余弦波。令P和Q为振幅，且ω为角频率。

P·cos(ω·t)+Q·sin(ω·t)＝(P²+Q²)^1/2·cos(ω·t-ε)

其中ε＝tan^-1(Q/P)                            …(1)

为了分析等式(1)的合成运算，方便的是执行复坐标平面映射，以便沿实轴绘出余弦波P·cos(ω·t)的振幅P，而沿虚轴绘出正弦波Q·sin(ω·t)的振幅Q。即，在复坐标平面上，到原点的距离(P²+Q²)^1/2给出了合成波的振幅，且角度ε＝tan^-1(Q/P)给出了合成波与ω·t之间的相位差。

另外，在复坐标平面上，以下关系式成立：

L·exp(j·ε)＝L·cos(ε)+j·L·sin(ε)       …(2)

等式(2)是与复矢量关联的表达式，其中j是虚数单位，L给出了复矢量的长度，且ε给出了复矢量的方向。为了分析复坐标平面上的几何关系，方便的是使用到复矢量的变换。

以下描述采用了到上述那样的复坐标平面的映射及使用复矢量的几何分析，来展示电极间电动势怎样表现其行为、以及解释现有技术如何使用该行为。

接下来将描述本发明人所提议的、在电磁流量计中具有一组线圈和电极对的复矢量配置(见专利文献WO 03/027614)。

图21是用于说明以上专利参考文献中的电磁流量计原理的框图。该电磁流量计包括：测量管道1，待测量流体流经该测量管道1；一对电极2a和2b，这对电极2a和2b被置于测量管道1中且彼此相对，以便既垂直于要施加于流体的磁场，又垂直于测量管道1的轴PAX，并与流体接触，且检测由磁流和流体流动所产生的电动势；以及励磁线圈3，在包括电极2a和2b的平面PLN用作测量管道1的界面的情况下，该励磁线圈向流体施加在以平面PLN为界的测量管道1前侧和后侧不对称的时变磁场。

在由励磁线圈3所产生的磁场Ba中，在连接电极2a和2b的电极轴EAX上既垂直于电极轴EAX，又垂直于测量管道轴PAX的磁场分量(磁通密度)B1由下式给出

B1＝b1·cos(ω0·t-θ1)                        …(3)

在式(3)中，b1是振幅，ω0是角频率，且θ1是与ω0·t的相位差(相位滞后)。磁通密度B1以下将称为磁场B1。

首先，将描述由磁场变化所引起的与待测流体的流速无关的电极间电动势。因为由磁场变化所引起的电动势取决于磁场的时间导数dB/dt，因此根据下式对励磁线圈3所产生的磁场B1进行微分

dB1/dt＝-ω0·b1·sin(ω0·t-θ1)              …(4)

如果待测流体的流速为0，则所产生的涡流仅仅是由磁场变化所引起的分量。如图22所示指出了由磁场Ba的变化而引起的涡流I的方向。因此，如图22所示，在包括电极轴EAX和测量管道轴PAX的平面内，指出了由磁场Ba的变化所产生的与流速无关的电极间电动势E的方向。该方向被定义为负方向。

此时，电极间电动势E是通过使考虑了方向的磁场时间导数-dB1/dt乘以系数k(与待测流体的传导率及介电常数以及包括电极2a和2b布局的测量管道1的结构相关的复数)所获得的值，如下式所示：

E＝k·ω0·b1·sin(ω0·t-θ1)            …(5)

把式(5)改写为下式：

E＝k·ω0·b1·{sin(-θ1)}·cos(ω0·t)

+k·ω0·b1·{cos(-θ1)}·sin(ω0·t)

＝k·ω0·b1·{-sin(θ1)}·cos(ω0·t)

+k·ω0·b1·{cos(θ1)}·sin(ω0·t)                …(6)

在这种情况下，如果关于ω0·t把式(6)映射到复坐标平面上，则由下式给出实轴分量Ex和虚轴分量Ey

Ex＝k·ω0·b1·{-sin(θ1)}

＝k·ω0·b1·{cos(π/2+θ1)}                       …(7)

Ey＝k·ω0·b1·{cos(θ1)}

＝k·ω0·b1·{sin(π/2+θ1)}                       …(8)

另外，把由式(7)和(8)所表示的Ex和Ey变换为由下式表示的复矢量Ec

Ec＝Ex+j·Ey

＝k·ω0·b1·{cos(π/2+θ1)}+j·k·ω0·b1·{sin(π/2+θ1)}

＝k·ω0·b1·{cos(π/2+θ1)+j·sin(π/2+θ1)}

＝k·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1)}                    …(9)

另外，将上述系数k变换为复矢量，以得到下式：

k＝rk·cos(θ00)+j·rk·sin(θ00)

＝rk·exp(j·θ00)                                  …(10)

在式(10)中，rk是比例系数，且θ00是矢量k相对于实轴的角度。

把式(10)代入式(9)中，得到如下被变换为复坐标的电极间电动势Ec(仅由磁场的瞬时变化而引起的与流速无关的电极间电动势)：

Ec＝rk·exp(j·θ00)·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1)}

＝rk·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θ00)}              …(11)

在式(11)中，rk·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θ00)}是具有长度rk·ω0·b1及关于实轴的角度π/2+θ1+θ00的复矢量。

接下来将描述由待测流体的流速所引起的电极间电动势。令V(V≠0)为流体的流速大小，因为在所产生的涡流中，除流速为0时的涡流I以外，还产生了由流体的流速矢量v所引起的分量v×Ba，所以如图23所示指出了由流速矢量v和磁场Ba所产生的涡流Iv的方向。因此，由流速矢量v和磁场Ba所产生的电极间电动势Ev的方向变为和由瞬时变化所产生的电极间电动势E的方向相反，且Ev的方向被定义为正方向。

在这种情况下，如下式所示，由流速所引起的电极间电动势是通过使如下式所示的磁场B1乘以系数kv(与流速大小V、待测流体的传导率和介电常数及包括电极2a和2b布局的测量管道1的结构相关的复数)所获得的值：

Ev＝kv·{b1·cos(ω0·t-θ1)}                                        …(12)

将式(12)改写为

Ev＝kv·b1·cos(ω0·t)·cos(-θ1)-kv·b1·sin(ω0·t)·sin(-θ1)

＝kv·b1·{cos(θ1)}·cos(ω0·t)+kv·b1·{sin(θ1)}·sin(ω0·t)    …(13)

在这种情况下，当关于ω0·t把式(13)映射到复坐标平面上时，由下式给出实轴分量Evx和虚轴分量Evy

Evx＝kv·b1·{cos(θ1)}                                              …(14)

Evy＝kv·b1·{sin(θ1)}                                              …(15)

另外，把由式(14)和(15)所表示的Evx和Evy变换为由下式所表示的复矢量Evc

Evc＝Evx+j·Evy

＝kv·b1·{cos(θ1)}+j·kv·b1·{sin(θ1)}

＝kv·b1·{cos(θ1)+j·sin(θ1)}

＝kv·b1·exp(j·θ1)                                                …(16)

另外，将上述系数kv变换为复矢量，以得到下式：

kv＝rkv·cos(θ01)+j·rkv·sin(θ01)

＝rkv·exp(j·θ01)                                                  …(17)

在式(17)中，rkv是比例系数，且θ01是矢量kv相对于实轴的角度。在这种情况下，rkv等效于通过使上述比例系数rk(见式(10))乘以流速大小V和比例系数γ所获得的值。即，下式成立：

rkv＝γ·rk·V                                                       …(18)

把式(17)代入式(16)中，得到如下被变换为复坐标的电极间电动势Evc：

Evc＝kv·b1·exp(j·θ1)

＝rkv·b1·exp{j·(θ1+θ01)}                                        …(19)

在式(19)中，rkv·b1·exp{j·(θ1+θ01)}是具有长度rkv·b1及关于实轴的角度θ1+θ01的复矢量。

通过根据式(11)和(19)的下式，来表示作为由磁场瞬时变化所引起的电极间电动势Ec和由流体流速所引起的电极间电动势Evc的组合的电极间电动势Eac：

Eac＝Ec+Evc

＝rk·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θ00)}

+rkv·b1·exp{j·(θ1+θ01)}                                         …(20)

由式(20)显然看出，用两个复矢量rk·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θ00)}和rkv·b1·exp{j·(θ1+θ01)}来表示电极间电动势Eac。通过组合这两个复矢量所得到的合成矢量的长度代表输出(电极间电动势Eac)的振幅，并且合成矢量的角度φ代表电极间电动势Eac关于输入(励磁电流)相位ω0·t的相位差(相位延迟)。注意，通过使流速乘以测量管道的横截面积，来得到流量(flow rate)。因此，一般在初始状态的标定中，流速和流量存在一一对应的关系，并且得到流速就等效于得到流量。为此，以下描述将举例说明获得流速的方案(以得到流量)。

在以上原理下，以上专利文献中的电磁流量计提取不受量程漂移(span shift)影响的参数(不对称励磁参数)，并根据所提取的参数来输出流量，由此解决量程漂移的问题。

将参考图24来描述量程漂移。假定，尽管待测流体的流速没有变化，通过电磁流量计所测量的流速大小V也发生了变化。在这种情况下，可以把量程漂移看作该输出变化的原因。

假定这样执行标定，以致当在初始状态下待测流体的流速为0时，电磁流量计的输出变为0(v)，并且当流速为1(米/秒)时，输出变为1(v)。在这种情况下，电磁流量计的输出是代表流速大小V的电压。按照该标定，如果待测流体的流速为1(米/秒)，则电磁流量计的输出应该为1(v)。然而，当给定的时间t1过去，电磁流量计的输出可能变为1.2(v)，尽管待测流体的流速保持为1(米/秒)。可以把量程漂移看作该输出变化的原因。例如，当励磁线圈中流动的励磁电流的值不能保持为常数时，被称为量程漂移的现象就会发生。

发明内容

本发明要解决的问题

首先将描述为进行说明所需的物理现象。当物体在变化的磁场中的移动时，电磁感应产生了两种类型的电场，即(a)由磁场瞬时变化所产生的电场E⁽ⁱ⁾＝A/t，以及(b)当物体在磁场中移动时所产生的电场E^(v)＝v×B。在这种情况下，v×B代表v和B的外积，A/t代表A关于时间的偏微分。在这种情况下，v、B和A分别对应于以下，并且是具有三维(x、y和z)方向的矢量(v：流速，B：磁通密度，A：矢势(与磁通密度的关系被表示为B＝rotA))。然而，注意，这种情况下的三维矢量的意义不同于复平面上的矢量。这两种类型的电场在流体中产生电势分布，并且电极能够检测该电极。

在基本逻辑设计中，以上专利文献中的电磁流量计考虑了矢量k关于实轴的角度θ00及矢量kv关于实轴的角度θ01。然而，作为对能够解决量程漂移问题的电磁流量计的约束，流量计以θ00＝θ01＝0作为前提。即，调节电磁流量计的条件以满足该前提是该约束。注意，θ1是初始状态，它是为励磁电流和电极间电动势所共有的相位部分。当象现有技术和本发明中那样只考虑励磁电流与电极间电动势之间的相位差时，为容易理解起见，假定θ1＝0。

以下将参考图25来用复矢量描述以上约束对流量测量的影响。参考图25，附图标记Re表示实轴；Im表示虚轴。首先，只取决于磁场瞬时变化而不取决于待测流体流速的电极间电动势Ec将称为A/t分量，且用矢量Va来表示A/t分量。另外，取决于待测流体流速的电极间电动势Evc将称为v×B分量，且用Vb来表示v×B分量。以上量程是取决于待测流体流速的v×B分量的流速大小V所乘的系数。可以改用别的术语来表示以上θ00和θ01的定义，以致θ00为矢量Va关于虚轴的角度，且θ01为矢量Vb关于实轴的角度。

在图21所示的电磁流量计的配置中，θ00＝θ01＝0意味矢量Va存在于虚轴Im上，且矢量Vb存在于实轴Re上。即，矢量Va与Vb相互正交。如上所述，以上专利文献中的电磁流量计是基于以下前提：A/t分量的矢量Va垂直于v×B分量的矢量Vb。

然而，在实际的电磁流量计中，以上前提不一定成立。这是因为，虽然保证了A/t分量的矢量Va与v×B分量的矢量Vb之间的正交性，但是从微观观点来看，施加于待测流体的磁场不具有理想的分布，因此从微观观点来看，必须考虑到宏观的A/t和v×B分量的矢量Va和Vb包括某些失真。因此，必须考虑到矢量Va和Vb不是相互正交的，或θ00≠0、θ01≠0及θ00≠θ01。

如从以上描述可以明显看到的，当电磁流量计以高频为目标时，必须谨慎考虑矢量Va与Vb之间的正交性。然而，以上专利文献中的电磁流量计是以矢量Va与Vb之间的正交性为前提的。因此，如果正交性出现了误差，则有可能流量计不能执行精确的量程校正或流量测量。

为解决以上问题而提出了本发明，本发明的目的是提供一种能够自动执行精确的量程校正，并能够执行精确的流量测量的电磁流量计。

解决问题的手段

根据本发明，提供一种电磁流量计，该流量计包括：测量管道，待测流体流过该测量管道；电极，该电极位于测量管道中，并检测由施加于流体的磁场和流体流动所产生的电动势；励磁单元，该励磁单元向流体施加关于第一平面不对称的时变磁场，该第一平面包括该电极且垂直于测量管道的轴方向；信号转换单元，该信号转换单元从基于A/t分量的电动势和基于由流体流速引起的v×B分量的电动势的合成电动势中，提取与流体流速无关的A/t分量；以及流量输出单元，该流量输出单元根据所提取的A/t分量来消除作为合成电动势中v×B分量的流速大小V所乘的系数的量程变化因素，并从通过消除该变化因素所获得的结果来计算流体的流量。

本发明的效果

根据本发明，通过以下方法来消除量程变化因素：从由电极所检测到的、基于与流体流速无关的A/t分量的电动势和基于由流体流速引起的v×B分量的电动势的合成电动势中，提取A/t分量，并校正作为合成电动势中v×B分量的流速大小V所乘的系数的量程。这使自动执行精确的量程校正和精确的流量测量成为可能。

以多个励磁频率向流体施加磁场，并获得由电极所检测到的合成电动势的至少两个不同频率分量的每一个的振幅和相位。这使提取A/t分量成为可能。

另外，向励磁线圈提供包含两个不同频率分量的励磁电流，并获得由电极所检测到的合成电动势的第一和第二频率这两个频率分量的振幅和相位。这使提取这两个频率分量之间的电动势差作为At分量成为可能。

从多个励磁线圈向流体施加具有不同励磁频率的磁场，并获得由电极所检测到的合成电动势的至少两个不同频率分量的每一个的振幅和相位。这使提取A/t分量成为可能。

同时向第一和第二励磁线圈分别提供具有第一和第二频率的励磁电流，并获得由电极所检测到的合成电动势的第一和第二频率这两个频率分量的每一个的振幅和相位。这使提取这两个频率分量之间的电动势差或电动势和作为A/t分量成为可能。

将多个电极设置在沿测量管道轴的不同位置，并获得由这多个电极所检测到的合成电动势中的、由至少两个电极所检测到的合成电动势的振幅和相位。这使提取A/t成为可能。

获得分别由第一和第二电极所检测到的第一和第二合成电动势的每一个的振幅和相位。这使提取第一和第二合成电动势之间的电动势差或电动势和来近似作为A/t分量成为可能。因为能够通过仅仅一个励磁频率来提取A/t分量，所以不需要使用两个励磁频率。

附图说明

图1A是示出A/t分量矢量和v×B分量矢量的视图；

图1B是示出通过用A/t分量矢量对v×B分量矢量进行标准化所获得的矢量的视图；

图1C是示出通过使图1B中的矢量乘以励磁角频率所获得矢量的视图；

图2是以复矢量的形式来表示本发明第一实施例中的电极间电动势和电动势差的视图；

图3是以复矢量的形式来表示本发明第一实施例中的标准化处理方式的视图；

图4是示出根据本发明第一实施例的电磁流量计的配置的框图；

图5是示出根据本发明第一实施例的信号转换单元和流量输出单元的操作的流程图；

图6是用于说明根据本发明第二实施例的电磁流量计的原理的框图；

图7是示出本发明第二实施例中待测流体的流量为0时的涡流和电极间电动势的视图；

图8是示出本发明第二实施例中待测流体的流量为0时的涡流和电极间电动势的视图；

图9是以复矢量的形式来表示本发明第二实施例中的电极间电动势、电动势和以及电动势差的视图；

图10是以复矢量的形式来表示本发明第二实施例中的标准化处理方式的视图；

图11是示出根据本发明第二实施例的电磁流量计的配置的框图；

图12是示出本发明第二实施例中的信号转换单元和流量输出单元的操作的流程图；

图13是用于说明根据本发明第三实施例的电磁流量计的原理的框图；

图14是示出本发明第三实施例中待测流体的流量为0时的涡流和电极间电动势的视图；

图15是示出本发明第三实施例中待测流体的流量为0时的涡流和电极间电动势的视图；

图16是以复矢量的形式来表示本发明第三实施例中的电极间电动势、电动势和以及电动势差的视图；

图17是以复矢量的形式来表示本发明第三实施例中的标准化处理方式的视图；

图18是示出根据本发明第三实施例的电磁流量计的配置的框图；

图19是示出根据本发明的电磁流量计中所使用的电极的例子的横截面图；

图20是示出根据本发明的电磁流量计中所使用的电极的另一例子的横截面图；

图21是用于说明常规电磁流量计的原理的框图；

图22是示出常规电磁流量计中待测流体的流量为0时的涡流和电极间电动势的视图；

图23是示出常规电磁流量计中待测流体的流量不为0时的涡流和电极间电动势的视图；

图24是用于说明电磁流量计中的量程漂移的视图；以及

图25是用于说明常规电磁流量计中的问题的视图。

具体实施方式

[基本原理]

本发明考虑到：当从通过电磁流量计的电极所检测到的电极间电动势得到A/t分量的矢量Va和v×B分量的矢量Vb的合成矢量Va+Vb时，与矢量Va和Vb是否相互正交无关，矢量Va是只取决于磁场瞬时变化而与待测流体的流速无关的矢量，且矢量Vb是与待测流体的流速成比例地变化的矢量。

根据本发明，从合成矢量Va+Vb中提取A/t分量的矢量Va，并利用矢量Va来消除合成矢量Va+Vb中v×B分量的矢量Vb中所包含的量程变化要素。根据从中消除了该量程变化要素的v×B分量，来计算待测流体的流量。重要的是，提取A/t分量的矢量Va允许，与矢量Va和Vb是否相互正交无关地分别处理矢量Va和Vb。图21所示的常规电磁流量计是基于矢量Va和Vb相互正交的前提，因此没有被设计成从合成矢量Va+Vb中提取矢量Va或Vb。

下面，将参考图1A至1C来描述本发明实际校正量程的基本原理。如图21所示的电磁流量计中一样，在把垂直于测量管道轴且包括电极的平面用作测量管道界面的情况下，当在以该平面为界的测量管道的前侧和后侧向待测流体施加不对称磁场时，基于通过不对称励磁所测得的电极间电动势振幅及电极间电动势之间相位差而映射到复平面上的矢量，对应于A/t分量的矢量Va和v×B分量的矢量Vb的合成矢量Va+Vb。

Va＝rω·exp(j·θω)·C·ω                     …(21)

Vb＝rv·exp(j·θv)·C·V                        …(22)

图1A示出了矢量Va和Vb。A/t分量的矢量Va是由磁场变化所产生的电动势，因此具有与励磁角频率ω成比例的大小。令rω为与矢量Va大小相对应的公知比例常数部分，令θω为矢量Va的方向，C作为诸如磁场漂移的变化要素，即量程变化要素。另外，v×B分量的矢量Vb是由测量管道中待测流体的运动所产生的电动势，因此具有与流速大小V成比例的大小。在这种情况下，令rv为与矢量Vb大小相对应的公知比例常数部分，令θv为矢量Vb的方向，C作为量程变化要素。注意，由式(21)表示的矢量Va中的C和由式(22)表示的矢量Vb中的C是相同的要素。

量程漂移的因素是量程变化要素C的变化。因此，通过从中消除了量程变化要素C的信号转换表达式来获得待测流体的流速使基本上实现自动量程校正成为可能。以下两种方法可用作具体的量程校正方法。

根据第一校正方法，通过用A/t分量的矢量Va对v×B分量的矢量Vb进行标准化(normalizing)，来消除量程变化要素C，并通过和基于标准化矢量的流速大小V关联的信号转换表达式，来实现流量测量的自动量程校正。以下在数学上表示第一校正方法的标准化：

Vb/Va＝{rv·exp(j·θv)·C·V}/{rω·exp(j·θω)·C·ω}

＝(rv/rω)·exp{j·(θv-θω)}·V/ω                  …(23)

|Vb/Va|＝(rv/rω)·V/ω                               …(24)

图1B示出了通过用A/t分量的矢量Va对v×B分量的矢量Vb进行标准化所获得的矢量。注意，图1C所示的矢量是通过使图1B中的矢量乘以励磁角频率ω、从式(23)的右边消除励磁角频率ω所获得的矢量。

根据第二校正方法，通过用A/t分量的矢量Va对合成矢量Va+Vb进行标准化，来消除量程变化要素C，并利用和基于标准化矢量的流速大小V关联的信号转换表达式，来实现流量测量的自动量程校正。以下在数学上表示第二校正方法的标准化：

(Va+Vb)/Va＝{rω·exp(j·θω)·C·ω+rv·exp(j·θv)·C·V}

            /{rω·exp(j·θω)·C·ω}

          ＝1+(rv/rω)·exp{j·(θv-θω)}·V/ω                   …(25)

|(Va+Vb)/Va-1|＝(rv/rω)·V/ω                                     …(26)

第二校正方法提供了比第一校正方法更可行的处理。这是因为，不能直接从通过电磁流量计所获得的电极间电动势得到v×B分量的矢量Vb，而能够从电极间电动势得到的矢量是Va+Vb。

以下两种方法可用作提取A/t分量的矢量Va的方法。第一提取方法如下：通过以多个励磁频率向待测流体施加磁场、并使用电极间电动势中所包含的多个分量之间的频率差，来提取矢量Va。如上所述，能够直接从电极间电动势得到的复矢量是Va+Vb，并且不能直接测量矢量Va和Vb。因此，注意A/t分量的矢量Va的大小与励磁角频率ω成比例，并且v×B分量的矢量Vb不取决于励磁角频率ω。更具体地说，励磁线圈向待测流体施加包含两个分量的磁场，这两个分量具有相同的大小和不同的频率。这使获得第一频率分量的合成矢量Va+Vb与第二频率分量的合成矢量Va+Vb之差成为可能。该差值对应于仅仅代表矢量Va大小变化的矢量，因此允许提取矢量Va。

第二提取方法可应用于一种具有被放置成通过包括励磁线圈轴的线圈平面而彼此相对的至少两对电极的电磁流量计。该方法利用电极间的输出差，来提取矢量Va。在该第二提取方法中，注意，第一电极间电动势中所产生的A/t分量的方向和第二电极间电动势中所产生的A/t分量的方向相反，并且第一电极间电动势中所产生的v×B分量的方向和第二电极间电动势中所产生的v×B分量的方向相同。

更具体地说，当把第一和第二电极均匀地放在线圈平面上以获得第一电极间电动势的合成矢量Va+Vb与第二电极间电动势的合成矢量Va+Vb之差时，第一电极间电动势中所产生的v×B分量和第二电极间电动势中所产生的v×B分量抵消了。这使提取第一电极间电动势中所产生的A/t分量和第二电极间电动势中所产生的A/t分量之和的矢量Va成为可能。

利用通过用A/t分量的矢量Va对v×B分量的矢量Vb进行标准化的第一校正方法所获得的标准化结果，使如下计算待测流体的流速大小V成为可能：

V＝(rω/rv)·|Vb/Va|·ω                                           …(27)

另外，利用通过用A/t分量的矢量Va对合成矢量Va+Vb进行标准化的第二校正方法所获得的标准化结果，使如下计算待测流体的流速大小V成为可能：

V＝(rω/rv)·{|(Va+Vb)/Va-1|}·ω                                  …(28)

根据以上原理，可以与量程变化要素C如磁场漂移无关地测量流速大小V，因此能够基本上实现自动量程校正。在本发明所有实施例中，可以在不切换励磁状态的情况下，只通过某一励磁状态下的单次测量来获得A/t分量及A/t分量和v×B分量的合成分量。因此，与通过切换励磁状态进行测量相比，能够实现更高速度的自动校正。

[第一实施例]

以下将参考附图来详细描述本发明第一实施例。该实施例使用与基本原理关联地描述的方法中的第一提取方法，作为提取A/t分量的矢量Va的方法，并使用第二校正方法作为量程校正方法。根据该实施例的电磁流量计包括一个励磁线圈和一对电极，并且除了信号处理系统之外，具有和图21所示的常规电磁流量计一样的配置。因此，将利用图21中的附图标记来描述该实施例的原理。

参考图21，在由励磁线圈3所产生的磁场Ba中，在连接电极2a和2b的电极轴EAX上既垂直于电极轴EAX又垂直于测量管道轴PAX的磁场分量(磁通密度)B6由下式给出

B6＝b6·cos(ω0·t-θ6)+b6·cos(ω1·t-θ6)                        …(29)

在式(29)中，ω0和ω1是不同的角频率，b6是磁通密度B6的角频率ω0和角频率ω1的振幅，θ6是角频率ω0和ω0·t之间的相位差(相位滞后)以及角频率ω1和ω1·t之间的相位差。磁通密度B6以下将称为磁场B6。

在这种情况下，令E50为：对通过把由磁场瞬时变化而引起的电极间电动势变换为复矢量所获得的电动势以及通过把由流体流速而引起的电极间电动势变换为复矢量所获得的电动势进行组合，由此所获得的总电极间电动势的角频率ω0分量的电动势为E50。在这种情况下，用类似于式(20)的下式来表示电极间电动势E50：

E50＝rk·ω0·b6·exp{j·(π/2+θ6+θ00)}

+rkv·b6·exp{j·(θ6+θ01)}                                       …(30)

令E51为：对通过把由磁场瞬时变化而引起的电极间电动势变换为复矢量所获得的电动势以及通过把由流体流速而引起的电极间电动势变换为复矢量所获得的电动势进行组合，由此所获得的总电极间电动势的角频率ω1分量的电动势为E51。在这种情况下，用类似于式(20)的下式来表示电极间电动势E51：

E51＝rk·ω1·b6·exp{j·(π/2+θ6+θ00)}

+rkv·b6·exp{j·(θ6+θ01)}                                       …(31)

把矢量Va关于虚轴的角θ00与矢量Vb关于实轴的角θ01之间的关系定义为θ01＝θ00+Δθ01，把θ01＝θ00+Δθ01和式(18)代入式(30)和(31)可得到由式(32)和(33)表示的电极间电动势E50和E51：

E50＝rk·ω0·b6·exp{j·(π/2+θ6+θ00)}

+γ·rk·V·b6·exp{j·(θ6+θ00+Δθ01)}

＝rk·b6·exp{j·(θ6+θ00)}

·{ω0·exp(j·π/2)+γ·V·exp(j·Δθ01)}                        …(32)

E51＝rk·ω1·b6·exp{j·(π/2+θ6+θ00)}

+γ·rk·V·b6·exp{j·(θ6+θ00+Δθ01)}

＝rk·b6·exp{j·(θ6+θ00)}

·{ω1·exp(j·π/2)+γ·V·exp(j·Δθ01)}                        …(33)

令EdA5为通过使电极间电动势E50和E51之差乘以ω0/(ω0-ω1)所获得的结果，则式(34)成立：

EdA5＝(E50-E51)·ω0/(ω0-ω1)

＝rk·b6·exp{j·(θ6+θ00)}

·{ω0·exp(j·π/2)+γ·V·exp(j·Δθ01)

-ω1·exp(j·π/2)-γ·V·exp(j·Δθ01)}

·ω0/(ω0-ω1)

＝rk·ω0·b6·exp{j·(π/2+θ6+θ00)}                             …(34)

电动势差EdA5与流速大小V无关，因此只是由A/t所产生的分量。电动势差EdA5用于对电极间电动势E50(合成矢量Va+Vb)中的v×B分量的流速大小V所乘的系数(量程)进行标准化。图2是以复矢量形式来表示以上电极间电动势E50和E51及电动势差EdA5的视图。参考图2，附图标记Re表示实轴，Im表示虚轴。参考图2，附图标记v×B表示电极间电动势E50和E51的v×B分量rk·b6·exp{j·(θ1+θ00)}·γ·V·exp(j·Δθ01)；A/t表示电极间电动势E51的A/t分量rk·b6·exp{j·(θ6+θ00)}·ω1·exp(j·π/2)。确切地说，电动势差EdA5是通过使电极间电动势E50和E51之差乘以ω0/(ω0-ω1)所获得的值。然而，使该电动势差乘以ω0/(ω0-ω1)的原因是，便于展开方程式。

令En5为通过用式(34)所给出的电动势差EdA5对式(32)所给出的电极间电动势E50进行标准化，并使标准化结果乘以ω0所获得的值，该标准化电动势En5由式(35)给出：

En5＝(E50/E51)·ω0

＝rk·b6·exp{j·(θ6+θ00)}

·{ω0·exp(j·π/2)+γ·V·exp(j·Δθ01)}

/[rk·ω0·b6·exp{j·(π/2+θ6+θ00)}]·ω0

＝ω0+[γ·exp{j·(-π/2+Δθ01)}]·V                              …(35)

式(35)右边第二项是通过利用由A/t所产生的分量对由v×B所产生的分量进行标准化所获得的项。图3是以复矢量形式表示以上标准化过程的方式的视图。参考图3，附图标记v×B表示电极间电动势E50的v×B分量rk·b6·exp{j·(θ6+θ00)}·γ·V·exp(j·Δθ01)；n(v×B)表示标准化的v×B分量[γ·exp{j·(-π/2+Δθ01)}]·V。使通过用电动势差EdA5对电极间电动势E50进行标准化所获得的结果乘以ω0的原因是，从与流速大小V关联的右边第二项中消除励磁角频率ω0。按照式(35)，流速大小V所乘的复系数的大小为γ，且关于实轴的角度为-π/2+Δθ01。系数γ和角度Δθ01是可以预先通过标定等而获得的常数，并且式(35)右边第二项保持为常数，除非待测流体的流速变化。

利用A/t分量对v×B分量进行标准化使得有可能实现对由于磁场漂移或相位变化而引起的误差进行自动校正的量程校正。按照式(35)，流速大小V表示为

V＝|(En5-ω0)/[γ·exp{j·(-π/2+Δθ01)}]|

＝|(En5-ω0)/γ|                                                   …(36)

表1示出了上述基本原理中所使用的常数和变量与该实施例中的常数和变量之间的对应关系。由表1显然看出，该实施例是具体实现上述基本原理的一个例子。

[表1]

基本原理与第一实施例的对应关系

基本原理中的常数和变量	第一实施例中的常数和变量
		rω	1
rv	γ
		θω	π/2
θv	Δθ01
		C	rk·b6·exp{j·(θ6+θ00)}

接下来将描述该实施例的电磁流量计的具体配置及其操作。图4是示出根据该实施例的电磁流量计的配置的框图。和图21中一样的附图标记表示图4中的相同部件。根据该实施例的电磁流量计包括：测量管道1；电极2a和2b；励磁线圈3，该励磁线圈3被设置在沿轴向与平面PLN相距一偏移距离d的位置，该平面PLN包括电极2a和2b且垂直于测量管道轴PAX方向；电源单元4，该电源单元4向励磁线圈3提供励磁电流；信号转换单元5，该信号转换单元5获得由电极2a和2b所检测到的合成电动势的第一和第二频率的两个频率分量的振幅和相位，并根据所获得的振幅和相位来提取这两个频率分量之间的电动势差，作为A/t分量；以及流量输出单元6，该流量输出单元6根据所提取的A/t分量，来去除由电极2a和2b所检测到的合成电动势的第一频率分量中的v×B分量或第二频率分量中的v×B分量中所包含的量程变化因素，并从通过去除变化因素所获得的结果来计算待测流体的流量。励磁线圈3和电源单元4组成了励磁单元，向待测流体施加关于平面PLN不对称的时变磁场。

电源单元4向励磁线圈3施加一包含第一角频率ω0和第二角频率ω1的正弦波分量的励磁电流。在这种情况下，励磁电流中的角频率ω0的振幅和角频率ω1的振幅是相同的。

图5是示出信号转换单元5和流量输出单元6的操作的流程图。首先，信号转换单元5使相位检测器(未示出)获得电极2a和2b之间的电动势的角频率ω0的电动势E50的振幅r50，并获得实轴和电极间电动势E50之间的相位差φ50。随后，信号转换单元5使相位检测器(未示出)获得电极2a和2b之间的电动势的角频率ω1的电动势E51的振幅r51，并获得实轴和电极间电动势E51之间的相位差φ51(图5中的步骤S101)。电极间电动势E50和E51也能够通过带通滤波器来分离频率。然而，实际上它们可以利用一种被称为“梳状滤波器”的梳状数字滤波器，容易地把频率分离为两个角频率。

然后，信号转换单元5按照下式来计算电极间电动势E50的实轴分量E50x和虚轴分量E50y，以及电极间电动势E51的实轴分量E51x和虚轴分量E51y(步骤S102)：

E50x＝r50·cos(φ50)                                                …(37)

E50y＝r50·sin(φ50)                                                …(38)

E51x＝r51·cos(φ51)                                                …(39)

E51y＝r51·sin(φ51)                                                …(40)

在计算式(37)至(40)之后，信号转换单元5获得电极间电动势E50和E51之间的电动势差EdA5的振幅和角度(步骤S103)。步骤S103的处理对应于获得A/t分量和v×B分量的处理，并等效于式(34)的计算。信号转换单元5按照下式来计算电极间电动势E50和E51之间的电动势差EdA5的振幅|EdA5|：

|EdA5|＝{(E50x-E51x)²+(E50y-E51y)²}^1/2·ω0/(ω0-ω1)…(41)

然后，信号转换单元5按照下式来计算电动势差EdA5关于实轴的角度∠EdA5：

∠EdA5＝tan^-1{(E50y-E51y)/(E50x-E51x)}               …(42)

利用以上操作完成步骤S103的处理。

然后，流量输出单元6获得通过用电动势差EdA5对电极间电动势E50进行标准化所得到的标准化电动势En5的振幅和角度(步骤S104)。步骤S104的处理等效于式(35)的计算。流量输出单元6按照下式来计算标准化电动势En5的振幅|En5|：

|En5|＝(r50/|EdA5|)·ω0                             …(43)

流量输出单元6也按照下式来计算标准化电动势En5关于实轴的角度∠En5：

∠En5＝φ50-∠EdA5                                   …(44)

利用该操作完成步骤S104的处理。

然后，流量输出单元6计算待测流体的流速大小V(步骤S105)。步骤S105的处理等效于式(36)的计算。流量输出单元6按照下式来计算(En5-ω0)的实轴分量En5x和(En5-ω0)的虚轴分量En5y：

En5x＝|En5|cos(∠En5)-ω0                            …(45)

En5y＝|En5|sin(∠En5)                                …(46)

然后，流量输出单元6按照下式来计算待测流体的流速大小V：

V＝(En5x²+En5y²)^1/2/γ                               …(47)

利用该操作完成步骤S105的处理。

信号转换单元5和流量输出单元6循环执行上述步骤S101至S105的处理，直到例如操作者指示测量结束为止(步骤S106中‘是’)。

如上所述，该实施例被配置成向待测流体施加一具有振幅相同而频率不同的两个分量的磁场，并从电极2a和2b间电动势的角频率ω0和ω1分量的电动势E50和E51中提取电动势差EdA5(A/t分量的矢量Va)。利用电动势差EdA5，来对电极间电动势E50(合成矢量Va+Vb)中的v×B分量的流速大小V进行标准化，由此消除了量程变化要素。因此，该实施例能够自动执行精确的量程校正，并能够执行精确的流量测量。

注意，该实施例举例说明了对电极间电动势的角频率ω0分量E50进行标准化的情况。然而，本发明不限于此。可以对角频率ω1分量E51进行标准化。

[第二实施例]

接下来将描述本发明第二实施例。除了向电磁流量计添加一个励磁线圈以外，该实施例和第一实施例相同，并且该实施例把第一提取方法用作提取A/t分量的矢量Va的方法，并把第二校正方法用作量程校正方法。即，该实施例的电磁流量计包括两个励磁线圈和一对电极。如果把要新加的第二励磁线圈放在和第一励磁线圈相同的一侧，则所得配置是第一实施例的冗余配置。因此，需要把第二励磁线圈放在相对于包括电极的平面与第一励磁线圈不同的一侧。

图6是用于该实施例的电磁流量计的原理的框图。该电磁流量计包括：测量管道1；电极2a和2b；第一励磁线圈3a和第二励磁线圈3b，在把垂直于测量管道轴PAX方向且包括电极2a和2b的平面PLN用作测量管道1的界面的情况下，第一和第二励磁线圈3a和3b向待测流体施加在以该平面PLN为界的测量管道1前侧和后侧不对称的时变磁场。第一励磁线圈3a位于例如在下游侧与平面PLN相距一偏移距离d1的位置。第二励磁线圈3b位于例如在上游侧与平面PLN相距一偏移距离d2的位置，以通过平面PLN与第一励磁线圈3a相对。

假定由下式给出，由第一励磁线圈3a所产生的磁场Bb在连接电极2a和2b的电极轴EAX上的、与电极轴EAX及测量管道轴PAX都垂直的磁场分量(磁通密度)B7，以及由第二励磁线圈3b所产生的磁场Bc在电极轴EAX上的、与电极轴EAX及测量管道轴PAX都垂直的磁场分量(磁通密度)B8：

B7＝b7·cos(ω1·t-θ7)                                            …(48)

B8＝b8·cos(ω2·t-θ8)                                            …(49)

在式(48)和(49)中，ω1和ω2是不同的角频率，b7和b8是磁通密度B7和B8的振幅，θ7是磁通密度B7与ω1·t之间的相位差(相位滞后)，θ8是磁通密度B8与ω2·t之间的相位差。磁通密度B7和B8以下将分别被称为磁场B7和B8。

如果待测流体的流速为0，则所产生的涡流只是由磁场变化而引起的分量。如图7所示指出了由于磁场Bb变化而引起的涡流I1以及由于磁场Bc变化而引起的涡流I2。因此如图7所示，指出了在包括电极轴EAX和测量管道轴PAX的平面内，由磁场Bb变化所产生的与流速无关的电极间电动势E1的方向和由磁场Bc变化所产生的与流速无关的电极间电动势E2的方向彼此相反。

如果待测流体的流速为V(V≠0)，则在所产生的涡流中，除流速为0时的涡流I1和I2以外，还产生了由待测流体流速矢量v所引起的分量v×Bb和v×Bc。为此，如图8所示指出了由流速矢量v和磁场Bb所引起的涡流Iv1以及由流速矢量v和磁场Bc所引起的涡流Iv2。因此，由流速矢量v和磁场Bb所产生的电极间电动势Ev1与由流速矢量v和磁场Bc所产生的电极间电动势Ev2具有相同的方向。

考虑参考图7和8所描述的电极间电动势方向，令E61为：对由磁场瞬时变化而引起的电极间电动势和由待测流体流速而引起的电极间电动势进行组合所获得的总电极间电动势的角频率ω1分量的电动势。在这种情况下，用类似于式(20)的下式来表示电极间电动势E61：

E61＝rk·ω1·b7·exp{j·(π/2+θ7+θ00)}

+rkv·b7·exp{j·(θ7+θ01)}                                       …(50)

令E62为：对由磁场瞬时变化而引起的电极间电动势和由待测流体流速而引起的电极间电动势进行组合所获得的总电极间电动势的角频率ω2分量的电动势。在这种情况下，用类似于式(20)的下式来表示电极间电动势E62：

E62＝rk·ω2·b8·exp{j·(π/2+θ8+θ00)}

+rkv·b8·exp{j·(θ8+θ01)}                                       …(51)

假定ω1＝ω0-Δω，ω2＝ω0+Δω，θ8＝θ7+Δθ8代表磁场B7相对于ω1·t的相位滞后θ7与磁场B8相对于ω2·t的相位滞后θ8之间的关系，θ01＝θ00+Δθ01代表矢量Va相对于虚轴的角θ00与矢量Vb相对于实轴的角θ01之间的关系。在这种情况下，把θ01＝θ00+Δθ01、ω1＝ω0-Δω及式(18)代入式(50)时所获得的电极间电动势E61由下式给出

E61＝rk·(ω0-Δω)·b7·exp{j·(π/2+θ7+θ00)}

+γ·rk·V·b7·exp{j·(θ7+θ00+Δθ01)}

＝rk·exp{j·(θ7+θ00)}·b7

·{(ω0-Δω)·exp(j·π/2)+γ·V·exp(j·Δθ01)}                 …(52)

把θ8＝θ7+Δθ8、θ01＝θ00+Δθ01、ω2＝ω0+Δω及式(18)代入式(51)所得到的电极间电动势E62由下式给出

E62＝rk·(ω0+Δω)·b8·exp{j·(-π/2+θ7+Δθ8+θ00)}

+γ·rk·V·b8·exp{j·(θ7+Δθ8+θ00+Δθ01)}

＝rk·exp{j·(θ7+θ00)}·b8·exp(j·Δθ8)

·[(ω0+Δω)·exp{(j·(-π/2))+γ·V·exp(j·Δθ01)}             …(53)

根据式(52)和(53)，电极间电动势E61和E62之和Es6及它们之差Ed6由下式给出

Es6＝E61+E62

＝rk·exp{j·(θ7+θ00)}·b7

·{(ω0-Δω)·exp(j·π/2)+γ·V·exp(j·Δθ01)}

+rk·exp{j·(θ7+θ00)}·b8·exp(j·Δθ8)

·[(ω0+Δω)·exp{(j·(-π/2))+γ·V·exp(j·Δθ01)]

＝rk·exp{j·(θ7+θ00)}

·[ω0·exp(j·π/2)·{b7-b8·exp(j·Δθ8)}

-Δω·exp(j·π/2)·{b7+b8·exp(j·Δθ8)}

+γ·V·exp(j·Δθ01)·{b7+b8·exp(j·Δθ8)}]                    …(54)

Ed6＝E61-E62

＝rk·exp{j·(θ7+θ00)}·b7

·{(ω0-Δω)·exp(j·π/2)+γ·V·exp(j·Δθ01)}

-rk·exp{j·(θ7+θ00)}·b8·exp(j·Δθ8)

·[(ω0+Δω)·exp{(j·(-π/2))+γ·V·exp(j·Δθ01)}

＝rk·exp{j·(θ7+θ00)}

·[ω0·exp(j·π/2)·{b7+b8·exp(j·Δθ8)}

-Δω·exp(j·π/2)·{b7-b8·exp(j·Δθ8)}

+γ·V·exp(j·Δθ01)·{b7-b8·exp(j·Δθ8)}]                    …(55)

如果在初始状态下(标定的时候)把由第一励磁线圈3a所产生的磁场B7设为等于由第二励磁线圈3b所产生的磁场B8，则后来磁场B7与B8之差将减小。因此，以下表达式成立：

|b7+b8·exp(j·Δθ8)|＞＞|b7-b8·exp(j·Δθ8)|                   …(56)

在式(56)中，|b7+b8·exp(j·Δθ8)|代表复矢量b7+b8·exp(j·Δθ8)的振幅，且|b7-b8·exp(j·Δθ8)|代表复矢量b7-b8·exp(j·Δθ8)的振幅。

另外，因为ω0＞γ·V及ω0＞Δω一般成立，所以考虑到式(56)所代表的条件，在式(55)中以下条件一般成立。

|ω0·exp(j·π/2)·{b7+b8·exp(j·Δθ8)|

＞＞|-Δω·exp(j·π/2)·{b7-b8·exp(j·Δθ8)}

+γ·V·exp(j·Δθ01)·{b7-b8·exp(j·Δθ8)}|                    …(57)

在式(57)中，|ω0·exp(j·π/2)·{b7+b8·exp(j·Δθ8)|代表复矢量ω0·exp(j·π/2)·{b7+b8·exp(j·Δθ8)的振幅，|-Δω·exp(j·π/2)·{b7-b8·exp(j·Δθ8)}+γ·V·exp(j·Δθ01)·{b7-b8·exp(j·Δθ8)}|代表复矢量-Δω·exp(j·π/2)·{b7-b8·exp(j·Δθ8)}+γ·V·exp(j·Δθ01)·{b7-b8·exp(j·Δθ8)}的振幅。

以下表达式代表利用表达式(57)的条件来表示近似于电动势差Ed6的电极间电动势EdA6。

$\mathrm{EdA}6\≅\mathrm{Ed}6\·\·\·\left(58\right)$

EdA6＝rk·exp{j·(θ7+θ00)}

·[ω0·exp(j·π/2)·{b7+b8·exp(j·Δθ8)}]                      …(59)

电极间电动势EdA6与流速大小V无关，因此只是由A/t所产生的分量。电极间电动势EdA6用于对电动势和Es6(合成矢量Va+Vb)中的v×B分量的流速大小V所乘的系数(量程)进行标准化。图9是用复矢量形式来表示上述电极间电动势E61、E62和EdA6及电动势差Ed6的视图。参考图9，附图标记E61v×B表示电极间电动势E61的v×B分量rk·exp{j·(θ7+θ00)}·b7·γ·V·exp(j·Δθ01)；E62v×B表示电极间电动势E62的v×B分量rk·exp{j·(θ7+θ00)}·γ·V·exp(j·Δθ01)·b8·exp(j·Δθ8)；E61A/t代表电极间电动势E61的A/t分量rk·exp{j·(θ7+θ00)}·(ω0-Δω)·exp(j·π/2)·b7；E62A/t代表电极间电动势E62的A/t分量rk·exp{j·(θ7+θ00)}·(ω0+Δω)·exp{(j·(-π/2))·b8·exp(j·Δθ8)。

令En6为为了通过用式(59)所给出的电极间电动势EdA6对式(54)所给出的电动势和Es6进行标准化、并使电动势和乘以ω0所获得的结果，该标准化电动势En6由式(60)给出：

En6＝(Es6/EdA6)·ω0

＝rk·exp{j·(θ7+θ00)}

·[ω0·exp(j·π/2)·{b7-b8·exp(j·Δθ8)}

-Δω·exp(j·π/2)·{b7+b8·exp(j·Δθ8)}

+γ·V·exp(j·Δθ01)·{b7+b8·exp(j·Δθ8)}]

/[rk·exp{j·(θ7+θ00)}

·ω0·exp(j·π/2)·{b7+b8·exp(j·Δθ8)}]·ω0

＝ω0·{b7-b8·exp(j·Δθ8)}

/{b7+b8·exp(j·Δθ8)}-Δω

+[γ·exp{j·(-π/2+Δθ01)}]·V                                   …(60)

式(60)右边第三项是通过利用由A/t所产生的分量对由v×B所产生的分量进行标准化所得到的项。图10是以复矢量形式表示以上标准化处理的方式的视图。参考图10，附图标记Es6v×B表示电动势和Es6的v×B分量；n(v×B)分量代表标准化的v×B分量[γ·exp{j·(-π/2+Δθ01)}]·V。使通过用电极间电动势EdA6对电动势和Es6进行标准化所得到的结果乘以ω0的原因是，从与流速大小V关联的右边第三项中消除励磁角频率ω0。根据式(60)，流速大小V所乘的复系数的大小为γ，且相对于实轴的角度为-π/2+Δθ01。系数γ和角度Δθ01是可以预先通过标定等而获得的常数，并且式(60)右边第三项保持为常数，除非待测流体的流速变化。

利用A/t分量对v×B分量进行标准化使得有可能实现对由于磁场漂移或相位变化而引起的误差进行自动校正的量程校正。假定从垂直于测量管道轴PAX且包括电极2a和2b的平面PLN到第一励磁线圈3a的距离d1基本上等于平面PLN到第二励磁线圈3b的距离d2。在这种情况下 $(b1\≅b2),$ 如果 $b7\≅b8$ 且 $\mathrm{\Δ\θ}8\≅0,$ 则按照式(61)来如下表示流速大小V：

V＝|(En6+Δω)/[γ·exp{j·(-π/2+Δθ01)}]|

＝|(En6+Δω)/γ|                                                 …(61)

表2示出了上述基本原理中所使用的常数和变量与该实施例中的常数和变量之间的对应关系。由表1显然看出，该实施例是具体实现上述基本原理的一个例子。

[表2]

基本原理与第一实施例的对应关系

基本原理中的常数和变量	第一实施例中的常数和变量
		rω	1
rv	γ
		θω	π/2
θv	Δθ01
		C	rk·exp{j·(θ7+θ00)}·{b7+b8·exp(j·Δθ8)}

接下来将描述该实施例的电磁流量计的具体配置及其操作。图11是示出根据该实施例的电磁流量计的配置的框图。和图21中一样的附图标记表示图6中的相同部件。根据该实施例的电磁流量计包括：测量管道1；电极2a和2b；第一和第二励磁线圈3a和3b；电源单元4a，该电源单元4a向第一和第二励磁线圈3a和3b提供励磁电流；信号转换单元5a，该信号转换单元5a获得由电极2a和2b所检测到的合成电动势的第一和第二频率的两个频率分量的振幅和相位，并根据该合成电动势的振幅和相位来提取这两个频率分量之间的电动势差，作为A/t分量；以及流量输出单元6a，该流量输出单元6a去除由电极2a和2b所检测到的合成电动势的两个频率分量的电动势和中的v×B分量所包含的量程变化因素，并从通过去除变化因素所获得的结果来计算待测流体的流量。第一和第二励磁线圈3a和3b及电源单元4a组成了励磁单元，向待测流体施加关于平面PLN不对称的时变磁场。

假定在该实施例中，如上所述，平面PLN到第一励磁线圈3a的距离d1几乎等于平面PLN到第二励磁线圈3b的距离d2。

电源单元4a向励磁线圈3a提供具有第一角频率ω1＝ω0-Δω的第一正弦波励磁电流，同时向第二励磁线圈3b提供具有第二角频率ω2＝ω0+Δω的第二正弦波励磁电流。在这种情况下，第一和第二正弦波励磁电流的振幅相同。

图12是示出信号转换单元5a和流量输出单元6a的操作的流程图。首先，信号转换单元5a使相位检测器(未示出)获得电极间电动势E61和E62之间的电动势和Es6的振幅rs6，以及实轴与电动势和Es6之间的相位差φs6。另外，信号转换单元5a使相位检测器(未示出)获得电极间电动势E61和E62之间的电动势差Ed6的振幅rd6，以及实轴与电动势差Ed6之间的相位差φs6(图12中的步骤S201)。电极间电动势E61和E62可以利用带通滤波器和梳状滤波器来分离频率。

然后，信号转换单元5a按照下式来计算电动势和Es6的实轴分量Es6x和虚轴分量Es6y，以及电动势差Ed6的实轴分量Ed6x和虚轴分量Ed6y(步骤S202)：

Es6x＝rs6·cos(φs6)                                               …(62)

Es6y＝rs6·sin(φs6)                                               …(63)

Ed6x＝rd6·cos(φd6)                                               …(64)

Ed6y＝rd6·sin(φd6)                                               …(65)

在计算式(62)至(65)之后，信号转换单元5a获得近似于电动势差Ed6的电动势EdA6的振幅和角度(步骤S203)。步骤S203的处理对应于获得A/t分量和v×B分量的处理，并等效于式(59)的计算。信号转换单元5a按照下式来计算近似于电动势差Ed6的电动势EdA6的振幅|EdA6|：

|EdA6|＝(Ed6x²+Ed6y²)^1/2                                           …(66)

然后，信号转换单元5a按照下式来计算电极间电动势EdA6关于实轴的角度∠EdA6：

∠EdA6＝tan^-1{(Ed6y/Ed6x)}                                         …(67)

利用以上操作完成步骤S203的处理。

然后，流量输出单元6a获得通过用电极间电动势EdA6对电动势和Es6进行标准化所得到的标准化电动势En6的振幅和角度(步骤S204)。步骤S204的处理等效于式(60)的计算。流量输出单元6a按照下式来计算标准化电动势En6的振幅|En6|：

|En6|＝(rs6/|EdA6|)·ω0                                           …(68)

流量输出单元6a也按照下式来计算标准化电动势En6关于实轴的角度∠En6：

∠En6＝φs6-∠EdA6                                                 …(69)

利用该操作完成步骤S204的处理。

然后，流量输出单元6a计算待测流体的流速大小V(步骤S205)。步骤S205的处理对应于式(61)的计算。流量输出单元6a按照下式来计算(En6+Δω)的实轴分量En6x和虚轴分量En6y：

En6x＝|En6|cos(∠En6)+Δω                                         …(70)

En6y＝|En6|sin(∠En6)                                              …(71)

然后，流量输出单元6a按照下式来计算待测流体的流速大小：

V＝(En6x²+En6y²)^1/2/γ                                             …(72)

利用该操作完成步骤S205的处理。信号转换单元5a和流量输出单元6a每预定周期执行上述步骤S201至S205的处理，直到例如操作者指示测量结束为止(步骤S206‘是’)。

如上所述，该实施例注意到：当从励磁线圈3a和3b向待测流体施加具有相同大小和不同频率的磁场时，电极2a和2b之间的电动势的角频率ω1分量的电动势E61与角频率ω2分量的电动势E62之间的电动势差Ed6可以被执行为A/t分量。因此，该实施例被配置成，利用A/t分量对电动势和Es6(合成矢量Va+Vb)中的v×B分量的流速大小V进行标准化，由此消除量程变化要素。因此，该实施例能够自动执行精确的量程校正，并能够执行精确的流量测量。

注意，该实施例举例说明了提取电极间电动势E61和E62之间电动势差Ed6、并利用所提取的电动势差Ed6来标准化电动势和Es6的情况。然而，本发明不限于此。可以提取电动势和Es6来近似作为A/t分量，并可以利用该At分量来对电动势差Ed6标准化。

[第三实施例]

接下来将描述本发明第三实施例。除了向电磁流量计添加一对电极以外，该实施例和第一实施例相同，并且该实施例把第二提取方法用作提取A/t分量的矢量Va的方法，并把第二校正方法用作量程校正方法。即，该实施例的电磁流量计包括一个励磁线圈和两对电极。如果把要新加的第二电极放在和现有第一电极相同的一侧，则所得配置是第一实施例的冗余配置。因此，需要把第二电极放在相对于励磁线圈与第一电极不同的一侧。

图13是用于说明根据该实施例的电磁流量计的原理的框图。该电磁流量计包括：测量管道1；第一电极2a和2b以及第二电极2c和2d，它们被布置在测量管道中与施加于待测流体的磁场及测量管道轴PAX都垂直，且彼此相对以便和待测流体接触，并且检测由磁场和待测流体的流速所产生的电动势；以及励磁线圈3，在垂直于测量管道轴PAX且包括第一电极2a和2b的平面用作平面PLN1、且垂直于测量管道轴PAX且包括第二电极2c和2d的平面用作平面PLN2的情况下，该励磁线圈3向待测流体施加在以平面PLN1为界的测量管道1前侧和后侧不对称的时变磁场，并向待测流体施加在以平面PLN2为界的测量管道1前侧和后侧不对称的时变磁场。

第一电极2a和2b例如位于在上游侧与平面PLN3相距一偏移距离d3的位置，该平面PLN3包括励磁线圈3的轴、且垂直于测量管道轴PAX的方向。第二电极2c和2d例如位于在下游侧与平面PLN3相距一偏移距离d4的位置，以便通过平面PLN3与第一电极2a和2b相对。

假定由下式给出，由励磁线圈3所产生的磁场Bb在连接电极2a和2b的电极轴EAX1上的、与电极轴EAX1及测量管道轴PAX都垂直的磁场分量(磁通密度)B9，以及由励磁线圈3所产生的磁场Bd在连接电极2c和2d的电极轴EAX2上的、与电极轴EAX2及测量管道轴PAX都垂直的磁场分量(磁通密度)B10：

B9＝b9·cos(ω0·t-θ9)                                            …(73)

B10＝b10·cos(ω0·t-θ10)                                         …(74)

然而，注意，因为磁场B9和B10是由同一励磁线圈3所产生的，所以b9和b10以及θ9和θ10是相互关联的，而不是独立变量。在式(73)和(74)中，附图标记b9和b10表示磁通密度B9和B10的振幅；ω0表示角频率；θ9和θ10表示磁通密度B9和B10与ω0·t之间的相位差(相位延迟)。磁通密度B9和B10以下将分别被称为磁场B9和B10。

如果待测流体的流速为0，则所产生的涡流只是由磁场变化所引起的分量。如图14指出了由磁场Bd的变化所引起的涡流I的方向。因此，如图14所示，在包括电极轴EAX1和测量管道轴PAX的平面内，由磁场Bd变化在电极2a和2b之间产生的与流速无关的电动势E1的方向和由磁场Bd变化在电极2c和2d之间产生的与流速无关的电动势E2的方向彼此相反。

如果待测流体的流速为V(V≠0)，则在所产生的涡流中，除了流速为0时所产生的涡流I，还产生了由待测流体的流速矢量v所引起的分量v×Bd。为此，如图15所示指出了由流速矢量v和磁场Bd所引起的涡流Iv的方向。因此，由流速矢量v和磁场Bd在电极2a和2b之间产生的电动势Ev1的方向与由流速矢量v和磁场Bd在电极2c和2d之间产生的电动势Ev2的方向相同。

考虑参考图14和15所描述的电极间电动势的方向，用类似于式(20)的下式来表示，通过对由磁场瞬时变化引起的电极间电动势和由待测流体流速引起的电极间电动势进行组合所得到的电极2a和2b间第一电动势E71：

E71＝rk·ω0·b9·exp{j·(π/2+θ9+θ00)}

+rkv·b9·exp{j·(θ9+θ01)}                                       …(75)

用类似于式(20)的下式来表示，通过对由磁场瞬时变化引起的电极间电动势和由待测流体流速引起的电极间电动势进行组合所得到的电极2c和2d间第二电动势E72：

E72＝rk·ω0·b10·exp{j·(-π/2+θ10+θ00)}

+rkv·b10·exp{j·(θ10+θ01)}                                     …(76)

按照式(75)和(76)，由下式给出第一电极间电动势E71和第二电极间电动势E72之和Es7及它们之差Ed7：

Es7＝E71+E72

＝rk·ω0·b9·exp{j·(π/2+θ9+θ00)}

+rkv·b9·exp{j·(θ9+θ01)}

+rk·ω0·b10·exp{j·(-π/2+θ10+θ00)}

+rkv·b10·exp{j·(θ10+θ01)}                                     …(77)

Ed7＝E71-E72

＝rk·ω0·b9·exp{j·(π/2+θ9+θ00)}

+rkv·b9·exp{j·(θ9+θ01)}

-rk·ω0·b10·exp{j·(-π/2+θ10+θ00)}

-rkv·b10·exp{j·(θ10+θ01)}                                     …(78)

假定θ10＝θ9+Δθ10代表磁场B9关于ω0·t的相位滞后θ9与磁场B10关于ω0·t的相位滞后θ10之间的关系，θ01＝θ00+Δθ01代表矢量Va相对于虚轴的角θ00与矢量Vb相对于实轴的角θ01之间的关系。在这种情况下，当把θ10＝θ9+Δθ10、θ01＝θ00+Δθ01及式(18)代入式(77)和(78)时，电动势和Es7和电动势差Ed7由下式给出

Es7＝rk·ω0·b9·exp{j·(π/2+θ9+θ00)}

+γ·rk·V·b9·exp{j·(θ9+θ00+Δθ01)}

+rk·ω0·b10·exp{j·(-π/2+θ9+Δθ10+θ00)}

+γ·rk·V·b10·exp{j·(θ9+Δθ10+θ00+Δθ01)}

＝rk·exp{j·(θ9+θ00)}

·[ω0·exp(j·π/2)·{b9-b10·exp(j·Δθ10)}

+γ·V·exp(j·Δθ01)

·{b9+b10·exp(j·Δθ10)}]                                        …(79)

Ed7＝rk·ω0·b9·exp{j·(π/2+θ9+θ00)}

+γ·rk·V·b9·exp{j·(θ9+θ00+Δθ01)}

-rk·ω0·b10·exp{j·(-π/2+θ9+Δθ10+θ00)}

-γ·rk·V·b10·exp{j·(θ9+Δθ10+θ00+Δθ01)}

＝rk·exp{j·(θ9+θ00)}

·[ω0·exp(j·π/2)·{b9+b10·exp(j·Δθ10)}

+γ·V·exp(j·Δθ01)

·{b9-b10·exp(j·Δθ10)}]                                        …(80)

如果从包括励磁线圈3的轴的平面PLN3到连接电极2a和2b的电极轴EAX1的距离d3几乎等于平面PLN3到连接电极2c和2d的电极轴EAX2的距离d4，并在初始状态下(标定的时候)把磁场B9设为和磁场B10相等，则此后磁场B9和B10之差将减小。因此，以下表达式成立：

|b9+b10·exp(j·Δθ10)|＞＞|b9-b10·exp(j·Δθ10)|               …(81)

在表达式(81)中，|b9+b10·exp(j·Δθ10)|代表复矢量b9+b10·exp(j·Δθ10)的振幅，且|b9-b10·exp(j·Δθ10)|代表复矢量b9-b10·exp(j·Δθ10)的振幅。

另外，因为ω0＞γ·V一般成立，所以考虑到式(81)所代表的条件，在式(80)中以下条件一般成立。

|ω0·exp(j·π/2)·{b9+b10·exp(j·Δθ10)|

＞＞|γ·V·exp(j·Δθ01)·{b9-b10·exp(j·Δθ10)}|              …(82)

在表达式(82)中，|ω0·exp(j·π/2)·{b9+b10·exp(j·Δθ10)|代表复矢量ω0·exp(j·π/2)·{b9+b10·exp(j·Δθ10)的振幅，且|γ·V·exp(j·Δθ01)·{b9-b10·exp(j·Δθ10)}|代表复矢量γ·V·exp(j·Δθ01)·{b9-b10·exp(j·Δθ10)}的振幅。

以下表达式代表利用表达式(82)的条件表示近似于电动势差Ed7的电极间电动势EdA6。

$\mathrm{EdA}7\≅\mathrm{Ed}7\·\·\·\left(83\right)$

EdA7＝rk·exp{j·(θ9+θ00)}

·ω0·exp(j·π/2)·{b9+b10·exp(j·Δθ10)}                      …(84)

按照式(84)，可以在不利用二元励磁频率的情况下提取由A/t所产生的分量。电极间电动势EdA7与流速大小V无关，因此只是由A/t所产生的分量。电极间电动势EdA7用于对电动势和Es7(合成矢量Va+Vb)中的v×B分量的流速大小V所乘的系数(量程)进行标准化。图16是用复矢量形式来表示上述电极间电动势E71、E72和EdA7及电动势和Es7和电动势差Ed7的视图。参考图16，附图标记E71v×B表示电极间电动势E71的v×B分量rk·exp{j·(θ9+θ00)}·b9·γ·V·exp(j·Δθ01)；E72v×B表示电极间电动势E72的v×B分量rk·exp{j·(θ9+θ00)}·γ·V·exp(j·Δθ01)·b10·exp(j·Δθ10)；E71A/t表示电极间电动势E71的A/t分量rk·exp{j·(θ9+θ00)}·ω0·exp(j·π/2)·b9；E72A/t表示电极间电动势E72的A/t分量rk·exp{j·(θ9+θ00)}·ω0·exp{j·(-π/2)}·b10·exp(j·Δθ10)。

令En7为为了通过用式(84)所给出的电极间电动势EdA7对式(79)所给出的电动势和Es7进行标准化、并使该标准化结果乘以ω0所获得的结果，该标准化电动势En7由式(85)给出：

En7＝(Es7/EdA7)·ω0

＝rk·exp{j·(θ9+θ00)}

·[ω0·exp(j·π/2)·{b9-b10·exp(j·Δθ10)}

+γ·V·exp(j·Δθ01)·{b9+b10·exp(j·Δθ10)}]

/[rk·exp{j·(θ9+θ00)}·ω0·exp(j·π/2)

·{b9+b10·exp(j·Δθ10)}]·ω0

＝ω0·{b9-b10·exp(j·Δθ10)}

/{b9+b10·exp(j·Δθ10)}

+[γ·exp{j·(-π/2+Δθ01)}]·V                                   …(85)

式(85)右边第二项是通过利用由A/t所产生的分量对由v×B所产生的分量进行标准化所得到的项。图17是以复矢量形式表示以上标准化处理的方式的视图。参考图17，附图标记Es7v×B表示电动势和Es7的v×B分量；n(v×B)分量表示标准化的v×B分量[γ·exp{j·(-π/2+Δθ01)}]·V。使通过用电极间电动势EdA7对电动势和Es7进行标准化所得到的结果乘以ω0的原因是，从与流速大小V关联的右边第二项中消除励磁角频率ω0。根据式(85)，流速大小V所乘的复系数的大小为γ，且相对于实轴的角度为-π/2+Δθ01。系数γ和角度Δθ01是可以预先通过标定等而获得的常数，并且式(85)右边第二项保持为常数，除非待测流体的流速变化。

因此，利用A/t分量对v×B分量进行标准化使得有可能实现对由于磁场漂移或相位变化而引起的误差进行自动校正的量程校正。假定从包括励磁线圈3的轴的平面PLN3到连接电极2a和2b的电极轴EAX1的距离d3几乎等于平面PLN3到连接电极2c和2d的电极轴EAX2的距离d4。在这种情况下，如果 $b9\≅b10$ 且 $\mathrm{\Δ\θ}10\≅0,$ 则按照式(86)来如下表示流速大小V：

V＝|En7/[γ·exp{j·(-π/2+Δθ01)}]|

＝|En6|/γ                                                         …(86)

表3示出了上述基本原理中所使用的常数和变量与该实施例中的常数和变量之间的对应关系。由表3显然看出，该实施例是具体实现上述基本原理的一个例子。

表3

基本原理和第三实施例之间的对应关系

基本原理中的常数和变量	第一实施例中的常数和变量
		rω	1
rv	γ
		θω	π/2
θv	Δθ01
		C	rk·exp{j·(θ9+θ00)}·{b9+b10·exp(j·Δθ10)}

接下来将描述该实施例的电磁流量计的具体配置及其操作。图18是示出根据该实施例的电磁流量计的配置的框图。和图13中一样的附图标记表示图18中的相同部件。根据该实施例的电磁流量计包括：测量管道1；第一电极2a和2b及第二电极2c和2d；励磁线圈3；电源单元4b，该电源单元4b向励磁线圈3提供励磁电流；信号转换单元5b，该信号转换单元5b获得分别由第一电极2a和2b所检测到的第一合成电动势以及由第二电极2c和2d所检测到的第二合成电动势的振幅和相位，并根据这些振幅和相位来提取第一和第二合成电动势之间的电动势差作为A/t分量；以及流量输出单元6b，该流量输出单元6b根据所提取的A/t分量来去除第一合成电动势和第二合成电动势的电动势和中的v×B分量中所包含的量程变化因素，并从通过去除量程变化因素所获得的结果来计算待测流体的流量。

在该实施例中，如上所述，从包括励磁线圈3的轴的平面PLN3到连接电极2a和2b的电极轴EAX1的距离d3几乎等于平面PLN3到连接电极2c和2d的电极轴EAX2的距离d4。

电源单元4b向励磁线圈3提供一具有角频率ω0的正弦波励磁电流。

该实施例的信号转换单元5b和流量输出单元6b的处理和第二实施例一样，因此将利用图12中的附图标记来描述信号转换单元5b和流量输出单元6b的操作。首先，信号转换单元5b使相位检测器(未示出)获得第一电极间电动势E71和第二电极间电动势E72的电动势和Es7的振幅rs7，并获得实轴与该电动势和Es7之间的相位差φs7。另外，信号转换单元5b使相位检测器(未示出)获得第一电极间电动势E71和第二电极间电动势E72的电动势差Ed7的振幅rd7，并获得实轴与该电动势差Ed7之间的相位差φd7(图12中的步骤S201)。电极间电动势E71和E72可以利用带通滤波器和梳状滤波器来分离频率。

然后，信号转换单元5b按照下式来计算电动势和Es7的实轴分量Es7x和虚轴分量Es7y，以及电动势差Ed7的实轴分量Ed7x和虚轴分量Ed7y(步骤S202)：

Es7x＝rs7·cos(φs7)                                               …(87)

Es7y＝rs7·sin(φs7)                                               …(88)

Ed7x＝rd7·cos(φd7)                                               …(89)

Ed7y＝rd7·sin(φd7)                                               …(90)

在计算式(87)至(90)之后，信号转换单元5b获得近似于电动势差Ed7的电动势EdA7的振幅和角度(步骤S203)。步骤S203的处理对应于获得A/t分量和v×B分量的处理，并等效于式(84)的计算。信号转换单元5b按照下式来计算近似于电动势差Ed7的电动势EdA7的振幅|EdA7|：

|EdA7|＝(Ed7x²+Ed7y²)^1/2                                      …(91)

然后，信号转换单元5b按照下式来计算差EdA7关于实轴的角度∠EdA7：

∠EdA7＝tan^-1{(Ed7y/Ed7x)}                                         …(92)

利用以上操作完成步骤S203的处理。

然后，流量输出单元6b获得通过用电极间电动势EdA7对电动势和Es7进行标准化所得到的标准化电动势En7的振幅和角度(步骤S204)。步骤S204的处理等效于式(85)的计算。流量输出单元6b按照下式来计算标准化电动势En7的振幅|En7|：

|En7|＝(rs7/|EdA7|)·ω0                                           …(93)

流量输出单元6b也按照下式来计算标准化电动势En7关于实轴的角度∠En7：

∠En7＝φs7-∠EdA7                                                 …(94)

利用该操作完成步骤S204的处理。

然后，流量输出单元6b按照式(86)来计算待测流体的流速大小V(步骤S205)。注意，在获得流速(流量)的步骤S205中不直接使用∠En7。然而，该角度用于通过对该角度和标定时时所获得的角度进行比较，来以更高精度执行测量，并且与量程校正本质操作不直接关联，因此将省略对它的描述。

信号转换单元5b和流量输出单元6b循环执行上述步骤S201至S205的处理，直到例如操作者指示测量结束为止(步骤S206‘是’)。

如上所述，该实施例注意到：第一电极2a和2b被配置成通过包括励磁线圈3的轴的平面PLN3与第二电极2c和2d相对，并且在连接电极2a和2b的电极轴EAX1上的磁场B9的大小和连接电极2c和2d的电极轴EAX2上的磁场B10的大小相同。在这种情况下，可以提取第一和第二电极间电动势E71和E72的电动势差Ed7，来近似作为A/t分量。利用该A/t分量对电动势和Es7(合成矢量Va+Vb)中的v×B分量的流速大小V进行标准化，由此消除量程变化要素。因此，该实施例能够自动执行精确的量程校正，并能够执行精确的流量测量。在该实施例中，可以只把ω0用作励磁角频率，而不需要如第一至第三实施例中一样使用两个励磁频率。

注意，该实施例举例说明了提取第一和第二电极间电动势E71和E72之间电动势差Ed7、并利用所提取的电动势差Ed7来标准化电动势和Es7的情况。然而，本发明不限于此。可以提取电动势和Es7来近似作为A/t分量，并可以利用该At分量来对电动势差Ed7标准化。

在第一至第三实施例中，因为可以消除同相分量中的噪声，所以不需要使用矩形波形励磁方案，并可以使用把正弦波用于励磁电流的正弦波励磁方案。这使执行高频励磁成为可能。利用高频励磁使消除1/f噪声及提高对流量变化的响应度成为可能。

作为第一至第三实施例中所使用的电极2a、2b、2c和2d，可以使用如图19所示的、被形成为从测量管道1的内壁暴露并与待测流体接触的电极，或如图20所示的不和待测流体接触的电容耦合型电极。当电极2a、2b、2c和2d为电容耦合型电极时，为它们涂上由测量管道1内壁上所形成的陶瓷、特氟隆(注册商标)等构成的内衬10。

第一至第三实施例使用一对电极2a和2b作为第一电极及一对电极2c和2d作为第二电极。然而，本发明不限于此。这些实施例可以使用第一和第二电极的每对电极中的一个电极。如果只使用一个电极，则在测量管道1上设置用于将待测流体的电势接地的接地环或接地电极，并且可以通过信号转换单元5、5a和5b来检测在这个电极上所产生的电动势(与地电势的电势差)。当使用一对电极时，电极轴是连接这对电极的一条直线。当只使用一个电极时，电极轴是连接实电极和虚电极的一条直线，假定虚电极位于关于包括这个实电极的平面PLN上的测量管道轴PAX与该实电极相对的位置。

此外，在第一至第三实施例中，在信号转换单元5、5a、5b和流量输出单元6、6a和6b中，可以用包括中央处理器(CPU)、存储器和接口的计算机、以及控制这些硬件资源的程序，来实现除用于检测电动势的那些部分以外的部件。

工业实用性

本发明可应用于对流入测量管道的待测流体进行流量测量。

Claims (14)

1.一种电磁流量计，其特征在于，包括：

测量管道，待测流体流过所述测量管道；

电极，该电极位于所述测量管道中，并检测由施加于流体的磁场和流体流动所产生的电动势；

励磁单元，该励磁单元向流体施加关于第一平面不对称的时变磁场，所述第一平面包括所述电极且垂直于所述测量管道的轴方向；

信号转换单元，该信号转换单元从基于A/t分量的电动势和基于由流体流速引起的v×B分量的电动势的合成电动势中，提取与流体流速无关的A/t分量；以及

流量输出单元，该流量输出单元根据所提取的A/t分量，来消除作为合成电动势中v×B分量的流速大小V所乘的系数的量程变化因素，并从通过消除该变化因素所获得的结果来计算流体的流量。

2.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于：

所述励磁单元以多个励磁频率向流体施加磁场，以及

所述信号转换单元获得由电极所检测到的合成电动势的至少两个不同频率分量的每一个的振幅和相位，以提取A/t分量。

3.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于：

所述励磁单元包括：励磁线圈，该励磁线圈位于与第一平面相距一偏移量的位置，所述第一平面包括所述电极且垂直于所述测量管道的轴方向；以及电源单元，该电源单元向该励磁线圈施加一包含第一频率和第二频率这两个不同频率分量的励磁电流，

所述信号转换单元获得由电极所检测到的合成电动势的第一频率和第二频率这两个频率分量的振幅和相位，并根据这些振幅和相位来提取这两个频率分量之间的电动势差作为A/t分量，以及

所述流量输出单元根据所提取的A/t分量来消除由电极所检测到的合成电动势的第一频率分量中的v×B分量或第二频率分量中的v×B分量中所包含的量程变化因素，并从通过消除量程变化因素所获得的结果来计算流体的流量。

4.根据权利要求2所述的电磁流量计，其特征在于：

所述励磁单元包括：励磁线圈，该励磁线圈位于与第一平面相距一偏移量的位置，所述第一平面包括所述电极且垂直于所述测量管道的轴方向；以及电源单元，该电源单元向该励磁线圈施加一包含第一频率和第二频率这两个不同频率分量的励磁电流，

所述信号转换单元获得由电极所检测到的合成电动势的第一频率和第二频率这两个频率分量的振幅和相位，并根据这些振幅和相位来提取这两个频率分量之间的电动势差作为A/t分量，以及

所述流量输出单元根据所提取的A/t分量来消除由电极所检测到的合成电动势的第一频率分量中的v×B分量或第二频率分量中的v×B分量中所包含的量程变化因素，并从通过消除量程变化因素所获得的结果来计算流体的流量。

5.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于：

所述励磁单元以多个励磁频率从多个励磁线圈向流体施加具有不同励磁频率的磁场，以及

所述信号转换单元获得由电极所检测到的合成电动势的至少两个不同频率分量的每一个的振幅和相位，以提取A/t分量。

6.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于：

所述励磁单元包括：第一励磁线圈，该第一励磁线圈位于与第一平面相距第一偏移量的位置，该第一平面包括所述第一电极并垂直于所述测量管道的轴方向；第二励磁线圈，该第二励磁线圈位于与第一平面相距第二偏移量的位置，以便关于第一平面与第一励磁线圈相对；以及电源单元，该电源单元在向第一励磁线圈提供具有第一频率的励磁电流的同时，向第二励磁线圈提供具有与第一频率不同的第二频率的励磁电流，

所述信号转换单元获得由电极所检测到的合成电动势的第一频率和第二频率这两个频率分量的振幅和相位，并根据这些振幅和相位来提取这两个频率分量之间的电动势差作为A/t分量，以及

所述流量输出单元根据所提取的A/t分量来消除由电极所检测到的合成电动势的两个频率分量的电动势和中的v×B分量中所包含的量程变化因素，并从通过消除量程变化因素所获得的结果来计算流体的流量。

7.根据权利要求5所述的电磁流量计，其特征在于：

所述励磁单元包括：第一励磁线圈，该第一励磁线圈位于与第一平面相距第一偏移量的位置，该第一平面包括所述第一电极并垂直于所述测量管道的轴方向；第二励磁线圈，该第二励磁线圈位于与第一平面相距第二偏移量的位置，以便关于第一平面与第一励磁线圈相对；以及电源单元，该电源单元在向第一励磁线圈提供具有第一频率的励磁电流的同时，向第二励磁线圈提供具有与第一频率不同的第二频率的励磁电流，

所述信号转换单元获得由电极所检测到的合成电动势的第一频率和第二频率这两个频率分量的振幅和相位，并根据这些振幅和相位来提取这两个频率分量之间的电动势差作为A/t分量，以及

所述流量输出单元根据所提取的A/t分量来消除由电极所检测到的合成电动势的两个频率分量的电动势和中的v×B分量中所包含的量程变化因素，并从通过消除量程变化因素所获得的结果来计算流体的流量。

8.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于：

所述励磁单元包括：第一励磁线圈，该第一励磁线圈位于与第一平面相距第一偏移量的位置，该第一平面包括所述第一电极并垂直于所述测量管道的轴方向；第二励磁线圈，该第二励磁线圈位于与第一平面相距第二偏移量的位置，以便关于第一平面与第一励磁线圈相对；以及电源单元，该电源单元在向第一励磁线圈提供具有第一频率的励磁电流的同时，向第二励磁线圈提供具有与第一频率不同的第二频率的励磁电流，

所述信号转换单元获得由电极所检测到的合成电动势的第一频率和第二频率这两个频率分量的振幅和相位，并根据这些振幅和相位来提取这两个频率分量的电动势和作为A/t分量，以及

所述流量输出单元根据所提取的A/t分量来消除由电极所检测到的合成电动势的两个频率分量之间的电动势差中的v×B分量中所包含的量程变化因素，并从通过消除量程变化因素所获得的结果来计算流体的流量。

9.根据权利要求5所述的电磁流量计，其特征在于：

所述励磁单元包括：第一励磁线圈，该第一励磁线圈位于与第一平面相距第一偏移量的位置，该第一平面包括所述第一电极并垂直于所述测量管道的轴方向；第二励磁线圈，该第二励磁线圈位于与第一平面相距第二偏移量的位置，以便关于第一平面与第一励磁线圈相对；以及电源单元，该电源单元在向第一励磁线圈提供具有第一频率的励磁电流的同时，向第二励磁线圈提供具有与第一频率不同的第二频率的励磁电流，

所述信号转换单元获得由电极所检测到的合成电动势的第一频率和第二频率这两个频率分量的振幅和相位，并根据这些振幅和相位来提取这两个频率分量的电动势和作为A/t分量，以及

所述流量输出单元根据所提取的A/t分量来消除由电极所检测到的合成电动势的两个频率分量之间的电动势差中的v×B分量中所包含的量程变化因素，并从通过消除量程变化因素所获得的结果来计算流体的流量。

10.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于：

电极包括位于沿测量管道轴方向的不同位置的多个电极，以及

所述信号转换单元获得由这多个电极所检测到的合成电动势中的、由至少两个电极所检测到的合成电动势的振幅和相位，以提取A/t分量。

11.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于：

所述励磁单元包括向流体施加磁场的励磁线圈以及向该励磁线圈提供励磁电流的电源单元，

所述电极包括：第一电极，该第一电极位于与第二平面相距第一偏移量的位置，该第二平面包括励磁线圈的轴且垂直于所述测量管道的轴方向；以及第二电极，该第二电极位于与第二平面相距第二偏移量的位置，以便关于该第二平面与第一电极相对，

所述信号转换单元获得由第一电极所检测到的第一合成电动势和由第二电极所检测到的第二合成电动势的振幅和相位，并根据这些振幅和相位来提取第一合成电动势和第二合成电动势之间的电动势差作为A/t分量，以及

所述流量输出单元根据所提取的A/t分量来消除第一合成电动势和第二合成电动势的电动势和中的v×B分量中所包含的量程变化因素，并从通过消除量程变化因素所获得的结果来计算流体的流量。

12.根据权利要求10所述的电磁流量计，其特征在于：

所述励磁单元包括向流体施加磁场的励磁线圈以及向该励磁线圈提供励磁电流的电源单元，

所述电极包括：第一电极，该第一电极位于与第二平面相距第一偏移量的位置，该第二平面包括励磁线圈的轴且垂直于所述测量管道的轴方向；以及第二电极，该第二电极位于与第二平面相距第二偏移量的位置，以便关于该第二平面与第一电极相对，

所述信号转换单元获得由第一电极所检测到的第一合成电动势和由第二电极所检测到的第二合成电动势的振幅和相位，并根据这些振幅和相位来提取第一合成电动势和第二合成电动势之间的电动势差作为A/t分量，以及

所述流量输出单元根据所提取的A/t分量来消除第一合成电动势和第二合成电动势的电动势和中的v×B分量中所包含的量程变化因素，并从通过消除量程变化因素所获得的结果来计算流体的流量。

13.根据权利要求1所述的电磁流量计，其特征在于：

所述励磁单元包括向流体施加磁场的励磁线圈以及向该励磁线圈提供励磁电流的电源单元，

所述电极包括：第一电极，该第一电极位于与第二平面相距第一偏移量的位置，该第二平面包括励磁线圈的轴且垂直于所述测量管道的轴方向；以及第二电极，该第二电极位于与第二平面相距第二偏移量的位置，以便关于该第二平面与第一电极相对，

所述信号转换单元获得由第一电极所检测到的第一合成电动势和由第二电极所检测到的第二合成电动势的振幅和相位，并根据这些振幅和相位来提取第一合成电动势和第二合成电动势的电动势和作为A/t分量，以及

所述流量输出单元根据所提取的A/t分量来消除第一合成电动势和第二合成电动势之间的电动势差中的v×B分量中所包含的量程变化因素，并从通过消除量程变化因素所获得的结果来计算流体的流量。

14.根据权利要求10所述的电磁流量计，其特征在于：

所述励磁单元包括向流体施加磁场的励磁线圈以及向该励磁线圈提供励磁电流的电源单元，

所述电极包括：第一电极，该第一电极位于与第二平面相距第一偏移量的位置，该第二平面包括励磁线圈的轴且垂直于所述测量管道的轴方向；以及第二电极，该第二电极位于与第二平面相距第二偏移量的位置，以便关于该第二平面与第一电极相对，

所述信号转换单元获得由第一电极所检测到的第一合成电动势和由第二电极所检测到的第二合成电动势的振幅和相位，并根据这些振幅和相位来提取第一合成电动势和第二合成电动势的电动势和作为A/t分量，以及

所述流量输出单元根据所提取的A/t分量来消除第一合成电动势和第二合成电动势之间的电动势差中的v×B分量中所包含的量程变化因素，并从通过消除量程变化因素所获得的结果来计算流体的流量。

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