WO2006033365A1

WO2006033365A1 - 状態検出装置

Info

Publication number: WO2006033365A1
Application number: PCT/JP2005/017409
Authority: WO
Inventors: Tomoshige Yamamoto
Original assignee: Yamatake Corporation
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2005-09-21
Publication date: 2006-03-30
Also published as: CN100434874C; US20080028867A1; US7487052B2; JP2006090794A; CN101061372A; JP4527484B2

Description

明細書

状態検出装置

技術分野

[0001] 本発明は、流体の特性や状態あるいは流体が流れる測定管内の状態を検出する状態検出装置に関するものである。

背景技術

[0002] 一般に、流量計を用いて流量計測を行う場合には、被測定流体の流量と共にその流体の特性や状態ある、は流体が流れる配管内の状態を検出した、と、う要求がある。例えば、薬液等を混合する製造ラインにおいては、流体の流量と共に、導電率や誘電率などの流体の特性を計測している。また、付着物の多い配管では、そのメンテナンス周期を知るために配管内の付着物の堆積状態を計測している。また、下水道などでは、流量計測と共に、水位などの流体の状態や配管内の付着物の堆積状態を計測することが望まれており、実際に流量計と別の計測機器を使用して、流体の状態や配管内の状態を計測している。

[0003] このように、流体の流量と共に、その流体の特性や状態ある、は流体が流れる配管内の状態を計測したいという要求があり、加えてこれらの計測を流量計と基本的に同一のハードウェア構成で実現したいという要求がある。つまり、流体の流量を計測したり、流体の導電率を計測したり、また流量と導電率を同時に計測したりといったように様々な使い方を 1台の計測機器で任意に選択できることが望まれている。また、流量と状態の同時計測が可能なことが望ましいことから分力るように、流体の流量によらずに、流体の特性あるいは状態を計測できることが重要になる。

[0004] ここで、流量計として電磁流量計を対象としてみると、上記の要求に加えて電磁流量計の自己診断という側面力流体の特性や状態あるいは配管内の状態の計測が望まれている。例えば、流体と接触している電極から電位を取り出す電極式と呼ばれている方式では、電極に絶縁物等が付着すると、電位が精度よく取り出せず、正確な流量を計測することができなくなる。そこで、同じ電極を使って付着物も含めて流体の抵抗が測定できれば、電極への付着物の堆積状態がわかり、流量計測値がおかしいといったトラブルを未然に防ぐことができる。また、一般に電磁流量計は、流体の導電率が規定外の場合、流量計測値に異常が生じる。このとき、流体の抵抗が測定できれば、規定外の導電率を有する流体が流れたときに生じた出力異常が、流量の変化に起因するの力、流体の導電率が異常なことに起因するのかを判断することができ、流量計として自己診断機能を持つことができる。

以上述べたように、流量計と基本的に同じノ、一ドウア構成で流量以外の様々な計測を行、た、と、う要求に対する解決策が望まれて、る。

[0005] 以上のような要求に対する解決策は現在示されて!/、な!/、が、比較的近!、技術として電磁流量計において流速以外のパラメータを検出する装置が、例えば文献 1 (特開平 6— 241855号)や文献 2 (社団法人日本計量機器工業連合会編，「計装ェンジユアのための流量計測 AtoZ」，工業技術社， 1995年， p. 147— 148)に開示されている。文献 1や文献 2には、電磁流量計の応用として、水位、導電率などを計測する場合の例が出ている。この電磁流量計では、配管の上下に設けた励磁コイルを同時に駆動したときに電極力得られる信号起電力と配管の上側の励磁コイルを単独で駆動したときの信号起電力との比力水位を求め、また電極に接続されているプリアンプの入力インピーダンスを変化させたときの信号起電力の比から流体の導電率を求めている。

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0006] し力しながら、文献 1や文献 2に開示された電磁流量計では、流量信号の比を基に流体の特性ある、は状態を検出して、るので、流体の流量が 0に近づくにつれて大きな誤差が発生して精度が悪くなり、流量 0では流体の特性あるいは状態を検出することができな、と、う問題点があった。

[0007] 本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、基本的に電磁誘導方式の流量計と同じノ、一ドウア構成を用いて、流体の流速に関わらず、流体の特性や状態あるいは配管内の状態を精度良く検出することができる状態検出装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段 [0008] 本発明は、流体が流れる測定管と、この測定管の軸方向と垂直な第 1の平面に対して非対称かつ時間変化する磁場を流体に印加する励磁部と、前記測定管における第 1の平面上に配設され、前記流体印加される磁場と前記流体の流れとによって生じた、前記流体の流速とは無関係な 3 AZ 3 成分 (Aはベクトルポテンシャル、 tは時間）の起電力と前記流体の流速に起因する v X B成分 (Vは流速、 Bは磁束密度）の起電力との合成起電力を検出する電極と、前記電極で検出される合成起電力から前記 3 AZ 3 成分を抽出し、この 3 AZ 3 成分の中から検出対象のパラメータに依存する変動要因を抽出して、この変動要因に基づいて前記パラメータを定量化する状態定量化部とを備え、前記パラメータは、前記流体の特性、状態、および前記測定管内の状態の少なくとも 1つであることを特徴とする。

発明の効果

[0009] 本発明によれば、流体の流速に依存する V X B成分と流体の流速に依存しな、 d A/ d t成分の合成ベクトルから 3 AZ 3 成分を抽出する。この抽出した 3 AZ 3 成分を用いれば、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を計測することが可能になり、流体の流量と共にその流体の特性や状態あるいは流体が流れる測定管内の状態を検出したいという要求に対する解決策となる。つまり、基本的に電磁誘導方式の流量計と同じノ、一ドウエア構成を用いて、かつ流体の流速に関わらず、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を精度良く検出する装置を提供することができる。さらに、本発明の技術を用いることにより、水位、導電率、誘電率などに限ることなく様々な流体の特性あるいは状態を計測するという要求に対応できる。

図面の簡単な説明

[0010] [図 1]図 1は、本発明の状態検出装置の第 1の原理を説明するためのブロック図である。

[図 2]図 2は、図 1の状態検出装置において被測定流体の流量が 0の場合の渦電流および電極間起電力を示す図である。

[図 3]図 3は、図 1の状態検出装置において被測定流体の流量力^でない場合の渦電流および電極間起電力を示す図である。

[図 4]図 4は、図 1の状態検出装置における 3 AZ 3 t成分のベクトルと v X B成分のベクトルと合成ベクトルとを示す図である。

[図 5]図 5は、本発明の状態検出装置の第 2の原理を説明するためのブロック図である。

[図 6]図 6は、図 5の状態検出装置において被測定流体の流量が 0の場合の渦電流および電極間起電力を示す図である。

[図 7]図 7は、図 5の状態検出装置において被測定流体の流量力 SOでない場合の渦電流および電極間起電力を示す図である。

[図 8]図 8は、図 5の状態検出装置において第 1の励磁状態の条件で第 1の励磁コィルのみで励磁した場合の 3 AZ 3 t成分のベクトルと v X B成分のベクトルと合成べクトルとを示す図である。

[図 9]図 9は、図 5の状態検出装置において第 1の励磁状態の条件で第 2の励磁コィルのみで励磁した場合の 3 AZ 3 t成分のベクトルと v X B成分のベクトルと合成べクトルとを示す図である。

[図 10]図 10は、図 5の状態検出装置において第 1の励磁状態の条件で 2つの励磁コィルで励磁した場合の 3 AZ 3 t成分のベクトルと v X B成分のベクトルと合成べタトルとを示す図である。

[図 11]図 11は、図 5の状態検出装置において第 2の励磁状態の条件で第 2の励磁コィルのみで励磁した場合の 3 AZ 3 t成分のベクトルと v X B成分のベクトルと合成べタトルとを示す図である。

[図 12]図 12は、図 5の状態検出装置において第 2の励磁状態の条件で 2つの励磁コィルで励磁した場合の 3 AZ 3 t成分のベクトルと v X B成分のベクトルと合成べタトルとを示す図である。

[図 13]図 13は、本発明の状態検出装置の第 3の原理を説明するためのブロック図である。

[図 14]図 14は、図 13の状態検出装置において被測定流体の流量が 0の場合の渦電流および電極間起電力を示す図である。

[図 15]図 15は、図 13の状態検出装置にお、て被測定流体の流量が 0でな、場合の渦電流および電極間起電力を示す図である。 [図 16]図 16は、図 1の状態検出装置において 3 AZ 3 成分のベクトルを抽出する処理を複素ベクトル表現した図である。

[図 17]図 17は、図 5の状態検出装置において 3 AZ 3 t成分のベクトルを抽出する処理を複素ベクトル表現した図である。

[図 18]図 18は、本発明の状態検出装置における第 1のテーブルの作成方法を説明するための図である。

[図 19]図 19は、本発明の状態検出装置における第 1のテーブルの他の作成方法を説明するための図である。

[図 20]図 20は、本発明の状態検出装置における第 2のテーブルの作成方法を説明するための図である。

[図 21]図 21は、本発明の状態検出装置における第 2のテーブルの他の作成方法を説明するための図である。

[図 22]図 22は、本発明の状態検出装置における第 3のテーブルの作成方法を説明するための図である。

[図 23]図 23は、本発明の状態検出装置における第 3のテーブルの作成方法を説明するための図である。

[図 24]図 24は、本発明の状態検出装置における第 3のテーブルの作成方法を説明するための図である。

[図 25]図 25は、本発明の状態検出装置における第 3のテーブルの他の作成方法を説明するための図である。

[図 26]図 26は、本発明の第 1の実施例の状態検出装置の構成を示すブロック図である。

[図 27]図 27は、本発明の第 1の実施例における状態定量化部の動作を示すフローチャートである。

[図 28]図 28は、本発明の第 1の実施例の状態検出装置で用いる電極の例を示す断面図である。

[図 29]図 29は、本発明の第 1の実施例において測定管内の付着物の厚さと変動要因の大きさとの関係の 1例を示す図である。 [図 30]図 30は、本発明の第 2の実施例の状態検出装置の構成を示すブロック図である。

[図 31]図 31は、本発明の第 2の実施例の状態検出装置で用いる励磁コイルと電極の配置例を示す斜視図である。

[図 32]図 32は、本発明の第 2の実施例の状態検出装置で用いる励磁コイルと電極の配置例を示す断面図である。

[図 33]図 33は、本発明の第 2の実施例において流体の水位または断面積と変動要因の大きさとの関係の 1例を示す図である。

[図 34]図 34は、本発明の第 3の実施例における状態定量化部の動作を示すフローチャートである。

[図 35]図 35は、本発明の第 4の実施例における状態定量化部の動作を示すフローチャートである。

[図 36]図 36は、本発明の第 4の実施例において流体インピーダンスを検出する際の等価回路を示す図である。

[図 37]図 37は、本発明の第 4の実施例において起電力の比の大きさと周波数の関係の 1例を示す図である。

[図 38]図 38は、本発明の第 4の実施例において変動要因の比の大きさと流体インピ一ダンスの抵抗成分との関係の 1例を示す図である。

[図 39]図 39は、本発明の第 5の実施例における状態定量化部の動作を示すフローチャートである。

[図 40]図 40は、本発明の第 5の実施例において流体インピーダンスを検出する際の等価回路を示す図である。

[図 41]図 41は、本発明の第 5の実施例において変動要因の大きさと流体インピーダンスの抵抗成分および容量成分との関係の 1例を示す図である。

[図 42]図 42は、本発明の第 5の実施例において変動要因の大きさと流体インピーダンスの抵抗成分および容量成分との関係の他の例を示す図である。

[図 43]図 43は、第 1の角周波数における流体インピーダンスの抵抗成分および容量成分の解の候補を示す図である。 [図 44]図 44は、第 2の角周波数における流体インピーダンスの抵抗成分および容量成分の解の候補を示す図である。

[図 45]図 45は、流体インピーダンスの抵抗成分および容量成分の解の求め方を説明するための図である。

[図 46]図 46は、本発明の第 6の実施例の状態検出装置の構成を示すブロック図である。

[図 47]図 47は、本発明の第 6の実施例における状態定量化部の動作を示すフローチャートである。

[図 48]図 48は、本発明の第 6の実施例の状態検出装置で用いる励磁コイルと電極の配置例を示す斜視図である。

[図 49]図 49は、本発明の第 6の実施例の状態検出装置で用いる励磁コイルと電極の配置例を示す断面図である。

[図 50]図 50は、本発明の第 6の実施例において流体の水位または断面積と変動要因の大きさとの関係の 1例を示す図である。

[図 51]図 51は、本発明の第 7の実施例における状態定量化部の動作を示すフローチャートである。

[図 52]図 52は、本発明の第 8の実施例における状態定量化部の動作を示すフローチャートである。

[図 53]図 53は、本発明の第 9の実施例における状態定量化部の動作を示すフローチャートである。

発明を実施するための最良の形態

[0011] 本発明を理解するために必要な理論的前提部分について説明する。まず、一般に知られて!/、る数学的基礎知識につ、て説明する。

同一周波数で異なる振幅の余弦波 P'cos(co，t)、正弦波 Q'sin(co，t)は、以下のような余弦波に合成される。 P, Qは振幅、 ωは角周波数である。

P'cos(co.t)+Q'sin(co.t) = (P²+Q²)^1/2 -cos(_W -t- ε )

ただし、 ε =tan¹(Q/P) ·'·(1)

[0012] 式（1)の合成を分析するには、余弦波 P'cos(co，t)の振幅 Ρを実軸、正弦波 Q' si η ( ω，t)の振幅 Qを虚軸にとるように複素座標平面に写像すると都合がよい。すなわち、複素座標平面上において、原点力もの距離 (P² + Q²) ^1/2が合成波の振幅を与え、実軸との角度 ε =tan— i (QZP)が合成波と ω 'tとの位相差を与えることになる。

[0013] また、複素座標平面上においては、以下の関係式が成り立つ。

L · exp {} · ε ) =L' cos、 ε ) +j 'L ' sin ( ε ) … (2)

式（2)は複素ベクトルに関する表記であり、 jは虚数単位である。 Lは複素ベクトルの長さを与え、 εは複素ベクトルの方向を与える。したがって、複素座標平面上の幾何学的関係を分析するには、複素ベクトルへの変換を活用すると都合がよい。

以下の説明では、電極間起電力がどのような挙動を示し、本発明はこの挙動をどのように利用しているかを説明するために、上記のような複素座標平面への写像と、複素ベクトルによる幾何学的分析を採用する。

[0014] 次に、本発明の状態検出装置の説明に必要な物理現象について説明しておく。変化する磁場中を物体が移動する場合、電磁誘導によって 2種類の電界、 (a)磁場の時間変化によって発生する電界 E⁽ⁱ⁾= 3 AZ 3 t、（b)磁場中を物体が動くことにより発生する電界 E^(v)=v X Bが発生する。はとの外積を示し、 d A/ d tは Aの時間による偏微分を示す。 v、 B、 Aはそれぞれ下記に対応しており、 3次元 (x、 y、 z) に方向をもつベクトルである（v:流速、 B :磁束密度、 A：ベクトルポテンシャル (磁束密度とは B=rotAの関係がある））。ただし、ここでの 3次元ベクトルは複素平面上のベクトルとは意味が異なる。この 2種類の電界によって、電位分布が流体中に発生し、この電位は電極によって検出することができる。ここで、流体の流速に無関係な 3 A / d t成分によって流体内に発生する渦電流についてみると、流体を含む測定管内の特性や状態、および電位を取り出す際の入力インピーダンスによって、渦電流の流れる経路や電流密度が変化し、この変化を電位として取り出せば、流体以外の特性や状態を計測することができる。

[0015] [第 1の原理]

図 1は、本発明の状態検出装置の第 1の原理を説明するためのブロック図である。この状態検出装置は、被測定流体が流れる測定管 1と、被測定流体に印加される磁場および測定管 1の軸 PAXの双方と直交し、かつ被測定流体と接触するように測定管 1に対向配置され、前記磁場と被測定流体の流れとによって生じた起電力を検出する一対の電極 2a, 2bと、測定管軸 PAXの方向と直交する、電極 2a, 2bを含む平面 PLNを測定管 1の境としたとき、この平面 PLNを境とする測定管 1の前後で非対称な、時間変化する磁場を被測定流体に印加する励磁コイル 3とを有する。

[0016] 図 1のように、測定管軸 PAXの方向と直交する、電極 2a, 2bを含む平面 PLNを測定管 1の境としたとき、この平面 PLNを境とする測定管 1の前後で非対称な磁場を流体に印加すると、流体の流速に依存する v X B成分と流速に依存しない 3 AZ 3 t成分との合成ベクトルが電極 2a, 2bで検出される。この検出された合成ベクトルの中から、流体の流速に依存しない 3 AZ d t成分を抽出する。抽出した 3 AZ 3 t成分の中には、流体および測定管 1の状態や特性によって変化する成分が含まれており、この成分の値から、流体の導電率や誘電率、水位等の流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を流量に関係なく計測することが可能になる。また、合成ベクトルの中に含まれる vX B成分力一般の電磁流量計と同様にして流速を算出することが可能となる。

[0017] ここで、励磁コイル 3から発生する磁場 Baのうち、電極 2a, 2b間を結ぶ電極軸 EAX ヽて電極軸 EAXおよび測定管軸 PAXの双方と直交する磁場成分 (磁束密度) B1は、以下のように与えられるものとする。

Bl =bl 'cos ( co O't— 0 1) · · · (3)

式（3)において、 blは磁束密度 B1の振幅、 ω θは角周波数、 0 1は磁束密度 B1と co O'tとの位相差 (位相遅れ)である。以下、磁束密度 B1を磁場 B1とする。

[0018] まず、磁場の変化に起因し、流体の流速とは無関係な電極間起電力について説明する。磁場の変化に起因する起電力は、磁場の時間微分 dBlZdtによるので、励磁コイル 3から発生する磁場 B 1を次式のように微分する。

dBlZdt=— co O'bl ' sin ( co O't— θ 1) · · · (4)

被測定流体の流速が 0の場合、発生する渦電流は、磁場の変化に起因する成分のみとなり、磁場 Baの変化による渦電流 Iは、図 2に示すような向きとなる。したがって、電極軸 EAXと測定管軸 PAXとを含む平面内において、磁場 Baの変化によって発生する、流速と無関係な電極間起電力 Eは、図 2に示すような向きとなる。この向きをマィナス方向とする。

[0019] このとき、電極間起電力 Eは、次式に示すように向きを考えた磁場の時間微分 dB lZdtに比例係数 rkをかけ、位相 01を 01+ 000で置き換えたものとなる（rk、 Θ 0 0は、被測定流体の導電率および誘電率と電極 2a, 2bの配置を含む測定管 1の構造に関係する)。

E=rk* coO'bl'sin(coO't— θ 1- θ 00) · · · (5)

そして、式 (5)を変形すると次式となる。

E=rk- ωθ-bl-isin (- θ 1- Θ 00) } -cosi oO-t)

+rk- ωθ-bl-icos (- θ 1— Θ 00) } -sir^ oO't)

=rk' oO'bl'{— sin( θ 1+ θ 00) } ·οο5(ω0·ί)

+rk- _w0-bl-{cos( θ 1+ θ 00) } -sin(_w0-t)

•••(6)

[0020] ここで、式 (6)を coO'tを基準として複素座標平面に写像すると、実軸成分 Ex、虚軸成分 Eyは次式となる。

Ex=rk' coO'bl'{— sin( θ 1+ θ 00)}

=rk* coO'bl'{cos( Z2+ θ 1+ θ 00)} · · · (7)

Ey=rk- _w0-bl-{cos( θ 1+ θ 00)}

=rk* coO'bl'{sin( Z2+ θ 1+ θ 00)} · · · (8)

[0021] さらに、式（7)、式 (8)に示した Ex, Eyを次式に示す複素ベクトル Ecに変換する。

Ec = Ex+j'Ey

=rk- coO'bl-{cos Z2+ θ 1+ θ 00)}

+j'rk- coO'bl'{sin Z2+ θ 1+ θ 00)}

=rk- ωθ-bl

•{cos(7u/2+ θ 1+ θ 00) +j'sin(7u/2+ θ 1+ θ 00)} =rk- ωθ-bl-expij· (π/2+ θ 1+ θ 00)} · · · (9)

[0022] 複素座標に変換された式（9)の電極間起電力 Ecは、磁場の時間変化のみに起因し、流速とは無関係な電極間起電力となる。式（9)の rk' coO'bl'exp{j' (πΖ2 + θ 1+ 000)}は、長さが rk'coO'bl、実軸からの角度が πΖ2+ Θ 1+ 000の複素ベクトルである。

また、前述の比例係数 rkおよび Θ 00は次の複素ベクトル kcで表すことができる。 kc=rk-cos( Θ 00) +j-rk-sin( θ 00)

=rk-exp(j- θ 00) …（10)

式（10)において、 rkはベクトル kcの大きさ、 Θ 00は実軸に対するベクトル kの角度である。

[0023] 次に、被測定流体の流速に起因する電極間起電力について説明する。被測定流体の流速の大きさが V(V≠0)の場合、発生する渦電流には、流速 0のときの渦電流 I に加えて、被測定流体の流速ベクトル Vに起因する成分 vXBaが発生するため、流速ベクトル Vと磁場 Baによる渦電流 Ivは、図 3に示すような向きとなる。したがって、流速ベクトル Vと磁場 Baによって発生する電極間起電力 Evは時間変化によって発生する電極間起電力 Εと逆向きとなり、 Ενの方向をプラス方向とする。

[0024] このとき、流速に起因する電極間起電力 Evは、次式に示すように、磁場 B1に比例係数 rkvをかけ、位相 01を 01+ 001で置き換えたものとなる（rkv、 Θ 01は、流速の大きさ Vと被測定流体の導電率および誘電率と電極 2a, 2bの配置を含む測定管 1 の構造に関係する)。

Ev=rkv{bl'cos(coO't— θ 1~ Θ 01)} ··· (11)

式（ 11)を変形すると次式となる。

Ev=rkvbl-cos( oO-t) -cos (- θ 1~ Θ 01)

— rkv'bl'sin( oO't) -sin (- θ 1- Θ 01)

=rkvbl-{cos( Θ 1+ θ 01) } -cos(_w0-t)

+rkvbl-{sin( Θ 1+ Θ 01) } -sin(_w0-t)

•••(12)

[0025] ここで、式（12)を coO'tを基準として複素座標平面に写像すると、実軸成分 Evx、虚軸成分 Evyは次式となる。

Evx=rkvbl-{cos( Θ 1+ Θ 01)} ··· (13)

Evy=rkvbl-{sin( θ 1+ θ 01)} ··· (14)

さらに、式（13)、式（14)に示した Evx, Evyを次式に示す複素ベクトル Eveに変換する。

Eve = Evx +j · Evy

=rkvbl-{cos( Θ 1+ Θ 01)}

+j-rkvbl-{sin( Θ 1+ Θ 01)}

=rkvbl-{cos( Θ 1+ 0Ol)+j-sin(01+ Θ01)}

=rkvbl-exp{j- ( Θ 1+ Θ 01)} ··· (15)

[0026] 複素座標に変換された式（15)の電極間起電力 Eveは、被測定流体の流速に起因する電極間起電力となる。式（15)の rkvbl'exp{j'(01+ 001)}は、長さ力rk bl、実軸からの角度が 01+ 001の複素ベクトルである。

また、前述の比例係数 rkvおよび Θ 01は次の複素ベクトル kvcであらすことができる kvc=rkvcos( Θ 01) +j 'rkv sin ( θ 01)

=rkvexp(j- θ 01) ··· (16)

式（16)において、 rkvはベクトル kvcの大きさ、 Θ 01は実軸に対するベクトル kvcの角度である。。ここで、 rkvは、前記比例係数 rk (式（10)参照）に流速の大きさ Vと比例係数 γをかけたものに相当する。すなわち、次式が成立する。

rkv= γ -rk-V ··· (17)

[0027] 磁場の時間変化に起因する電極間起電力 Ecと流体の流速に起因する電極間起電力 Eveとを合わせた全体の電極間起電力 Ealcは、式（15)に式（17)を代入した式と、式（9)とを足すことにより、次式で表される。

Ealc=rk- ωθ-bl-expij· (π/2+ θ 1+ θ 00)}

+ γ -rk-V-bl-expij- ( θ 1+ θ 01)} …（18)

[0028] 式（18)力分力るように、電極間起電力 Ealcは、 3 AZ 3 t成分である rk* coO'b l-exp{j - (π/2+ θ 1+ θ 00) }と νΧΒ成分である γ 'rk'V'bl'exp{j' ( θ 1+ θ 01) }の 2個の複素ベクトルにより記述される。そして、この 2個の複素ベクトルを合成した合成ベクトルの長さが出力（電極間起電力 Ealc)の大きさを表し、この合成べタトルの角度 Φが入力（励磁電流）の位相 coO'tに対する電極間起電力 Ealcの位相差 ( 位相遅れ)を表す。 [0029] 角度 θ 00は実軸に対するベクトル kcの角度、角度 Θ 01は実軸に対するベクトル k vcの角度である。この定義を言い換えると、 Θ 00は虚軸に対する 3 AZ 3 t成分の角度、 Θ 01は実軸に対する vXB成分の角度である。ここで、角度 000と 001との関係が 001= 000+ Δ Θ 01である状態における電極間起電力 Ealcを E10とすると、電極間起電力 E10は次式のようになる。

E10=rk- ωθ-bl-expij· (π/2+ θ 1+ θ 00)}

+ γ -rk-V-bl-expij- ( θ 1+ θ 00+ Δ θ 01) }

•••(19)

[0030] 式（19)に示した合成ベクトル中の 3 ΑΖ 3 成分を 3 AZ 3 成分における定数項 Ka = exp(j Z2)と、磁場に関連する項 Blc = bl 'exp (j · θ 1)と、流体の特性や状態に関係する項 C=rk'exp(j' Θ 00)と、角周波数 ωθとの積 ValOで表すと、式（ 19)の右辺第 1項は式（20)で表される。

ValO=Ka-Blc-C- ωθ · · · (20)

[0031] また、合成ベクトル中の vXB成分^ vXB成分における定数項 Kb = γ -exp(j- Δ θ 01)と、磁場に関連する項 Blc = bl'exp(j' θ 1)と、流体の特性や状態に関係する項 C=rk'exp(j. Θ 00)と、流速の大きさ Vとの積 Vb 10で表すと、式（19)の右辺第 2項は式（21)で表される。

VblO=Kb-Blc-C-V ··· (21)

[0032] 図 4にベクトル ValOとベクトル VblOと合成ベクトル（流速 V)ValO+VblOとを示す。この合成ベクトル ValO+ VblOの中力 ValOのみを抽出し、流体の特性や状態による変動要因 Cを取り出せば、流速に依存せずに、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態の変化を知ることができる。合成ベクトルの中から 3 AZ 3 t成分を抽出する方法については、後で一般化して説明する。

[0033] [第 2の原理]

図 5は、本発明の状態検出装置の第 2の原理を説明するためのブロック図である。この状態検出装置は、測定管 1と、電極 2a, 2bと、測定管軸 PAXの方向と直交する、電極 2a, 2bを含む平面 PLNを測定管 1の境としたとき、この平面 PLNを境とする測定管 1の前後で非対称な、時間変化する磁場を被測定流体に印加する第 1の励磁コィル 3a、第 2の励磁コイル 3bとを有する。第 1の励磁コイル 3aは、平面 PLNから例えば下流側にオフセット距離 dlだけ離れた位置に配設される。第 2の励磁コイル 3bは、平面 PLNカゝら例えば上流側にオフセット距離 d2だけ離れた位置に配設される。

[0034] 図 5の状態検出装置は、図 1の状態検出装置に対して励磁コイルを 1個追加したものである。新たに追加する第 2の励磁コイル 3bを既存の第 1の励磁コイル 3aと同じ側に追加した場合には、図 1の冗長な構成となる。したがって、第 2の励磁コイル 3bは、電極 2a, 2bを含む平面 PLNを挟んで第 1の励磁コイル 3aと異なる側に配置する必要がある。このような配置にすると、電極 2a, 2bで検出される、第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場 Bbおよび流速に起因する V X B成分と、第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場 Beおよび流速に起因する vXB成分とが同じ方向を向く場合、第 1の励磁コイル 3aの磁場 Bbの変化に起因する 3 AZ 3 t成分と第 2の励磁コイル 3bの磁場 Beの変化に起因する 3 AZ 3 t成分とは逆向きになる。この原理を利用すれば、 d A / d t成分を効率的に取り出すことができる。

[0035] ここで、第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場 Bbのうち、電極 2a, 2b間を結ぶ電極軸 EAX上におヽて電極軸 EAXおよび測定管軸 PAXの双方と直交する磁場成分（磁束密度) B1と、第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場 Beのうち、電極軸 EAX上にお!、て電極軸 EAXおよび測定管軸 PAXの双方と直交する磁場成分 (磁束密度) B2 は、以下のように与えられるものとする。

Bl=bl-cos(_W0-t- θ 1) ··· (22)

B2=b2-cos(_W0-t- θ 2) · · · (23)

式（22)、式（23)において、 bl, b2は磁束密度 Bl, B2の振幅、 ωθは角周波数、 Θ 1, Θ 2は磁束密度 Bl, Β2と coO'tとの位相差 (位相遅れ)である。以下、磁束密度 B 1を磁場 B1とし、磁束密度 B2を磁場 B2とする。

[0036] 磁場の変化に起因する起電力は、磁場の時間微分 dBZdtによるので、第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場 B1と第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場 B2を次式のように微分する。

dBlZdt= oO'cos( oO't) -bl-{sin( θ 1) }

+ oO'sin( oO't) 'bl'{—cos( 01) } • · · (24)

dB2Zdt= oO'cos( oO't) -b2-{sin( Θ 2) }

+ oO，sin( oO't) 'b2'{—cos( 02)}

•••(25)

[0037] 被測定流体の流速が 0の場合、発生する渦電流は、磁場の変化に起因する成分のみとなり、磁場 Bbによる渦電流 II、磁場 Beによる渦電流 12は、図 6に示すような向きとなる。したがって、電極軸 EAXと測定管軸 PAXとを含む平面内において、磁場 Bb の変化によって発生する、流速と無関係な電極間起電力 E1と、磁場 Beの変化によつて発生する、流速と無関係な電極間起電力 E2は、図 6に示すように互いに逆向きとなる。

[0038] このとき、電極間起電力 E1と E2とを足した全体の電極間起電力 Eは、次式に示すように、磁場の時間微分 dBlZdtと dB2Zdtとの差（一 dBlZdt + dB2Zdt)に比例係数 rkを力け、位ネ目差 θ 1, Θ 2をそれぞれ Θ 1+ Θ00, Θ 2+ Θ 00で置き換えたものとなる（rk、 000は、被測定流体の導電率および誘電率と電極 2a, 2bの配置を含む測定管 1の構造に関係する)。

E=rk^# oO'cos、 oO't)

•{-bl-sin( θ 1+ 0OO)+b2-sin(02+ θ 00)}

+rk- ω 0 · sin ( ω 0 · t)

•{bl-cos( θ 1+ 0OO)-b2-cos(02+ θ 00)}

•••(26)

[0039] 被測定流体の流速の大きさが V(V≠0)の場合、発生する渦電流には、流速 0のときの渦電流 II, 12に加えて、被測定流体の流速ベクトル Vに起因する成分 vXBb, V X Beが発生するため、流速ベクトル Vと磁場 Bbによる渦電流 Ivl、流速ベクトル Vと磁場 Beによる渦電流 Iv2は、図 7に示すような向きとなる。したがって、流速ベクトル Vと磁場 Bbによって発生する電極間起電力 Evl、流速ベクトル Vと磁場 Beによって発生する電極間起電力 Ev2は、同じ向きとなる。

[0040] このとき、電極間起電力 Evlと Ev2とを足した全体の電極間起電力 Evは、次式に示すように、磁場 B1と磁場 Β2との和に比例係数 rkvをかけ、位相差 θ 1, Θ 2をそれぞれ 01+ 001, Θ 2+ Θ 01で置き換えたものとなる（rkv、 Θ 01は、流速の大きさ V と被測定流体の導電率および誘電率と電極 2a, 2bの配置を含む測定管 1の構造に関係する)。

Ev=rkvcos ( ω 0 · t)

•{bl-cos( θ 1+ 0Ol)+b2-cos(02+ θ 01)}

+rkvsin( oO't)

•{bl-sin( Θ 1+ 0Ol)+b2-sin(02+ Θ 01)}

•••(27)

[0041] 図 6、図 7で説明した電極間起電力の向きを考慮すると、磁場の時間変化に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力と流体の流速に起因する電極間起電力を複素べクトルに変換した起電力とを合わせた全体の電極間起電力のうち、角周波数 ω 0の成分 Ea2cは、式（26)、式（27)に式（17)を適用することにより次式で表される。

Ea2c=rk- ωθ-bl-expij· (π/2+ θ 1+ θ 00)}

+ γ -rk-V-bl-expij- ( θ 1+ θ 01)}

+rk- _W0-b2-exp{j- (- π/2+ θ 2+ θ 00)}

+ γ -rk-V-b2-exp{j- ( θ 2+ θ 01)} · · · (28)

[0042] ここで、 coO'tに対する磁場 Β1の位相遅れ 01と coO'tに対する磁場 Β2の位相遅れ 02との関係力 S 02= 01+Δ 02で、かつ虚軸に対する 3 AZ 3 成分の角度 0 00と実軸に対する vXB成分の角度 Θ 01との関係力 S Θ01= Θ 00+ Δ Θ 01である状態を励磁状態 ST1とし、この励磁状態 ST1における電極間起電力 Ea2cを Ε20とすると、電極間起電力 E20は次式のようになる。

E20=rk-exp{j- ( Θ 1+ Θ 00)}

•exp(j- π/2) -{bl-b2- exp(j- Δ Θ 2)}· ωθ

+rk-exp{j- ( Θ 1+ Θ 00)}

• y -exp(j- Δ Θ 01)•{bl+b2-exp(j- Δ Θ 2)}-V

•••(29)

[0043] また、磁場 Blと磁場 B2との位相差が励磁状態 ST1から一定値 πだけ変化し（ Θ 2 = π + 01+ Δ 02)、力つ 001= 000+ Δ θ 01である状態を励磁状態 ST2とし、この励磁状態 ST2における電極間起電力 Ea2cを E20Rとすると、電極間起電力 E2 ORは式（29)より次式のようになる。

E20R=rk-exp{j- ( θ 1 + Θ 00) }

•exp(y π /2) · {bl+b2-exp(y θ 2) } · ω 0

+rk-exp{j- ( θ 1+ θ 00)}

• y -exp(j- Δ θ 01) -{bl-b2-exp(j- Δ θ 2)}-V

• · · (30)

[0044] 式（29)の右辺第 1項と式（30)の右辺第 1項とを合わせたもの力第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場の変化に起因する 3 AZ 3 t成分と第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場の変化に起因する 3 AZ 3 成分とを合わせた全ての 3 AZ 3 成分となり、式（29)の右辺第 2項と式（30)の右辺第 2項とを合わせたもの力第 1の励磁コィル 3aから発生する磁場および流体の流速に起因する V X B成分と第 2の励磁コイル 3 bから発生する磁場および流体の流速に起因する V X B成分とを合わせた全ての V X B成分となる。

[0045] ここで、測定管軸 PAXと直交する、電極 2a, 2bを含む平面 PLN力も第 1の励磁コィル 3aまでの距離 dlと平面 PLN力も第 2の励磁コイル 3bまでの距離 d2とが略等しヽとすると（dl d2)、 bl b2、 Δ θ 2 0になる。この場合、式（29)、式（30)は以下のようになる。

E20=rk-exp{j- ( Θ 1+ Θ 00)}

•{2-bl- γ -V-exp(j- Δ θ 01)} ··· (31)

E20R=rk-exp{j- ( θ 1 + θ 00) }

•{2·Β1· ωΟ·Θχρ(]· π/2)} · · · (32)

[0046] すなわち、電極間起電力 Ε20はほぼ νΧΒ成分の起電力のみとなり、電極間起電力 E20Rはほぼ 3 ΑΖ 3 t成分の起電力のみとなるので、第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場と第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場の位相差をおよそ πに保てば、 dA/d t成分を効率良く抽出できることが分かる。

[0047] 式（29)の合成ベクトル中の 3 AZ 3 t成分にお!、て、第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場による部分を、 dA/d t成分における定数項 Ka = exp (j · π /2)と、第 1 の励磁コィル3&から発生する磁場に関連する項81じ=1)1 (;1' θ 1)と、流体の特性や状態に関係する項 C=rk'exp(j' Θ 00)と、角周波数 ωθとの積 ValOで表すと、 ValOは式（33)で表され、式（30)における d A/ d t成分も ValOで表される。 ValO=Ka-Blc-C- ωθ · · · (33)

[0048] 式（29)の合成ベクトル中の ν X Β成分にお!、て、第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場による部分を、 vXB成分における定数項 Kb= y ·Θχρ(]·Δ θ 01)と、第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場に関連する項 Blc = bl'exp(j' θ 1)と、流体の特性や状態に関係する項 C=rk'exp(j' Θ 00)と、流速の大きさ Vとの積 Vb 10で表すと、 V b 10は式（34)で表され、式（30)における vXB成分も VblOで表される。

VblO=Kb-Blc-C-V · · · (34)

図 8に、ベクトル ValOとベクトル VblOと合成ベクトル（流速 V)ValO+VblOとを示す。図 8において、 Reは実軸、 Imは虚軸である。

[0049] 式（29)の合成ベクトル中の d A/ d t成分にお!、て、第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場による部分を、 dA/d t成分における定数項 Ka= -exp (j · π /2)と、第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場に関連する項 B2c=b2'exp{j' ( θ 1+Δ θ 2 ) }と、流体の特性や状態に関係する項 C=rk'exp(j' Θ 00)と、角周波数 ωθとの積 Va20で表すと、 Va20は式（35)で表される。

Va20=-Ka-B2c-C- ωθ · · · (35)

[0050] 式（30)の励磁状態 ST2は式（29)の励磁状態 ST1と比べて磁場の位相が πだけずれるので磁場の向きが反転し、第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場に関連する項が一 B2c=— b2'exp{j'(01+Δ θ 2)}になる。したがって、式（30)の合成べクトル中の 3 ΑΖ 3 t成分において、第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場による部分を、 3 AZ 3 t成分における定数項—Kaと、第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場に関連する項 B2cと、流体の特性や状態に関係する項 Cと、角周波数 ωθとの積 Va 20Rで表すと、 Va20Rは式（36)で表される。

Va20R=-Ka- (~B2c) - C- ωθ · · · (36)

[0051] 式（29)の合成ベクトル中の ν X Β成分にお!、て、第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場による部分を、 vX B成分における定数項 Kb= y · Θχρ (] · Δ θ 01)と、第 2の励磁コイル 3b力も発生する磁場に関連する項 B2c=b2'exp{j ' ( 0 1 + Δ 0 2) }と、流体の特性や状態に関係する項 C=rk'exp (j ' Θ 00)と、流速の大きさ Vとの積 Vb20 で表すと、 Vb20は式（37)で表される。

Vb20=Kb -B2c-C-V · · · (37)

[0052] 図 9に、ベクトル Va20とベクトル Vb20と合成ベクトル（流速 V)Va20+Vb20とを示す。また、図 10に、ベクトル VasOとベクトル VbsOと合成ベクトル（流速 V)VasO+Vb sOとを示す。ここで、ベクトル VasOは、第 1の励磁コイル 3aと第 2の励磁コイル 3bで励磁した場合の d A/ d t成分のベクトル ValO+Va20=Ka' (Blc— B2c) -C- ω 0を表す。また、ベクトル VbsOは、同じく第 1の励磁コイル 3aと第 2の励磁コイル 3bで励磁した場合の vX B成分のベクトル Vb 10+ Vb20=Kb ' (Blc + B2c) 'C'Vを表す。

[0053] 前述のとおり、励磁状態 ST2は励磁状態 ST1と比べて磁場の位相が πだけずれるので、第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場に関連する項が B2cになる。したがつて、式（30)の合成ベクトル中の vX B成分において、第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場による部分を、 v X B成分における定数項 Kbと、第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場に関連する項 B2cと、流体の特性や状態に関係する項 Cと、流速の大きさ Vとの積 Vb20Rで表すと、 Vb20Rは式 (38)で表される。

Vb20R=Kb - (-B2c) -C-V · · · (38)

[0054] 図 11に、ベクトル Va20Rとベクトル Vb20Rと合成ベクトル（流速 V) Va20R+Vb2 ORとを示す。また、図 12に、ベクトル VasORとベクトル VbsORと合成ベクトル（流速 V )VasOR+VbsORとを示す。ここで、ベクトル VasORは、第 1の励磁コイル 3aと第 2の励磁コイル 3bで励磁した場合の d A/ d t成分のベクトル ValO+Va20R=Ka' (B lc + B2c) 'C ' ω θを表す。また、ベクトル VbsORは、同じく第 1の励磁コイル 3aと第 2 の励磁コイル 3bで励磁した場合の vX B成分のベクトル VblO+Vb20R=Kb ' (Blc -B2c) 'C'Vを表す。

[0055] 式（33)、式（34)、式（36)、式（38)より、励磁状態 ST2において電極 2a, 2bで検出される d A/ d t成分 ValO+Va20R (式（30)の右辺第 1項）と、成分 !)^) +Vb20R (式（30)の右辺第 2項）は次式で表される。

ValO+Va20R=Ka- (Blc + B2c) -C- ω θ · · · (39)

VblO+Vb20R=Kb - (Blc— B2c) -C-V · · · (40)

[0056] この 3 A/ 3 t成分と vX B成分の合成ベクトル E20R (=ValO+Va20R+VblO

+Vb20R)の中から d A/ d t成分 ValO+Va20Rのみを抽出し、流体の特性や状態による変動要因 Cを取り出せば、流速に依存せずに、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態の変化を知ることができる。合成ベクトルの中から 3 AZ 3 t成分を抽出する方法については、後で一般化して説明する。

[0057] [第 3の原理]

図 13は、本発明の状態検出装置の第 3の原理を説明するためのブロック図である。この状態検出装置は、測定管 1と、被測定流体に印加される磁場および測定管軸 P AXの双方と直交し、かつ被測定流体と接触するように測定管 1に対向配置され、前記磁場と被測定流体の流れとによって生じた起電力を検出する第 1の電極 2a, 2bおよび第 2の電極 2c, 2dと、測定管軸 PAXと直交する、第 1の電極 2a, 2bを含む平面を PLN1、測定管軸 PAXと直交する、第 2の電極 2c, 2dを含む平面を PLN2としたとき、平面 PLN1を境とする測定管 1の前後で非対称な、時間変化する磁場を被測定流体に印加すると同時に、平面 PLN2を境とする測定管 1の前後で非対称な、時間変化する磁場を被測定流体に印加する励磁コイル 3とを有する。第 1の電極 2a, 2b は、励磁コイル 3の軸を含む、測定管軸 PAXの方向と垂直な平面 PLN3から例えば上流側にオフセット距離 d3だけ離れた位置に配設される。第 2の電極 2c, 2dは、平面 PLN3から例えば下流側にオフセット距離 d4だけ離れた位置に配設される。

[0058] 図 13の状態検出装置は、図 1の状態検出装置に対して電極を 1対追加したものである。新たに追加する第 2の電極 2c, 2dを既存の第 1の電極 2a, 2bと同じ側に追カロした場合には、図 1の冗長な構成となる。したがって、第 2の電極 2c, 2dは、励磁コィル 3を挟んで第 1の電極 2a, 2bと異なる側に配置する必要がある。このような配置にすると、第 1の電極 2a, 2bで検出される、励磁コイル 3から発生する磁場および流速に起因する vX B成分と、第 2の電極 2c, 2dで検出される、励磁コイル 3から発生する磁場および流速に起因する vX B成分とは同じ方向になる力第 1の電極 2a, 2bで検出される、励磁コイル 3から発生する磁場の変化に起因する 3 AZ 3 成分と、第 2 の電極 2c, 2dで検出される、励磁コイル 3から発生する磁場の変化に起因する 3 A / d t成分とは逆向きになる。この原理を利用すれば、 3 AZ 3 成分を効率的に取り出すことができる。

[0059] ここで、励磁コイル 3から発生する磁場 Bdのうち、電極 2a, 2b間を結ぶ電極軸 EA XI上において電極軸 EAX1および測定管軸 PAXの双方と直交する磁場成分 (磁束密度） B3と、励磁コイル 3から発生する磁場 Bdのうち、電極 2c, 2d間を結ぶ電極軸 EAX2上において電極軸 EAX2および測定管軸 PAXの双方と直交する磁場成分 (磁束密度) B4は、以下のように与えられるものとする。

B3=b3-cos(_W0-t- Θ 3) …（41)

B4=b4'cos(co0't— 04) · · · (42)

[0060] 但し、 B3、 B4は 1つの励磁コイル 3から発生しているので、 b3と b4、 03と 04は互いに関係があり、独立変数ではない。式 (41)、式 (42)において、 b3, b4は磁束密度 B3, B4の振幅、 ωθは角周波数、 Θ 3, 04は磁束密度 Β3, Β4と coO'tとの位ネ目差 (位相遅れ)である。以下、磁束密度 B3を磁場 B3とし、磁束密度 B4を磁場 B4とする。

[0061] 磁場の変化に起因する起電力は、磁場の時間微分 dBZdtによるので、励磁コイル 3から発生する磁場 Bdのうち、 B3, B4を次式のように微分する。

dB3Zdt= coO-cos(coO-t) -b3-{sin( θ 3) }

+ coO'sin(coO't) 'b3'{—cos( 03)}

• · · (43)

dB4Zdt= oO'cos( oO't) -b4-{sin( Θ 4)}

+ oO'sin( oO't) -b4-{-cos( Θ 4)}

• · · (44)

[0062] 被測定流体の流量が 0の場合、発生する渦電流は、磁場の変化に起因する成分のみとなり、磁場 Bdの変化による渦電流 Iは、図 14に示すような向きとなる。したがって、電極軸 EAX1と測定管軸 PAXとを含む平面内において磁場 Bdの変化によって発生する電極 2a, 2b間の、流速と無関係な第 1の電極間起電力 Elと、電極軸 EAX2と測定管軸 PAXとを含む平面内において磁場 Bdの変化によって発生する電極 2c, 2 d間の、流速と無関係な第 2の電極間起電力 E2は、図 14に示すように互いに逆向きとなる。

[0063] このとき、第 1の電極間起電力 E1と第 2の電極間起電力 E2は、次式に示すように、起電力の向きを加えた磁場の時間微分（一 dB3Zdt、 dB4/dt)に比例係数 rkをかけ、位相差 03, Θ 4をそれぞれ Θ 3+ Θ 00, Θ4+ Θ 00で置き換えたものとなる（rk 、 Θ 00は、被測定流体の導電率および誘電率と電極 2a, 2b, 2c, 2dの配置を含む測定管 1の構造に関係する)。

El=rk， coO'cos(coO't) -b3-{-sin( θ 3+ θ 00)}

+rk' coO'sin(coO't) -b3-{cos( θ 3+ θ 00)}

• · · (45)

E2=rk， coO'cos(coO't) -b4-{sin( Θ 4+ Θ 00) }

+rk' coO'sin(coO't) -b4-{-cos( Θ 4+ Θ 00) }

• · · (46)

[0064] 被測定流体の流速の大きさが V(V≠0)の場合、発生する渦電流には、流速 0のときの渦電流 Iにカ卩えて、被測定流体の流速ベクトル Vに起因する成分 vX Bdが発生するため、流速ベクトル Vと磁場 Bdによる渦電流 Ivは、図 15に示すような向きとなる。したがって、流速ベクトル Vと磁場 Bdによって発生する第 1の電極間起電力 Evl、流速ベクトル Vと磁場 Bdによって発生する第 2の電極間起電力 Εν2は、同じ向きとなる。

[0065] このとき、第 1の電極間起電力 Evlと第 2の電極間起電力 Ev2は、次式に示すように、起電力の向きを加えた磁場 (B3、 B4)に比例係数 rkvをかけ、位相差 03、 04 をそれぞれ 03+ 001, Θ4+ Θ 01で置き換えたものとなる（rkv、 001は、流速の大きさ Vと被測定流体の導電率および誘電率と電極 2a, 2b, 2c, 2dの配置を含む測定管 1の構造に関係する)。

Evl=rkvcos(co0-t) -b3-cos( Θ 3+ θ 01)

+rkv'sin 0't) -b3-sin( Θ 3+ Θ 01) · · (47)

Ev2=rkvcos( o0-t) -b4-cos( Θ 4+ Θ 01)

+rkvsin(_W0-t) -b4-sin( Θ 4+ Θ 01) · · (48) [0066] 図 14、図 15で説明した電極間起電力の向きを考慮すると、磁場の時間変化に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力と被測定流体の流速に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力とを合わせた、電極 2a, 2b間の第 1の電極間起電力 Ea3cは、式（17)を用いれば、式（18)に対応して次式で表される。

Ea3c=rk- coO-b3-exp{j- (π/2+ θ 3+ θ 00)}

+ γ -rk-V-b3-exp{j- ( θ 3+ θ 01)} …（49)

[0067] また、磁場の時間変化に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力と被測定流体の流速に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力とを合わせた、電極 2c, 2d間の第 2の電極間起電力 Ea4cは、式（17)を用いれば、式（1 8)に対応して次式で表される。

Ea4c=rk- _W0-b4-exp{j- (- π/2+ θ 4+ θ 00)}

+ γ 'rk'V'b4'exp{j'(04+ θ 01)} · · · (50)

[0068] ここで、 coO'tに対する磁場 Β3の位相遅れ 03と coO'tに対する磁場 Β4の位相遅れ Θ 4との関係を 04= 03+ Δ 04とし、かつ虚軸に対する 3 AZ 3 成分の角度 Θ 00と実軸に対する vXB成分の角度 Θ 01との関係を Θ01= Θ 00+ Δ Θ 01とする。式（49)の第 1の電極間起電力 Ea3cに Θ 01= Θ 00+ Δ Θ 01を代入したものを E3 01、式（50)の第 2の電極間起電力 Ea4cに 04= θ 3+Δ Θ4, Θ 01= Θ 00+ Δ Θ 01を代入したものを E302とすると、第 1の電極間起電力 E301、第 2の電極間起電力 E302は次式で表される。

E301=rk- _W0-b3-exp{j- (π/2+ θ 3+ θ 00)}

+ γ -rk-V-b3-exp{j- ( θ 3+ θ 01)} …（51)

E302=rk- _W0-b4-exp{j- (- π/2+ θ 3+Δ Θ4+ Θ00)}

+ γ -rk-V-b4-exp{j- ( θ 3+ Δ θ 4+ θ 01)}

•••(52)

[0069] 第 1の電極間起電力 E301と第 2の電極間起電力 Ε302との和 E30sおよび差 Ε30 dは次式で示される。

E30s=E301+E302 =rk-exp{j- ( Θ 3+ Θ 00) }

•exp(j- π/2) -{b3-b4-exp(j- Δ Θ 4) } · ω 0

+rk-exp{j- ( Θ 3+ Θ 00) }

- y -exp(j- Δ Θ 01) -{b3 + b4-exp(j- Δ 04) }-V

••• (53)

E30d=E301— E302

=rk-exp{j- ( Θ 3+ Θ 00) }

•exp(j- π/2) -{b3 + b4-exp(j- Δ Θ 4) } · ω 0

+rk-exp{j- ( Θ 3+ Θ 00) }

- y -exp(j- Δ Θ 01) -{b3-b4-exp(j- Δ 04) }-V

• · · (54)

[0070] 式（53)の右辺第 1項が第 1の電極 2a, 2bで検出される起電力と第 2の電極 2c, 2d で検出される起電力との和の中の 3 AZ 3 t成分、式（53)の右辺第 2項が第 1の電極 2a, 2bで検出される起電力と第 2の電極 2c, 2dで検出される起電力との和の中の vXB成分となる。また、式（54)の右辺第 1項が第 1の電極 2a, 2bで検出される起電力と第 2の電極 2c, 2dで検出される起電力との差の中の 3 AZ 3 t成分、式（54)の右辺第 2項が第 1の電極 2a, 2bで検出される起電力と第 2の電極 2c, 2dで検出される起電力との差の中の V X B成分となる。

[0071] ここで、励磁コイル 3の軸を含む平面 PLN3から電極 2a, 2b間を結ぶ電極軸 EAX 1までの距離 d3と平面 PLN3から電極 2c, 2d間を結ぶ電極軸 EAX2までの距離 d4 とが略等しぃとすると ^^ 、！^^!^、 Δ 04 0になる。この場合、式（53)、式 (54)は以下のようになる。

E30s=rk-exp{j- ( Θ 3+ Θ 00) }

•{2-b3- γ -V-exp(j- Δ θ 01) } · · · (55)

E30d=rk-exp{j- ( θ 3+ θ 00) }

•{2·Β3· ωΟ·Θχρ(]· π/2) } · · · (56)

[0072] すなわち、第 1の電極間起電力と第 2の電極間起電力との和 E30sはほぼ vXB成分の起電力のみとなり、第 1の電極間起電力と第 2の電極間起電力との差 E30dはほぼ dA/d t成分の起電力のみとなるので、第 1の電極間起電力と第 2の電極間起電力との差をとれば、 3 AZ 3 成分を効率良く抽出できることが分かる。。

[0073] 式（51)の第 1の電極間起電力 E301の合成ベクトル中の 3 AZ 3 t成分を、 3AZ

3t成分における定数項 Ka = exp(j' πΖ2)と、励磁コイル 3から発生する磁場に関連する項じ3=1)3^ 0' Θ 3)と、流体の特性ゃ状態に関係する項じ=^^ (;1' Θ 00)と、角周波数 ωθとの積 Va30で表すと、 Va30は式（57)で表される。

Va30=Ka-Bc3-C- ωθ · · · (57)

[0074] 式（51)の第 1の電極間起電力 E301の合成ベクトル中の νΧΒ成分を、 vXB成分における定数項 Kb = γ ·Θχρ(]·Δ θ 01)と、励磁コイル 3から発生する磁場に関連する項。3=1)3 (;1' Θ 3)と、流体の特性ゃ状態に関係する項じ=^^ (;1' Θ 00)と、流速の大きさ Vとの積 Vb30で表すと、 Vb30は式（58)で表される。

Vb30=Kb-Bc3-C-V · · · (58)

[0075] 式（52)の第 2の電極間起電力 E302の合成ベクトル中の 3 AZ 3 t成分を、 3AZ

3t成分における定数項— Ka=— exp(j' πΖ2)と、励磁コイル 3から発生する磁場に関連する項 4=1)4^ {;1'( θ 3+Δ θ 4) }と、流体の特性や状態に関係する項 C=rk'exp(j. Θ 00)と、角周波数 ωθとの積 Va40で表すと、 Va40は式（59)で表される。

Va40=-Ka-Bc4-C- ωθ · · · (59)

[0076] 第 1の電極間起電力 E301と第 2の電極起電力 Ε302との差をとる場合は（E301— Ε302)となることを考慮し、式（59)の Va40の符号を反転させたものを Va40Rとして (Va40R= -Va40)、式（60)のように定義しておく。

Va40R=Ka - Bc4 · C · ω 0 · · · (60)

[0077] 式（52)の第 2の電極間起電力 Ε302の合成ベクトル中の vXB成分を、 vXB成分における定数項 Kb = γ ·Θχρ(]·Δ θ 01)と、励磁コイル 3から発生する磁場に関連する項8じ4=1)4 {;1'( θ 3+Δ θ 4) }と、流体の特性や状態に関係する項 C=rk •exp(j- θ 00)と、流速の大きさ Vとの積 Vb40で表すと、 Vb40は式（61)で表される

Vb40=Kb-Bc4-C-V ··· (61) [0078] 第 1の電極間起電力 E301と第 2の電極起電力 E302との差をとる場合は（E301— E302)となることを考慮し、式（61)の Vb40の符号を反転させたものを Vb40Rとして (Vb40R= -Vb40)、式（62)のように定義しておく。

Vb40R = - Kb · Bc4 · C · V · · · (62)

[0079] 式（57)、式（58)、式（60)、式（62)より、起電力差 E30dの中で、励磁コイル 3から発生する磁場の変化に起因する 3 AZ 3 t成分 Va30+ Va40R (式（54)の右辺第 1 項）と、励磁コイル 3から発生する磁場および流速に起因する vX B成分 Vb30+Vb4 OR (式（54)の右辺第 2項）は次式で表される。

Va30+Va40R=Ka- (Bc3 + Bc4) -C- ω θ · · · (63)

Vb30+Vb40R=Kb - (Bc3— Bc4) -C-V . . . (64)

[0080] この3 A/ 3 t成分とvX B成分の合成べクトルE30d (=Va30+Va40R+Vb30

+Vb40R)の中から d A/ d t成分 (Va30+Va40R)のみを抽出し、流体の特性や状態による変動要因 Cを取り出せば、流速に依存せずに、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態の変化を知ることができる。

次に、合成ベクトルの中から 3 AZ 3 t成分を抽出する方法について説明する。以後、対象となる流体の特性や状態あるいは測定管内の状態のことをパラメータと呼ぶ

[0081] [第 1の抽出方法]

図 1、図 5、図 13の 3つの構成のいずれにも適用できる抽出方法として、第 1の抽出方法を説明する。この第 1の抽出方法は、 3 AZ 3 t成分は周波数により変動するが、 vX B成分は変動しないことを利用する方法である。ただし、第 1の抽出方法の場合、ノラメータの値で変動する成分 Cがパラメータの値のみに関係し、周波数特性を持たないことが必要になる。

[0082] まず、図 1の構成の場合、励磁コイル 3に角周波数 ω θの励磁電流を供給した場合に電極 2a, 2bで検出される起電力は、以下の 3 AZ 3 t成分のベクトル ValOと vX B成分のベクトル Vb 10の合成べクトル Va 10 + Vb 10〖こ相当する。

ValO=Ka-Blc -C- ω θ …（65)

VblO=Kb -Blc-C-V · · · (66) [0083] d A/ d t成分は流速の大きさ Vに無関係なベクトルであり、 vX B成分は流速の大きさ Vに比例して大きさが変化するベクトルであることに着目すれば、励磁角周波数を ω 0と異なる ω 2としたときの合成ベクトルと励磁角周波数を ω 0としたときの合成べタトルとの差をとれば、 vX B成分がキャンセルされ、 3 AZ 3 t成分が残ることになる。励磁角周波数を ω 2としたときの vX B成分は式 (66)と同じになり、励磁角周波数を ω 2としたときの d A/ d t成分のベクトル Val2は式（65)にお!/、て ω 0を ω 2で置き換えたものとなり、次式のようになる。

Val2=Ka-Blc -C- ω 2 · · · (67)

[0084] 励磁角周波数を ω θとしたときの合成ベクトル ValO+VblOから励磁角周波数を ω 2としたときの合成ベクトル Val2+Vbl0を引けば、 vX B成分がキャンセルされ、 ValO— Val2と同じになる。よって、流速に関係しない 3 AZ 3 t成分 ValO— Val 2を異なる周波数成分の出力差を利用することにより抽出することができる。図 16は、 d A/ d t成分 ValO— Val2を抽出する処理を複素ベクトル表現した図である。

[0085] 次に、図 5の構成の場合、上述のように第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場と第 2 の励磁コイル 3bから発生する磁場の位相差を略 πに保てば、 3 ΑΖ 3 t成分を効率よく抽出することができる。角周波数 ω 0の第 1の励磁電流を第 1の励磁コイル 3aに供給し、第 1の励磁電流との位相差が Δ Θ 2+ πで角周波数が ω θの第 2の励磁電流を第 2の励磁コイル 3bに供給した場合に電極 2a, 2bで検出される起電力は、式（ 39)の d A/ d t成分のベクトル ValO+ Va20Rを VasORとし、式（40)の vX B成分のベクトル VblO+Vb20Rを VbsORとすれば、下記の合成ベクトル VasOR +VbsO Rに相当する。

VasOR=Ka- (Blc + B2c) -C- ω θ · · · (68)

VbsOR=Kb - (Blc-B2c) -C-V · · · (69)

[0086] 図 1の場合と同様に、励磁角周波数を ω 2としたときの v X B成分は式 (69)と同じになり、励磁角周波数を ω 2としたときの 3 ΑΖ 3 t成分のベクトル Vas2Rは式（68)にお!、て ω 0を ω 2で置き換えたものとなり、次式のようになる。

Vas2R=Ka- (Blc + B2c) -C- ω 2 …（70)

[0087] 励磁角周波数を ω θとしたときの合成ベクトル VasOR+ VbsOR力励磁角周波数を ω 2としたときの合成ベクトル Vas2R+VbsORを引けば、 vX B成分がキャンセルされ、 VasOR— Vas2Rと同じになる。よって、流速に関係しない 3 A/ d t成分 VasOR —Vas2Rを異なる周波数成分の出力差を利用することにより抽出することができる。図 17は、 3 AZ 3 t成分 VasOR— Vas2Rを抽出する処理を複素ベクトル表現した図である。

[0088] 次に、図 13の構成の場合、合成ベクトルの中から 3 AZ 3 成分を抽出する方法は、図 5の構成の場合と同様になる。図 5の状態検出装置の場合で説明した抽出方法を図 13の状態検出装置に対応させるには、第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場の影響に起因する起電力を第 1の電極 2a, 2bで検出される起電力に置き換え、第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場の影響に起因する起電力を第 2の電極 2c, 2dで検出される起電力に置き換え、励磁状態 ST1で検出される起電力を起電力和に置き換え、励磁状態 ST2で検出される起電力を起電力差に置き換えればよい。

[0089] [第 2の抽出方法]

図 1、図 5、図 13の 3つの構成のうち、図 5、図 13の構成に適用できる抽出方法として、第 2の抽出方法を説明する。この第 2の抽出方法は、励磁コイルを含む、管軸方向に垂直な平面に対して管軸方向の前後で V X B成分は同じ方向を向、て、るが、 d A/ d t成分は逆方向を向ヽて、ることを利用して V X B成分をキャンセルする方法である。

[0090] 図 5の構成の場合、上述のように第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場と第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場の位相差を略 πに保てば、 3 ΑΖ 3 t成分を効率よく抽出することができる。第 1の抽出方法と同様に、合成ベクトル VasOR+VbsORの中力 d A/ d t成分のベクトル VasORを抽出する。 VasOR》VbsORと近似できる場合は、 VbsOR 0となり、近似的に 3 AZ 3 t成分のベクトル VasORを抽出することができる。

[0091] 初期状態 (校正時の状態）において、第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場 B1と第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場 B2とを等しく設定しておくと、その後の磁場 B1と B2の初期状態力の差は小さくなり、次式の条件が成り立つ。

I bl +b2-exp (j - Δ Θ 2) | > | bl -b2-exp (j - Δ Θ 2) | •••(71)

[0092] また、通常 ωΟ> γ 'Vが成り立つことから、式（71)の条件を考慮すると、式（30)の電極間起電力 E20Rにおいて次式の条件が成り立つ。

I ωΟ·Θχρ(ΐ· π/2)•{bl+b2-exp(j- Δ θ 2)} |

》 I γ ·ν·Θχρ(ΐ· Δ θ 01)• {bl-b2-exp(j- Δ θ 2) } |

•••(72)

[0093] 式（72)の条件を用いて、式（30)の電極間起電力 E20Rを近似した起電力を VasO R'とすると、電極間起電力 VasOR'は次式で表される。

VasOR' =VasOR+VbsOR · · · (73)

VasOR' =rk-exp{j-(01+ 000)}

• ωΟ-expG· π/2) -{Β1+Β2·ΘΧΡ0· Δ θ 2)}

= VasOR · · · (74) よって、第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場と第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場の位相差を利用して、合成ベクトル VasOR+VbsORの中から 3 AZ 3 t成分のベクトル VasORを抽出できることが分かる。

[0094] 次に、図 13の構成の場合、合成ベクトルの中から 3 AZ 3 成分を抽出する方法は、第 1の抽出方法でも説明したとおり、図 5の構成の場合と同様になる。図 13の構成の場合は、第 1の電極 2a, 2bと第 2の電極 2c, 2d間の出力差を利用することにより、合成ベクトル VasOR+VbsORの中から d A/ d t成分のベクトル VasORを抽出することができる。

[0095] 次に、抽出した 3 AZ 3 t成分力前述のパラメータを抽出する方法について説明する。 dK/d t成分に含まれるパラメータには、パラメータによる変動要因が周波数に関係しない (すなわち、周波数の影響を無視できる)第 1のパラメータと、周波数に関係する第 2のパラメータとがある。

[0096] [第 1のパラメータを抽出する方法]

第 1の抽出方法により図 1の構成で抽出される dK/d t成分はベクトル ValO—V al2であり、図 5の構成で抽出される d A/ d t成分はベクトル VasOR— Vas2Rである。抽出された d /d t成分は流速 Vに関係しないので、これを用いて流速以外の流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を計測することが可能になる。ベクトル V alO— Val2と VasOR— Vas2Rのいずれにおいても同様の方法で第 1のパラメータを抽出することが可能なので、ここではベクトル VasOR—Vas2Rから第 1のパラメータを抽出する場合を例にして説明する。

[0097] ベクトル VasOR—Vas2Rにおいて、対象となる第 1のパラメータにより変化する変動要因は C=rk'exp (j · θ 00)で表される。比例係数 rk、虚軸に対する 3 AZ 3 t成分の角度 Θ 00を第 1のパラメータ pの関数としてそれぞれ rk[p]、 θ 00[p]と関数形式で表わし、第 1のパラメータ力 ¾のときの変動要因 Cを Cpとすると、変動要因 Cpは次式で表される。

Cp=rk[p]-exp(j- ΘΟΟ[ρ]) · · · (75)

[0098] また、式（68)、式（70)より、ベクトル VasOR— Vas2Rは次式で表される。

VasOR-Vas2R=Ka- (Blc + B2c) *Cp' (ωθ— ω2)

•••(76)

式 (76)より、対象となる第 1のパラメータによって変化する変動要因 Cpは、次式で表される。

Cp= {VasOR-Vas2R}/{Ka- (Blc + B2c) · (ωθ— ω2)}

•••(77)

[0099] ここで、適当な励磁コイルを用いて、振幅や位相が変動しない磁場を発生させる場合、八成分にぉける磁場に関連する項， B2cは校正時に確認できる値となり、 {VasOR— Vas2R}Z{Ka'(Blc + B2c)'(coO— ω2)}の大きさが rk[p]ゝ {V asOR-Vas2R}/{Ka- (Blc + B2c) · (ωθ— ω2) }の実軸からの角度が Θ 00 [ρ] となるので、第 1のパラメータ ρと比例係数 rk[p]との関係、または第 1のパラメータと角度 Θ 00 [p]との関係を校正時に記憶させておけば、 {VasOR—Vas2R}Z{Ka- ( Blc + B2c) · (ωθ— ω2) }の大きさまたは位相を計算することにより、第 1のパラメ一タ ρを求めることができる。第 1のパラメータ ρは周波数によって変化しないので、任意の周波数を用いて第 1のパラメータ Ρを求めることができる。

[0100] [第 2のパラメータを抽出する方法]

第 2の抽出方法により図 5の構成で抽出される 3 ΑΖ 3 成分は式 (68)のベクトル VasORで表される。抽出された d A/ d t成分は流速 Vに関係しないので、これを用いて流速以外の流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を計測することが可能になる。式（68)のベクトル VasORにおいて、対象となる第 2のパラメータにより変化する変動要因はじ=^^ 0 ' Θ 00)で表される。比例係数 rk、虚軸に対する 3 AZ d t成分の角度 Θ 00を第 2のパラメータ pおよび角周波数 ωの関数としてそれぞれ rk [p, ω ]、 Θ ΟΟ[ρ, ω ]と関数形式で表し、第 2のパラメータが ρで、角周波数が ω θのときの変動要因 Cを CpOとすると、変動要因 CpOは次式で表される。

CpO=rk[p, ω Ο] · Θχρ (ΐ · θ 00[ρ, ω θ]) · · · (78)

[0101] また、式（68)より、ベクトル VasORは次式で表される。

VasOR =Ka- (Blc + B2c) -CpO- ω θ · · · (79)

式 (79)より、対象となる第 2のパラメータによって変化する変動要因 CpOは、次式で表される。

CpO = VasOR/ {Ka- (Blc + B2c) · ω θ} · · · (80)

[0102] ここで、適当な励磁コイルを用いて、振幅や位相が変動しない磁場を発生させる場合、八成分にぉける磁場に関連する項， B2cは校正時に確認できる値となり、 VasOR/ {Ka - (Blc + B2c) · ω 0}の大きさが rk[p, ω 0] , VasOR/ {Ka- (Β lc + B2c) · ω θ}の実軸力の角度が Θ 00 [ρ, ω θ]となるので、励磁角周波数 ω θ における第 2のパラメータ ρと比例係数 rk[p, ω θ]との関係、または励磁角周波数 ω 0における第 2のパラメータ ρと角度 Θ 00 [ρ, ω θ]との関係を校正時に記憶させておけば、 VasOR/ {Ka- (Blc + B2c) · ω 0}の大きさまたは位相を計算することにより、第 2のパラメータ ρを求めることができる。

[0103] ただし、励磁周波数を 1つに固定する場合は第 1のパラメータを求める場合と同等になるので、励磁周波数を 1つに固定しない場合の例として磁場の変動を考慮して第 2のパラメータの値を出力する場合を示しておく。この場合は複数の角周波数下での 3 ΑΖ 3 成分を求めることにより、磁場の変動要因を除去し、誤差の少ない第 2のノラメータの値を出力することが可能になる。

[0104] 式（70)のベクトル Vas2Rにおいて、励磁角周波数 ω 2における変動要因 Cの値を Cp2とすると、変動要因 Cp2とベクトル Vas2Rは、式（78)、式（79)に対応して次式で表される。

Cp2=rk[p, ω2]·Θχρ(ΐ· θ 00[ρ, ω2]) …（81)

Vas2R=Ka- (Blc + B2c) -CpO- ω 2 ··· (82)

[0105] 式 (82)より、対象となる第 2のパラメータによって変化する変動要因 Cp2は、次式で表される。

Cp2=Vas2R/{Ka- (Blc + B2c) · ω 2} ··· (83)

変動要因 CpOと Cp2の間に CpO≠Cp2の関係が成立しているとき、変動要因 CpO と Cp2の比を Cnとすると、式（78)、式（80)、式（81)、式（83)より比 Cnは次式で表される。

Cn=Cp2/CpO

= {rk[p, co2]Zrk[p, ωθ]}

•exp{j- ( θ 00[ρ, ω2]- θ 00[ρ, ωθ])}

= (Vas2R/VasOR) · ( ω 0/ ω 2) · · · (84)

[0106] 式 (84)によれば、比 Cnに磁場の変動要因が含まれておらず、誤差要因を少なくして第 2のパラメータ pを得ることができる。校正時において、励磁角周波数 ωθ, ω2と第 2のパラメータ ρと {rk[p, co2]Zrk[p, ωθ] }との関係を記憶させておくか、あるいは励磁角周波数 ωθ, ω 2と第 2のノラメータ ρと（Θ 00 [ρ, ω2]- ΘΟΟ[ρ, ωθ])との関係を記憶させておけば、（Vas2RZVasOR) -(ω0/ω2)の大きさまたは位相を計算することにより、磁場による変動要因 (例えば磁場のシフト等)を除去した形で第 2のパラメータ ρを求めることができる。

[0107] 次に、複数の第 2のパラメータの値を求める場合にっ、て説明する。各パラメータによる変動要因の周波数特性が異なる場合には複数の励磁角周波数下での 3 ΑΖ 3 t成分を求めることにより、複数の第 2のパラメータの値を求めることが可能になる。ここでは、 2つの第 2のパラメータの値を求める例を示す。 2つの第 2のパラメータのうち、一方を第 3のパラメータ、他方を第 4のパラメータとする。

[0108] 式（68)のベクトル VasORにお!/、て、対象となる第 2のパラメータにより変化する変動要因は C=rk'exp (j · θ ΟΟ)で表される。比例係数 rk、虚軸に対する 3 AZ 3 t成分の角度 Θ 00を第 3のパラメータ p、第 4のパラメータ qおよび角周波数 ωの関数としてそれぞれ rk[p, q, ω]、 Θ 00[p, q, ω ]と関数形式で表し、第 3のパラメータがで、第 4のパラメータが q、かつ角周波数が ωθのときの変動要因 Cの値を CpqOとすると、変動要因 CpqOは次式で表される。

CpqO=rk[p, q, _W0]-exp(j- θ 00 [ρ, q, ωθ])

•••(85)

[0109] また、式（68)より、ベクトル VasORは次式で表される。

VasOR=Ka- (Blc + B2c) -CpqO- ωθ · · · (86)

式 (86)より、対象となる第 3、第 4のパラメータによって変化する変動要因 CpqOは、次式で表される。

CpqO = VasOR/ {Ka- (Blc + B2c) · ωθ} ··· (87)

[0110] また、第 3のパラメータ力 ¾で、第 4のパラメータが q、かつ角周波数が ω 2のときの変動要因 Cの値を Cpq2とすると、変動要因 Cpq2とベクトル Vas2Rは、式（85)、式（86 )に対応して次式で表される。

Cpq2=rk[p, q, _W2]-exp(j- θ ΟΟ [ρ, q, ω2])

•••(88)

Vas2R=Ka- (Blc + B2c) -Cpq2- ω 2 ··· (89)

[0111] 式 (89)より、対象となる第 3、第 4のパラメータによって変化する変動要因 Cpq2は、次式で表される。

Cpq2=Vas2R/{Ka- (Blc + B2c) · ω 2} ··· (90)

Cpql≠Cpq2であるならば、変動要因 CpqOと Cpq2の 2種類の値が求まることになる。

[0112] ここで、適当な励磁コイルを用いて、振幅や位相が変動しない磁場を発生させる場合、八成分にぉける磁場に関連する項， B2cは校正時に確認できる値となる。 VasORZ{Ka' (Blc + B2c) · ω 0}の大きさ力 ¾:k[p, q, ω 0] , VasOR/ {Ka- (Blc + B2c) · ωθ}の実軸からの角度が Θ 00 [p, q, ωθ]となり、 Vas2R/{Ka- (B lc + B2c) · ω2}の大きさが rk[p, q, ω 2] , Vas2R/{Ka- (Blc + B2c) · ω 2}( 実軸からの角度が 0OO[p, q, ω2]となる。

[0113] したがって、励磁角周波数 ωθにおける第 3のパラメータ ρおよび第 4のパラメータ q と比例係数 rk[p, q, ω θ]との関係、並びに励磁角周波数 ω 2における第 3のパラメータ ρおよび第 4のパラメータ qと比例係数 rk[p, q, ω 2]との関係を校正時に記憶させておけば、 VasOR/{Ka- (Blc + B2c) · ω 0}の大きさおよび Vas2RZ{Ka ' (B1 c + B2c) · ω 2}の大きさを計算することにより、第 3のパラメータ ρと第 4のパラメータ q を求めることができる。

[0114] また、励磁角周波数 ω θにおける第 3のパラメータ pおよび第 4のパラメータ qと角度

Θ ΟΟ [ρ, q, ω θ]との関係、並びに励磁角周波数 ω 2における第 3のパラメータおよび第 4のパラメータ qと角度 0 OO [p, q, ω 2]との関係を校正時に記憶させておけば、 VasOR/{Ka- (Blc + B2c) · ω 0}の位相および Vas2RZ{Ka' (Blc + B2c) · ω 2}の位相を計算することにより、第 3のパラメータ ρと第 4のパラメータ qを求めることができる。

[0115] 次に、実装時の留意点について説明する。計測値力も得られる比例係数 rk[p]や!: k[p, ω ]など力パラメータの値 pを求めるためには、逆変換のためのテーブルを予め作成しておく必要がある。比例係数 rk[p]や角度 θ 00 [p]を代表して関数 f [p]で表し、また比例係数 rk[p, ω ]や 0 ΟΟ [ρ, ω ]を代表して関数 f [ρ, ω ] (複数のパラメータを持つ場合は f [p, q, ω ] )で表し、逆変換とテーブルについて説明する。逆変換のためのテーブルを作成する方法としては、校正時の計測結果力も補間してテーブルを作成する方法 (以下、第 1の作成方法と呼ぶ）と、理論式カゝらテーブルを直接作成する方法 (以下、第 2の作成方法と呼ぶ)の 2つがある。

[0116] まず、第 1のパラメータを抽出するためのテーブル（以下、第 1のテーブルと呼ぶ）の第 1の作成方法について説明する。図 18に示すように、校正時に第 1のパラメータが piのとき f [pi] =ylという計測結果が得られ、また第 1のパラメータが p2のとき f [p2] =y2という計測結果が得られたとすれば、 2点間の直線近似により、第 1のパラメータ pは次式で表される。

p= (_P2-pl) / (y2-yl) · (f [p]— yl) +pl · · · (91)

[0117] 式（91)により第 1のテーブルを作成することができ、この第 1のテーブルを用いることで、校正後の実際の計測時に得られる関数 f [P] (比例係数 rk[p]または角度 Θ 00 [P] )から第 1のパラメータ Pを求めることができる。なお、ここでは直線近似の例を示したが、多項式でも同様に逆変換できる。

[0118] 次に、第 1のテーブルの第 2の作成方法について説明する。第 1のパラメータ pと y

=f[p]との関係が設計時に理論式として求まり、逆関数 f^_1(y)が存在する場合には、第 1のパラメータ pは次式で表される。

P=f^_1(f[p]) -"(92)

式（92)の関係を図 19に示す。式（92)を第 1のテーブルとして記憶しておけば、校正後の実際の計測時に得られる関数 f[p]から第 1のパラメータ Pを求めることができる

[0119] 次に、 1つの第 2のパラメータを抽出するためのテーブル（以下、第 2のテーブルと呼ぶ）の第 1の作成方法について説明する。図 20に示すように、校正時に第 2のパラメータが piのとき、励磁角周波数 ωθにおける f [pi, ωθ]の値と励磁角周波数 ω 2 における f [pi, ω 2]の値との比が rylになるという計測結果が得られ、また第 2のパラメータが _P2のとき、励磁角周波数 ωθにおける f[p2, ωθ]の値と励磁角周波数 ω 2 における f[p2, ω 2]の値との比が ry2になるという計測結果が得られたとすれば、 2 点間の直線近似により、第 2のパラメータ pは次式で表される。

P=(p2-pl)/(ry2-ryl)

•(f[p, ω2]/ί[ρ, ωθ]— ryl)+pl · · · (93)

[0120] 式（93)により第 2のテーブルを作成することができ、この第 2のテーブルを用いることで、校正後の実際の計測時に得られる関数の比 f[P, ω2]/ί[ρ, ωθ]から第 2のノメータ ρを求めることができる。関数 f[p, ω2]は比例係数 rk[p, ω 2]または角度 ΘΟΟ[ρ, ω2]であり、関数 f[p,

ωθ]また ίま角度 000[p, ωθ]である。なお、ここでは直線近似の例を示した力多項式でも同様に逆変換できる。

[0121] 次に、第 2のテーブルの第 2の作成方法について説明する。第 2のパラメータ ρと励磁角周波数 ωにおける y=f[p, ω]との関係が設計時に理論式として求まり、関数の比 f[p, ωΟ]/ί[ρ, ω2]を ry=g[p]として表したときに、逆関数 g— ρ]が存在する場合には、第 2のパラメータ pは次式で表される。

P=g^_1(g[p]) - - - (94) 式（94)の関係を図 21に示す。式（94)を第 2のテーブルとして記憶しておけば、校正後の実際の計測時に得られる関数の比 f[P, ω2]/ί[ρ, ωθ]から第 2のパラメ一タ ρを求めることができる。

[0122] 次に、複数の第 2のパラメータを抽出するためのテーブル (以下、第 3のテーブルと呼ぶ）の第 1の作成方法について説明する。ここでは、 2つの第 2のパラメータの値を求める例を示す。 2つの第 2のパラメータのうち、一方を第 3のパラメータ、他方を第 4 のパラメータとする。図 22に示すように、校正時に励磁角周波数 ωθにおいて第 3のパラメータが piで、第 4のパラメータが qlのときに f [pi, ql, ωΟ]=ζ11という計測結果が得られ、第 3のパラメータが piで、第 4のパラメータが q2のときに f [pi, q2, ω 0]=ζ12という計測結果が得られ、第 3のパラメータが ρ2で、第 4のパラメータが qlのときに f[p2, ql, ω0]=ζ21という計測結果が得られ、第 3のパラメータが p2で、第 4 のパラメータが q2のときに f[p2, q2, ω 0] =z22という計測結果が得られたとする。このとき、計測結果 zl 1〜ζ22のうち任意の 3点を含む平面は次式で表される。

p/aO + q/bO + f[p, q, ωΟ]/οΟ=1 …（95)

式（95)【こお!/、て、 aO, bO, cOiまそれぞれ p, q, f[p, q, ωθ]の軸上の切片である。

[0123] また、図 23に示すように、校正時に励磁角周波数 ω 2において第 3のパラメータが ρ 1で、第 4のパラメータが qlのときに f [pi, ql, ω 2] =zll'という計測結果が得られ、第 3のパラメータが piで、第 4のパラメータが q2のときに f [pi, q2, ω2]=ζ12，という結果が得られ、第 3のパラメータが ρ2で、第 4のパラメータが qlのときに f[p2, ql , ω 2] =ζ21'という計測結果が得られ、第 3のパラメータが ρ2で、第 4のパラメータが q2のときに f[p2, q2, ω 2] =z22，と!/、う計柳』結果力 ^得られたとする。このとき、計柳』結果 zl 1，〜ζ22'のうち、パラメータの条件が前記任意の 3点と同一の 3点を含む平面は次式で表される。

p/a2 + q/b2 + f[p, q, ω2]/ο2=1 …（96)

式（96)【こお!/、て、 a2, b2, c2iまそれぞれ p, q, f[p, q, ω 2]の軸上の切片である。

[0124] 式（95)、式（96)の平面の式を第 3のテーブルとして記憶しておけば、校正後の実際の計測時に得られる関数 f[P, q, ωΟ]=ζΟと f[p, q, ω 2] =z2から第 3のパラメータ Pと第 4のパラメータ qは、以下の 2つの直線の交点として与えられる。 p/aO + q/bO + zO/cO = 1 …（97)

p/a2 + q/b2 + z2/c2= 1 …（98)

[0125] 式（97)と式（98)の直線の 1例を図 24に示す。式（97)と式（98)の連立方程式から例えば、ガウスの消去法を用いれば、第 3のパラメータ pと第 4のパラメータ qの解を求めることが可能になる。なお、ここでは平面で近似する例を示した力曲面でも同様に逆変換できる。

[0126] 次に、第 3のテーブルの第 2の作成方法について説明する。第 3のパラメータ pと第 4のパラメータ qと励磁角周波数 ωθにおける zO = f[p, q, ωθ]および励磁角周波数 ω2における z2 = f[p, q, ω 2]との関係力設計時に理論式として求まれば、曲面の式を第 3のテーブルとして持つことができる。この第 3のテーブルを記憶しておけば、校正後の実際の計測時に得られる関数 f[P, q, coO]、f[p, q, ω2]から 2つの曲線の式を得ることができる。第 3のパラメータ ρと第 4のパラメータ qは、この 2つの曲線の交点として求めることができる。 2つの曲線の 1例を図 25に示す。

[0127] [第 1の実施例]

次に、本発明の第 1の実施例について説明する。本実施例は、前述の第 1の原理を用いるものである。本実施例の状態検出装置は 1個の励磁コイルと 1対の電極とを有するものであり、信号処理系を除く構成は図 1に示した状態検出装置と同様であるので、図 1の符号を用いて本実施例の原理を説明する。本実施例は、合成ベクトルから dK/d t成分を抽出する方法として前記第 1の抽出方法を用い、励磁周波数に関係しない第 1のパラメータを求めるものである。第 1のパラメータの例としては、例えば水位や測定管内の付着物の堆積状態がある。

[0128] 角周波数 ωθの励磁電流を励磁コイル 3に供給し、第 1のパラメータが piであるときの電極間起電力 E110は、式（19)、式（65)、式（75)から次式で表される。

E110=rk[pl]- ωθ-bl

•Θχρ{]· (π/2+ θ 1+ Θ 00[ρ1])}

+ γ -rk[pl]-V-bl

•exp{j- ( θ 1+ θ 00[ρ1] + Δ θ 01)} …（99)

[0129] また、角周波数 ω 2の励磁電流を励磁コイル 3に供給し、第 1のパラメータが piであるときの電極間起電力 El 12は、同じく式（19)、式（67)、式（75)力次式で表される。

E112=rk[pl]， ω2·Μ

•Θχρ{]· ( π/2+ θ 1+ Θ00[ρ1])}

+ γ -rk[pl]-V-bl

•exp{j- ( θ 1+ θ 00[ρ1] + Δ θ 01)} ··· (100)

[0130] 電極間起電力 Ε110と Ε112との差を EdAlとすれば、起電力差 EdAlは次式で表される。

EdAl=E110-E112

=rk[pl]-exp(j- Θ 00[pl]) -bl

•Θχρ{]· ( π/2+ θ 1)}·(ω0-ω2) ·'·(101)

[0131] よって、式（101)より、合成ベクトル中の 3 ΑΖ 3 成分を異なる周波数成分の出力差を利用して抽出できることが分かる。式（101)は、流速の大きさ Vに関係しないので、 3 AZ 3 tにより発生する成分のみとなる。この起電力差 EdAlを用いて、流速以外の流体の状態や測定管内の状態を計測することが可能になる。

第 1のパラメータによる変動要因を Cplとすると、 Cpl=rk[pl]-exp(j- Θ00[ρ1] )であり、残りの部分は校正等により与えられる定数となる。変動要因 Cplは、式（10 1)から次式で表される。

•••(102)

[0132] 式（102)から変動要因 Cplの大きさ rk[pl]と実軸からの角度 Θ 00[pl]は次式で表される。

rk[pl]= I EdAl I /{bl'(coO— ω2)} ·'·(103)

θ00[ρ1] = ΖΕάΑ1-(π/2+ θ 1) ··· (104)

校正時の計測等により予め確認されている第 1のパラメータ ρΐと rk[pl]との関係または第 1のパラメータ piと角度 Θ 00[pl]との関係から、第 1のパラメータ piを求めることができる。

[0133] 次に、本実施例の状態検出装置の具体的な構成とその動作について説明する。図 26は本実施例の状態検出装置の構成を示すブロック図であり、図 1と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の状態検出装置は、測定管 1と、電極 2a, 2b と、電極 2a, 2bを含む、測定管軸 PAXの方向と垂直な平面 PLN力も軸方向にオフセット距離 dだけ離れた位置に配設された励磁コイル 3と、励磁コイル 3に励磁電流を供給する電源部 4と、状態定量化部 8とを有する。

[0134] 励磁コイル 3と電源部 4とは、平面 PLNに対して非対称、かつ時間変化する磁場を被測定流体に印加する励磁部となる。

状態定量化部 8は、電極 2a, 2bで検出される合成起電力のうち第 1の角周波数 ω 0と第 2の角周波数 ω 2の 2つの周波数成分の振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて 2つの角周波数成分の起電力差を 3 ΑΖ 3 t成分として抽出し、この d AZ d t成分の中から第 1のパラメータに依存し、周波数に依存しない変動要因の大きさまたは位相を抽出する信号変換部 5と、第 1のパラメータに依存する変動要因の大きさまたは位相と第 1のパラメータとの関係を予め記憶する状態記憶部 6 (前述の第 1のテーブルに相当）と、状態記憶部 6に記憶された関係に基づいて、前記抽出された変動要因の大きさまたは位相に対応する第 1のパラメータを求める状態出力部 7 とから構成される。

[0135] 電源部 4は、第 1の角周波数 ω θの励磁電流を励磁コイル 3に供給する第 1の励磁状態を T1秒継続し、続いて第 2の角周波数 ω 2の励磁電流を励磁コイル 3に供給する第 2の励磁状態を Τ2秒継続することを Τ秒周期で繰り返す。すなわち、 Τ=Τ1 +Τ 2である。

[0136] 図 27は状態定量ィ匕部 8の動作を示すフローチャートである。まず、信号変換部 5は、第 1の励磁状態において、電極 2aと 2b間の起電力のうち角周波数 ω θの成分の起電力 E110の振幅 rl 10を求めると共に、実軸と電極間起電力 E110との位相差 φ 11 0を図示しない位相検波器により求める（図 27ステップ 101)。

[0137] 続いて、信号変換部 5は、第 2の励磁状態において、電極 2aと 2b間の起電力のうち角周波数 ω 2の成分の起電力 El 12の振幅 rl 12を求めると共に、実軸と電極間起電力 E112との位相差 φ 112を位相検波器により求める (ステップ 102)。

[0138] 次に、信号変換部 5は、電極間起電力 E110の実軸成分 El lOxと虚軸成分 E110 y、および電極間起電力 E 112の実軸成分 E 112xと虚軸成分 El 12yを次式のように算出する (ステップ 103)。

EllOx=rllO-cos( 110) …（105)

EllOy=rllO-sin( 110) …（106)

E112x=rll2-cos( 112) …（107)

E112y=rll2-sin( 112) ··· (108)

[0139] 式（105)〜式（108)の算出後、信号変換部 5は、電極間起電力 E110と E112との起電力差 EdAlの大きさと角度を求める（ステップ 104)。このステップ 104の処理は、 3 AZ 3 t成分を求めることに対応する処理であり、式（101)の算出に相当する処理である。信号変換部 5は、起電力差 EdAlの大きさ I EdAl Iを次式のように算出する。

I EdAl I ={(E110x-E112x)²+(E110y-E112y)²}¹²

•••(109)

[0140] そして、信号変換部 5は、実軸に対する起電力差 EdAlの角度 ZEdAlを次式のように算出する。

ZEdAl=tan— (EllOy— E112y)Z(E110x— E112x)}

•••(no)

以上で、ステップ 104の処理が終了する。

[0141] 信号変換部 5は、起電力差 EdAlの中から、第 1のパラメータ piに依存する変動要因 Cp 1の大きさ rk [p 1 ]と実軸に対する角度 000 [p 1 ]を次式のように算出する (ステップ 105)。

rk[pl]= I EdAl I /{bl'(coO—co2)} ·'·(111)

ΘΟΟ[ρ1] = ΖΕάΑ1-(π/2+ θ 1) ··· (112)

なお、励磁コイル 3から発生する磁場 Β1の振幅 blと、磁場 B1と coO'tとの位相差 θ 1 は、校正等により予め求めることができる定数である。

[0142] 状態記憶部 6には、第 1のパラメータ piと変動要因 Cplの大きさ rk[pl]との関係、または第 1のパラメータ piと変動要因 Cplの角度 Θ 00[pl]との関係が数式ゃテーブルの形式で予め登録されている。ステップ 106において、状態出力部 7は、信号変換部 5で計算された変動要因 Cplの大きさ rk[pl]または角度 Θ 00 [pl]に基づき、状態記憶部 6を参照して、 rk[pl]または Θ 00 [pi]に対応する第 1のパラメータ piの値を算出する（ある、は状態記憶部 6から取得する）。

[0143] 状態定量化部 8は、以上のようなステップ 101〜106の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで (ステップ 107において YES)、周期 T毎に行う。なお、ステップ 102〜106の処理は継続時間 T2秒の第 2の励磁状態において行われる。

[0144] 以上のように、本実施例では、励磁周波数が異なる 2つの励磁状態の電極間起電力 E110と E112とから起電力差 EdAl ( d A/ d t成分）を抽出し、この起電力差 Ed A1から流体の特性や状態あるいは測定管内の状態 (第 1のパラメータ pi)に依存する変動要因 Cplの大きさまたは位相を抽出して、この変動要因 Cplの大きさまたは位相に基づいて第 1のパラメータ piを求めるようにしたので、流体の流速に関わらず、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を精度良く検出することができる。

[0145] また、本実施例の状態定量化部 8のうち、電極間起電力 E110, E112の検出部を除く構成は、 CPU、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハ一ドウエア資源を制御するプログラムによって実現することができる。そして、本実施例では、例えば、 E110— EdAl · { ( ω 0— ω 2) Z ω 0}により νΧ Β成分を抽出することができる。 νΧ Β成分力も流体の流量を算出することは、一般の電磁流量計で周知の技術であり、状態定量ィ匕部 8を構成するコンピュータで容易に実現できる。したがつて、本実施例によれば、基本的に電磁誘導方式の流量計と同じハードウェア構成を用いて、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を検出することができる。

[0146] なお、本実施例では、起電力差 EdAlから変動要因 Cplの大きさ rk[pl]または角度 Θ 00 [pi]のいずれかを抽出すればよいとしている力大きさと角度の両方を抽出して、第 1のパラメータ piを求めることも可能である。この場合は、大きさ rk[pl]と角度 Θ 00 [pi]のうち例えば感度の良い方を選択して、選択した大きさまたは角度に基づいて第 1のパラメータ piを求めるようにすればよい。これにより、検出感度を向上させることができる。

[0147] また、本実施例では、励磁周波数を ω θと ω 2に切り替える例を示した力角周波数 ω 0の成分と ω 2の成分とを含む励磁電流で励磁すれば、励磁周波数を切り替える必要がなくなり、より高速に第 1のパラメータ piを求めることができる。例えば式（3)の代わりに次式で表される磁場を用いれば良、。

Bl =bl - cos ( co O -t— Θ 1) +bl - cos ( co 2 -t— θ 1)

•••(113)

[0148] 本実施例の状態検出装置の具体例として、測定管内の付着物の堆積状態 (測定管の内径変化)を検出する例を説明する。この場合、測定管 1内に付着物 11が堆積することを考慮して、図 28に示すように、被測定流体と接触しない容量結合式の電極を採用する。容量結合式の場合、電極 2a, 2bは、測定管 1の内壁に形成されるセラミックゃテフロン等力もなるライニング 10によって被覆される。

[0149] 図 28に示したように、測定管 1の内壁に付着物 11が堆積すると、測定管 1の内径が変化し、変動要因 Cplの大きさ rk[pl]の値も変動する。付着物 11の厚さ（第 1のパラメータ pi)と変動要因 Cplの大きさ rk[pl]との関係の 1例を図 29に示す。この関係を設計時の理論式または校正時の計測により求め、状態記憶部 6に記憶させておくことにより、図 27のステップ 105で得られた変動要因 Cplの大きさ rk[pl]に基づき、ステップ 106で付着物 11の厚さを求めることができる。

[0150] [第 2の実施例]

次に、本発明の第 2の実施例について説明する。本実施例は、第 1の実施例の状態検出装置に対して励磁コイルを 1個追加したものであり、前述の第 2の原理を用いるものである。本実施例の状態検出装置は 2個の励磁コイルと 1対の電極とを有するものであり、信号処理系を除く構成は図 5に示した状態検出装置と同様であるので、図 5の符号を用いて本実施例の原理を説明する。新たに追加する第 2の励磁コイルを既存の第 1の励磁コイルと同じ側に追加した場合には、第 1の実施例の冗長な構成となる。したがって、第 2の励磁コイルは、電極を含む平面を挟んで第 1の励磁コィルと異なる側に配設する必要がある。本実施例は、合成ベクトルから 3 AZ 3 t成分を抽出する方法として前記第 1の抽出方法を用い、励磁周波数に関係しない第 1のパラメータを求めるものである。

[0151] 角周波数 ω θの第 1の励磁電流を第 1の励磁コイル 3aに供給し、第 1の励磁電流との位相差が Δ θ 2+ πで角周波数が ωθの第 2の励磁電流を第 2の励磁コイル 3bに供給し、第 1のパラメータが p2であるときの電極間起電力 E220Rは、式（30)、式（6 8)、式（75)力次式で表される。

E220R=rk[p2]-exp{j- ( Θ 1+ Θ 00 [p2])}

•[exp(j- π/2) -{Β1+Β2·ΘΧΡ0· Δ θ 2) } · ω 0

+ γ -exp(j- Δ θ 01)•{bl-b2-exp(j- Δ θ 2)} •V] ·'·(114)

[0152] また、角周波数 ω 2の第 1の励磁電流を第 1の励磁コイル 3aに供給し、第 1の励磁電流との位相差が Δ 02+ πで角周波数が ω 2の第 2の励磁電流を第 2の励磁コィル 3bに供給し、第 1のパラメータが p2であるときの電極間起電力 E222Rは、式（30) 、式（70)、式（75)力次式で表される。

E222R=rk[p2] -exp{j- ( θ 1+ θ 00 [ρ2]) }

•[exp(j- π/2) -{Β1+Β2·ΘΧΡΟ· Δ θ 2) } · ω 2

+ γ -exp(j- Δ θ 01)•{bl-b2-exp(j- Δ θ 2)} •V] ·'·(115)

[0153] ここで、測定管軸 PAXと直交する、電極 2a, 2bを含む平面 PLN力も第 1の励磁コィル 3aまでの距離 dlと平面 PLN力も第 2の励磁コイル 3bまでの距離 d2とが略等しヽとすると（dl^d2)、 bl^b2、 Δ θ 2 0になる。この場合、式（114)、式（115)は以下のようになる。

E220R=rk[p2]-exp{j- ( Θ 1+ Θ 00 [p2])}

•Θχρ(]·π/2)·{2·Β1·ωΟ} ·'·(116)

E222R=rk[p2] -exp{j- ( θ 1+ θ 00 [ρ2]) }

•Θχρ(]·π/2)·{2·Β1·ω2} ·'·(117)

[0154] すなわち、電極間起電力 E220R, E222Rはほぼ 3 ΑΖ 3 t成分のみの起電力となり、 dA/d t成分の抽出の際の演算誤差を小さくすることができる。この点が、本実施例と第 1の実施例の技術的な意義における相違点である。ただし、以後の理論展開も bl≠b2, Δ 02≠Οとして進める。

[0155] 電極間起電力 E220Rと E222Rとの差を EdA2とすれば、起電力差 EdA2は次式で表される。

EdA2= (E220R-E222R)

=rk[p2]-exp(j- Θ 00[p2]) -exp{j · ( π /2+ θ 1) }

•{bl+b2-exp(j- Δ θ 2)}·(ω0-ω2) ··· (118)

[0156] よって、式（118)より、合成ベクトル中の 3 ΑΖ 3 t成分を異なる周波数成分の出力差を利用して抽出できることが分かる。式（118)は、流速の大きさ Vに関係しないので、 3 AZ 3 tにより発生する成分のみとなる。この起電力差 EdA2を用いて、流速以外の流体の状態や測定管内の状態を計測することが可能になる。

第 1のパラメータによる変動要因を Cp2とすると、 Cp2=rk[p2]-exp(j- Θ 00 [p2] )であり、残りの部分は校正等により与えられる定数となる。変動要因 Cp2は、式（11 8)から次式で表される。

Cp2=EdA2/[exp{j - (π/2+ θ 1) }

•{bl+b2-exp(j- Δ θ 2)}·(ω0-ω2)]

•••(119)

[0157] 式（119)における [exp{j- /2+ θ 1) } · {bl+b2-exp(j- Δ 02)}]の大きさを m2b、角度を Θ 2bとすると、 m2b、 Θ 2bは次式で表される。

m2b={bl²+b2²+bl-b2-cos(A Θ 2)} ¹² ·'·(120)

Θ 2b=tan^_1[{b2-sin(A θ 2)}

/{bl+b2-cos(A θ 2)}]-(π/2+ θ 1) --(121)

[0158] 式（119)〜式（121)力変動要因 Cp2の大きさ rk[p2]と実軸からの角度 000 [p 2]は次式で表される。

rk[p2]= I EdAl | /{m2b- (ωθ- ω2) } ··· (122)

θ 00[p2] = ZEdAl- θ 2b …（123)

校正時の計測等により予め確認されている第 1のパラメータ ρ2と rk[p2]との関係または第 1のパラメータ _P2と角度 θ 00[p2]との関係から、第 1のパラメータ _P2を求めることができる。

[0159] 次に、本実施例の状態検出装置の具体的な構成とその動作について説明する。図 30は本実施例の状態検出装置の構成を示すブロック図であり、図 5と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の状態検出装置は、測定管 1と、電極 2a, 2b と、第 1、第 2の励磁コイル 3a, 3bと、第 1、第 2の励磁コイル 3a, 3bに励磁電流を供給する電源部 4aと、状態定量化部 8aとを有する。

[0160] 第 1、第 2の励磁コイル 3a, 3bと電源部 4aとは、平面 PLNに対して非対称、かつ時間変化する磁場を被測定流体に印加する励磁部となる。

状態定量化部 8aは、電極 2a, 2bで検出される合成起電力のうち第 1の角周波数 ω 0と第 2の角周波数 ω 2の 2つの周波数成分の振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて 2つの周波数成分の起電力差を 3 ΑΖ 3 t成分として抽出し、この d AZ d t成分の中から第 1のパラメータに依存し、周波数に依存しない変動要因の大きさまたは位相を抽出する信号変換部 5aと、第 1のパラメータに依存する変動要因の大きさまたは位相と第 1のパラメータとの関係を予め記憶する状態記憶部 6a (前述の第 1のテーブルに相当）と、状態記憶部 6aに記憶された関係に基づいて、前記抽出された変動要因の大きさまたは位相に対応する第 1のパラメータを求める状態出力部 7aとから構成される。

[0161] 本実施例では、前述のとおり、平面 PLN力第 1の励磁コイル 3aまでの距離 dlと平面 PLN力も第 2の励磁コイル 3bまでの距離 d2とが略等しいとする。

電源部 4aは、第 1の角周波数 ω θの第 1の励磁電流を第 1の励磁コイル 3aに供給すると同時に、第 1の励磁電流との位相差が Δ Θ 2+ πで、角周波数が ω θの第 2の励磁電流を第 2の励磁コイル 3bに供給する第 1の励磁状態を T1秒継続し、この第 1 の励磁状態に対して第 1の励磁電流と第 2の励磁電流の周波数を第 2の角周波数 ω 2に変更した第 2の励磁状態を Τ2秒継続することを Τ秒周期で繰り返す。すなわち、 Τ=Τ1 +Τ2である。

[0162] 励磁部の動作は第 1の実施例と異なるが、状態定量化部 8aの処理の流れは第 1の実施例と同様であるので、図 27の符号を用いて状態定量ィ匕部 8aの動作を説明する。まず、信号変換部 5aは、第 1の励磁状態において、電極 2aと 2b間の起電力のうち角周波数 ω 0の成分の起電力 E220Rの振幅 r220Rを求めると共に、実軸と電極間起電力 E220Rとの位相差 φ 220Rを図示しない位相検波器により求める（図 27ステップ 101)。 [0163] 続いて、信号変換部 5aは、第 2の励磁状態において、電極 2aと 2b間の起電力のうち角周波数 ω 2の成分の起電力 E222Rの振幅 r222Rを求めると共に、実軸と電極間起電力 E222Rとの位相差 φ 222Rを位相検波器により求める（ステップ 102)。

[0164] 次に、信号変換部 5aは、電極間起電力 E220Rの実軸成分 E220Rxと虚軸成分 E 220Ry、および電極間起電力 E222Rの実軸成分 E222Rxと虚軸成分 E222Ryを次式のように算出する (ステップ 103)。

E220Rx=r220R-cos ( 220R) …（124)

E220Ry=r220R- sin ( 220R) …（125)

E222Rx=r222R-cos ( 222R) …（126)

E222Ry=r222R- sin ( 222R) …（127)

[0165] 式（124)〜式（127)の算出後、信号変換部 5aは、電極間起電力 E220Rと E222 Rとの起電力差 EdA2の大きさと角度を求める（ステップ 104)。このステップ 104の処理は、 3 AZ 3 t成分を求めることに対応する処理であり、式（118)の算出に相当する処理である。信号変換部 5aは、起電力差 EdA2の大きさ I EdA2 |を次式のように算出する。

I EdA2 I = { (E220Rx-E222Rx) ²

+ (E220Ry-E222Ry) ²}^{1 2} · · · (128)

[0166] そして、信号変換部 5aは、実軸に対する起電力差 EdA2の角度 ZEdA2を次式のように算出する。

ZEdA2=tan^_1{ (E220Ry-E222Ry)

/ (E220Rx-E222Rx) } …（129) 以上で、ステップ 104の処理が終了する。

[0167] 信号変換部 5aは、起電力差 EdA2の中から、第 1のパラメータ p2に依存する変動要因 Cp2の大きさ rk[p2]と実軸に対する角度 0 OO[p2]を次式のように算出する (ステツプ 105)。

rk[p2] = I EdA2 | /{m2b - ( ω θ- ω 2) } · · · (130)

θ 00[p2] = ZEdA2- θ 2b …（131)

なお、 m2b, Θ 2b (第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場 Β1の振幅 blと、第 2の励磁コイル 3b力発生する磁場 B2の振幅 b2と、磁場 Blと co O'tとの位相差 0 1と、 Δ Θ 2)は、校正等により予め求めることができる定数である。

[0168] 状態記憶部 6aには、第 1のパラメータ p2と変動要因 Cp2の大きさ rk[p2]との関係、または第 1のパラメータ p2と変動要因 Cp2の角度 Θ 00 [p2]との関係が数式ゃテーブルの形式で予め登録されている。ステップ 106において、状態出力部 7aは、信号変換部 5aで計算された変動要因 Cp2の大きさ rk[p2]または角度 θ 00[p2]に基づき、状態記憶部 6aを参照して、 rk[p2]または Θ 00 [p2]に対応する第 1のパラメータ p2の値を算出する（あるいは状態記憶部 6aから取得する）。状態定量化部 8aは、以上のようなステップ 101〜106の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで (ステップ 107において YES)、周期 T毎に行う。

[0169] 以上のように、本実施例では、角周波数 ω θの磁場 B1を第 1の励磁コイル 3aから被測定流体に印加すると同時に、磁場 B1との位相差が Δ Θ 2+ πで、周波数が ω θの磁場 Β2を第 2の励磁コイル 3bから被測定流体に印加する第 1の励磁状態において、電極間起電力 E220Rを求め、また第 1の励磁状態に対して励磁周波数を ω 2に変更した第 2の励磁状態において、電極間起電力 E222Rを求め、電極間起電力 Ε22 0Rと E222Rとから起電力差 EdA2 ( d A/ d t成分）を抽出し、この起電力差 EdA2 力流体の特性や状態あるいは測定管内の状態 (第 1のパラメータ p2)に依存する変動要因 Cp2の大きさまたは位相を抽出して、この変動要因 Cp2の大きさまたは位相に基づいて第 1のパラメータ p2を求めるようにしたので、流体の流速に関わらず、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を精度良く検出することができる。

[0170] また、本実施例の状態定量化部 8aのうち、電極間起電力 E220R, E222Rの検出部を除く構成は、 CPU、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。そして、本実施例では、例えば、 E220R-EdA2- { ( ω 0~ ω 2) / ω 0}により νΧ Β成分を抽出することができる。 νΧ Β成分力流体の流量を算出することは、一般の電磁流量計で周知の技術であり、状態定量化部 8aを構成するコンピュータで容易に実現できる。したがって、本実施例によれば、基本的に電磁誘導方式の流量計と同じノ、一ドウエア構成を用いて、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を検出することができる。

[0171] また、本実施例では、電極 2a, 2bを含む平面 PLNから第 1の励磁コイル 3aまでの距離 dlと平面 PLN力も第 2の励磁コイル 3bまでの距離 d2とを調整することにより、電極間起電力 E220R, E222Rがほぼ 3 AZ 3 t成分の起電力のみとなるようにすることができる。これにより、本実施例では、 3 AZ 3 t成分をより効果的に抽出することが可能であり、第 1の実施例に比べて演算誤差を小さくすることが可能である。

[0172] なお、本実施例では、起電力差 EdA2から変動要因 Cp2の大きさ rk[p2]または角度 Θ 00 [p2]のいずれかを抽出すればよいとしている力大きさと角度の両方を抽出して、第 1のパラメータ _P2を求めることも可能である。この場合は、大きさ rk[p2]と角度 Θ 00 [p2]のうち例えば感度の良い方を選択して、選択した大きさまたは角度に基づいて第 1のパラメータ p2を求めるようにすればよい。これにより、検出感度を向上させることができる。

[0173] また、本実施例では、励磁周波数を ω θと ω 2に切り替える例を示した力角周波数 ω 0の成分と ω 2の成分とを含む励磁電流で励磁すれば、励磁周波数を切り替える必要がなくなり、より高速に第 1のパラメータ ρ2を求めることができる。例えば式（22) 、式（23)の代わりに次式で表される磁場を用いれば良！、。

Bl =bl - cos ( co O -t— Θ 1) +bl - cos ( co 2 -t— θ 1)

•••(132)

B2 = b2 - cos ( o 0 -t— θ 2) +b2 - cos ( ω 2 -t- θ 2)

•••(133)

[0174] 本実施例の状態検出装置の具体例として、流体の水位または断面積を検出する例を説明する。この場合、水位 hが変動することを考慮して、図 31、図 32に示すように、第 1の励磁コイル 3aと第 2の励磁コイル 3bを測定管 1の水平方向に配置し、また電極 2aを測定管 1の下部に配置する。このように電極が 1個だけの場合には、流体 Fの電位を接地電位にするためのアースリング (不図示）が測定管 1に設けられており、電極 2aに生じた起電力（接地電位との電位差)を信号変換部 5aで検出すればょヽ。

[0175] 流体 Fの水位 M断面積 S)が変動すると、変動要因 Cp2の大きさ rk[p2]の値も変動する。流体 Fの水位 hまたは断面積 S (第 1のパラメータ p2)と変動要因 Cp2の大きさ rk[p2]との関係の 1例を図 33に示す。図 33の関係は測定管 1の形状等によって変化するので、この関係を設計時の理論式または校正時の計測により求め、状態記憶部 6aに記憶させておくことにより、ステップ 105で得られた変動要因 Cp2の大きさ r k[p2]に基づき、ステップ 106で流体 Fの水位 hまたは断面積 Sを求めることができる

[0176] [第 3の実施例]

次に、本発明の第 3の実施例について説明する。本実施例の状態検出装置は 2個の励磁コイルと 1対の電極とを有するものであり、信号処理系を除く構成は図 5に示した状態検出装置と同様であるので、図 5の符号を用いて本実施例の原理を説明する。本実施例は、合成ベクトルから 3 AZ 3 t成分を抽出する方法として前記第 2の抽出方法を用い、励磁周波数に関係しない第 1のパラメータを求めるものである。

[0177] 角周波数 ωθの第 1の励磁電流を第 1の励磁コイル 3aに供給し、第 1の励磁電流との位相差が Δ Θ 2+ πで角周波数が ωθの第 2の励磁電流を第 2の励磁コイル 3bに供給し、第 1のパラメータが p3であるときの電極間起電力 E320Rは、式（30)、式（6 8)、式（75)力次式で表される。

E320R=rk[p3] -exp{j- ( Θ 1+ θ 00[p3]) }

• [exp(i- π "2) -{bl+b2-exp(r Α θ 2) } · ω 0

+ γ -exp(j- Δ θ 01)•{bl-b2-exp(j- Δ θ 2) } •V] · · · (134)

[0178] 式（71)、式（72)から、式（134)において次の近似式が成り立つ。

I bl+b2-exp(j- Δ Θ 2) | > | bl-b2-exp(j- Δ Θ 2) |

••• (135)

I ωΟ-expG· π/2)•{bl+b2-exp(j- Δ θ 2) } |

》 I γ -V-exp(j- Δ θ 01)•{bl-b2-exp(j- Δ θ 2) } |

••• (136)

[0179] 式（136)の条件を用いて、式（134)の電極間起電力 E320Rを近似した起電力を EdA3とすると、電極間起電力 EdA3は次式のように表される。

EdA3=E320R · · · (137) EdA3=rk[p3]-exp(j- θ 00[p3])

•exp{j - (π/2+ Θ 1) } · {bl +b2-exp (j · Δ Θ 2)}

•ωθ ·'·(138)

[0180] よって、式（138)より、合成ベクトル中の 3 ΑΖ 3 t成分を第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場と第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場の位相差を利用して抽出できることが分かる。式（138)は、流速の大きさ Vに関係しないので、 3 AZ3tにより発生する成分のみとなる。この電極間起電力 EdA3を用いて、流速以外の流体の状態や測定管内の状態を計測することが可能になる。

[0181] 第 1のパラメータによる変動要因を Cp3とすると、 Cp3=rk[p3]'exp(j' ΘΟΟ[ρ3] )であり、残りの部分は校正等により与えられる定数となる。変動要因 Cp3は、式（13 8)から次式で表される。

Cp3=EdA3/[exp{j - (π/2+ θ 1) }

•{bl+b2-exp(j- Δ θ 2)}· ωθ] ··· (139)

[0182] 式（139)における [exp{j- (π/2+ θ 1) } · {bl +b2-exp (j · Δ θ 2)}]の大きさを m2b、角度を Θ 2bとすると、 m2b、 Θ 2bはそれぞれ式（120)、式（121)で表される。

[0183] 式（120)、式（121)を式（139)に適用すれば、変動要因 Cp3の大きさ rk[p3]と実軸からの角度 Θ 00 [p3]は次式で表される。

rk[p3]= I EdA3 I /(m2b. ωθ) ··· (140)

θ 00[p3] = ZEdA3- θ 2b …（141)

校正時の計測等により予め確認されている第 1のパラメータ ρ3と rk[p3]との関係または第 1のパラメータ _P3と角度 θ 00[p3]との関係から、第 1のパラメータ _P3を求めることができる。

[0184] 次に、本実施例の状態検出装置の具体的な構成とその動作について説明する。本実施例の状態検出装置の構成は第 2の実施例と同様であるので、図 30の符号を用いて説明する。本実施例の状態検出装置は、測定管 1と、電極 2a, 2bと、第 1、第 2 の励磁コイル 3a, 3bと、電源部 4aと、状態定量化部 8aとを有する。

[0185] 状態定量化部 8aは、電極 2a, 2bで検出される合成起電力の振幅と位相を求めることにより 3 AZ 3 t成分を抽出し、この 3 AZ 3 t成分の中力第 1のパラメータに依存し、周波数に依存しない変動要因の大きさまたは位相を抽出する信号変換部 5aと、第 1のパラメータに依存する変動要因の大きさまたは位相と第 1のパラメータとの関係を予め記憶する状態記憶部 6a (前述の第 1のテーブルに相当）と、状態記憶部 6aに記憶された関係に基づいて、前記抽出された変動要因の大きさまたは位相に対応する第 1のノメータを求める状態出力部 7aとから構成される。

[0186] 電源部 4aは、角周波数 ω θの第 1の励磁電流を第 1の励磁コイル 3aに供給すると同時に、第 1の励磁電流との位相差が Δ Θ 2+ πで、角周波数が ω θの第 2の励磁電流を第 2の励磁コイル 3bに供給する。第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場と第 2 の励磁コイル 3bから発生する磁場の位相差は、略 πとする（Δ 0 2^0)。

[0187] 図 34は本実施例の状態定量ィ匕部 8aの動作を示すフローチャートである。まず、信号変換部 5aは、電極 2aと 2b間の起電力のうち角周波数 ω θの成分の起電力 E320 Rの振幅 r320Rを求めると共に、実軸と電極間起電力 E320Rとの位相差 φ 320Rを図示しな!、位相検波器により求める（図 34ステップ 201 )。

[0188] 続、て、信号変換部 5aは、電極間起電力 E320Rを近似した起電力 EdA3の大きさと角度を求める（ステップ 202)。このステップ 202の処理は、 3 AZ 3 t成分を求めることに対応する処理であり、式（138)の算出に相当する処理である。信号変換部 5 aは、電極間起電力 E320Rを近似した起電力 EdA3の大きさ | EdA3 |を次式のように算出する。

I EdA3 I =r320R · · · (142)

[0189] そして、信号変換部 5aは、実軸に対する電極間起電力 EdA3の角度 ZEdA3を次式のように算出する。

ZEdA3= 32OR · · · (143)

以上で、ステップ 202の処理が終了する。

[0190] 次に、信号変換部 5aは、電極間起電力 EdA3の中から、第 1のパラメータ p3に依存する変動要因 Cp3の大きさ rk[p3]と実軸に対する角度 θ 00[p3]を次式のように算出する (ステップ 203)。

rk[p3] = I EdA3 I / (m2b . ω θ) · · · (144)

θ 00[p3] = ZEdA3- θ 2b …（145) なお、 m2b, Θ 2b (第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場 Blの振幅 blと、第 2の励磁コイル 3b力発生する磁場 B2の振幅 b2と、磁場 B1と co O'tとの位相差 0 1と、 Δ Θ 2)は、校正等により予め求めることができる定数である。

[0191] 状態記憶部 6aには、第 1のパラメータ p3と変動要因 Cp3の大きさ rk[p3]との関係、または第 1のパラメータ p3と変動要因 Cp3の角度 Θ 00 [p3]との関係が数式ゃテーブルの形式で予め登録されている。ステップ 204において、状態出力部 7aは、信号変換部 5aで計算された変動要因 Cp3の大きさ rk[p3]または角度 θ 00[p3]に基づき、状態記憶部 6aを参照して、 rk[p3]または Θ 00 [p3]に対応する第 1のパラメータ p3の値を算出する（あるいは状態記憶部 6aから取得する）。状態定量化部 8aは、以上のようなステップ 201〜204の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで (ステップ 205において YES)、一定周期毎に行う。

[0192] 以上のように、本実施例では、第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場 B1と第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場 B2の位相差を略 πとし、磁場 B1と Β2の大きさが等しくなるように設定しておくと、電極間起電力 E320Rが近似的に 3 ΑΖ 3 t成分として抽出できることに着眼し、近似的に抽出した 3 AZ 3 t成分から流体の特性や状態あるいは測定管内の状態 (第 1のパラメータ p3)に依存する変動要因 Cp3の大きさまたは位相を抽出して、この変動要因 Cp3の大きさまたは位相に基づいて第 1のパラメータ p3を求めるようにしたので、流体の流速に関わらず、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を精度良く検出することができる。

[0193] また、第 2の実施例と同様に、本実施例の状態定量ィ匕部 8aのうち、電極間起電力 E 320Rの検出部を除く構成は、コンピュータとプログラムによって実現することができる。そして、本実施例では、例えば、角周波数 ω θの第 1の励磁電流を第 1の励磁コィル 3aに供給し、第 1の励磁電流との位相差が Δ Θ 2で角周波数が ω θの第 2の励磁電流を第 2の励磁コイル 3bに供給し、第 1のパラメータが p3であるときの電極間起電力 E320をとれば、電極間起電力 E320は、式（134)において b2に係る土の係数を反転させたものとなり、電極間起電力 E320は、ほぼ vX B成分として扱うことができる。したがって、本実施例によれば、基本的に電磁誘導方式の流量計と同じノヽードゥエァ構成を用いて、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を検出することができる。

[0194] なお、本実施例では、電極間起電力 EdA3から変動要因 Cp3の大きさ rk[p3]または角度 Θ 00 [p3]のいずれかを抽出すればよいとしている力大きさと角度の両方を抽出して、第 1のパラメータ p3を求めることも可能である。この場合は、大きさ rk[p3] と角度 θ 00[p3]のうち例えば感度の良い方を選択して、選択した大きさまたは角度に基づいて第 1のパラメータ p3を求めるようにすればよい。これにより、検出感度を向上させることができる。

[0195] [第 4の実施例]

次に、本発明の第 4の実施例について説明する。本実施例の状態検出装置は 2個の励磁コイルと 1対の電極とを有するものであり、信号処理系を除く構成は図 5に示した状態検出装置と同様であるので、図 5の符号を用いて本実施例の原理を説明する。本実施例は、合成ベクトルから 3 AZ 3 t成分を抽出する方法として前記第 2の抽出方法を用い、変動要因が周波数特性を持つ第 2のパラメータを求めるものである。第 2のパラメータの例としては、例えば流体インピーダンスや流体の導電率、誘電率がある。

[0196] 角周波数 ωθの第 1の励磁電流を第 1の励磁コイル 3aに供給し、第 1の励磁電流との位相差が Δ Θ 2+ πで角周波数が ωθの第 2の励磁電流を第 2の励磁コイル 3bに供給し、第 2のパラメータが p4であるときの電極間起電力 E420Rは、式（30)、式（7 8)、式（79)力次式で表される。

E420R=rk[p4, _w0]-exp{j- ( θ 1+ θ 00[ρ4, ωθ])}

•[exp(j- π/2) -{Β1+Β2·ΘΧΡ0· Δ θ 2) } · ω 0

+ γ -exp(j- Δ θ 01)•{bl-b2-exp(j- Δ θ 2)} •V] ··· (146)

[0197] 式（71)、式（72)から、式（146)において次の近似式が成り立つ。

I bl+b2-exp(j- Δ Θ 2) | > | bl-b2-exp(j- Δ Θ 2) |

•••(147)

I ωΟ-expG· π/2)•{bl+b2-exp(j- Δ θ 2)} |

》 I γ -V-exp(j- Δ θ 01)•{bl-b2-exp(j- Δ θ 2) } | ••• (148)

[0198] 式（148)の条件を用いて、式（146)の電極間起電力 E420Rを近似した起電力を EdA40とすると、電極間起電力 EdA40は次式で表される。

EdA40=E420R ··· (149)

EdA40=rk[p4, ωΟ] ·Θχρ(ΐ· θ 00 [ρ4, ωθ])

•Θχρ{]· ( π/2+ θ 1)}

•{bl+b2-exp(j- Δ θ 2)}· ωθ ··· (150)

[0199] 次に、角周波数 ω 2の第 1の励磁電流を第 1の励磁コイル 3aに供給し、第 1の励磁電流との位相差が Δ 02+ πで角周波数が ω 2の第 2の励磁電流を第 2の励磁コィル 3bに供給し、第 2のパラメータが p4であるときの電極間起電力 E422Rは、式（30) 、式（81)、式（82)力次式で表される。

E422R=rk[p4, _W2]-exp{j- ( θ 1+ θ 00[ρ4, ω2])}

•[expir π /2) · {bl+b2-exp(y θ 2) } · ω 2

+ γ -exp(j- Δ θ 01)•{bl-b2-exp(j- Δ θ 2)} •V] ·'· (151)

[0200] 通常、 ω2> γ ·νが成り立つことから、式（147)の条件を考慮すると、式（151)の電極間起電力 E422Rにお!/、て次式の条件が成り立つ。

I co2'exp(j Z2) '{bl+b2'exp(j' A 02)} |

》 I γ -V-exp(j- Δ θ 01)•{bl-b2-exp(j- Δ θ 2) } |

••• (152)

[0201] 式（152)の条件を用いて、式（151)の電極間起電力 E422Rを近似した起電力を EdA42とすると、電極間起電力 EdA42は次式で表される。

EdA42=E422R ··· (153)

EdA42=rk[p4, _W2]-exp(j- θ 00 [ρ4, ω2])

•Θχρ{]· ( π/2+ θ 1)}

•{bl+b2-exp(j- Δ Θ 2)}· ω2 ··· (154)

[0202] よって、式（ 150)、式（ 154)より、合成ベクトル中の 3 ΑΖ 3 t成分を第 1の励磁コィル 3aから発生する磁場と第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場の位相差を利用して抽出できることが分かる。式（150)、式（154)は、流速の大きさ Vに関係しないので、 d /d tにより発生する成分のみとなる。これを用いれば、流速以外の流体の状態や測定管内の状態を計測することが可能になる。

[0203] 式（150)において第 2のパラメータによる変動要因を Cp40とすると、 Cp40=rk[p 4, ωΟ] ·Θχρ(ΐ· Θ00[ρ4, ωθ])であり、残りの部分は校正等により与えられる定数となる。変動要因 Cp40は式（150)から次式で表される。

Cp40=EdA40/[exp{j - (π/2+ θ 1) }

•{bl+b2-exp(j- Δ θ 2)}· ωθ] ··· (155)

[0204] また、式（154)において第 2のパラメータによる変動要因を Cp42とすると、 Cp42 = rk[p4, ω2] ·Θχρ(ΐ· Θ00[ρ4, ω 2])であり、残りの部分は校正等により与えられる定数となる。変動要因 Cp42は式（154)から次式で表される。

Cp42=EdA42/[exp{j - (π/2+ θ 1) }

•{bl+b2-exp(j- Δ θ 2)}· ω2] ··· (156)

[0205] 式（155)、式（156)における [exp{j- (π/2+ θ 1) } · {bl +b2-exp (j · Δ θ 2)}] の大きさを m2b、角度を 02bとすると、 m2b、 Θ 2bはそれぞれ式（120)、式（121) で表される。

[0206] 式（120)、式（121)を式（155)に適用すれば、変動要因 Cp40の大きさ rk[p4, ω 0]と実軸からの角度 Θ 00 [ρ4, ωθ]は次式で表される。

rk[p4, ωΟ]= I EdA40 | /(m2b- ωθ) ··· (157)

Θ00[ρ4, ωΟ] = ΖΕάΑ40- θ 2b ··· (158)

また、式（120)、式（121)を式（156)に適用すれば、変動要因 Cp42の大きさ rk[p4 , ω2]と実軸力もの角度 Θ00[ρ4, ω 2]は次式で表される。

rk[p4, ω2]= I EdA42 | /(m2b- ω2) ··· (159)

θ 00 [ρ4, ω 2] = ZEdA42- θ 2b ··· (160)

[0207] 変動要因 Cp42と Cp40との比を Cn4とすると、比 Cn4は次式で表される。

Cn4 = Cp42/Cp40

= (rk[p4, co2]Zrk[p4, ωθ])

•exp{j-(0OO[p4, ω2]- Θ00[ρ4, ωθ])} •••(161)

[0208] このとき、比 Cn4の大きさ (rk[p4, co2]Zrk[p4, ωθ])と実軸に対する角度（ θ 0 0[ρ4, ω2]- Θ00[ρ4, ωθ])は次式で表される。

rk[p4, co2]Zrk[p4, ωΟ] = ( | EdA42 | / | EdA40 | )

•(ω0/ω2) ·'·(162)

θ 00 [p4, ω2]- θ 00 [ρ4, ω 0] = EdA42 - EdA40

•••(163)

[0209] 式（161)〜式（163)より、比 Cn4に磁場の変動要因が含まれておらず、誤差要因を少なくして第 2のパラメータの値 p4を得ることができることが分かる。

校正時の計測等により予め確認されている第 2のパラメータ p4と (rk[p4, ω 2]/rk [ρ4, ω 0])との関係、または第 2のノラメータ p4と（000 [p4, ω2]- Θ00[ρ4, ω 0])との関係から、第 2のパラメータ ρ4を求めることができる。

[0210] 次に、本実施例の状態検出装置の具体的な構成とその動作について説明する。本実施例の状態検出装置の構成は第 2の実施例と同様であるので、図 30の符号を用いて説明する。本実施例の状態検出装置は、測定管 1と、電極 2a, 2bと、第 1、第 2 の励磁コイル 3a, 3bと、電源部 4aと、状態定量化部 8aとを有する。

[0211] 状態定量ィ匕部 8aは、電極 2a, 2bで検出される合成起電力のうち第 1の角周波数 ωθと第 2の角周波数 ω 2の 2つの周波数成分の振幅と位相を求めることにより、角周波数 ω 0における 3 ΑΖ 3 t成分と角周波数 ω 2における 3 ΑΖ 3 t成分を抽出し、角周波数 ω 0の 3 AZ 3 t成分と角周波数 ω 2の 3 AZ 3 t成分との比力第 2のパラメータと周波数とに依存する変動要因の比の大きさまたは位相を抽出する信号変換部 5aと、変動要因の比の大きさまたは位相と第 2のパラメータとの関係を予め記憶する状態記憶部 6a (前述の第 2のテーブルに相当）と、状態記憶部 6aに記憶された関係に基づいて、前記抽出された変動要因の比の大きさまたは位相に対応する第 2 のパラメータを求める状態出力部 7aとから構成される。

[0212] 電源部 4aは、第 1の角周波数 ωθの第 1の励磁電流を第 1の励磁コイル 3aに供給すると同時に、第 1の励磁電流との位相差が Δ Θ 2+ πで、角周波数が ωθの第 2の励磁電流を第 2の励磁コイル 3bに供給する第 1の励磁状態を T1秒継続し、この第 1 の励磁状態に対して第 1の励磁電流と第 2の励磁電流の周波数を第 2の角周波数 ω 2に変更した第 2の励磁状態を Τ2秒継続することを Τ秒周期で繰り返す。すなわち、 Τ=Τ1 +Τ2である。第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場と第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場の位相差は、第 1の励磁状態、第 2の励磁状態共に略 πとする（Δ Θ 2^0)。

[0213] 図 35は本実施例の状態定量ィ匕部 8aの動作を示すフローチャートである。まず、信号変換部 5aは、第 1の励磁状態において、電極 2aと 2b間の起電力のうち角周波数 ω 0の成分の起電力 E420Rの振幅 r420Rを求めると共に、実軸と電極間起電力 E4 20Rとの位相差 φ 420Rを図示しない位相検波器により求める（図 35ステップ 301)

[0214] 続いて、信号変換部 5aは、第 2の励磁状態において、電極 2aと 2b間の起電力のうち角周波数 ω 2の成分の起電力 E422Rの振幅 r422Rを求めると共に、実軸と電極間起電力 E422Rとの位相差 φ 422Rを位相検波器により求める（ステップ 302)。

[0215] 続いて、信号変換部 5aは、電極間起電力 E420Rを近似した起電力 EdA40の大きさ I EdA40 Iと実軸に対する角度 ZEdA40を次式のように算出する (ステップ 303

) o

I EdA40 I =r420R · · · (164)

ZEdA40= 42OR …（165)

[0216] また、信号変換部 5aは、電極間起電力 E422Rを近似した起電力 EdA42の大きさ

I EdA42 Iと実軸に対する角度 ZEdA42を次式のように算出する (ステップ 304)

I EdA42 I =r422R · · · (166)

ZEdA42= 422R · · · (167)

ステップ 303, 304の処理は、 3 AZ 3 成分を求めることに対応する処理であり、式 ( 150)、式（ 154)の算出に相当する処理である。

[0217] 次に、信号変換部 5aは、電極間起電力 EdA40の中力も第 2のパラメータ p4に依存する変動要因 Cp40を抽出すると共に、電極間起電力 EdA42の中から第 2のパラメータ p4に依存する変動要因 Cp42を抽出して、変動要因 Cp42と Cp40との比 Cn4 の大きさと角度を求める (ステップ 305)。信号変換部 5aは、比 Cn4の大きさ (rk[p4, co2]Zrk[p4, ωθ])を次式のように算出する。

rk[p4, co2]Zrk[p4, ωθ]

=( I EdA42 I / I EdA40 | ) · (ω0/ω2) ··· (168)

[0218] そして、信号変換部 5aは、比 Cn4の実軸に対する角度（ 000 [ρ4, ω2]- Θ 00 [ρ 4, ωθ])を次式のように算出する。

Θ 00 [ρ4, ω2]- Θ 00 [ρ4, ω 0] = EdA42 - EdA40

…（169)

以上で、ステップ 305の処理が終了する。

[0219] 状態記憶部 6aには、第 2のパラメータ p4と比 Cn4の大きさ (rk[p4, co2]Zrk[p4, ωθ])との関係、または第 2のパラメータ ρ4と比 Cn4の角度（ Θ 00 [ρ4, ω 2] - Θ 00 [ρ4, ωθ])との関係が数式やテーブルの形式で予め登録されている。ステップ 306 において、状態出力部 7aは、信号変換部 5aで計算された比 Cn4の大きさ (rk[p4, co2]/rk[p4, 0>0])また【ま角度（000[ 4, ω2]- Θ00[ρ4, ωθ])に基づき、状態記憶部 6aを参照して、 rk[p4, co2]Zrk[p4, ωθ])または（ 000[ρ4, ω2]- θ 00 [ρ4, ωθ])に対応する第 2のパラメータ ρ4の値を算出する（あるいは状態記憶部 6aから取得する）。

[0220] 状態定量化部 8aは、以上のようなステップ 301〜306の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで (ステップ 307において YES)、周期 T毎に行う。なお、ステップ 302〜306の処理は継続時間 T2秒の第 2の励磁状態にぉ、て行われる。

[0221] 以上のように、本実施例では、第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場 B1と第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場 B2の位相差を略 πとし、磁場 B1と Β2の大きさが等しくなるように設定しておくと、電極間起電力 E420R, E422Rがそれぞれ励磁角周波数 ωθ, ω 2のときの 3 ΑΖ 3 t成分として近似的に抽出できることに着眼し、近似的に抽出した 2つの 3 AZ 3 成分力それぞれ流体の特性や状態あるいは測定管内の状態 (第 2のパラメータ p4)に依存する変動要因 Cp40, Cp42を抽出して、変動要因 Cp42と Cp40との比の大きさまたは位相に基づ!/、て第 2のパラメータ p4を求めるようにしたので、流体の流速に関わらず、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を精度良く検出することができる。

[0222] また、第 2の実施例と同様に、本実施例の状態定量ィ匕部 8aのうち、電極間起電力 E 420R, E422Rの検出部を除く構成は、コンピュータとプログラムによって実現することができる。そして、本実施例では、例えば、角周波数 ωθの第 1の励磁電流を第 1の励磁コイル 3aに供給し、第 1の励磁電流との位相差が Δ Θ 2で角周波数が ωθの第 2の励磁電流を第 2の励磁コイル 3bに供給し、第 2のパラメータが p4であるときの電極間起電力 E420をとれば、電極間起電力 E420は、式（146)において b2に係る士の係数を反転させたものとなり、電極間起電力 E420は、ほぼ vXB成分として扱うことができる。したがって、本実施例によれば、基本的に電磁誘導方式の流量計と同じハ一ドウア構成を用いて、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を検出することがでさる。

[0223] なお、本実施例では、変動要因の比 Cn4の大きさ（rk[p4, co2]Zrk[p4, ωθ]) または角度（0ΟΟ[ρ4, ω2]- Θ00[ρ4, ωθ])のいずれかを抽出すればよいとしているが、大きさと角度の両方を抽出して、第 2のパラメータ ρ4を求めることも可能である。この場合は、大きさ（rk[p4, co2]/rk[p4, ωθ])と角度（ 000[ρ4, ω2]~ ΘΟ 0[ρ4, ωθ])のうち例えば感度の良い方を選択して、選択した大きさまたは角度に基づいて第 2のパラメータ ρ4を求めるようにすればよい。これにより、検出感度を向上させることができる。

[0224] また、本実施例では、励磁周波数を ωθと ω 2に切り替える例を示した力角周波数 ω 0の成分と ω 2の成分とを含む励磁電流で励磁すれば、励磁周波数を切り替える必要がなくなり、より高速に第 2のパラメータ ρ4を求めることができる。例えば式（22) 、式（23)の代わりに式（132)、式（133)で表される磁場を用いれば良い。

[0225] 本実施例の状態検出装置の具体例として、流体インピーダンスの抵抗成分を検出する例を説明する。角周波数 ωで励磁したとき、状態検出装置の入力側インピーダンスが∑^1(=1¾117(1+_1' 0) 'RirrCin))、流体インピーダンス力 ¾f(=Rf)であるときに、電極 2a, 2bから取り出せる起電力を Ee2[co]とし、入力側インピーダンスが無限大であるときに取り出せる起電力を Eel [ω]とする。このとき、起電力 Ee2[co]と Ε el [ ω ]には次の関係が成り立つ。

Ee2[ ω ] =Eel [ ω ] -Rin/{ (Rin+Rf)

+j- ω -Cin-Rin-Rf} …（170)

[0226] 入力側インピーダンス Zinと流体インピーダンス Zfと起電力 Eel [ ω ]と Ee2 [ ω ]との関係を等価回路で表すと図 36のようになる。入力側インピーダンスの抵抗成分 Rinを 100、容量成分を 0. 5とすれば、 Ee2[co]ZEel[co]の大きさと周波数の関係は図 37で示される。流体インピーダンスの検出を第 4の実施例にあてはめると、以下の式 (171)〜式（174)が成立する。

[0227] Ee2[coO]=E420R

=rk[p4, ωΟ] ·Θχρ(ΐ· θ 00 [ρ4, ωθ])

•exp{j- (π/2+ θ 1) } · {bl +b2-exp (j · Δ θ 2)}

•ωθ ·'·(171)

Ee2[co2]=E422R

=rk[p4, ω 2] -exp(j- θ 00 [ρ4, ω2])

•exp{j- (π/2+ θ 1) } · {bl +b2-exp (j · Δ θ 2)}

·ω2 ·'·(172)

•{bl+b2-exp(j- Δ θ 2)}· ωθ ··· (173)

•{bl+b2-exp(j- Δ Θ 2)}·ω2 ··· (174)

[0229] 起電力 Ee2 [ ω 2]と Ee2 [ ω 0]との比 Ee2 [ ω 2] /Ee2 [ ω 0]は、次式で表される。

= {rk[p4, ω2] ·Θχρ(ΐ· θ 00 [ρ4, ω2])}

/{rk[p4, ωΟ] ·Θχρ(ΐ· θ 00 [ρ4, ωθ])}· ω2/ω1

•••(175)

また、起電力 Eel [ ω 2]と Eel [ ω 0]との比 Eel [ ω 2]/Eel[ ω 0]は、次式で表される。

ΕΘΐ[ω2]/ΕΘΐ[ωΟ] = ω2/ω1 ··· (176) [0230] Ee2[ ω ] = Eel [ ω ] -Rin/{ (Rin+Rf) +j · ω 'Cin'Rin'Rf }の関係式から、次式が得られる。

= {rk[Rf, ω 2] · Θχρ (ΐ · θ 00 [Rf, ω 2]) }

/{rk[Rf, ω 1] · Θχρ (] · 0 OO [Rf, ω ΐ]) }

= [Rin/ { (Rin + Rf ) + j · ω 2 · Cin · Rin · Rf } ]

/ [Rin/ { (Rin + Rf ) + j · ω 0 · Cin · Rin · Rf } ]

•••(177)

[0231] ここで、大きさの比により流体インピーダンスの抵抗成分 Rf (第 2のパラメータ p4)の値を求めることとすれば、 ω Ο = 0. 1、 ω 2= 10とおいたとき、変動要因の比の大きさ I rk[Rf, co 2]Zrk[Rf, ω θ] |と抵抗成分 Rfとの関係は図 38のようになる。この関係を設計時の理論式または校正時の計測により求め、状態記憶部 6aに記憶させておくことにより、ステップ 305で得られた変動要因の比の大きさ I rk[Rf, co 2]Zrk[ Rf, ω θ] Iに基づき、ステップ 306で流体インピーダンスの抵抗成分 Rfを求めることができる。例えば変動要因の比の値が 0. 009996136860であったとすると、図 38 力抵抗成分 Rfの値は 1である。

[0232] [第 5の実施例]

次に、本発明の第 5の実施例について説明する。本実施例の状態検出装置は 2個の励磁コイルと 1対の電極とを有するものであり、信号処理系を除く構成は図 5に示した状態検出装置と同様であるので、図 5の符号を用いて本実施例の原理を説明する。本実施例は、合成ベクトルから 3 AZ 3 t成分を抽出する方法として前記第 2の抽出方法を用い、変動要因が周波数特性を持つ複数の第 2のパラメータを求めるものである。ここでは、 2つの第 2のパラメータの値を求める例を示す。 2つの第 2のパラメータのうち、一方を第 3のパラメータ、他方を第 4のパラメータとする。

[0233] 角周波数 ω θの第 1の励磁電流を第 1の励磁コイル 3aに供給し、第 1の励磁電流との位相差が Δ Θ 2+ πで角周波数が ω θの第 2の励磁電流を第 2の励磁コイル 3bに供給し、第 3のパラメータが p5、第 4のパラメータが q5であるときの電極間起電力 E52 ORは、式（30)、式（85)、式（86)から次式で表される。 E520R=rk[p5, q5, ωθ]

•exp{j- ( Θ 1+ Θ 00[p5, q5、 ωθ])}

•[expir π /2) · {bl+b2-exp(y Θ 2) } · ω 0

+ γ -exp(j- Δ θ 01)•{bl-b2-exp(j- Δ θ 2)}

•V] ··· (178)

[0234] 式（71)、式（72)から、式（178)において式（147)、式（148)が成り立つ。式（148 )の条件を用いて、式（178)の電極間起電力 E520Rを近似した起電力を EdA50とすると、電極間起電力 EdA50は次式で表される。

EdA50=E520R …（179)

EdA50=rk[p5, q5、 ωΟ] ·Θχρ(ΐ· θ 00[ρ5, q5, ωθ])

•Θχρ{]· ( π/2+ θ 1)}

•{bl+b2-exp(j- Δ θ 2)}· ωθ ··· (180)

[0235] 次に、角周波数 ω 2の第 1の励磁電流を第 1の励磁コイル 3aに供給し、第 1の励磁電流との位相差が Δ 02+ πで角周波数が ω 2の第 2の励磁電流を第 2の励磁コィル 3bに供給し、第 3のパラメータが p5、第 4のパラメータが q5であるときの電極間起電力 E522Rは、式（30)、式（88)、式（89)から次式で表される。

E522R=rk[p5, q5, ω2]

•exp{j- ( θ 1+ θ 00[ρ5, q5, ω2])}

•[exp(j- π/2) -{Β1+Β2·ΘΧΡ0· Δ θ 2) } · ω 2

+ γ -exp(j- Δ θ 01)•{bl-b2-exp(j- Δ θ 2)}

•V] ·'· (181)

[0236] 通常、 ω2>γ ·νが成り立つことから、式（147)の条件を考慮すると、式（181)の電極間起電力 E522Rにおいて式（152)が成り立つ。式（152)の条件を用いて、式（ 181)の電極間起電力 E522Rを近似した起電力を EdA52とすると、電極間起電力 E dA52は次式で表される。

EdA52=E522R ··· (182)

EdA52=rk[p5, q5, ω2] ·Θχρ(ΐ· θ 00[ρ5, q5, ω2])

•Θχρ{]· ( π/2+ θ 1)} •{bl+b2-exp(j- Δ θ 2)}· ω2 ··· (183)

[0237] よって、式（180)、式（183)より、合成ベクトル中の 3 ΑΖ 3 t成分を第 1の励磁コィル 3aから発生する磁場と第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場の位相差を利用して抽出できることが分かる。式（180)、式（183)は流速の大きさ Vに関係しないので、 dA/d tによって発生する成分のみとなり、これを用いれば、流速以外の流体の状態や測定管内の状態を計測することが可能になる。

[0238] 式（180)において第 3、第 4のパラメータによる変動要因を Cpq50とすると、 Cpq50

=rk[p5, q5, ωΟ] ·Θχρ(]· θ 00[ρ5, q5, ω 0])であり、残りの部分は校正等により与えられる定数となる。変動要因 Cpq50は、式（180)から次式で表される。

Cpq50 = EdA50/[exp{j - (π/2+ θ 1) }

•{bl+b2-exp(j- Δ θ 2)}· ωθ] ··· (184)

[0239] また、式（183)において第 3、第 4のパラメータによる変動要因を Cpq52とすると、 C pq52=rk[p5, q5, ω2] ·Θχρ(]· Θ00[ρ5, q5, ω 2])であり、残りの部分は校正等により与えられる定数となる。変動要因 Cpq52は、式（183)から次式で表される。 Cpq52 = EdA52/[exp{j - (π/2+ θ 1) }

•{bl+b2-exp(j- Δ Θ2)}·ω2] ··· (185)

[0240] 式（184)、式（185)における [exp{j- (π/2+ θ 1) } · {bl+b2-exp(j- Δ θ 2)}] の大きさを m2b、角度を 02bとすると、 m2b、 Θ 2bはそれぞれ式（120)、式（121) で表される。

[0241] 式（120)、式（121)を式（184)に適用すれば、変動要因 Cpq50の大きさ rk[p5, q 5, ωθ]と実軸からの角度 0OO[p5, q5, ωθ]は次式で表される。

rk[p5, q5, ωΟ]= | EdA50 | /(m2b- ωθ) ··· (186)

Θ00[ρ5, q5, ωΟ] = ΖΕάΑ50- θ 2b …（187)

[0242] また、式（120)、式（121)を式（185)に適用すれば、変動要因 Cpq52の大きさ rk[ p5, q5, ω2]と実軸力らの角度 0OO[p5, q5, ω2]は次式で表される。

rk[p5, q5, ω 2] = | EdA52 | /(m2b- ω2) ··· (188)

θ 00[ρ5, q5, ω 2] = ZEdA52- θ 2b ··· (189)

[0243] 校正時の計測等により予め確認されているパラメータ ρ5, q5と rk[p5, q5, ωθ], r k[p5, q5, ω 2]との関係、またはノラメータ p5, q5と 0 OO[p5, q5, ω θ] , θ 00[ρ 5, q5, ω 2]との関係力ら、ノラメータ ρ5, q5を求めること力 ^できる。

[0244] 次に、本実施例の状態検出装置の具体的な構成とその動作について説明する。本実施例の状態検出装置の構成は第 2の実施例と同様であるので、図 30の符号を用いて説明する。本実施例の状態検出装置は、測定管 1と、電極 2a, 2bと、第 1、第 2 の励磁コイル 3a, 3bと、電源部 4aと、状態定量化部 8aとを有する。

[0245] 状態定量化部 8aは、電極 2a, 2bで検出される合成起電力のうち複数の周波数成分の振幅と位相を求めることにより、複数の周波数成分の各々について 3 AZ 3 t成分を抽出し、複数の第 2のパラメータと周波数とに依存する変動要因の大きさまたは位相を前記抽出した 3 AZ 3 t成分の各々から抽出する信号変換部 5aと、複数の周波数成分の各々における変動要因の大きさまたは位相と複数の第 2のパラメータとの関係を予め記憶する状態記憶部 6a (前述の第 3のテーブルに相当）と、状態記憶部 6aに記憶された関係に基づいて、前記抽出された変動要因の大きさまたは位相に対応する複数の第 2のパラメータを算出する状態出力部 7aとから構成される。

[0246] 電源部 4aの動作は第 4の実施例と同じである。図 39は本実施例の状態定量化部 8 aの動作を示すフローチャートである。まず、信号変換部 5aは、励磁角周波数が ω θ の第 1の励磁状態において、電極 2aと 2b間の起電力のうち角周波数 ω θの成分の起電力 E520Rの振幅 r520Rを求めると共に、実軸と電極間起電力 E520Rとの位相差 φ 520Rを図示しない位相検波器により求める（図 39ステップ 401)。

[0247] 続いて、信号変換部 5aは、励磁角周波数が ω 2の第 2の励磁状態において、電極 2aと 2b間の起電力のうち角周波数 ω 2の成分の起電力 E522Rの振幅 r522Rを求めると共に、実軸と電極間起電力 E522Rとの位相差 φ 522Rを位相検波器により求める（ステップ 402)。

[0248] 続、て、信号変換部 5aは、電極間起電力 E520Rを近似した起電力 EdA50の大きさ I EdA50 Iと実軸に対する角度 ZEdA50を次式のように算出する (ステップ 403

) o

I EdA50 I =r520R …（190)

ZEdA50= 52OR …（191) [0249] また、信号変換部 5aは、電極間起電力 E522Rを近似した起電力 EdA52の大きさ I EdA52 Iと実軸に対する角度 ZEdA52を次式のように算出する (ステップ 404)

I EdA52 I =r522R ··· (192)

ZEdA52= 522R ··· (193)

ステップ 403, 404の処理は、 3 AZ 3 成分を求めることに対応する処理であり、式 (180)、式（183)の算出に相当する処理である。

[0250] 次に、信号変換部 5aは、電極間起電力 EdA50の中から、第 3のパラメータ p5および第 4のパラメータ q5に依存する変動要因 Cpq50の大きさ rk[p5, q5, ωθ]と実軸に対する角度 0OO[p5, q5, ωθ]を次式のように算出する (ステップ 405)。

rk[p5, q5, ωΟ]= | EdA50 | /(m2b- ωθ) ··· (194)

Θ00[ρ5, q5, ωΟ] = ΖΕάΑ50- θ 2b …（195)

[0251] また、信号変換部 5aは、電極間起電力 EdA52の中から、第 3のパラメータ p5および第 4のパラメータ q5に依存する変動要因 Cpq52の大きさ rk[p5, q5, ω2]と実軸に対する角度 0OO[p5, q5, ω 2]を次式のように算出する (ステップ 406)。

rk[p5, q5, ω 2] = | EdA52 | /(m2b- ω2) …（196)

θ 00[ρ5, q5, ω 2] = ZEdA52- θ 2b … (197)

なお、 m2b, Θ 2b (第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場 Β1の振幅 blと、第 2の励磁コイル 3b力発生する磁場 B2の振幅 b2と、磁場 B1と coO'tとの位相差 01と、 Δ Θ 2)は、校正等により予め求めることができる定数である。

[0252] 状態記憶部 6aには、第 3のパラメータ p5および第 4のパラメータ q5と変動要因 Cpq 50, Cpq52の大きさ rk[p5, q5, ωθ], rk[p5, q5, ω 2]との関係、またはノラメ一タ p5, q5と変動要因 Cpq50, Cpq52の角度 000[p5, q5, ωθ], θ 00[ρ5, q5, ω 2]との関係が数式やテーブルの形式で予め登録されている。

[0253] 状態出力部 7aは、信号変換部 5aで計算された変動要因 Cpq50, Cpq52の大きさ rk[p5, q5, ωθ], rk[p5, q5, ω 2]または角度 000[p5, q5, ωθ], θ 00[ρ5, q 5, ω 2]に基づき、状態記憶部 6aを参照して、大きさ rk[p5, q5, ωθ], rk[p5, q5, ω2]また ίま角度 0OO[p5, q5, ωθ], θ 00[p5, q5, ω 2]【こ対応する第 3のノラメータ p5および第 4のパラメータ q5の値を算出する（ステップ 407)。

[0254] 状態定量化部 8aは、以上のようなステップ 401〜407の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで (ステップ 408において YES)、周期 T毎に行う。なお、ステップ 402〜407の処理は継続時間 T2秒の第 2の励磁状態にぉ、て行われる。

[0255] 以上のように、本実施例では、第 1の励磁コイル 3aから発生する磁場 B1と第 2の励磁コイル 3bから発生する磁場 B2の位相差を略 πとし、磁場 B1と Β2の大きさが等しくなるように設定しておくと、電極間起電力 E520R, E522Rがそれぞれ励磁角周波数 ωθ, ω 2のときの 3 ΑΖ 3 t成分として近似的に抽出できることに着眼し、近似的に抽出した 2つの 3 AZ 3 成分力それぞれ流体の特性や状態あるいは測定管内の状態 (第 3のパラメータ p5および第 4のノラメータ q5)に依存する変動要因 Cpq50, Cpq52を抽出して、変動要因 Cpq50, Cpq52の大きさまたは位相に基づいて第 3のノラメータ p5および第 4のパラメータ q5を求めるようにしたので、流体の流速に関わらず、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を精度良く検出することができる。

[0256] また、第 2の実施例と同様に、本実施例の状態定量ィ匕部 8aのうち、電極間起電力 E 520R, E522Rの検出部を除く構成は、コンピュータとプログラムによって実現することができる。そして、本実施例では、例えば、角周波数 ω θの第 1の励磁電流を第 1の励磁コイル 3aに供給し、第 1の励磁電流との位相差が Δ Θ 2で角周波数が ω θの第 2の励磁電流を第 2の励磁コイル 3bに供給し、第 3のノラメータが p5、第 4のパラメ一タが q5であるときの電極間起電力 E520をとれば、電極間起電力 E520は、式（178) において b2に係る土の係数を反転させたものとなり、電極間起電力 E520は、ほぼ V X B成分として扱うことができる。したがって、本実施例によれば、基本的に電磁誘導方式の流量計と同じノ、一ドウエア構成を用いて、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を検出することができる。

[0257] なお、本実施例では、変動要因 Cpq50, Cpq52の大きさ rk[p5, q5, ω θ] , rk[p5 , q5, ω 2]また ίま角度 0 OO[p5, q5, ω θ] , θ 00[ρ5, q5, ω 2]の! /、ずれ力を抽出すればよいとしているが、大きさと角度の両方を抽出して、第 3のパラメータ ρ5および第 4のパラメータ q5を求めることも可能である。この場合は、大きさ rk[p5, q5, ω θ] , rk[p5, q5, ω 2]と角度 000[p5, q5, ωθ], θ 00[p5, q5, ω2]のうち例えば感度の良い方を選択して、選択した大きさまたは角度に基づいて第 3のパラメータ ρ5および第 4のパラメータ q5を求めるようにすればよい。これにより、検出感度を向上させることがでさる。

[0258] また、本実施例では、励磁周波数を ωθと ω 2に切り替える例を示した力角周波数 ω 0の成分と ω 2の成分とを含む励磁電流で励磁すれば、励磁周波数を切り替える必要がなくなり、より高速にパラメータ p5, q5を求めることができる。例えば式（22)、式（23)の代わりに式（132)、式（133)で表される磁場を用いれば良い。

[0259] 本実施例の状態検出装置の具体例として、流体インピーダンスの抵抗成分と容量成分を検出する例を説明する。角周波数 ωで励磁したとき、状態検出装置の入力側インピーダンスが Zin[ ω ] (=Rin/(l+j · ω -Rin-Cin) )、流体インピーダンスが Zf [ω] (=RfZ(l+j' ω *Rf'Cf))であるときに、電極 2a, 2bから取り出せる起電力を Ee2[ ω ]とし、入力側インピーダンスが無限大であるときに取り出せる電位を Eel [ ω ]とする。このとき、起電力 Ee2[co]と Eel[co]には次の関係が成り立つ。

ΕΘ2[ω]=ΕΘΐ[ω]·Ζί[ω]/(Ζίη[ω]+Ζί[ω])

•••(198)

[0260] 入力側インピーダンス Zinと流体インピーダンス Zfと起電力 Eel [ ω ]と Ee2 [ ω ]との関係を等価回路で表すと図 40のようになる。入力側インピーダンスの抵抗成分 Rinを 10、容量成分 Cinを 0.5とし、 ωΟ = 0.1を選択すれば、 Ee2[0.1]/Eel[0.1] の大きさと流体インピーダンスの抵抗成分 Rfおよび容量成分 Cfとの関係は図 41で示される。また、同じく Rin=10、 Cin=0.5とし、 ω2 = 0.01を選択すれば、 Ee2[0 .01]/Eel[0.01]の大きさと流体インピーダンスの抵抗成分 Rfおよび容量成分 C fとの関係は図 42で示される。流体インピーダンスの検出を第 5の実施例にあてはめると、以下の式（199)〜式（202)が成立する。

[0261] Ee2[coO]=E520R

=rk[p5, q5、 ωΟ] ·Θχρ(ΐ· θ 00[ρ5, q5, ωθ])

•exp{j- (π/2+ θ 1) } · {bl +b2-exp (j · Δ θ 2)}

•ωθ ·'·(199) Ee2[co2]=E522R

=rk[p5, q5、 o2]'exp(j' Θ 00[p5, q5, ω2])

•exp{j- (π/2+ Θ 1) } · {bl +b2-exp (j · Δ Θ 2)}

• ω2 - - - (200)

[0262] Eel[_W0]=exp{j - (π/2+ θ 1) }

•{bl+b2-exp(j- Δ θ 2)}· ωθ ··· (201)

•{bl+b2-exp(j- Δ Θ 2)}·ω2 · · · (202)

[0263] したがって、式（194)〜式（197)力変動要因 Cpq50, Cpq52の大きさ rk[p5, q 5, ωθ], rk[p5, q5, ω 2]と角度 000[p5, q5, ωθ], θ 00[ρ5, q5, ω2]を求めることができる。 Ee2[ ω ]ZEel [ ω ] =Zf/ (Zin + Zf)の関係式から次式が得られる rk[Rf, Cf, ωΟ] ·Θχρ(ΐ· θ 00 [Rf, Cf, ωθ])

= {Rin/(l+j- ωΟ-Cin-Rin)}

/[{Rin/(l+j- ωΟ-Cin-Rin)}

+ {RfZ(l+j' oO'Cf'Rf)}] ·'·(203)

rk[Rf, Cf, ω2] ·Θχρ(ΐ· Θ 00 [Rf, Cf, ω2])

= {Rin/(l+j- _W2-Cin-Rin)}

/[{Rin/(l+j- _W2-Cin-Rin)}

+ {RfZ(l+j' o2'Cf'Rf)}] - - - (204)

[0264] ここで、大きさ rkにより流体インピーダンスの抵抗成分 Rf (第 3のパラメータ p5)と容量成分 Cf (第 4のパラメータ q5)の値を求めることとすれば、 Rin=10、 Cin=0. 5、 ωΟ = 0. 1とお!/、たとき、 rk[Rf, Cf,

1]/Eel[0. 1]=0.85956 58805であったとすると、 Rf, Cfの解 Rfa, Cfaは、図 41に示した曲面と Ee2[0. 1 ]/Eel[0. 1]=0.8595658805と! /、う平面との交点、として求まる（図 43)。

[0265] また、 Rin=10、 Cin=0. 5、 ω2 = 0.01とおいたとき、 rk[Rf, Cf, co2]=Ee2[0 .01]/Eel[0.01] =0. 6759189546であったとすると、 Rf, Cfの解 Rfj8, Ci β は、図 42に示した曲面と Ee2[0.01]/Eel[0.01] =0.6759189546と!ヽぅ平面との交点として求まる（図 44)。図 43と図 44の結果から、励磁周波数 ω θ, ω 2のいずれにおいても満足する解として、 Rf= 5、 Cf= 5が得られる。

[0266] 図 41、図 42に示した関係を設計時の理論式または校正時の計測により求め、状態記憶部 6aに記憶させておくことにより、ステップ 405で得られた変動要因 Cpq50の大きさ rk[p5, q5, ω 0]とステップ 406で得られた変動要因 Cpq52の大きさ rk[p5, q5 , ω 2]に基づき、ステップ 407で流体インピーダンスの抵抗成分 Rfと容量成分 Cfを求めることができる。

[0267] なお、実際には励磁角周波数 ω θにおける変動要因 Cpq50の大きさ rk[p5, q5, ω θ]の値と状態記憶部 6aに蓄積されている図 41の曲面の式から、パラメータ p5と q 5の解の候補が曲線として求まり、さらに励磁角周波数 ω 2における変動要因 Cpq52 の大きさ rk[p5, q5, ω 2]の値と状態記憶部 6aに蓄積されている図 42の曲面の式から、パラメータ p5と q5の解の候補が曲線として求まるので、図 41の曲面の式から求めた解の候補と図 42の曲面の式から求めた解の候補との交点がパラメータ p5, q5 の解となる。

[0268] 具体的には、曲線を細分ィ匕して、式（95)と式（96)で表わされるように解の近傍で 2 つの直線の式が次式のように成り立つとする。

p5/aO + q5/bO + zO/cO = 1 …（205)

p5/a2 + q5/b2 + z2/c2= l …（206)

式（205)と式（206)の直線の 1例を図 45に示す。細分ィ匕された 2つの直線が交点を持つ区間を選択し、この 2つの連立方程式を例えばガウスの消去法のプログラムを用いて解けば、パラメータ p5と q5の解を求めることができる。これは第 2のパラメータ力^つ以上になっても同様の手法を用いて計算することができ、この計算は例えばコンピュータを用いれば、容易に実現できる。

[0269] [第 6の実施例]

次に、本発明の第 6の実施例について説明する。本実施例は、第 1の実施例の状態検出装置に対して電極を 1個追加したものであり、前述の第 3の原理を用いるものである。本実施例の状態検出装置は 1個の励磁コイルと 2対の電極とを有するものであり、信号処理系を除く構成は図 13に示した状態検出装置と同様であるので、図 13 の符号を用いて本実施例の原理を説明する。新たに追加する第 2の電極を既存の第 1の電極と同じ側に追加した場合には、第 1の実施例の冗長な構成となる。したがつて、第 2の電極は、励磁コイルを挟んで第 1の電極と異なる側に配設する必要がある。本実施例は、合成ベクトルから 3 AZ 3 成分を抽出する方法として前記第 1の抽出方法を用い、励磁周波数に関係しない第 1のパラメータを求めるものである。

[0270] 角周波数 ωθの励磁電流を励磁コイル 3に供給し、第 1のパラメータが ρ6であるときの電極 2a, 2b間の第 1の電極間起電力と電極 2c, 2d間の第 2の電極間起電力との差 E630dは、式（54)、式（68)、式（75)力次式で表される。

E630d=rk[p6]-exp{j- ( Θ 3+ Θ 00 [p6])}

•[exp(j- π/2) -{b3 + b4- exp(j- Δ θ 4) } · ω 0

+ γ -exp(j- Δ θ 01) -{b3-b4-exp(j- Δ θ 4) }

•V] ··· (207)

[0271] また、角周波数 ω 2の励磁電流を励磁コイル 3に供給し、第 1のパラメータが ρ6であるときの電極 2a, 2b間の第 1の電極間起電力と電極 2c, 2d間の第 2の電極間起電力との差 E632dは、式（54)、式（70)、式（75)力次式で表される。

E632d=rk[p6]-exp{j- ( Θ 3+ Θ 00 [p6])}

• [exp (j · π Z2) · {b3 + b4 · exp (j · Δ 04) } · ω 2

+ γ -exp(j- Δ θ 01) -{b3-b4-exp(j- Δ θ 4) }

•V] ··· (208)

[0272] ここで、励磁コイル 3の軸を含む平面 PLN3から電極 2a, 2b間を結ぶ電極軸 EAX 1までの距離 d3と平面 PLN3から電極 2c, 2d間を結ぶ電極軸 EAX2までの距離 d4 とが略等しいとすると（d3 d4)、b3 b4、 Δ 04 0になる。この場合、式（207)、式（208)は以下のようになる。

E630d=rk[p6]-exp{j- ( Θ 3+ Θ 00 [p6])}

•{exp(j- π/2) -2-b3- ωθ} · · · (209)

E632d=rk[p6]-exp{j- ( θ 3+ θ 00 [ρ6])}

•{exp(j- π/2) -2-b3- ω2} · · · (210)

[0273] すなわち、起電力差 E630d, E632dは、ほぼ d d t成分のみの起電力になり、 dA/d t成分の抽出の際の演算誤差を小さくすることができる。この点が、本実施例と第 1の実施例の技術的な意義における相違点である。ただし、以後の理論展開も b3≠b4, Δ 04≠0として進める。

[0274] 起電力差 E630dと E632dとの差を EdA6とすれば、差分 EdA6は次式で表される

EdA6= (E630d-E632d)

=rk[p6]-exp(j- Θ 00[p6]) -exp{j · ( π /2+ θ 3)}

•{b3+b4-exp(j- Δ Θ4)}·(ω0-ω2) ··· (211)

[0275] よって、式（211)より、合成ベクトル中の 3 ΑΖ 3 t成分を異なる周波数成分の出力差を利用して抽出できることが分かる。式（211)は流速の大きさ Vに関係しないので、 3 AZ 3 tによって発生する成分のみとなる。この差分 EdA6を用いて、流速以外の流体の状態や測定管内の状態を計測することが可能になる。

[0276] 第 1のノラメータによる変動要因を Cp6とすると、 Cp6=rk[p6 exp(j- Θ 00 [p6] )であり、残りの部分は校正等により与えられる定数となる。変動要因 Cp6は、式（21 1)から次式で表される。

Cp6=EdA6/[exp{j - (π/2+ θ 3)}

•{b3+b4-exp(j- Δ Θ4)}·(ω0-ω2)]

•••(212)

[0277] 式（212)における [exp{j- (π/2+ θ 3) } · {b3+b4-exp (j · Δ 04)}]の大きさを m3b、角度を Θ 3bとすると、 m3b、 Θ 3bは次式で表される。

m3b= {b3²+b4²+b3-b4-cos( Δ Θ4)}¹² · · · (213)

Θ 3b=tan^_1[{b4-sin(A θ 4) }

/{b3 + b4-cos(A θ4)}]-(π/2+ θ 3) · · (214)

[0278] 式（212)〜式（214)から変動要因 Cp6の大きさ rk[p6]と実軸からの角度 000 [p 6]は次式で表される。

rk[p6]= I EdAl | /{m3b- (ωθ- ω2) } ··· (215)

θ 00[p6] = ZEdAl- θ 3b …（216)

校正時の計測等により予め確認されている第 1のパラメータ _Ρ6と rk[p6]との関係または第 1のパラメータ _P6と角度 θ 00 [p6]との関係から、第 1のパラメータ p6を求めることができる。

[0279] 次に、本実施例の状態検出装置の具体的な構成とその動作について説明する。図 46は本実施例の状態検出装置の構成を示すブロック図であり、図 13と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の状態検出装置は、測定管 1と、第 1の電極 2a, 2bと、第 2の電極 2c, 2dと、励磁コイル 3と、電源部 4bと、状態定量化部 8bとを有する。

[0280] 状態定量化部 8bは、第 1の電極 2a, 2bで検出される第 1の合成起電力と第 2の電極 2c, 2dで検出される第 2の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて第 1の合成起電力と第 2の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を第 1の角周波数 ω θと第 2の角周波数 ω 2の各々について求め、第 1の角周波数 ω 0における起電力差と第 2の角周波数 ω 2における起電力差との差分を d A/ d t成分として抽出し、この 3 AZ 3 t成分の中力第 1のパラメータに依存し、周波数に依存しない変動要因の大きさまたは位相を抽出する信号変換部 5bと、第 1 のパラメータに依存する変動要因の大きさまたは位相と第 1のパラメータとの関係を予め記憶する状態記憶部 6b (前述の第 1のテーブルに相当）と、状態記憶部 6bに記憶された関係に基づいて、前記抽出された変動要因の大きさまたは位相に対応する第 1のパラメータを求める状態出力部 7bとから構成される。

[0281] 電源部 4bは、第 1の角周波数 ω θの励磁電流を励磁コイル 3に供給する第 1の励磁状態を T1秒継続し、続いて第 2の角周波数 ω 2の励磁電流を励磁コイル 3に供給する第 2の励磁状態を Τ2秒継続することを Τ秒周期で繰り返す。すなわち、 Τ=Τ1 +Τ2である。

[0282] 図 47は状態定量ィ匕部 8bの動作を示すフローチャートである。まず、信号変換部 5b は、第 1の励磁状態において、電極 2aと 2b間の第 1の電極間起電力のうち角周波数 ω 0の成分の起電力と電極 2cと 2d間の第 2の電極間起電力のうち角周波数 ω 0の成分の起電力との差 E630dの振幅 r630dを求めると共に、実軸と起電力差 E630dとの位相差 Φ 630dを図示しない位相検波器により求める（図 47ステップ 501)。

[0283] 続いて、信号変換部 5bは、第 2の励磁状態において、第 1の電極間起電力のうち角周波数 ω 2の成分の起電力と第 2の電極間起電力のうち角周波数 ω 2の成分の起電力との差 E632dの振幅 r632dを求めると共に、実軸と起電力差 E632dとの位相差 φ 632dを位相検波器により求める (ステップ 502)。

[0284] 次に、信号変換部 5bは、起電力差 E630dの実軸成分 E630dxと虚軸成分 E630d y、および起電力差 E632dの実軸成分 E632dxと虚軸成分 E632dyを次式のように算出する (ステップ 503)。

E630dx=r630d-cos ( 630d) …（217)

E630dy=r630d- sin ( 630d) …（218)

E632dx=r632d-cos ( 632d) …（219)

E632dy=r632d- sin ( 632d) …（220)

[0285] 式（217)〜式（220)の算出後、信号変換部 5bは、起電力差 E630dと E632dとの差分 EdA6の大きさと角度を求める（ステップ 504)。このステップ 504の処理は、 3 A Z 3 t成分を求めることに対応する処理であり、式（211)の算出に相当する処理である。信号変換部 5bは、差分 EdA6の大きさ I EdA6 |を次式のように算出する。

I EdA6 I = { (E630dx-E632dx)²

+ (E630dy-E632dy) ²}^{1 2} …（221)

[0286] そして、信号変換部 5は、実軸に対する差分 EdA6の角度 ZEdA6を次式のように算出する。

ZEdA6=tan^_1{ (E630dy-E632dy)

Z (E630dx-E632dx) } … (222)

以上で、ステップ 504の処理が終了する。

[0287] 信号変換部 5bは、差分 EdA6の中から、第 1のパラメータ p6に依存する変動要因 Cp6の大きさ rk[p6]と実軸に対する角度 θ 00[p6]を次式のように算出する (ステツプ 505)。

rk[p6] = I EdA6 | /{m3b - ( ω θ- ω 2) } · · · (223)

θ 00[p6] = ZEdA6- θ 3b …（224)

なお、 m3b, Θ 3b (励磁コィノレ 3力ら発生する磁場 Β3, B4の振幅 b3, b4と、磁場 B3 と co O'tとの位相差 0 3と、 Δ 0 4)は、校正等により予め求めることができる定数である。

[0288] 状態記憶部 6bには、第 1のパラメータ p6と変動要因 Cp6の大きさ rk[p6]との関係、または第 1のパラメータ p6と変動要因 Cp6の角度 Θ 00 [p6]との関係が数式ゃテーブルの形式で予め登録されている。ステップ 506において、状態出力部 7bは、信号変換部 5bで計算された変動要因 Cp6の大きさ rk[p6]または角度 θ 00[p6]に基づき、状態記憶部 6bを参照して、 rk[p6]または Θ 00 [p6]に対応する第 1のパラメータ p6の値を算出する（あるいは状態記憶部 6から取得する)。

[0289] 状態定量化部 8bは、以上のようなステップ 501〜506の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで (ステップ 507において YES)、周期 T毎に行う。なお、ステップ 502〜506の処理は継続時間 T2秒の第 2の励磁状態にぉ、て行われる。

[0290] 以上のように、本実施例では、第 1の電極間起電力の角周波数 ω θの成分と第 2の電極間起電力の角周波数 ω θの成分との差 E630d、および第 1の電極間起電力の角周波数 ω 2の成分と第 2の電極間起電力の角周波数 ω 2の成分との差 E632dを求め、起電力差 E630dと E632dと力ら差分 EdA6 ( d A/ d t成分）を抽出し、この起電力差 EdA6から流体の特性や状態あるいは測定管内の状態 (第 1のパラメータ p 6)に依存する変動要因 Cp6の大きさまたは位相を抽出して、この変動要因 Cp6の大きさまたは位相に基づいて第 1のパラメータ p6を求めるようにしたので、流体の流速に関わらず、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を精度良く検出することができる。

[0291] また、本実施例の状態定量化部 8bのうち、起電力差 E630d, E632dの検出部を除く構成は、 CPU、記憶装置およびインタフェースを備えたコンピュータとこれらのハ一ドウエア資源を制御するプログラムによって実現することができる。そして、本実施例では、例えば、 E630d-EdA6 · { ( ω 0— ω 2) Z ω 0}により νΧ Β成分を抽出することができる。 νΧ Β成分力流体の流量を算出することは、一般の電磁流量計で周知の技術であり、状態定量ィ匕部 8bを構成するコンピュータで容易に実現できる。したがって、本実施例によれば、基本的に電磁誘導方式の流量計と同じハードウェア構成を用いて、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を検出することができる。 [0292] また、本実施例では、励磁コイル 3の軸を含む平面 PLN3から第 1の電極 2a, 2bまでの距離 d3と平面 PLN3から第 2の電極 2c, 2dまでの距離 d4とを調整することにより、起電力差 E630d, E632dがほぼ 3 AZ 3 t成分の起電力のみとなるようにすることができる。これにより、本実施例では、 3 AZ 3 t成分をより効果的に抽出することが可能であり、第 1の実施例に比べて演算誤差を小さくすることが可能である。

[0293] なお、本実施例では、差分 EdA6から変動要因 Cp6の大きさ rk[p6]または角度 Θ 00 [p6]の、ずれかを抽出すればよ!、として、るが、大きさと角度の両方を抽出して、第 1のパラメータ p6を求めることも可能である。この場合は、大きさ rk[p6]と角度 Θ 00 [p6]のうち例えば感度の良、方を選択して、選択した大きさまたは角度に基づヽて第 1のパラメータ p6を求めるようにすればよい。これにより、検出感度を向上させることができる。

[0294] また、本実施例では、励磁周波数を ω θと ω 2に切り替える例を示した力角周波数 ω 0の成分と ω 2の成分とを含む励磁電流で励磁すれば、励磁周波数を切り替える必要がなくなり、より高速に第 1のパラメータ ρ6を求めることができる。例えば式 (41) 、式 (42)の代わりに次式で表される磁場を用いれば良！、。

B3 = b3 - cos ( co O -t— Θ 3) +b3 - cos ( ω 2 -t- θ 3)

…（225)

B4 = b4 ' cos ( co 0 't— θ 4) +b4 - cos ( ω 2 -t- θ 4)

…（226)

[0295] また、本実施例では、第 1の電極間起電力と第 2の電極間起電力とから起電力差 Ε 630d, E632dを取り出し、この起電力差 E630dと E632dとの差分を d A/ d t成分として抽出している力これに限るものではなぐ第 1の電極間起電力と第 2の電極間起電力との起電力和を励磁角周波数 ω θ, ω 2の各々について取り出し、この 2つの起電力和の差分を 3 ΑΖ 3 t成分として抽出してもよい。

[0296] 本実施例の状態検出装置の具体例として、流体の水位または断面積を検出する例を説明する。この場合、水位 hが変動することを考慮して、図 48、図 49に示すように、励磁コイル 3を測定管 1の水平方向に配置し、また電極 2a, 2cを測定管 1の下部に配置する。このように第 1の電極と第 2の電極が 1個ずつの場合には、流体 Fの電位を接地電位にするためのアースリング (不図示）が測定管 1に設けられており、電極 2aと接地電位との電位差を第 1の電極間起電力とし、電極 2cと接地電位との電位差を第 2の電極間起電力として信号変換部 5bで検出すればよい。

[0297] 流体 Fの水位 M断面積 S)が変動すると、変動要因 Cp6の大きさ rk[p6]の値も変動する。流体 Fの水位 hまたは断面積 S (第 1のパラメータ p6)と変動要因 Cp6の大きさ rk[p6]との関係の 1例を図 50に示す。図 50の関係は測定管 1の形状等によって変化するので、この関係を設計時の理論式または校正時の計測により求め、状態記憶部 6bに記憶させておくことにより、ステップ 505で得られた変動要因 Cp6の大きさ r k[p6]に基づき、ステップ 506で流体 Fの水位 hまたは断面積 Sを求めることができる

[0298] [第 7の実施例]

次に、本発明の第 7の実施例について説明する。本実施例の状態検出装置は 1個の励磁コイルと 2対の電極とを有するものであり、信号処理系を除く構成は図 13に示した状態検出装置と同様であるので、図 13の符号を用いて本実施例の原理を説明する。本実施例は、合成ベクトルから 3 AZ 3 t成分を抽出する方法として前記第 2の抽出方法を用い、励磁周波数に関係しない第 1のパラメータを求めるものである。

[0299] 角周波数 ω θの励磁電流を励磁コイル 3に供給し、第 1のパラメータが ρ7であるときの電極 2a, 2b間の第 1の電極間起電力と電極 2c, 2d間の第 2の電極間起電力との差 E730dは、式（54)、式（68)、式（75)力次式で表される。

E730d=rk[p7] -exp{j - ( Θ 3+ Θ 00 [p7]) }

•[exp (j - π /2) - {b3 + b4- exp (j - Δ θ 4) } · ω 0

+ γ -exp (j - Δ θ 01) - {b3-b4-exp (j - Δ θ 4) }

•V] · · · (227)

[0300] 初期状態 (校正時の状態）にお、て、励磁コイル 3から発生する磁場 Β3と磁場 Β4 を等しく設定しておくと、その後の磁場 Β3と Β4との差は小さくなり、次式の条件が成り立つ。

I b3+b4-exp (j - Δ Θ 4) | > | b3-b4-exp (j - Δ Θ 4) |

…（228) [0301] また、通常 ωΟ> γ 'Vが成り立つことから、式（228)の条件を考慮すると、式（227 )の起電力差 E730dにおいて次式の条件が成り立つ。

I ωΟ·Θχρ(ΐ· π/2) -{b3 + b4-exp(j- Δ θ 4)} |

》 I γ ·ν·Θχρ(ΐ· Δ θ 01) -{b3-b4-exp(j- Δ θ 4) } |

··· (229)

[0302] 式（229)の条件を用いて、式（227)の起電力差 E730dを近似したものを EdA7とすると、起電力差 EdA7は次式で表される。

EdA7=E730d …（230)

EdA7=rk[p7]-exp(j- Θ 00 [p7])

•Θχρ{]· ( π/2+ θ 3)}

•{b3+b4-exp(j- Δ Θ4)}·ω0 ··· (231)

[0303] よって、式（231)より、合成ベクトル中の 3 ΑΖ 3 t成分を電極間起電力の差を利用して抽出できることが分かる。式（231)は流速の大きさ Vに関係しないので、 3 A / d tによって発生する成分のみとなる。この起電力差 EdA7を用いて、流速以外の流体の状態や測定管内の状態を計測することが可能になる。

[0304] 第 1のノラメータによる変動要因を Cp7とすると、 Cp7=rk[p7 exp(j- Θ 00 [p7] )であり、残りの部分は校正等により与えられる定数となる。変動要因 Cp7は、式（23 1)から次式で表される。

Cp7=EdA7

•{b3+b4-exp(j- Δ Θ4)}·ω0] · · · (232)

[0305] 式（232)における [exp{j- (π/2+ θ 3) } · {b3+b4-exp (j · Δ 04)}]の大きさ m 3b、角度 Θ 3bは、式（213)、式（214)で表される。式（213)、式（214)を式（232) に適用すれば、変動要因 Cp7の大きさ rk[p7]と実軸からの角度 θ 00[p7]は次式で表される。

rk[p7]= I EdA7 I /(m3b. ωθ) · · · (233)

θ 00[p7] = ZEdA7- θ 3b …（234)

校正時の計測等により予め確認されている第 1のパラメータ ρ7と rk[p7]との関係または第 1のパラメータ _P7と角度 θ 00[p7]との関係から、第 1のパラメータ _P7を求めることができる。

[0306] 次に、本実施例の状態検出装置の具体的な構成とその動作について説明する。本実施例の状態検出装置の構成は第 6の実施例と同様であるので、図 46の符号を用いて説明する。本実施例の状態検出装置は、測定管 1と、第 1の電極 2a, 2bと、第 2 の電極 2c, 2dと、励磁コイル 3と、電源部 4bと、状態定量化部 8bとを有する。

[0307] 状態定量化部 8bは、第 1の電極 2a, 2bで検出される第 1の合成起電力と第 2の電極 2c, 2dで検出される第 2の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて第 1の合成起電力と第 2の合成起電力との起電力差から 3 AZ d t成分を抽出し、この 3 AZ 3 t成分の中から第 1のパラメータに依存し、周波数に依存しない変動要因の大きさまたは位相を抽出する信号変換部 5bと、第 1のパラメータに依存する変動要因の大きさまたは位相と第 1のパラメータとの関係を予め記憶する状態記憶部 6b (前述の第 1のテーブルに相当）と、状態記憶部 6bに記憶された関係に基づいて、前記抽出された変動要因の大きさまたは位相に対応する第 1 のパラメータを求める状態出力部 7bとから構成される。

[0308] 電源部 4bは、角周波数 ω θの励磁電流を励磁コイル 3に供給する。図 51は本実施例の状態定量ィ匕部 8bの動作を示すフローチャートである。まず、信号変換部 5bは、電極 2aと 2b間の第 1の電極間起電力のうち角周波数 ω θの成分の起電力と電極 2c と 2d間の第 2の電極間起電力のうち角周波数 ω θの成分の起電力との差 E730dの振幅 r730dを求めると共に、実軸と起電力差 E730dとの位相差 φ 730dを図示しない位相検波器により求める（図 51ステップ 601)。

[0309] 続いて、信号変換部 5bは、起電力差 E730dを近似した起電力差 EdA7の大きさと角度を求める（ステップ 602)。このステップ 602の処理は、 d A/ d t成分を求めることに対応する処理であり、式（231)の算出に相当する処理である。信号変換部 5bは、起電力差 EdA7の大きさ I EdA7 Iを次式のように算出する。

I EdA7 I =r730d …（235)

[0310] そして、信号変換部 5bは、実軸に対する起電力差 EdA7の角度 ZEdA7を次式のように算出する。 ZEdA7= 730ά …（236)

以上で、ステップ 602の処理が終了する。

[0311] 次に、信号変換部 5bは、起電力差 EdA7の中から、第 1のパラメータ p7に依存する変動要因 Cp7の大きさ rk[p7]と実軸に対する角度 θ 00[p7]を次式のように算出する（ステップ 603)。

rk[p7] = I EdA7 I / (m3b . ω θ) · · · (237)

θ 00[p7] = ZEdA7- θ 3b …（238)

[0312] 状態記憶部 6bには、第 1のパラメータ p7と変動要因 Cp7の大きさ rk[p7]との関係、または第 1のパラメータ p7と変動要因 Cp7の角度 Θ 00 [p7]との関係が数式ゃテーブルの形式で予め登録されている。ステップ 604において、状態出力部 7bは、信号変換部 5bで計算された変動要因 Cp7の大きさ rk[p7]または角度 θ 00[p7]に基づき、状態記憶部 6bを参照して、 rk[p7]または Θ 00 [p7]に対応する第 1のパラメータ p7の値を算出する（あるいは状態記憶部 6bから取得する）。状態定量化部 8bは、以上のようなステップ 601〜604の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで (ステップ 605において YES)、一定周期毎に行う。

[0313] 以上のように、本実施例では、励磁コイル 3から発生する磁場 B3と B4とが等しくなるように調整しておくと、起電力差 E730dが近似的に 3 AZ 3 t成分として抽出できることに着眼し、近似的に抽出した 3 AZ 3 t成分から流体の特性や状態あるいは測定管内の状態 (第 1のパラメータ p7)に依存する変動要因 Cp7の大きさまたは位相を抽出して、この変動要因 Cp7の大きさまたは位相に基づいて第 1のパラメータ p7を求めるようにしたので、流体の流速に関わらず、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を精度良く検出することができる。

[0314] また、第 6の実施例と同様に、本実施例の状態定量ィ匕部 8bのうち、起電力差 E730 dの検出部を除く構成は、コンピュータとプログラムによって実現することができる。そして、本実施例では、例えば、角周波数 ω θの励磁電流を励磁コイル 3に供給し、第 1のパラメータが p7であるときの電極 2a, 2b間の第 1の電極間起電力と電極 2c, 2d 間の第 2の電極間起電力との和 E730sをとれば、電極間起電力 E730sは、式（227 )において b4に係る土の係数を反転させたものとなり、電極間起電力 E730sは、ほぼ vXB成分として扱うことができる。したがって、本実施例によれば、基本的に電磁誘導方式の流量計と同じノ、一ドウア構成を用いて、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を検出することができる。

[0315] なお、本実施例では、起電力差 EdA7から変動要因 Cp7の大きさ rk[p7]または角度 Θ 00 [p7]のいずれかを抽出すればよいとしている力大きさと角度の両方を抽出して、第 1のパラメータ _P7を求めることも可能である。この場合は、大きさ rk[p7]と角度 Θ 00 [p7]のうち例えば感度の良い方を選択して、選択した大きさまたは角度に基づいて第 1のパラメータ p7を求めるようにすればよい。これにより、検出感度を向上させることができる。

[0316] [第 8の実施例]

次に、本発明の第 8の実施例について説明する。本実施例の状態検出装置は 1個の励磁コイルと 2対の電極とを有するものであり、信号処理系を除く構成は図 13に示した状態検出装置と同様であるので、図 13の符号を用いて本実施例の原理を説明する。本実施例は、合成ベクトルから 3 AZ 3 t成分を抽出する方法として前記第 2の抽出方法を用い、変動要因が周波数特性を持つ第 2のパラメータを求めるものである。

[0317] 角周波数 ωθの励磁電流を励磁コイル 3に供給し、第 1のパラメータが ρ8であるときの電極 2a, 2b間の第 1の電極間起電力と電極 2c, 2d間の第 2の電極間起電力との差 E830dは、式（54)、式（78)、式（79)力次式で表される。

E830d=rk[p8, _w0]-exp{j- ( θ 3+ θ 00[ρ8, ωθ])}

•[exp(j- π/2) -{b3 + b4- exp(j- Δ θ 4) } · ω 0

+ γ -exp(j- Δ θ 01) -{b3-b4-exp(j- Δ θ 4) } •V] ··· (239)

[0318] 式（228)、式（229)力ら、式（239)において次の近似式が成り立つ。

I b3+b4-exp(j- Δ Θ 4) | > | b3-b4-exp(j- Δ Θ 4) | • · · (240)

I ωΟ-expG· π/2) -{b3 + b4-exp(j- Δ θ 4)} |

》 I γ -V-exp(j- Δ θ 01) -{b3-b4-exp(j- Δ θ 4) } |

•••(241)

[0319] 式（241)の条件を用いて、式（239)の起電力差 E830dを近似したものを EdA80とすると、起電力差 EdA80は次式で表される。

EdA80=E830d …（242)

EdA80=rk[p8, _w0]-exp(j- θ 00 [ρ8, ωθ])

•Θχρ{]· (π/2+ θ 3)}

•{b3+b4-exp(j- Δ Θ4)}·ω0 · · · (243)

[0320] 次に、角周波数 ω 2の励磁電流を励磁コイル 3に供給し、第 1のパラメータが ρ8であるときの電極 2a, 2b間の第 1の電極間起電力と電極 2c, 2d間の第 2の電極間起電力との差 E832dは、式（54)、式（81)、式（82)力次式で表される。

E832d=rk[p8, _W2]-exp{j- ( θ 3+ θ 00[ρ8, ω2])}

• [exp ( ' π/2)

•{b3+b4-exp(j- Δ θ 4) } · ω 2

+ γ -exp(j- Δ θ 01) -{b3-b4-exp(j- Δ θ 4) }

•V] ··· (244)

[0321] 通常 ω2> γ 'Vが成り立つことから、式（240)の条件を考慮すると、式（244)の起電力差 E832dにおいて次式の条件が成り立つ。

I co2'exp(j Z2)'{b3+b4'exp(j'A 04)} |

》 I γ -V-exp(j- Δ θ 01) -{b3-b4-exp(j- Δ θ 4) } |

• · · (245)

[0322] 式（245)の条件を用いて、式（244)の起電力差 E832dを近似したものを EdA82とすると、起電力差 EdA82は次式で表される。

EdA82=E832d

• · · (246)

EdA82=rk[p8, _W2]-exp(j- θ 00 [ρ8, ω2]) •Θχρ{]· ( π/2+ θ 3)}

•{b3+b4-exp(j- Δ Θ4)}·ω2 · · · (247)

[0323] よって、式（243)、式（247)より、合成ベクトル中の 3 ΑΖ 3 t成分を電極間起電力の差を利用して抽出できることが分かる。式（243)、式（247)は、流速の大きさ Vに関係しないので、 3 AZ 3 tによって発生する成分のみとなる。これを用いれば、流速以外の流体の状態や測定管内の状態を計測することが可能になる。

[0324] 式（243)において第 2のパラメータによる変動要因を Cp80とすると、 Cp80=rk[p 8, ωΟ] ·Θχρ(ΐ· Θ00[ρ8, ωθ])であり、残りの部分は校正等により与えられる定数となる。変動要因 Cp80は式（243)から次式で表される。

Cp80=EdA80/[exp{j - (π/2+ θ 3)}

•{b3+b4-exp(j- Δ Θ4)}·ω0] · · · (248)

[0325] また、式（247)において第 2のパラメータによる変動要因を Cp82とすると、 Cp82 = rk[p8, ω2] ·Θχρ(ΐ· Θ00[ρ8, ω 2])であり、残りの部分は校正等により与えられる定数となる。変動要因 Cp82は式（247)から次式で表される。

Cp82=EdA82/[exp{j - (π/2+ θ 3)}

•{b3+b4-exp(j- Δ Θ4)}·ω2] · · · (249)

[0326] 式（248)、式（249)における [exp{j- (π/2+ θ 3) } · {b3+b4-exp(j- Δ Θ4)}] の大きさ m3b、角度 03bは式（213)、式（214)で表される。式（213)、式（214)を式（248)に適用すれば、変動要因 Cp80の大きさ rk[p8, ωθ]と実軸からの角度 Θ 00 [ρ8, ωθ]は次式で表される。

rk[p8, ωΟ]= I EdA80 | /(m3b- ωθ) · · · (250)

Θ00[ρ8, ωΟ] = ΖΕάΑ80- θ 3b …（251)

[0327] また、式（213)、式（214)を式（249)に適用すれば、変動要因 Cp82の大きさ rk[p 8, ω 2]と実軸からの角度 000 [ρ8, ω 2]は次式で表される。

rk[p8, ω2]= I EdA82 | /(m3b- ω2) ··· (252)

θ 00[ρ8, ω 2] = ZEdA82- θ 3b ··· (253)

[0328] 変動要因 Cp82と Cp80との比を Cn8とすると、比 Cn8は次式で表される。

Cn8 = Cp82/Cp80 = (rk[p8, co2]Zrk[p8, ωθ])

•exp{j - ( Θ 00 [p8, ω2]- θ 00[p8, ωθ])}

• · · (254)

[0329] このとき、比 Cn8の大きさ（rk[p8, co2]Zrk[p8, ωθ])と実軸に対する角度（ θ 0 0[ρ8, ω2]- Θ00[ρ8, ωθ])は次式で表される。

rk[p8, co2]Zrk[p8, ωΟ] = ( | EdA82 | / | EdA80 | )

•(ω0/ω2) ·'·(255)

θ 00[p8, ω2]- θ 00[ρ8, ω 0] = EdA82 - EdA80

··· (256)

[0330] 式（254)〜式（256)より、比 Cn8に磁場の変動要因が含まれておらず、誤差要因を少なくして第 2のパラメータの値 p8を得ることができることが分かる。

校正時の計測等により予め確認されている第 2のパラメータ p8と (rk[p8, co2]Zrk [ρ8, ωθ])との関係、または第 2のノラメータ p8と（0ΟΟ[ρ8, ω2]- Θ00[ρ8, ω 0])との関係から、第 2のパラメータ ρ8を求めることができる。

[0331] 次に、本実施例の状態検出装置の具体的な構成とその動作について説明する。本実施例の状態検出装置の構成は第 6の実施例と同様であるので、図 46の符号を用いて説明する。本実施例の状態検出装置は、測定管 1と、第 1の電極 2a, 2bと、第 2 の電極 2c, 2dと、励磁コイル 3と、電源部 4bと、状態定量化部 8bとを有する。

[0332] 状態定量化部 8bは、第 1の電極 2a, 2bで検出される第 1の合成起電力と第 2の電極 2c, 2dで検出される第 2の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて第 1の合成起電力と第 2の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を第 1の角周波数 ωθと第 2の角周波数 ω 2の各々について求め、これらの起電力差から第 1の角周波数 ω 0における 3 ΑΖ 3 t成分と第 2の角周波数 ω 2における 3 ΑΖ 3 成分を抽出し、この第 1の角周波数 ω 0の 3 ΑΖ 3 成分と第 2の角周波数 ω 2の 3 ΑΖ 3 t成分との比力第 2のパラメータと周波数とに依存する変動要因の比の大きさまたは位相を抽出する信号変換部 5bと、変動要因の比の大きさまたは位相と第 2のパラメータとの関係を予め記憶する状態記憶部 6b (前述の第 2のテ一ブルに相当）と、状態記憶部 6bに記憶された関係に基づいて、前記抽出された変動要因の比の大きさまたは位相に対応する第 2のパラメータを求める状態出力部 7b とから構成される。

[0333] 電源部 4bは、第 1の角周波数 ω θの励磁電流を励磁コイル 3に供給する第 1の励磁状態を T1秒継続し、続いて第 2の角周波数 ω 2の励磁電流を励磁コイル 3に供給する第 2の励磁状態を Τ2秒継続することを Τ秒周期で繰り返す。すなわち、 Τ=Τ1 +Τ2である。

[0334] 図 52は本実施例の状態定量ィ匕部 8bの動作を示すフローチャートである。まず、信号変換部 5bは、第 1の励磁状態において、電極 2aと 2b間の第 1の電極間起電力のうち角周波数 ω θの成分の起電力と電極 2cと 2d間の第 2の電極間起電力のうち角周波数 ω θの成分の起電力との差 E830dの振幅 r830dを求めると共に、実軸と起電力差 E830dとの位相差 φ 830dを図示しない位相検波器により求める（図 52ステップ 7 01)。

[0335] 続いて、信号変換部 5bは、第 2の励磁状態において、第 1の電極間起電力のうち角周波数 ω 2の成分の起電力と第 2の電極間起電力のうち角周波数 ω 2の成分の起電力との差 E832dの振幅 r832dを求めると共に、実軸と起電力差 E832dとの位相差 φ 832dを位相検波器により求める (ステップ 702)。

[0336] 次に、信号変換部 5bは、起電力差 E830dを近似した起電力差 EdA80の大きさ | EdA80 Iと実軸に対する角度 ZEdA80を次式のように算出する (ステップ 703)。

I EdA80 I =r830d · · · (257)

ZEdA80= 830ά …（258)

[0337] また、信号変換部 5bは、起電力差 E832dを近似した起電力差 EdA82の大きさ | EdA82 Iと実軸に対する角度 ZEdA82を次式のように算出する (ステップ 704)。

I EdA82 I =r832d …（259)

ZEdA82= 832ά …（260)

ステップ 703, 704の処理は、 3 ΑΖ 3 成分を求めることに対応する処理であり、式 (243)、式（247)の算出に相当する処理である。

[0338] 次に、信号変換部 5bは、起電力差 EdA80の中力も第 2のパラメータ p8に依存する変動要因 Cp80を抽出すると共に、起電力差 EdA82の中力も第 2のパラメータ p8に依存する変動要因 Cp82を抽出して、変動要因 Cp82と Cp80との比 Cn8の大きさと角度を求める（ステップ 705)。信号変換部 5bは、比 Cn8の大きさ（rk[p8, ω 2]/rk [ρ8, ωθ])を次式のように算出する。

rk[p8, co2]Zrk[p8, ωθ]

=( I EdA82 I / I EdA80 | ) · (ω0/ω2) …（261)

[0339] そして、信号変換部 5bは、比 Cn8の実軸に対する角度（ 000[ρ8, ω2]- Θ 00 [ ρ8, ωθ])を次式のように算出する。

θ 00[ρ8, ω2]- θ 00[ρ8, ω 0] = EdA82 - EdA80

…（262)

以上で、ステップ 705の処理が終了する。

[0340] 状態記憶部 6bには、第 2のパラメータ p8と比 Cn8の大きさ（rk[p8, co2]Zrk[p8, ωθ])との関係、または第 2のノラメータ ρ8と itCn8の角度（ θ 00[ρ8, ω 2] - Θ 00 [ρ8, ωθ])との関係が数式やテーブルの形式で予め登録されている。ステップ 706 において、状態出力部 7bは、信号変換部 5bで計算された比 Cn8の大きさ (rk[p8, co2]/rk[p8, 0>0])また【ま角度（000[ 8, ω2]- Θ00[ρ8, ωθ])に基づき、状態記憶部 6bを参照して、 (rk[p8, co2]Zrk[p8, ωθ])または（ 000[ρ8, ω2]— θ 00 [ρ8, ωθ])に対応する第 2のパラメータ ρ8の値を算出する（あるいは状態記憶部 6bから取得する)。

[0341] 状態定量化部 8bは、以上のようなステップ 701〜706の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで (ステップ 707において YES)、周期 T毎に行う。なお、ステップ 702〜706の処理は継続時間 T2秒の第 2の励磁状態にぉ、て行われる。

[0342] 以上のように、本実施例では、励磁コイル 3から発生する磁場 B3と B4とが等しくなるように調整しておくと、起電力差 E830d, E832dがそれぞれ励磁角周波数 ωθ, ω 2のときの 3 ΑΖ 3 t成分として近似的に抽出できることに着眼し、近似的に抽出した 2つの 3 AZ 3 t成分からそれぞれ流体の特性や状態ある、は測定管内の状態 (第 2のパラメータ p8)に依存する変動要因 Cp80, Cp82を抽出して、変動要因 Cp82と Cp80との比の大きさまたは位相に基づ!/、て第 2のパラメータ p8を求めるようにしたので、流体の流速に関わらず、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を精度良く検出することができる。

[0343] また、第 6の実施例と同様に、本実施例の状態定量ィ匕部 8bのうち、起電力差 E830 d, E832dの検出部を除く構成は、コンピュータとプログラムによって実現することができる。そして、本実施例では、例えば、角周波数 ωθの励磁電流を励磁コイル 3に供給し、第 1のパラメータが ρ8であるときの電極 2a, 2b間の第 1の電極間起電力と電極 2c, 2d間の第 2の電極間起電力との和 E830sをとれば、電極間起電力 E830sは、式（239)において b4に係る土の係数を反転させたものとなり、電極間起電力 E830 sは、ほぼ vXB成分として扱うことができる。したがって、本実施例によれば、基本的に電磁誘導方式の流量計と同じノ、一ドウエア構成を用いて、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を検出することができる。

[0344] なお、本実施例では、変動要因の比 Cn8の大きさ（rk[p8, co2]Zrk[p8, ωθ]) または角度（0ΟΟ[ρ8, ω2]- Θ00[ρ8, ωθ])のいずれかを抽出すればよいとしているが、大きさと角度の両方を抽出して、第 2のパラメータ ρ8を求めることも可能である。この場合は、大きさ（rk[p8, co2]/rk[p8, ωθ])と角度（ 000[ρ8, ω2] - ΘΟ 0[ρ8, ωθ])のうち例えば感度の良い方を選択して、選択した大きさまたは角度に基づいて第 2のパラメータ ρ8を求めるようにすればよい。これにより、検出感度を向上させることができる。

[0345] また、本実施例では、励磁周波数を ωθと ω 2に切り替える例を示した力角周波数 ω 0の成分と ω 2の成分とを含む励磁電流で励磁すれば、励磁周波数を切り替える必要がなくなり、より高速に第 2のパラメータ ρ8を求めることができる。例えば式 (41) 、式 (42)の代わりに式（225)、式（226)で表される磁場を用いれば良い。

[0346] [第 9の実施例]

次に、本発明の第 9の実施例について説明する。本実施例の状態検出装置は 1個の励磁コイルと 2対の電極とを有するものであり、信号処理系を除く構成は図 13に示した状態検出装置と同様であるので、図 13の符号を用いて本実施例の原理を説明する。本実施例は、合成ベクトルから 3 ΑΖ 3 t成分を抽出する方法として前記第 2の抽出方法を用い、変動要因が周波数特性を持つ複数の第 2のパラメータを求めるものである。ここでは、 2つの第 2のパラメータの値を求める例を示す。 2つの第 2のパラメータのうち、一方を第 3のパラメータ、他方を第 4のパラメータとする。

[0347] 角周波数 ωθの励磁電流を励磁コイル 3に供給し、第 3のパラメータが ρ9、第 4のパラメータが q9であるときの電極 2a, 2b間の第 1の電極間起電力と電極 2c, 2d間の第 2の電極間起電力との差 E930dは、式（54)、式（85)、式（86)力も次式で表される。

E930d=rk[p9, q9, ωθ]

•exp{j-(03+ ΘΟΟ[ρ9, q9, ωθ])}

•[exp(j- π/2) -{b3 + b4- exp(j- Δ θ 4) } · ω 0

+ γ -exp(j- Δ θ 01) -{b3-b4-exp(j- Δ θ 4) }

•V] ··· (263)

[0348] 式（228)、式（229)力ら、式（263)において式（240)、式（241)が成り立つ。式（2 41)の条件を用いて、式（263)の起電力差 E930dを近似したものを EdA90とすると、起電力差 EdA90は次式で表される。

EdA90=E930d …（264)

EdA90=rk[p9, q9, _W0]-exp(j- θ 00[ρ9, q9, ωθ])

•Θχρ{]· (π/2+ θ 3)}

•{b3+b4-exp(j- Δ Θ4)}·ω0 · · · (265)

[0349] 次に、角周波数 ω 2の励磁電流を励磁コイル 3に供給し、第 3のパラメータが ρ9、第 4のパラメータが q9であるときの電極 2a, 2b間の第 1の電極間起電力と電極 2c, 2d 間の第 2の電極間起電力との差 E932dは、式（54)、式（88)、式（89)力次式で表される。

E932d=rk[p9, q9, ω2]

•exp{j-(03+ ΘΟΟ[ρ9, q9, ω2])}

• [exp (j · π Z2) · {b3 + b4 · exp (j · Δ 04) } · ω 2

+ γ -exp(j- Δ θ 01) -{b3-b4-exp(j- Δ θ 4) }

•V] ··· (266)

[0350] 通常 ω 2 > γ ·νが成り立つことから、式（240)の条件を考慮すると、式（266)の起電力差 E932dにおいて式（245)力成り立つ。式（245)の条件を用いて、式（266) の起電力差 E932dを近似したものを EdA92とすると、起電力差 EdA92は次式で表される。

EdA92=E932d …（267)

EdA92=rk[p9, q9, _W2]-exp(j- θ 00[ρ9, q9, ω2])

•Θχρ{]· ( π/2+ θ 3)}

•{b3+b4-exp(j- Δ Θ4)}·ω2 · · · (268)

[0351] よって、式（265)、式（268)より、合成ベクトル中の 3 ΑΖ 3 t成分を電極間起電力の差を利用して抽出できることが分かる。式（265)、式（268)は、流速の大きさ Vに関係しないので、 3 AZ 3 tによって発生する成分のみとなる。これを用いれば、流速以外の流体の状態や測定管内の状態を計測することが可能になる。

[0352] 式（265)にお、て第 3、第 4のパラメータによる変動要因を Cpq90とすると、 Cpq90

=rk[p9, q9, ωΟ] ·Θχρ(]· θ 00[ρ9, q9, ω 0])であり、残りの部分は校正等により与えられる定数となる。変動要因 Cpq90は式（265)から次式で表される。

Cpq90 = EdA90/[exp{j - (π/2+ θ 3)}

•{b3+b4-exp(j- Δ Θ4)}·ω0] · · · (269)

[0353] また、式（268)において第 3、第 4のパラメータによる変動要因を Cpq92とすると、 C pq92=rk[p9, q9, ω2] ·Θχρ(]· θΟΟ[ρ9, q9, ω 2])であり、残りの部分は校正等により与えられる定数となる。変動要因 Cpq92は式（268)から次式で表される。

Cpq92 = EdA92/[exp{j - (π/2+ θ 3)}

•{b3+b4-exp(j- Δ Θ4)}·ω2] · · · (270)

[0354] 式（269)、式（270)における [exp{j- (π/2+ θ 3) } · {b3+b4-exp (j · Δ Θ4)}] の大きさ m3b、角度 03bは式（213)、式（214)で表される。式（213)、式（214)を式（269)に適用すれば、変動要因 Cpq90の大きさ rk[p9, q9, ωθ]と実軸からの角度 0OO[p9, q9, ωθ]は次式で表される。

rk[p9, q9, ωΟ]= | EdA90 | /(m3b- ωθ) ··· (271)

ΘΟΟ[ρ9, q9, ωΟ] = ΖΕάΑ90- θ 3b …（272)

[0355] また、式（120)、式（121)を式（270)に適用すれば、変動要因 Cpq92の大きさ rk[ p9, q9, ω2]と実軸力らの角度 0OO[p9, q9, ω2]は次式で表される。 rk[p9, q9, ω 2] = | EdA92 | / (m3b - ω 2) …（273)

θ 00 [p9, q9, ω 2] = ZEdA92- Θ 3b · · · (274)

[0356] 校正時の計測等により予め確認されているパラメータ p9, q9と rk[p9, q9, ω θ] , r k[p9, q9, ω 2]との関係、またはノラメータ p9, q9と 0 OO [p9, q9, ω θ] , θ 00 [ρ 9, q9, ω 2]との関係力ら、ノラメータ ρ9, q9を求めること力 ^できる。

[0357] 次に、本実施例の状態検出装置の具体的な構成とその動作について説明する。本実施例の状態検出装置の構成は第 6の実施例と同様であるので、図 46の符号を用いて説明する。本実施例の状態検出装置は、測定管 1と、第 1の電極 2a, 2bと、第 2 の電極 2c, 2dと、励磁コイル 3と、電源部 4bと、状態定量化部 8bとを有する。

[0358] 状態定量化部 8bは、第 1の電極 2a, 2bで検出される第 1の合成起電力と第 2の電極 2c, 2dで検出される第 2の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて第 1の合成起電力と第 2の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を複数の周波数成分の各々について求め、これらの起電力差から複数の周波数成分における 3 AZ 3 t成分を抽出し、複数の第 2のパラメータと周波数とに依存する変動要因の大きさまたは位相を前記抽出した 3 AZ 3 成分の各々から抽出する信号変換部 5bと、複数の周波数成分の各々における変動要因の大きさまたは位相と複数の第 2のパラメータとの関係を予め記憶する状態記憶部 6b (前述の第 3のテーブルに相当）と、状態記憶部 6bに記憶された関係に基づいて、前記抽出された変動要因の大きさまたは位相に対応する複数の第 2のパラメータを算出する状態出力部 7bとから構成される。

[0359] 電源部 4bの動作は第 8の実施例と同じである。図 53は本実施例の状態定量化部 8 bの動作を示すフローチャートである。まず、信号変換部 5bは、励磁角周波数が ω θ の第 1の励磁状態において、電極 2aと 2b間の第 1の電極間起電力のうち角周波数 ω 0の成分の起電力と電極 2cと 2d間の第 2の電極間起電力のうち角周波数 ω 0の成分の起電力との差 E930dの振幅 r930dを求めると共に、実軸と起電力差 E930dとの位相差 Φ 930dを図示しない位相検波器により求める（図 53ステップ 801)。

[0360] 続いて、信号変換部 5bは、励磁角周波数が ω 2の第 2の励磁状態において、第 1 の電極間起電力のうち角周波数 ω 2の成分の起電力と第 2の電極間起電力のうち角周波数 ω 2の成分の起電力との差 E932dの振幅 r932dを求めると共に、実軸と起電力差 E932dとの位相差 φ 932dを位相検波器により求める（ステップ 802)。

[0361] 次に、信号変換部 5bは、起電力差 E930dを近似した起電力差 EdA90の大きさ | EdA90 Iと実軸に対する角度 ZEdA90を次式のように算出する (ステップ 803)。

I EdA90 I =r930d …（275)

ZEdA90= 930ά …（276)

[0362] また、信号変換部 5bは、起電力差 E932dを近似した起電力差 EdA92の大きさ | EdA92 Iと実軸に対する角度 ZEdA92を次式のように算出する (ステップ 804)。

I EdA92 I =r932d …（277)

ZEdA92= 932ά …（278)

ステップ 803, 804の処理は、 3 ΑΖ 3 成分を求めることに対応する処理であり、式 (265)、式（268)の算出に相当する処理である。

[0363] 次に、信号変換部 5bは、起電力差 EdA90の中から、第 3のパラメータ p9および第 4のパラメータ q9に依存する変動要因 Cpq90の大きさ rk[p9, q9, ω θ]と実軸に対する角度 Θ ΟΟ[ρ9, q9, ω θ]を次式のように算出する（ステップ 805)。

rk[p9, q9, ω Ο] = | EdA90 | / (m3b- ω θ) …（279)

Θ 00[ρ9, q9, ω Ο] = ΖΕάΑ90- θ 3b …（280)

[0364] また、信号変換部 5bは、起電力差 EdA92の中から、第 3のパラメータ p9および第 4 のパラメータ q9に依存する変動要因 Cpq92の大きさ rk[p9, q9, ω 2]と実軸に対する角度 Θ 00[ρ9, q9, ω 2]を次式のように算出する（ステップ 806)。

rk[p9, q9, ω 2] = | EdA92 | / (m3b- ω 2) · · · (281)

θ 00[ρ9, q9, ω 2] = ZEdA92- θ 3b · · · (282)

なお、 m3b, θ 3bは、校正等により予め求めることができる定数である。

[0365] 状態記憶部 6bには、第 3のパラメータ p9および第 4のパラメータ q9と変動要因 Cpq 90, Cpq92の大きさ rk[p9, q9, ω θ] , rk[p9, q9, ω 2]との関係、またはノラメ一タ p9, q9と変動要因 Cpq90, Cpq92の角度 0 00[p9, q9, ω θ] , θ 00[ρ9, q9, ω 2]との関係が数式やテーブルの形式で予め登録されている。

[0366] 状態出力部 7bは、信号変換部 5bで計算された変動要因 Cpq90, Cpq92の大きさ rk[p9, q9, ω θ] , rk[p9, q9, ω 2]または角度 0 00 [p9, q9, ω θ] , θ 00 [p9, q 9, ω 2]に基づき、状態記憶部 6bを参照して、大きさ rk[p9, q9, ω θ] , rk[p9, q9, ω 2]また ίま角度 0 OO [p9, q9, ω θ] , θ 00 [p9, q9, ω 2]【こ対応する第 3のノラメータ ρ9および第 4のパラメータ q9の値を算出する（ステップ 807)。

[0367] 状態定量化部 8bは、以上のようなステップ 801〜807の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで (ステップ 808において YES)、周期 T毎に行う。なお、ステップ 802〜807の処理は継続時間 T2秒の第 2の励磁状態にぉ、て行われる。

[0368] 以上のように、本実施例では、励磁コイル 3から発生する磁場 B3と B4とが等しくなるように調整しておくと、起電力差 E930d, E932dがそれぞれ励磁角周波数 ω θ, ω 2のときの 3 ΑΖ 3 t成分として近似的に抽出できることに着眼し、近似的に抽出した 2つの 3 AZ 3 t成分からそれぞれ流体の特性や状態ある、は測定管内の状態 (第 3のパラメータ p9および第 4のパラメータ q9)に依存する変動要因 Cpq90, Cpq92を抽出して、変動要因 Cpq90, Cpq92の大きさまたは位相に基づいて第 3のパラメ一タ p9および第 4のパラメータ q9を求めるようにしたので、流体の流速に関わらず、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を精度良く検出することができる。

[0369] また、第 6の実施例と同様に、本実施例の状態定量ィ匕部 8bのうち、起電力差 E930 d, E932dの検出部を除く構成は、コンピュータとプログラムによって実現することができる。そして、本実施例では、例えば、角周波数 ω θの励磁電流を励磁コイル 3に供給し、第 3のパラメータが ρ9、第 4のパラメータが q9であるときの電極 2a, 2b間の第 1の電極間起電力と電極 2c, 2d間の第 2の電極間起電力との和 E930sをとれば、電極間起電力 E930sは、式（263)において b4に係る土の係数を反転させたものとなり、電極間起電力 E930sは、ほぼ v X B成分として扱うことができる。したがって、本実施例によれば、基本的に電磁誘導方式の流量計と同じノヽードウエア構成を用いて、流体の特性や状態あるいは測定管内の状態を検出することができる。

[0370] なお、本実施例では、変動要因 Cpq90, Cpq92の大きさ rk[p9, q9, ω θ] , rk[p9 , q9, ω 2]また ίま角度 0 OO [p9, q9, ω θ] , θ 00 [ρ9, q9, ω 2]の! /、ずれ力を抽出すればよいとしているが、大きさと角度の両方を抽出して、第 3のパラメータ ρ9および第 4のパラメータ q9を求めることも可能である。この場合は、大きさ rk[p9, q9, ω θ] , rk[p9, q9, ω 2]と角度 0 00 [p9, q9, ω θ] , θ 00 [p9, q9, ω 2]のうち例えば感度の良い方を選択して、選択した大きさまたは角度に基づいて第 3のパラメータ ρ9および第 4のパラメータ q9を求めるようにすればよい。これにより、検出感度を向上させることがでさる。

[0371] また、本実施例では、励磁周波数を ω θと ω 2に切り替える例を示した力角周波数 ω 0の成分と ω 2の成分とを含む励磁電流で励磁すれば、励磁周波数を切り替える必要がなくなり、より高速にパラメータ p9, q9を求めることができる。例えば式 (41)、式 (42)の代わりに式（225)、式（226)で表される磁場を用いれば良！、。

[0372] なお、第 1の実施例〜第 9の実施例では、第 1の電極として 1対の電極 2a, 2bを使用し、第 2の電極として 1対の電極 2c, 2dを使用している力これに限るものではなく、第 1の電極と第 2の電極をそれぞれ 1個ずつにしてもよい。電極が 1個だけの場合には、被測定流体の電位を接地電位にするための接地リングや接地電極が測定管 1に設けられており、 1個の電極に生じた起電力（接地電位との電位差)を信号変換部 5, 5a, 5bで検出すればよい。電極軸は、 1対の電極を使用する場合はこの 1対の電極間を結ぶ直線である。一方、電極が 1個だけの場合、この 1個の実電極を含む平面 P LN上にぉ、て、測定管軸 PAXを挟んで実電極と対向する位置に仮想の電極を配置したと仮定したとき、実電極と仮想の電極とを結ぶ直線が電極軸となる。

産業上の利用可能性

[0373] 本発明は、流体の特性や状態あるいは流体が流れる測定管内の状態を検出する状態検出装置に適用することができる。

Claims

請求の範囲

[1] 流体が流れる測定管と、

この測定管の軸方向と垂直な第 1の平面に対して非対称かつ時間変化する磁場を流体に印加する励磁部と、

前記測定管における第 1の平面上に配設され、前記流体に印加される磁場と前記流体の流れとによって生じた、前記流体の流速とは無関係な 3 AZ 3 成分 (Aはべタトルポテンシャル、 tは時間）の起電力と前記流体の流速に起因する vX B成分 (Vは流速、 Bは磁束密度）の起電力との合成起電力を検出する電極と、

前記電極で検出される合成起電力から前記 3 AZ 3 成分を抽出し、この 3 AZ 3 t成分の中から検出対象のパラメータに依存する変動要因を抽出して、この変動要因に基づいて前記パラメータを定量ィ匕する状態定量ィ匕部とを備え、

前記パラメータは、前記流体の特性、状態、および前記測定管内の状態の少なくとも 1つであることを特徴とする状態検出装置。

[2] 請求項 1記載の状態検出装置において、

前記状態定量化部は、

前記電極で検出される合成起電力から前記 3 AZ 3 成分を抽出し、この 3 AZ 3 t成分の中力前記パラメータに依存する変動要因を抽出する信号変換部と、前記パラメータに依存する変動要因と前記パラメータとの関係を予め記憶する状態この状態記憶部に記憶された関係に基づいて、前記抽出された変動要因に対応する前記パラメータを求める状態出力部と

を備えることを特徴とする状態検出装置。

[3] 請求項 2記載の状態検出装置において、

前記励磁部は、複数の励磁周波数を同時および交互の何れかのタイミングで与える磁場を前記流体に印加し、

前記信号変換部は、前記電極で検出される合成起電力のうち、同時および交互の何れかのタイミングで得られる複数の周波数成分の振幅と位相を求めることにより前記 3 AZ 3 成分を抽出することを特徴とする状態検出装置。 [4] 請求項 3記載の状態検出装置において、

前記励磁部は、前記第 1の平面カゝらオフセットを設けて離れた位置に配設された励磁コイルと、互いに異なる第 1の周波数と第 2の周波数とからなる 2つの励磁周波数を同時および交互の何れかのタイミングで与える励磁電流を前記励磁コイルに供給する電源部とを備え、

前記信号変換部は、前記電極で検出される合成起電力のうち前記第 1の周波数と第 2の周波数の 2つの周波数成分の振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記 2つの周波数成分の起電力差を前記 3 AZ 3 t成分として抽出し、この 3 A / d t成分の中から前記パラメータに依存し、周波数に依存しない変動要因の大きさおよび位相の何れかを抽出し、

前記状態記憶部は、前記パラメータに依存する変動要因の大きさおよび位相の何れカと前記パラメータとの関係を予め記憶することを特徴とする状態検出装置。

[5] 請求項 3記載の状態検出装置において、

前記励磁部は、前記第 1の平面力第 1のオフセットを設けて離れた位置に配設された第 1の励磁コイルと、前記第 1の平面から第 2のオフセットを設けて離れた位置に、前記第 1の平面を挟んで前記第 1の励磁コイルと対向するように配設された第 2の励磁コイルと、互いに異なる第 1の周波数と第 2の周波数とからなる 2つの励磁周波数を同時および交互の何れかのタイミングで与える励磁電流を前記第 1の励磁コィルおよび前記第 2の励磁コイルに供給する電源部とを備え、

[6] 請求項 3記載の状態検出装置において、

前記励磁部は、前記流体に磁場を印加する励磁コイルと、互いに異なる第 1の周波数と第 2の周波数とからなる 2つの励磁周波数を同時および交互の何れかのタイミングで与える励磁電流を前記励磁コイルに供給する電源部とを備え、

前記電極は、前記励磁コイルの軸を含む、前記測定管の軸方向と垂直な第 2の平面力ゝら第 1のオフセットを設けて離れた位置に配設された第 1の電極と、前記第 2の平面力第 2のオフセットを設けて離れた位置に、前記第 2の平面を挟んで前記第 1 の電極と対向するように配設された第 2の電極とを備え、

前記信号変換部は、前記第 1の電極で検出される第 1の合成起電力と前記第 2の電極で検出される第 2の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第 1の合成起電力と第 2の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を前記第 1の周波数と第 2の周波数の各々について求め、前記第 1の周波数における起電力差と前記第 2の周波数における起電力差との差分を前記 d A/ d t成分として抽出し、この 3 AZ 3 t成分の中から前記パラメータに依存し、周波数に依存しない変動要因の大きさおよび位相の何れかを抽出し、

前記状態記憶部は、前記パラメータに依存する変動要因の大きさおよび位相の何れカと前記パラメータとの関係を予め記憶することを特徴とする状態検出装置。請求項 3記載の状態検出装置において、

前記信号変換部は、前記第 1の電極で検出される第 1の合成起電力と前記第 2の電極で検出される第 2の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第 1の合成起電力と第 2の合成起電力の同一周波数成分の起電力和を前記第 1の周波数と第 2の周波数の各々について求め、前記第 1の周波数における起電力和と前記第 2の周波数における起電力和との差分を前記 d A/ d t成分として抽出し、この 3 AZ 3 成分の中から前記パラメータに依存し、周波数に依存しない変動要因の大きさおよび位相の何れかを抽出し、

[8] 請求項 2記載の状態検出装置において、

前記励磁部は、前記第 1の平面力第 1のオフセットを設けて離れた位置に配設された第 1の励磁コイルと、前記第 1の平面力第 2のオフセットを設けて離れた位置に、前記第 1の平面を挟んで前記第 1の励磁コイルと対向するように配設された第 2の励磁コイルと、前記第 1の励磁コイルと第 2の励磁コイルに位相が異なる励磁電流を供給する電源部とを備え、

前記信号変換部は、前記電極で検出される合成起電力の振幅と位相を求めることにより、前記 3 AZ 3 成分を抽出することを特徴とする状態検出装置。

[9] 請求項 8記載の状態検出装置において、

前記信号変換部は、前記電極で検出される合成起電力の振幅と位相を求めることにより、前記 3 AZ 3 成分を抽出し、この 3 AZ 3 成分の中から前記パラメータに依存し、周波数に依存しない変動要因の大きさおよび位相の何れかを抽出し、前記状態記憶部は、前記パラメータに依存する変動要因の大きさおよび位相の何れカと前記パラメータとの関係を予め記憶することを特徴とする状態検出装置。

[10] 請求項 8記載の状態検出装置において、

前記電源部は、前記第 1の励磁コイルと第 2の励磁コイルに位相が異なり、かつ少なくとも 2つの励磁周波数を同時および交互の何れかのタイミングで与える励磁電流を供給し、

前記信号変換部は、前記電極で検出される合成起電力のうち第 1の周波数と第 2 の周波数の 2つの周波数成分の振幅と位相を求めることにより、前記第 1の周波数成分における 3 AZ 3 成分と前記第 2の周波数成分における 3 AZ 3 成分を抽出し、この第 1の周波数成分の 3 AZ 3 成分と第 2の周波数成分の 3 AZ 3 成分との比から前記パラメータと周波数とに依存する変動要因の比の大きさおよび位相の何れかを抽出し、前記状態記憶部は、前記変動要因の比の大きさおよび位相の何れかと前記パラメータとの関係を予め記憶することを特徴とする状態検出装置。

[11] 請求項 8記載の状態検出装置において、

前記電源部は、前記第 1の励磁コイルと第 2の励磁コイルに位相が異なり、かつ複数の励磁周波数を同時および交互の何れかのタイミングで与える励磁電流を供給し前記信号変換部は、前記電極で検出される合成起電力のうち複数の周波数成分の振幅と位相を求めることにより、前記複数の周波数成分の各々について前記 d A Z d t成分を抽出し、複数の前記パラメータと周波数とに依存する変動要因の大きさおよび位相の何れかを前記抽出した 3 AZ 3 t成分の各々から抽出し、

前記状態記憶部は、前記複数の周波数成分の各々における前記変動要因の大きさおよび位相の何れかと複数の前記パラメータとの関係を予め記憶し、

前記状態出力部は、前記状態記憶部に記憶された関係に基づいて、前記抽出された変動要因の大きさおよび位相の何れかに対応する複数の前記パラメータを算出することを特徴とする状態検出装置。

[12] 請求項 2記載の状態検出装置において

前記励磁部は、前記流体に磁場を印加する励磁コイルと、この励磁コイルに励磁電流を供給する電源部とを備え、

前記信号変換部は、前記第 1の電極で検出される第 1の合成起電力と前記第 2の電極で検出される第 2の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第 1の合成起電力と第 2の合成起電力との起電力差から前記 3 AZ 3 t成分を抽出することを特徴とする状態検出装置。

[13] 請求項 12記載の状態検出装置において、

前記信号変換部は、前記第 1の電極で検出される第 1の合成起電力と前記第 2の電極で検出される第 2の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第 1の合成起電力と第 2の合成起電力との起電力差から前記 3 AZ 3 成分を抽出し、この 3 AZ 3 成分の中から前記パラメータに依存し、周波数に依存しない変動要因の大きさおよび位相の何れかを抽出し、

[14] 請求項 12記載の状態検出装置において、

前記電源部は、互いに異なる第 1の周波数と第 2の周波数とからなる励磁周波数を同時および交互の何れかのタイミングで与える励磁電流を前記励磁コイルに供給し、前記信号変換部は、前記第 1の電極で検出される第 1の合成起電力と前記第 2の電極で検出される第 2の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第 1の合成起電力と第 2の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を前記第 1の周波数と第 2の周波数の各々について求め、これらの起電力差から前記第 1の周波数成分における 3 AZ 3 成分と前記第 2の周波数成分における 3 AZ 3 成分を抽出し、この第 1の周波数成分の 3 AZ 3 成分と第 2の周波数成分の 3 AZ 3 成分との比力前記パラメータと周波数とに依存する変動要因の比の大きさおよび位相の何れかを抽出し、

前記状態記憶部は、前記変動要因の比の大きさおよび位相の何れかと前記パラメータとの関係を予め記憶することを特徴とする状態検出装置。

[15] 請求項 12記載の状態検出装置において、

前記電源部は、複数の励磁周波数を同時および交互の何れかのタイミングで与える励磁電流を前記励磁コイルに供給し、

前記信号変換部は、前記第 1の電極で検出される第 1の合成起電力と前記第 2の電極で検出される第 2の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第 1の合成起電力と第 2の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を複数の周波数成分の各々について求め、これらの起電力差から複数の周波数成分における前記 3 AZ 3 成分を抽出し、複数の前記パラメータと周波数とに依存する変動要因の大きさおよび位相の何れかを前記抽出した 3 AZ 3 1成分の各々力抽出し、