專(zhuān)利名稱(chēng)：狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種檢測(cè)流體特性或狀態(tài)、或流體所流過(guò)的測(cè)量管道的狀態(tài)的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備。
背景技術(shù)：
一般，為了利用流量計(jì)測(cè)量流量，需要檢測(cè)流體的特性或狀態(tài)和流體所流過(guò)的管道的狀態(tài)，以及待測(cè)流體的流量。例如，在用于混合化學(xué)溶液等的生產(chǎn)線上，和流體的流量一起測(cè)量諸如流體導(dǎo)電率或電容率的特性。而且，當(dāng)大量物質(zhì)粘附到測(cè)量管道內(nèi)部時(shí)，測(cè)量測(cè)量管道中的物質(zhì)沉積狀態(tài)，以便了解測(cè)量管道的維護(hù)周期。關(guān)于下水道，已出現(xiàn)了以下需求測(cè)量液位和粘附到測(cè)量管道內(nèi)部的物質(zhì)的沉積狀態(tài)、以及流量。實(shí)際上，利用不同于流量計(jì)的測(cè)量設(shè)備來(lái)測(cè)量流體狀態(tài)和測(cè)量管道狀態(tài)。
如上所述，已經(jīng)出現(xiàn)了以下需求測(cè)量流體的特性或狀態(tài)或流體所流過(guò)的測(cè)量管道的狀態(tài)、以及流體流量，并且利用基本上和流量計(jì)相同的硬件配置來(lái)執(zhí)行測(cè)量處理。即，需要選擇性地實(shí)施各種功能，如流體流量測(cè)量、流體導(dǎo)電率測(cè)量、以及利用一個(gè)測(cè)量設(shè)備的流量和導(dǎo)電率同時(shí)測(cè)量。因?yàn)閮?yōu)選地同時(shí)測(cè)量流量和狀態(tài)，所以顯然不管流體流量來(lái)測(cè)量流體的特性或狀態(tài)是重要的。
當(dāng)電磁流量計(jì)用作流量計(jì)時(shí)，除以上需求以外，還出現(xiàn)了以下需求從電磁流量計(jì)自我診斷的觀點(diǎn)來(lái)看，測(cè)量流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。例如，當(dāng)絕緣體等粘附到電極上時(shí)，用于從與流體接觸的電極提取電勢(shì)的電極型流量計(jì)既不能準(zhǔn)確提取電勢(shì)，也不能精確測(cè)量流量。為應(yīng)付該問(wèn)題，當(dāng)可以利用相同電極測(cè)量包含物質(zhì)的流體的電阻時(shí)，可以測(cè)量粘附到電極上的物質(zhì)的沉積狀態(tài)，從而防止任何得到異常流量測(cè)量值的故障。在一般電流流量計(jì)中，當(dāng)流體導(dǎo)電率超出特定范圍時(shí)，得到異常流量測(cè)量值。在這種情況下，只要能夠測(cè)量流體電阻，就確定具有屬于特定范圍的導(dǎo)電率的流體流過(guò)時(shí)所發(fā)生的輸出誤差是來(lái)源于流量變化，或流體導(dǎo)電率超出特定范圍。結(jié)果，作為流量計(jì)，電磁流量計(jì)能夠具有自我診斷功能。
如上所述，已需要滿足以下要求利用基本上和流量計(jì)相同的硬件配置，來(lái)執(zhí)行除流量測(cè)量過(guò)程以外的各種測(cè)量過(guò)程。
現(xiàn)在還沒(méi)有提出該要求的解決方法。然而，在參考文獻(xiàn)1(日本專(zhuān)利待審公開(kāi)No.6-241855)和參考文獻(xiàn)2(JNMIHF edition，“FlowRate Measurement A to Z for Instrumentation Engineers(用于儀表工程師的流量測(cè)量A至Z)”，Kogyo Gijutusha，1995，pp.147-148)中，披露了一種檢測(cè)除流速以外的參數(shù)的電磁流量計(jì)，作為較接近的技術(shù)。在參考文獻(xiàn)1和2中，披露了一種測(cè)量流體液位、導(dǎo)電率等的設(shè)備，作為電磁流量計(jì)的應(yīng)用。這種電磁流量計(jì)根據(jù)以下兩者之比來(lái)獲得流體液位當(dāng)驅(qū)動(dòng)位于管道上方和下方的勵(lì)磁線圈時(shí)、從電極獲得的信號(hào)電動(dòng)勢(shì)，以及當(dāng)單獨(dú)驅(qū)動(dòng)管道上方的勵(lì)磁線圈時(shí)所獲得的信號(hào)電動(dòng)勢(shì)；并且這種電磁流量計(jì)根據(jù)以下來(lái)獲得流體導(dǎo)電率當(dāng)改變連接到電極的預(yù)放大器的輸入阻抗時(shí)所獲得的信號(hào)電動(dòng)勢(shì)之比。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問(wèn)題然而，參考文獻(xiàn)1和2中所披露的電磁流量計(jì)基于流體的流量信號(hào)來(lái)檢測(cè)流體特性或狀態(tài)。因此，當(dāng)流體流量減小到0時(shí)，將出現(xiàn)大的誤差，并且當(dāng)流量為0時(shí)，電磁流量計(jì)不能檢測(cè)流體特性或狀態(tài)。
為解決以上問(wèn)題而提出了本發(fā)明，且本發(fā)明的目的是提供這樣一種狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，該狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備可以利用基本上和電磁感應(yīng)型流量計(jì)相同的硬件配置，與流體流速無(wú)關(guān)地檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。
解決問(wèn)題的手段根據(jù)本發(fā)明，提供一種狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于包括測(cè)量管道，流體流過(guò)該測(cè)量管道；勵(lì)磁單元，該勵(lì)磁單元向流體施加一關(guān)于第一平面不對(duì)稱(chēng)的時(shí)變磁場(chǎng)，該第一平面垂直于該測(cè)量管道的軸方向；電極，該電極位于該測(cè)量管道中的第一平面上，用于檢測(cè)基于A/t分量(A矢量勢(shì)，t時(shí)間)的電動(dòng)勢(shì)和基于v×B分量(v流速，B磁通密度)的電動(dòng)勢(shì)的合成電動(dòng)勢(shì)，該A/t分量與流體流速無(wú)關(guān)，該v×B分量由流體流速引起，該合成電動(dòng)勢(shì)是由施加于流體的磁場(chǎng)和流體流動(dòng)而產(chǎn)生的；以及狀態(tài)定量化單元，該狀態(tài)定量化單元從該電極所檢測(cè)的合成電動(dòng)勢(shì)提取A/t分量，從該A/t分量提取取決于待檢測(cè)參數(shù)的變化因子，并根據(jù)該變化因子來(lái)確定該參數(shù)的量值，其中該參數(shù)是流體特性和狀態(tài)和該測(cè)量管道狀態(tài)至少之一。
根據(jù)本發(fā)明，從取決于流體流速的v×B分量和與流體流速無(wú)關(guān)的A/t分量的合成矢量，來(lái)提取A/t分量。根據(jù)所檢測(cè)的A/t分量，可以測(cè)量流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。這是對(duì)于以下需求的解決方法檢測(cè)除流體流量以外的流體特性或狀態(tài)、或流體所流過(guò)的測(cè)量管道的狀態(tài)。即，本發(fā)明可以提供這樣一種設(shè)備，該設(shè)備利用基本上和流量計(jì)相同的硬件配置，來(lái)與流體流速無(wú)關(guān)地檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。此外，本發(fā)明的技術(shù)能夠應(yīng)付以下需求對(duì)除流體液位、導(dǎo)電率和電容率以外的流體特性或狀態(tài)進(jìn)行測(cè)量。


圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的第一原理的框圖；圖2是示出在圖1所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中待測(cè)流體的流量為0時(shí)的渦流和電極間電動(dòng)勢(shì)的視圖；圖3是示出在圖1所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中待測(cè)流體的流量不為0時(shí)的渦流和電極間電動(dòng)勢(shì)的視圖；圖4是示出圖1所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中的A/t分量矢量、v×B分量矢量和合成矢量的曲線圖；圖5是用于說(shuō)明本發(fā)明的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的第二原理的框圖；圖6是示出在圖5所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中待測(cè)流體的流量為0時(shí)的渦流和電極間電動(dòng)勢(shì)的視圖；圖7是示出在圖5所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中待測(cè)流體的流量不為0時(shí)的渦流和電極間電動(dòng)勢(shì)的視圖；圖8是示出，當(dāng)在圖5所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中在第一勵(lì)磁狀態(tài)下只利用第一勵(lì)磁線圈執(zhí)行勵(lì)磁時(shí)所獲得的A/t分量矢量、v×B分量矢量和合成矢量的曲線圖；圖9是示出，當(dāng)在圖5所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中在第一勵(lì)磁狀態(tài)下只利用第二勵(lì)磁線圈執(zhí)行勵(lì)磁時(shí)所獲得的A/t分量矢量、v×B分量矢量和合成矢量的曲線圖；圖10是示出，當(dāng)在圖5所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中在第一勵(lì)磁狀態(tài)下利用兩個(gè)勵(lì)磁線圈執(zhí)行勵(lì)磁時(shí)所獲得的A/t分量矢量、v×B分量矢量和合成矢量的曲線圖；圖11是示出，當(dāng)在圖5所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中在第二勵(lì)磁狀態(tài)下只利用第二勵(lì)磁線圈執(zhí)行勵(lì)磁時(shí)所獲得的A/t分量矢量、v×B分量矢量和合成矢量的曲線圖；圖12是示出，當(dāng)在圖5所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中在第二勵(lì)磁狀態(tài)下利用兩個(gè)勵(lì)磁線圈執(zhí)行勵(lì)磁時(shí)所獲得的A/t分量矢量、v×B分量矢量和合成矢量的曲線圖；圖13是用于說(shuō)明本發(fā)明的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的第三原理的框圖；圖14是示出在圖13所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中待測(cè)流體的流量為0時(shí)的渦流和電極間電動(dòng)勢(shì)的視圖；圖15是示出在圖13所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中待測(cè)流體的流量不為0時(shí)的渦流和電極間電動(dòng)勢(shì)的視圖；圖16是以復(fù)矢量的形式示出在圖1所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中提取A/t分量矢量的處理的曲線圖；圖17是以復(fù)矢量的形式示出在圖5所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中提取A/t分量矢量的處理的曲線圖；圖18是用于說(shuō)明在本發(fā)明的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中產(chǎn)生第一表的方法的曲線圖；圖19是用于說(shuō)明在本發(fā)明的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中產(chǎn)生第一表的另一種方法的曲線圖；圖20是用于說(shuō)明在本發(fā)明的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中產(chǎn)生第二表的方法的曲線圖；圖21是用于說(shuō)明在本發(fā)明的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中產(chǎn)生第二表的另一種方法的曲線圖；圖22是用于說(shuō)明在本發(fā)明的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中產(chǎn)生第三表的方法的曲線圖；圖23是用于說(shuō)明在本發(fā)明的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中產(chǎn)生第三表的方法的曲線圖；圖24是用于說(shuō)明在本發(fā)明的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中產(chǎn)生第三表的方法的曲線圖；圖25是用于說(shuō)明在本發(fā)明的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中產(chǎn)生第三表的另一種方法的曲線圖；圖26是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的配置的框圖；圖27是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元的操作的流程圖；圖28是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中所使用的電極的例子的橫截面圖；圖29是示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的，粘附到測(cè)量管道內(nèi)部的物質(zhì)的厚度和變化因子的幅度之間的關(guān)系的例子的曲線圖；圖30是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的配置的框圖；圖31是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中所使用的勵(lì)磁線圈和電極的配置的透視圖；圖32是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中所使用的勵(lì)磁線圈和電極的配置的橫截面圖；圖33是示出根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的流體液位或橫截面積與變化因子的幅度之間的關(guān)系的例子的曲線圖；圖34是示出根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元的操作的流程圖；圖35是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元的操作的流程圖；圖36是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的、當(dāng)檢測(cè)流體阻抗時(shí)的等效電路的視圖；圖37是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的、頻率與電動(dòng)勢(shì)之比的幅度之間的關(guān)系的例子的曲線圖；圖38是示出根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的、變化因子之比的幅度與流體阻抗的電阻分量之間的關(guān)系的例子的曲線圖；圖39是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元的操作的流程圖；圖40是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的、當(dāng)檢測(cè)流體阻抗時(shí)的等效電路的視圖；圖41是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的、變化因子之比的幅度與流體阻抗的電阻分量之間的關(guān)系的例子的曲線圖；圖42是示出根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的、變化因子之比的幅度與流體阻抗的電阻分量之間的關(guān)系的另一例子的曲線圖；圖43是示出具有第一角頻率的流體阻抗電阻分量和電容分量的解的候選者的曲線圖；圖44是示出具有第二角頻率的流體阻抗電阻分量和電容分量的解的候選者的曲線圖；圖45是示出獲得流體阻抗電阻分量和電容分量的解的方法的曲線圖；圖46是示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的配置的框圖；圖47是示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元的操作的流程圖；圖48是示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中所使用的勵(lì)磁線圈和電極配置的透視圖；圖49是示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備中所使用的勵(lì)磁線圈和電極配置的橫截面圖；圖50是示出根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的流體液位或橫截面積和變化因子的幅度之間的關(guān)系的例子的曲線圖；圖51是示出根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元的操作的流程圖；圖52是示出根據(jù)本發(fā)明第八實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元的操作的流程圖；以及圖53是示出根據(jù)本發(fā)明第九實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元的操作的流程圖。
具體實(shí)施例方式
將描述為理解本發(fā)明所需的邏輯命題部分。首先將描述一般公知的數(shù)學(xué)基本知識(shí)。
將具有相同頻率但不同振幅的余弦波P·cos(ω·t)和正弦波Q·sin(ω·t)合成為以下的余弦波。令P和Q為振幅，且ω為角頻率。
P·cos(ω·t)+Q·sin(ω·t)＝(P2+Q2)1/2·cos(ω·t-ε)其中ε＝tan-1(Q/P) …(1)為了分析式(1)的合成運(yùn)算，方便的是執(zhí)行復(fù)坐標(biāo)平面映射，以便沿實(shí)軸繪出余弦波P·cos(ω·t)的振幅P，而沿虛軸繪出正弦波Q·sin(ω·t)的振幅Q。即，在復(fù)坐標(biāo)平面上，到原點(diǎn)的距離(P2+Q2)1/2給出了合成波的振幅，且關(guān)于實(shí)軸的角度ε＝tan-1(Q/P)給出了合成波與ω·t之間的相位差。
另外，在復(fù)坐標(biāo)平面上，以下關(guān)系式成立L·exp(j·ε)＝L·cos(ε)+j·L·sin(ε) …(2)式(2)是與復(fù)矢量關(guān)聯(lián)的表達(dá)式，其中j是虛數(shù)單位，L給出了復(fù)矢量的長(zhǎng)度，且ε給出了復(fù)矢量的方向。為了分析復(fù)坐標(biāo)平面上的幾何關(guān)系，方便的是使用到復(fù)矢量的變換。
以下描述采用了到上述那樣的復(fù)坐標(biāo)平面的映射及使用復(fù)矢量的幾何分析，來(lái)顯示電極間電動(dòng)勢(shì)怎樣表現(xiàn)其行為、以及說(shuō)明本發(fā)明如何使用該行為。
接下來(lái)將描述為說(shuō)明本發(fā)明的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備所需的物理現(xiàn)象。當(dāng)物體在變化的磁場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)，電磁感應(yīng)產(chǎn)生了兩種類(lèi)型的電場(chǎng)，即(a)由磁場(chǎng)瞬時(shí)變化所產(chǎn)生的電場(chǎng)E(i)＝A/t，以及(b)當(dāng)物體在磁場(chǎng)中移動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的電場(chǎng)E(v)＝v×B。在這種情況下，v×B代表v和B的外積，A/t代表A關(guān)于時(shí)間的偏微分。在這種情況下，v、B和A分別對(duì)應(yīng)于以下，并且是具有三維(x、y和z)方向的矢量(v流速，B磁通密度，A矢量勢(shì)(與磁通密度的關(guān)系被表示為B＝rotA))。然而，注意，這種情況下的三維矢量的意義不同于復(fù)平面上的矢量。這兩種類(lèi)型的電場(chǎng)在流體中產(chǎn)生電勢(shì)分布，并且電極能夠檢測(cè)該電極?？紤]由與流速無(wú)關(guān)的A/t分量在流體中所產(chǎn)生的渦流。該渦流的流徑或電流密度取決于包括流體的測(cè)量管道的特性或狀態(tài)、以及提取電勢(shì)時(shí)所產(chǎn)生的輸入阻抗而變。提取該變化作為電勢(shì)使測(cè)量除流體以外的特性或狀態(tài)成為可能。
圖1是用于說(shuō)明本發(fā)明狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的第一原理的框圖。該狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括測(cè)量管道1，待測(cè)流體流過(guò)該測(cè)量管道1；一對(duì)電極2a和2b，這對(duì)電極2a和2b被置于測(cè)量管道1中且彼此相對(duì)，以便既垂直于要施加于流體的磁場(chǎng)、又垂直于測(cè)量管道1的軸PAX，并與流體接觸，且檢測(cè)由磁流和流體流動(dòng)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)；以及勵(lì)磁線圈3，在包括垂直于測(cè)量管道軸PAX的電極2a和2b的平面PLN用作測(cè)量管道1的界面的情況下，該勵(lì)磁線圈3在以平面PLN為界的測(cè)量管道1前側(cè)和后側(cè)，向流體施加不對(duì)稱(chēng)時(shí)變磁場(chǎng)。
如圖1所示，本發(fā)明被配置成在包括與測(cè)量管道軸PAX垂直的電極2a和2b的平面PLN用作測(cè)量管道1的界面的情況下，在以該平面PLN為界的測(cè)量管道1前側(cè)和后側(cè)向流體施加不對(duì)稱(chēng)磁場(chǎng)，以便檢測(cè)取決于流體流速的v×B分量和與流速無(wú)關(guān)的A/t分量的合成矢量，并從該合成矢量中提取與流體流速無(wú)關(guān)的A/t分量。所提取的A/t分量包含隨流體狀態(tài)或特性以及測(cè)量管道1狀態(tài)或特性而變的分量?？梢詮呐c流體流速無(wú)關(guān)的分量值，來(lái)測(cè)量流體的導(dǎo)電率、電容率和液位，或測(cè)量管道1的狀態(tài)。也可以象一般電磁流量計(jì)中一樣，從合成矢量中所包含的v×B分量來(lái)計(jì)算流速。
假定，在由勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)Ba中，在連接電極2a和2b的電極軸EAX上既垂直于電極軸EAX、又垂直于測(cè)量管道軸PAX的磁場(chǎng)分量(磁通密度)B1由下式給出B1＝b1·cos(ω0·t-θ1)…(3)在式(3)中，b1是磁通密度B1的振幅，ω0是角頻率，且θ1是磁通密度B1與ω0·t之間的相位差(相位滯后)。磁通密度B1以下將稱(chēng)為磁場(chǎng)B1。
首先，將描述由磁場(chǎng)變化所引起的與流體流速無(wú)關(guān)的電極間電動(dòng)勢(shì)。因?yàn)橛纱艌?chǎng)變化所引起的電動(dòng)勢(shì)取決于磁場(chǎng)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)dB/dt，因此根據(jù)下式對(duì)勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)B1進(jìn)行微分dB1/dt＝-ω0·b1·sin(ω0·t-θ1) …(4)如果待測(cè)流體的流速為0，則所產(chǎn)生的渦流僅僅是由磁場(chǎng)變化所引起的分量。如圖2所示指出了由磁場(chǎng)Ba的變化而引起的渦流I的方向。因此，如圖2所示，在包括電極軸EAX和測(cè)量管道軸PAX的平面內(nèi)，指出了由磁場(chǎng)Ba的變化所產(chǎn)生的與流速無(wú)關(guān)的電極間電動(dòng)勢(shì)E的方向。該方向被定義為負(fù)方向。
此時(shí)，電極間電動(dòng)勢(shì)E是通過(guò)使考慮了方向的磁場(chǎng)時(shí)間導(dǎo)數(shù)-dB1/dt乘以比例系數(shù)rk，并將θ1+θ00代入相位θ1(rk和θ00與待測(cè)流體的導(dǎo)電率和電容率以及包括電極2a和2b布局的測(cè)量管道1結(jié)構(gòu)相關(guān))所獲得的值，如下式所示E＝rk·ω0·b1·sin(ω0·t-θ1-θ00) …(5)把式(5)改寫(xiě)為下式E＝rk·ω0·b1·{sin(-θ1-θ00)}·cos(ω0·t)+rk·ω0·b1·{cos(-θ1-θ00)}·sin(ω0·t)＝rk·ω0·b1·{-sin(θ1+θ00)}·cos(ω0·t)+rk·ω0·b1·{cos(θ1+θ00)}·sin(ω0·t) …(6)在這種情況下，如果把式(6)映射到關(guān)于ω0·t的復(fù)坐標(biāo)平面上，則由下式給出實(shí)軸分量Ex和虛軸分量Ey
Ex＝rk·ω0·b1·{-sin(θ1+θ00)}＝rk·ω0·b1·{cos(π/2+θ1+θ00)}…(7)Ey＝rk·ω0·b1·{cos(θ1+θ00)}＝rk·ω0·b1·{sin(π/2+θ1+θ00)}…(8)另外，把由式(7)和(8)所表示的Ex和Ey變換為由下式表示的復(fù)矢量EcEc＝Ex+j·Ey＝rk·ω0·b1·{cos(π/2+θ1+θ00)}+j·rk·ω0·b1·{sin(π/2+θ1+θ00)}＝rk·ω0·b1·{cos(π/2+θ1+θ00)+j·sin(π/2+θ1+θ00)}＝rk·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θ00)}…(9)由變換為復(fù)坐標(biāo)的式(9)所表示的電極間電動(dòng)勢(shì)Ec，變?yōu)橹挥纱艌?chǎng)瞬時(shí)變化引起的、與流速無(wú)關(guān)的電極間電動(dòng)勢(shì)。在式(9)中，rk·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θ00)}是具有長(zhǎng)度rk·ω0·b1及關(guān)于實(shí)軸的角度π/2+θ1+θ00的復(fù)矢量。
另外，將上述比例系數(shù)rk和角度θ00變換為復(fù)矢量，得到下式kc＝rk·cos(θ00)+j·rk·sin(θ00)＝rk·exp(j·θ00)…(10)在式(10)中，rk矢量kc的幅度，且θ00是矢量kc相對(duì)于實(shí)軸的角度。
接下來(lái)將描述由待測(cè)流體的流速引起的電極間電動(dòng)勢(shì)。令V(V≠0)為流體流速的大小，因?yàn)樵谒a(chǎn)生的渦流中，除流速為0時(shí)的渦流I以外、還產(chǎn)生了由流體流速矢量v引起的分量v×Ba，所以如圖3所示指出了由流速矢量v和磁場(chǎng)Ba產(chǎn)生的渦流Iv的方向。因此，由流速矢量v和磁場(chǎng)Ba所產(chǎn)生的電極間電動(dòng)勢(shì)Ev的方向變?yōu)椋陀伤矔r(shí)變化所產(chǎn)生的電極間電動(dòng)勢(shì)E的方向相反，且Ev的方向被定義為正方向。
在這種情況下，如下式所示，由流速所引起的電極間電動(dòng)勢(shì)Ev是通過(guò)使如磁場(chǎng)B1乘以比例系數(shù)rkv，并將并將θ1+θ01代入相位θ1(rkv和θ01與待測(cè)流體的流速大小V、導(dǎo)電率和電容率以及包括電極2a和2b布局的測(cè)量管道1結(jié)構(gòu)相關(guān))所獲得的值Ev＝rkv·{b1·cos(ω0·t-θ1-θ01)}…(11)將式(11)改寫(xiě)為Ev＝rkv·b1·cos(ω0·t)·cos(-θ1-θ01)-rkv·b1·sin(ω0·t)·sin(-θ1-θ01)＝rkv·b1·{cos(θ1+θ01)}·cos(ω0·t)+rkv·b1·{sin(θ1+θ01)}·sin(ω0·t) …(12)在這種情況下，當(dāng)把式(12)映射到關(guān)于ω0·t的復(fù)坐標(biāo)平面上時(shí)，由下式給出實(shí)軸分量Evx和虛軸分量EvyEvx＝rkv·b1·{cos(θ1+θ01)} …(13)Evy＝rkv·b1·{sin(θ1+θ01)} …(14)另外，把由式(13)和(14)所表示的Evx和Evy變換為由下式所表示的復(fù)矢量EvcEvc＝Evx+j·Evy＝rkv·b1·{cos(θ1+θ01)}+j·rkv·b1·{sin(θ1+θ01)}＝rkv·b1·{cos(θ1+θ01)+j·sin(θ1+θ01)}＝rkv·b1·exp(j·θ1+θ01)…(15)由變換為復(fù)坐標(biāo)的式(15)所表示的電極間電動(dòng)勢(shì)Evc，變?yōu)橛纱郎y(cè)流體的流速引起的電極間電動(dòng)勢(shì)。在式(15)中，rkv·b1·exp{j·(θ1+θ01)}是具有長(zhǎng)度rkv·b1及關(guān)于實(shí)軸的角度θ1+θ01的復(fù)矢量。
另外，可以將上述比例系數(shù)rkv和θ01變換為復(fù)矢量kvc，以得到下式kvc＝rkv·cos(θ01)+j·rkv·sin(θ01)＝rkv·exp(j·θ01) …(16)在式(16)中，rkv是矢量kvc的幅度，且θ01是矢量kvc關(guān)于實(shí)軸的角度。在這種情況下，rkv等效于通過(guò)使上述比例系數(shù)rk(見(jiàn)式(10))乘以流速大小V和比例系數(shù)γ所獲得的值。即，下式成立rkv＝γ·rk·V …(17)一旦對(duì)式(9)和通過(guò)將式(17)代入式(15)所獲得的方程進(jìn)行組合，就可用下式來(lái)表示作為由磁場(chǎng)瞬時(shí)變化引起的電極間電動(dòng)勢(shì)Ec和由流體流速引起的電極間電動(dòng)勢(shì)Evc的組合的電極間電動(dòng)勢(shì)Ea1c
Ea1c＝rk·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θ00)}+γ·rk·V·b1·exp{j·(θ1+θ01)}…(18)從式(18)顯然看出，用兩個(gè)復(fù)矢量即A/t分量rk·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θ00)}和v×B分量γ·rk·V·b1·exp{j·(θ1+θ01)}來(lái)表示電極間電動(dòng)勢(shì)Ea1c。通過(guò)組合這兩個(gè)復(fù)矢量所得到的合成矢量的長(zhǎng)度代表輸出(電極間電動(dòng)勢(shì)Ea1c)的振幅，并且合成矢量的角度φ代表電極間電動(dòng)勢(shì)Ea1c關(guān)于輸入(勵(lì)磁電流)相位ω0·t的相位差(相位延遲)。
角度θ00是矢量kc關(guān)于實(shí)軸的角度，且角度θ01是矢量kvc關(guān)于實(shí)軸的角度。可以改用別的措辭表述這些定義，以致θ00是A/t分量關(guān)于虛軸的角度，且θ01是v×B分量關(guān)于實(shí)軸的角度。假定在角度θ00與θ01之間關(guān)系被定義為θ01＝θ00+Δθ01的狀態(tài)下，用E10來(lái)表示電極間電動(dòng)勢(shì)Ea1c。在這種情況下，用下式來(lái)表示電極間電動(dòng)勢(shì)E10E10＝rk·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θ00)}+γ·rk·V·b1·exp{j·(θ1+θ00+Δθ01)}…(19)假定，用通過(guò)使A/t分量中的常數(shù)項(xiàng)Ka＝exp(j·π/2)、與磁場(chǎng)相關(guān)的項(xiàng)B1c＝b1·exp{j·θ1}、與流體特性或狀態(tài)相關(guān)的項(xiàng)C＝rk·exp{j·θ00}和角頻率ω0相乘所獲得的乘積Va10，來(lái)給出式(19)所表示的合成矢量中的A/t分量，則式(19)右邊的第一項(xiàng)由式(20)表示Va10＝Ka·B1c·C·ω0…(20)假定用通過(guò)使v×B分量中的常數(shù)項(xiàng)Kb＝γ·exp(j·Δθ01)、與磁場(chǎng)相關(guān)的項(xiàng)B1c＝b1·exp(j·θ1)、與流體特性或狀態(tài)相關(guān)的項(xiàng)C＝rk·exp(j·θ00)和流速大小V相乘所獲得的乘積Vb10，來(lái)給出該合成矢量中的v×B分量，則由式(21)來(lái)表示式(19)右邊第二項(xiàng)Vb10＝Kb·B1c·C·V …(21)圖4是示出矢量Va10、矢量Vb10和合成矢量(流速V)Va10+Vb10的曲線圖。當(dāng)只從合成矢量Va10+Vb10中提取Va10、并提取取決于流體特性或狀態(tài)的變化因子C時(shí)，可以與流速無(wú)關(guān)地了解流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)的變化。將一般性地描述從合成矢量中提取A/t分量的方法。
圖5是用于說(shuō)明本發(fā)明狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的第二原理的框圖。該狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括測(cè)量管道1；電極2a和2b；以及第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b，當(dāng)垂直于測(cè)量管道軸PAX的方向且包括電極2a和2b的平面PLN用作測(cè)量管道1的界面時(shí)，該第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b在以該平面PLN為界的測(cè)量管道1前側(cè)和后側(cè)，向待測(cè)流體施加不對(duì)稱(chēng)時(shí)變磁場(chǎng)。第一勵(lì)磁線圈3a位于例如在下游側(cè)和平面PLN相隔一偏移距離d1的位置。第二勵(lì)磁線圈3b位于例如在上游側(cè)和平面PLN相隔一偏離距離d2的位置。
通過(guò)向圖1所示的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備添加一個(gè)勵(lì)磁線圈，來(lái)獲得圖5所示的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備。如果把要新加的第二勵(lì)磁線圈3b放在和現(xiàn)有第一勵(lì)磁線圈3a相同的一側(cè)，則所得配置是圖1所示配置的冗余配置。因此，需要把第二勵(lì)磁線圈3b放在相對(duì)于包括電極2a和2b的平面PLN與第一勵(lì)磁線圈3a不同的一側(cè)。利用該配置，如果由電極2a和2b所檢測(cè)到的、由第一勵(lì)磁線圈3a及流速所產(chǎn)生的磁場(chǎng)Bb所引起的v×B分量和由第二勵(lì)磁線圈3b及流速所產(chǎn)生的磁場(chǎng)Bc的v×B分量指向相同的方向，則由第一勵(lì)磁線圈3a所產(chǎn)生的磁場(chǎng)Bb變化所引起的A/t分量和由第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)Bc變化所引起的A/t分量指向相反的方向。利用該原理使有效地提取A/t分量成為可能。
由下式給出，由第一勵(lì)磁線圈3a所產(chǎn)生的磁場(chǎng)Bb在連接電極2a和2b的電極軸EAX上的、和電極軸EAX及測(cè)量管道軸PAX都垂直的磁場(chǎng)分量(磁通密度)B1，以及由第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)Bc在電極軸EAX上的、和電極軸EAX及測(cè)量管道軸PAX都垂直的磁場(chǎng)分量(磁通密度)B2B1＝b1·cos(ω0·t-θ1)…(22)B2＝b2·cos(ω0·t-θ2)…(23)在式(22)和(23)中，b1和b2是磁通密度B1和B2的振幅，ω0是角頻率，θ1和θ2是磁通密度B1和B2與ω0·t之間的相位差(相位滯后)。磁通密度B1和B2以下將分別被稱(chēng)為磁場(chǎng)B1和B2。
因?yàn)橛纱艌?chǎng)變化所引起的電動(dòng)勢(shì)取決于磁場(chǎng)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)dB/dt，所以通過(guò)下式對(duì)由第一勵(lì)磁線圈3a所產(chǎn)生的磁場(chǎng)B1和由第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)B2進(jìn)行微分dB1/dt＝ω0·cos(ω0·t)·b1·{sin(θ1)}+ω0·sin(ω0·t)·b1·{-cos(θ1)}…(24)dB2/dt＝ω0·cos(ω0·t)·b2·{sin(θ2)}+ω0·sin(ω0·t)·b2·{-cos(θ2)}…(25)如果待測(cè)流體的流速為0，則所產(chǎn)生的渦流只是由磁場(chǎng)變化而引起的分量。如圖6所示指出了基于磁場(chǎng)Bb的渦流I1以及基于磁場(chǎng)Bc的渦流I2。因此如圖6所示指出了，在包括電極軸EAX和測(cè)量管道軸PAX的平面內(nèi)，由磁場(chǎng)Bb變化所產(chǎn)生的與流速無(wú)關(guān)的電極間電動(dòng)勢(shì)E1的方向和由磁場(chǎng)Bc變化所產(chǎn)生的與流速無(wú)關(guān)的電極間電動(dòng)勢(shì)E2的方向彼此相反。
此時(shí)，作為電極間電動(dòng)勢(shì)E1和E2之和的總電極間電動(dòng)勢(shì)E，是通過(guò)根據(jù)下式使磁場(chǎng)時(shí)間導(dǎo)數(shù)dB1/dt和dB2/dt之差(-dB1/dt+dB2/dt)乘以比例系數(shù)rk、并分別用θ1+θ00和θ2+θ00代替相位差θ1和θ2所獲得的值(rk和θ00與待測(cè)流體的導(dǎo)電率和電容率以及包括電極2a和2b位置的測(cè)量管道1結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián))E＝rk·ω0·cos(ω0·t)·{-b1·sin(θ1+θ00)+b2·sin(θ2+θ00)}+rk·ω0·sin(ω0·t)·{b1·cos(θ1+θ00)-b2·cos(θ2+θ00)}…(26)如果待測(cè)流體的流速大小為V(V≠0)，則在所產(chǎn)生的渦流中，除流速為0時(shí)的渦流I1和I2以外、還產(chǎn)生了由待測(cè)流體流速矢量v所引起的分量v×Bb和v×Bc。為此，如圖7所示指出了由流速矢量v和磁場(chǎng)Bb所引起的渦流Iv1以及由流速矢量v和磁場(chǎng)Bc所引起的渦流Iv2的方向。因此，由流速矢量v和磁場(chǎng)Bb所產(chǎn)生的電極間電動(dòng)勢(shì)Ev1與由流速矢量v和磁場(chǎng)Bc所產(chǎn)生的電極間電動(dòng)勢(shì)Ev2指向相同的方向。
通過(guò)使電極間電動(dòng)勢(shì)Ev1和Ev2相加所得的總電極間電動(dòng)勢(shì)Ev，是通過(guò)根據(jù)下式使磁場(chǎng)B1和B2之和乘以比例系數(shù)rkv、并分別用θ1+θ01和θ2+θ01代替相位差θ1和θ2所獲得的值(rkv和θ01與待測(cè)流體的流速大小V、導(dǎo)電率和電容率以及包括電極2a和2b位置的測(cè)量管道1結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián))Ev＝rkv·cos(ω0·t)·{b1·cos(θ1+θ01)+b2·cos(θ2+θ01)}+rkv·sin(ω0·t)·{b1·sin(θ1+θ01)+b2·sin(θ2+θ01)}…(27)考慮參考圖6和7所描述的電極間電動(dòng)勢(shì)方向，對(duì)通過(guò)把由磁場(chǎng)瞬時(shí)變化引起的電極間電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為復(fù)矢量所獲得的電動(dòng)勢(shì)、以及通過(guò)把由待測(cè)流體流速引起的電極間電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為復(fù)矢量所獲得的電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行組合，由此得到總電極間電動(dòng)勢(shì)，并通過(guò)將式(17)應(yīng)用于式(26)和(27)，來(lái)表示該總電極間電動(dòng)勢(shì)中的具有角頻率ω0的分量Ea2cEa2c＝rk·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θ00)}+γ·rk·V·b1·exp{j·(θ1+θ01)}+rk·ω0·b2·exp{j·(-π/2+θ2+θ00)}+γ·rk·V·b2·exp{j·(θ2+θ01)}…(28)假定以下一種狀態(tài)θ2＝θ1+Δθ2代表磁場(chǎng)B1關(guān)于ω0·t的相位滯后θ1和磁場(chǎng)B2關(guān)于ω0·t的相位滯后θ2之間的關(guān)系，且θ01＝θ00+Δθ01代表A/t分量關(guān)于虛軸的角度θ00和v×B分量關(guān)于實(shí)軸的角度θ01之間的關(guān)系。這種狀態(tài)被定義為勵(lì)磁狀態(tài)ST1。在這種情況下，令E20為勵(lì)磁狀態(tài)ST1下的電極間電動(dòng)勢(shì)Ea2c，由下式給出電極間電動(dòng)勢(shì)E20E20＝rk·exp{j·(θ1+θ00)}·exp(j·π/2)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·ω0+rk·exp{j·(θ1+θ00)}·γ·exp(j·Δθ01)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·V …(29)假定給定以下?tīng)顟B(tài)作為ST2(θ2＝π+θ1+Δθ2)磁場(chǎng)B1和B2之間的相位差從勵(lì)磁狀態(tài)ST1下改變了一常值π，且θ01＝θ00+Δθ01成立。在這種情況下，令E20R為勵(lì)磁狀態(tài)ST2下的電極間電動(dòng)勢(shì)Ea2c，由根據(jù)式(29)的下式表示電極間電動(dòng)勢(shì)E20RE20R＝rk·exp{j·(θ1+θ00)}·exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0+rk·exp{j·(θ1+θ00)}·γ·exp(j·Δθ01)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·V…(30)式(29)右邊第一項(xiàng)和式(30)右邊第一項(xiàng)之和代表總A/t分量，該總A/t分量是通過(guò)對(duì)由第一勵(lì)磁線圈3a所產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化而引起的A/t分量以及由第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化而引起的A/t分量進(jìn)行組合而獲得的。式(29)右邊第二項(xiàng)和式(30)右邊第二項(xiàng)之和代表總v×B分量，該總v×B分量是通過(guò)對(duì)由第一勵(lì)磁線圈3a所產(chǎn)生的磁場(chǎng)及流體流速而引起的v×B分量和由第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)及流體流速而引起的v×B分量進(jìn)行組合而獲得的。
在這種情況下，如果從垂直于測(cè)量管道軸PAX且包括電極2a和2b的平面PLN到第一勵(lì)磁線圈3a的距離d1幾乎等于平面PLN到第二勵(lì)磁線圈3b的距離d2(d1≈d2)，則b1≈b2，且Δθ2≈0。在這種情況下，將式(29)和(30)改寫(xiě)如下E20≈rk·exp{j·(θ1+θ00)}·(2·b1·γ·V·exp(j·Δθ01))…(31)E20R≈rk·exp{j·(θ1+θ00)}·{2·b1·ω0·exp(j·π/2)} …(32)即，因?yàn)殡姌O間電動(dòng)勢(shì)E20幾乎僅僅是基于v×B分量的電動(dòng)勢(shì)，且電極間電動(dòng)勢(shì)E20R幾乎僅僅是基于A/t分量的電動(dòng)勢(shì)，所以顯然，把第一勵(lì)磁線圈3a所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間的相位差保持為幾乎為π，使有效提取A/t分量成為可能。
假定在式(29)所表示的合成矢量的A/t分量中，用A/t分量中的常數(shù)項(xiàng)Ka＝exp(j·π/2)、與第一勵(lì)磁線圈3a所產(chǎn)生的磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)B1c＝b1·exp(j·θ1)、與流體特性或狀態(tài)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)C＝rk·exp(j·θ00)和角頻率ω0的乘積Va10，來(lái)表示由第一勵(lì)磁線圈3a所產(chǎn)生的磁場(chǎng)而引起的一部分。在這種情況下，用式(33)來(lái)表示Va10，并用Va10來(lái)表示式(30)中的A/t分量。
Va10＝Ka·B1c·C·ω0 …(33)
假定在式(29)所表示的合成矢量的v×B分量中，用v×B分量中的常數(shù)項(xiàng)Kb＝γ·exp(j·Δθ01)、與第一勵(lì)磁線圈3a所產(chǎn)生的磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)B1c＝b1·exp(j·θ1)、與流體特性或狀態(tài)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)C＝rk·exp(j·θ00)和流速大小V的乘積Vb10，來(lái)表示由第一勵(lì)磁線圈3a所產(chǎn)生的磁場(chǎng)而引起的一部分。在這種情況下，用式(34)來(lái)表示Vb10，并用Vb10來(lái)表示式(30)中的v×B分量。
Vb10＝Kb·B1c·C·V …(34)圖8是示出矢量Va10和矢量Vb10的合成矢量(流速V)Va10+Vb10的曲線圖。參考圖8，Re是實(shí)軸，且Im是虛軸。
假定在式(29)所表示的合成矢量的A/t分量中，用A/t分量中的常數(shù)項(xiàng)-Ka＝-exp(j·π/2)、與第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)B2c＝b2·exp{j·(θ1+Δθ2)}、與流體特性或狀態(tài)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)C＝rk·exp(j·θ00)和角頻率ω0的乘積Va20，來(lái)表示由第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)而引起的一部分。在這種情況下，用式(35)來(lái)表示Va20。
Va20＝-Ka·B2c·C·ω0 …(35)因?yàn)槭?30)所表示的勵(lì)磁狀態(tài)ST2在磁場(chǎng)相位上相對(duì)于式(29)所表示的勵(lì)磁狀態(tài)ST1偏移了π，所以磁場(chǎng)方向相反，并且與第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)變?yōu)?B2c＝-b2·exp{j·(θ1+Δθ2)}。因此，如果用A/t分量中的常數(shù)項(xiàng)-Ka、與第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)-B2c、與流體特性或狀態(tài)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)C和角頻率ω0的乘積Va20R，來(lái)表示式(30)所表示的合成矢量的A/t分量中的、由第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)而引起的一部分A/t分量，則用式(36)來(lái)表示Va20R。
Va20R＝-Ka·(-B2c)·C·ω0 …(36)假定在式(29)所表示的合成矢量的v×B分量中，用v×B分量中的常數(shù)項(xiàng)Kb＝γ·exp(j·Δθ01)、與第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)B2c＝b2·exp{j·(θ1+Δθ2)}、與流體特性或狀態(tài)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)C＝rk·exp(j·θ00)和流速大小V的乘積Vb20，來(lái)表示由第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)而引起的一部分v×B分量。在這種情況下，用式(37)來(lái)表示Vb20。
Vb20＝Kb·B2c·C·V …(37)圖9是示出矢量Va20和矢量Vb20的合成矢量(流速V)Va20+Vb20的曲線圖。圖10是示出矢量Vas0和矢量Vbs0的合成矢量(流速V)Vas0+Vbs0的曲線圖。矢量Vas0代表在利用第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b執(zhí)行勵(lì)磁時(shí)所獲得的A/t分量矢量Va10+Va20＝Ka·(B1c-B2c)·C·ω0。矢量Vbs0代表在利用第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b執(zhí)行勵(lì)磁時(shí)所獲得的v×B分量矢量Vb10+Vb20＝Kb·(B1c+B2c)·C·V。
因?yàn)閯?lì)磁狀態(tài)ST2在磁場(chǎng)相位上相對(duì)于勵(lì)磁狀態(tài)ST1偏移了π，所以與第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)變?yōu)?B2c。因此，如果用v×B分量中的常數(shù)項(xiàng)Kb、與第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)-B2c、與流體特性或狀態(tài)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)C和流速大小V的乘積Vb20R，來(lái)表示式(30)所表示的合成矢量的v×B分量中的、由第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)而引起的一部分v×B分量，則用式(38)來(lái)表示Vb20R。
Vb20R＝Kb·(-B2c)·C·V …(38)圖11是示出矢量Va20R和矢量Vb20R的合成矢量(流速V)Va20R+Vb20R的曲線圖。圖12是示出矢量Vas0R和矢量Vbs0R的合成矢量(流速V)Vas0R+Vbs0R的曲線圖。矢量Vas0R代表在利用第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b執(zhí)行勵(lì)磁時(shí)所獲得的A/t分量矢量Va10+Va20R＝Ka·(B1c+B2c)·C·ω0。矢量Vbs0R代表在利用第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b執(zhí)行勵(lì)磁時(shí)所獲得的v×B分量矢量Vb10+Vb20R＝Kb·(B1c-B2c)·C·V。
按照式(33)、(34)、(36)和(38)，由下式給出由電極2a和2b在勵(lì)磁狀態(tài)ST2下檢測(cè)到的A/t分量Va10+Va20R(式(30)右邊第一項(xiàng))和v×B分量Vb10+Vb20R(式(30)右邊第二項(xiàng))Va10+Va20R＝Ka·(B1c+B2c)·C·ω0…(39)Vb10+Vb20R＝Kb·(B1c-B2c)·C·V …(40)從A/t分量和v×B分量的合成矢量E20R(＝Va10+Va20R+Vb10+Vb20R)中只提取A/t分量Va10+Va20R、以及提取由流體特性或狀態(tài)而引起的變化因子C，使與流速無(wú)關(guān)地了解流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)的變化成為可能。下面將概括并描述從合成矢量中提取A/t分量的方法。
圖13是用于說(shuō)明本發(fā)明狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的第三原理的框圖。該狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括測(cè)量管道1；第一電極2a和2b以及第二電極2c和2d，它們被布置在測(cè)量管道1中與施加于待測(cè)流體的磁場(chǎng)及測(cè)量管道軸PAX都垂直，且彼此相對(duì)以便和待測(cè)流體接觸，并且檢測(cè)由磁場(chǎng)和待測(cè)流體的流動(dòng)所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)；以及勵(lì)磁線圈3，當(dāng)垂直于測(cè)量管道軸PAX且包括第一電極2a和2b的平面用作平面PLN1、且垂直于測(cè)量管道軸PAX且包括第二電極2c和2d的平面用作平面PLN2時(shí)，該勵(lì)磁線圈3在以平面PLN1為界的測(cè)量管道1前側(cè)和后側(cè)向待測(cè)流體施加不對(duì)稱(chēng)時(shí)變磁場(chǎng)，并在以平面PLN2為界的測(cè)量管道1前側(cè)和后側(cè)向待測(cè)流體施加不對(duì)稱(chēng)時(shí)變磁場(chǎng)。第一電極2a和2b例如位于在上游側(cè)和平面PLN3相隔一偏移距離d3的位置，該平面PLN3包括勵(lì)磁線圈3的軸、且垂直于測(cè)量管道軸PAX的方向。第二電極2c和2d例如位于在下游側(cè)和平面PLN3相隔一偏移距離d4的位置。
通過(guò)向圖1所示的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備添加一對(duì)電極，來(lái)獲得圖13所示的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備。如果把要新加的第二電極2c和2d放在和第一電極2a和2b相同的一側(cè)，則所得配置是圖1所示配置的冗余配置。因此，需要把第二電極2c和2d放在相對(duì)于勵(lì)磁線圈3與第一電極2a和2b不同的一側(cè)。利用該配置，由第一電極2a和2b所檢測(cè)到的、由勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)及流速而引起的v×B分量的指向，和由第二電極2c和2d所檢測(cè)到的、由勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)及流速而引起的v×B分量的指向相同。相反，由第一電極2a和2b所檢測(cè)到的、由勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的變化而引起的A/t分量的指向，和由第二電極2c和2d所檢測(cè)到的、由勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的變化而引起的A/t分量的指向相反。利用該原理使有效地提取A/t分量成為可能。
由下式給出，由勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)Bd在連接電極2a和2b的電極軸EAX1上的、和電極軸EAX1及測(cè)量管道軸PAX都垂直的磁場(chǎng)分量(磁通密度)B3，以及由勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)Bd在電極軸EAX2上的、和電極軸EAX2及測(cè)量管道軸PAX都垂直的磁場(chǎng)分量(磁通密度)B4B3＝b3·cos(ω0·t-θ3) …(41)B4＝b4·cos(ω0·t-θ4) …(42)然而，注意，因?yàn)锽3和B4是由同一勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的，所以b3和b4以及θ3和θ4相互具有某些關(guān)系，而不是獨(dú)立變量。在式(41)和(42)中，b3和b4是磁通密度B3和B4的振幅，ω0是角頻率，θ3和θ4是磁通密度B3和B4與ω0·t之間的相位差(相位延遲)。磁通密度B3和B4以下將分別被稱(chēng)為磁場(chǎng)B3和B4。
因?yàn)橛纱艌?chǎng)變化所引起的電動(dòng)勢(shì)取決于磁場(chǎng)的時(shí)間導(dǎo)數(shù)dB/dt，所以根據(jù)下式對(duì)由勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)Bd的磁場(chǎng)B3和磁場(chǎng)B4進(jìn)行微分dB3/dt＝ω0·cos(ω0·t)·b3·{sin(θ3)}+ω0·sin(ω0·t)·b3·{-cos(θ3)} …(43)dB4/dt＝ω0·cos(ω0·t)·b4·{sin(θ4)}+ω0·sin(ω0·t)·b4·{-cos(θ4)} …(44)如果待測(cè)流體的流速為0，則所產(chǎn)生的渦流只是由磁場(chǎng)變化所引起的分量。如圖14所示指出了由磁場(chǎng)Bd的變化所引起的渦流I的方向。因此，如圖14所示指出了，在包括電極軸EAX1和測(cè)量管道軸PAX的平面內(nèi)由磁場(chǎng)Bd的變化在電極2a和2b之間產(chǎn)生的與流速無(wú)關(guān)的第一電極間電動(dòng)勢(shì)E1的方向，和在包括電極軸EAX2和測(cè)量管道軸PAX的平面內(nèi)由磁場(chǎng)Bd的變化在電極2c和2d之間產(chǎn)生的與流速無(wú)關(guān)的第二電極間電動(dòng)勢(shì)E2的方向相反。
此時(shí)，第一和第二電極間電動(dòng)勢(shì)E1和E2是按照下式獲得的值，以致被添加了電動(dòng)勢(shì)方向的磁場(chǎng)時(shí)間導(dǎo)數(shù)(-dB3/dt和dB4/dt)乘以比例系數(shù)rk，并分別用θ3+θ00和θ4+θ00代替相位差θ3和θ4(rk和θ00與待測(cè)流體的導(dǎo)電率和電容率以及包括電極2a、2b、2c和2d位置的測(cè)量管道1結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián))
E1＝rk·ω0·cos(ω0·t)·b3·{-sin(θ3+θ00)}+rk·ω0·sin(ω0·t)·b3·{cos(θ3+θ00)} …(45)E2＝rk·ω0·cos(ω0·t)·b4·{sin(θ4+θ00)}+rk·ω0·sin(ω0·t)·b4·{-cos(θ4+θ00)} …(46)如果待測(cè)流體的流速大小為V(V≠0)，則在所產(chǎn)生的渦流中，除了流速為0時(shí)所產(chǎn)生的渦流I、還產(chǎn)生了由待測(cè)流體的流速矢量v所引起的分量v×Bd。為此，如圖15所示指出了由流速矢量v和磁場(chǎng)Bd所引起的渦流Iv的方向。因此，由流速矢量v和磁場(chǎng)Bd所產(chǎn)生的第一電極間電動(dòng)勢(shì)Ev1與由流速矢量v和磁場(chǎng)Bd所產(chǎn)生的第二電極間電動(dòng)勢(shì)Ev2指向相同的方向。
此時(shí)，第一和第二電極間電動(dòng)勢(shì)Ev1和Ev2是按照下式獲得的值，以致被添加了電動(dòng)勢(shì)方向的磁場(chǎng)(B3和B4)乘以比例系數(shù)rkv，并分別用θ3+θ01和θ4+θ01代替相位差θ3和θ4(rkv和θ01與待測(cè)流體的流速大小V、導(dǎo)電率和電容率以及包括電極2a、2b、2c和2d位置的測(cè)量管道1結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián))Ev1＝rkv·cos(ω0·t)·b3·cos(θ3+θ01)+rkv·sin(ω0·t)·b3·sin(θ3+θ01)…(47)Ev2＝rkv·cos(ω0·t)·b4·cos(θ4+θ01)+rkv·sin(ω0·t)·b4·sin(θ4+θ01)…(48)考慮參考圖14和15所描述的電極間電動(dòng)勢(shì)方向，對(duì)通過(guò)把由磁場(chǎng)瞬時(shí)變化引起的電極間電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為復(fù)矢量所獲得的電動(dòng)勢(shì)、以及通過(guò)把由待測(cè)流體流速引起的電極間電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為復(fù)矢量所獲得的電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行組合，由此得到電極2a和2b之間的第一電極間電動(dòng)勢(shì)Ea3c，并根據(jù)使用式(17)的式(18)，用下式表示該第一電極間電動(dòng)勢(shì)Ea3cEa3c＝rk·ω0·b3·exp{j·(π/2+θ3+θ00)}+γ·rk·V·b3·exp{j·(θ3+θ01)} …(49)另外，對(duì)通過(guò)把由磁場(chǎng)瞬時(shí)變化引起的電極間電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為復(fù)矢量所獲得的電動(dòng)勢(shì)、以及通過(guò)把由待測(cè)流體流速引起的電極間電動(dòng)勢(shì)轉(zhuǎn)換為復(fù)矢量所獲得的電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行組合，由此得到電極2c和2d之間的第二電極間電動(dòng)勢(shì)Ea4c，并根據(jù)使用式(17)的式(18)，用下式來(lái)表示該第二電極間電動(dòng)勢(shì)Ea4cEa4c＝rk·ω0·b4·exp{j·(-π/2+θ4+θ00)}+γ·rk·V·b4·exp{j·(θ4+θ01)}…(50)假定θ4＝θ3+Δθ4代表磁場(chǎng)B3關(guān)于ω0·t的相位滯后θ3和磁場(chǎng)B4于ω0·t的相位滯后θ4之間的關(guān)系，且θ01＝θ00+Δθ01代表A/t分量關(guān)于虛軸的角度θ00和v×B分量關(guān)于實(shí)軸的角度θ01之間的關(guān)系。如果E301是通過(guò)將θ01＝θ00+Δθ01代入式(49)所給出的第一電極間電動(dòng)勢(shì)Ea3c所得到的值，且E302是通過(guò)將θ4＝θ3+Δθ4代入式(50)所給出的第二電極間電動(dòng)勢(shì)Ea4c所得到的值，則第一和第二電極間電動(dòng)勢(shì)E301和E302表示如下E301＝rk·ω0·b3·exp{j·(π/2+θ3+θ00)}+γ·rk·V·b3·exp{j·(θ3+θ01)}…(51)E302＝rk·ω0·b4·exp{j·(-π/2+θ3+Δθ4+θ00)}+γ·rk·V·b4·exp{j·(θ3+Δθ4+θ01)} …(52)用下式來(lái)表示第一和第二電極間電動(dòng)勢(shì)E301與E302之和E30s及之差E30dE30s＝E301+E302＝rk·exp{j·(θ3+θ00)}·exp(j·π/2)·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·ω0+rk·exp{j·(θ3+θ00)}·γ·exp(j·Δθ01)·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·V…(53)E30d＝E301-E302＝rk·exp{j·(θ3+θ00)}·exp(j·π/2)·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0+rk·exp{j·(θ3+θ00)}·γ·exp(j·Δθ01)·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·V…(54)式(53)右邊第一項(xiàng)代表第一電極2a和2b所檢測(cè)到的電動(dòng)勢(shì)與第二電極2c和2d所檢測(cè)到的電動(dòng)勢(shì)之和中的A/t分量。式(53)右邊第二項(xiàng)代表第一電極2a和2b所檢測(cè)到的電動(dòng)勢(shì)與第二電極2c和2d所檢測(cè)到的電動(dòng)勢(shì)之和中的v×B分量。式(54)右邊第一項(xiàng)代表第一電極2a和2b所檢測(cè)到的電動(dòng)勢(shì)與第二電極2c和2d所檢測(cè)到的電動(dòng)勢(shì)之和差中的A/t分量。式(54)右邊第二項(xiàng)代表第一電極2a和2b所檢測(cè)到的電動(dòng)勢(shì)與第二電極2c和2d所檢測(cè)到的電動(dòng)勢(shì)之差中的v×B分量。
在這種情況下，如果從包括勵(lì)磁線圈3的軸的平面PLN3到連接電極2a和2b的電極軸EAX1的距離d3幾乎等于平面PLN3到連接電極2c和2d的電極軸EAX2的距離d4(d3≈d4)，則b3≈b4，且Δθ4≈0。在這種情況下，將式(53)和(54)改寫(xiě)如下E30s≈rk·exp{j·(θ3+θ00)}·{2·b3·γ·V·exp(j·Δθ01)}…(55)E30d≈rk·exp{j·(θ3+θ00)}·{2·b3·ω0·exp(j·π/2)}…(56)即，因?yàn)榈谝缓偷诙姌O間電動(dòng)勢(shì)之和E30s幾乎僅僅是基于v×B分量的電動(dòng)勢(shì)，并且第一和第二電極間電動(dòng)勢(shì)之差E30d幾乎僅僅是基于A/t分量的電動(dòng)勢(shì)，所以顯然獲得第一和第二電極間電動(dòng)勢(shì)之差使有效提取A/t分量成為可能。
假定用A/t分量中的常數(shù)項(xiàng)Ka＝exp(j·π/2)、與勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)Bc3＝b3·exp(j·θ3)、與流體特性或狀態(tài)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)C＝rk·exp(j·θ00)和角頻率ω0的乘積Va30，來(lái)表示式(51)的第一電極間電動(dòng)勢(shì)E301的合成矢量中的A/t分量。在這種情況下，用式(57)來(lái)表示Va30。
Va30＝Ka·Bc3·C·ω0 …(57)假定用v×B分量中的常數(shù)項(xiàng)Kb＝γ·exp(j·Δθ01)、與勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)Bc3＝b3·exp(j·θ3)、與流體特性或狀態(tài)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)C＝rk·exp(j·θ00)和流速大小V的乘積Vb30，來(lái)表示式(51)的第一電極間電動(dòng)勢(shì)E301的合成矢量中的v×B分量。在這種情況下，用式(58)來(lái)表示Vb30。
Vb30＝Kb·Bc3·C·V…(58)假定用A/t分量中的常數(shù)項(xiàng)-Ka＝-exp(j·π/2)、與勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)Bc4＝b4·exp{j·(θ3+Δθ4)}、與流體特性或狀態(tài)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)C＝rk·exp(j·θ00)和角頻率ω0的乘積Va40，來(lái)表示式(52)的第二電極間電動(dòng)勢(shì)E302的合成矢量中的A/t分量。在這種情況下，用式(59)來(lái)表示Va40。
Va40＝-Ka·Bc4·C·ω0…(59)考慮要獲得第一電極間電動(dòng)勢(shì)E301和第二電極間電動(dòng)勢(shì)E302之差(E301-E302)，把通過(guò)使式(59)的Va40的符號(hào)取反而獲得的等式定義為由式(60)所表示的Va40R(Va40R＝-Va40)Va40R＝Ka·Bc4·C·ω0…(60)假定用v×B分量中的常數(shù)項(xiàng)Kb＝γ·exp(j·Δθ01)、與勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)Bc4＝b4·exp{j·(θ3+Δθ4)}、與流體特性或狀態(tài)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)C＝rk·exp(j·θ00)和流速大小V的乘積Vb40，來(lái)表示式(52)的第二電極間電動(dòng)勢(shì)E302的合成矢量中的v×B分量。在這種情況下，用式(61)來(lái)表示Vb40。
Vb40＝Kb·Bc4·C·V …(61)考慮要獲得第一電極間電動(dòng)勢(shì)E301和第二電極間電動(dòng)勢(shì)E302之差(E301-E302)，把通過(guò)使式(61)的Vb40的符號(hào)取反所獲得的等式定義為由式(62)所表示的Vb40R(Vb40R＝-Vb40)Vb40R＝-Kb·Bc4·C·V …(62)按照式(57)、(58)、(60)和(62)，在式(54)所表示的電動(dòng)勢(shì)差E30d中，由下式給出由勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的變化而引起的A/t分量Va30+Va40R(式(54)右邊第一項(xiàng))，以及由勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)及流速而引起的v×B分量Vb30+Vb40R(式(54)右邊第二項(xiàng))Va30+Va40R＝Ka·(Bc3+Bc4)·C·ω0…(63)Vb30+Vb40R＝Kb·(Bc3-Bc4)·C·V …(64)從A/t分量和v×B分量的合成矢量E30R(＝Va30+Va40R+Vb30+Vb40R)中只提取A/t分量(Va30+Va40R)、并提取由流體特性或狀態(tài)而引起的變化因子C，使與流速無(wú)關(guān)地了解流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)的變化成為可能。
接下來(lái)將描述從合成矢量中提取A/t分量的方法。目標(biāo)流體的特性或狀態(tài)和測(cè)量管道狀態(tài)以下將稱(chēng)為參數(shù)。
將描述第一提取方法，作為可應(yīng)用于圖1、5和13所示三種配置的提取方法。第一提取方法是一種利用以下現(xiàn)象的方法雖然A/t分量隨頻率而變，但是v×B分量不變。注意，在第一提取方法中，隨參數(shù)值而變的分量C只需與參數(shù)值關(guān)聯(lián)，而沒(méi)有頻率特性。
首先，在圖1所示配置中，當(dāng)向勵(lì)磁線圈3提供具有角頻率ω0的勵(lì)磁電流時(shí)，由電極2a和2b所檢測(cè)到的電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng)于依據(jù)下式的A/t分量矢量Va10和v×B分量矢量Vb10的合成矢量Va10+Vb10。
Va10＝Ka·B1c·C·ω0 …(65)Vb10＝Kb·B1c·C·V …(66)考慮到A/t分量是與流速大小V無(wú)關(guān)的矢量，且v×B分量是在幅度上與流速大小V成比例地變化的矢量，取利用不同于ω0的勵(lì)磁角頻率ω2所獲得的合成矢量和利用勵(lì)磁角頻率ω0所獲得的合成矢量之差，來(lái)抵消v×B分量。因此，留下了A/t分量。
利用勵(lì)磁角頻率ω2所獲得的v×B分量等于式(66)中的v×B分量。如下所示，由通過(guò)用ω2代替式(65)中的ω0所得的方程，來(lái)給出利用勵(lì)磁角頻率ω2所獲得的A/t分量Va12＝Ka·B1c·C·ω2 …(67)從利用勵(lì)磁角頻率ω0所獲得的合成矢量Va10+Vb10減去利用勵(lì)磁角頻率ω2所獲得的合成矢量Va12+Vb10，抵消了v×B分量，并變成等于Va10-Va12。因此，可以利用不同頻率分量之間的輸出差，來(lái)提取與流速無(wú)關(guān)的A/t分量Va10-Va12。圖16是以復(fù)矢量形式示出提取A/t分量Va10-Va12的處理的曲線圖。
在圖5所示配置中，如上所述，把第一勵(lì)磁線圈3a所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間的相位差保持為幾乎為π，使有效提取A/t分量成為可能。假定向第一勵(lì)磁線圈3a提供具有角頻率ω0的第一勵(lì)磁電流，并向第二勵(lì)磁線圈3b提供具有角頻率ω0、且關(guān)于第一勵(lì)磁電流的相位差為Δθ2+π的第二勵(lì)磁電流。在這種情況下，令Vas0R為式(39)的A/t分量Va10+Va20R，且Vbs0R為式(40)的v×B分量Vb10+Vb20R，則由電極2a和2b所檢測(cè)到的電動(dòng)勢(shì)對(duì)應(yīng)于以下給出的合成矢量Vas0R+Vbs0RVas0R＝Ka·(B1c+B2c)·C·ω0 …(68)Vbs0R＝Kb·(B1c-B2c)·C·V …(69)如圖1所示，勵(lì)磁角頻率被設(shè)為ω2時(shí)所得到的v×B分量變?yōu)榈扔谑?69)。另外，勵(lì)磁角頻率被設(shè)為ω2時(shí)所得到的A/t分量矢量Vas2R變?yōu)?，等于按照下式用?代替式(68)中的ω0所獲得的值Vas2R＝Ka·(B1c+B2c)·C·ω2 …(70)從利用勵(lì)磁角頻率ω0所獲得的合成矢量Vas0R+Vbs0R減去利用勵(lì)磁角頻率ω2所獲得的合成矢量Vas2R+Vbs0R，抵消了v×B分量，并變成等于Vas0R-Vas2R。因此，可以利用不同頻率分量之間的輸出差，來(lái)提取與流速無(wú)關(guān)的A/t分量Vas0R-Vas2R。圖17是以復(fù)矢量形式示出提取A/t分量Vas0R-Vas2R的處理的曲線圖。
在圖13所示配置中，從合成矢量提取A/t分量的方法和圖5所示配置中一樣?？梢酝ㄟ^(guò)以下方式，使在圖5所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的情況下描述的提取方法，對(duì)應(yīng)于圖13所示的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備用第一電極2a和2b所檢測(cè)到的電動(dòng)勢(shì)來(lái)代替由第一勵(lì)磁線圈3a所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響而引起的電動(dòng)勢(shì)，用第二電極2c和2d所檢測(cè)到的電動(dòng)勢(shì)來(lái)代替由第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)的影響而引起的電動(dòng)勢(shì)，用電動(dòng)勢(shì)和來(lái)代替在勵(lì)磁狀態(tài)ST1下檢測(cè)到的電動(dòng)勢(shì)，以及用電動(dòng)勢(shì)差來(lái)代替在勵(lì)磁狀態(tài)ST2下檢測(cè)到的電動(dòng)勢(shì)。
接下來(lái)將描述第二提取方法，作為能夠應(yīng)用于圖1、5和13所示三種配置中的圖5和13所示配置的提取方法。第二提取方法是一種利用以下現(xiàn)象來(lái)抵消v×B分量的方法在管道軸方向上，在關(guān)于包括勵(lì)磁線圈且垂直于管道軸方向的平面的前側(cè)和后側(cè)，v×B分量指向相同的方向，而A/t分量指向相反的方向。
在圖5所示配置的情況下，如上所述，保持第一勵(lì)磁線圈3a所產(chǎn)生的磁場(chǎng)和第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間的相位差幾乎為π，使有效提取A/t分量成為可能。按照和第一提取方法中一樣的方式，從合成矢量Vas0R+Vbs0R中提取A/t分量Vas0R。如果Vas0R＞＞Vbs0R，則Vbs0R≈0，由此近似地提取A/t分量Vas0R。
在初始狀態(tài)下(標(biāo)定時(shí))，如果預(yù)先將第一勵(lì)磁線圈3a所產(chǎn)生的磁場(chǎng)B1和第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)B2設(shè)為相等，則磁場(chǎng)B1和B2之差及初始狀態(tài)下的該差將減小。因此，由以下表達(dá)式所表示的條件成立。
|b1+b2·exp(j·Δθ2)|＞＞|b1-b2·exp(j·Δθ2)|…(71)因?yàn)棣?＞γ·V成立，所以考慮到式(71)所表示的條件，以下條件對(duì)于式(30)所給出的電極間電動(dòng)勢(shì)E20R成立。
|ω0·exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}|＞＞|γ·V·exp(j·Δθ01)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}|…(72)令Vas0R′為通過(guò)利用式(72)所表示的條件來(lái)近似式(30)給出的電極間電動(dòng)勢(shì)E20R所獲得的電動(dòng)勢(shì)，則由下式表示電極間電動(dòng)勢(shì)Vas0R′Vas0R′≈Vas0R+Vbs0R …(73)Vas0R′＝rk·exp{j·(θ1+θ00)}·ω0·exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}＝Vas0R …(74)因此，顯然，利用第一勵(lì)磁線圈3a所產(chǎn)生的磁場(chǎng)和第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間的相位差，使提取合成矢量Vas0R+Vbs0R中的A/t分量Vas0R成為可能。
在圖13所示的配置中，從合成矢量提取A/t分量的方法和如第一提取方法所述的圖5所示配置中的方法相同。在圖13所示配置中，利用第一電極2a和2b與第二電極2c和2d之間的輸出差，使從合成矢量Vas0R+Vbs0R提取A/t分量矢量Vas0R成為可能。
接下來(lái)，將描述從所提取的A/t分量中提取上述參數(shù)的方法。A/t分量中的參數(shù)包括第一參數(shù)，其變化因子與頻率無(wú)關(guān)(即，可以忽略頻率的影響)；以及第二參數(shù)，其變化因子與頻率相關(guān)。

用第一提取方法在圖1所示配置中提取的A/t分量是矢量Va10-Va20。在圖5所示配置中提取的A/t分量是矢量Vas0R-Vas2R。因?yàn)樗崛〉狞贏/t分量與流速大小V無(wú)關(guān)，所以可以利用A/t分量來(lái)測(cè)量除流速以外的流體狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。因?yàn)橛锌赡芡ㄟ^(guò)和上述一樣的方法在矢量Va10-Va20和Vas0R-Vas2R任一矢量中提取第一參數(shù)，所以將舉例說(shuō)明從矢量Vas0R-Vas2R中提取第一參數(shù)的情況。
在矢量Vas0R-Vas2R中，C＝rk·exp(j·θ00)代表隨目標(biāo)第一參數(shù)而變的變化因子。比例系數(shù)rk和A/t分量關(guān)于虛軸的角度θ00，分別被表示為第一參數(shù)p的函數(shù)，即rk[p]和θ00[p]。如果當(dāng)?shù)谝粎?shù)為p時(shí)，變化因子為Cp，則由下式給出變化因子CpCp＝rk[p]·exp(j·θ00[p]) …(75)按照式(68)和(70)，由下式表示矢量Vas0R-Vas2RVas0R-Vas2R＝Ka·(B1c+B2c)·Cp·(ω0-ω2) …(76)按照式(76)，由下式來(lái)表示隨目標(biāo)第一參數(shù)而變的變化因子CpCp＝{Vas0R-Vas2R}/{Ka·(B1c+B2c)·(ω0-ω2)}…(77)在這種情況下，當(dāng)利用適當(dāng)?shù)膭?lì)磁線圈來(lái)產(chǎn)生振幅或相位不變的磁場(chǎng)時(shí)，A/t分量中與磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)B1c和B2c變?yōu)榭梢栽跇?biāo)定時(shí)檢查的值，并且{Vas0R-Vas2R}/{Ka·(B1c+B2c)·(ω0-ω2)}的幅度和{Vas0R-Vas2R}/{Ka·(B1c+B2c)·(ω0-ω2)}關(guān)于實(shí)軸的角度分別用rk[p]和θ00[p]來(lái)表示。因此，在標(biāo)定時(shí)預(yù)先存儲(chǔ)第一參數(shù)p與比例系數(shù)rk[p]之間的關(guān)系或第一參數(shù)p與角度θ00[p]之間的關(guān)系，使通過(guò)計(jì)算{Vas0R-Vas2R}/{Ka·(B1c+B2c)·(ω0-ω2)}的幅度或相位來(lái)獲得第一參數(shù)p成為可能。因?yàn)榈谝粎?shù)p不隨頻率而變，所以可以利用任意頻率來(lái)獲得第一參數(shù)p。
用第二提取方法在圖5所示配置中提取的A/t分量是式(68)中的矢量Vas0R。因?yàn)樗崛〉狞贏/t分量與流速大小V無(wú)關(guān)，所以可以利用A/t分量來(lái)測(cè)量除流速以外的流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。在式(68)中的矢量Vas0R中，C＝rk·exp(j·θ00)代表隨目標(biāo)第二參數(shù)而變的變化因子。比例系數(shù)rk和A/t分量關(guān)于虛軸的角度θ00，分別被表示為第二參數(shù)p和角頻率ω的函數(shù)，即rk[p，ω]和θ00[p，ω]。如果當(dāng)?shù)诙?shù)為p時(shí)、且角頻率為ω0時(shí)，變化因子為Cp0，則由下式給出變化因子Cp0Cp0＝rk[p，ω0]·exp(j·θ00[p，ω0]) …(78)按照式(68)，由下式表示矢量Vas0RVas0R＝Ka·(B1c+B2c)·Cp0·ω0…(79)按照式(79)，由下式來(lái)表示隨目標(biāo)第二參數(shù)而變的變化因子Cp0Cp0＝Vas0R/{Ka·(B1c+B2c)·ω0} …(80)在這種情況下，當(dāng)利用適當(dāng)?shù)膭?lì)磁線圈來(lái)產(chǎn)生振幅或相位不變的磁場(chǎng)時(shí)，A/t分量中與磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)B1c和B2c變?yōu)榭梢栽跇?biāo)定時(shí)檢查的值，并且Vas0R/{Ka·(B1c+B2c)·ω0}的幅度和Vas0R/{Ka·(B1c+B2c)·ω0}關(guān)于實(shí)軸的角度分別用rk[p，ω0]和θ00[p，ω0]來(lái)表示。因此，在標(biāo)定時(shí)預(yù)先存儲(chǔ)勵(lì)磁角頻率ω0情況下的第二參數(shù)p與比例系數(shù)rk[p，ω0]之間的關(guān)系、或第二參數(shù)p與角度θ00[p，ω0]之間的關(guān)系，使通過(guò)計(jì)算Vas0R/{Ka·(B1c+B2c)·ω0}的幅度或相位來(lái)獲得第二參數(shù)p成為可能。
當(dāng)勵(lì)磁頻率固定為一個(gè)級(jí)別時(shí)，獲得第二參數(shù)的方法和獲得第一參數(shù)的方法相同。因此，將舉例說(shuō)明考慮到磁場(chǎng)變化來(lái)輸出第二參數(shù)值的情況，作為勵(lì)磁頻率不是固定為一個(gè)級(jí)別的情況。在這種情況下，可以去除磁場(chǎng)變化因子，并且可以通過(guò)獲得具有多種頻率的A/t分量，來(lái)輸出具有小誤差的第二參數(shù)值。
在式(70)的矢量Vas2R中，當(dāng)勵(lì)磁角頻率為ω2的變化因子C的值為Cp2時(shí)，根據(jù)式(78)和(79)用下式來(lái)表示變化因子Cp2和矢量Vas2R。
Cp2＝rk[p，ω2]·exp(j·θ00[p，ω2]) …(81)Vas2R＝Ka·(B1c+B2c)·Cp0·ω2 …(82)按照式(82)，由下式來(lái)表示隨目標(biāo)第二參數(shù)而變的變化因子Cp2Cp2＝Vas2R{Ka·(B1c+B2c)·ω2} …(83)當(dāng)Cp0≠Cp2成立，且變化因子Cp0與Cp2之比為Cn時(shí)，按照式(78)、(80)、(81)和(83)，用下式來(lái)表示比值Cn。
Cn＝Cp2/Cp0＝{rk[p，ω2]/rk[p，ω0]}·exp{j·(θ00[p，ω2]-θ00[p，ω0])}＝(Vas2R/Vas0R)·(ω0/ω2) …(84)根據(jù)式(84)，比值Cn沒(méi)有磁場(chǎng)變化因子，并且可以通過(guò)減小誤差因子來(lái)獲得第二參數(shù)p。在標(biāo)定時(shí)存儲(chǔ)勵(lì)磁角頻率ω0和ω2、第二參數(shù)p和{rk[p，ω2]/rk[p，ω0]}之間的關(guān)系，或存儲(chǔ)勵(lì)磁角頻率ω0和ω2、第二參數(shù)p和(θ00[p，ω2]-θ00[p，ω0]之間的關(guān)系，使通過(guò)計(jì)算(Vas2R/Vas0R)·(ω0/ω2)的幅度或相位來(lái)獲得無(wú)磁場(chǎng)變化因子(例如磁場(chǎng)漂移)的第二參數(shù)p成為可能。
接下來(lái)將描述獲得多個(gè)第二參數(shù)值的情況。當(dāng)取決于參數(shù)的參數(shù)頻率特性相互不同時(shí)，獲得具有多種勵(lì)磁角頻率的A/t分量使獲得多個(gè)第二參數(shù)值成為可能。在這種情況下，獲得兩個(gè)第二參數(shù)。在這兩個(gè)參數(shù)中，一個(gè)是第三參數(shù)，另一個(gè)是第四參數(shù)。
在式(68)中的矢量Vas0R中，C＝rk·exp(j·θ00)代表隨目標(biāo)第二參數(shù)而變的變化因子。比例系數(shù)rk和A/t分量關(guān)于虛軸的角度θ00，分別被表示為第三參數(shù)p、第四參數(shù)q和角頻率ω的函數(shù)，即rk[p，q，ω]和θ00[p，q，ω]。如果當(dāng)?shù)谌齾?shù)為p、第四參數(shù)為q、角頻率為ω時(shí)，變化因子C為Cpq0，則由下式給出變化因子Cpq0Cpq0＝rk[p，q，ω0]·exp(j·θ00[p，q，ω0]) …(85)根據(jù)式(68)，由下式表示矢量Vas0RVas0R＝Ka·(B1c+B2c)·Cpq0·ω0 …(86)根據(jù)式(86)，由下式來(lái)表示隨目標(biāo)第三和第四參數(shù)而變的變化因子Cpq0Cpq0＝Vas0R/{Ka·(B1c+B2c)·ω0} …(87)如果當(dāng)?shù)谌齾?shù)為p、第四參數(shù)為q、角頻率為ω2時(shí)，變化因子C的值為Cpq2，則根據(jù)式(85)和(86)，由下式表示變化因子Cpq2和矢量Vas2R。
Cpq2＝rk[p，q，ω2]·exp(j·θ00[p，q，ω2]) …(88)Vas2R＝Ka·(B1c+B2c)·Cpq2·ω2 …(89)
根據(jù)式(89)，由下式來(lái)表示隨目標(biāo)第三和第四參數(shù)而變的變化因子Cpq2Cpq2＝Vas2R/{Ka·(B1c+B2c)·ω2} …(90)當(dāng)Cpq0≠Cpq2成立時(shí)，得到兩個(gè)變化因子Cpq0和Cpq2。
在這種情況下，當(dāng)利用適當(dāng)?shù)膭?lì)磁線圈來(lái)產(chǎn)生振幅或相位不變的磁場(chǎng)時(shí)，A/t分量中與磁場(chǎng)關(guān)聯(lián)的項(xiàng)B1c和B2c變?yōu)榭梢栽跇?biāo)定時(shí)檢查的值，并且Vas0R/{Ka·(B1c+B2c)·ω0}的幅度和Vas0R/{Ka·(B1c+B2c)·ω0}關(guān)于實(shí)軸的角度分別用rk[p，q，ω0]和θ00[p，q，ω0]來(lái)表示，并且Vas2R/{Ka·(B1c+B2c)·ω2}的幅度和Vas2R/{Ka·(B1c+B2c)·ω2}關(guān)于實(shí)軸的角度分別用rk[p，q，ω2]和θ00[p，q，ω2]來(lái)表示。
因此，存儲(chǔ)第三參數(shù)p、第四參數(shù)q和利用勵(lì)磁角頻率ω0獲得的比例系數(shù)rk[p，q，ω0]之間的關(guān)系，以及第三參數(shù)p、第四參數(shù)q和利用勵(lì)磁角頻率ω2獲得的比例系數(shù)rk[p，q，ω2]之間的關(guān)系，使通過(guò)計(jì)算Vas0R/{Ka·(B1c+B2c)·ω0}和Vas2R/{Ka·(B1c+B2c)·ω2}的幅度來(lái)獲得第三參數(shù)p和第四參數(shù)q成為可能。
存儲(chǔ)第三參數(shù)p、第四參數(shù)q和利用勵(lì)磁角頻率ω0獲得的角度θ00[p，q，ω0]之間的關(guān)系，以及第三參數(shù)p、第四參數(shù)q和利用勵(lì)磁角頻率ω2獲得的角度θ00[p，q，ω2]之間的關(guān)系，使通過(guò)計(jì)算Vas0R/{Ka·(B1c+B2c)·ω0}和Vas2R/{Ka·(B1c+B2c)·ω2}的相位來(lái)獲得第三參數(shù)p和第四參數(shù)q成為可能。
接下來(lái)將描述實(shí)施時(shí)所要關(guān)心的要點(diǎn)。為了從由測(cè)量值得到的比例系數(shù)rk[p]和rk[p，ω]，來(lái)獲得參數(shù)p值，需要預(yù)先產(chǎn)生用于反演(inversion)的表。將有代表性地用函數(shù)f[p]來(lái)表示比例系數(shù)rk[p]和角度θ00[p]，將有代表性地用函數(shù)f[p，ω]來(lái)表示比例系數(shù)rk[p，ω]和角度θ00[p，ω](當(dāng)使用多個(gè)參數(shù)時(shí)，使用函數(shù)f[p，q，ω])，并將描述反演和表。有兩種方法產(chǎn)生用于反演的表，即通過(guò)插值從標(biāo)定時(shí)的測(cè)量結(jié)果來(lái)產(chǎn)生表的方法(以下將稱(chēng)為第一產(chǎn)生方法)；以及直接從理論公式來(lái)產(chǎn)生表的方法(以下將稱(chēng)為第二產(chǎn)生方法)。
首先將描述用于提取第一參數(shù)的表(以下稱(chēng)為第一表)的第一產(chǎn)生方法。如圖18所示，假定獲得f[p1]＝y(tǒng)1，作為在標(biāo)定時(shí)第一參數(shù)值為p1時(shí)的測(cè)量結(jié)果，并獲得f[p2]＝y(tǒng)2作為第一參數(shù)值為p2時(shí)的測(cè)量結(jié)果，則通過(guò)這兩點(diǎn)之間的線性近似、用下式來(lái)表示第一參數(shù)pp＝(p2-p1)/(y2-y1)·(f[p]-y1)+p1 …(91)可以用式(91)來(lái)產(chǎn)生第一表。使用該第一表，使得有可能從在標(biāo)定后的實(shí)際測(cè)量時(shí)所得到的函數(shù)f[p](比例系數(shù)rk[p]和角度θ00[p])，來(lái)獲得第一參數(shù)p。雖然舉例說(shuō)明了線性近似，但是多項(xiàng)式也允許和上述一樣方式的反演。
接下來(lái)將描述第一表的第二產(chǎn)生方法。如果獲得第一參數(shù)p和y＝f[p]之間的關(guān)系作為設(shè)計(jì)時(shí)的理論公式，并且存在反函數(shù)f-1(y)，則用下式來(lái)表示第一參數(shù)pp＝f-1(f[p]) …(92)圖19示出了式(92)所表示的關(guān)系。預(yù)先存儲(chǔ)式(92)作為第一表，使得有可能從在標(biāo)定后的實(shí)際測(cè)量時(shí)所得到的函數(shù)f[p]來(lái)獲得第一參數(shù)p。
接下來(lái)將描述用于提取一個(gè)第二參數(shù)的表(以下成為第二表)的第一產(chǎn)生方法。如圖20所示，假定獲得勵(lì)磁角頻率為ω0的f[p1，ω0]與勵(lì)磁角頻率為ω2的f[p1，ω2]之比ry1，作為在標(biāo)定時(shí)第二參數(shù)值為p1時(shí)的測(cè)量結(jié)果，并獲得勵(lì)磁角頻率為ω0的f[p2，ω0]與勵(lì)磁角頻率為ω2的f[p2，ω2]之比ry2，作為第二參數(shù)值為p2時(shí)的測(cè)量結(jié)果，則利用這兩點(diǎn)之間的線性近似、用下式來(lái)表示第二參數(shù)pp＝(p2-p1)/(ry2-ry1)·(f[p，ω2]/f[p，ω0]-ry1)+p1 …(93)可以用式(93)來(lái)產(chǎn)生第二表。使用該第二表，使得有可能從在標(biāo)定后的實(shí)際測(cè)量時(shí)所得到的函數(shù)之比f(wàn)[p，ω2]/f[p，ω0]，來(lái)獲得第二參數(shù)p。函數(shù)f[p，ω2]意味比例系數(shù)rk[p，ω2]或角度θ00[p，ω2]，且函數(shù)f[p，ω0]意味比例系數(shù)rk[p，ω0]或角度θ00[p，ω0]。雖然舉例說(shuō)明了線性近似，但是多項(xiàng)式也允許和上述一樣方式的反演。
接下來(lái)將描述第二表的第二產(chǎn)生方法。如果獲得第二參數(shù)p和勵(lì)磁角頻率為ω的y＝f[p，ω]之間的關(guān)系作為設(shè)計(jì)時(shí)的理論公式，并且用ry＝g[p]來(lái)表示函數(shù)之比f(wàn)[p，ω0]/f[p，ω2]，則當(dāng)存在反函數(shù)g-1(p)時(shí)，用下式來(lái)表示第二參數(shù)p＝g-1(g[p]) …(94)圖21示出了式(94)所表示的關(guān)系。預(yù)先存儲(chǔ)式(94)作為第二表，使得有可能從在標(biāo)定后的實(shí)際測(cè)量時(shí)所得到的函數(shù)之比f(wàn)[p，ω0]/f[p，ω2]來(lái)獲得第二參數(shù)p。
接下來(lái)將描述用于提取多個(gè)第二參數(shù)的表(以下稱(chēng)為第三表)的第一產(chǎn)生方法。在這種情況下，獲得兩個(gè)第二參數(shù)的值。在這兩個(gè)第二參數(shù)中，一個(gè)是第三參數(shù)，另一個(gè)是第四參數(shù)。如圖22所示，假定在標(biāo)定時(shí)獲得勵(lì)磁角頻率為ω0的f[p1，q1，ω0]＝z11，作為第三參數(shù)為p1、第四參數(shù)為q1時(shí)的測(cè)量結(jié)果，獲得f[p1，q2，ω0]＝z12作為第三參數(shù)為p1、第四參數(shù)為q2時(shí)的測(cè)量結(jié)果，獲得f[p2，q1，ω0]＝z21作為第三參數(shù)為p2、第四參數(shù)為q1時(shí)的測(cè)量結(jié)果，并獲得f[p2，q2，ω0]＝z22作為第三參數(shù)為p2、第四參數(shù)為q2時(shí)的測(cè)量結(jié)果。在這種情況下，用下式來(lái)表示包括測(cè)量結(jié)果z11、z12、z21和z22的任意三個(gè)點(diǎn)輸出的平面。
p/a0+q/b0+f[p，q，ω0]/c0＝1 …(95)在式(95)中，a0、b0和c0分別是p、q和f[p，q，ω0]軸上的截距。
如圖23所示，假定在標(biāo)定時(shí)獲得勵(lì)磁角頻率為ω2的f[p1，q1，ω2]＝z11′，作為第三參數(shù)為p1、第四參數(shù)為q1時(shí)的測(cè)量結(jié)果，獲得f[p1，q2，ω2]＝z12′作為第三參數(shù)為p1、第四參數(shù)為q2時(shí)的測(cè)量結(jié)果，獲得f[p2，q1，ω2]＝z21′作為第三參數(shù)為p2、第四參數(shù)為q1時(shí)的測(cè)量結(jié)果，并獲得f[p2，q2，ω2]＝z22′作為第三參數(shù)為p2、第四參數(shù)為q2時(shí)的測(cè)量結(jié)果。在這種情況下，用下式來(lái)表示包括測(cè)量結(jié)果z11′、z12′、z21′和z22′的任意三個(gè)點(diǎn)輸出的平面。
p/a2+q/b2+f[p，q，ω2]/c2＝1 …(96)在式(95)中，a2、b2和c2分別是p、q和f[p，q，ω2]軸上的截距。
存儲(chǔ)式(95)和(96)的平面作為第三表，使得有可能由在標(biāo)定后的實(shí)際測(cè)量時(shí)所得到的函數(shù)f[p，q，ω0]＝z和f[p，q，ω2]，將第三參數(shù)p和第四參數(shù)q定義為以下兩條線的交點(diǎn)。
p/a0+q/b0+z0/c0＝1 …(97)
p/a2+q/b2+z2/c2＝1…(98)圖24示出了由式(97)和(98)表示的直線的例子。例如，可以利用式(97)和(98)的聯(lián)立方程，通過(guò)高斯消去法來(lái)獲得第三參數(shù)p和第四參數(shù)q的解。雖然利用平面來(lái)執(zhí)行近似，但是也可利用曲面來(lái)執(zhí)行逆變換。
接下來(lái)將描述第三表的第二產(chǎn)生方法。當(dāng)獲得第三參數(shù)p、第四參數(shù)q、勵(lì)磁角頻率為ω0的z0＝f[p，q，ω0]和勵(lì)磁角頻率為ω2的z2＝f[p，q，ω2]之間的關(guān)系，作為設(shè)計(jì)時(shí)的理論公式時(shí)，可以獲得曲面方程作為第三表。存儲(chǔ)第三表，使得有可能從在標(biāo)定后的實(shí)際測(cè)量時(shí)所得到的函數(shù)f[p，q，ω0]和f[p，q，ω2]來(lái)獲得兩個(gè)曲線方程。獲得第三參數(shù)p和第四參數(shù)q作為這兩條曲線的交點(diǎn)。圖25示出了兩條曲線的例子。
接下來(lái)將詳細(xì)描述本發(fā)明第一實(shí)施例。該實(shí)施例使用上述第一原理。根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括一個(gè)勵(lì)磁線圈和一對(duì)電極，并且除信號(hào)處理系統(tǒng)以外，具有和圖1所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備相同的配置。該實(shí)施例使用第一提取方法作為從合成矢量中提取A/t分量的方法，并獲得與勵(lì)磁頻率無(wú)關(guān)的第一參數(shù)。第一參數(shù)的例子是液體液位或粘附到測(cè)量管道內(nèi)部的物質(zhì)的沉積狀態(tài)。
當(dāng)向勵(lì)磁線圈3提供具有角頻率ω0的勵(lì)磁電流、并且第一參數(shù)是p1時(shí)，根據(jù)式(19)、(65)和(75)，用下式來(lái)表示電極間電動(dòng)勢(shì)E110。
E110＝rk[p1]·ω0·b1·exp{j·(π/2+θ1+θ00[p1])}+γ·rk[p1]·V·b1·exp{j·(θ1+θ00[p1]+Δθ01)} …(99)當(dāng)向勵(lì)磁線圈3提供具有角頻率ω2的勵(lì)磁電流、并且第一參數(shù)是p1時(shí)，根據(jù)式(19)、(67)和(75)，用下式來(lái)表示電極間電動(dòng)勢(shì)E112。
E112＝rk[p1]·ω2·b1·exp{j·(π/2+θ1+θ00[p1])}+γ·rk[p1]·V·b1·exp{j·(θ1+θ00[p1]+Δθ01)} …(100)令EdA1為電極間電動(dòng)勢(shì)E110和E112之差，則由下式給出電動(dòng)勢(shì)差EdA1EdA1＝E110-E112
＝rk[p1]·exp(j·θ00[p1])·b1·exp{j·(π/2+θ1)}·(ω0-ω2) …(101)根據(jù)式(101)，顯然可以利用不同頻率分量之間的輸出差來(lái)提取合成矢量中的A/t分量。式(101)與流速大小V無(wú)關(guān)，因此只是由A/t所產(chǎn)生的分量。因此，利用電動(dòng)勢(shì)差EdA1使測(cè)量除流速以外的流體狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)成為可能。
當(dāng)取決于第一參數(shù)的變化因子為Cp1，則Cp1＝rk[p1]·exp(j·θ00[p1])成立，且其余部分是在標(biāo)定時(shí)提供的常數(shù)。由式(102)來(lái)表示變化因子Cp1。
Cp1＝EdA1/[b1·exp{j·(π/2+θ1)}·(ω0-ω2)] …(102)根據(jù)式(101)，用下式來(lái)表示變化因子Cp1的幅度rk[p1]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p1]rk[p1]＝|EdA1|/(b·(ω0-ω2)) …(103)θ00[p1]＝∠EdA1-(π/2+θ1)…(104)可以利用預(yù)先在標(biāo)定時(shí)通過(guò)測(cè)量等檢查的第一參數(shù)p1和rk[p1]之間的關(guān)系，或第一參數(shù)p1和角度θ00[p1]之間的關(guān)系，來(lái)獲得第一參數(shù)p1。
接下來(lái)將描述根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的具體配置和操作。圖26是示出根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的配置的框圖。和圖26中一樣的附圖標(biāo)記表示圖1中相同的部件。該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括測(cè)量管道1；電極2a和2b；勵(lì)磁線圈3，該勵(lì)磁線圈3位于在軸向和平面PLN相隔一偏移距離d的位置，該平面PLN包括電極2a和2b、且垂直于測(cè)量管道軸PAX的方向；電源電源4，該電源單元4向勵(lì)磁線圈3提供勵(lì)磁電流；以及狀態(tài)定量化單元8。
勵(lì)磁線圈3和電源單元4組成勵(lì)磁單元，向待測(cè)流體施加一關(guān)于平面PLN不對(duì)稱(chēng)的時(shí)變磁場(chǎng)。
狀態(tài)定量化單元8包括信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5，其獲得由電極2a和2b檢測(cè)的合成電動(dòng)勢(shì)的第一和第二角頻率ω0和ω2這兩個(gè)頻率分量的振幅和相位，根據(jù)這些振幅和相位來(lái)提取這兩個(gè)角頻率分量之間的電動(dòng)勢(shì)差作為A/t分量，并從該A/t分量提取取決于第一參數(shù)、且與頻率無(wú)關(guān)的變化因子的幅度或相位；狀態(tài)存儲(chǔ)單元6(等效于上述第一表)，其預(yù)先存儲(chǔ)第一參數(shù)和取決于第一參數(shù)的變化因子的幅度或相位之間的關(guān)系；以及狀態(tài)輸出單元7，其基于狀態(tài)存儲(chǔ)單元6中存儲(chǔ)的關(guān)系，來(lái)獲得與所提取的變化因子的幅度或相位對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)。
電源單元4以T秒為周期重復(fù)以下操作使第一勵(lì)磁狀態(tài)持續(xù)T1秒，其中向勵(lì)磁線圈3提供具有第一角頻率ω0的勵(lì)磁電流；然后使第二勵(lì)磁狀態(tài)持續(xù)T2秒，其中向勵(lì)磁線圈3提供具有第二角頻率ω2的勵(lì)磁電流。即，T＝T1+T2。
圖27是示出狀態(tài)定量化單元8的操作的流程圖。首先，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5獲得電極2a和2b之間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω0分量的電動(dòng)勢(shì)E110的振幅r110，并利用相位檢測(cè)器(未示出)獲得實(shí)軸與電動(dòng)勢(shì)E110之間的相位差φ110(圖27中的步驟101)。
隨后，在第二勵(lì)磁狀態(tài)下，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5獲得電極2a和2b之間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω2分量的電動(dòng)勢(shì)E112的振幅r112，并利用相位檢測(cè)器獲得實(shí)軸與電動(dòng)勢(shì)E112之間的相位差φ112(步驟102)。
然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5按照下式來(lái)計(jì)算電極間電動(dòng)勢(shì)E110的實(shí)軸分量E110x和虛軸分量E110y、以及電極間電動(dòng)勢(shì)E112的實(shí)軸分量E112x和虛軸分量E112y(步驟103)E110x＝r110·cos(φ110) …(105)E110y＝r110·sin(φ110) …(106)E112x＝r112·cos(φ112) …(107)E112y＝r112·sin(φ112) …(108)在計(jì)算式(105)至(108)后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5獲得電極間電動(dòng)勢(shì)E110和E112之間的電動(dòng)勢(shì)差EdA1的幅度和角度(步驟104)。步驟104中的處理對(duì)應(yīng)于獲得A/t分量的處理，并且等效于式(101)的計(jì)算。信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5按照下式來(lái)計(jì)算電動(dòng)勢(shì)差EdA1的幅度|EdA1||EdA1|＝{(E110x-E112x)2+(E110y-E112y)2}1/2…(109)然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5按照下式來(lái)計(jì)算電動(dòng)勢(shì)差EdA1關(guān)于實(shí)軸的角度∠EdA1
∠EdA1＝tan-1{(E110y-E112y)/(E110x-E112x)}…(110)利用以上操作完成步驟104中的處理。
然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元按照下式，從電動(dòng)勢(shì)差EdA1計(jì)算取決于第一參數(shù)p1的變化因子Cp1的幅度rk[p1]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p1](步驟105)rk[p1]＝|EdA1|/{b1·(ω0-ω2)}…(111)θ00[p1]＝∠EdA1-(π/2+θ1) …(112)由勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)B1的振幅b1和磁場(chǎng)B1與ω0·t之間的相位差θ1是可以預(yù)先通過(guò)標(biāo)定等而得到的常數(shù)。
預(yù)先把第一參數(shù)p1與變化因子Cp1的幅度rk[p1]之間的關(guān)系或第一參數(shù)p1與變化因子Cp1的角度θ00[p1]之間的關(guān)系，以數(shù)學(xué)表達(dá)式或表的形式注冊(cè)在狀態(tài)存儲(chǔ)單元6中。在步驟106，狀態(tài)輸出單元7根據(jù)由信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5計(jì)算的變化因子Cp1的幅度rk[p1]或角度θ00[p1]，通過(guò)參考狀態(tài)存儲(chǔ)單元6來(lái)計(jì)算與rk[p1]或θ00[p1]對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)p1值(或從狀態(tài)存儲(chǔ)單元6獲取該值)。
狀態(tài)定量化單元8以T為周期執(zhí)行步驟101至106的處理，直到例如操作者指示測(cè)量結(jié)束為止(步驟107為是)。注意，在第二勵(lì)磁狀態(tài)下，執(zhí)行步驟102至106的處理持續(xù)T2秒。
如上所述，該實(shí)施例被配置成，從具有不同勵(lì)磁頻率的兩種勵(lì)磁狀態(tài)下的電極間電動(dòng)勢(shì)E110和E112中提取電動(dòng)勢(shì)差EdA1(A/t分量)，從該電動(dòng)勢(shì)差EdA1提取取決于流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)的幅度或相位(第一參數(shù)p1)，并根據(jù)變化因子Cp1的幅度或相位來(lái)獲得第一參數(shù)p1。這使與流體流速無(wú)關(guān)地準(zhǔn)確檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)成為可能。
在該實(shí)施例中，可以利用包括中央處理器(CPU)、存儲(chǔ)單元以及控制硬件資源的接口和程序的計(jì)算機(jī)，來(lái)實(shí)施狀態(tài)定量化單元8中除電極間電動(dòng)勢(shì)E110和E112檢測(cè)單元以外的部件。例如，在該實(shí)施例中，可以通過(guò)E110-EdA1·{(ω0-ω2)/ω0}來(lái)提取v×B分量。在一般電磁流量計(jì)領(lǐng)域，已知從v×B分量計(jì)算流體流量、且容易利用狀態(tài)定量化單元8中包括的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)施的技術(shù)。因此，根據(jù)該實(shí)施例，可以利用基本上和電磁感應(yīng)型流量計(jì)相同的配置，來(lái)檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。
在該實(shí)施例中，足以從電動(dòng)勢(shì)差EaA1提取變化因子Cp1的幅度rk[p1]或角度θ00[p1]。然而，可以通過(guò)提取該分量的幅度和角度，來(lái)獲得第一參數(shù)p1。在這種情況下，足以選擇具有更高靈敏度的幅度rk[p1]或角度θ00[p1]，并根據(jù)所選擇的幅度或角度來(lái)獲得第一參數(shù)p1。這使提高檢測(cè)靈敏度成為可能。
另外，該實(shí)施例舉例說(shuō)明了將勵(lì)磁頻率切換為ω0或ω2的情況。然而，利用包含角頻率ω0和ω2分量的勵(lì)磁電流來(lái)執(zhí)行勵(lì)磁，使切換勵(lì)磁頻率變得不必要。這樣能夠更高速地計(jì)算第一參數(shù)p1。例如，足以使用由下式表示的磁場(chǎng)來(lái)代替式(3)。
B1＝b1·cos(ω0·t-θ1)+b1·cos(ω2·t-θ1) …(113)以下描述將說(shuō)明檢測(cè)測(cè)量管道中的物質(zhì)沉積狀態(tài)(測(cè)量管道內(nèi)徑變化)的該實(shí)施例狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備具體例子。如圖28所示，考慮到測(cè)量管道1中的物質(zhì)沉積，該例子使用不和待測(cè)流體接觸的電容耦合型電極。當(dāng)電極2a和2b為電容耦合型電極時(shí)，它們被涂上由測(cè)量管道1內(nèi)壁上所形成的陶瓷、特氟隆等構(gòu)成的里襯10。
如圖28所示，當(dāng)物質(zhì)11沉積在測(cè)量管道1的內(nèi)壁上時(shí)，測(cè)量管道1的內(nèi)徑將改變，且變化因子Cp1的幅度rk[p1]將改變。圖29示出了物質(zhì)11的厚度(第一參數(shù)p1)與變化因子Cp1的幅度rk[p1]之間的關(guān)系的例子。通過(guò)設(shè)計(jì)時(shí)的理論公式或標(biāo)定時(shí)的測(cè)量來(lái)獲得該關(guān)系，并預(yù)先將其存儲(chǔ)在狀態(tài)存儲(chǔ)單元6中，使得能夠根據(jù)圖27的步驟105中所獲得的變化因子Cp1的幅度rk[p1]來(lái)獲得步驟106中的物質(zhì)11厚度。
接下來(lái)將描述本發(fā)明第二實(shí)施例。除了向狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備添加一個(gè)勵(lì)磁線圈以外，該實(shí)施例和第一實(shí)施例相同，并且該實(shí)施例使用上述第二原理。即，該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括兩個(gè)勵(lì)磁線圈和一對(duì)電極，并且除信號(hào)處理系統(tǒng)以外，具有和圖5所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備相同的配置。因此，將利用圖5中的附圖標(biāo)記來(lái)描述該實(shí)施例的原理。如果把要新加的第二勵(lì)磁線圈放在和第一勵(lì)磁線圈相同的一側(cè)，則所得配置是第一實(shí)施例的冗余配置。因此，需要把第二勵(lì)磁線圈放在相對(duì)于包括電極的平面與第一勵(lì)磁線圈不同的一側(cè)。該實(shí)施例使用第一提取方法作為從合成矢量中提取A/t分量的方法，并獲得與勵(lì)磁頻率無(wú)關(guān)的第一參數(shù)。
假定向第一勵(lì)磁線圈3a提供具有角頻率ω0的第一勵(lì)磁電流，向第二勵(lì)磁線圈3b提供具有角頻率ω0、且關(guān)于第一勵(lì)磁電流的相位差為Δθ2+π的第二勵(lì)磁電流，并且第一參數(shù)是p2。在這種情況下，根據(jù)式(30)、(68)和(75)，用下式來(lái)表示電極間電動(dòng)勢(shì)E220。
E220R＝rk[p2]·exp{j·(θ1+θ00[p2])}·[exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0+γ·exp(j·Δθ01)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·V]…(114)假定向第一勵(lì)磁線圈3a提供具有角頻率ω2的第一勵(lì)磁電流，向第二勵(lì)磁線圈3b提供具有角頻率ω2、且關(guān)于第一勵(lì)磁電流的相位差為Δθ2+π的第二勵(lì)磁電流，并且第一參數(shù)是p2。在這種情況下，根據(jù)式(30)、(70)和(75)，用下式來(lái)表示電極間電動(dòng)勢(shì)E222。
E222R＝rk[p2]·exp{j·(θ1+θ00[p2])}·[exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω2+γ·exp(j·Δθ01)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·V] …(115)在這種情況下，如果從垂直于測(cè)量管道軸PAX且包括電極2a和2b的平面PLN到第一勵(lì)磁線圈3a的距離d1幾乎等于平面PLN到第二勵(lì)磁線圈3b的距離d2(d1≈d2)，則b1≈b2，且Δθ2≈0。在這種情況下，將式(114)和(115)改寫(xiě)如下E220R＝rk[p2]·exp{j·(θ1+θ00[p2])}·exp(j·π/2)·(2·b1·ω0) …(116)E222R＝rk[p2]·exp{j·(θ1+θ00[p2])}·exp(j·π/2)·(2·b1·ω2) …(117)即，因?yàn)殡姌O間電動(dòng)勢(shì)E220R和E222R幾乎僅僅是基于A/t分量的電動(dòng)勢(shì)，所以可以減小A/t提取中的計(jì)算誤差。這一點(diǎn)是第一和第二實(shí)施例之間在技術(shù)重要性方面的差異。然而，注意，隨后的理論發(fā)展將基于b1≠b2且Δθ2≠0的假定。
令EdA2為電極間電動(dòng)勢(shì)E220R和E222R之差，則由下式給出電動(dòng)勢(shì)差EdA2EdA2＝E220R-E222R＝rk[p2]·exp(j·θ00[p2])·exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·(ω0-ω2) …(118)根據(jù)式(118)，顯然可以利用不同頻率分量之間的輸出差來(lái)提取合成矢量中的A/t分量。式(118)與流速大小V無(wú)關(guān)，因此只是由A/t所產(chǎn)生的分量。因此，利用電動(dòng)勢(shì)差EdA2使測(cè)量除流速以外的流體狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)成為可能。
當(dāng)取決于第一參數(shù)的變化因子為Cp2，則Cp2＝rk[p2]·exp(j·θ00[p2])成立，且其余部分是在標(biāo)定時(shí)提供的常數(shù)。根據(jù)式(118)，由下式來(lái)表示變化因子Cp2。
Cp2＝EdA2/[exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·(ω0-ω2)] …(119)令m2b和θ2b為式(119)中的[exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}]的幅度和角度，用下式來(lái)表示m2b和θ2bm2b＝{b12+b22+b1·b2·cos(Δθ2)}1/2…(120)θ2b＝tan-1[{b2·sin(Δθ2)}/{b1+b2·cos(Δθ2)}]-(π/2+θ1) …(121)根據(jù)式(119)至(121)，用下式來(lái)表示變化因子Cp2的幅度rk[p2]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p2]rk[p2]＝|EdA1|/(m2b·(ω0-ω2)) …(122)θ00[p2]＝∠EdA1-θ2b …(123)可以從預(yù)先在標(biāo)定時(shí)通過(guò)測(cè)量等檢查的第一參數(shù)p2和rk[p2]之間的關(guān)系，或第一參數(shù)p2和角度θ00[p2]之間的關(guān)系，來(lái)獲得第一參數(shù)p2。
接下來(lái)將描述根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的具體配置和操作。圖30是示出根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的配置的框圖。和圖5中一樣的附圖標(biāo)記表示圖1中相同的部件。該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括測(cè)量管道1；電極2a和2b；勵(lì)磁線圈3a和3b；電源單元4a，其向第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b提供勵(lì)磁電流；以及狀態(tài)定量化單元8a。
第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b和電源單元4組成勵(lì)磁單元，向待測(cè)流體施加一關(guān)于平面PLN不對(duì)稱(chēng)的時(shí)變磁場(chǎng)。
狀態(tài)定量化單元8a包括信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a，其獲得由電極2a和2b檢測(cè)的合成電動(dòng)勢(shì)的第一和第二角頻率ω0和ω2這兩個(gè)頻率分量的振幅和相位，根據(jù)這些振幅和相位來(lái)提取這兩個(gè)角頻率分量之間的電動(dòng)勢(shì)差作為A/t分量，并從該A/t分量提取取決于第一參數(shù)、且與頻率無(wú)關(guān)的變化因子的幅度或相位；狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a(等效于上述第一表)，其預(yù)先存儲(chǔ)第一參數(shù)和取決于第一參數(shù)的變化因子的幅度或相位之間的關(guān)系；以及狀態(tài)輸出單元7a，其基于狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a中存儲(chǔ)的關(guān)系，來(lái)獲得與所提取的變化因子的幅度或相位對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)。
在該實(shí)施例中，如上所述，從平面PLN到第一勵(lì)磁線圈3a的距離d1幾乎等于平面PLN到第二勵(lì)磁線圈3b的距離d2。
電源單元4a以T秒為周期重復(fù)以下操作使第一勵(lì)磁狀態(tài)持續(xù)T1秒，其中向勵(lì)磁線圈3a提供具有第一角頻率ω0的第一勵(lì)磁電流，同時(shí)向第二勵(lì)磁線圈3b提供具有角頻率ω0、且關(guān)于第一勵(lì)磁電流的相位差為Δθ2+π的第二勵(lì)磁電流；然后使第二勵(lì)磁狀態(tài)持續(xù)T2秒，其中第一和第二勵(lì)磁電流的頻率相對(duì)于第一勵(lì)磁狀態(tài)變?yōu)榱说诙穷l率ω2。即，T＝T1+T2。
雖然勵(lì)磁單元的操作不同于第一實(shí)施例，但是狀態(tài)定量化單元8a的處理和第一實(shí)施例中一樣，因此將利用圖27中的附圖標(biāo)記來(lái)描述狀態(tài)定量化單元8a的操作。首先，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a在第一勵(lì)磁狀態(tài)下獲得電極2a和2b之間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω0分量的電動(dòng)勢(shì)E220R的振幅r220R，并利用相位檢測(cè)器(未示出)獲得實(shí)軸與電極間電動(dòng)勢(shì)E220R之間的相位差φ220R(圖27中的步驟101)。
然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a獲得第二勵(lì)磁狀態(tài)下電極2a和2b之間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω2分量的電動(dòng)勢(shì)E222R的振幅r222R，并利用相位檢測(cè)器獲得實(shí)軸與電極間電動(dòng)勢(shì)E222R之間的相位差φ222R(步驟102)。
然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a按照下式來(lái)計(jì)算電極間電動(dòng)勢(shì)E220R的實(shí)軸分量E220Rx和虛軸分量E220Ry、以及電極間電動(dòng)勢(shì)E222R的實(shí)軸分量E222Rx和虛軸分量E222Ry(步驟103)E220Rx＝r220R·cos(φ220R) …(124)E220Ry＝r220R·sin(φ220R) …(125)E222Rx＝r222R·cos(φ222R) …(126)E222Ry＝r222R·sin(φ222R) …(127)在計(jì)算式(124)至(127)后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a獲得電極間電動(dòng)勢(shì)E220R和E222R之間的電動(dòng)勢(shì)差EdA2的幅度和角度(步驟104)。步驟104中的處理對(duì)應(yīng)于獲得A/t分量的處理，并且等效于式(118)的計(jì)算。信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a按照下式來(lái)計(jì)算電動(dòng)勢(shì)差EdA2的幅度|EdA2||EdA2|＝{(E220Rx-E222Rx)2+(E220Ry-E222Ry)2}1/2…(128)然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a按照下式來(lái)計(jì)算電動(dòng)勢(shì)差EdA2關(guān)于實(shí)軸的角度∠EdA2∠EdA2＝tan-1{(E220Ry-E222Ry)/(E220Rx-E222Rx)}…(129)利用以上操作完成步驟104中的處理。
然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a按照下式，從電動(dòng)勢(shì)差EdA2計(jì)算取決于第一參數(shù)p2的變化因子Cp2的幅度rk[p2]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p2](步驟105)rk[p2]＝|EdA2|/{m2b·(ω0-ω2)} …(130)θ00[p2]＝∠EdA2-θ2b …(131)注意，m2b和θ2b(第一勵(lì)磁線圈3a產(chǎn)生的磁場(chǎng)B1的振幅b1、第二勵(lì)磁線圈3b產(chǎn)生的磁場(chǎng)B2的振幅b2、磁場(chǎng)B1與ω0·t之間的相位差θ1和Δθ2)是可以預(yù)先通過(guò)標(biāo)定等得到的常數(shù)。
預(yù)先把第一參數(shù)p2與變化因子Cp2的幅度rk[p2]之間的關(guān)系或第一參數(shù)p2與變化因子Cp2的角度θ00[p2]之間的關(guān)系，以數(shù)學(xué)表達(dá)式或表的形式注冊(cè)在狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a中。在步驟106，狀態(tài)輸出單元7a根據(jù)由信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a計(jì)算的變化因子Cp2的幅度rk[p2]或角度θ00[p2]，通過(guò)參考狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a來(lái)計(jì)算與rk[p2]或θ00[p2]對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)p2值(或從狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a獲取該值)。狀態(tài)定量化單元8a以T為周期執(zhí)行步驟101至106的處理，直到例如操作者指示測(cè)量結(jié)束為止(步驟107為是)。
如上所述，該實(shí)施例被配置成在第一勵(lì)磁狀態(tài)下獲得電極間電動(dòng)勢(shì)E220R，其中從第一勵(lì)磁線圈3a向待測(cè)流體施加角頻率為ω0的磁場(chǎng)B1，并從第二勵(lì)磁線圈3b向待測(cè)流體施加角頻率為ω0、且關(guān)于磁場(chǎng)B1的相位差為Δθ2+π的磁場(chǎng)B2；在第二勵(lì)磁狀態(tài)下獲得電極間電動(dòng)勢(shì)E222R，其中勵(lì)磁頻率相對(duì)于第一勵(lì)磁狀態(tài)變?yōu)榱甩?；從電極間電動(dòng)勢(shì)E220R和E222R提取電動(dòng)勢(shì)差EdA2(A/t)分量；從該電動(dòng)勢(shì)差EdA2提取取決于流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)的變化因子Cp2的幅度或相位(第一參數(shù)p2)；以及根據(jù)變化因子Cp2的幅度或相位，來(lái)獲得第一參數(shù)p2。這使與流體流速無(wú)關(guān)地準(zhǔn)確檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)成為可能。
在該實(shí)施例中，可以利用包括CPU、存儲(chǔ)單元以及控制硬件資源的接口和程序的計(jì)算機(jī)，來(lái)實(shí)施狀態(tài)定量化單元8a中除電極間電動(dòng)勢(shì)E220R和E222R檢測(cè)單元以外的部件。例如，在該實(shí)施例中，可以通過(guò)E220R-EdA2·{(ω0-ω2)/ω0}來(lái)提取v×B分量。在一般電磁流量計(jì)領(lǐng)域，已知從v×B分量計(jì)算流體流量、且容易利用狀態(tài)定量化單元8a中包括的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)施的技術(shù)。因此，根據(jù)該實(shí)施例，可以利用基本上和電磁感應(yīng)型流量計(jì)相同的配置，來(lái)檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。
在該實(shí)施例中，調(diào)節(jié)從包括電極2a和2b的平面PLN到第一勵(lì)磁線圈3a的距離d1、以及平面PLN到第二勵(lì)磁線圈3b的距離d2，允許電極間電動(dòng)勢(shì)E220R和E222R幾乎只是基于A/t分量的電動(dòng)勢(shì)。利用該處理，該實(shí)施例可以更有效地提取A/t分量，并且能夠比第一實(shí)施例更大程度地減小計(jì)算誤差。
在該實(shí)施例中，足以從電動(dòng)勢(shì)差EaA2提取變化因子Cp2的幅度rk[p2]或角度θ00[p2]。然而，可以通過(guò)提取該分量的幅度和角度，來(lái)獲得第一參數(shù)p2。在這種情況下，足以選擇具有更高靈敏度的幅度rk[p2]或角度θ00[p2]，并根據(jù)所選擇的幅度或角度來(lái)獲得第一參數(shù)p2。這使提高檢測(cè)靈敏度成為可能。
另外，該實(shí)施例舉例說(shuō)明了將勵(lì)磁頻率切換為ω0或ω2的情況。然而，利用包含角頻率ω0和ω2分量的勵(lì)磁電流來(lái)執(zhí)行勵(lì)磁，使切換勵(lì)磁頻率變得不必要。這樣能夠更高速地計(jì)算第一參數(shù)p2。例如，足以使用由下式表示的磁場(chǎng)來(lái)代替式(22)和(23)。
B1＝b1·cos(ω0·t-θ1)+b1·cos(ω2·t-θ1)…(132)B2＝b2·cos(ω0·t-θ2)+b2·cos(ω2·t-θ2)…(133)以下描述將說(shuō)明檢測(cè)流體液位或橫截面積的該實(shí)施例狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備具體例子。在這種情況下，考慮到液位h變化，如圖31和32所示，第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b在相對(duì)于測(cè)量管道1水平的方向上排列，且電極2a位于測(cè)量管道1下方。當(dāng)以這種方式只使用一個(gè)電極時(shí)，足以將用于使流體F的電勢(shì)接地的地環(huán)(未示出)設(shè)置在測(cè)量管道1上，并通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a來(lái)檢測(cè)電極2a所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)(與地電勢(shì)的電勢(shì)差)。
當(dāng)流體F的液位h(橫截面積S)變化時(shí)，變化因子Cp2的幅度rk[p2]值也將變化。圖33示出了流體F的液位h或橫截面積S(第一參數(shù)p2)與變化因子Cp2的幅度rk[p2]之間的關(guān)系的例子。圖33所示的關(guān)系隨測(cè)量管道1的形狀等而變。因此，通過(guò)設(shè)計(jì)時(shí)的理論公式或標(biāo)定時(shí)的測(cè)量來(lái)獲得該關(guān)系，并預(yù)先將其存儲(chǔ)在狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a中，使得有可能根據(jù)步驟105中所獲得的變化因子Cp2的幅度rk[p2]來(lái)獲得步驟106中的流體F的液位h或橫截面積S，并在步驟106中獲得流體F的液位h或橫截面積S。
接下來(lái)將描述本發(fā)明第三實(shí)施例。根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括兩個(gè)勵(lì)磁線圈和一對(duì)電極，并且除信號(hào)處理系統(tǒng)以外，具有和圖5所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備相同的配置。因此，將利用圖5中的附圖標(biāo)記來(lái)描述該實(shí)施例的原理。該實(shí)施例使用第二提取方法作為從合成矢量中提取A/t分量的方法，以獲得與勵(lì)磁頻率無(wú)關(guān)的第一參數(shù)。
假定向第一勵(lì)磁線圈3a提供具有角頻率ω0的第一勵(lì)磁電流，向第二勵(lì)磁線圈3b提供具有角頻率ω0、且關(guān)于第一勵(lì)磁電流的相位差為Δθ2+π的第二勵(lì)磁電流，并且第一參數(shù)是p3。在這種情況下，根據(jù)式(30)、(68)和(75)，用下式來(lái)表示電極間電動(dòng)勢(shì)E320R。
E320R＝rk[p3]·exp{j·(θ1+θ00[p3])}·[exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0+γ·exp(j·Δθ01)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·V]…(134)由式(71)和(72)，在式(134)中以下近似表達(dá)式成立|b1+b2·exp(j·Δθ2)|＞＞|b1-b2·exp(j·Δθ2)| …(135)|ω0·exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}|＞＞|γ·V·exp(j·Δθ01)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}| …(136)以下表達(dá)式代表電動(dòng)勢(shì)EdA3，其利用表達(dá)式(136)的條件來(lái)近似式(134)中的電極間電動(dòng)勢(shì)E320R。
EdA3≈E320R …(137)EdA3＝rk[p3]·exp{j·θ00[p3]}·exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0 …(138)在式(138)中，可以利用第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間的相位差，來(lái)提取合成矢量中的A/t分量。式(138)與流速大小V無(wú)關(guān)，因此只是A/t所產(chǎn)生的分量?？梢岳秒姌O間電動(dòng)勢(shì)EdA3，來(lái)測(cè)量除流速以外的流體狀態(tài)和測(cè)量管道狀態(tài)。
當(dāng)取決于第一參數(shù)的變化因子為Cp3，則Cp3＝rk[p3]·exp(j·θ00[p3])成立，且其余部分是在標(biāo)定時(shí)提供的常數(shù)。用式(139)來(lái)表示變化因子Cp3。
Cp3＝EdA3/[exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0]…(139)令m2b為式(139)中的[exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}]的幅度，且令θ2b為角度，m2b和θ2b由式(120)和(121)表示。
一旦將式(120)和(121)應(yīng)用于式(139)，則由下式來(lái)表示變化因子Cp3的幅度rk[p3]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p3]rk[p3]＝|EdA3|/(m2b·ω0) …(140)θ00[p3]＝∠EdA3-θ2b …(141)可以從預(yù)先在標(biāo)定時(shí)通過(guò)測(cè)量等檢查的第一參數(shù)p3和rk[p3]之間的關(guān)系，或第一參數(shù)p3和角度θ00[p3]之間的關(guān)系，來(lái)獲得第一參數(shù)p3。
接下來(lái)將描述根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的具體配置和操作。該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備具有和第二實(shí)施例中相同的配置，因此將利用圖30中的附圖標(biāo)記來(lái)進(jìn)行描述。該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括測(cè)量管道1；電極2a和2b；第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b；電源單元4；以及狀態(tài)定量化單元8a。
狀態(tài)定量化單元8a包括信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a，其獲得由電極2a和2b檢測(cè)的合成電動(dòng)勢(shì)的振幅和相位，提取A/t分量，并從該A/t分量提取取決于第一參數(shù)、且與頻率無(wú)關(guān)的變化因子的幅度或相位；狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a(等效于上述第一表)，其預(yù)先存儲(chǔ)第一參數(shù)和取決于第一參數(shù)的變化因子的幅度或相位之間的關(guān)系；以及狀態(tài)輸出單元7a，其基于狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a中存儲(chǔ)的關(guān)系，來(lái)獲得與所提取的變化因子的幅度或相位對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)。
電源單元4a向第一勵(lì)磁線圈3a提供具有角頻率ω0的第一勵(lì)磁電流，同時(shí)向第二勵(lì)磁線圈3b提供具有角頻率ω0、且關(guān)于第一勵(lì)磁電流的相位差為Δθ2+π的第二勵(lì)磁電流。第一勵(lì)磁線圈3a所產(chǎn)生的磁場(chǎng)與第二勵(lì)磁線圈3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間的相位差幾乎為π(Δθ02≈0)。
圖34是示出該實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元8a的操作的流程圖。首先，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a獲得電極2a和2b之間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω0分量的電動(dòng)勢(shì)E320R的振幅r320R，并利用相位檢測(cè)器(未示出)獲得實(shí)軸與電極間電動(dòng)勢(shì)E320R之間的相位差φ320R(圖34中的步驟201)。
接下來(lái)，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a獲得近似于電極間電動(dòng)勢(shì)E320R的電動(dòng)勢(shì)EdA3的幅度和角度(步驟202)。步驟202的處理對(duì)應(yīng)于獲得A/t分量的處理，并等效于式(138)的計(jì)算。信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a按照下式來(lái)計(jì)算近似于電極間電動(dòng)勢(shì)E320R的電動(dòng)勢(shì)EdA3的幅度|EdA3||EdA3|＝r320R …(142)然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a按照下式來(lái)計(jì)算電極間電動(dòng)勢(shì)EdA3關(guān)于實(shí)軸的角度∠EdA3∠EdA3＝φ320R…(143)
利用以上操作，完成步驟202的處理。
然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a按照下式，從電動(dòng)勢(shì)差EdA3計(jì)算取決于第一參數(shù)p3的變化因子Cp3的幅度rk[p3]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p3](步驟203)rk[p3]＝|EdA3|/(m2b·ω0) …(144)θ00[p3]＝∠EdA3-θ2b …(145)注意，m2b和θ2b(第一勵(lì)磁線圈3a產(chǎn)生的磁場(chǎng)B1的振幅b1、第二勵(lì)磁線圈3b產(chǎn)生的磁場(chǎng)B2的振幅b2、磁場(chǎng)B1與ω0·t之間的相位差θ1和Δθ2)，是可以預(yù)先通過(guò)標(biāo)定等得到的常數(shù)。
預(yù)先把第一參數(shù)p3與變化因子Cp3的幅度rk[p3]之間的關(guān)系或第一參數(shù)p3與變化因子Cp3的角度θ00[p3]之間的關(guān)系，以數(shù)學(xué)表達(dá)式或表的形式注冊(cè)在狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a中。在步驟204，狀態(tài)輸出單元7a根據(jù)由信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a計(jì)算的變化因子Cp3的幅度rk[p3]或角度θ00[p3]，通過(guò)參考狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a來(lái)計(jì)算與rk[p3]或θ00[p3]對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)p3值(或從狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a獲取該值)。狀態(tài)定量化單元8a以預(yù)定周期執(zhí)行上述步驟201至204的處理，直到例如操作者指示測(cè)量結(jié)束為止(步驟205為是)。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，注意，當(dāng)在第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b產(chǎn)生的磁場(chǎng)B1和B2之間的相位差幾乎為π的狀態(tài)下，磁場(chǎng)B1和B2的振幅相等時(shí)，可以近似提取電極間電動(dòng)勢(shì)E320R作為A/t分量。該實(shí)施例被配置成從近似提取的A/t分量，提取取決于流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)的變化因子Cp3的幅度或相位；并基于變化因子Cp3的幅度或相位來(lái)獲得第一參數(shù)p3。因此，可以與流體流速無(wú)關(guān)地準(zhǔn)確檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。
和第二實(shí)施例中一樣，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)和程序，來(lái)實(shí)施該實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元8a中除電極間電動(dòng)勢(shì)E320R檢測(cè)單元以外的部件。在該實(shí)施例中，假定向第一勵(lì)磁線圈3a提供具有角頻率ω0的第一勵(lì)磁電流，向第二勵(lì)磁線圈3b提供具有角頻率ω0、且關(guān)于第一勵(lì)磁電流的相位差為Δθ2的第二勵(lì)磁電流，并且第一參數(shù)是p3。在這種情況下，通過(guò)使式(134)中的b2的符號(hào)取反，來(lái)獲得電極間電動(dòng)勢(shì)E320。結(jié)果，可以將電極間電動(dòng)勢(shì)E320看作v×B分量。因此，根據(jù)該實(shí)施例，可以利用基本上和電磁感應(yīng)型流量計(jì)相同的硬件配置，來(lái)檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。
在該實(shí)施例中，足以從電極間電動(dòng)勢(shì)EaA3提取變化因子Cp3的幅度rk[p3]或角度θ00[p3]。然而，可以通過(guò)提取該分量的幅度和角度，來(lái)獲得第一參數(shù)p3。在這種情況下，足以選擇具有更高靈敏度的幅度rk[p3]或角度θ00[p3]，并根據(jù)所選擇的幅度或角度來(lái)獲得第一參數(shù)p3。這使提高檢測(cè)靈敏度成為可能。
接下來(lái)將描述本發(fā)明第四實(shí)施例。根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括兩個(gè)勵(lì)磁線圈和一對(duì)電極，并且除信號(hào)處理系統(tǒng)以外，具有和圖5所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備相同的配置。因此，將利用圖5中的附圖標(biāo)記來(lái)描述該實(shí)施例的原理。該實(shí)施例使用第二提取方法作為從合成矢量中提取A/t分量的方法，并獲得對(duì)于具有頻率特性的變化因子的第二參數(shù)。例如，第二參數(shù)是流體阻抗、流體導(dǎo)電率和電容率。
假定向第一勵(lì)磁線圈3a提供具有角頻率ω0的第一勵(lì)磁電流，向第二勵(lì)磁線圈3b提供具有角頻率ω0、且關(guān)于第一勵(lì)磁電流的相位差為Δθ2+π的第二勵(lì)磁電流，并且第二參數(shù)是p4。在這種情況下，根據(jù)式(30)、(78)和(79)，用下式來(lái)表示電極間電動(dòng)勢(shì)E420R。
E420R＝rk[p4，ω0]·exp{j·(θ1+θ00[p4，ω0])}·[exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0+γ·exp(j·Δθ01)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·V] …(146)由式(71)和(72)，在式(146)中以下近似表達(dá)式成立|b1+b2·exp(j·Δθ2)|＞＞|b1-b2·exp(j·Δθ2)| …(147)|ω0·exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}|＞＞|γ·V·exp(j·Δθ01)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}| …(148)以下表達(dá)式代表電動(dòng)勢(shì)EdA4，其利用表達(dá)式(148)的條件來(lái)近似式(146)中的電極間電動(dòng)勢(shì)E420R。
EdA40≈E420R …(149)
EdA40＝rk[p4，ω0]·exp{j·θ00[p4，ω0]}·exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0…(150)假定向第一勵(lì)磁線圈3a提供具有角頻率ω2的第一勵(lì)磁電流，向第二勵(lì)磁線圈3b提供具有角頻率ω2、且關(guān)于第一勵(lì)磁電流的相位差為Δθ2+π的第二勵(lì)磁電流，并且第二參數(shù)是p4。在這種情況下，根據(jù)式(30)、(81)和(82)，用下式來(lái)表示電極間電動(dòng)勢(shì)E422R。
E422R＝rk[p4，ω2]·exp{j·(θ1+θ00[p4，ω2])}·[exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω2+γ·exp(j·Δθ01)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·V] …(151)因?yàn)棣?＞γ·V成立，所以考慮到式(147)所代表的條件，以下條件對(duì)于式(151)所給出的電極間電動(dòng)勢(shì)E422R成立。
|ω2·exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}|＞＞|γ·V·exp(j·Δθ01)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}| …(152)以下表達(dá)式代表電動(dòng)勢(shì)EdA42，其利用表達(dá)式(152)的條件來(lái)近似式(151)中的電極間電動(dòng)勢(shì)E422R。
EdA42≈E422R…(153)EdA42＝rk[p4，ω2]·exp{j·θ00[p4，ω2]}·exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω2…(154)在式(150)和(154)中，可以利用第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間的相位差，來(lái)提取合成矢量中的A/t分量。式(150)和(154)與流速大小V無(wú)關(guān)，因此只是A/t所產(chǎn)生的分量?？梢岳迷撾妱?dòng)勢(shì)差，來(lái)測(cè)量除流速以外的流體狀態(tài)和測(cè)量管道狀態(tài)。
當(dāng)式(150)中取決于第二參數(shù)的變化因子為Cp40，則Cp40＝rk[p4，ω0]·exp(j·θ00[p4，ω0])成立，且其余部分是在標(biāo)定時(shí)提供的常數(shù)。用式(150)來(lái)表示變化因子Cp40。
Cp40＝EdA40/[exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0] …(155)當(dāng)式(154)中取決于第二參數(shù)的變化因子為Cp42，則Cp42＝rk[p4，ω2]·exp(j·θ00[p4，ω2])成立，且其余部分是在標(biāo)定時(shí)提供的常數(shù)。用式(154)來(lái)表示變化因子Cp42。
Cp42＝EdA42/[exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω2]…(156)令m2b和θ2b為式(155)和(156)中的[exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}]的幅度和角度，m2b和θ2b由式(120)和(121)表示。
一旦將式(120)和(121)應(yīng)用于式(155)，就由下式來(lái)表示變化因子Cp40的幅度rk[p4，ω0]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p4，ω0]rk[p4，ω0]＝|EdA40|/(m2b·ω0) …(157)θ00[p4，ω0]＝∠EdA40-θ2b …(158)一旦將式(120)和(121)應(yīng)用于式(156)，就由下式來(lái)表示變化因子Cp42的幅度rk[p4，ω2]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p4，ω2]rk[p4，ω2]＝|EdA42|/(m2b·ω2) …(159)θ00[p4，ω2]＝∠EdA42-θ2b …(160)當(dāng)變換因子Cp42與Cp40之比為Cn4時(shí)，由下式來(lái)表示比值Cn4。
Cn4＝Cp42/Cp40＝(rk[p4，ω2]/rk[p4，ω0])·exp{j·(θ00[p4，ω2]-θ00[p4，ω0])}…(161)在這種情況下，用下式來(lái)表示比值Cn4的幅度(rk[p4，ω2]/rk[p4，ω0])及其關(guān)于實(shí)軸的角度(θ00[p4，ω2]-θ00[p4，ω0])。
(rk[p4，ω2]/rk[p4，ω0])＝(|EdA42|/|EdA40|)·(ω0/ω2)…(162)θ00[p4，ω2]-θ00[p4，ω0]＝∠EdA42-∠EdA40 …(163)根據(jù)式(161)至(163)，顯然比值Cn4不包括磁場(chǎng)的變化因子，并且可以通過(guò)減小誤差因子來(lái)獲得第二參數(shù)p4的值。
可以從預(yù)先在標(biāo)定時(shí)通過(guò)測(cè)量而檢查的第二參數(shù)p4與(rk[p4，ω2]/rk[p4，ω0])之間的關(guān)系，或從第二參數(shù)p4與(θ00[p4，ω2]-θ00[p4，ω0])之間的關(guān)系，來(lái)獲得第二參數(shù)p4。
接下來(lái)將描述根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的具體配置和操作。根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備具有和第二實(shí)施例中的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備相同的配置。因此，和圖30中一樣的附圖標(biāo)記表示該實(shí)施例中的相同部件。該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括測(cè)量管道1；電極2a和2b；第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b；電源單元4；以及狀態(tài)定量化單元8a。
狀態(tài)定量化單元8a包括信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a，其獲得由電極2a和2b檢測(cè)的合成電動(dòng)勢(shì)的第一和第二角頻率ω0和ω2這兩個(gè)頻率分量的振幅和相位，提取角頻率為ω0和ω2的A/t分量，并從角頻率為ω0和ω2的A/t分量之比提取取決于第二參數(shù)和頻率的變化因子之比的幅度或相位；狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a(等效于上述第二表)，其預(yù)先存儲(chǔ)第二參數(shù)和變化因子之比的幅度或相位之間的關(guān)系；以及狀態(tài)輸出單元7a，其基于狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a中存儲(chǔ)的關(guān)系，來(lái)獲得與所提取的變化因子之比的幅度或相位對(duì)應(yīng)的第二參數(shù)。
電源單元4a以T秒為周期重復(fù)以下操作使第一勵(lì)磁狀態(tài)持續(xù)T1秒，其中向第一勵(lì)磁線圈3a提供具有第一角頻率ω0的第一勵(lì)磁電流，同時(shí)向第二勵(lì)磁線圈3b提供具有角頻率ω0、且關(guān)于第一勵(lì)磁電流的相位差為Δθ2+π的第二勵(lì)磁電流；并使第二勵(lì)磁狀態(tài)持續(xù)T2秒，其中第一勵(lì)磁狀態(tài)下的第一和第二勵(lì)磁電流的頻率變?yōu)榱说诙穷l率ω2。即，T＝T1+T2。假定在第一和第二勵(lì)磁狀態(tài)下，第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間的相位差幾乎為π(Δθ2≈0)。
圖35是示出根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元8a的操作的流程圖。首先，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a在第一勵(lì)磁狀態(tài)下獲得電極2a和2b之間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω0分量的電動(dòng)勢(shì)E420R的振幅r420R，并利用相位檢測(cè)器(未示出)獲得實(shí)軸與電極間電動(dòng)勢(shì)E420R之間的相位差φ420R(圖35中的步驟301)。
隨后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a獲得第二勵(lì)磁狀態(tài)下電極2a和2b之間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω2分量的電動(dòng)勢(shì)E422R的振幅r422R，并利用相位檢測(cè)器獲得實(shí)軸與電極間電動(dòng)勢(shì)E422R之間的相位差φ422R(步驟302)。
接著，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a按照下式來(lái)計(jì)算近似于電極間電動(dòng)勢(shì)E420R(步驟303)的電動(dòng)勢(shì)EdA40的幅度|EdA40|及其關(guān)于實(shí)軸的角度∠EdA40(步驟303)|EdA40|＝r420R …(164)∠EdA40＝φ420R …(165)然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a按照下式來(lái)計(jì)算近似于電極間電動(dòng)勢(shì)E422R的電動(dòng)勢(shì)EdA42的幅度|EdA42|及其關(guān)于實(shí)軸的角度∠EdA42(步驟304)|EdA42|＝r422R …(166)∠EdA42＝φ422R …(167)步驟303和304中的處理對(duì)應(yīng)于獲得A/t分量的處理，并等效于式(150)和(154)的計(jì)算。
信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a從電極間電動(dòng)勢(shì)EdA40提取取決于第二參數(shù)p4的變化因子Cp40，從電極間電動(dòng)勢(shì)EdA42提取取決于第二參數(shù)p4的變化因子Cp42，并獲得變化因子Cp42和Cp40之比Cn4的幅度和角度(步驟305)。信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a如下計(jì)算比值Cn4的幅度(rk[p4，ω2]/rk[p4，ω0])rk[p4，ω2]/rk[p4，ω0]＝(|EdA42|/|EdA40|)·(ω0/ω2) …(168)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a如下計(jì)算比值Cn4關(guān)于實(shí)軸的角度(θ00[p4，ω2]-θ00[p4，ω0])θ00[p4，ω2]-θ00[p4，ω0]＝∠EdA42-∠EdA40 …(169)利用以上操作，完成步驟305的處理。
預(yù)先把第二參數(shù)p4與比值Cn4的幅度(rk[p4，ω2]/rk[p4，ω0])之間的關(guān)系或第二參數(shù)p4與比值Cn4的角度(θ00[p4，ω2]-θ00[p4，ω0])之間的關(guān)系，以數(shù)學(xué)表達(dá)式或表的形式注冊(cè)在狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a中。在步驟306，狀態(tài)輸出單元7a根據(jù)由信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a計(jì)算的比值Cn4的幅度(rk[p4，ω2]/rk[p4，ω0])或角度(θ00[p4，ω2]-θ00[p4，ω0])，通過(guò)參考狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a來(lái)計(jì)算與(rk[p4，ω2]/rk[p4，ω0])或(θ00[p4，ω2]-θ00[p4，ω0])對(duì)應(yīng)的第二參數(shù)p4值(或從狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a獲取該值)。
狀態(tài)定量化單元8a以T為周期執(zhí)行上述步驟301至306的處理，直到例如操作者指示測(cè)量結(jié)束為止(步驟307為是)。注意，在第二勵(lì)磁狀態(tài)下，執(zhí)行步驟302至306的處理持續(xù)T2秒。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，注意，當(dāng)在第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)B1和B2之間的相位差幾乎為π的狀態(tài)下、磁場(chǎng)B1和B2的振幅相等時(shí)，可以近似提取電極間電動(dòng)勢(shì)E420R和E422R作為勵(lì)磁角頻率分別為ω0和ω2時(shí)的A/t分量。該實(shí)施例被配置成從近似提取的兩個(gè)A/t分量，提取取決于流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)(第二參數(shù)p4)的變化因子Cp40和Cp42；并基于該變化因子Cp42與Cp40之比的幅度或相位，來(lái)獲得第二參數(shù)p4。這使與流體流速無(wú)關(guān)地準(zhǔn)確檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)成為可能。
和第二實(shí)施例中一樣，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)和程序，來(lái)實(shí)施該實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元8a中除電極間電動(dòng)勢(shì)E420R和E422R檢測(cè)單元以外的部件。在該實(shí)施例中，假定向第一勵(lì)磁線圈3a提供具有角頻率ω0的第一勵(lì)磁電流，向第二勵(lì)磁線圈3b提供具有角頻率ω0、且關(guān)于第一勵(lì)磁電流的相位差為Δθ2的第二勵(lì)磁電流，并且第二參數(shù)是p4。在這種情況下，通過(guò)使式(146)中的b2的符號(hào)取反，來(lái)獲得電極間電動(dòng)勢(shì)E420。結(jié)果，可以將電極間電動(dòng)勢(shì)E420看作v×B分量。因此，根據(jù)該實(shí)施例，可以利用基本上和電磁感應(yīng)型流量計(jì)相同的硬件配置，來(lái)檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。
在該實(shí)施例中，足以提取變化因子之比Cn4的幅度(rk[p4，ω2]/rk[p4，ω0])或角度(θ00[p4，ω2]-θ00[p4，ω0])。然而，可以通過(guò)提取該分量的幅度和角度，來(lái)獲得第二參數(shù)p4。在這種情況下，足以選擇具有更高靈敏度的幅度(rk[p4，ω2]/rk[p4，ω0])或角度(θ00[p4，ω2]-θ00[p4，ω0])，并根據(jù)所選擇的幅度或角度來(lái)獲得第二參數(shù)p4。這使提高檢測(cè)靈敏度成為可能。
另外，該實(shí)施例舉例說(shuō)明了將勵(lì)磁頻率切換為ω0或ω2的情況。然而，利用包含角頻率ω0和ω2分量的勵(lì)磁電流來(lái)執(zhí)行勵(lì)磁，使切換勵(lì)磁頻率變得不必要。這樣能夠更高速地計(jì)算第二參數(shù)p4。例如，足以使用由式(132)和(133)表示的磁場(chǎng)來(lái)代替式(22)和(23)。
以下將描述檢測(cè)流體阻抗的電阻分量的操作，作為根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的具體例子。一旦利用角頻率ω執(zhí)行勵(lì)磁，就假定Ee2[ω]代表當(dāng)狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的輸入阻抗為Zin(＝Rin/(1+j·ω·Rin·Cin))、且流體阻抗為Zf(＝Rf)時(shí)，要從電極2a和2b提取的電動(dòng)勢(shì)，且Ee1[ω]代表輸入阻抗為無(wú)窮大時(shí)所要提取的電動(dòng)勢(shì)。在這種情況下，電動(dòng)勢(shì)Ee2[ω]與Ee1[ω]之間的關(guān)系具有以下關(guān)系Ee2[ω]＝Ee1[ω]·Rin/{(Rin+Rf)+j·ω·Cin·Rin·Rf}…(170)圖36以等效電路的形式示出了輸入阻抗Zin、流體阻抗Zf和電動(dòng)勢(shì)Ee2[ω]和Ee1[ω]之間的關(guān)系。當(dāng)輸入阻抗的電阻分量Rin為100、且電容分量為0.5時(shí)，Ee2[ω]/Ee1[ω]的幅度和頻率之間的關(guān)系如圖37所示。一旦將流體阻抗檢測(cè)應(yīng)用于第四實(shí)施例，下式(171)至(174)就成立。
Ee2[ω0]＝E420R＝rk[p4，ω0]·exp{j·θ00[p4，ω0]}·exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0…(171)Ee2[ω2]＝E422R＝rk[p4，ω2]·exp{j·θ00[p4，ω2]}·exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω2…(172)Ee1[ω0]＝exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0 …(173)Ee1[ω2]＝exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω2 …(174)電動(dòng)勢(shì)Ee2[ω2]和Ee2[ω0]之比Ee2[ω2]/Ee2[ω0]由下式來(lái)表示。
Ee2[ω2]/Ee2[ω0]＝{rk[p4，ω2]·exp(j·θ00[p4，ω2])}/{rk[p4，ω0]·exp(j·θ00[p4，ω0])}·ω2/ω1 …(175)電動(dòng)勢(shì)Ee1[ω2]和Ee1[ω0]之比Ee1[ω2]/Ee1[ω0]由下式來(lái)表示。
Ee1[ω2]/Ee1[ω0]＝ω2/ω1 …(176)可以從關(guān)系式Ee2[ω]＝Ee1[ω]·Rin/{(Rin+Rf)+j·ω·Cin·Rin·Rf}得到下式Ee2[ω2]/Ee2[ω0]＝{rk[Rf，ω2]·exp(j·θ00[Rf，ω2])}/{rk[Rf，ω0]·exp(j·θ00[Rf，ω0])}＝[Rin/{(Rin+Rf)+j·ω2·Cin·Rin·Rf}]/[Rin/{(Rin+Rf)+j·ω0·Cin·Rin·Rf}] …(177)假定根據(jù)幅度之比，來(lái)獲得流體阻抗的電阻分量Rf(第二參數(shù)p4)的值。圖38示出了ω0＝0.1、ω2＝10時(shí)，電阻分量Rf與變化因子之比的幅度|rk[Rf，ω2]/rk[Rf，ω0]|之間的關(guān)系。通過(guò)設(shè)計(jì)時(shí)的理論公式或標(biāo)定時(shí)的測(cè)量來(lái)獲得該關(guān)系，并將其存儲(chǔ)在狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a中，使根據(jù)步驟305中所得到的變化因子之比的幅度|rk[Rf，ω2]/rk[Rf，ω0]|，來(lái)獲得步驟306中的流體阻抗的電阻分量Rf成為可能。例如，參考圖38，當(dāng)變化因子之比為0.009996136860時(shí)，電阻分量Rf的值為1。
接下來(lái)將描述本發(fā)明第五實(shí)施例。根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括兩個(gè)勵(lì)磁線圈和一對(duì)電極，并且除信號(hào)處理系統(tǒng)以外，具有和圖5所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備相同的配置。因此，將利用圖5中的附圖標(biāo)記來(lái)描述該實(shí)施例的原理。該實(shí)施例使用第二提取方法作為從合成矢量中提取A/t分量的方法，并獲得對(duì)于具有頻率特性的變化因子的第二參數(shù)。在該實(shí)施例中，獲得兩個(gè)第二參數(shù)值。在這兩個(gè)參數(shù)中，一個(gè)是第三參數(shù)，另一個(gè)是第四參數(shù)。
假定向第一勵(lì)磁線圈3a提供具有角頻率ω0的第一勵(lì)磁電流，向第二勵(lì)磁線圈3b提供具有角頻率ω0、且關(guān)于第一勵(lì)磁電流的相位差為Δθ2+π的第二勵(lì)磁電流，且第三參數(shù)是p5，第四參數(shù)是q5。在這種情況下，根據(jù)式(30)、(85)和(86)，用下式來(lái)表示電極間電動(dòng)勢(shì)E520R。
E520R＝rk[p5，q5，ω0]·exp{j·(θ1+θ00[p5，q5，ω0])}·[exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0+γ·exp(j·Δθ01)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·V]…(178)由式(71)和(72)，在式(178)中式(147)和(148)成立。以下表達(dá)式代表電動(dòng)勢(shì)EdA5，其利用表達(dá)式(148)的條件來(lái)近似式(178)中的電極間電動(dòng)勢(shì)E520R。
EdA50≈E520R …(179)EdA50＝rk[p5，q5，ω0]·exp{j·θ00[p5，q5，ω0]}·exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0 …(180)假定向第一勵(lì)磁線圈3a提供具有角頻率ω2的第一勵(lì)磁電流，向第二勵(lì)磁線圈3b提供具有角頻率ω2、且關(guān)于第一勵(lì)磁電流的相位差為Δθ2+π的第二勵(lì)磁電流，且第三參數(shù)是p5，第四參數(shù)是q5。在這種情況下，根據(jù)式(30)、(88)和(89)，用下式來(lái)表示電極間電動(dòng)勢(shì)E522R。
E522R＝rk[p5，q5，ω2]·exp{j·(θ1+θ00[p5，q5，ω2])}·[exp(j·π/2)·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω2+γ·exp(j·Δθ01)·{b1-b2·exp(j·Δθ2)}·V] …(181)因?yàn)棣?＞γ·V成立，所以考慮到式(147)所代表的條件，式(152)對(duì)于式(181)所給出的電極間電動(dòng)勢(shì)E522R成立。以下表達(dá)式代表電極間電動(dòng)勢(shì)EdA52，其利用表達(dá)式(152)的條件來(lái)近似式(181)中的電極間電動(dòng)勢(shì)E522R。
EdA52≈E522R …(182)EdA52＝rk[p5，q5，ω2]·exp{j·θ00[p5，q5，ω2]}·exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω2 …(183)在式(180)和(183)中，可以利用第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)之間的相位差，來(lái)提取合成矢量中的A/t分量。式(180)和(183)與流速大小V無(wú)關(guān)，因此只是A/t所產(chǎn)生的分量?？梢岳迷撾妱?dòng)勢(shì)差，來(lái)測(cè)量除流速以外的流體狀態(tài)和測(cè)量管道狀態(tài)。
當(dāng)式(180)中取決于第三和第四參數(shù)的變化因子為Cpq50，則Cpq50＝rk[p5，q5，ω0]·exp(j·θ00[p5，q5，ω0])成立，且其余部分是在標(biāo)定時(shí)提供的常數(shù)。用式(180)來(lái)表示變化因子Cpq50。
Cpq50＝EdA50/[exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0] …(184)當(dāng)式(183)中取決于第三和第四參數(shù)的變化因子為Cpq52，則Cpq52＝rk[p5，q5，ω2]·exp(j·θ00[p5，q5，ω2])成立，且其余部分是在標(biāo)定時(shí)提供的常數(shù)。用式(183)來(lái)表示變化因子Cpq52。
Cpq52＝EdA52/[exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω2] …(185)令m2b和θ2b為式(184)和(185)中的[exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}]的幅度和角度，m2b和θ2b由式(120)和(121)表示。
一旦將式(120)和(121)應(yīng)用于式(184)，就由下式來(lái)表示變化因子Cpq50的幅度rk[p5，q5，ω0]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p5，q5，ω0]rk[p5，q5，ω0]＝|EdA50|/(m2b·ω0) …(186)θ00[p5，q5，ω0]＝∠EdA50-θ2b …(187)
一旦將式(120)和(121)應(yīng)用于式(185)，就由下式來(lái)表示變化因子Cpq52的幅度rk[p5，q5，ω2]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p5，q5，ω2]rk[p5，q5，ω2]＝|EdA52|/(m2b·ω2)…(188)θ00[p5，q5，ω2]＝∠EdA52-θ2b…(189)可以從預(yù)先在標(biāo)定時(shí)通過(guò)測(cè)量而檢查的參數(shù)p5、q5與rk[p5，q5，ω0]、rk[p5，q5，ω2]之間的關(guān)系，或從參數(shù)p5、q5與θ00[p5，q5，ω0]、θ00[p5，q5，ω2])之間的關(guān)系，來(lái)獲得參數(shù)p5和q5。
接下來(lái)將描述根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的具體配置和操作。根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備具有和第二實(shí)施例中的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備相同的配置。因此，和圖30中一樣的附圖標(biāo)記表示該實(shí)施例中的相同部件。該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括測(cè)量管道1；電極2a和2b；第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b；電源單元4；以及狀態(tài)定量化單元8a。
狀態(tài)定量化單元8a包括信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a，其獲得由電極2a和2b檢測(cè)的合成電動(dòng)勢(shì)的多個(gè)頻率分量的振幅和相位，提取這多個(gè)頻率分量的A/t分量，并從所提取的A/t分量來(lái)提取取決于多個(gè)第二參數(shù)和頻率的變化因子的幅度或相位；狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a(等效于上述第三表)，其預(yù)先存儲(chǔ)多個(gè)第二參數(shù)和多個(gè)頻率分量的變化因子的幅度或相位之間的關(guān)系；以及狀態(tài)輸出單元7a，其基于狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a中存儲(chǔ)的關(guān)系，來(lái)獲得與所提取的變化因子的幅度或相位對(duì)應(yīng)的多個(gè)第二參數(shù)。
電源單元4a的操作和第四實(shí)施例中一樣。圖39是示出根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元8a的操作的流程圖。首先，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a在勵(lì)磁角頻率為ω0的第一勵(lì)磁狀態(tài)下，獲得電極2a和2b之間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω0分量的電動(dòng)勢(shì)E520R的振幅r520R，并利用相位檢測(cè)器(未示出)獲得實(shí)軸與電極間電動(dòng)勢(shì)E520R之間的相位差φ520R(圖39中的步驟401)。
隨后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a在勵(lì)磁角頻率為ω2的第二勵(lì)磁狀態(tài)下，獲得電極2a和2b之間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω2分量的電動(dòng)勢(shì)E522R的振幅r522R，并利用相位檢測(cè)器獲得實(shí)軸與電極間電動(dòng)勢(shì)E522R之間的相位差φ522R(步驟402)。
接著，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a按照下式來(lái)計(jì)算近似于電極間電動(dòng)勢(shì)E520R的電動(dòng)勢(shì)EdA50的幅度|EdA50|及其關(guān)于實(shí)軸的角度∠EdA50(步驟403)|EdA50|＝r520R…(190)∠EdA50＝φ520R …(191)然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a按照下式來(lái)計(jì)算近似于電極間電動(dòng)勢(shì)E522R的電動(dòng)勢(shì)EdA52的幅度|EdA52|及其關(guān)于實(shí)軸的角度∠EdA52(步驟404)|EdA52|＝r522R…(192)∠EdA52＝φ522R …(193)步驟403和404中的處理對(duì)應(yīng)于獲得A/t分量的處理，并等效于式(180)和(183)的計(jì)算。
信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a從電極間電動(dòng)勢(shì)EdA50，如下計(jì)算取決于第三和第四參數(shù)p5和q5的變化因子Cpq50的幅度rk[p5，q5，ω0]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p5，q5，ω0](步驟405)rk[p5，q5，ω0]＝|EdA50|/(m2b·ω0) …(194)θ00[p5，q5，ω0]＝∠EdA50-θ2b …(195)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a也從電極間電動(dòng)勢(shì)EdA52，如下計(jì)算取決于第三和第四參數(shù)p5和q5的變化因子Cpq52的幅度rk[p5，q5，ω2]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p5，q5，ω2](步驟406)rk[p5，q5，ω2]＝|EdA52|/(m2b·ω2) …(196)θ00[p5，q5，ω2]＝∠EdA52-θ2b …(197)注意，m2b和θ2b(第一勵(lì)磁線圈3a產(chǎn)生的磁場(chǎng)B1的振幅b1、第二勵(lì)磁線圈3b產(chǎn)生的磁場(chǎng)B2的振幅b2、磁場(chǎng)B1與ω0·t之間的相位差θ1和Δθ2)是可以預(yù)先通過(guò)標(biāo)定等得到的常數(shù)。
預(yù)先把第三和第四參數(shù)p5和q5與變化因子Cpq50和Cpq52的幅度rk[p5，q5，ω0]和rk[p5，q5，ω2]之間的關(guān)系，或參數(shù)p5和q5與變化因子Cpq50和Cpq52的角度θ00[p5，q5，ω0]和θ00[p5，q5，ω2]之間的關(guān)系，以數(shù)學(xué)表達(dá)式或表的形式注冊(cè)在狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a中。
狀態(tài)輸出單元7a根據(jù)由信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a計(jì)算的變化因子Cpq50和Cpq52的幅度rk[p5，q5，ω0]和rk[p5，q5，ω2]或角度θ00[p5，q5，ω0]和θ00[p5，q5，ω2]，通過(guò)參考狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a來(lái)計(jì)算與幅度rk[p5，q5，ω0]和rk[p5，q5，ω2]或角度θ00[p5，q5，ω0]和θ00[p5，q5，ω2]對(duì)應(yīng)的第三和第四參數(shù)p5和q5值(步驟407)。
狀態(tài)定量化單元8a以T為周期執(zhí)行上述步驟401至407的處理，直到例如操作者指示測(cè)量結(jié)束為止(步驟408為是)。注意，在第二勵(lì)磁狀態(tài)下執(zhí)行步驟402至407的處理持續(xù)T2秒。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，注意，當(dāng)在第一和第二勵(lì)磁線圈3a和3b所產(chǎn)生的磁場(chǎng)B1和B2之間的相位差幾乎為π的狀態(tài)下、磁場(chǎng)B1和B2的振幅相等時(shí)，可以近似提取電極間電動(dòng)勢(shì)E520R和E522R作為勵(lì)磁角頻率分別為ω0和ω2時(shí)的A/t分量。該實(shí)施例被配置成從近似提取的兩個(gè)A/t分量，提取取決于流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)(第三和第四參數(shù)p5和q5)的變化因子Cpq50和Cpq52；并基于該變化因子Cpq50和Cpq52的幅度或相位，來(lái)獲得第三和第四參數(shù)p5和q5。這使與流體流速無(wú)關(guān)地準(zhǔn)確檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)成為可能。
和第二實(shí)施例中一樣，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)和程序，來(lái)實(shí)施該實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元8a中除電極間電動(dòng)勢(shì)E520R和E522R檢測(cè)單元以外的部件。在該實(shí)施例中，假定向第一勵(lì)磁線圈3a提供具有角頻率ω0的第一勵(lì)磁電流，向第二勵(lì)磁線圈3b提供具有角頻率ω0、且關(guān)于第一勵(lì)磁電流的相位差為Δθ2的第二勵(lì)磁電流，并且第三參數(shù)是p5，第四參數(shù)是q5。在這種情況下，通過(guò)使式(178)中的b2的符號(hào)取反，來(lái)獲得電極間電動(dòng)勢(shì)E520。結(jié)果，可以將電極間電動(dòng)勢(shì)E520看作v×B分量。因此，根據(jù)該實(shí)施例，可以利用基本上和電磁感應(yīng)型流量計(jì)相同的硬件配置，來(lái)檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。
在該實(shí)施例中，足以提取變化因子Cpq50和Cpq52的幅度rk[p5，q5，ω0]和rk[p5，q5，ω2]或角度θ00[p5，q5，ω0]和θ00[p5，q5，ω2]。然而，可以通過(guò)提取該分量的幅度和角度，來(lái)獲得第三和第四參數(shù)p5和q5。在這種情況下，足以選擇具有更高靈敏度的幅度rk[p5，q5，ω0]和rk[p5，q5，ω2]或角度θ00[p5，q5，ω0]和θ00[p5，q5，ω2]，并根據(jù)所選擇的幅度或角度來(lái)獲得第三和第四參數(shù)p5和q5。這使提高檢測(cè)靈敏度成為可能。
另外，該實(shí)施例舉例說(shuō)明了將勵(lì)磁頻率切換為ω0或ω2的情況。然而，利用包含角頻率ω0和ω2分量的勵(lì)磁電流來(lái)執(zhí)行勵(lì)磁，使切換勵(lì)磁頻率變得不必要。這樣能夠更高速地計(jì)算參數(shù)p5和q5。例如，足以使用由式(132)和(133)表示的磁場(chǎng)來(lái)代替式(22)和(23)。
以下將描述檢測(cè)流體阻抗的電阻分量和電容分量的操作，作為根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的具體例子。一旦利用角頻率ω執(zhí)行勵(lì)磁，就假定Ee2[ω]代表當(dāng)狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的輸入阻抗為Zin(＝Rin/(1+j·ω·Rin·Cin))、且流體阻抗為Zf(＝Rf/(1+j·ω·Rf·Cf))時(shí)，要從電極2a和2b提取的電動(dòng)勢(shì)，且Ee1[ω]代表輸入阻抗為無(wú)窮大時(shí)所要提取的電勢(shì)。在這種情況下，電動(dòng)勢(shì)Ee2[ω]與Ee1[ω]之間的關(guān)系由下式來(lái)表示Ee2[ω]＝Ee1[ω]·Zf[ω]/(Zin[ω]+Zf[ω]) …(198)圖40是以等效電路的形式示出輸入阻抗Zin、流體阻抗Zf和電動(dòng)勢(shì)Ee2[ω]和Ee1[ω]之間的關(guān)系的視圖。當(dāng)輸入阻抗的電阻分量Rin為10、電容分量為0.5，且ω＝0.1時(shí)，Ee2
/Ee1
的幅度與流體阻抗的電阻分量Rf和電容分量Cf之間的關(guān)系如圖41所示。類(lèi)似，當(dāng)Rin＝10、Cin＝0.5、ω2＝0.01時(shí)，Ee2
/Ee1
的幅度與流體阻抗的電阻分量Rf和電容分量Cf之間的關(guān)系如圖42所示。一旦將流體阻抗檢測(cè)應(yīng)用于第五實(shí)施例，下式(199)至(202)就成立。
Ee2[ω0]＝E520R＝rk[p5，q5，ω0]·exp{j·θ00[p5，q5，ω0]}·exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0…(199)Ee2[ω2]＝E522R＝rk[p5，q5，ω2]·exp{j·θ00[p5，q5，ω2]}·exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω2…(200)Ee1[ω0]＝exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω0 …(201)Ee1[ω2]＝exp{j·(π/2+θ1)}·{b1+b2·exp(j·Δθ2)}·ω2 …(202)結(jié)果，可以根據(jù)式(194)至(197)，來(lái)獲得變化因子Cpq50和Cpq52的幅度rk[p5，q5，ω0]和rk[p5，q5，ω2]及角度θ00[p5，q5，ω0]和θ00[p5，q5，ω2]。可以從關(guān)系式Ee2[ω]/Ee1[ω]＝Zf/(Zin+Zf)得到下式。
rk[Rf，Cf，ω0]·exp(j·θ00[Rf，Cf，ω0])＝{Rin/(1+j·ω0·Cin·Rin)}/[{Rin/(1+j·ω0·Cin·Rin)}+Rf/(1+j·ω0·Cf·Rf)]…(203)rk[Rf，Cf，ω2]·exp(j·θ00[Rf，Cf，ω2])＝{Rin/(1+j·ω2·Cin·Rin)}/[{Rin/(1+j·ω2·Cin·Rin)}+Rf/(1+j·ω2·Cf·Rf)]…(204)假定基于幅度rk，來(lái)獲得流體阻抗的電阻分量Rf(第三參數(shù)p5)和電容分量Cf(第四參數(shù)q5)。在這種情況下，如果在Rin＝10、Cin＝0.5、ω0＝0.1時(shí)，rk[Rf，Cf，ω0]＝Ee2
/Ee1
＝0.8595658805，則可以獲得Rf和Cf的解Rfα和Cfα，作為圖41所示曲面和平面Ee2
/Ee1
＝0.8595658805(圖43)的交點(diǎn)。
如果在Rin＝10、Cin＝0.5、ω2＝0.01時(shí)，rk[Rf，Cf，ω2]＝Ee2
/Ee1
＝0.6759189546，則可以獲得Rf和Cf的解Rfβ和Cfβ，作為圖42所示曲面和平面Ee2
/Ee1
＝0.6759189546(圖44)的交點(diǎn)。參考圖43和44，Rf＝5和Cf＝5可以成立，作為滿足勵(lì)磁頻率ω0和ω2的解。
預(yù)先通過(guò)設(shè)計(jì)時(shí)的理論公式或標(biāo)定時(shí)的測(cè)量來(lái)獲得圖41和42所示的關(guān)系，并將其存儲(chǔ)在狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a中，使能有可能根據(jù)步驟405中獲得的變化因子Cpq50的幅度rk[p5，q5，ω0]以及步驟406中獲得的變化因子Cqp52的幅度rk[p5，q5，ω2]，來(lái)得到步驟407中的流體阻抗的電阻分量Rf和電容分量Cf。
注意，實(shí)際上根據(jù)勵(lì)磁角頻率為ω0的變化因子Cqp50的幅度rk[p5，q5，ω0]值和狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a中存儲(chǔ)的圖41所示曲面，來(lái)獲得參數(shù)p5和q5的解中的候選者，作為曲線。此外，根據(jù)勵(lì)磁角頻率為ω2的變化因子Cqp52的幅度rk[p5，q5，ω2]值和狀態(tài)存儲(chǔ)單元6a中存儲(chǔ)的圖42所示曲面，來(lái)獲得參數(shù)p5和q5的解中的候選者，作為曲線。
更具體地說(shuō)，對(duì)曲線進(jìn)行細(xì)分，并且在如式(95)和(96)所表示的解的鄰域，以下兩條直線的方程成立。
p5/a0+q5/b0+z0/c0＝1…(205)p5/a2+q5/b2+z2/c2＝1…(206)圖45示出了從式(205)和(206)得到的直線。選擇具有兩條細(xì)分線的交點(diǎn)的部分，并且例如通過(guò)高斯消去法的程序解這兩個(gè)聯(lián)立方程，使獲得參數(shù)p5和q5成為可能。即使當(dāng)使用兩個(gè)或更多第二參數(shù)，也可利用相同方案來(lái)得到解?？梢匀菀椎赝ㄟ^(guò)計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)施該計(jì)算。
接下來(lái)將描述本發(fā)明第六實(shí)施例。通過(guò)利用上述第三原理向第一實(shí)施例中的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備添加一個(gè)電極，來(lái)得到該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備。根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括一個(gè)勵(lì)磁線圈和兩對(duì)電極，并且除信號(hào)處理系統(tǒng)以外，具有和圖13所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備相同的配置。因此，將利用圖13中的附圖標(biāo)記，來(lái)描述該實(shí)施例的原理。如果把要新加的第二電極放在和現(xiàn)有第一電極相同的一側(cè)，則所得配置是第一實(shí)施例所示配置的冗余配置。因此，需要把第二電極放在相對(duì)于勵(lì)磁線圈與第一電極不同的一側(cè)。該實(shí)施例使用第一提取方法作為從合成矢量提取A/t分量的方法，并獲得與勵(lì)磁頻率無(wú)關(guān)的第一參數(shù)。
假定向勵(lì)磁線圈3提供具有角頻率ω0的勵(lì)磁電流，且第一參數(shù)是p6。在這種情況下，根據(jù)式(54)、(68)和(75)，由下式來(lái)表示電極2a和2b之間的第一電極間電動(dòng)勢(shì)與電極2和2d之間的第二電極間電動(dòng)勢(shì)之差E630d。
E630d＝rk[p6]·exp{j·(θ3+θ00[p6])}·exp(j·π/2)·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0+γ·exp(j·Δθ01)·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·V]…(207)假定向勵(lì)磁線圈3提供具有角頻率ω2的勵(lì)磁電流，且第一參數(shù)是p6。在這種情況下，根據(jù)式(54)、(70)和(75)，由下式來(lái)表示電極2a和2b之間的第一電極間電動(dòng)勢(shì)與電極2c和2d之間的第二電極間電動(dòng)勢(shì)之差E632d。
E632d＝rk[p6]·exp{j·(θ3+θ00[p6])}·[exp(j·π/2)·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω2
+γ·exp(j·Δθ01)·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·V] …(208)在這種情況下，如果從包括勵(lì)磁線圈3的軸的平面PLN3到連接電極2a和2b的電極軸EAX1的距離d3，幾乎等于平面PLN3到連接電極2c和2c的電極軸EAX2的距離d4(d3≈d4)，則b3≈b4，且Δθ4≈0。在這種情況下，將式(207)和(208)改寫(xiě)如下E630d＝rk[p6]·exp{j·(θ3+θ00[p6])}·{exp(j·π/2)·(2·b3·ω0)}…(209)E632d＝rk[p6]·exp{j·(θ3+θ00[p6])}·{exp(j·π/2)·(2·b3·ω2)}…(210)即，因?yàn)殡妱?dòng)勢(shì)差E630d和E632d幾乎僅僅是基于A/t分量的電動(dòng)勢(shì)，所以可以減小A/t提取中的計(jì)算誤差。這一點(diǎn)是第一和第六實(shí)施例之間在技術(shù)重要性方面的差異。然而，注意，隨后的理論發(fā)展將基于b3≠b4且Δθ4≠0的假定。
令EdA6為電動(dòng)勢(shì)差E630d和E632d之差，則由下式給出差值EdA6EdA6＝E630d-E632d＝rk[p6]·exp(j·θ00[p6])·exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·(ω0-ω2) …(211)在式(211)中，可以利用不同頻率分量之間的輸出差來(lái)提取合成矢量中的A/t分量。式(211)與流速大小V無(wú)關(guān)，因此只是由A/t所產(chǎn)生的分量。因此，可以利用差值EdA6來(lái)測(cè)量除流速以外的流體狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。
當(dāng)取決于第一參數(shù)的變化因子為Cp6，則Cp6＝rk[p6]·exp(j·θ00[p6])成立，且其余部分是在標(biāo)定時(shí)提供的常數(shù)。由式(211)來(lái)表示變化因子Cp6。
Cp6＝EdA6/[exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·(ω0-ω2)]…(212)令m3b和θ3b為式(212)中的[exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}]的幅度和角度，用下式來(lái)表示m3b和θ3bm3b＝{b32+b42+b3·b4·cos(Δθ4)}1/2…(213)
θ3b＝tan-1[{b4·sin(Δθ4)}/{b3+b4·cos(Δθ4)}]-(π/2+θ3)…(214)根據(jù)式(212)至(214)，用下式來(lái)表示變化因子Cp6的幅度rk[p6]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p6]rk[p6]＝|EdA6|/(m3b·(ω0-ω2)) …(215)θ00[p6]＝∠EdA1-θ3b…(216)可以從預(yù)先在標(biāo)定時(shí)通過(guò)測(cè)量等檢查的第一參數(shù)p6和rk[p6]之間的關(guān)系，或第一參數(shù)p6和角度θ00[p6]之間的關(guān)系，來(lái)獲得第一參數(shù)p6。
接下來(lái)將描述根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的具體配置和操作。圖46是示出根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的配置的框圖。和圖13中一樣的附圖標(biāo)記表示圖1中相同的部件。該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括測(cè)量管道1；第一電極2a和2b；第二電極2c和2d；勵(lì)磁線圈3；電源單元4b；以及狀態(tài)定量化單元8b。
狀態(tài)定量化單元8b包括信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b，其獲得由第一電極2a和2b檢測(cè)的第一合成電動(dòng)勢(shì)和第二電極2c和2d檢測(cè)的第二合成電動(dòng)勢(shì)的振幅和相位，獲得具有第一和第二角頻率ω0和ω2的第一和第二合成電動(dòng)勢(shì)的相同頻率分量的電動(dòng)勢(shì)差，提取具有第一和第二角頻率ω0和ω2的電動(dòng)勢(shì)差之間的差，作為A/t分量，并從該A/t分量提取取決于第一參數(shù)、但與頻率無(wú)關(guān)的變化因子的幅度或相位；狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b(等效于上述第一表)，其預(yù)先存儲(chǔ)第一參數(shù)和取決于第一參數(shù)的變化因子的幅度或相位之間的關(guān)系；以及狀態(tài)輸出單元7b，其基于狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b中存儲(chǔ)的關(guān)系，來(lái)獲得與所提取的變化因子的幅度或相位對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)。
電源單元4b以T秒為周期重復(fù)以下操作使第一勵(lì)磁狀態(tài)持續(xù)T1秒，其中向勵(lì)磁線圈3提供具有第一角頻率ω0的勵(lì)磁電流；并使第二勵(lì)磁狀態(tài)持續(xù)T2秒，其中向勵(lì)磁線圈3提供具有第二角頻率ω2的勵(lì)磁電流。即，T＝T1+T2。
圖47是示出狀態(tài)定量化單元8b的操作的流程圖。首先，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b獲得電極2a和2b之間的第一電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω0分量的電動(dòng)勢(shì)與電極2c和2d之間的第二電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω0分量的電動(dòng)勢(shì)之差E630d的振幅r630d，并利用相位檢測(cè)器(未示出)來(lái)獲得實(shí)軸與該電動(dòng)勢(shì)差E630d之間的相位差φ630d(圖47中的步驟501)。
隨后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b獲得第一電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω2分量的電動(dòng)勢(shì)與第二電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω2分量的電動(dòng)勢(shì)之差E632d的振幅r632d，并利用相位檢測(cè)器來(lái)獲得實(shí)軸與該電動(dòng)勢(shì)差E632d之間的相位差φ632d(步驟502)。
然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b按照下式，來(lái)計(jì)算電動(dòng)勢(shì)差E630d的實(shí)軸分量E630dx和虛軸分量E630dy、以及電動(dòng)勢(shì)差E632d的實(shí)軸分量E632dx和虛軸分量E632dy(步驟503)E630dx＝r630d·cos(φ630d)…(217)E630dy＝r630d·sin(φ630d)…(218)E632dx＝r632d·cos(φ632d)…(219)E632dy＝r632d·sin(φ632d)…(220)在計(jì)算式(217)至(220)后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b獲得電動(dòng)勢(shì)差E630d和E632d之差EdA6的幅度和角度(步驟504)。步驟504中的處理對(duì)應(yīng)于獲得A/t分量的處理，并且等效于式(211)的計(jì)算。信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b按照下式來(lái)計(jì)算差值EdA6的幅度|EdA6||EdA6|＝{(E630dx-E632dx)2+(E630dy-E632dy)2}1/2…(221)然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b按照下式來(lái)計(jì)算差值EdA6關(guān)于實(shí)軸的角度∠EdA6∠EdA6＝tan-1{(E630dy-E632dy)/(E630dx-E632dx)}…(222)利用以上操作完成步驟504中的處理。
然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b按照下式，從差值EdA6計(jì)算取決于第一參數(shù)p6的變化因子Cp6的幅度rk[p6]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p6](步驟505)rk[p6]＝|EdA6|/{m3b·(ω0-ω2)} …(223)θ00[p6]＝∠EdA6-θ3b …(224)注意，m3b和θ3b(勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)B3和B4的振幅b3和b4、磁場(chǎng)B3與ω0·t之間的相位差θ3和θ4以及Δθ4)是可以預(yù)先通過(guò)標(biāo)定等得到的常數(shù)。
預(yù)先把第一參數(shù)p6與變化因子Cp6的幅度rk[p6]之間的關(guān)系或第一參數(shù)p6與變化因子Cp6的角度θ00[p6]之間的關(guān)系，以數(shù)學(xué)表達(dá)式或表的形式注冊(cè)在狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b中。在步驟506，狀態(tài)輸出單元7b根據(jù)由信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b計(jì)算的變化因子Cp6的幅度rk[p6]或角度θ00[p6]，通過(guò)參考狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b來(lái)計(jì)算與rk[p6]或θ00[p6]對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)p6值(或從狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b獲取該值)。
狀態(tài)定量化單元8b以T為周期執(zhí)行上述步驟501至506的處理，直到例如操作者指示測(cè)量結(jié)束為止(步驟507為是)。注意，在第二勵(lì)磁狀態(tài)下，執(zhí)行步驟502至506的處理持續(xù)T2秒。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，注意該實(shí)施例被配置成獲得第一電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω0分量與第二電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω0分量之差E630d，獲得第一電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω2分量與第二電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω2分量之差E632d，提取電動(dòng)勢(shì)差E630d與E632d之差EdA6(A/t分量)，從該電動(dòng)勢(shì)差EdA6提取取決于流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)(第一參數(shù)p6)的變化因子Cp6的幅度或相位，并基于該變化因子Cp6的幅度或相位來(lái)獲得第一參數(shù)p6。這使與流體流速無(wú)關(guān)地準(zhǔn)確檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)成為可能。
在該實(shí)施例中，可以利用包括CPU、存儲(chǔ)單元以及控制硬件資源的接口和程序的計(jì)算機(jī)，來(lái)實(shí)施狀態(tài)定量化單元8中除電動(dòng)勢(shì)差E630d和E632d檢測(cè)單元以外的部件。例如，在該實(shí)施例中，可以通過(guò)E630d-EdA6·{(ω0-ω2)/ω0}來(lái)提取v×B分量。在一般電磁流量計(jì)領(lǐng)域，已知從v×B分量計(jì)算流體流量、且容易利用狀態(tài)定量化單元8b中包括的計(jì)算機(jī)來(lái)實(shí)施的技術(shù)。因此，根據(jù)該實(shí)施例，可以利用基本上和電磁感應(yīng)型流量計(jì)相同的配置，來(lái)檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。
在該實(shí)施例中，調(diào)節(jié)從包括勵(lì)磁線圈3的軸的平面PLN3到第一電極2a和2b的距離d3以及平面PLN3到第二電極2c和2d的距離d4，允許電動(dòng)勢(shì)差E630d和E632d幾乎只是基于A/t分量的電動(dòng)勢(shì)。利用該處理，該實(shí)施例可以更有效地提取A/t分量，并且能夠比第一實(shí)施例更大程度地減小計(jì)算誤差。
在該實(shí)施例中，足以從差值EdA6提取變化因子Cp6的幅度rk[p6]或角度θ00[p6]。然而，可以通過(guò)提取該分量的幅度和角度，來(lái)獲得第一參數(shù)p6。在這種情況下，足以選擇具有更高靈敏度的幅度rk[p6]或角度θ00[p6]，并根據(jù)所選擇的幅度或角度來(lái)獲得第一參數(shù)p6。這使提高檢測(cè)靈敏度成為可能。
另外，該實(shí)施例舉例說(shuō)明了將勵(lì)磁頻率切換為ω0或ω2的情況。然而，利用包含角頻率ω0和ω2分量的勵(lì)磁電流來(lái)執(zhí)行勵(lì)磁，使切換勵(lì)磁頻率變得不必要。這樣能夠更高速地計(jì)算第一參數(shù)p6。例如，足以使用由下式表示的磁場(chǎng)來(lái)代替式(41)和(42)。
B3＝b3·cos(ω0·t-θ3)+b3·cos(ω2·t-θ3)…(225)B4＝b4·cos(ω0·t-θ4)+b4·cos(ω2·t-θ4)…(226)在該實(shí)施例中，從第一和第二電極間電動(dòng)勢(shì)來(lái)提取電動(dòng)勢(shì)差E630d和E632d，并且提取電動(dòng)勢(shì)差E630d與E632d之差作為A/t分量。然而，本發(fā)明不限于此，可以提取第一和第二電極間電動(dòng)勢(shì)的勵(lì)磁角頻率ω0和ω2每一個(gè)角頻率的電動(dòng)勢(shì)和，并可以提取這兩個(gè)電動(dòng)勢(shì)和之差作為A/t分量。
以下描述將說(shuō)明檢測(cè)流體液位或橫截面積的該實(shí)施例狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備具體例子。在這種情況下，考慮到液位h變化，如圖48和49所示，勵(lì)磁線圈排列在相對(duì)于測(cè)量管道1水平的方向上，且電極2a和2c位于測(cè)量管道1下方。當(dāng)以這種方式只使用一個(gè)第一電極和一個(gè)第二電極時(shí)，足以將用于使流體F的電勢(shì)接地的地環(huán)(未示出)設(shè)置在測(cè)量管道1上，將電極2a與地電勢(shì)之間的電勢(shì)差設(shè)為第一電極間電動(dòng)勢(shì)，并且信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a檢測(cè)電極2c和地電勢(shì)之間的電勢(shì)差作為第二電極間電動(dòng)勢(shì)。
當(dāng)流體F的液位h(橫截面積S)變化時(shí)，變化因子Cp6的幅度rk[p6]值也將變化。圖50是示出流體F的液位h或橫截面積S(第一參數(shù)p6)與變化因子Cp6的幅度rk[p6]之間的關(guān)系的例子的曲線圖。圖50所示的關(guān)系隨測(cè)量管道1的形狀等而變。因此，通過(guò)設(shè)計(jì)時(shí)的理論公式或標(biāo)定時(shí)的測(cè)量來(lái)獲得該關(guān)系，并預(yù)先將其存儲(chǔ)在狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b中，使得有可能根據(jù)步驟505中所獲得的變化因子Cp6的幅度rk[p6]，來(lái)獲得步驟506中的流體F的液位h或橫截面積S。
接下來(lái)將描述本發(fā)明第七實(shí)施例。根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括一個(gè)勵(lì)磁線圈和兩對(duì)電極，并且除信號(hào)處理系統(tǒng)以外，具有和圖13所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備相同的配置。因此，將利用圖13中的附圖標(biāo)記，來(lái)描述該實(shí)施例的原理。該實(shí)施例使用第二提取方法作為從合成矢量提取A/t分量的方法，并獲得與勵(lì)磁頻率無(wú)關(guān)的第一參數(shù)。
假定向勵(lì)磁線圈3提供具有角頻率ω0的勵(lì)磁電流，且第一參數(shù)是p7。在這種情況下，根據(jù)式(54)、(68)和(75)，由下式來(lái)表示電極2a和2b之間的第一電極間電動(dòng)勢(shì)與電極2c和2d之間的第二電極間電動(dòng)勢(shì)之差E730d。
E730d＝rk[p7]·exp{j·(θ3+θ00[p7])}·[exp(j·π/2)·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0+γ·exp(j·Δθ01)·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·V]…(227)如果在初始狀態(tài)下(標(biāo)定時(shí))將勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)B3和B4設(shè)為相等，則此后磁場(chǎng)B3和B4之差將減小。在下式中以下條件成立|b3+b4·exp(j·Δθ4)|＞＞|b3-b4·exp(j·Δθ4)| …(228)因?yàn)棣?＞γ·V成立，所以考慮到式(228)所表示的條件，以下條件對(duì)于式(227)所給出的電動(dòng)勢(shì)差E730d成立。
|ω0·exp(j·π/2)·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}|＞＞|γ·V·exp(j·Δθ01)·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}| …(229)以下表達(dá)式代表電動(dòng)勢(shì)差EdA7，其利用式(229)的條件來(lái)近似式(227)中的電動(dòng)勢(shì)差E730d。
EdA7≈E730d …(230)EdA7＝rk[p7]·exp{j·θ00[p7]}·exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0 …(231)在式(231)中，可以利用電極間電動(dòng)勢(shì)之差來(lái)提取合成矢量中的A/t分量。式(231)與流速大小V無(wú)關(guān)，因此只是由A/t所產(chǎn)生的分量。可以利用電動(dòng)勢(shì)差EdA7，來(lái)測(cè)量除流速以外的流體狀態(tài)和測(cè)量管道狀態(tài)。
當(dāng)取決于第一參數(shù)的變化因子為Cp7，則Cp7＝rk[p7]·exp(j·θ00[p7])成立，且其余部分是在標(biāo)定時(shí)提供的常數(shù)。由式(231)來(lái)表示變化因子Cp7。
Cp7＝EdA7/[exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·(ω0-ω2)] …(232)令m3b和θ3b為式(232)中的[exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}]的幅度和角度，m3b和θ3b由式(213)和(214)來(lái)表示。
一旦將式(213)和(214)應(yīng)用于式(232)，就用下式來(lái)表示變化因子Cp7的幅度rk[p7]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p7]rk[p7]＝|EdA7|/(m3b·ω0) …(233)θ00[p7]＝∠EdA7-θ3b …(234)可以從預(yù)先在標(biāo)定時(shí)通過(guò)測(cè)量等檢查的第一參數(shù)p7和rk[p7]之間的關(guān)系，或第一參數(shù)p7和角度θ00[p7]之間的關(guān)系，來(lái)獲得第一參數(shù)p7。
接下來(lái)將描述根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的具體配置和操作。根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備具有和第六實(shí)施例中的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備相同的配置。因此，和圖46中一樣的附圖標(biāo)記表示圖1中相同的部件。該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括測(cè)量管道1；第一電極2a和2b；第二電極2c和2d；勵(lì)磁線圈3；電源單元4；以及狀態(tài)定量化單元8b。
狀態(tài)定量化單元8b包括信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b，其獲得由第一電極2a和2b檢測(cè)的第一合成電動(dòng)勢(shì)和第二電極2c和2d檢測(cè)的第二合成電動(dòng)勢(shì)的振幅和相位，根據(jù)這些振幅和相位從第一和第二合成電動(dòng)勢(shì)之間的電動(dòng)勢(shì)差來(lái)提取A/t分量，并從該A/t分量提取取決于第一參數(shù)、但與頻率無(wú)關(guān)的變化因子的幅度或相位；狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b(等效于上述第一表)，其預(yù)先存儲(chǔ)第一參數(shù)和取決于第一參數(shù)的變化因子的幅度或相位之間的關(guān)系；以及狀態(tài)輸出單元7b，其基于狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b中存儲(chǔ)的關(guān)系，來(lái)獲得與所提取的變化因子的幅度或相位對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)。
電源單元4b向勵(lì)磁線圈3提供具有角頻率ω0的勵(lì)磁電流。圖51是示出根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元8b的操作的流程圖。首先，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b獲得電極2a和2b之間的第一電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω0分量的電動(dòng)勢(shì)與電極2c和2d之間的第二電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω0分量的電動(dòng)勢(shì)之差E730d的振幅r730d，并利用相位檢測(cè)器(未示出)來(lái)獲得實(shí)軸與該電動(dòng)勢(shì)差E730d之間的相位差φ730d(圖51中的步驟601)。
隨后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b獲得近似于電動(dòng)勢(shì)差E730d的電動(dòng)勢(shì)差EdA7的幅度和角度(步驟602)。步驟602的處理對(duì)應(yīng)于獲得A/t分量的處理，并等效于式(231)的計(jì)算。信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b按照下式來(lái)計(jì)算電動(dòng)勢(shì)差EdA7的幅度|EdA7||EdA7|＝r730d …(235)然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b按照下式來(lái)計(jì)算電動(dòng)勢(shì)差EdA7關(guān)于實(shí)軸的角度∠EdA7∠EdA7＝φ730d …(236)利用以上操作完成步驟602的處理。
信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b從電動(dòng)勢(shì)差EdA7，如下計(jì)算取決于第一參數(shù)p7的變化因子Cp7的幅度rk[p7]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p7](步驟603)rk[p7]＝|EdA7|/(m3b·ω0) …(237)θ00[p7]＝∠EdA7-θ3b …(238)注意，m3b和θ3b(勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)B3和B4的振幅b3和b4、磁場(chǎng)B3與ω0·t之間的相位差θ3和θ4以及Δθ4)是可以預(yù)先通過(guò)標(biāo)定等得到的常數(shù)。
預(yù)先把第一參數(shù)p7與變化因子Cp7的幅度rk[p7]之間的關(guān)系或第一參數(shù)p7與變化因子Cp7的角度θ00[p7]之間的關(guān)系，以數(shù)學(xué)表達(dá)式或表的形式注冊(cè)在狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b中。在步驟604中，狀態(tài)輸出單元7b根據(jù)由信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b計(jì)算的變化因子Cp7的幅度rk[p7]或角度θ00[p7]，通過(guò)參考狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b來(lái)計(jì)算與rk[p7]或θ00[p7]對(duì)應(yīng)的第一參數(shù)p7值(或從狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b獲取該值)。狀態(tài)定量化單元8b以預(yù)定周期執(zhí)行上述步驟601至604的處理，直到例如操作者指示測(cè)量結(jié)束為止(步驟605為是)。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，注意當(dāng)勵(lì)磁線圈3產(chǎn)生的磁場(chǎng)B3和B4的振幅相等時(shí)，可以近似提取電動(dòng)勢(shì)差E730d作為A/t分量。該實(shí)施例被配置成從近似提取的A/t分量，來(lái)提取取決于流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)(第一參數(shù)p7)的變化因子Cp7的幅度或相位，并根據(jù)該變化因子Cp7的幅度或相位來(lái)獲得第一參數(shù)p7。這使與流體流速無(wú)關(guān)地準(zhǔn)確檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)成為可能。
和第六實(shí)施例中一樣，可以利用計(jì)算機(jī)和程序，來(lái)實(shí)施該實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元8b中除電動(dòng)勢(shì)差E730d檢測(cè)單元以外的部件。在該實(shí)施例中，假定向勵(lì)磁線圈3提供具有角頻率ω0的勵(lì)磁電流，并且E730s代表電極2a和2b之間的第一電極間電動(dòng)勢(shì)與電極2c和2d之間的第二電極間電動(dòng)勢(shì)之和。在這種情況下，通過(guò)使式(227)中的b4的符號(hào)取反，來(lái)獲得電極間電動(dòng)勢(shì)E730s。結(jié)果，可以將電極間電動(dòng)勢(shì)E730s看作v×B分量。因此，根據(jù)該實(shí)施例，可以利用基本上和電磁感應(yīng)型流量計(jì)相同的配置，來(lái)檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。
在該實(shí)施例中，足以從電動(dòng)勢(shì)差EdA7提取變化因子Cp7的幅度rk[p7]或角度θ00[p7]。然而，可以通過(guò)提取該分量的幅度和角度，來(lái)獲得第一參數(shù)p7。在這種情況下，足以選擇具有更高靈敏度的幅度rk[p7]或角度θ00[p7]，并根據(jù)所選擇的幅度或角度來(lái)獲得第一參數(shù)p7。這使提高檢測(cè)靈敏度成為可能。
接下來(lái)將描述本發(fā)明第八實(shí)施例。根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括一個(gè)勵(lì)磁線圈和兩對(duì)電極，并且除信號(hào)處理系統(tǒng)以外，具有和圖13所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備相同的配置。因此，將利用圖13中的附圖標(biāo)記，來(lái)描述該實(shí)施例的原理。該實(shí)施例使用第二提取方法作為從合成矢量提取A/t分量的方法，并獲得對(duì)于具有頻率特性的變化因子的第二參數(shù)。
假定向勵(lì)磁線圈3提供具有角頻率ω0的勵(lì)磁電流，且第一參數(shù)是p8。在這種情況下，根據(jù)式(54)、(78)和(79)，由下式來(lái)表示電極2a和2b之間的第一電極間電動(dòng)勢(shì)與電極2c和2d之間的第二電極間電動(dòng)勢(shì)之差E830d。
E830d＝rk[p8，ω0]·exp{j·(θ3+θ00[p8，ω0])}·[exp(j·π/2)·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0+γ·exp(j·Δθ01)·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·V]…(239)由式(228)和(229)，在式(239)中以下近似表達(dá)式成立|b3+b4·exp(j·Δθ4)|＞＞|b3-b4·exp(j·Δθ4)| …(240)|ω0·exp(j·π/2)·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}|＞＞|γ·V·exp(j·Δθ01)·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}| …(241)以下表達(dá)式代表電動(dòng)勢(shì)差EdA80，其利用式(241)的條件來(lái)近似式(229)中的電動(dòng)勢(shì)差E830d。
EdA80≈E830d …(242)EdA80＝rk[p8，ω0]·exp{j·θ00[p8，ω0]}·exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0 …(243)假定向勵(lì)磁線圈3提供具有角頻率ω2的勵(lì)磁電流，且第一參數(shù)是p8。在這種情況下，根據(jù)式(54)、(81)和(82)，由下式來(lái)表示電極2a和2b之間的第一電極間電動(dòng)勢(shì)與電極2c和2d之間的第二電極間電動(dòng)勢(shì)之差E832d。
E832d＝rk[p8，ω2]·exp{j·(θ3+θ00[p8，ω2])}·[exp(j·π/2)·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω2+γ·exp(j·Δθ01)·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·V] …(244)因?yàn)棣?＞γ·V成立，所以考慮到式(240)所代表的條件，以下條件對(duì)于式(244)給出的電動(dòng)勢(shì)差E832d成立。
|ω2·exp(j·π/2)·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}|＞＞|γ·V·exp(j·Δθ01)·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}| …(245)以下表達(dá)式代表電動(dòng)勢(shì)差EdA82，其利用式(245)的條件來(lái)近似式(244)中的電動(dòng)勢(shì)差E832d。
EdA82≈E832d …(246)EdA82＝rk[p8，ω2]·exp{j·θ00[p8，ω2]}·exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω2 …(247)在式(243)和(247)中，可以利用電極間電動(dòng)勢(shì)之差來(lái)提取合成矢量中的A/t分量。式(243)和(247)與流速大小V無(wú)關(guān)，因此只是由A/t所產(chǎn)生的分量?？梢岳迷撾妱?dòng)勢(shì)差，來(lái)測(cè)量除流速以外的流體狀態(tài)和測(cè)量管道狀態(tài)。
當(dāng)式(243)中取決于第二參數(shù)的變化因子為Cp80，則Cp80＝rk[p8，ω0]·exp(j·θ00[p8，ω0])成立，且其余部分是在標(biāo)定時(shí)提供的常數(shù)。由式(243)來(lái)表示變化因子Cp80。
Cp80＝EdA80/[exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0] …(248)當(dāng)式(247)中取決于第二參數(shù)的變化因子為Cp82，則Cp82＝rk[p8，ω2]·exp(j·θ00[p8，ω2])成立，且其余部分是在標(biāo)定時(shí)提供的常數(shù)。由式(247)來(lái)表示變化因子Cp82。
Cp82＝EdA82/[exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω2] …(249)令m3b和θ3b為式(248)和(249)中的[exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}]的幅度和角度，m3b和θ3b由式(213)和(214)來(lái)表示。一旦將式(213)和(214)應(yīng)用于式(248)，就用下式來(lái)表示變化因子Cp80的幅度rk[p8，ω0]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p8，ω0]rk[p8，ω0]＝|EdA80|/(m3b·ω0) …(250)θ00[p8，ω0]＝∠EdA80-θ3b …(251)一旦將式(213)和(214)應(yīng)用于式(249)，就用下式來(lái)表示變化因子Cp82的幅度rk[p8，ω2]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p8，ω2]rk[p8，ω2]＝|EdA82|/(m3b·ω2) …(252)θ00[p8，ω2]＝∠EdA82-θ3b …(253)當(dāng)變化因子Cp82與Cp80之比為Cn8時(shí)，由下式來(lái)表示比值Cn8。
Cn8＝Cp82/Cp80＝(rk[p8，ω2]/rk[p8，ω0])
·exp{j·(θ00[p8，ω2]-θ00[p8，ω0])} …(254)在這種情況下，用下式來(lái)表示比值Cn8的幅度(rk[p8，ω2]/rk[p8，ω0])及其關(guān)于實(shí)軸的角度(θ00[p8，ω2]-θ00[p8，ω0])。
(rk[p8，ω2]/rk[p8，ω0])＝(|EdA82|/|EdA80|)·(ω0/ω2) …(255)θ00[p8，ω2]-θ00[p8，ω0]＝∠EdA82-∠EdA80 …(256)根據(jù)式(254)至(256)，顯然比值Cn8不包括磁場(chǎng)的變化因子，并且可以通過(guò)減小誤差因子來(lái)獲得第二參數(shù)p8的值。
可以從預(yù)先在標(biāo)定時(shí)通過(guò)測(cè)量而檢查的第二參數(shù)p8與(rk[p8，ω2]/rk[p8，ω0])之間的關(guān)系，或從第二參數(shù)p8與(θ00[p8，ω2]-θ00[p8，ω0])之間的關(guān)系，來(lái)獲得第二參數(shù)p8。
接下來(lái)將描述根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的具體配置和操作。根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備具有和第六實(shí)施例中的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備相同的配置。因此，和圖46中一樣的附圖標(biāo)記表示該實(shí)施例中的相同部件。該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括測(cè)量管道1；第一電極2a和2b；第二電極2c和2d；勵(lì)磁線圈3；電源單元4；以及狀態(tài)定量化單元8a。
狀態(tài)定量化單元8b包括信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b，其獲得由第一電極2a和2b檢測(cè)的第一合成電動(dòng)勢(shì)以及由電極2c和2d檢測(cè)的第二合成電動(dòng)勢(shì)的振幅和相位，獲得具有第一和第二角頻率ω0和ω2的第一和第二合成電動(dòng)勢(shì)的相同頻率分量之間的電動(dòng)勢(shì)差；從該電動(dòng)勢(shì)差提取具有第一和第二角頻率ω0和ω2的A/t分量，并由具有第一和第二角頻率ω0和ω2的A/t分量之比，來(lái)提取取決于第二參數(shù)和頻率的變化因子之比的幅度或相位；狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b(等效于上述第二表)，其預(yù)先存儲(chǔ)第二參數(shù)和變化因子之比的幅度或相位之間的關(guān)系；以及狀態(tài)輸出單元7b，其基于狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b中存儲(chǔ)的關(guān)系，來(lái)獲得與所提取的變化因子之比的幅度或相位對(duì)應(yīng)的第二參數(shù)。
電源單元4b以T秒為周期重復(fù)以下操作使第一勵(lì)磁狀態(tài)持續(xù)T1秒，其中向勵(lì)磁線圈3提供具有第一角頻率ω0的勵(lì)磁電流；使第二勵(lì)磁狀態(tài)持續(xù)T2秒，其中向勵(lì)磁線圈3提供具有第二角頻率ω2的勵(lì)磁電流。即，T＝T1+T2。
圖52是示出根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元8b的操作的流程圖。首先，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b在第一勵(lì)磁狀態(tài)下，獲得電極2a和2b之間的第一電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω0分量的電動(dòng)勢(shì)與電極2c和2d之間的第二電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω0分量的電動(dòng)勢(shì)之差E830d的振幅r830d，并利用相位檢測(cè)器(未示出)來(lái)獲得實(shí)軸與該電動(dòng)勢(shì)差E830d之間的相位差φ830d(圖52中的步驟701)。
隨后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b獲得第一電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω2分量的電動(dòng)勢(shì)與第二電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω2分量的電動(dòng)勢(shì)之差E832d的振幅r832d，并利用相位檢測(cè)器來(lái)獲得實(shí)軸與該電動(dòng)勢(shì)差E832d之間的相位差φ832d(步驟701)。
接著，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b按照下式來(lái)計(jì)算近似于電動(dòng)勢(shì)差E830d的電動(dòng)勢(shì)EdA80的幅度|EdA80|及其關(guān)于實(shí)軸的角度∠EdA80(步驟703)|EdA80|＝r830d …(257)∠EdA80＝φ830d …(258)然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a按照下式來(lái)計(jì)算近似于電動(dòng)勢(shì)差E832d的電動(dòng)勢(shì)差EdA82的幅度|EdA82|及其關(guān)于實(shí)軸的角度∠EdA82(步驟704)|EdA82|＝r832d …(259)∠EdA82＝φ832d …(260)步驟703和704中的處理對(duì)應(yīng)于獲得A/t分量的處理，并等效于式(243)和(247)的計(jì)算。
信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b從電動(dòng)勢(shì)差EdA80提取取決于第二參數(shù)p8的變化因子Cp80，從電動(dòng)勢(shì)差EdA82提取取決于第二參數(shù)p8的變化因子Cp82，并獲得變化因子Cp82和Cp80之比Cn8的幅度和角度(步驟705)。信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5a如下計(jì)算比值Cn8的幅度(rk[p8，ω2]/rk[p8，ω0])rk[p8，ω2]/rk[p8，ω0]＝(|EdA82|/|EdA80|)·(ω0/ω2)…(261)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b如下計(jì)算比值Cn8關(guān)于實(shí)軸的角度(θ00[p8，ω2]-θ00[p8，ω0])θ00[p8，ω2]-θ00[p8，ω0]＝∠EdA82-∠EdA80 …(262)
利用以上操作，完成步驟705的處理。
預(yù)先把第二參數(shù)p8與比值Cn8的幅度(rk[p8，ω2]/rk[p8，ω0])之間的關(guān)系或第二參數(shù)p8與比值Cn8的角度(θ00[p8，ω2]-θ00[p8，ω0])之間的關(guān)系，以數(shù)學(xué)表達(dá)式或表的形式注冊(cè)在狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b中。在步驟706，狀態(tài)輸出單元7b根據(jù)由信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b計(jì)算的比值Cn8的幅度(rk[p8，ω2]/rk[p8，ω0])或角度(θ00[p8，ω2]-θ00[p8，ω0])，通過(guò)參考狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b來(lái)計(jì)算與(rk[p8，ω2]/rk[p8，ω0])或(θ00[p8，ω2]-θ00[p8，ω0])對(duì)應(yīng)的第二參數(shù)p8值(或從狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b獲取該值)。
狀態(tài)定量化單元8b以T為周期執(zhí)行上述步驟701至706的處理，直到例如操作者指示測(cè)量結(jié)束為止(步驟707為是)。注意，在第二勵(lì)磁狀態(tài)下，執(zhí)行步驟702至706的處理持續(xù)T2秒。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，注意，當(dāng)勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)B3和B4相等時(shí)，可以近似提取電動(dòng)勢(shì)差E830d和E832d作為勵(lì)磁角頻率分別為ω0和ω2時(shí)的A/t分量。該實(shí)施例被配置成從近似提取的兩個(gè)A/t分量，提取取決于流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)(第二參數(shù)p8)的變化因子Cp80和Cp82；并基于該變化因子Cp82與Cp80之比的幅度或相位，來(lái)獲得第二參數(shù)p8。這使與流體流速無(wú)關(guān)地準(zhǔn)確檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)成為可能。
和第六實(shí)施例中一樣，可以利用計(jì)算機(jī)和程序，來(lái)實(shí)施該實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元8b中除電動(dòng)勢(shì)差E830d和E832d檢測(cè)單元以外的部件。在該實(shí)施例中，假定向勵(lì)磁線圈3提供具有角頻率ω0的勵(lì)磁電流，并且E830s代表電極2a和2b之間的第一電極間電動(dòng)勢(shì)與電極2c和2d之間的第二電極間電動(dòng)勢(shì)之和。在這種情況下，通過(guò)使式(239)中的b4的符號(hào)取反，來(lái)獲得電極間電動(dòng)勢(shì)E830s。結(jié)果，可以將電極間電動(dòng)勢(shì)E830s看作v×B分量。因此，根據(jù)該實(shí)施例，可以利用基本上和電磁感應(yīng)型流量計(jì)相同的硬件配置，來(lái)檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。
在該實(shí)施例中，足以提取變化因子之比Cn8的幅度(rk[p8，ω2]/rk[p8，ω0])或角度(θ00[p8，ω2]-θ00[p8，ω0])。然而，可以通過(guò)提取該分量的幅度和角度，來(lái)獲得第二參數(shù)p8。在這種情況下，足以選擇具有更高靈敏度的幅度(rk[p8，ω2]/rk[p8，ω0])或角度(θ00[p8，ω2]-θ00[p8，ω0])，并根據(jù)所選擇的幅度或角度來(lái)獲得第二參數(shù)p8。這使提高檢測(cè)靈敏度成為可能。
另外，該實(shí)施例舉例說(shuō)明了將勵(lì)磁頻率切換為ω0或ω2的情況。然而，利用包含角頻率ω0和ω2分量的勵(lì)磁電流來(lái)執(zhí)行勵(lì)磁，使切換勵(lì)磁頻率變得不必要。這樣能夠更高速地計(jì)算第二參數(shù)p8。例如，足以使用由式(225)和(226)表示的磁場(chǎng)來(lái)代替式(41)和(42)。
接下來(lái)將描述本發(fā)明第九實(shí)施例。根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括一個(gè)勵(lì)磁線圈和兩對(duì)電極，并且除信號(hào)處理系統(tǒng)以外，具有和圖13所示狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備相同的配置。因此，將利用圖13中的附圖標(biāo)記，來(lái)描述該實(shí)施例的原理。該實(shí)施例使用第二提取方法作為從合成矢量提取A/t分量的方法，并獲得對(duì)于具有頻率特性的變化因子的第二參數(shù)。在該實(shí)施例中，獲得兩個(gè)第二參數(shù)。在這兩個(gè)第二參數(shù)中，一個(gè)是第三參數(shù)，另一個(gè)是第四參數(shù)。
假定向勵(lì)磁線圈3提供具有角頻率ω0的勵(lì)磁電流，且第三參數(shù)是p9，第四參數(shù)是q9。在這種情況下，根據(jù)式(54)、(85)和(86)，由下式來(lái)表示電極2a和2b之間的第一電極間電動(dòng)勢(shì)與電極2c和2d之間的第二電極間電動(dòng)勢(shì)之差E930d。
E930d＝rk[p9，q9，ω0]·exp{j·(θ3+θ00[p9，q9，ω0])}·[exp(j·π/2)·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0+γ·exp(j·Δθ01)·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·V] …(263)由式(228)和(229)，在式(263)中式(240)和(241)成立。以下表達(dá)式代表電動(dòng)勢(shì)差EdA90，其利用式(241)的條件來(lái)近似式(263)中的電動(dòng)勢(shì)差E930d。
EdA90≈E930d …(264)EdA90＝rk[p9，q9，ω0]·exp{j·θ00[p9，q9，ω0]}·exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0 …(265)假定向勵(lì)磁線圈3提供具有角頻率ω2的勵(lì)磁電流，且第三參數(shù)是p9，第四參數(shù)是q9。在這種情況下，根據(jù)式(54)、(88)和(89)，由下式來(lái)表示電極2a和2b之間的第一電極間電動(dòng)勢(shì)與電極2c和2d之間的第二電極間電動(dòng)勢(shì)之差E932d。
E932d＝rk[p9，q9，ω2]·exp{j·(θ3+θ00[p9，q9，ω2])}·[exp(j·π/2)·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω2+γ·exp(j·Δθ01)·{b3-b4·exp(j·Δθ4)}·V] …(266)因?yàn)棣?＞γ·V成立，所以考慮到式(240)所代表的條件，式(245)對(duì)于式(266)所給出的電動(dòng)勢(shì)差E932d成立。以下表達(dá)式代表電動(dòng)勢(shì)差EdA92，其利用式(245)的條件來(lái)近似式(266)中的電動(dòng)勢(shì)差E932d。
EdA92≈E932d …(267)EdA92＝rk[p9，q9，ω2]·exp{j·θ00[p9，q9，ω2]}·exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω2 …(268)在式(265)和(268)中，可以利用電極間電動(dòng)勢(shì)之差來(lái)提取合成矢量中的A/t分量。式(265)和(268)與流速大小V無(wú)關(guān)，因此只是由A/t所產(chǎn)生的分量?？梢岳迷撾妱?dòng)勢(shì)差，來(lái)測(cè)量除流速以外的流體狀態(tài)和測(cè)量管道狀態(tài)。
當(dāng)式(265)中取決于第三和第四參數(shù)的變化因子為Cpq90，則Cpq90＝rk[p9，q9，ω0]·exp(j·θ00[p9，q9，ω0])成立，且其余部分是在標(biāo)定時(shí)提供的常數(shù)。由式(265)來(lái)表示變化因子Cpq90。
Cpq90＝EdA90/[exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω0]…(269)當(dāng)式(268)中取決于第三和第四參數(shù)的變化因子為Cpq92，則Cpq92＝rk[p9，q9，ω2]·exp(j·θ00[p9，q9，ω2])成立，且其余部分是在標(biāo)定時(shí)提供的常數(shù)。由式(268)來(lái)表示變化因子Cpq92。
Cpq92＝EdA92/[exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}·ω2]…(270)令m3b和θ3b為式(269)和(270)中的[exp{j·(π/2+θ3)}·{b3+b4·exp(j·Δθ4)}]的幅度和角度，m3b和θ3b由式(213)和(214)來(lái)表示。一旦將式(213)和(214)應(yīng)用于式(269)，就用下式來(lái)表示變化因子Cpq90的幅度rk[p9，q9，ω0]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p9，q9，ω0]rk[p9，q9，ω0]＝|EdA90|/(m3b·ω0)…(271)θ00[p9，q9，ω0]＝∠EdA90-θ3b…(272)一旦將式(120)和(121)應(yīng)用于式(270)，就用下式來(lái)表示變化因子Cpq92的幅度rk[p9，q9，ω2]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p9，q9，ω2]rk[p9，q9，ω2]＝|EdA92|/(m3b·ω2)…(273)θ00[p9，q9，ω2]＝∠EdA92-θ3b…(274)可以從預(yù)先在標(biāo)定時(shí)通過(guò)測(cè)量而檢查的參數(shù)p9和q9與rk[p9，q9，ω0]和rk[p9，q9，ω2]之間的關(guān)系，或從參數(shù)p9和q9與θ00[p9，q9，ω0]和θ00[p9，q9，ω2]之間的關(guān)系，來(lái)獲得參數(shù)p9和q9。
接下來(lái)將描述根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備的具體配置和操作。根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備具有和第六實(shí)施例中的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備相同的配置。因此，和圖46中一樣的附圖標(biāo)記表示該實(shí)施例中的相同部件。該實(shí)施例的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備包括測(cè)量管道1；第一電極2a和2b；第二電極2c和2d；勵(lì)磁線圈3；電源單元4；以及狀態(tài)定量化單元8b。
狀態(tài)定量化單元8b包括信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b，其獲得由第一電極2a和2b檢測(cè)的第一合成電動(dòng)勢(shì)以及由第二電極2c和2d檢測(cè)的第二合成電動(dòng)勢(shì)的振幅和相位，基于這些振幅和相位，來(lái)獲得具有第一和第二角頻率ω0和ω2的第一和第二合成電動(dòng)勢(shì)的相同頻率分量之間的電動(dòng)勢(shì)差，從該電動(dòng)勢(shì)差提取具有多個(gè)頻率分量的A/t分量，并從所提取的A/t分量來(lái)提取取決于多個(gè)第二參數(shù)和頻率的變化因子的幅度或相位；狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b(等效于上述第三表)，其預(yù)先存儲(chǔ)多個(gè)第二參數(shù)和多個(gè)頻率分量的變化因子的幅度或相位之間的關(guān)系；以及狀態(tài)輸出單元7b，其基于狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b中存儲(chǔ)的關(guān)系，來(lái)獲得與所提取的變化因子的幅度或相位對(duì)應(yīng)的多個(gè)第二參數(shù)。
電源單元4b的操作和第八實(shí)施例中一樣。圖53是示出根據(jù)該實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元8b的操作的流程圖。首先，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b在第一勵(lì)磁狀態(tài)下，獲得電極2a和2b之間的第一電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω0分量電動(dòng)勢(shì)與電極2c和2d之間的第二電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω0分量電動(dòng)勢(shì)之差的振幅r930d，并利用相位檢測(cè)器(未示出)來(lái)獲得實(shí)軸與該電動(dòng)勢(shì)差E930d之間的相位差φ930d(圖53中的步驟801)。
隨后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b在勵(lì)磁角頻率為ω2的第二勵(lì)磁狀態(tài)下，獲得第一電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω2分量電動(dòng)勢(shì)與第二電極間電動(dòng)勢(shì)的角頻率ω2分量電動(dòng)勢(shì)之差的振幅r932d，并利用相位檢測(cè)器來(lái)獲得實(shí)軸與該電動(dòng)勢(shì)差E932d之間的相位差φ932d(步驟802)。
接著，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b按照下式來(lái)計(jì)算近似于電動(dòng)勢(shì)差E930d的電動(dòng)勢(shì)EdA90的幅度|EdA90|及其關(guān)于實(shí)軸的角度∠EdA90(步驟803)|EdA90|＝r930d …(275)∠EdA90＝φ930d …(276)然后，信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b按照下式來(lái)計(jì)算近似于電動(dòng)勢(shì)差E932d的電動(dòng)勢(shì)EdA92的幅度|EdA92|及其關(guān)于實(shí)軸的角度∠EdA92(步驟804)|EdA92|＝r932d …(277)∠EdA92＝φ932d …(278)步驟803和804中的處理對(duì)應(yīng)于獲得A/t分量的處理，并等效于式(265)和(268)的計(jì)算。
信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b從電動(dòng)勢(shì)差EdA90，如下計(jì)算取決于第三和第四參數(shù)p9和q9的變化因子Cpq90的幅度rk[p9，q9，ω0]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p9，q9，ω0](步驟805)rk[p9，q9，ω0]＝|EdA90|/(m3b·ω0) …(279)θ00[p9，q9，ω0]＝∠EdA90-θ3b …(280)信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b也從電動(dòng)勢(shì)差EdA92，如下計(jì)算取決于第三和第四參數(shù)p9和q9的變化因子Cpq92的幅度rk[p9，q9，ω2]及其關(guān)于實(shí)軸的角度θ00[p9，q9，ω2](步驟806)rk[p9，q9，ω2]＝|EdA92|/(m3b·ω2) …(281)θ00[p9，q9，ω2]＝∠EdA92-θ3b …(282)注意，m3b和θ3b是可以預(yù)先通過(guò)標(biāo)定等獲得的常數(shù)。
預(yù)先把第三和第四參數(shù)p9和q9與變化因子Cpq90和Cpq92的幅度rk[p9，q9，ω0]和rk[p9，q9，ω2]之間的關(guān)系，或參數(shù)p9和q9與變化因子Cpq90和Cpq92的角度θ00[p9，q9，ω0]和θ00[p9，q9，ω2]之間的關(guān)系，以數(shù)學(xué)表達(dá)式或表的形式注冊(cè)在狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b中。
狀態(tài)輸出單元7b根據(jù)由信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5b計(jì)算的變化因子Cpq90和Cpq92的幅度rk[p9，q9，ω0]和rk[p9，q9，ω2]或角度θ00[p9，q9，ω0]和θ00[p9，q9，ω2]，通過(guò)參考狀態(tài)存儲(chǔ)單元6b來(lái)計(jì)算與幅度rk[p9，q9，ω0]和rk[p9，q9，ω2]或角度θ00[p9，q9，ω0]和θ00[p9，q9，ω2]對(duì)應(yīng)的第三和第四參數(shù)p9和q9值(步驟807)。
狀態(tài)定量化單元8b以T為周期執(zhí)行上述步驟801至807的處理，直到例如操作者指示測(cè)量結(jié)束為止(步驟808為是)。注意，在第二勵(lì)磁狀態(tài)下執(zhí)行步驟802至807的處理持續(xù)T2秒。
如上所述，根據(jù)該實(shí)施例，注意，當(dāng)勵(lì)磁線圈3所產(chǎn)生的磁場(chǎng)B3和B4相等時(shí)，可以近似提取電動(dòng)勢(shì)差E930d和E932d作為電動(dòng)勢(shì)差E930d和E932d的勵(lì)磁角頻率分別為ω0和ω2時(shí)的A/t分量。該實(shí)施例被配置成從近似提取的兩個(gè)A/t分量，提取取決于流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)(第三和第四參數(shù)p9和q9)的變化因子Cpq90和Cpq92；并根據(jù)變化因子Cpq90和Cpq92的幅度或相位來(lái)獲得第三和第四參數(shù)p9和q9。這使與流體流速無(wú)關(guān)地準(zhǔn)確檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)成為可能。
和第六實(shí)施例中一樣，可以利用計(jì)算機(jī)和程序，來(lái)實(shí)施該實(shí)施例的狀態(tài)定量化單元8b中除電動(dòng)勢(shì)差E930d和E932d檢測(cè)單元以外的部件。在該實(shí)施例中，假定向勵(lì)磁線圈3提供具有角頻率ω0的勵(lì)磁電流，并且第三參數(shù)是p9，第四參數(shù)是q9。在這種情況下，當(dāng)E930s代表電極2a和2b之間的第一電極間電動(dòng)勢(shì)與電極2c和2d之間的第二電極間電動(dòng)勢(shì)之和時(shí)，通過(guò)使式(263)中的b4的符號(hào)取反，來(lái)獲得電極間電動(dòng)勢(shì)E930s。結(jié)果，可以將電極間電動(dòng)勢(shì)E930s看作v×B分量。因此，根據(jù)該實(shí)施例，可以利用基本上和電磁感應(yīng)型流量計(jì)相同的硬件配置，來(lái)檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或測(cè)量管道狀態(tài)。
在該實(shí)施例中，足以提取變化因子Cpq90和Cpq92的幅度rk[p9，q9，ω0]和rk[p9，q9，ω2]或角度θ00[p9，q9，ω0]和θ00[p9，q9，ω2]。然而，可以通過(guò)提取該分量的幅度和角度，來(lái)獲得第三和第四參數(shù)p9和q9。在這種情況下，足以選擇具有更高靈敏度的幅度rk[p9，q9，ω0]和rk[p9，q9，ω2]或角度θ00[p9，q9，ω0]和θ00[p9，q9，ω2]，并根據(jù)所選擇的幅度或角度來(lái)獲得第三和第四參數(shù)p9和q9。這使提高檢測(cè)靈敏度成為可能。
另外，該實(shí)施例舉例說(shuō)明了將勵(lì)磁頻率切換為ω0或ω2的情況。然而，利用包含角頻率ω0和ω2分量的勵(lì)磁電流來(lái)執(zhí)行勵(lì)磁，使切換勵(lì)磁頻率變得不必要。這樣能夠更高速地計(jì)算參數(shù)p9和q9。例如，足以使用由式(225)和(226)表示的磁場(chǎng)來(lái)代替式(41)和(42)。
此外，第一至第九實(shí)施例的每一個(gè)實(shí)施例都使用一對(duì)電極2a和2b作為第一電極，且使用一對(duì)電極2c和2d作為第二電極。然而，本發(fā)明不限于此，而是可以使用第一和第二電極的每一個(gè)電極。如果只使用一個(gè)電極，則因?yàn)閷⒂糜谑勾郎y(cè)流體的電勢(shì)接地的地環(huán)或地電極設(shè)置在測(cè)量管道1上，所以足以利用信號(hào)轉(zhuǎn)換單元5、5a或5b來(lái)檢測(cè)單個(gè)電極所產(chǎn)生的電動(dòng)勢(shì)(與地電勢(shì)的電勢(shì)差)。當(dāng)使用一對(duì)電極時(shí)，電極軸被定義為連接這對(duì)電極的直線。假定只使用一個(gè)電極。在這種情況下，假定虛電極位于關(guān)于包括單個(gè)實(shí)電極的平面PLN上的測(cè)量管道軸PAX與該實(shí)電極相對(duì)的位置，且電極軸被定義為連接實(shí)電極和虛電極的直線。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明可應(yīng)用于一種檢測(cè)流體特性或狀態(tài)或流體所流過(guò)的測(cè)量管道的狀態(tài)的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備。
權(quán)利要求
1.一種狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于包括測(cè)量管道，流體流過(guò)所述測(cè)量管道；勵(lì)磁單元，所述勵(lì)磁單元向流體施加一關(guān)于第一平面不對(duì)稱(chēng)的時(shí)變磁場(chǎng)，該第一平面垂直于所述測(cè)量管道的軸方向；電極，所述電極位于所述測(cè)量管道中的所述第一平面上，以檢測(cè)基于A/t分量(A矢量勢(shì)，t時(shí)間)的電動(dòng)勢(shì)和基于v×B分量(v流速，B磁通密度)的電動(dòng)勢(shì)的合成電動(dòng)勢(shì)，所述A/t分量與流體流速無(wú)關(guān)，所述v×B分量由流體流速引起，所述合成電動(dòng)勢(shì)是由施加于流體的磁場(chǎng)和流體流動(dòng)而產(chǎn)生的；以及狀態(tài)定量化單元，所述狀態(tài)定量化單元從所述電極所檢測(cè)的合成電動(dòng)勢(shì)提取A/t分量，從該A/t分量提取取決于待檢測(cè)參數(shù)的變化因子，并根據(jù)該變化因子來(lái)確定所述參數(shù)的量值，其中所述參數(shù)是流體特性和狀態(tài)和所述測(cè)量管道狀態(tài)至少之一。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于所述狀態(tài)定量化單元包括信號(hào)轉(zhuǎn)換單元，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元從所述電極所檢測(cè)的合成電動(dòng)勢(shì)提取A/t分量，并從該A/t分量提取取決于所述參數(shù)的變化因子；狀態(tài)存儲(chǔ)單元，所述狀態(tài)存儲(chǔ)單元預(yù)先存儲(chǔ)所述參數(shù)和取決于所述參數(shù)的變化因子之間的關(guān)系；以及狀態(tài)輸出單元，所述狀態(tài)輸出單元根據(jù)所述狀態(tài)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的關(guān)系，來(lái)獲得與所提取的變化因子對(duì)應(yīng)的所述參數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于所述勵(lì)磁單元向流體施加磁場(chǎng)，以便在同時(shí)定時(shí)和交替定時(shí)之一下提供多種勵(lì)磁頻率；以及所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元通過(guò)獲得由所述電極所檢測(cè)的合成電動(dòng)勢(shì)的多個(gè)頻率分量的振幅和相位，來(lái)提取A/t分量，所述多個(gè)頻率分量是在同時(shí)定時(shí)和交替定時(shí)之一下獲得的。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于所述勵(lì)磁單元包括勵(lì)磁線圈，所述勵(lì)磁線圈位于和第一平面相隔一偏移量的位置；以及電源單元，所述電源單元向所述勵(lì)磁線圈提供勵(lì)磁電流，以便在同時(shí)定時(shí)和交替定時(shí)之一下提供包括第一頻率和第二頻率的兩種不同勵(lì)磁頻率，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元獲得由所述電極檢測(cè)的合成電動(dòng)勢(shì)的第一頻率和第二頻率這兩個(gè)頻率分量的振幅和相位，根據(jù)這些振幅和相位來(lái)提取這兩個(gè)頻率分量之間的電動(dòng)勢(shì)差作為A/t分量，并從該A/t分量提取取決于所述參數(shù)、但與頻率無(wú)關(guān)的變化因子的幅度和相位之一，以及所述狀態(tài)存儲(chǔ)單元預(yù)先存儲(chǔ)所述參數(shù)和取決于所述參數(shù)的變化因子的幅度和相位之一之間的關(guān)系。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于所述勵(lì)磁單元包括第一勵(lì)磁線圈，所述第一勵(lì)磁線圈位于和第一平面相隔第一偏移量的位置；第二勵(lì)磁線圈，所述第二勵(lì)磁線圈位于和該第一平面相隔第二偏移量的位置，以便關(guān)于該第一平面與所述第一勵(lì)磁線圈相對(duì)；以及電源單元，所述電源單元向所述第一勵(lì)磁線圈和第二勵(lì)磁線圈提供勵(lì)磁電流，以便在同時(shí)定時(shí)和交替定時(shí)之一下提供包括第一頻率和第二頻率的兩種不同勵(lì)磁頻率，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元獲得由所述電極檢測(cè)的合成電動(dòng)勢(shì)的第一頻率和第二頻率這兩個(gè)頻率分量的振幅和相位，根據(jù)這些振幅和相位來(lái)提取這兩個(gè)頻率分量之間的電動(dòng)勢(shì)差作為A/t分量，并從該A/t分量提取取決于所述參數(shù)、但與頻率無(wú)關(guān)的變化因子的幅度和相位之一，以及所述狀態(tài)存儲(chǔ)單元預(yù)先存儲(chǔ)所述參數(shù)和取決于所述參數(shù)的變化因子的幅度和相位之一之間的關(guān)系。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于所述勵(lì)磁單元包括勵(lì)磁線圈，所述勵(lì)磁線圈向流體施加磁場(chǎng)；以及電源單元，所述電源單元向所述勵(lì)磁線圈提供勵(lì)磁電流，以便在同時(shí)定時(shí)和交替定時(shí)之一下，提供包括第一頻率和第二頻率的兩種不同勵(lì)磁頻率，所述電極包括第一第一電極，所述第一電極位于和第二平面相隔第一偏移量的位置，該第二平面包括所述勵(lì)磁線圈的軸、且垂直于所述測(cè)量管道的軸方向；以及第二電極，所述第二電極位于和該第二平面相隔第二偏移量的位置，以便關(guān)于該第二平面與所述第一電極相對(duì)，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元獲得由所述第一電極檢測(cè)的第一合成電動(dòng)勢(shì)和所述第二電極檢測(cè)的第二合成電動(dòng)勢(shì)的每一個(gè)的振幅和相位，根據(jù)該振幅和相位，來(lái)獲得第一頻率和第二頻率下的第一合成電動(dòng)勢(shì)和第二合成電動(dòng)勢(shì)的相同頻率分量之間的電動(dòng)勢(shì)差，提取第一頻率下的電動(dòng)勢(shì)差與第二頻率下的電動(dòng)勢(shì)差之差作為A/t分量，并從該A/t分量提取取決于所述參數(shù)、但與頻率無(wú)關(guān)的變化因子的幅度和相位之一，以及所述狀態(tài)存儲(chǔ)單元預(yù)先存儲(chǔ)所述參數(shù)和取決于所述參數(shù)的變化因子的幅度和相位之一之間的關(guān)系。
7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于所述勵(lì)磁單元包括勵(lì)磁線圈，所述勵(lì)磁線圈向流體施加磁場(chǎng)；以及電源單元，所述電源單元向所述勵(lì)磁線圈提供勵(lì)磁電流，以便在同時(shí)定時(shí)和交替定時(shí)之一下，提供包括第一頻率和第二頻率的兩種不同勵(lì)磁頻率，所述電極包括第一第一電極，所述第一電極位于和第二平面相隔第一偏移量的位置，該第二平面包括所述勵(lì)磁線圈的軸、且垂直于所述測(cè)量管道的軸方向；以及第二電極，所述第二電極位于和該第二平面相隔第二偏移量的位置，以便關(guān)于該第二平面與所述第一電極相對(duì)，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元獲得由所述第一電極檢測(cè)的第一合成電動(dòng)勢(shì)和所述第二電極檢測(cè)的第二合成電動(dòng)勢(shì)的每一個(gè)的振幅和相位，根據(jù)該振幅和相位，來(lái)獲得第一頻率和第二頻率下的第一合成電動(dòng)勢(shì)和第二合成電動(dòng)勢(shì)的相同頻率分量的電動(dòng)勢(shì)和，提取第一頻率下的電動(dòng)勢(shì)和與第二頻率下的電動(dòng)勢(shì)和之差作為A/t分量，并從該A/t分量提取取決于所述參數(shù)、但與頻率無(wú)關(guān)的變化因子的幅度和相位之一，以及所述狀態(tài)存儲(chǔ)單元預(yù)先存儲(chǔ)所述參數(shù)和取決于所述參數(shù)的變化因子的幅度和相位之一之間的關(guān)系。
8.根據(jù)權(quán)利要求2所述的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于所述勵(lì)磁單元包括第一勵(lì)磁線圈，所述第一勵(lì)磁線圈位于和第一平面相隔第一偏移量的位置；第二勵(lì)磁線圈，所述第二勵(lì)磁線圈位于和該第一平面相隔第二偏移量的位置，以便關(guān)于該第一平面與所述第一勵(lì)磁線圈相對(duì)；以及電源單元，所述電源單元向所述第一勵(lì)磁線圈和所述第二勵(lì)磁線圈提供具有相位差的勵(lì)磁電流，以及所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元獲得由所述電極檢測(cè)的合成電動(dòng)勢(shì)的振幅和相位，以提取A/t分量。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元獲得由所述電極檢測(cè)的合成電動(dòng)勢(shì)的振幅和相位，以提取A/t分量，并從該A/t分量提取取決于所述參數(shù)、但與頻率無(wú)關(guān)的變化因子的幅度和相位之一，以及所述狀態(tài)存儲(chǔ)單元預(yù)先存儲(chǔ)所述參數(shù)和取決于所述參數(shù)的變化因子的幅度和相位之一之間的關(guān)系。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于所述電源單元向第一勵(lì)磁線圈和第二勵(lì)磁線圈提供具有相位差的勵(lì)磁電流，以便在同時(shí)定時(shí)和交替定時(shí)之一下提供至少兩種勵(lì)磁頻率，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元通過(guò)獲得由所述電極檢測(cè)的合成電動(dòng)勢(shì)的第一頻率和第二頻率這兩個(gè)頻率分量的振幅和相位，來(lái)提取具有第一頻率分量的A/t分量和具有第二頻率分量的A/t分量，并根據(jù)具有第一頻率分量的A/t分量和具有第二頻率分量的A/t分量之比，來(lái)提取取決于所述參數(shù)和頻率的變化因子之比的幅度和相位之一，以及所述狀態(tài)存儲(chǔ)單元預(yù)先存儲(chǔ)所述參數(shù)和所述變化因子之比的幅度和相位之一之間的關(guān)系。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于所述電源單元向第一勵(lì)磁線圈和第二勵(lì)磁線圈提供具有相位差的勵(lì)磁電流，以便在同時(shí)定時(shí)和交替定時(shí)之一下提供多種勵(lì)磁頻率，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元通過(guò)獲得由所述電極檢測(cè)的合成電動(dòng)勢(shì)的多個(gè)頻率分量的振幅和相位，來(lái)獲得多個(gè)頻率分量的每一個(gè)的A/t分量，并從所提取的每一個(gè)A/t分量，來(lái)提取取決于多個(gè)參數(shù)和頻率的變化因子的幅度和相位之一，所述狀態(tài)存儲(chǔ)單元預(yù)先存儲(chǔ)多個(gè)參數(shù)和對(duì)于多個(gè)頻率分量每一個(gè)的變化因子的幅度和相位之一之間的關(guān)系，以及所述狀態(tài)輸出單元根據(jù)所述狀態(tài)存儲(chǔ)單元中存儲(chǔ)的關(guān)系，來(lái)計(jì)算與所提取的變化因子的幅度和相位之一對(duì)應(yīng)的多個(gè)參數(shù)。
12.根據(jù)權(quán)利要求2所述的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于所述勵(lì)磁單元包括勵(lì)磁線圈，所述勵(lì)磁線圈向流體施加磁場(chǎng)；以及電源單元，所述電源單元向所述勵(lì)磁線圈提供勵(lì)磁電流，所述電極包括第一第一電極，所述第一電極位于和第二平面相隔第一偏移量的位置，該第二平面包括所述勵(lì)磁線圈的軸、且垂直于所述測(cè)量管道的軸方向；以及第二電極，所述第二電極位于和該第二平面相隔第二偏移量的位置，以便關(guān)于該第二平面與所述第一電極相對(duì)，以及所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元獲得由所述第一電極檢測(cè)的第一合成電動(dòng)勢(shì)和所述第二電極檢測(cè)的第二合成電動(dòng)勢(shì)的每一個(gè)的振幅和相位，根據(jù)該振幅和相位，從所述第一合成電動(dòng)勢(shì)和所述第二合成電動(dòng)勢(shì)之間的電動(dòng)勢(shì)差提取A/t分量。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元獲得由所述第一電極檢測(cè)的第一合成電動(dòng)勢(shì)和所述第二電極檢測(cè)的第二合成電動(dòng)勢(shì)的每一個(gè)的振幅和相位，根據(jù)該振幅和相位，從所述第一合成電動(dòng)勢(shì)和所述第二合成電動(dòng)勢(shì)之間的電動(dòng)勢(shì)差提取A/t分量，并從該A/t分量提取取決于所述參數(shù)、但與頻率無(wú)關(guān)的變化因子的幅度和相位之一，所述狀態(tài)存儲(chǔ)單元預(yù)先存儲(chǔ)所述參數(shù)和取決于所述參數(shù)的變化因子的幅度和相位之一之間的關(guān)系。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的狀態(tài)檢測(cè)設(shè)備，其特征在于所述電源單元向勵(lì)磁線圈提供勵(lì)磁電流，以便在同時(shí)定時(shí)和交替定時(shí)之一下提供包括第一頻率和第二頻率的不同勵(lì)磁頻率，所述信號(hào)轉(zhuǎn)換單元獲得由所述第一電極檢測(cè)的第一合成電動(dòng)勢(shì)和所述第二電極檢測(cè)的第二合成電動(dòng)勢(shì)的每一個(gè)的振幅和相位，根據(jù)該振幅和相位，來(lái)獲得第一頻率和第二頻率下的第一合成電動(dòng)勢(shì)和第二合成電動(dòng)勢(shì)的相同頻率分量之間的電動(dòng)勢(shì)差，從該電動(dòng)勢(shì)差提取具有第一頻率分量的A/t分量和具有第二頻率分量的A/t分量，并從具有第一頻率分量的A/t分量和具有第二頻率分量的A/t分量之比，來(lái)提取取決于所述參數(shù)和頻率的變化因子之比的幅度和相位之一，以及所述狀態(tài)存儲(chǔ)單元預(yù)先存儲(chǔ)所述參數(shù)和所述變化因子之比的幅度和相位之一之間的關(guān)系。
全文摘要
在本發(fā)明中，勵(lì)磁單元向流體施加關(guān)于某一平面(PLN)不對(duì)稱(chēng)的時(shí)變磁場(chǎng)。電極位于測(cè)量管道中的該平面上，并檢測(cè)基于A/t分量(A矢量勢(shì)，t時(shí)間)的電動(dòng)勢(shì)和基于v×B分量(v流速，B磁通密度)的電動(dòng)勢(shì)的合成電動(dòng)勢(shì)，該A/t分量與流體流速無(wú)關(guān)，該v×B分量由流體流速引起，該合成電動(dòng)勢(shì)是由施加于流體的磁場(chǎng)和流體流動(dòng)而產(chǎn)生的。狀態(tài)定量化單元從該電極所檢測(cè)的合成電動(dòng)勢(shì)提取A/t分量，從該A/t分量提取取決于待檢測(cè)參數(shù)的變化因子，并根據(jù)該變化因子來(lái)確定該參數(shù)的量值。該參數(shù)是流體特性和狀態(tài)和測(cè)量管道狀態(tài)至少之一。在本發(fā)明中，可以利用和電磁感應(yīng)型流量計(jì)相同的硬件配置，與流體流量無(wú)關(guān)地檢測(cè)流體特性和狀態(tài)及測(cè)量管道狀態(tài)。
文檔編號(hào)G01F1/60GK101061372SQ20058004000
公開(kāi)日2007年10月24日 申請(qǐng)日期2005年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年9月22日
發(fā)明者山本友繁 申請(qǐng)人:株式會(huì)社山武