(57)【要約】【課題】正確なスパン補正を行い、被測定流体の流量を０にすることなく０点の誤差を補正する。【解決手段】電磁流量計は、測定管１と、電極２ａ，２ｂと、電極２ａ，２ｂを含む、測定管軸方向と垂直な平面に対して非対称な磁場を流体に印加する励磁コイル３と、電極２ａ，２ｂで検出される、流体の流速とは無関係な∂Ａ／∂ｔ成分の起電力と流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分の起電力との合成起電力から、∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、合成起電力の中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかる係数であるスパンの変動要因を除去する正規化処理を行うスパン補正部５１と、抽出された∂Ａ／∂ｔ成分を正規化処理したときに得られる∂Ａ／∂ｔ成分を、正規化された合成起電力の中から取り除いてｖ×Ｂ成分を抽出する０点補正部５２と、ｖ×Ｂ成分から流体の流量を算出する流量出力部６とを備える。【選択図】  図２０
2006058177.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定流体が流れる測定管と、
この測定管に配設され、前記流体に印加される磁場と前記流体の流れとによって生じた起電力を検出する電極と、
この電極を含む、前記測定管の軸方向と垂直な第１の平面に対して非対称かつ時間変化する磁場を前記流体に印加する励磁部と、
前記電極で検出される、前記流体の流速とは無関係な∂Ａ／∂ｔ成分の起電力と前記流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分の起電力との合成起電力から、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて前記合成起電力の中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかる係数であるスパンの変動要因を除去する正規化処理を行うスパン補正部と、
前記抽出された∂Ａ／∂ｔ成分と同一又は異なる∂Ａ／∂ｔ成分を前記正規化処理したときに得られる∂Ａ／∂ｔ成分を、前記スパン補正部によって正規化された合成起電力の中から取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出する０点補正部と、
前記抽出されたｖ×Ｂ成分から前記流体の流量を算出する流量出力部とを備えることを特徴とする電磁流量計。
【請求項２】
請求項１記載の電磁流量計において、
前記０点補正部は、前記抽出された∂Ａ／∂ｔ成分を前記正規化処理したときに得られる∂Ａ／∂ｔ成分を、前記スパン補正部によって正規化された合成起電力の中から取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出することを特徴とする電磁流量計。
【請求項３】
請求項２記載の電磁流量計において、
前記励磁部は、複数の励磁周波数を同時又は交互に与える磁場を前記流体に印加し、
前記スパン補正部は、前記電極で検出される合成起電力のうち同時又は交互に得られる複数の周波数成分の振幅と位相を求めることにより前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することを特徴とする電磁流量計。
【請求項４】
請求項３記載の電磁流量計において、
前記励磁部は、前記電極を含む、前記測定管の軸方向と垂直な第１の平面からオフセットを設けて離れた位置に配設された励磁コイルと、第１の周波数と第２の周波数の異なる２つの励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給する電源部とからなり、
前記スパン補正部は、前記電極で検出される合成起電力のうち前記第１の周波数と第２の周波数の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記２つの周波数成分の起電力差を前記∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、この抽出した∂Ａ／∂ｔ成分に基づき、前記電極で検出される合成起電力のうち前記第１の周波数の成分又は前記第２の周波数の成分の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を除去する正規化処理を行い、
前記０点補正部は、前記電極で検出される合成起電力のうち前記スパン補正部によって正規化された周波数成分の中から、正規化された∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出することを特徴とする電磁流量計。
【請求項５】
請求項１記載の電磁流量計において、
前記スパン補正部は、前記電極で検出される合成起電力から第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて前記合成起電力の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を除去する正規化処理を行い、
前記０点補正部は、前記抽出された第１の∂Ａ／∂ｔ成分と異なる∂Ａ／∂ｔ成分を前記正規化処理したときに得られる第２の∂Ａ／∂ｔ成分を、前記スパン補正部によって正規化された合成起電力の中から取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出することを特徴とする電磁流量計。
【請求項６】
請求項５記載の電磁流量計において、
前記励磁部は、前記電極を含む、前記測定管の軸方向と垂直な第１の平面から第１のオフセットを設けて離れた位置に配設された第１の励磁コイルと、前記第１の平面から第２のオフセットを設けて離れた位置に、前記第１の平面を挟んで前記第１の励磁コイルと対向するように配設された第２の励磁コイルと、前記第１の励磁コイルに供給する励磁電流と第２の励磁コイルに供給する励磁電流の位相差を切り替えながら、複数の励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルに供給する電源部とからなり、
前記スパン補正部は、前記第１の励磁コイルにより発生する第１の磁場と前記第２の励磁コイルにより発生する第２の磁場との位相差が第１の値である第１の励磁状態において、前記電極で検出される合成起電力のうち同時又は交互に得られる複数の周波数成分の振幅と位相を求めることにより前記第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、前記第１の磁場と第２の磁場との位相差が前記第１の励磁状態と異なる第２の励磁状態において、前記電極で検出される合成起電力のうち同時又は交互に得られる複数の周波数成分の振幅と位相を求め、この複数の周波数成分の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を前記抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、
前記０点補正部は、前記電極で検出される合成起電力のうち前記スパン補正部によって正規化された複数の周波数成分の位相と振幅から、前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することを特徴とする電磁流量計。
【請求項７】
請求項６記載の電磁流量計において、
前記電源部は、第１の周波数と第２の周波数の異なる２つの励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルに供給し、
前記スパン補正部は、前記第１の励磁状態において、前記電極で検出される合成起電力のうち前記第１の周波数と第２の周波数の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記２つの周波数成分の起電力差を前記第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記第２の励磁状態において、前記電極で検出される合成起電力のうち前記第１の周波数と第２の周波数の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、この２つの周波数成分の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を前記抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、
前記０点補正部は、前記電極で検出される合成起電力のうち前記スパン補正部によって正規化された２つの周波数成分の位相と振幅に基づいて、この２つの周波数成分の起電力差を前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記正規化された２つの周波数成分のうちいずれか１つの周波数成分の中から、前記抽出した第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出することを特徴とする電磁流量計。
【請求項８】
請求項５記載の電磁流量計において、
前記励磁部は、前記電極を含む、前記測定管の軸方向と垂直な第１の平面から第１のオフセットを設けて離れた位置に配設された第１の励磁コイルと、前記第１の平面から第２のオフセットを設けて離れた位置に、前記第１の平面を挟んで前記第１の励磁コイルと対向するように配設された第２の励磁コイルと、前記第１の励磁コイルに供給する励磁電流と第２の励磁コイルに供給する励磁電流の位相差を切り替えながら、複数の励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルに供給する電源部とからなり、
前記スパン補正部は、前記第１の励磁コイルにより発生する第１の磁場と前記第２の励磁コイルにより発生する第２の磁場との位相差が第１の値である第１の励磁状態において、前記電極で検出される合成起電力のうち同時又は交互に得られる複数の周波数成分の振幅と位相を求めることにより前記第１の∂Ａ／∂ｔ成分を前記複数の周波数成分の各々について抽出し、前記第１の磁場と第２の磁場との位相差が前記第１の励磁状態と異なる第２の励磁状態において、前記電極で検出される合成起電力のうち同時又は交互に得られる複数の周波数成分の振幅と位相を求め、この複数の周波数成分の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を対応する同一周波数の第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、
前記０点補正部は、前記電極で検出される合成起電力のうち前記スパン補正部によって正規化された複数の周波数成分の位相と振幅から、前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することを特徴とする電磁流量計。
【請求項９】
請求項８記載の電磁流量計において、
前記電源部は、第１の周波数と第２の周波数の異なる２つの励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルに供給し、
前記スパン補正部は、前記第１の励磁状態において、前記電極で検出される合成起電力のうち前記第１の周波数と第２の周波数の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記２つの周波数成分を前記第１の周波数と第２の周波数における第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記第２の励磁状態において、前記電極で検出される合成起電力のうち前記第１の周波数と第２の周波数の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、この２つの周波数成分の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を対応する同一周波数の第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、
前記０点補正部は、前記電極で検出される合成起電力のうち前記スパン補正部によって正規化された２つの周波数成分の位相と振幅に基づいて、この２つの周波数成分の起電力差を前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記正規化された２つの周波数成分のうちいずれか１つの周波数成分の中から、前記抽出した第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出することを特徴とする電磁流量計。
【請求項１０】
請求項５記載の電磁流量計において、
前記励磁部は、前記流体に磁場を印加する励磁コイルと、複数の励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給する電源部とからなり、
前記電極は、前記励磁コイルの軸を含む、前記測定管の軸方向と垂直な第２の平面から第１のオフセットを設けて離れた位置に配設された第１の電極と、前記第２の平面から第２のオフセットを設けて離れた位置に、前記第２の平面を挟んで前記第１の電極と対向するように配設された第２の電極とからなり、
前記スパン補正部は、前記第１の電極で検出される第１の合成起電力と前記第２の電極で検出される第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を複数の周波数成分について同時又は交互に求め、複数の起電力差から前記第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力和を複数の周波数成分について同時又は交互に求め、複数の起電力和の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を前記抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、
前記０点補正部は、前記スパン補正部によって正規化された複数の起電力和から前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することを特徴とする電磁流量計。
【請求項１１】
請求項１０記載の電磁流量計において、
前記電源部は、第１の周波数と第２の周波数の異なる２つの励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給し、
前記スパン補正部は、前記第１の電極で検出される第１の合成起電力と前記第２の電極で検出される第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を前記第１の周波数と第２の周波数について求め、この２つの起電力差の差分を前記第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力和を前記第１の周波数と第２の周波数について求め、この２つの起電力和の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を前記抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、
前記０点補正部は、前記スパン補正部によって正規化された２つの起電力和の差分を前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記正規化された２つの起電力和のうちいずれか１つの起電力和の中から、前記抽出した第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出することを特徴とする電磁流量計。
【請求項１２】
請求項５記載の電磁流量計において、
前記励磁部は、前記流体に磁場を印加する励磁コイルと、複数の励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給する電源部とからなり、
前記電極は、前記励磁コイルの軸を含む、前記測定管の軸方向と垂直な第２の平面から第１のオフセットを設けて離れた位置に配設された第１の電極と、前記第２の平面から第２のオフセットを設けて離れた位置に、前記第２の平面を挟んで前記第１の電極と対向するように配設された第２の電極とからなり、
前記スパン補正部は、前記第１の電極で検出される第１の合成起電力と前記第２の電極で検出される第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力和を複数の周波数成分について同時又は交互に求め、複数の起電力和から前記第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を複数の周波数成分について同時又は交互に求め、複数の起電力差の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を前記抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、
前記０点補正部は、前記スパン補正部によって正規化された複数の起電力差から前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することを特徴とする電磁流量計。
【請求項１３】
請求項１２記載の電磁流量計において、
前記電源部は、第１の周波数と第２の周波数の異なる２つの励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給し、
前記スパン補正部は、前記第１の電極で検出される第１の合成起電力と前記第２の電極で検出される第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力和を前記第１の周波数と第２の周波数について求め、この２つの起電力和の差分を前記第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を前記第１の周波数と第２の周波数について求め、この２つの起電力差の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を前記抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、
前記０点補正部は、前記スパン補正部によって正規化された２つの起電力差の差分を前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記正規化された２つの起電力差のうちいずれか１つの起電力差の中から、前記抽出した第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出することを特徴とする電磁流量計。
【請求項１４】
請求項５記載の電磁流量計において、
前記励磁部は、前記流体に磁場を印加する励磁コイルと、複数の励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給する電源部とからなり、
前記電極は、前記励磁コイルの軸を含む、前記測定管の軸方向と垂直な第２の平面から第１のオフセットを設けて離れた位置に配設された第１の電極と、前記第２の平面から第２のオフセットを設けて離れた位置に、前記第２の平面を挟んで前記第１の電極と対向するように配設された第２の電極とからなり、
前記スパン補正部は、前記第１の電極で検出される第１の合成起電力と前記第２の電極で検出される第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を複数の周波数成分について同時又は交互に求めることにより、前記第１の∂Ａ／∂ｔ成分を前記複数の周波数成分の各々について抽出し、前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力和を複数の周波数成分について同時又は交互に求め、複数の起電力和の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を対応する同一周波数の第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、
前記０点補正部は、前記スパン補正部によって正規化された複数の起電力和から前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することを特徴とする電磁流量計。
【請求項１５】
請求項１４記載の電磁流量計において、
前記電源部は、第１の周波数と第２の周波数の異なる２つの励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給し、
前記スパン補正部は、前記第１の電極で検出される第１の合成起電力と前記第２の電極で検出される第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を前記第１の周波数と第２の周波数について求め、この２つの起電力差を前記第１の周波数と第２の周波数における第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力和を前記第１の周波数と第２の周波数について求め、この２つの起電力和の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を対応する同一周波数の第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、
前記０点補正部は、前記スパン補正部によって正規化された２つの起電力和の差分を前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記正規化された２つの起電力和のうちいずれか１つの起電力和の中から、前記抽出した第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出することを特徴とする電磁流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電磁流量計に係り、特に電極で検出される電極間起電力のうち被測定流体の流量に起因する成分の流速にかかる係数を自動的に補正するスパン補正と、磁場の変動に起因する０点のずれを自動的に補正する０補正の技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術と本発明を理解するために必要な両者に共通する理論的前提部分について説明する。まず、一般に知られている数学的基礎知識について説明する。
同一周波数で異なる振幅の余弦波Ｐ・ｃｏｓ（ω・ｔ）、正弦波Ｑ・ｓｉｎ（ω・ｔ）は、以下のような余弦波に合成される。Ｐ，Ｑは振幅、ωは角周波数である。
Ｐ・ｃｏｓ（ω・ｔ）＋Ｑ・ｓｉｎ（ω・ｔ）＝（Ｐ2＋Ｑ2）1/2 ・ｃｏｓ（ω・ｔ−ε）
ただし、ε＝ｔａｎ-1（Ｑ／Ｐ）                                    ・・・（１）
【０００３】
式（１）の合成を分析するには、余弦波Ｐ・ｃｏｓ（ω・ｔ）の振幅Ｐを実軸、正弦波Ｑ・ｓｉｎ（ω・ｔ）の振幅Ｑを虚軸にとるように複素座標平面に写像すると都合がよい。すなわち、複素座標平面上において、原点からの距離（Ｐ2＋Ｑ2）1/2 が合成波の振幅を与え、実軸との角度ε＝ｔａｎ-1（Ｑ／Ｐ）が合成波とω・ｔとの位相差を与えることになる。
【０００４】
また、複素座標平面上においては、以下の関係式が成り立つ。
Ｌ・ｅｘｐ（ｊ・ε）＝Ｌ・ｃｏｓ（ε）＋ｊ・Ｌ・ｓｉｎ（ε）      ・・・（２）
式（２）は複素ベクトルに関する表記であり、ｊは虚数単位である。Ｌは複素ベクトルの長さを与え、εは複素ベクトルの方向を与える。したがって、複素座標平面上の幾何学的関係を分析するには、複素ベクトルへの変換を活用すると都合がよい。
以下の説明では、電極間起電力がどのような挙動を示し、従来技術はこの挙動をどのように利用しているかを説明するために、上記のような複素座標平面への写像と、複素ベクトルによる幾何学的分析を採用する。
【０００５】
次に、発明者が提案した電磁流量計（特許文献１参照）におけるコイル１組、電極１対の場合の複素ベクトル配置について説明する。
図３０は、特許文献１の電磁流量計の原理を説明するためのブロック図である。この電磁流量計は、被測定流体が流れる測定管１と、被測定流体に印加される磁場および測定管１の軸ＰＡＸの双方と直交し、かつ被測定流体と接触するように測定管１に対向配置され、前記磁場と被測定流体の流れとによって生じた起電力を検出する一対の電極２ａ，２ｂと、測定管軸ＰＡＸの方向と直交する、電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮを測定管１の境としたとき、この平面ＰＬＮを境とする測定管１の前後で非対称な、時間変化する磁場を被測定流体に印加する励磁コイル３とを有する。
【０００６】
ここで、励磁コイル３から発生する磁場のうち、電極２ａ，２ｂ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ上において電極軸ＥＡＸおよび測定管軸ＰＡＸの双方と直交する磁場成分（磁束密度）Ｂ１は、以下のように与えられるものとする。
Ｂ１＝ｂ１・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ１）                              ・・・（３）
式（３）において、ｂ１は振幅、ω０は角周波数、θ１はω０・ｔとの位相差（位相遅れ）である。以下、磁束密度Ｂ１を磁場Ｂ１とする。
【０００７】
まず、磁場の変化に起因し、被測定流体の流速とは無関係な電極間起電力について説明する。磁場の変化に起因する起電力は、磁場の時間微分ｄＢ／ｄｔによるので、励磁コイル３から発生する磁場Ｂ１を次式のように微分する。
ｄＢ１／ｄｔ＝−ω０・ｂ１・ｓｉｎ（ω０・ｔ−θ１）              ・・・（４）
被測定流体の流速が０の場合、発生する渦電流は、磁場の変化に起因する成分のみとなり、磁場Ｂａの変化による渦電流Ｉは、図３１に示すような向きとなる。したがって、電極軸ＥＡＸと測定管軸ＰＡＸとを含む平面内において、磁場Ｂａの変化によって発生する、流速と無関係な電極間起電力Ｅは、図３１に示すような向きとなる。この向きをマイナス方向とする。
【０００８】
このとき、電極間起電力Ｅは、次式に示すように向きを考えた磁場の時間微分−ｄＢ１／ｄｔに比例係数ｒｋをかけ、位相θ１をθ１＋θ００で置き換えたものとなる（ｒｋ、θ００は、被測定流体の導電率及び誘電率と電極２ａ，２ｂの配置を含む測定管１の構造に関係する）。
Ｅ＝ｒｋ・ω０・ｂ１・ｓｉｎ（ω０・ｔ−θ１−θ００）            ・・・（５）
そして、式（５）を変形すると次式となる。
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）
【０００９】
ここで、式（６）をω０・ｔを基準として複素座標平面に写像すると、実軸成分Ｅｘ、虚軸成分Ｅｙは次式となる。
Ｅｘ＝ｒｋ・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）
【００１０】
さらに、式（７）、式（８）に示したＥｘ，Ｅｙを次式に示す複素ベクトルＥｃに変換する。
Ｅｃ＝Ｅｘ＋ｊ・Ｅｙ
＝ｒｋ・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）
【００１１】
複素座標に変換された式（９）の電極間起電力Ｅｃは、磁場の時間変化のみに起因し、流速とは無関係な電極間起電力となる。式（９）のｒｋ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θ００）｝は、長さがｒｋ・ω０・ｂ１、実軸からの角度がπ／２＋θ１＋θ００の複素ベクトルである。
また、前述の比例係数ｒｋ及び角度θ００は、次の複素ベクトルｋｃで表すことができる。
ｋｃ＝ｒｋ・ｃｏｓ（θ００）＋ｊ・ｒｋ・ｓｉｎ（θ００）
＝ｒｋ・ｅｘｐ（ｊ・θ００）                                ・・・（１０）
式（１０）において、ｒｋはベクトルｋｃの大きさ、θ００は実軸に対するベクトルｋｃの角度である。
【００１２】
次に、被測定流体の流速に起因する電極間起電力について説明する。被測定流体の流速の大きさがＶ（Ｖ≠０）の場合、発生する渦電流には、流速０のときの渦電流Ｉに加えて、被測定流体の流速ベクトルｖに起因する成分ｖ×Ｂａが発生するため、流速ベクトルｖと磁場Ｂａによる渦電流Ｉｖは、図３２に示すような向きとなる。したがって、流速ベクトルｖと磁場Ｂａによって発生する電極間起電力Ｅｖは時間変化によって発生する電極間起電力Ｅと逆向きとなり、Ｅｖの方向をプラス方向とする。
【００１３】
このとき、流速に起因する電極間起電力Ｅｖは、次式に示すように、磁場Ｂ１に比例係数ｒｋｖをかけ、位相θ１をθ１＋θ０１で置き換えたものとなる（ｒｋｖ、θ０１は、流速の大きさＶと被測定流体の導電率及び誘電率と電極２ａ，２ｂの配置を含む測定管１の構造に関係する）。
Ｅｖ＝ｒｋｖ・｛ｂ１・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ１−θ０１）｝        ・・・（１１）
式（１１）を変形すると次式となる。
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）
【００１４】
ここで、式（１２）をω０・ｔを基準として複素座標平面に写像すると、実軸成分Ｅｖｘ、虚軸成分Ｅｖｙは次式となる。
Ｅｖｘ＝ｒｋｖ・ｂ１・｛ｃｏｓ（θ１＋θ０１）｝                ・・・（１３）
Ｅｖｙ＝ｒｋｖ・ｂ１・｛ｓｉｎ（θ１＋θ０１）｝                ・・・（１４）
さらに、式（１３）、式（１４）に示したＥｖｘ，Ｅｖｙを次式に示す複素ベクトルＥｖｃに変換する。
Ｅｖｃ＝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）
【００１５】
複素座標に変換された式（１５）の電極間起電力Ｅｖｃは、被測定流体の流速に起因する電極間起電力となる。式（１５）のｒｋｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θ０１）｝は、長さがｒｋｖ・ｂ１、実軸からの角度がθ１＋θ０１の複素ベクトルである。
また、前述の比例係数ｒｋｖ及び角度θ０１は、次の複素ベクトルｋｖｃで表すことができる。
ｋｖｃ＝ｒｋｖ・ｃｏｓ（θ０１）＋ｊ・ｒｋｖ・ｓｉｎ（θ０１）
＝ｒｋｖ・ｅｘｐ（ｊ・θ０１）                            ・・・（１６）
式（１６）においてｒｋｖはベクトルｋｖｃの大きさ、θ０１は実軸に対するベクトルｋｖｃの角度である。ここで、ｒｋｖは、前記比例係数ｒｋ（式（１０）参照）に流速の大きさＶと比例係数γをかけたものに相当する。すなわち、次式が成立する。
ｒｋｖ＝γ・ｒｋ・Ｖ                                            ・・・（１７）
【００１６】
磁場の時間変化に起因する電極間起電力Ｅｃと流体の流速に起因する電極間起電力Ｅｖｃとを合わせた全体の電極間起電力Ｅａｃは、式（１５）に式（１７）を代入した式と、式（９）とを足すことにより、次式で表される。
Ｅａｃ＝ｒｋ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θ００）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θ０１）｝      ・・・（１８）
【００１７】
式（１８）から分かるように、電極間起電力Ｅａｃは、ｒｋ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θ００）｝とγ・ｒｋ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θ０１）｝の２個の複素ベクトルにより記述される。複素ベクトルｒｋ・ω０・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ１＋θ００）｝は後述する∂Ａ／∂ｔ成分であり、複素ベクトルγ・ｒｋ・Ｖ・ｂ１・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１＋θ０１）｝は後述するｖ×Ｂ成分である。この２個の複素ベクトルを合成した合成ベクトルの長さが出力（電極間起電力Ｅａｃ）の振幅を表し、この合成ベクトルの角度φが入力（励磁電流）の位相ω０・ｔに対する電極間起電力Ｅａｃの位相差（位相遅れ）を表す。
なお、流量は流速に測定管の断面積をかけたものとなるため、通常、初期状態での校正において流速と流量は一対一の関係となり、流速を求めることと流量を求めることは同等に扱えるので、以下（流量を求めるために）流速を求める方式として説明を進める。
【００１８】
特許文献１の電磁流量計は、上記のような理論を背景に、スパンのシフトに影響されないパラメータ（非対称励磁パラメータ）を抽出し、これに基づき流量を出力することで、スパンのシフトの問題を解決している。
ここで、図３３を用いてスパンのシフトについて説明する。被測定流体の流速が変化していないにもかかわらず、電磁流量計によって計測される流速の大きさＶが変化したとすると、この出力変動の要因としてスパンのシフトが考えられる。
【００１９】
例えば、初期状態において被測定流体の流速が０のときに電磁流量計の出力が０（ｖ）となり、流速が１（ｍ／ｓｅｃ）のときに出力が１（ｖ）となるように校正したとする。ここでの電磁流量計の出力は、流速の大きさＶを表す電圧である。このような校正により、被測定流体の流速が１（ｍ／ｓｅｃ）であれば、電磁流量計の出力は当然１（ｖ）になるはずである。ところが、ある時間ｔ１が経過したところで、被測定流体の流速が同じく１（ｍ／ｓｅｃ）であるにもかかわらず、電磁流量計の出力が１．２（ｖ）になることがある。この出力変動の要因として考えられるのが、スパンのシフトである。スパンのシフトという現象は、例えば電磁流量計の周囲温度の変化などにより、励磁コイルを流れる励磁電流値が一定値を維持できなくなるなどの原因により発生する。
【００２０】
特許文献１の電磁流量計は、スパンのシフトを補正することにより正確な流量計測を実現するものであるが、流量計測の精度に影響を与える他の要因として、出力の０点のシフトがある。ここで、図３４を用いて出力の０点のシフトについて説明しておく。被測定流体の流速が変化していないにもかかわらず、電磁流量計によって計測される流速の大きさＶが変化したとすると、この出力変動の要因として０点のシフトが考えられる。
例えば、初期状態において被測定流体の流量が０のときに電磁流量計の出力が０（ｖ）となり、流速が１（ｍ／ｓｅｃ）のときに出力が１（ｖ）となるように校正したとする。ここでの電磁流量計の出力は、流速の大きさＶを表す電圧である。このような校正により、被測定流体の流速が１（ｍ／ｓｅｃ）であれば、電磁流量計の出力は当然１（ｖ）になるはずである。ところが、ある時間ｔ１が経過したところで、被測定流体の流速が同じく１（ｍ／ｓｅｃ）であるにもかかわらず、電磁流量計の出力が１．５（ｖ）になり、さらに流速を０に戻しても０．５（ｖ）が出力され、０にならないことがある。この出力変動の要因として考えられるのが、０点のシフトである。０点のシフトという現象は、例えば電磁流量計の周囲温度の変化などにより、磁場の変化によって発生する電圧が変動し、キャンセルできなくなることから生じる。
【００２１】
励磁コイルに供給する励磁電流に正弦波を用いる正弦波励磁方式の電磁流量計には、商用周波数ノイズの影響を受けやすいという欠点があるが、この欠点は励磁電流の周波数を高くした高周波励磁方式によって解決することができる（例えば、非特許文献１参照）。また、高周波励磁方式には、電気化学ノイズやスパイクノイズといった１／ｆノイズに強いという利点があり、さらに応答性（流量変化に対して流量信号を素早く追従させる特性）を向上させることができるという利点がある。正弦波励磁方式の電磁流量計では、常に磁場が変化しており、この磁場の変化によって発生する電極間起電力の成分の影響をなくすために、電極軸を境とする測定管の前後で磁場が対称に分布するような構造となっている。しかし、実際には電極や取り出し線の位置ずれ、コイルから発生する磁場の対称性のずれなどにより、磁場の時間変化によって発生する成分の影響を受ける。そこで、正弦波励磁方式の電磁流量計では、磁場の時間変化によって発生する成分の影響を校正時にオフセットとして取り除いているが、磁場のシフトや磁場の分布の変化等により影響をうけ、電磁流量計の出力の０点がシフトしてしまうことが避けられない。また、正弦波励磁方式の電磁流量計では、位相検波により磁場の変化による成分をキャンセルするようにしているが、この位相検波が安定しないため、出力の０点の安定性が悪いという欠点があった。
【００２２】
一方、励磁コイルに供給する励磁電流に矩形波を用いる矩形波励磁方式の電磁流量計の場合、磁場の変化がなくなったところで、電極間起電力を検出するという手法をとっているため、出力の０点の安定性が正弦波励磁方式に比べて優れている（例えば、非特許文献１参照）。しかし、矩形波励磁方式の電磁流量計では、励磁電流が高周波になると、励磁コイルのインピーダンスや、励磁電流の応答性、磁場の応答性、励磁コイルのコアや測定管での過電流損失といった影響を無視できなくなり、矩形波励磁を維持すること（すなわち、磁場の変化がないところで電極間起電力を検出すること）が難しくなり、出力の０点の安定性を確保できなくなる。結果として、矩形波励磁方式の電磁流量計の場合、高周波励磁が難しく、流量変化に対する応答性の向上や１／ｆノイズの除去を実現できないという問題点があった。
【００２３】
また、正弦波励磁方式と矩形波励磁方式のいずれにおいても、被測定流体を流したままでは０点がシフトしたかどうかを確認することができないので、被測定流体を止めて流量を０にした上で、出力の０点がシフトしたかどうかを確認し、設定している０点のオフセットを修正する作業が必要となる。
【００２４】
なお、出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に関連する先行技術文献を出願時までに発見するには至らなかった。
【特許文献１】ＷＯ  ０３／０２７６１４
【非特許文献１】社団法人日本計量機器工業連合会編，「計装エンジニアのための流量計測  ＡｔｏＺ」，工業技術社，１９９５年，ｐ．１４３−１６０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２５】
まず、電磁流量計のスパン補正の問題を説明するために必要な物理現象について説明しておく。変化する磁場中を物体が移動する場合、電磁誘導によって２種類の電界、(a) 磁場の時間変化によって発生する電界Ｅ(i)＝∂Ａ／∂ｔ 、(b) 磁場中を物体が動くことにより発生する電界Ｅ(v)＝ｖ×Ｂ が発生する。ｖ×ＢはｖとＢの外積を示し、∂Ａ／∂ｔはＡの時間による偏微分を示す。ｖ、Ｂ、Ａはそれぞれ下記に対応しており、３次元（ｘ、ｙ、ｚ）に方向をもつベクトルである（ｖ：流速、Ｂ：磁束密度、Ａ：ベクトルポテンシャル（磁束密度とはＢ＝ｒｏｔＡの関係がある））。ただし、ここでの３次元ベクトルは複素平面上のベクトルとは意味が異なる。この２種類の電界によって、電位分布が流体中に発生し、この電位は電極によって検出することができる。
特許文献１の電磁流量計では、基本的な理論展開においては実軸に対するベクトルｋｃの角度θ００、実軸に対するベクトルｋｖｃの角度θ０１を考慮しているが、スパンのシフトの問題を解決できる電磁流量計の制約条件として、θ００＝θ０１＝０を前提においている。すなわち、上記前提が成立するように電磁流量計の条件を整えることが制約条件になる。なお、θ１は初期位相であり、励磁電流と電極間起電力に共通の位相部分である。ゆえに、従来技術および本発明のように、励磁電流と電極間起電力の位相差のみを考える場合は、理解を容易にするためθ１＝０とする。
【００２６】
前記制約条件が流量計測に与える影響について、図３５を用いて複素ベクトルの考え方で説明する。図３５において、Ｒｅは実軸、Ｉｍは虚軸である。まず、磁場の時間変化のみに依存し、被測定流体の流速に依存しない電極間起電力Ｅｃを∂Ａ／∂ｔ成分と呼び、この∂Ａ／∂ｔ成分をベクトルＶａで表すと共に、被測定流体の流速に依存する電極間起電力Ｅｖｃをｖ×Ｂ成分と呼び、このｖ×Ｂ成分をベクトルＶｂで表す。前述のスパンとは、この被測定流体の流速に依存するｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかる係数である。なお、θ００，θ０１の前述の定義を言い換えると、θ００は虚軸に対するベクトルＶａの角度、θ０１は実軸に対するベクトルＶｂの角度である。
【００２７】
図３０に示した電磁流量計の構成において、θ００＝θ０１＝０ということは、ベクトルＶａが虚軸Ｉｍ上に存在し、ベクトルＶｂが実軸Ｒｅ上に存在することを意味する。すなわち、ベクトルＶａとＶｂは直交する位置関係にある。このように、特許文献１の電磁流量計は、∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａとｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂが直交することを前提としている。
【００２８】
しかしながら、現実の電磁流量計において、上記前提は必ずしも常に成立するとは限らない。その理由は、ミクロ的には∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａとｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂの直交性は保証されるが、マクロ的に見ると、被測定流体に印加される磁場が理想的な分布になっていないため、電極で検出されるマクロ的な∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａとｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂが若干のゆがみを含むと考えなければならないからである。したがって、ベクトルＶａとＶｂは直交しないし、θ００≠０、θ０１≠０、θ００≠θ０１と考えなければならない。
【００２９】
以上の説明から明らかなように、高精度の流量計測を指向する場合には、ベクトルＶａとＶｂの直交性を精密に考慮しなければならないが、特許文献１の電磁流量計では、ベクトルＶａとＶｂの直交性を前提としているので、直交性に誤差が生じる場合には、正確なスパン補正や流量計測ができない可能性があった。
【００３０】
次に、電磁流量計の０補正の問題について説明すると、特許文献１の電磁流量計では、出力の０点のシフトを考慮しておらず、０点の誤差を補正することができないという問題点があった。特許文献１の電磁流量計で０点のシフトによる流量計測誤差が生じることは、式（１８）において∂Ａ／∂ｔ成分が変動すると、流速の大きさＶが０であっても、電極間起電力Ｅａｃが０にならないことから明らかである。
一方、非特許文献１に記載された電磁流量計では、校正時に０点の誤差を補正することができる。しかし、正弦波励磁方式の電磁流量計では、校正した後に０点がシフトしてしまうことがあり、０点の安定性を確保することができないという問題点があった。また、矩形波励磁方式の電磁流量計においても、高周波励磁において０点の安定性を確保することができないという問題点があった。
さらに、特許文献１および非特許文献１に記載されたいずれの電磁流量計においても、被測定流体を流したままの状態では出力の０点の誤差を補正することができないという問題点があった。
【００３１】
本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、正確なスパン補正を自動的に行うことができ、かつ高周波励磁においても出力の０点の安定性を確保することができ、被測定流体の流量を０にすることなく０点の誤差を補正することができる電磁流量計を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３２】
本発明の電磁流量計は、被測定流体が流れる測定管と、この測定管に配設され、前記流体に印加される磁場と前記流体の流れとによって生じた起電力を検出する電極と、この電極を含む、前記測定管の軸方向と垂直な第１の平面に対して非対称かつ時間変化する磁場を前記流体に印加する励磁部と、前記電極で検出される、前記流体の流速とは無関係な∂Ａ／∂ｔ成分の起電力と前記流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分の起電力との合成起電力から、前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて前記合成起電力の中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかる係数であるスパンの変動要因を除去する正規化処理を行うスパン補正部と、前記抽出された∂Ａ／∂ｔ成分と同一又は異なる∂Ａ／∂ｔ成分を前記正規化処理したときに得られる∂Ａ／∂ｔ成分を、前記スパン補正部によって正規化された合成起電力の中から取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出する０点補正部と、前記抽出されたｖ×Ｂ成分から前記流体の流量を算出する流量出力部とを備えるものである。
また、本発明の電磁流量計の１構成例において、前記０点補正部は、前記抽出された∂Ａ／∂ｔ成分を前記正規化処理したときに得られる∂Ａ／∂ｔ成分を、前記スパン補正部によって正規化された合成起電力の中から取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出するものである。
【００３３】
また、本発明の電磁流量計の１構成例において、前記励磁部は、複数の励磁周波数を同時又は交互に与える磁場を前記流体に印加し、前記スパン補正部は、前記電極で検出される合成起電力のうち同時又は交互に得られる複数の周波数成分の振幅と位相を求めることにより前記∂Ａ／∂ｔ成分を抽出するものである。
また、本発明の電磁流量計の１構成例（第１の実施の形態）において、前記励磁部は、前記電極を含む、前記測定管の軸方向と垂直な第１の平面からオフセットを設けて離れた位置に配設された励磁コイルと、第１の周波数と第２の周波数の異なる２つの励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給する電源部とからなり、前記スパン補正部は、前記電極で検出される合成起電力のうち前記第１の周波数と第２の周波数の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記２つの周波数成分の起電力差を前記∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、この抽出した∂Ａ／∂ｔ成分に基づき、前記電極で検出される合成起電力のうち前記第１の周波数の成分又は前記第２の周波数の成分の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を除去する正規化処理を行い、前記０点補正部は、前記電極で検出される合成起電力のうち前記スパン補正部によって正規化された周波数成分の中から、正規化された∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出するものである。
また、本発明の電磁流量計の１構成例において、前記スパン補正部は、前記電極で検出される合成起電力から第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて前記合成起電力の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を除去する正規化処理を行い、前記０点補正部は、前記抽出された第１の∂Ａ／∂ｔ成分と異なる∂Ａ／∂ｔ成分を前記正規化処理したときに得られる第２の∂Ａ／∂ｔ成分を、前記スパン補正部によって正規化された合成起電力の中から取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出するものである。
【００３４】
また、本発明の電磁流量計の１構成例において、前記励磁部は、前記電極を含む、前記測定管の軸方向と垂直な第１の平面から第１のオフセットを設けて離れた位置に配設された第１の励磁コイルと、前記第１の平面から第２のオフセットを設けて離れた位置に、前記第１の平面を挟んで前記第１の励磁コイルと対向するように配設された第２の励磁コイルと、前記第１の励磁コイルに供給する励磁電流と第２の励磁コイルに供給する励磁電流の位相差を切り替えながら、複数の励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルに供給する電源部とからなり、前記スパン補正部は、前記第１の励磁コイルにより発生する第１の磁場と前記第２の励磁コイルにより発生する第２の磁場との位相差が第１の値である第１の励磁状態において、前記電極で検出される合成起電力のうち同時又は交互に得られる複数の周波数成分の振幅と位相を求めることにより前記第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、前記第１の磁場と第２の磁場との位相差が前記第１の励磁状態と異なる第２の励磁状態において、前記電極で検出される合成起電力のうち同時又は交互に得られる複数の周波数成分の振幅と位相を求め、この複数の周波数成分の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を前記抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、前記０点補正部は、前記電極で検出される合成起電力のうち前記スパン補正部によって正規化された複数の周波数成分の位相と振幅から、前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出するものである。
また、本発明の電磁流量計の１構成例（第２の実施の形態）において、前記電源部は、第１の周波数と第２の周波数の異なる２つの励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルに供給し、前記スパン補正部は、前記第１の励磁状態において、前記電極で検出される合成起電力のうち前記第１の周波数と第２の周波数の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記２つの周波数成分の起電力差を前記第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記第２の励磁状態において、前記電極で検出される合成起電力のうち前記第１の周波数と第２の周波数の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、この２つの周波数成分の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を前記抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、前記０点補正部は、前記電極で検出される合成起電力のうち前記スパン補正部によって正規化された２つの周波数成分の位相と振幅に基づいて、この２つの周波数成分の起電力差を前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記正規化された２つの周波数成分のうちいずれか１つの周波数成分の中から、前記抽出した第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出するものである。
【００３５】
また、本発明の電磁流量計の１構成例において、前記励磁部は、前記電極を含む、前記測定管の軸方向と垂直な第１の平面から第１のオフセットを設けて離れた位置に配設された第１の励磁コイルと、前記第１の平面から第２のオフセットを設けて離れた位置に、前記第１の平面を挟んで前記第１の励磁コイルと対向するように配設された第２の励磁コイルと、前記第１の励磁コイルに供給する励磁電流と第２の励磁コイルに供給する励磁電流の位相差を切り替えながら、複数の励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルに供給する電源部とからなり、前記スパン補正部は、前記第１の励磁コイルにより発生する第１の磁場と前記第２の励磁コイルにより発生する第２の磁場との位相差が第１の値である第１の励磁状態において、前記電極で検出される合成起電力のうち同時又は交互に得られる複数の周波数成分の振幅と位相を求めることにより前記第１の∂Ａ／∂ｔ成分を前記複数の周波数成分の各々について抽出し、前記第１の磁場と第２の磁場との位相差が前記第１の励磁状態と異なる第２の励磁状態において、前記電極で検出される合成起電力のうち同時又は交互に得られる複数の周波数成分の振幅と位相を求め、この複数の周波数成分の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を対応する同一周波数の第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、前記０点補正部は、前記電極で検出される合成起電力のうち前記スパン補正部によって正規化された複数の周波数成分の位相と振幅から、前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出するものである。
また、本発明の電磁流量計の１構成例（第３の実施の形態）において、前記電源部は、第１の周波数と第２の周波数の異なる２つの励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記第１の励磁コイルと第２の励磁コイルに供給し、前記スパン補正部は、前記第１の励磁状態において、前記電極で検出される合成起電力のうち前記第１の周波数と第２の周波数の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記２つの周波数成分を前記第１の周波数と第２の周波数における第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記第２の励磁状態において、前記電極で検出される合成起電力のうち前記第１の周波数と第２の周波数の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、この２つの周波数成分の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を対応する同一周波数の第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、前記０点補正部は、前記電極で検出される合成起電力のうち前記スパン補正部によって正規化された２つの周波数成分の位相と振幅に基づいて、この２つの周波数成分の起電力差を前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記正規化された２つの周波数成分のうちいずれか１つの周波数成分の中から、前記抽出した第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出するものである。
【００３６】
また、本発明の電磁流量計の１構成例において、前記励磁部は、前記流体に磁場を印加する励磁コイルと、複数の励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給する電源部とからなり、前記電極は、前記励磁コイルの軸を含む、前記測定管の軸方向と垂直な第２の平面から第１のオフセットを設けて離れた位置に配設された第１の電極と、前記第２の平面から第２のオフセットを設けて離れた位置に、前記第２の平面を挟んで前記第１の電極と対向するように配設された第２の電極とからなり、前記スパン補正部は、前記第１の電極で検出される第１の合成起電力と前記第２の電極で検出される第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を複数の周波数成分について同時又は交互に求め、複数の起電力差から前記第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力和を複数の周波数成分について同時又は交互に求め、複数の起電力和の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を前記抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、前記０点補正部は、前記スパン補正部によって正規化された複数の起電力和から前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出するものである。
また、本発明の電磁流量計の１構成例（第４の実施の形態）において、前記電源部は、第１の周波数と第２の周波数の異なる２つの励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給し、前記スパン補正部は、前記第１の電極で検出される第１の合成起電力と前記第２の電極で検出される第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を前記第１の周波数と第２の周波数について求め、この２つの起電力差の差分を前記第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力和を前記第１の周波数と第２の周波数について求め、この２つの起電力和の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を前記抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、前記０点補正部は、前記スパン補正部によって正規化された２つの起電力和の差分を前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記正規化された２つの起電力和のうちいずれか１つの起電力和の中から、前記抽出した第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出するものである。
【００３７】
また、本発明の電磁流量計の１構成例において、前記励磁部は、前記流体に磁場を印加する励磁コイルと、複数の励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給する電源部とからなり、前記電極は、前記励磁コイルの軸を含む、前記測定管の軸方向と垂直な第２の平面から第１のオフセットを設けて離れた位置に配設された第１の電極と、前記第２の平面から第２のオフセットを設けて離れた位置に、前記第２の平面を挟んで前記第１の電極と対向するように配設された第２の電極とからなり、前記スパン補正部は、前記第１の電極で検出される第１の合成起電力と前記第２の電極で検出される第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力和を複数の周波数成分について同時又は交互に求め、複数の起電力和から前記第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を複数の周波数成分について同時又は交互に求め、複数の起電力差の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を前記抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、前記０点補正部は、前記スパン補正部によって正規化された複数の起電力差から前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出するものである。
また、本発明の電磁流量計の１構成例（第４の実施の形態）において、前記電源部は、第１の周波数と第２の周波数の異なる２つの励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給し、前記スパン補正部は、前記第１の電極で検出される第１の合成起電力と前記第２の電極で検出される第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力和を前記第１の周波数と第２の周波数について求め、この２つの起電力和の差分を前記第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を前記第１の周波数と第２の周波数について求め、この２つの起電力差の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を前記抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、前記０点補正部は、前記スパン補正部によって正規化された２つの起電力差の差分を前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記正規化された２つの起電力差のうちいずれか１つの起電力差の中から、前記抽出した第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出するものである。
【００３８】
また、本発明の電磁流量計の１構成例において、前記励磁部は、前記流体に磁場を印加する励磁コイルと、複数の励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給する電源部とからなり、前記電極は、前記励磁コイルの軸を含む、前記測定管の軸方向と垂直な第２の平面から第１のオフセットを設けて離れた位置に配設された第１の電極と、前記第２の平面から第２のオフセットを設けて離れた位置に、前記第２の平面を挟んで前記第１の電極と対向するように配設された第２の電極とからなり、前記スパン補正部は、前記第１の電極で検出される第１の合成起電力と前記第２の電極で検出される第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を複数の周波数成分について同時又は交互に求めることにより、前記第１の∂Ａ／∂ｔ成分を前記複数の周波数成分の各々について抽出し、前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力和を複数の周波数成分について同時又は交互に求め、複数の起電力和の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を対応する同一周波数の第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、前記０点補正部は、前記スパン補正部によって正規化された複数の起電力和から前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出するものである。
【００３９】
また、本発明の電磁流量計の１構成例（第５の実施の形態）において、前記電源部は、第１の周波数と第２の周波数の異なる２つの励磁周波数を同時又は交互に与える励磁電流を前記励磁コイルに供給し、前記スパン補正部は、前記第１の電極で検出される第１の合成起電力と前記第２の電極で検出される第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を前記第１の周波数と第２の周波数について求め、この２つの起電力差を前記第１の周波数と第２の周波数における第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力和を前記第１の周波数と第２の周波数について求め、この２つの起電力和の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を対応する同一周波数の第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行い、前記０点補正部は、前記スパン補正部によって正規化された２つの起電力和の差分を前記第２の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、前記正規化された２つの起電力和のうちいずれか１つの起電力和の中から、前記抽出した第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出するものである。
【発明の効果】
【００４０】
本発明によれば、電極で検出される、流体の流速とは無関係な∂Ａ／∂ｔ成分の起電力と流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分の起電力との合成起電力から、∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて合成起電力の中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかる係数であるスパンの変動要因を除去する正規化処理を行い、前記抽出された∂Ａ／∂ｔ成分と同一又は異なる∂Ａ／∂ｔ成分を正規化処理したときに得られる∂Ａ／∂ｔ成分を、正規化された合成起電力の中から取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出し、抽出したｖ×Ｂ成分から流体の流量を算出するようにしたので、正確なスパン補正を自動的に行うことができ、かつ被測定流体の流量を０にすることなく電磁流量計の出力の０点を補正することができ、高周波励磁においても０点の安定性を確保することができる。その結果、本発明では、高精度の流量計測を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
本発明は、電磁流量計の電極で検出される電極間起電力から、∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａとｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂとの合成ベクトルＶａ＋Ｖｂを求めたとき、ベクトルＶａは磁場の時間変化のみに依存し、被測定流体の流速の大きさＶに無関係なベクトルであり、ベクトルＶｂは被測定流体の流速の大きさＶに比例して大きさが変化するベクトルであることに着目している。
【００４２】
本発明では、合成ベクトルＶａ＋Ｖｂの中から、ｖ×Ｂ成分に含まれるスパン変動要因を消去することが可能な第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この第１の∂Ａ／∂ｔ成分を用いて合成ベクトルＶａ＋Ｖｂを正規化することにより、合成ベクトルＶａ＋Ｖｂ中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパン変動要因を消去する。第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することにより、第１の∂Ａ／∂ｔ成分とｖ×Ｂ成分とが直交するか否かに関係なく、第１の∂Ａ／∂ｔ成分とｖ×Ｂ成分を別々のベクトルとして扱えることが重要である。
【００４３】
次に、本発明では、正規化した合成ベクトルＶａ＋Ｖｂの中から０点の変動要因となる第２の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出して、正規化した合成ベクトルＶａ＋Ｖｂから第２の∂Ａ／∂ｔ成分を引くことにより、ｖ×Ｂ成分のみを抽出している。これにより、本発明では、スパンの変動要因と０点の変動要因がともに消去された出力を得ることができ、ｖ×Ｂ成分から被測定流体の流量を算出することができる。ｖ×Ｂ成分を０にすることなく（流量を０にすることなく）、また∂Ａ／∂ｔ成分を０にすることなく（励磁周波数を０にすることなく）、ｖ×Ｂ成分のみを取り出せることが重要である。なお、第２の∂Ａ／∂ｔ成分は、第１の∂Ａ／∂ｔ成分と同じ場合もある。
以下、０点とスパンを実際に補正するための本発明の基本原理について説明する。
【００４４】
［第１の基本原理］
本発明の第１の基本原理に基づく電磁流量計は、電極で検出される合成ベクトルから０点の変動要因となる∂Ａ／∂ｔ成分を抽出する。この∂Ａ／∂ｔ成分は合成ベクトルの中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかる係数（スパン）の変動要因が消去可能である。そこで、第１の基本原理に基づく電磁流量計では、抽出した∂Ａ／∂ｔ成分を用いて、合成ベクトルを正規化し、正規化した合成ベクトルの中から既知の成分を取り除くことにより、０点の変動要因とスパンの変動要因がともに消去された出力を得るようにしている。
【００４５】
図３０の電磁流量計で説明した式（１８）の右辺第１項は励磁コイル３から発生する磁場の変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分、右辺第２項は励磁コイル３から発生する磁場と流速に起因するｖ×Ｂ成分となる。この合成ベクトルにおけるｖ×Ｂ成分の流速Ｖに係る係数の変動部分と∂Ａ／∂ｔ成分の角周波数ω０に係る係数の変動部分が等しく、合成ベクトルから取り出した∂Ａ／∂ｔ成分を用いて、０補正とスパン補正を行う方式が使用できる。この場合に適用できる原理を以下説明する。
【００４６】
励磁コイル３に角周波数ω０の励磁電流を供給した場合に電極２ａ，２ｂで検出される電極間起電力は、以下の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ１０とｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂ１０の合成ベクトルＶａ１０＋Ｖｂ１０に相当する。
Ｖａ１０＝ｒａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）・Ｃ１・ω０                  ・・・（１９）
Ｖｂ１０＝ｒｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）・Ｃ１・Ｖ                    ・・・（２０）
図１にベクトルＶａ１０とベクトルＶｂ１０と合成ベクトルＶａ１０＋Ｖｂ１０とを示す。
【００４７】
ここで、∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ１０は、磁場の変化により発生する起電力なので、励磁周波数ω０に比例する大きさになる。このベクトルＶａ１０の大きさの既知の比例定数部分をｒａ、ベクトルＶａ１０の既知の方向をθａとすると、Ｃ１が磁場のシフトなどの「変化する要素」として与えられる。
【００４８】
また、ｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂ１０は、測定管中の流体の移動により発生する起電力なので、流速の大きさＶに比例する大きさになる。このベクトルＶｂ１０の大きさの既知の比例定数部分をｒｂ、ベクトルＶｂ１０の既知の方向をθｂとすると、Ｃ１が磁場のシフトなどの「変化する要素」として与えられる。したがって、∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ１０におけるＣ１とｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂ１０におけるＣ１は、同一の要素になる。流速の大きさＶが０の時は、ベクトルＶａ１０が変動することにより、合成ベクトルの大きさが変動する（すなわち、０点が変動する）。
【００４９】
図２は、０補正及びスパン補正の対象となる合成ベクトルから∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ１０を抽出する処理を複素ベクトル表現した図である。電極２ａ，２ｂで検出される合成ベクトルから∂Ａ／∂ｔ成分を抽出する方法としては、複数の励磁周波数による磁場を被測定流体に印加し、電極間起電力に含まれる複数の周波数成分の出力差を利用して∂Ａ／∂ｔ成分を抽出する方法を用いる。電極間起電力から直接求めることができる複素ベクトルは合成ベクトルＶａ１０＋Ｖｂ１０であり、ベクトルＶａ１０，Ｖｂ１０が直接的に計測できるわけではない。そこで、∂Ａ／∂ｔ成分の大きさは励磁周波数ωに比例し、ｖ×Ｂ成分は励磁周波数ωに依存しないことに着眼する。具体的には、ある角周波数ω０で励磁したときの合成ベクトルと別の角周波数ω２で励磁したときの合成ベクトルとの差を求める。この差は、∂Ａ／∂ｔ成分の大きさの変化分だけを与えるベクトルになるので、この変化分から∂Ａ／∂ｔ成分を抽出することができる。
【００５０】
励磁角周波数をω２としたときのｖ×Ｂ成分のベクトルは式（２０）に示したベクトルＶｂ１０と同じである。一方、励磁角周波数をω２としたときの∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ１２は、式（１９）においてω０をω２で置き換えたものとなり、次式のようになる。
Ｖａ１２＝ｒａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）・Ｃ１・ω２                  ・・・（２１）
【００５１】
電極間起電力に含まれる角周波数ω０の成分（合成ベクトルＶａ１０＋Ｖｂ１０）と角周波数ω２の成分（合成ベクトルＶａ１２＋Ｖｂ１０）との差分を求めると、ｖ×Ｂ成分がキャンセルされ、求めた差分をω０／（ω０−ω２）倍したものはベクトルＶａ１０と同じになる。よって、合成ベクトルＶａ１０＋Ｖｂ１０中の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ１０を異なる周波数成分の出力差を利用することにより抽出することができる。
【００５２】
図３は、合成ベクトルＶａ１０＋Ｖｂ１０を∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ１０により正規化する処理を複素ベクトル表現した図である。抽出した∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ１０により、合成ベクトルＶａ１０＋Ｖｂ１０を正規化する。正規化した合成ベクトルをω０倍した合成ベクトルは、以下の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶｎａ１０とｖ×Ｂ成分のベクトルＶｎｂ１０の合成ベクトルＶｎａ１０＋Ｖｎｂ１０で表される。
Ｖｎａ１０＝（Ｖａ１０／Ｖａ１０）・ω０
＝ω０                                                ・・・（２２）
Ｖｎｂ１０＝（Ｖｂ１０／Ｖａ１０）・ω０
＝（ｒｂ／ｒａ）・ｅｘｐ｛ｊ・（θｂ−θａ）｝・Ｖ    ・・・（２３）
【００５３】
なお、正規化した合成ベクトルをω０倍する理由は、流速の大きさＶにかかる係数（スパン）からω０を取り除くためである。式（２３）によれば、正規化ベクトルＶｎｂ１０のＶにかかる係数から変動要因Ｃ１が消去され、スパンが補正されていることが分かる。
図４は、正規化した合成ベクトルＶｎａ１０＋Ｖｎｂ１０からｖ×Ｂ成分のベクトルＶｎｂ１０を抽出する処理を複素ベクトル表現した図である。正規化した合成ベクトルＶｎａ１０＋Ｖｎｂ１０中の∂Ａ／∂ｔ成分は既知の値ω０であり、合成ベクトルＶｎａ１０＋Ｖｎｂ１０からω０を引けば、式（２３）に示したｖ×Ｂ成分のベクトルＶｎｂ１０を抽出することができる。式（２３）より、ｖ×Ｂ成分のベクトルＶｎｂ１０には、０点変動要因である角周波数に関連する項が含まれていないことが分かる。
【００５４】
式（２３）より、被測定流体の流速の大きさＶを以下のように算出することができる。
Ｖ＝｜Ｖｎｂ１０／［（ｒｂ／ｒａ）・ｅｘｐ｛ｊ・（θｂ−θａ）｝］｜
＝｜Ｖｎｂ１０｜／（ｒｂ／ｒａ）                              ・・・（２４）
【００５５】
［第２の基本原理］
次に、本発明の第２の基本原理について説明する。本発明の第２の基本原理に基づく電磁流量計は、電極で検出される合成ベクトル中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因が消去可能な第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この第１の∂Ａ／∂ｔ成分を用いて合成ベクトルを正規化することにより、ｖ×Ｂ成分のスパンを補正し、正規化した合成ベクトルの中で０点の変動要因となる第２の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、正規化した合成ベクトルから第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことにより、スパンの変動要因と０点の変動要因がともに消去された出力を得るようにしている。
【００５６】
まず、第２の基本原理に基づく電磁流量計のうち、２個の励磁コイルと１対の電極とを有する電磁流量計の原理を図５を用いて説明する。図５の電磁流量計は、測定管１と、電極２ａ，２ｂと、測定管軸ＰＡＸの方向と直交する、電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮを測定管１の境としたとき、この平面ＰＬＮを境とする測定管１の前後で非対称な、時間変化する磁場を被測定流体に印加する第１の励磁コイル３ａ、第２の励磁コイル３ｂとを有する。第１の励磁コイル３ａは、平面ＰＬＮから例えば下流側にオフセット距離ｄ１だけ離れた位置に配設される。第２の励磁コイル３ｂは、平面ＰＬＮから例えば上流側にオフセット距離ｄ２だけ離れた位置に、平面ＰＬＮを挟んで第１の励磁コイル３ａと対向するように配設される。
【００５７】
第２の励磁コイル３ｂを平面ＰＬＮを挟んで第１の励磁コイル３ａと対向するように配設した場合、電極２ａ，２ｂで検出される電極間起電力のうち、第１の励磁コイル３ａから発生する磁場および流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分と、第２の励磁コイル３ｂから発生する磁場および流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分とは同じ方向になる。一方、電極間起電力のうち、第１の励磁コイル３ａから発生する磁場の変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分と、第２の励磁コイル３ｂから発生する磁場の変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分とは逆向きになる。そのため、第１の励磁コイル３ａから発生する磁場の変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分と、第１の励磁コイル３ａから発生する磁場および流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分と、第２の励磁コイル３ｂから発生する磁場の変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分と、第２の励磁コイル３ｂから発生する磁場および流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分とを合わせた全ての合成ベクトルにおけるｖ×Ｂ成分の変動要因と∂Ａ／∂ｔ成分の変動要因は、等しくならないことを考慮して補正を行う必要がある。
【００５８】
ここで、第１の励磁コイル３ａから発生する磁場Ｂｂのうち、電極２ａ，２ｂ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ上において電極軸ＥＡＸおよび測定管軸ＰＡＸの双方と直交する磁場成分（磁束密度）Ｂ２と、第２の励磁コイル３ｂから発生する磁場Ｂｃのうち、電極軸ＥＡＸ上において電極軸ＥＡＸおよび測定管軸ＰＡＸの双方と直交する磁場成分（磁束密度）Ｂ３は、以下のように与えられるものとする。
Ｂ２＝ｂ２・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ２）                            ・・・（２５）
Ｂ３＝ｂ３・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ３）                            ・・・（２６）
式（２５）、式（２６）において、ｂ２，ｂ３はそれぞれ磁束密度Ｂ２，Ｂ３の振幅、ω０は角周波数、θ２は磁束密度Ｂ２とω０・ｔとの位相差（位相遅れ）、θ３は磁束密度Ｂ３とω０・ｔとの位相差である。以下、磁束密度Ｂ２を磁場Ｂ２とし、磁束密度Ｂ３を磁場Ｂ３とする。
【００５９】
被測定流体の流速が０の場合、発生する渦電流は、磁場の変化に起因する成分のみとなり、磁場Ｂｂの変化による渦電流Ｉ１、磁場Ｂｃの変化による渦電流Ｉ２は、図６に示すような向きとなる。したがって、電極軸ＥＡＸと測定管軸ＰＡＸとを含む平面内において、磁場Ｂｂの変化によって発生する、流速と無関係な電極間起電力Ｅ１と、磁場Ｂｃの変化によって発生する、流速と無関係な電極間起電力Ｅ２は、図６に示すように互いに逆向きとなる。
【００６０】
被測定流体の流速がＶ（Ｖ≠０）の場合、発生する渦電流には、流速０のときの渦電流Ｉ１，Ｉ２に加えて、被測定流体の流速ベクトルｖに起因する成分ｖ×Ｂｂ，ｖ×Ｂｃが発生するため、流速ベクトルｖと磁場Ｂｂによる渦電流Ｉｖ１、流速ベクトルｖと磁場Ｂｃによる渦電流Ｉｖ２は、図７に示すような向きとなる。したがって、流速ベクトルｖと磁場Ｂｂによって発生する電極間起電力Ｅｖ１、流速ベクトルｖと磁場Ｂｃによって発生する電極間起電力Ｅｖ２は、同じ向きとなる。
【００６１】
図６、図７で説明した電極間起電力の向きを考慮すると、磁場の時間変化に起因する電極間起電力と被測定流体の流速に起因する電極間起電力とを合わせた全体の電極間起電力を複素ベクトルであらわした起電力Ｅａｃ２は、式（１０）、式（１６）、式（１７）を用いれば、式（１８）に対応して次式で表される。
Ｅａｃ２＝ｒｋ・ω０・ｂ２・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ２＋θ００）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ２・ｅｘｐ｛ｊ・（θ２＋θ０１）｝
＋ｒｋ・ω０・ｂ３・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋θ３＋θ００）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ３・ｅｘｐ｛ｊ・（θ３＋θ０１）｝    ・・・（２７）
【００６２】
ここで、ω０・ｔに対する磁場Ｂ２の位相遅れθ２とω０・ｔに対する磁場Ｂ３の位相遅れθ３との関係がθ３＝θ２＋Δθ３で、虚軸に対する∂Ａ／∂ｔ成分の角度θ００と実軸に対するｖ×Ｂ成分の角度θ０１との関係がθ０１＝θ００＋Δθ０１である状態を励磁状態ＳＴａとし、この励磁状態ＳＴａにおける電極間起電力Ｅａｃ２をＥａｃ２０とすると、励磁状態ＳＴａにおける電極間起電力Ｅａｃ２０は次式のようになる。
Ｅａｃ２０＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ２＋θ００）｝
・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ２−ｂ３・ｅｘｐ（ｊ・Δθ３）｝・ω０
＋ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ２＋θ００）｝
・γ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）・｛ｂ２＋ｂ３・ｅｘｐ（ｊ・Δθ３）｝              ・Ｖ                                                ・・・（２８）
【００６３】
また、磁場Ｂ２と磁場Ｂ３との位相差が励磁状態ＳＴａから一定値πだけ変化し（θ３＝π＋θ２＋Δθ３）、かつθ０１＝θ００＋Δθ０１である状態を励磁状態ＳＴｂとし、この励磁状態ＳＴｂにおける電極間起電力Ｅａｃ２をＥａｃ２Ｒとしたときの電極間起電力Ｅａｃ２Ｒは式（２８）より次式のようになる。
Ｅａｃ２Ｒ＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ２＋θ００）｝
・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ２＋ｂ３・ｅｘｐ（ｊ・Δθ３）｝・ω０
＋ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ２＋θ００）｝
・γ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）・｛ｂ２−ｂ３・ｅｘｐ（ｊ・Δθ３）｝              ・Ｖ                                                ・・・（２９）
【００６４】
式（２７）の右辺第１項は第１の励磁コイル３ａから発生する磁場の変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分、右辺第２項は第１の励磁コイル３ａから発生する磁場と流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分、右辺第３項は第２の励磁コイル３ｂから発生する磁場の変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分、右辺第４項は第２の励磁コイル３ｂから発生する磁場と流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分となる。
【００６５】
また、式（２８）の右辺第１項と式（２９）の右辺第１項とを合わせたものが、第１の励磁コイル３ａから発生する磁場の変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分と第２の励磁コイル３ｂから発生する磁場の変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分とを合わせた全ての∂Ａ／∂ｔ成分、式（２８）の右辺第２項と式（２９）の右辺第２項とを合わせたものが、第１の励磁コイル３ａから発生する磁場および流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分と第２の励磁コイル３ｂから発生する磁場および流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分とを合わせた全てのｖ×Ｂ成分となる。
【００６６】
式（２８）において、全てのｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶに係る係数の変動要因と、全ての∂Ａ／∂ｔ成分の角周波数ω０に係る係数の変動要因とが一致しないことから分かるように、図５の電磁流量計の構成では、合成ベクトルから取り出した１つの∂Ａ／∂ｔ成分を用いて０補正とスパン補正とを行う前述の第１の基本原理が使用できない。そこで、コイル間の位相差を励磁状態ＳＴａでの位相差プラスπとすると、式（２８）における全てのｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶに係る係数の変動要因と式（２９）における全ての∂Ａ／∂ｔ成分の角周波数ω０に係る係数の変動要因とが等しくなり、この励磁状態ＳＴｂの∂Ａ／∂ｔ成分を取り出せば、補正が可能になる。この場合に適用できる原理を以下説明する。
【００６７】
第１の励磁コイル３ａのみに角周波数ω０の励磁電流を供給した場合に電極２ａ，２ｂで検出される電極間起電力は、以下の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ１０とｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂ１０の合成ベクトルＶａ１０＋Ｖｂ１０に相当する。
Ｖａ１０＝ｒａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）・Ｃ１・ω０                  ・・・（３０）
Ｖｂ１０＝ｒｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）・Ｃ１・Ｖ                    ・・・（３１）
図８に、ベクトルＶａ１０とベクトルＶｂ１０と合成ベクトルＶａ１０＋Ｖｂ１０とを示す。
【００６８】
ここで、∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ１０は、磁場の変化により発生する起電力なので、励磁角周波数ω０に比例する大きさになる。このとき、ベクトルＶａ１０の大きさの既知の比例定数部分をｒａ、ベクトルＶａ１０の既知の方向をθａとすると、Ｃ１が磁場のシフトなどの「変化する要素」として与えられる。また、ｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂ１０は、測定管中の流体の移動により発生する起電力なので、流速の大きさＶに比例する大きさになる。このとき、ベクトルＶｂ１０の大きさの比例定数部分をｒｂ、ベクトルＶｂ１０の既知の方向をθｂとすると、Ｃ１が磁場のシフトなどの「変化する要素」として与えられる。したがって、∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ１０におけるＣ１とｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂ１０におけるＣ１は、同一の要素になる。
【００６９】
一方、第２の励磁コイル３ｂのみに角周波数ω０の励磁電流を供給した場合に電極２ａ，２ｂで検出される電極間起電力は、以下の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ２０とｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂ２０の合成ベクトルＶａ２０＋Ｖｂ２０に相当する。
Ｖａ２０＝−ｒａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）・Ｃ２・ω０                ・・・（３２）
Ｖｂ２０＝  ｒｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）・Ｃ２・Ｖ                  ・・・（３３）
図９に、ベクトルＶａ２０とベクトルＶｂ２０と合成ベクトルＶａ２０＋Ｖｂ２０とを示す。
【００７０】
ここで、∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ２０の大きさの既知の比例定数部分をｒａ、ベクトルＶａ２０の既知の方向をθａとすると、Ｃ２が磁場のシフトなどの「変化する要素」として与えられる。また、ｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂ２０の大きさの既知の比例定数部分をｒｂ、ベクトルＶｂ２０の既知の方向をθｂとすると、Ｃ２が磁場のシフトなどの「変化する要素」として与えられる。したがって、∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ２０におけるＣ２とｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂ２０におけるＣ２は、同一の要素になる。
【００７１】
第１の励磁コイル３ａから発生する磁場の変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分（図８）と第２の励磁コイル３ｂから発生する磁場の変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分（図９）とが逆方向を向いていることに注意すれば、励磁コイル３ａと３ｂの両方に角周波数ω０の励磁電流を供給した場合の電極間起電力は、以下の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａｓ０とｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂｓ０の合成ベクトルＶａｓ０＋Ｖｂｓ０に相当することが分かる。
Ｖａｓ０＝Ｖａ１０＋Ｖａ２０
＝ｒａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）・（Ｃ１−Ｃ２）・ω０        ・・・（３４）
Ｖｂｓ０＝Ｖｂ１０＋Ｖｂ２０
＝ｒｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）・（Ｃ１＋Ｃ２）・Ｖ          ・・・（３５）
【００７２】
図１０に、ベクトルＶａｓ０とベクトルＶｂｓ０と合成ベクトルＶａｓ０＋Ｖｂｓ０とを示す。式（３５）に示すベクトルＶｂｓ０の流速の大きさＶにかかる係数の中で（Ｃ１＋Ｃ２）が、スパン変動要因として与えられる。また、流速の大きさＶが０の時は、ベクトルＶａｓ０が変動することにより、合成ベクトルの大きさが変動する（すなわち、０点が変動する）。
【００７３】
０補正及びスパン補正の対象となる合成ベクトルＶａｓ０＋Ｖｂｓ０中の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａｓ０におけるスパン変動要因（Ｃ１−Ｃ２）とｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂｓ０におけるスパン変動要因（Ｃ１＋Ｃ２）は異なる値となる。したがって、合成ベクトルＶａｓ０＋Ｖｂｓ０中の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａｓ０でｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂｓ０の正規化を行っても次式の通り、スパンの変動要因（Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）が残り、スパンの変動要因を除去することはできない。
Ｖｂｓ０／Ｖａｓ０＝（ｒｂ／ｒａ）・ｅｘｐ｛ｊ・（θｂ−θａ）｝
・｛（Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）｝・（Ｖ／ω）
・・・（３６）
【００７４】
そのため、ｖ×Ｂ成分の変動要因と同じスパン変動要因（Ｃ１＋Ｃ２）を含む第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出する必要がある。このような第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出するために、第１の励磁コイル３ａから発生する磁場と第２の励磁コイル３ｂから発生する磁場との位相差がΔθ３である励磁状態ＳＴａから位相差がΔθ３＋πである励磁状態ＳＴｂに変化させると、スパン変動要因Ｃ２が反転することを利用する。つまり、励磁状態ＳＴａに対して位相差を＋π変化させた励磁状態ＳＴｂの位相条件で第２の励磁コイル３ｂのみを角周波数ω０で励磁した場合に電極２ａ，２ｂで検出される合成ベクトルは、励磁状態ＳＴａで検出した合成ベクトル（図９）に対して反転し、以下の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａ２０Ｒとｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂ２０Ｒの合成ベクトルＶａ２０Ｒ＋Ｖｂ２０Ｒに相当する。
Ｖａ２０Ｒ＝ｒａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）・Ｃ２・ω０                ・・・（３７）
Ｖｂ２０Ｒ＝−ｒｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）・Ｃ２・Ｖ                ・・・（３８）
図１１に、ベクトルＶａ２０ＲとベクトルＶｂ２０Ｒと合成ベクトルＶａ２０Ｒ＋Ｖｂ２０Ｒとを示す。
【００７５】
角周波数ω０の第１の励磁電流を第１の励磁コイル３ａに供給し、第１の励磁電流との位相差がΔθ３＋πで角周波数がω０の第２の励磁電流を第２の励磁コイル３ｂに供給した場合の電極間起電力は、以下の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａｓ０Ｒとｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂｓ０Ｒの合成ベクトルＶａｓ０Ｒ＋Ｖｂｓ０Ｒに相当する。
Ｖａｓ０Ｒ＝Ｖａ１０＋Ｖａ２０Ｒ
＝ｒａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）・（Ｃ１＋Ｃ２）・ω０      ・・・（３９）
Ｖｂｓ０Ｒ＝Ｖｂ１０＋Ｖｂ２０Ｒ
＝ｒｂ・ｅｘｐ（ｊ・θｂ）・（Ｃ１−Ｃ２）・Ｖ        ・・・（４０）
図１２に、ベクトルＶａｓ０ＲとベクトルＶｂｓ０Ｒと合成ベクトルＶａｓ０Ｒ＋Ｖｂｓ０Ｒとを示す。
【００７６】
∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａｓ０Ｒにおけるスパン変動要因は、前述のｖ×Ｂ成分のベクトルＶｂｓ０のスパン変動要因（Ｃ１＋Ｃ２）と等しい。したがって、第１の∂Ａ／∂ｔ成分としてＶａｓ０Ｒを抽出すれば、ベクトルＶｂｓ０の正規化が可能になる。第１の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａｓ０Ｒを抽出する方法としては、以下の２つの方法がある。第１の抽出方法は、第１の基本原理でも使用した方法、すなわち複数の励磁周波数による磁場を被測定流体に印加し、電極間起電力に含まれる複数の周波数成分の出力差を利用して第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出する方法である。第２の抽出方法は、Ｖａｓ０Ｒ≫Ｖｂｓ０Ｒと近似できる場合に、Ｖｂｓ０Ｒ≒０として、近似的に第１の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａｓ０Ｒを抽出する方法である。
【００７７】
図１３は、第１の抽出方法により合成ベクトルＶａｓ０Ｒ＋Ｖｂｓ０Ｒから第１の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａｓ０Ｒを抽出する処理を複素ベクトル表現した図である。励磁角周波数をω２としたときのｖ×Ｂ成分のベクトルは式（４０）に示したベクトルＶｂｓ０Ｒと同じである。一方、励磁角周波数をω２としたときの∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａｓ２Ｒは、式（３９）においてω０をω２で置き換えたものとなり、次式のようになる。
Ｖａｓ２Ｒ＝ｒａ・ｅｘｐ（ｊ・θａ）・（Ｃ１＋Ｃ２）・ω２      ・・・（４１）
【００７８】
励磁状態ＳＴｂで検出した電極間起電力に含まれる角周波数ω０の成分（合成ベクトルＶａｓ０Ｒ＋Ｖｂｓ０Ｒ）と角周波数ω２の成分（合成ベクトルＶａｓ２Ｒ＋Ｖｂｓ０Ｒ）との差分を求めると、ｖ×Ｂ成分がキャンセルされ、求めた差分をω０／（ω０−ω２）倍したものはベクトルＶａｓ０Ｒと同じになる。よって、合成ベクトルＶａｓ０Ｒ＋Ｖｂｓ０Ｒから第１の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａｓ０Ｒを異なる周波数成分の出力差を利用することにより抽出することができる。
【００７９】
図１４は、合成ベクトルＶａｓ０＋Ｖｂｓ０を第１の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａｓ０Ｒにより正規化する処理を複素ベクトル表現した図である。抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶａｓ０Ｒにより、合成ベクトルＶａｓ０＋Ｖｂｓ０を正規化する。正規化した合成ベクトルをω０倍した合成ベクトルは、以下の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶｎａｓ０とｖ×Ｂ成分のベクトルＶｎｂｓ０の合成ベクトルＶｎａｓ０＋Ｖｎｂｓ０で表される。
Ｖｎａｓ０＝（Ｖａｓ０／Ｖａｓ０Ｒ）・ω０
＝｛（Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）｝・ω０            ・・・（４２）
Ｖｎｂｓ０＝（Ｖｂｓ０／Ｖａｓ０Ｒ）・ω０
＝（ｒｂ／ｒａ）・ｅｘｐ｛ｊ・（θｂ−θａ）｝・Ｖ    ・・・（４３）
【００８０】
なお、正規化した合成ベクトルをω０倍する理由は、流速の大きさＶにかかる係数（スパン）からω０を取り除くためである。式（４３）によれば、正規化されたｖ×Ｂ成分のベクトルＶｎｂｓ０のＶにかかる係数から変動要因（Ｃ１＋Ｃ２）が消去され、スパンが補正されていることが分かる。
【００８１】
図１５は、正規化した合成ベクトルＶｎａｓ０＋Ｖｎｂｓ０から第２の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶｎａｓ０を抽出する処理を複素ベクトル表現した図である。正規化した合成ベクトルＶｎａｓ０＋Ｖｎｂｓ０から第２の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出する方法としては、第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出する際にも使用した方法、すなわち複数の励磁周波数による磁場を被測定流体に印加し、電極間起電力に含まれる複数の周波数成分の出力差を利用して∂Ａ／∂ｔ成分を抽出する方法がある。
【００８２】
励磁角周波数をω２としたときの正規化されたｖ×Ｂ成分のベクトルは式（４３）に示したベクトルＶｎｂｓ０と同じである。一方、励磁角周波数をω２としたときの∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶｎａｓ２は、式（４２）においてω０をω２で置き換えたものとなり、次式のようになる。
Ｖｎａｓ２＝｛（Ｃ１−Ｃ２）／（Ｃ１＋Ｃ２）｝・ω２            ・・・（４４）
【００８３】
角周波数ω０の正規化された合成ベクトルＶｎａｓ０＋Ｖｎｂｓ０と角周波数ω２の正規化された合成ベクトルＶｎａｓ２＋Ｖｎｂｓ０との差分を求めると、ｖ×Ｂ成分がキャンセルされ、求めた差分をω０／（ω０−ω２）倍したものはベクトルＶｎａｓ０と同じになる。よって、正規化された合成ベクトルＶｎａｓ０＋Ｖｎｂｓ０から第２の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶｎａｓ０を異なる周波数成分の出力差を利用することにより抽出することができる。
【００８４】
図１６は、正規化した合成ベクトルＶｎａｓ０＋Ｖｎｂｓ０からｖ×Ｂ成分のベクトルＶｎｂｓ０を抽出する処理を複素ベクトル表現した図である。正規化した合成ベクトルＶｎａｓ０＋Ｖｎｂｓ０から第２の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルＶｎａｓ０を引けば、式（４３）に示したｖ×Ｂ成分のベクトルＶｎｂｓ０を抽出することができる。式（４３）より、ｖ×Ｂ成分のベクトルＶｎｂｓ０には、角周波数ω０，ω２に関連する項（０点変動要因）が含まれていないことが分かる。
【００８５】
式（４３）より、被測定流体の流速の大きさＶを以下のように算出することができる。
Ｖ＝｜Ｖｎｂｓ０／［（ｒｂ／ｒａ）・ｅｘｐ｛ｊ・（θｂ−θａ）｝］｜
＝｜Ｖｎｂｓ０｜／（ｒｂ／ｒａ）                              ・・・（４５）
【００８６】
次に、第２の基本原理に基づく電磁流量計のうち、１個の励磁コイルと２対の電極とを有する電磁流量計の原理を図１７を用いて説明する。図１７の電磁流量計は、測定管１と、被測定流体に印加される磁場および測定管軸ＰＡＸの双方と直交し、かつ被測定流体と接触するように測定管１に対向配置され、前記磁場と被測定流体の流れとによって生じた起電力を検出する第１の電極２ａ，２ｂおよび第２の電極２ｃ，２ｄと、測定管軸ＰＡＸと直交する、第１の電極２ａ，２ｂを含む平面をＰＬＮ１、測定管軸ＰＡＸと直交する、第２の電極２ｃ，２ｄを含む平面をＰＬＮ２としたとき、平面ＰＬＮ１を境とする測定管１の前後で非対称な、時間変化する磁場を被測定流体に印加すると同時に、平面ＰＬＮ２を境とする測定管１の前後で非対称な、時間変化する磁場を被測定流体に印加する励磁コイル３とを有する。
【００８７】
第１の電極２ａ，２ｂは、励磁コイル３の軸を含む、測定管軸ＰＡＸの方向と垂直な平面ＰＬＮ３から例えば上流側にオフセット距離ｄ３だけ離れた位置に配設される。第２の電極２ｃ，２ｄは、平面ＰＬＮ３から例えば下流側にオフセット距離ｄ４だけ離れた位置に配設され、平面ＰＬＮ３を挟んで第１の電極２ａ，２ｂと対向するように配設される。
【００８８】
第２の電極２ｃ，２ｄを平面ＰＬＮ３を挟んで第１の電極２ａ，２ｂと対向するように配設した場合、第１の電極２ａ，２ｂで検出される電極間起電力のうち、励磁コイル３から発生する磁場および流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分と、第２の電極２ｃ，２ｄで検出される電極間起電力のうち、励磁コイル３から発生する磁場および流体の流速に起因するｖ×Ｂ成分とは、同じ方向になる。一方、第１の電極２ａ，２ｂで検出される電極間起電力のうち、励磁コイル３から発生する磁場の変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分と、第２の電極２ｃ，２ｄで検出される電極間起電力のうち、励磁コイル３から発生する磁場の変化に起因する∂Ａ／∂ｔ成分とは逆向きになる。そのため、第１の電極２ａ，２ｂで検出される∂Ａ／∂ｔ成分およびｖ×Ｂ成分と、第２の電極２ｃ，２ｄで検出される∂Ａ／∂ｔ成分およびｖ×Ｂ成分とを合わせた全ての合成ベクトルにおけるｖ×Ｂ成分の変動要因と∂Ａ／∂ｔ成分の変動要因は、等しくならないことを考慮して補正を行う必要がある。
【００８９】
ここで、励磁コイル３から発生する磁場Ｂｄのうち、電極２ａ，２ｂ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ１上において電極軸ＥＡＸ１および測定管軸ＰＡＸの双方と直交する磁場成分（磁束密度）Ｂ４と、励磁コイル３から発生する磁場Ｂｄのうち、電極２ｃ，２ｄ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ２上において電極軸ＥＡＸ２および測定管軸ＰＡＸの双方と直交する磁場成分（磁束密度）Ｂ５は、以下のように与えられるものとする。
Ｂ４＝ｂ４・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ４）                            ・・・（４６）
Ｂ５＝ｂ５・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ５）                            ・・・（４７）
【００９０】
但し、Ｂ４、Ｂ５は１つの励磁コイル３から発生しているので、ｂ４とｂ５、θ４とθ５は互いに関係があり、独立変数ではない。式（４６）、式（４７）において、ｂ４，ｂ５はそれぞれ磁束密度Ｂ４，Ｂ５の振幅、ω０は角周波数、θ４は磁束密度Ｂ４とω０・ｔとの位相差（位相遅れ）、θ５は磁束密度Ｂ５とω０・ｔとの位相差である。以下、磁束密度Ｂ４を磁場Ｂ４とし、磁束密度Ｂ５を磁場Ｂ５とする。
【００９１】
被測定流体の流速が０の場合、発生する渦電流は、磁場の変化に起因する成分のみとなり、磁場Ｂｄの変化による渦電流Ｉは、図１８に示すような向きとなる。したがって、電極軸ＥＡＸ１と測定管軸ＰＡＸとを含む平面内において磁場Ｂｄの変化によって発生する電極２ａ，２ｂ間の、流速と無関係な起電力Ｅ１と、電極軸ＥＡＸ２と測定管軸ＰＡＸとを含む平面内において磁場Ｂｄの変化によって発生する電極２ｃ，２ｄ間の、流速と無関係な起電力Ｅ２とは、図１８に示すように互いに逆向きとなる。
【００９２】
被測定流体の流速がＶ（Ｖ≠０）の場合、発生する渦電流には、流速０のときの渦電流Ｉに加えて、被測定流体の流速ベクトルｖに起因する成分ｖ×Ｂｄが発生するため、流速ベクトルｖと磁場Ｂｄによる渦電流Ｉｖは、図１９に示すような向きとなる。したがって、流速ベクトルｖと磁場Ｂｄによって発生する電極２ａ，２ｂの起電力Ｅｖ１と、流速ベクトルｖと磁場Ｂｄによって発生する電極２ｃ，２ｄ間の起電力Ｅｖ２とは、同じ向きとなる。
【００９３】
図１８、図１９で説明した電極間起電力の向きを考慮すると、磁場の時間変化に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力と被測定流体の流速に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力とを合わせた、電極２ａ，２ｂ間の第１の電極間起電力Ｅａｃ３１は、式（１０）、式（１６）、式（１７）を用いれば、式（１８）に対応して次式で表される。
Ｅａｃ３１＝ｒｋ・ω０・ｂ４・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ４＋θ００）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ４・ｅｘｐ｛ｊ・（θ４＋θ０１）｝  ・・・（４８）
【００９４】
また、磁場の時間変化に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力と被測定流体の流速に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力とを合わせた、電極２ｃ，２ｄ間の第２の電極間起電力Ｅａｃ３２は、式（１０）、式（１６）、式（１７）を用いれば、式（１８）に対応して次式で表される。
Ｅａｃ３２＝ｒｋ・ω０・ｂ５・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋θ５＋θ００）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ５・ｅｘｐ｛ｊ・（θ５＋θ０１）｝  ・・・（４９）
【００９５】
ここで、ω０・ｔに対する磁場Ｂ４の位相遅れθ４とω０・ｔに対する磁場Ｂ５の位相遅れθ５との関係をθ５＝θ４＋Δθ５とし、虚軸に対する∂Ａ／∂ｔ成分の角度θ００と実軸に対するｖ×Ｂ成分の角度θ０１との関係をθ０１＝θ００＋Δθ０１とする。式（４８）にθ５＝θ４＋Δθ５、θ０１＝θ００＋Δθ０１を代入したときの第１の電極間起電力Ｅａｃ３１と式（４９）にθ５＝θ４＋Δθ５、θ０１＝θ００＋Δθ０１を代入したときの第２の電極間起電力Ｅａｃ３２との和をＥａｃ３ｓとすれば、起電力和Ｅａｃ３ｓは次式で表される。
Ｅａｃ３ｓ＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ４＋θ００）｝
・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ４−ｂ５・ｅｘｐ（ｊ・Δθ５）｝・ω０
＋ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ４＋θ００）｝
・γ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）・｛ｂ４＋ｂ５・ｅｘｐ（ｊ・Δθ５）｝              ・Ｖ                                                ・・・（５０）
【００９６】
また、式（４８）にθ５＝θ４＋Δθ５、θ０１＝θ００＋Δθ０１を代入したときの第１の電極間起電力Ｅａｃ３１と式（４９）にθ５＝θ４＋Δθ５、θ０１＝θ００＋Δθ０１を代入したときの第２の電極間起電力Ｅａｃ３２との差をＥａｃ３ｄとすれば、起電力差Ｅａｃ３ｄは次式で表される。
Ｅａｃ３ｄ＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ４＋θ００）｝
・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ４＋ｂ５・ｅｘｐ（ｊ・Δθ５）｝・ω０
＋ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ４＋θ００）｝
・γ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）・｛ｂ４−ｂ５・ｅｘｐ（ｊ・Δθ５）｝              ・Ｖ                                                ・・・（５１）
【００９７】
式（４８）の右辺第１項は第１の電極２ａ，２ｂで検出される∂Ａ／∂ｔ成分、式（４８）の右辺第２項は第１の電極２ａ，２ｂで検出されるｖ×Ｂ成分となる。式（４９）の右辺第１項は第２の電極２ｃ，２ｄで検出される∂Ａ／∂ｔ成分、式（４９）の右辺第２項は第２の電極２ｃ，２ｄで検出されるｖ×Ｂ成分となる。
式（５０）の右辺第１項は起電力和Ｅａｃ３ｓの中の∂Ａ／∂ｔ成分、式（５０）の右辺第２項は起電力和Ｅａｃ３ｓの中のｖ×Ｂ成分となる。式（５１）の右辺第１項は起電力差Ｅａｃ３ｄの中の∂Ａ／∂ｔ成分、式（５１）の右辺第２項は起電力差Ｅａｃ３ｄの中のｖ×Ｂ成分となる。
【００９８】
式（５０）において、起電力和Ｅａｃ３ｓの中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶに係る係数の変動要因と、起電力和Ｅａｃ３ｓの中の∂Ａ／∂ｔ成分の角周波数ω０に係る係数の変動要因とが一致しないことから分かるように、図１７の電磁流量計の構成では、合成ベクトルから取り出した１つの∂Ａ／∂ｔ成分を用いて０補正とスパン補正とを行う前述の第１の基本原理が使用できない。
【００９９】
そこで、式（５０）に示した起電力和Ｅａｃ３ｓの中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶに係る係数の変動要因と、式（５１）に示した起電力差Ｅａｃ３ｄの中の∂Ａ／∂ｔ成分の角周波数ω０に係る係数の変動要因とが等しくなることを利用して、起電力差Ｅａｃ３ｄの中の∂Ａ／∂ｔ成分を取り出せば、０補正とスパン補正が可能になり、図５の電磁流量計と同じ原理を補正に適用できる。
【０１００】
図５の電磁流量計の場合で説明した原理の内容を図１７の電磁流量計に対応させるには、第１の励磁コイル３ａから発生する磁場の影響に起因する起電力を第１の電極２ａ，２ｂで検出される起電力Ｅａｃ３１に置き換え、第２の励磁コイル３ｂから発生する磁場の影響に起因する起電力を第２の電極２ｃ，２ｄで検出される起電力Ｅａｃ３２に置き換え、励磁状態ＳＴａで検出される起電力を起電力和Ｅａｃ３ｓに置き換え、励磁状態ＳＴｂで検出される起電力を起電力差Ｅａｃ３ｄに置き換えればよい。
【０１０１】
［第１の実施の形態］
次に、本発明の第１の実施の形態について説明する。本実施の形態は、前述の第１の基本原理を用いるものである。本実施の形態の電磁流量計は１個の励磁コイルと１対の電極とを有するものであり、信号処理系を除く構成は図３０に示した従来の電磁流量計と同様であるので、図３０の符号を用いて本実施の形態の原理を説明する。
【０１０２】
図３０において、励磁コイル３から発生する磁場のうち、電極２ａ，２ｂ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ上において電極軸ＥＡＸおよび測定管軸ＰＡＸの双方と直交する磁場成分（磁束密度）Ｂ６は、以下のように与えられるものとする。
Ｂ６＝ｂ６・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ６）＋ｂ６・ｃｏｓ（ω２・ｔ−θ６）
・・・（５２）
式（５２）において、ω０，ω２は異なる角周波数、ｂ６は磁束密度Ｂ６の角周波数ω０の成分の振幅および角周波数ω２の成分の振幅、θ６は角周波数ω０の成分とω０・ｔとの位相差（位相遅れ）および角周波数ω２の成分とω２・ｔとの位相差である。以下、磁束密度Ｂ６を磁場Ｂ６とする。
【０１０３】
このとき、磁場の時間変化に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力と流体の流速に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力とを合わせた全体の電極間起電力のうち、角周波数ω０の成分の起電力をＥ１０ｃとすると、電極間起電力Ｅ１０ｃは式（１８）と同様の次式で表される。
Ｅ１０ｃ＝ｒｋ・ω０・ｂ６・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ６＋θ００）｝
＋γ・ｒｋ・ｂ６・ｅｘｐ｛ｊ・（θ６＋θ０１）｝        ・・・（５３）
【０１０４】
また、磁場の時間変化に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力と流体の流速に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力とを合わせた全体の電極間起電力のうち、角周波数ω２の成分の起電力をＥ１２ｃとすると、電極間起電力Ｅ１２ｃは式（１８）と同様の次式で表される。
Ｅ１２ｃ＝ｒｋ・ω２・ｂ６・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ６＋θ００）｝
＋γ・ｒｋ・ｂ６・ｅｘｐ｛ｊ・（θ６＋θ０１）｝        ・・・（５４）
【０１０５】
ここで、虚軸に対する∂Ａ／∂ｔ成分の角度θ００と実軸に対するｖ×Ｂ成分の角度θ０１との関係をθ０１＝θ００＋Δθ０１とし、式（５３）にθ０１＝θ００＋Δθ０１を代入したときの電極間起電力Ｅ１０ｃをＥ１０とすると、Ｅ１０は次式で表される。
Ｅ１０＝ｒｋ・ω０・ｂ６・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ６＋θ００）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ６・ｅｘｐ｛ｊ・（θ６＋θ００＋Δθ０１）｝
＝ｒｋ・ｂ６・ｅｘｐ｛ｊ・（θ６＋θ００）｝
・｛ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）｝
・・・（５５）
【０１０６】
同様に、式（５４）にθ０１＝θ００＋Δθ０１を代入したときの電極間起電力Ｅ１２ｃをＥ１２とすると、Ｅ１２は次式で表される。
Ｅ１２＝ｒｋ・ω２・ｂ６・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ６＋θ００）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ６・ｅｘｐ｛ｊ・（θ６＋θ００＋Δθ０１）｝
＝ｒｋ・ｂ６・ｅｘｐ｛ｊ・（θ６＋θ００）｝
・｛ω２・ｅｘｐ（ｊ・π／２）＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）｝
・・・（５６）
【０１０７】
電極間起電力Ｅ１０とＥ１２との差をとり、求めた差分をω０／（ω０−ω２）倍した結果をＥｄＡ１１とすれば、起電力差ＥｄＡ１１は次式で表される。この起電力差ＥｄＡ１１は、第１の基本原理における∂Ａ／∂ｔ成分に相当する。
ＥｄＡ１１＝（Ｅ１０−Ｅ１２）・ω０／（ω０−ω２）
＝ｒｋ・ｂ６・ｅｘｐ｛ｊ・（θ６＋θ００）｝
・｛ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）
−ω２・ｅｘｐ（ｊ・π／２）−γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）｝
・ω０／（ω０−ω２）
＝［ｒｋ・ｂ６・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ６＋θ００）｝］・ω０
・・・（５７）
【０１０８】
起電力差ＥｄＡ１１は、流速の大きさＶに関係しないので、∂Ａ／∂ｔによって発生する成分のみとなる。この起電力差ＥｄＡ１１を用いて電極間起電力Ｅ１０（合成ベクトルＶａ１０＋Ｖｂ１０）中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかる係数（スパン）を正規化する。なお、起電力差ＥｄＡ１１は、正確には電極間起電力Ｅ１０とＥ１２との起電力差をω０／（ω０−ω２）倍したものであるが、ω０／（ω０−ω２）倍した理由は、式の展開を容易にするためである。
【０１０９】
式（５５）の電極間起電力Ｅ１０を式（５７）の起電力差ＥｄＡ１１で正規化し、ω０倍した結果をＥｎ１０とすれば、正規化起電力Ｅｎ１０は次式のようになる。
Ｅｎ１０＝（Ｅ１０／ＥｄＡ１１）・ω０
＝[ｒｋ・ｂ６・ｅｘｐ｛ｊ・（θ６＋θ００）｝
・｛ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）｝]
／［ｒｋ・ｂ６・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ６＋θ００）｝・ω０］・ω０
＝ω０＋［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ
・・・（５８）
【０１１０】
式（５８）の右辺第２項が、ｖ×Ｂにより発生する成分を∂Ａ／∂ｔにより発生する成分で正規化した項となる。なお、電極間起電力Ｅ１０を起電力差ＥｄＡ１１で正規化した結果をω０倍した理由は、流速の大きさＶに係る右辺第２項から励磁角周波数ω０を消去するためである。式（５８）によれば、流速の大きさＶにかかる複素係数は、γの大きさ、−π／２＋Δθ０１の実軸からの角度をもつ。係数γおよび角度Δθ０１は校正等により予め求めることができる定数であり、式（５８）の右辺第２項は被測定流体の流速が変化しないかぎり一定となる。したがって、∂Ａ／∂ｔ成分を用いてｖ×Ｂ成分の正規化を行うことにより、磁場のシフトや位相変化による誤差を自動的に補正するスパン補正を実現することができる。
【０１１１】
式（５８）の正規化起電力Ｅｎ１０に含まれる正規化された∂Ａ／∂ｔ成分はω０である。よって、正規化起電力Ｅｎ１０から、正規化された∂Ａ／∂ｔ成分ω０を引くことによりｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ１を抽出することができる。
ＥｖＢｎ１＝Ｅｎ１０−ω０
＝［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ    ・・・（５９）
【０１１２】
ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ１は角周波数ω０，ω２に関係しない。流速の大きさＶが０のときｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ１も０となることから分かるように、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ１より、スパンが補正され、かつ０点が補正された出力を得ることができる。式（５９）より、流速の大きさＶは次式のように表される。
Ｖ＝｜（ＥｖＢｎ１）／［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］｜
＝｜（ＥｖＢｎ１）｜／γ                                      ・・・（６０）
【０１１３】
なお、第１の基本原理で用いた定数および変数と、本実施の形態の定数および変数との対応関係は以下の表１のとおりである。本実施の形態は、表１から明らかなように、前述の第１の基本原理を具体的に実現する１つの例である。
【０１１４】
【表１】
2006058177.tif 000003
【０１１５】
次に、本実施の形態の電磁流量計の具体的な構成とその動作について説明する。図２０は本実施の形態の電磁流量計の構成を示すブロック図であり、図３０と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の電磁流量計は、測定管１と、電極２ａ，２ｂと、電極２ａ，２ｂを含む、測定管軸ＰＡＸの方向と垂直な平面ＰＬＮから軸方向にオフセット距離ｄだけ離れた位置に配設された励磁コイル３と、励磁コイル３に励磁電流を供給する電源部４と、信号変換部５と、信号変換部５によって抽出されたｖ×Ｂ成分から流体の流量を算出する流量出力部６とを有する。
【０１１６】
励磁コイル３と電源部４とは、平面ＰＬＮに対して非対称、かつ時間変化する磁場を被測定流体に印加する励磁部となる。
信号変換部５は、電極２ａ，２ｂで検出される合成起電力のうち第１の角周波数ω０と第２の角周波数ω２の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて２つの周波数成分の起電力差を∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、この抽出した∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて、合成起電力のうち第１の角周波数ω０の成分又は第２の角周波数ω２の成分の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を除去する正規化処理を行うスパン補正部５１と、電極２ａ，２ｂで検出される合成起電力のうちスパン補正部５１によって正規化された周波数成分の中から、正規化された∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出する０点補正部５２とから構成される。
【０１１７】
電源部４は、第１の角周波数ω０の正弦波成分と第２の角周波数ω２の正弦波成分とを含む励磁電流を励磁コイル３に供給する。このとき、励磁電流における角周波数ω０の成分と角周波数ω２の成分の振幅は同一である。
【０１１８】
図２１は信号変換部５と流量出力部６の動作を示すフローチャートである。まず、信号変換部５のスパン補正部５１は、電極２ａと２ｂ間の起電力のうち角周波数ω０の成分の起電力Ｅ１０の振幅ｒ１０を求めると共に、実軸と電極間起電力Ｅ１０との位相差φ１０を図示しない位相検波器により求める。また、スパン補正部５１は、電極２ａと２ｂ間の起電力のうち角周波数ω２の成分の起電力Ｅ１２の振幅ｒ１２を求めると共に、実軸と電極間起電力Ｅ１２との位相差φ１２を位相検波器により求める（図２１ステップ１０１）。電極間起電力Ｅ１０，Ｅ１２は、バンドパスフィルタによっても周波数分離することができるが、実際にはコムフィルタとよばれる櫛形のデジタルフィルタを使用すれば、２つの角周波数ω０，ω２の成分に簡単に分離することができる。
【０１１９】
続いて、スパン補正部５１は、電極間起電力Ｅ１０の実軸成分Ｅ１０ｘと虚軸成分Ｅ１０ｙ、および電極間起電力Ｅ１２の実軸成分Ｅ１２ｘと虚軸成分Ｅ１２ｙを次式のように算出する（ステップ１０２）。
Ｅ１０ｘ＝ｒ１０・ｃｏｓ（φ１０）                              ・・・（６１）
Ｅ１０ｙ＝ｒ１０・ｓｉｎ（φ１０）                              ・・・（６２）
Ｅ１２ｘ＝ｒ１２・ｃｏｓ（φ１２）                              ・・・（６３）
Ｅ１２ｙ＝ｒ１２・ｓｉｎ（φ１２）                              ・・・（６４）
【０１２０】
式（６１）〜式（６４）の算出後、スパン補正部５１は、電極間起電力Ｅ１０とＥ１２との起電力差ＥｄＡ１１の大きさと角度を求める（ステップ１０３）。このステップ１０３の処理は、∂Ａ／∂ｔ成分を求めることに対応する処理であり、式（５７）の算出に相当する処理である。スパン補正部５１は、起電力差ＥｄＡ１１の大きさ｜ＥｄＡ１１｜を次式のように算出する。
｜ＥｄＡ１１｜＝｛（Ｅ１０ｘ−Ｅ１２ｘ）2＋（Ｅ１０ｙ−Ｅ１２ｙ）2｝1/2
・ω０／（ω０−ω２）                          ・・・（６５）
【０１２１】
そして、スパン補正部５１は、起電力差ＥｄＡ１１の角度∠ＥｄＡ１１を次式のように算出する。
∠ＥｄＡ１１＝ｔａｎ-1｛（Ｅ１０ｙ−Ｅ１２ｙ）／（Ｅ１０ｘ−Ｅ１２ｘ）｝
・・・（６６）
これで、ステップ１０３の処理が終了する。
【０１２２】
次に、スパン補正部５１は、電極間起電力Ｅ１０を起電力差ＥｄＡ１１で正規化した正規化起電力Ｅｎ１０の大きさと角度を求める（ステップ１０４）。このステップ１０４の処理は、式（５８）の算出に相当する処理である。スパン補正部５１は、正規化起電力Ｅｎ１０の大きさ｜Ｅｎ１０｜を次式のように算出する。
｜Ｅｎ１０｜＝（ｒ１０／｜ＥｄＡ１１｜）・ω０                  ・・・（６７）
【０１２３】
そして、スパン補正部５１は、正規化起電力Ｅｎ１０の角度∠Ｅｎ１０を次式のように算出する。
∠Ｅｎ１０＝φ１０−∠ＥｄＡ１１                                ・・・（６８）
さらに、スパン補正部５１は、正規化起電力Ｅｎ１０の実軸成分Ｅｎ１０ｘと虚軸成分Ｅｎ１０ｙを次式のように算出する。
Ｅｎ１０ｘ＝｜Ｅｎ１０｜・ｃｏｓ（∠Ｅｎ１０）                  ・・・（６９）
Ｅｎ１０ｙ＝｜Ｅｎ１０｜・ｓｉｎ（∠Ｅｎ１０）                  ・・・（７０）
これで、ステップ１０４の処理が終了する。
【０１２４】
次に、信号変換部５の０点補正部５２は、正規化起電力Ｅｎ１０から、正規化された∂Ａ／∂ｔ成分ω０を取り除くことによりｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ１の大きさを求める（ステップ１０５）。このステップ１０５の処理は、式（５９）の算出に相当する処理である。０点補正部５２は、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ１の大きさ｜ＥｖＢｎ１｜を次式のように算出する。
｜ＥｖＢｎ１｜＝｛（Ｅｎ１０ｘ−ω０）2＋（Ｅｎ１０ｙ）2｝1/2   ・・・（７１）
【０１２５】
流量出力部６は、被測定流体の流速の大きさＶを次式のように算出する（ステップ１０６）。このステップ１０６の処理は、式（６０）の算出に相当する処理である。
Ｖ＝｜ＥｖＢｎ１｜／γ                                          ・・・（７２）
なお、比例係数γは、校正等により予め求めることができる定数である。信号変換部５と流量出力部６とは、以上のようなステップ１０１〜１０６の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで（ステップ１０７においてＹＥＳ）、一定周期毎に行う。
【０１２６】
以上のように、本実施の形態では、励磁コイル３から大きさが等しくかつ周波数が異なる２つの成分を含む磁場を被測定流体に印加し、電極２ａと２ｂ間の起電力のうち角周波数ω０の成分の起電力Ｅ１０と角周波数ω２の成分の起電力Ｅ１２とから起電力差ＥｄＡ１１（∂Ａ／∂ｔ成分）を抽出し、この起電力差ＥｄＡ１１を用いて角周波数ω０の成分の起電力Ｅ１０（合成ベクトルＶａ１０＋Ｖｂ１０）中のｖ×Ｂ成分のスパン変動要因を除去する正規化処理を行い、前記抽出した∂Ａ／∂ｔ成分を正規化処理したときに得られる∂Ａ／∂ｔ成分を、正規化起電力Ｅｎ１０の中から取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出し、このｖ×Ｂ成分から被測定流体の流量を算出するようにしたので、正確なスパン補正を自動的に行うことができ、かつ被測定流体の流量を０にすることなく電磁流量計の出力の０点を補正することができ、高周波励磁においても０点の安定性を確保することができる。
【０１２７】
なお、本実施の形態では、角周波数ω０の成分の起電力Ｅ１０を０補正およびスパン補正の対象としたが、角周波数ω２の成分の起電力Ｅ１２を０補正およびスパン補正の対象としてもよい。この場合は、次式のように電極間起電力Ｅ１２からＥ１０を引いて起電力差ＥｄＡ１１（∂Ａ／∂ｔ成分）を求める。
ＥｄＡ１１＝（Ｅ１２−Ｅ１０）・ω２／（ω２−ω０）            ・・・（７３）
【０１２８】
そして、次式のように起電力差ＥｄＡ１１を用いて電極間起電力Ｅ１２中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかるスパンを正規化する。
Ｅｎ１２＝（Ｅ１２／ＥｄＡ１１）・ω２                          ・・・（７４）
さらに、次式のように正規化起電力Ｅｎ１２から、正規化された∂Ａ／∂ｔ成分ω２を引くことによりｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ１を求めるようにすればよい。その他の処理は電極間起電力Ｅ１０を０補正およびスパン補正の対象とする場合と同じである。
｜ＥｖＢｎ１｜＝｜Ｅｎ１２−ω２｜                              ・・・（７５）
【０１２９】
また、本実施の形態では、複数の励磁周波数ω０，ω２で同時に励磁する例を示したが、単一の励磁周波数ω０又はω２で励磁を行い、励磁周波数をω０とω２で交互に切り替えながら励磁をした場合でも同じ効果を得ることができる。
【０１３０】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態の電磁流量計に対して励磁コイルを１個追加したものであり、前述の第２の基本原理を用いるものである。本実施の形態の電磁流量計は２個の励磁コイルと１対の電極とを有するものであり、信号処理系を除く構成は図５に示した電磁流量計と同様であるので、図５の符号を用いて本実施の形態の原理を説明する。新たに追加する第２の励磁コイルを既存の第１の励磁コイルと同じ側に追加した場合には、第１の実施の形態の冗長な構成となる。したがって、第２の励磁コイルは、電極を含む平面を挟んで第１の励磁コイルと異なる側に配設する必要がある。
【０１３１】
第１の励磁コイル３ａから発生する磁場Ｂｂのうち、電極２ａ，２ｂ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ上において電極軸ＥＡＸおよび測定管軸ＰＡＸの双方と直交する磁場成分（磁束密度）Ｂ７と、第２の励磁コイル３ｂから発生する磁場Ｂｃのうち、電極軸ＥＡＸ上において電極軸ＥＡＸおよび測定管軸ＰＡＸの双方と直交する磁場成分（磁束密度）Ｂ８は、以下のように与えられるものとする。
Ｂ７＝ｂ７・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ７）＋ｂ７・ｃｏｓ（ω２・ｔ−θ７）
・・・（７６）
Ｂ８＝ｂ８・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ８）＋ｂ８・ｃｏｓ（ω２・ｔ−θ８）
・・・（７７）
【０１３２】
式（７６）、式（７７）において、ω０，ω２は異なる角周波数、ｂ７は磁束密度Ｂ７の角周波数ω０の成分の振幅および角周波数ω２の成分の振幅、ｂ８は磁束密度Ｂ８の角周波数ω０の成分の振幅および角周波数ω２の成分の振幅、θ７は磁束密度Ｂ７の角周波数ω０の成分とω０・ｔとの位相差（位相遅れ）および角周波数ω２の成分とω２・ｔとの位相差、θ８は磁束密度Ｂ８の角周波数ω０の成分とω０・ｔとの位相差および角周波数ω２の成分とω２・ｔとの位相差である。以下、磁束密度Ｂ７を磁場Ｂ７とし、磁束密度Ｂ８を磁場Ｂ８とする。
【０１３３】
被測定流体の流速が０の場合、発生する渦電流は、磁場の変化に起因する成分のみとなり、磁場Ｂｂの変化による渦電流Ｉ１、磁場Ｂｃの変化による渦電流Ｉ２は、図６に示すような向きとなる。したがって、電極軸ＥＡＸと測定管軸ＰＡＸとを含む平面内において、磁場Ｂｂの変化によって発生する、流速と無関係な電極間起電力Ｅ１と、磁場Ｂｃの変化によって発生する、流速と無関係な電極間起電力Ｅ２は、図６に示すように互いに逆向きとなる。
【０１３４】
被測定流体の流速がＶ（Ｖ≠０）の場合、発生する渦電流には、流速０のときの渦電流Ｉ１，Ｉ２に加えて、被測定流体の流速ベクトルｖに起因する成分ｖ×Ｂｂ，ｖ×Ｂｃが発生するため、流速ベクトルｖと磁場Ｂｂによる渦電流Ｉｖ１、流速ベクトルｖと磁場Ｂｃによる渦電流Ｉｖ２は、図７に示すような向きとなる。したがって、流速ベクトルｖと磁場Ｂｂによって発生する電極間起電力Ｅｖ１、流速ベクトルｖと磁場Ｂｃによって発生する電極間起電力Ｅｖ２は、同じ向きとなる。
【０１３５】
図６、図７で説明した電極間起電力の向きを考慮すると、磁場の時間変化に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力と被測定流体の流速に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力とを合わせた全体の電極間起電力のうち、角周波数ω０の成分の起電力をＥ２０ｃとすると、電極間起電力Ｅ２０ｃは式（２７）と同様の次式で表される。
Ｅ２０ｃ＝ｒｋ・ω０・ｂ７・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ７＋θ００）｝
＋ｒｋ・ω０・ｂ８・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋θ８＋θ００）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ７・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ０１）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ８・ｅｘｐ｛ｊ・（θ８＋θ０１）｝    ・・・（７８）
【０１３６】
また、磁場の時間変化に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力と被測定流体の流速に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力とを合わせた全体の電極間起電力のうち、角周波数ω２の成分の起電力をＥ２２ｃとすると、電極間起電力Ｅ２２ｃは式（２７）と同様の次式で表される。
Ｅ２２ｃ＝ｒｋ・ω２・ｂ７・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ７＋θ００）｝
＋ｒｋ・ω２・ｂ８・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋θ８＋θ００）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ７・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ０１）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ８・ｅｘｐ｛ｊ・（θ８＋θ０１）｝    ・・・（７９）
【０１３７】
ここで、ω０・ｔ，ω２・ｔに対する磁場Ｂ７の位相遅れθ７とω０・ｔ，ω２・ｔに対する磁場Ｂ８の位相遅れθ８との関係がθ８＝θ７＋Δθ８で、虚軸に対する∂Ａ／∂ｔ成分の角度θ００と実軸に対するｖ×Ｂ成分の角度θ０１との関係がθ０１＝θ００＋Δθ０１である状態を励磁状態ＳＴａとし、この励磁状態ＳＴａにおける電極間起電力Ｅ２０ｃをＥ２０とすると、電極間起電力Ｅ２０は次式のようになる。
Ｅ２０＝ｒｋ・ω０・ｂ７・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ７＋θ００）｝
＋ｒｋ・ω０・ｂ８・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋θ７＋Δθ８＋θ００）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ７・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００＋Δθ０１）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ８・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋Δθ８＋θ００＋Δθ０１）｝
＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００）｝
・［ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）・｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝］
・・・（８０）
【０１３８】
また、θ８＝θ７＋Δθ８、θ０１＝θ００＋Δθ０１である励磁状態ＳＴａにおける電極間起電力Ｅ２２ｃをＥ２２とすると、電極間起電力Ｅ２２は次式のようになる。
Ｅ２２＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００）｝
・［ω２・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）・｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝］
・・・（８１）
【０１３９】
また、磁場Ｂ７と磁場Ｂ８との位相差が励磁状態ＳＴａから一定値πだけ変化し（θ８＝π＋θ７＋Δθ８）、かつθ０１＝θ００＋Δθ０１である状態を励磁状態ＳＴｂとし、この励磁状態ＳＴｂにおける電極間起電力Ｅ２０ｃをＥ２π０とすると、電極間起電力Ｅ２π０は式（８０）より次式のようになる。
Ｅ２π０＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００）｝
・［ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）
・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝］              ・・・（８２）
【０１４０】
また、θ８＝π＋θ７＋Δθ８、θ０１＝θ００＋Δθ０１である励磁状態ＳＴｂにおける電極間起電力Ｅ２２ｃをＥ２π２とすると、電極間起電力Ｅ２π２は式（８１）より次式のようになる。
Ｅ２π２＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００）｝
・［ω２・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）
・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝］              ・・・（８３）
【０１４１】
ここで、測定管軸ＰＡＸと直交する、電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮから第１の励磁コイル３ａまでの距離ｄ１と平面ＰＬＮから第２の励磁コイル３ｂまでの距離ｄ２とが略等しいとすると（ｄ１≒ｄ２）、ｂ７≒ｂ８、Δθ８≒０になる。この場合、式（８０）、式（８１）、式（８２）、式（８３）は以下のようになる。
Ｅ２０≒ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００）｝
・｛２・ｂ７・γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）｝            ・・・（８４）
Ｅ２２≒ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００）｝
・｛２・ｂ７・γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）｝            ・・・（８５）
Ｅ２π０≒ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００）｝
・｛２・ｂ７・ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）｝              ・・・（８６）
Ｅ２π２≒ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００）｝
・｛２・ｂ７・ω２・ｅｘｐ（ｊ・π／２）｝              ・・・（８７）
【０１４２】
すなわち、電極間起電力Ｅ２０，Ｅ２２はほぼｖ×Ｂ成分の起電力のみとなり、電極間起電力Ｅ２π０，Ｅ２π２はほぼ∂Ａ／∂ｔ成分の起電力のみとなるので、∂Ａ／∂ｔ成分の抽出やｖ×Ｂ成分の抽出、および正規化や０補正演算の際の演算誤差を小さくすることができる。この点が、本実施の形態と第１の実施の形態の技術的な意義における相違点である。ただし、以後の理論展開もｂ７≠ｂ８、Δθ８≠０として進める。
【０１４３】
電極間起電力Ｅ２π０とＥ２π２との差をとり、求めた差分をω０／（ω０−ω２）倍した結果を起電力差ＥｄＡ２１とすれば、ＥｄＡ２１は次式で表される。この起電力差ＥｄＡ２１は第２の基本原理の第１の∂Ａ／∂ｔ成分に相当する。
ＥｄＡ２１＝（Ｅ２π０−Ｅ２π２）・ω０／（ω０−ω２）
＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００）｝
・［ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
−ω２・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
−γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝］
・ω０／（ω０−ω２）
＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００）｝
・ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
・・・（８８）
【０１４４】
起電力差ＥｄＡ２１は、流速の大きさＶに関係しないので、∂Ａ／∂ｔにより発生する成分のみとなる。この起電力差ＥｄＡ２１を用いて電極間起電力Ｅ２０（合成ベクトルＶａｓ０＋Ｖｂｓ０）中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかる係数（スパン）を正規化する。なお、起電力差ＥｄＡ２１は、正確には電極間起電力Ｅ２π０とＥ２π２との起電力差をω０／（ω０−ω２）倍したものであるが、ω０／（ω０−ω２）倍した理由は、式の展開を容易にするためである。
【０１４５】
式（８０）の電極間起電力Ｅ２０を式（８８）の起電力差ＥｄＡ２１で正規化し、ω０倍した結果をＥｎ２０とすれば、正規化起電力Ｅｎ２０は次式のようになる。
Ｅｎ２０＝（Ｅ２０／ＥｄＡ２１）・ω０
＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００）｝
・［ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）・｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝］
／［ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００）｝・ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）
・｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝］・ω０
＝ω０・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
／｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＋［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ            ・・・（８９）
【０１４６】
式（８９）の右辺第２項が、ｖ×Ｂにより発生する成分を∂Ａ／∂ｔにより発生する成分で正規化した項となる。なお、電極間起電力Ｅ２０を起電力差ＥｄＡ２１で正規化した結果をω０倍した理由は、流速の大きさＶに係る右辺第２項から励磁角周波数ω０を消去するためである。式（８９）によれば、流速の大きさＶにかかる複素係数は、γの大きさ、−π／２＋Δθ０１の実軸からの角度をもつ。係数γおよび角度Δθ０１は校正等により予め求めることができる定数であり、式（８９）の右辺第２項は被測定流体の流速が変化しないかぎり一定となる。したがって、∂Ａ／∂ｔ成分を用いてｖ×Ｂ成分の正規化を行うことにより、磁場のシフトや位相変化による誤差を自動的に補正するスパン補正を実現することができる。
【０１４７】
次に、０点の変動要因である、式（８９）の右辺第１項を除去する方法について説明する。角周波数ω０における正規化起電力Ｅｎ２０を求めたときと同様の手順で角周波数ω２における正規化起電力Ｅｎ２２を求める。
Ｅｎ２２＝｛Ｅ２２／（ＥｄＡ２１・ω２／ω０）｝・ω２
＝（Ｅ２２／ＥｄＡ２１）・ω０
＝ω２・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
／｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＋［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ      ・・・（９０）
【０１４８】
正規化起電力Ｅｎ２０とＥｎ２２との差をとり、求めた差分をω０／（ω０−ω２）倍した結果を正規化起電力差ＥｄＡ２２とすれば、ＥｄＡ２２は次式で表される。この正規化起電力差ＥｄＡ２２は第２の基本原理の第２の∂Ａ／∂ｔ成分に相当する。
ＥｄＡ２２＝（Ｅｎ２０−Ｅｎ２２）・ω０／（ω０−ω２）
＝［ω０・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
／｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＋γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝・Ｖ
−ω２・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
／｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
−γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝・Ｖ］・ω０／（ω０−ω２）
＝ω０・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
／｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝                      ・・・（９１）
【０１４９】
正規化起電力差ＥｄＡ２２は正規化された∂Ａ／∂ｔ成分を表し、式（８９）の右辺第１項と等しくなるので、この正規化起電力差ＥｄＡ２２を使用すれば、正規化されたｖ×Ｂ成分を正規化起電力Ｅｎ２０から取り出すことができる。式（８９）の正規化起電力Ｅｎ２０から式（９１）の正規化起電力差ＥｄＡ２２を引いたときに得られるｖ×Ｂ成分をＥｖＢｎ２とすると、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ２は次式で表される。
ＥｖＢｎ２＝Ｅｎ２０−ＥｄＡ２２
＝ω０・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
／｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＋［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ
−ω０・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
／｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＝［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ    ・・・（９２）
【０１５０】
ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ２は角周波数ω０，ω２に関係しない。流速の大きさＶが０のときｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ２も０となることから分かるように、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ２より、スパンが補正され、かつ０点が補正された出力を得ることができる。式（９２）より、流速の大きさＶは次式のように表される。
Ｖ＝｜ＥｖＢｎ２／［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］｜
＝｜ＥｖＢｎ２｜／γ                                          ・・・（９３）
【０１５１】
なお、第２の基本原理で用いた定数および変数と、本実施の形態の定数および変数との対応関係は以下の表２のとおりである。本実施の形態は、表２から明らかなように、前述の第２の基本原理を具体的に実現する１つの例である。
【０１５２】
【表２】
2006058177.tif 000004
【０１５３】
次に、本実施の形態の電磁流量計の具体的な構成とその動作について説明する。図２２は本実施の形態の電磁流量計の構成を示すブロック図であり、図５と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の電磁流量計は、測定管１と、電極２ａ，２ｂと、第１、第２の励磁コイル３ａ，３ｂと、第１、第２の励磁コイル３ａ，３ｂに励磁電流を供給する電源部４ａと、信号変換部５ａと、信号変換部５ａによって抽出されたｖ×Ｂ成分から流体の流量を算出する流量出力部６ａとを有する。
【０１５４】
第１、第２の励磁コイル３ａ，３ｂと電源部４ａとは、平面ＰＬＮに対して非対称、かつ時間変化する磁場を被測定流体に印加する励磁部となる。
信号変換部５ａは、励磁状態ＳＴｂ（第１の励磁状態）において、電極２ａ，２ｂで検出される合成起電力のうち第１の角周波数ω０と第２の角周波数ω２の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて２つの周波数成分の起電力差を第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、励磁状態ＳＴａ（第２の励磁状態）において、合成起電力のうち第１の角周波数ω０と第２の角周波数ω２の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、この２つの周波数成分の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を前記抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行うスパン補正部５１ａと、電極２ａ，２ｂで検出される合成起電力のうちスパン補正部５１ａによって正規化された２つの周波数成分の位相と振幅に基づいて、この２つの周波数成分の起電力差を第２の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、正規化された２つの周波数成分のうちいずれか１つの周波数成分の中から、抽出した第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出する０点補正部５２ａとから構成される。
【０１５５】
本実施の形態では、前述のとおり、平面ＰＬＮから第１の励磁コイル３ａまでの距離ｄ１と平面ＰＬＮから第２の励磁コイル３ｂまでの距離ｄ２とが略等しいとする。
電源部４ａは、第１の角周波数ω０の正弦波成分と第２の角周波数ω２の正弦波成分とを含む第１の励磁電流を第１の励磁コイル３ａに供給すると同時に、第１の励磁電流との位相差がΔθ８で、第１の角周波数ω０の正弦波成分と第２の角周波数ω２の正弦波成分とを含む第２の励磁電流を第２の励磁コイル３ｂに供給する励磁状態ＳＴａをＴ１秒継続し、この励磁状態ＳＴａに対して第１の励磁電流と第２の励磁電流との位相差をΔθ８＋πに変更した励磁状態ＳＴｂをＴ２秒継続することをＴ秒周期で繰り返す。すなわち、Ｔ＝Ｔ１＋Ｔ２である。
【０１５６】
図２３は信号変換部５ａと流量出力部６ａの動作を示すフローチャートである。まず、信号変換部５ａのスパン補正部５１ａは、励磁状態ＳＴａにおいて、電極２ａと２ｂ間の起電力のうち角周波数ω０の成分の起電力Ｅ２０の振幅ｒ２０を求めると共に、実軸と電極間起電力Ｅ２０との位相差φ２０を図示しない位相検波器により求める。また、スパン補正部５１ａは、励磁状態ＳＴａにおいて、電極２ａと２ｂ間の起電力のうち角周波数ω２の成分の起電力Ｅ２２の振幅ｒ２２を求めると共に、実軸と電極間起電力Ｅ２２との位相差φ２２を位相検波器により求める（図２３ステップ２０１）。
【０１５７】
続いて、スパン補正部５１ａは、励磁状態ＳＴｂにおいて、電極２ａと２ｂ間の起電力のうち角周波数ω０の成分の起電力Ｅ２π０の振幅ｒ２π０を求めると共に、実軸と電極間起電力Ｅ２π０との位相差φ２π０を位相検波器により求める。また、スパン補正部５１ａは、励磁状態ＳＴｂにおいて、電極２ａと２ｂ間の起電力のうち角周波数ω２の成分の起電力Ｅ２π２の振幅ｒ２π２を求めると共に、実軸と電極間起電力Ｅ２π２との位相差φ２π２を位相検波器により求める（ステップ２０２）。
【０１５８】
次に、スパン補正部５１ａは、電極間起電力Ｅ２π０の実軸成分Ｅ２π０ｘと虚軸成分Ｅ２π０ｙ、および電極間起電力Ｅ２π２の実軸成分Ｅ２π２ｘと虚軸成分Ｅ２π２ｙを次式のように算出する（ステップ２０３）。
Ｅ２π０ｘ＝ｒ２π０・ｃｏｓ（φ２π０）                        ・・・（９４）
Ｅ２π０ｙ＝ｒ２π０・ｓｉｎ（φ２π０）                        ・・・（９５）
Ｅ２π２ｘ＝ｒ２π２・ｃｏｓ（φ２π２）                        ・・・（９６）
Ｅ２π２ｙ＝ｒ２π２・ｓｉｎ（φ２π２）                        ・・・（９７）
【０１５９】
式（９４）〜式（９７）の算出後、スパン補正部５１ａは、電極間起電力Ｅ２π０とＥ２π２との起電力差ＥｄＡ２１の大きさと角度を求める（ステップ２０４）。このステップ２０４の処理は、第１の∂Ａ／∂ｔ成分を求めることに対応する処理であり、式（８８）の算出に相当する処理である。スパン補正部５１ａは、起電力差ＥｄＡ２１の大きさ｜ＥｄＡ２１｜を次式のように算出する。
｜ＥｄＡ２１｜＝｛（Ｅ２π０ｘ−Ｅ２π２ｘ）2
＋（Ｅ２π０ｙ−Ｅ２π２ｙ）2｝1/2・ω０／（ω０−ω２）
・・・（９８）
【０１６０】
そして、スパン補正部５１ａは、起電力差ＥｄＡ２１の角度∠ＥｄＡ２１を次式のように算出する。
∠ＥｄＡ２１＝ｔａｎ-1｛（Ｅ２π０ｙ−Ｅ２π２ｙ）
／（Ｅ２π０ｘ−Ｅ２π２ｘ）｝                    ・・・（９９）
これで、ステップ２０４の処理が終了する。
【０１６１】
次に、スパン補正部５１ａは、電極間起電力Ｅ２０を起電力差ＥｄＡ２１で正規化した正規化起電力Ｅｎ２０の大きさと角度を求める（ステップ２０５）。このステップ２０５の処理は、式（８９）の算出に相当する処理である。スパン補正部５１ａは、正規化起電力Ｅｎ２０の大きさ｜Ｅｎ２０｜を次式のように算出する。
｜Ｅｎ２０｜＝（ｒ２０／｜ＥｄＡ２１｜）・ω０                ・・・（１００）
【０１６２】
そして、スパン補正部５１ａは、正規化起電力Ｅｎ２０の角度∠Ｅｎ２０を次式のように算出する。
∠Ｅｎ２０＝φ２０−∠ＥｄＡ２１                              ・・・（１０１）
さらに、スパン補正部５１ａは、正規化起電力Ｅｎ２０の実軸成分Ｅｎ２０ｘと虚軸成分Ｅｎ２０ｙを次式のように算出する。
Ｅｎ２０ｘ＝｜Ｅｎ２０｜・ｃｏｓ（∠Ｅｎ２０）                ・・・（１０２）
Ｅｎ２０ｙ＝｜Ｅｎ２０｜・ｓｉｎ（∠Ｅｎ２０）                ・・・（１０３）
これで、ステップ２０５の処理が終了する。
【０１６３】
続いて、スパン補正部５１ａは、電極間起電力Ｅ２２を起電力差ＥｄＡ２１で正規化した正規化起電力Ｅｎ２２の大きさと角度を求める（ステップ２０６）。このステップ２０６の処理は、式（９０）の算出に相当する処理である。スパン補正部５１ａは、正規化起電力Ｅｎ２２の大きさ｜Ｅｎ２２｜を次式のように算出する。
｜Ｅｎ２２｜＝（ｒ２２／｜ＥｄＡ２１｜）・ω０                ・・・（１０４）
【０１６４】
そして、スパン補正部５１ａは、正規化起電力Ｅｎ２２の角度∠Ｅｎ２２を次式のように算出する。
∠Ｅｎ２２＝φ２２−∠ＥｄＡ２１                              ・・・（１０５）
さらに、スパン補正部５１ａは、正規化起電力Ｅｎ２２の実軸成分Ｅｎ２２ｘと虚軸成分Ｅｎ２２ｙを次式のように算出する。
Ｅｎ２２ｘ＝｜Ｅｎ２２｜・ｃｏｓ（∠Ｅｎ２２）                ・・・（１０６）
Ｅｎ２２ｙ＝｜Ｅｎ２２｜・ｓｉｎ（∠Ｅｎ２２）                ・・・（１０７）
これで、ステップ２０６の処理が終了する。
【０１６５】
次に、信号変換部５ａの０点補正部５２ａは、正規化起電力Ｅｎ２０とＥｎ２２との起電力差ＥｄＡ２２の大きさを求める（ステップ２０７）。このステップ２０７の処理は、第２の∂Ａ／∂ｔ成分を求めることに対応する処理であり、式（９１）の算出に相当する処理である。０点補正部５２ａは、起電力差ＥｄＡ２２の実軸成分ＥｄＡ２２ｘと虚軸成分ＥｄＡ２２ｙを次式のように算出する。
ＥｄＡ２２ｘ＝（Ｅｎ２０ｘ−Ｅｎ２２ｘ）・ω０／（ω０−ω２）  ・・（１０８）
ＥｄＡ２２ｙ＝（Ｅｎ２０ｙ−Ｅｎ２２ｙ）・ω０／（ω０−ω２）  ・・（１０９）
【０１６６】
そして、０点補正部５２ａは、正規化起電力Ｅｎ２０から起電力差ＥｄＡ２２を取り除き、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ２の大きさを求める（ステップ２０８）。このステップ２０８の処理は、式（９２）の算出に相当する処理である。０点補正部５２ａは、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ２の大きさ｜ＥｖＢｎ２｜を次式のように算出する。
｜ＥｖＢｎ２｜＝｛（Ｅｎ２０ｘ−ＥｄＡ２２ｘ）2
＋（Ｅｎ２０ｙ−ＥｄＡ２２ｙ）2｝1/2          ・・・（１１０）
【０１６７】
流量出力部６ａは、被測定流体の流速の大きさＶを次式のように算出する（ステップ２０９）。このステップ２０９の処理は、式（９３）の算出に相当する処理である。
Ｖ＝｜ＥｖＢｎ２｜／γ                                        ・・・（１１１）
なお、比例係数γは、校正等により予め求めることができる定数である。信号変換部５ａと流量出力部６ａとは、以上のようなステップ２０１〜２０９の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで（ステップ２１０においてＹＥＳ）、一定周期毎に行う。なお、ステップ２０２〜２０９の処理は励磁状態ＳＴｂにおいて行われる。
【０１６８】
以上のように、本実施の形態では、周波数が異なる２つの成分を含む磁場Ｂ７を第１の励磁コイル３ａから被測定流体に印加すると同時に、磁場Ｂ７との位相差がΔθ８＋π（第１の値）で、周波数が異なる２つの成分を含む磁場Ｂ８を第２の励磁コイル３ｂから被測定流体に印加する励磁状態ＳＴｂ（第１の励磁状態）において、角周波数ω０の成分の起電力Ｅ２π０と角周波数ω２の成分の起電力Ｅ２π２とを求め、電極間起電力Ｅ２π０とＥ２π２とから起電力差ＥｄＡ２１（第１の∂Ａ／∂ｔ成分）を抽出し、この第１の∂Ａ／∂ｔ成分を用いて、磁場Ｂ７と磁場Ｂ８との位相差がΔθ８である励磁状態ＳＴａ（第２の励磁状態）における電極間起電力Ｅ２０，Ｅ２２中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかるスパンを正規化し、正規化起電力Ｅｎ２０とＥｎ２２とから起電力差ＥｄＡ２２（第２の∂Ａ／∂ｔ成分）を抽出して、正規化起電力Ｅｎ２０から第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出し、このｖ×Ｂ成分から被測定流体の流量を算出するようにしたので、正確なスパン補正を自動的に行うことができ、かつ被測定流体の流量を０にすることなく電磁流量計の出力の０点を補正することができ、高周波励磁においても０点の安定性を確保することができる。
【０１６９】
また、本実施の形態では、電極２ａ，２ｂを含む平面ＰＬＮから第１の励磁コイル３ａまでの距離ｄ１と平面ＰＬＮから第２の励磁コイル３ｂまでの距離ｄ２とを調整することにより、電極間起電力Ｅ２０，Ｅ２２がほぼｖ×Ｂ成分の起電力のみとなり、電極間起電力Ｅ２π０，Ｅ２π２がほぼ∂Ａ／∂ｔ成分の起電力のみとなるようにすることができる。これにより、本実施の形態では、ｖ×Ｂ成分および∂Ａ／∂ｔ成分をより効果的に抽出することが可能であり、第１の実施の形態に比べて演算誤差を小さくすることが可能である。
【０１７０】
なお、本実施の形態では、角周波数ω０の成分の起電力Ｅ２０を０補正およびスパン補正の対象としたが、角周波数ω２の成分の起電力Ｅ２２を０補正およびスパン補正の対象としてもよい。この場合は、次式のように電極間起電力Ｅ２π２からＥ２π０を引いて起電力差ＥｄＡ２１（第１の∂Ａ／∂ｔ成分）を求める。
ＥｄＡ２１＝（Ｅ２π２−Ｅ２π０）・ω２／（ω２−ω０）      ・・・（１１２）
【０１７１】
続いて、次式のように起電力差ＥｄＡ２１を用いて電極間起電力Ｅ２０，Ｅ２２中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかるスパンを正規化する。
Ｅｎ２０＝（Ｅ２０／ＥｄＡ２１）・ω２                        ・・・（１１３）
Ｅｎ２２＝（Ｅ２２／ＥｄＡ２１）・ω２                        ・・・（１１４）
そして、次式のように正規化起電力Ｅｎ２２とＥｎ２０とから起電力差ＥｄＡ２２（第２の∂Ａ／∂ｔ成分）を求める。
ＥｄＡ２２＝（Ｅｎ２２−Ｅｎ２０）・ω２／（ω２−ω０）      ・・・（１１５）
【０１７２】
さらに、次式のように正規化起電力Ｅｎ２２から起電力差ＥｄＡ２２を引くことによりｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ２を求めるようにすればよい。その他の処理は電極間起電力Ｅ２０を０補正およびスパン補正の対象とする場合と同じである。
｜ＥｖＢｎ２｜＝｜Ｅｎ２２−ＥｄＡ２２｜                      ・・・（１１６）
【０１７３】
また、本実施の形態では、複数の励磁周波数ω０，ω２で同時に励磁する例を示したが、単一の励磁周波数ω０又はω２で励磁を行い、励磁周波数をω０とω２で交互に切り替えながら励磁をした場合でも同じ効果を得ることができる。
【０１７４】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態は、前述の第２の基本原理を用いるものである。本実施の形態の電磁流量計は２個の励磁コイルと１対の電極とを有するものであり、信号処理系を除く構成は図５に示した電磁流量計と同様であるので、図５の符号を用いて本実施の形態の原理を説明する。
【０１７５】
式（８０）で示した、電極間起電力Ｅ２０の中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかる係数（スパン）の変動要因を除去するために、このスパンの変動要因と同じ変動要因を持つ第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出する。このときの抽出方法としては第２の基本原理で説明した第２の抽出方法を用いる。
【０１７６】
初期状態（校正時の状態）において、第１の励磁コイル３ａから発生する磁場Ｂ７と第２の励磁コイル３ｂから発生する磁場Ｂ８を等しく設定しておくと、その後の磁場Ｂ７とＢ８との差は小さくなり、次式の条件が成り立つ。
｜ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｜≫｜ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｜
・・・（１１７）
【０１７７】
また、通常ω０＞γ・Ｖが成り立つことから、式（１１７）の条件を考慮すると、式（８２）において次式の条件が成り立つ。
｜ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝｜
≫  ｜γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝｜
・・・（１１８）
【０１７８】
式（１１８）の条件を用いて、式（８２）の電極間起電力Ｅ２π０を近似した電極間起電力ＥｄＡ３１は次式で表される。ここで、起電力ＥｄＡ３１は第２の基本原理の第１の∂Ａ／∂ｔ成分に相当する。
ＥｄＡ３１≒Ｅ２π０                                          ・・・（１１９）
ＥｄＡ３１＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００）｝
・ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
・・・（１２０）
【０１７９】
電極間起電力ＥｄＡ３１は、流速の大きさＶに関係しないので、∂Ａ／∂ｔにより発生する成分のみとなる。この電極間起電力ＥｄＡ３１を用いて、電極間起電力Ｅ２０の中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかる係数（スパン）を正規化する。式（８０）の電極間起電力Ｅ２０を式（１２０）の電極間起電力ＥｄＡ３１で正規化し、ω０倍した結果をＥｎ３０とすれば、正規化起電力Ｅｎ３０は次式のようになる。
Ｅｎ３０＝（Ｅ２０／ＥｄＡ３１）・ω０
＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００）｝
・［ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）・｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝］
／［ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００）｝・ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）
・｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝］・ω０
＝ω０・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
／｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＋［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ          ・・・（１２１）
【０１８０】
式（１２１）の右辺第２項が、ｖ×Ｂにより発生する成分を∂Ａ／∂ｔにより発生する成分で正規化した項となる。なお、電極間起電力Ｅ２０を起電力ＥｄＡ３１で正規化した結果をω０倍した理由は、流速の大きさＶに係る右辺第２項から励磁角周波数ω０を消去するためである。式（１２１）によれば、流速の大きさＶにかかる複素係数は、γの大きさ、−π／２＋Δθ０１の実軸からの角度をもつ。係数γおよび角度Δθ０１は校正等により予め求めることができる定数であり、式（１２１）の右辺第２項は被測定流体の流速が変化しないかぎり一定となる。したがって、∂Ａ／∂ｔ成分を用いてｖ×Ｂ成分の正規化を行うことにより、磁場のシフトや位相変化による誤差を自動的に補正するスパン補正を実現することができる。
【０１８１】
次に、０点の変動要因である、式（１２１）の右辺第１項を除去する方法について説明する。角周波数ω０における正規化起電力Ｅｎ３０を求めたときと同様の手順で角周波数ω２における正規化起電力Ｅｎ３２を求める。通常ω２＞γ・Ｖが成り立つことから、式（１１７）の条件を考慮すると、式（８３）において次式の条件が成り立つ。
｜ω２・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝｜
≫  ｜γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝｜
・・・（１２２）
【０１８２】
式（１２２）の条件を用いて、式（８３）の電極間起電力Ｅ２π２を近似した電極間起電力ＥｄＡ３１１は次式のように表される。
ＥｄＡ３１１≒Ｅ２π２                                        ・・・（１２３）
ＥｄＡ３１１＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ７＋θ００）｝
・ω２・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
・・・（１２４）
【０１８３】
電極間起電力ＥｄＡ３１１は、流速の大きさＶに関係しないので、∂Ａ／∂ｔにより発生する成分のみとなる。この電極間起電力ＥｄＡ３１１を用いて、電極間起電力Ｅ２２の中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかる係数（スパン）を正規化する。電極間起電力Ｅ２２を電極間起電力ＥｄＡ３１１で正規化し、ω２倍した結果をＥｎ３２とすれば、正規化起電力Ｅｎ３２は次式のようになる。
Ｅｎ３２＝（Ｅ２２／ＥｄＡ３１１）・ω２
＝ω２・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
／｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＋［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ          ・・・（１２５）
【０１８４】
正規化起電力Ｅｎ３０とＥｎ３２との差をとり、求めた差分をω０／（ω０−ω２）倍した結果を起電力差ＥｄＡ３２とすれば、ＥｄＡ３２は次式で表される。この起電力差ＥｄＡ３２は、第２の基本原理の第２の∂Ａ／∂ｔ成分に相当する。
ＥｄＡ３２＝（Ｅｎ３０−Ｅｎ３２）・ω０／（ω０−ω２）
＝［ω０・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）
／｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＋γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝・Ｖ
−ω２・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
／｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
−γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝・Ｖ］・ω０／（ω０−ω２）
＝ω０・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
／｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝                      ・・・（１２６）
【０１８５】
起電力差ＥｄＡ３２は正規化された∂Ａ／∂ｔ成分を表し、式（１２１）の右辺第１項と等しくなるので、この正規化起電力差ＥｄＡ３２を使用すれば、正規化されたｖ×Ｂ成分を正規化起電力Ｅｎ３０から取り出すことができる。式（１２１）の正規化起電力Ｅｎ３０から式（１２６）の正規化起電力差ＥｄＡ３２を引いたときに得られるｖ×Ｂ成分をＥｖＢｎ３とすると、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ３は次式で表される。
ＥｖＢｎ３＝Ｅｎ３０−ＥｄＡ３２
＝ω０・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
／｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＋［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ
−ω０・｛ｂ７−ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
／｛ｂ７＋ｂ８・ｅｘｐ（ｊ・Δθ８）｝
＝［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ  ・・・（１２７）
【０１８６】
ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ３は角周波数ω０，ω２に関係しない。流速の大きさＶが０のときｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ３も０となることから分かるように、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ３より、スパンが補正され、かつ０点が補正された出力を得ることができる。式（１２７）より、流速の大きさＶは次式のように表される。
Ｖ＝｜ＥｖＢｎ３／［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］｜
＝｜ＥｖＢｎ３｜／γ                                        ・・・（１２８）
【０１８７】
なお、第２の基本原理で用いた定数および変数と、本実施の形態の定数および変数との対応関係は以下の表３のとおりである。本実施の形態は、表３から明らかなように、前述の第２の基本原理を具体的に実現する１つの例である。
【０１８８】
【表３】
2006058177.tif 000005
【０１８９】
次に、本実施の形態の電磁流量計の具体的な構成とその動作について説明する。本実施の形態の電磁流量計の構成は第２の実施の形態と同様であるので、図２２の符号を用いて説明する。本実施の形態の電磁流量計は、測定管１と、電極２ａ，２ｂと、第１、第２の励磁コイル３ａ，３ｂと、第１、第２の励磁コイル３ａ，３ｂに励磁電流を供給する電源部４ａと、信号変換部５ａと、流量出力部６ａとを有する。
【０１９０】
信号変換部５ａは、励磁状態ＳＴｂ（第１の励磁状態）において、電極２ａ，２ｂで検出される合成起電力のうち第１の角周波数ω０と第２の角周波数ω２の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて２つの周波数成分を第１の角周波数ω０と第２の角周波数ω２における第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、励磁状態ＳＴａ（第２の励磁状態）において、合成起電力のうち第１の角周波数ω０と第２の角周波数ω２の２つの周波数成分の振幅と位相を求め、この２つの周波数成分の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を対応する同一周波数の第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行うスパン補正部５１ａと、電極２ａ，２ｂで検出される合成起電力のうちスパン補正部５１ａによって正規化された２つの周波数成分の位相と振幅に基づいて、この２つの周波数成分の起電力差を第２の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、正規化された２つの周波数成分のうちいずれか１つの周波数成分の中から、抽出した第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出する０点補正部５２ａとから構成される。
【０１９１】
電源部４ａの動作は第２の実施の形態と同じである。図２４は本実施の形態の信号変換部５ａと流量出力部６ａの動作を示すフローチャートである。まず、図２４のステップ３０１，３０２の処理は、図２３のステップ２０１，２０２と同じである。
【０１９２】
次に、信号変換部５ａのスパン補正部５１ａは、電極間起電力Ｅ２π０を近似した起電力ＥｄＡ３１の大きさと角度を求める（ステップ３０３）。このステップ３０３の処理は、第１の∂Ａ／∂ｔ成分を求めることに対応する処理であり、式（１２０）の算出に相当する処理である。スパン補正部５１ａは、電極間起電力ＥｄＡ３１の大きさ｜ＥｄＡ３１｜を次式のように算出する。
｜ＥｄＡ３１｜＝ｒ２π０                                      ・・・（１２９）
そして、スパン補正部５１ａは、電極間起電力ＥｄＡ３１の角度∠ＥｄＡ３１を次式のように算出する。
∠ＥｄＡ３１＝φ２π０                                        ・・・（１３０）
これで、ステップ３０３の処理が終了する。
【０１９３】
続いて、スパン補正部５１ａは、電極間起電力Ｅ２０を電極間起電力ＥｄＡ３１で正規化した正規化起電力Ｅｎ３０の大きさと角度を求める（ステップ３０４）。このステップ３０４の処理は、式（１２１）の算出に相当する処理である。スパン補正部５１ａは、正規化起電力Ｅｎ３０の大きさ｜Ｅｎ３０｜を次式のように算出する。
｜Ｅｎ３０｜＝（ｒ２０／｜ＥｄＡ３１｜）・ω０                ・・・（１３１）
【０１９４】
そして、スパン補正部５１ａは、正規化起電力Ｅｎ３０の角度∠Ｅｎ３０を次式のように算出する。
∠Ｅｎ３０＝φ２０−∠ＥｄＡ３１                              ・・・（１３２）
さらに、スパン補正部５１ａは、正規化起電力Ｅｎ３０の実軸成分Ｅｎ３０ｘと虚軸成分Ｅｎ３０ｙを次式のように算出する。
Ｅｎ３０ｘ＝｜Ｅｎ３０｜・ｃｏｓ（∠Ｅｎ３０）                ・・・（１３３）
Ｅｎ３０ｙ＝｜Ｅｎ３０｜・ｓｉｎ（∠Ｅｎ３０）                ・・・（１３４）
これで、ステップ３０４の処理が終了する。
【０１９５】
次に、スパン補正部５１ａは、電極間起電力Ｅ２π２を近似した起電力ＥｄＡ３１１の大きさと角度を求める（ステップ３０５）。このステップ３０５の処理は、式（１２４）の算出に相当する処理である。スパン補正部５１ａは、電極間起電力ＥｄＡ３１１の大きさ｜ＥｄＡ３１１｜を次式のように算出する。
｜ＥｄＡ３１１｜＝ｒ２π２                                    ・・・（１３５）
そして、スパン補正部５１ａは、電極間起電力ＥｄＡ３１１の角度∠ＥｄＡ３１１を次式のように算出する。
∠ＥｄＡ３１１＝φ２π２                                      ・・・（１３６）
これで、ステップ３０５の処理が終了する。
【０１９６】
続いて、スパン補正部５１ａは、電極間起電力Ｅ２２を電極間起電力ＥｄＡ３１１で正規化した正規化起電力Ｅｎ３２の大きさと角度を求める（ステップ３０６）。このステップ３０６の処理は、式（１２５）の算出に相当する処理である。スパン補正部５１ａは、正規化起電力Ｅｎ３２の大きさ｜Ｅｎ３２｜を次式のように算出する。
｜Ｅｎ３２｜＝（ｒ２２／｜ＥｄＡ３１１｜）・ω２              ・・・（１３７）
【０１９７】
そして、スパン補正部５１ａは、正規化起電力Ｅｎ３２の角度∠Ｅｎ３２を次式のように算出する。
∠Ｅｎ３２＝φ２２−∠ＥｄＡ３１１                            ・・・（１３８）
さらに、スパン補正部５１ａは、正規化起電力Ｅｎ３２の実軸成分Ｅｎ３２ｘと虚軸成分Ｅｎ３２ｙを次式のように算出する。
Ｅｎ３２ｘ＝｜Ｅｎ３２｜・ｃｏｓ（∠Ｅｎ３２）                ・・・（１３９）
Ｅｎ３２ｙ＝｜Ｅｎ３２｜・ｓｉｎ（∠Ｅｎ３２）                ・・・（１４０）
これで、ステップ３０６の処理が終了する。
【０１９８】
次に、信号変換部５ａの０点補正部５２ａは、正規化起電力Ｅｎ３０とＥｎ３２との起電力差ＥｄＡ３２の大きさを求める（ステップ３０７）。このステップ３０７の処理は、第２の∂Ａ／∂ｔ成分を求めることに対応する処理であり、式（１２６）の算出に相当する処理である。０点補正部５２ａは、起電力差ＥｄＡ３２の実軸成分ＥｄＡ３２ｘと虚軸成分ＥｄＡ３２ｙを次式のように算出する。
ＥｄＡ３２ｘ＝（Ｅｎ３０ｘ−Ｅｎ３２ｘ）・ω０／（ω０−ω２）  ・・（１４１）
ＥｄＡ３２ｙ＝（Ｅｎ３０ｙ−Ｅｎ３２ｙ）・ω０／（ω０−ω２）  ・・（１４２）
【０１９９】
そして、０点補正部５２ａは、正規化起電力Ｅｎ３０から起電力差ＥｄＡ３２を取り除き、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ３の大きさを求める（ステップ３０８）。このステップ３０８の処理は、式（１２７）の算出に相当する処理である。０点補正部５２ａは、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ３の大きさ｜ＥｖＢｎ３｜を次式のように算出する。
｜ＥｖＢｎ３｜＝｛（Ｅｎ３０ｘ−ＥｄＡ３２ｘ）2
＋（Ｅｎ３０ｙ−ＥｄＡ３２ｙ）2｝1/2          ・・・（１４３）
【０２００】
流量出力部６ａは、被測定流体の流速の大きさＶを次式のように算出する（ステップ３０９）。このステップ３０９の処理は、式（１２８）の算出に相当する処理である。
Ｖ＝｜ＥｖＢｎ３｜／γ                                        ・・・（１４４）
なお、比例係数γは、校正等により予め求めることができる定数である。信号変換部５ａと流量出力部６ａとは、以上のようなステップ３０１〜３０９の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで（ステップ３１０においてＹＥＳ）、一定周期毎に行う。なお、ステップ３０２〜３０９の処理は励磁状態ＳＴｂにおいて行われる。
【０２０１】
以上のように、本実施の形態では、第１の励磁コイル３ａから発生する磁場Ｂ７と第２の励磁コイル３ｂから発生する磁場Ｂ８とが等しくなるように設定しておくと、電極間起電力Ｅ２π０が近似的に第１の角周波数ω０の成分の第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出でき、また電極間起電力Ｅ２π２が近似的に第２の角周波数ω２の成分の第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出できることに着眼し、角周波数ω０の成分の第１の∂Ａ／∂ｔ成分を用いて、磁場Ｂ７と磁場Ｂ８との位相差がΔθ８である励磁状態ＳＴａ（第２の励磁状態）における電極間起電力Ｅ２０中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかるスパンを正規化すると共に、角周波数ω０の成分の第１の∂Ａ／∂ｔ成分を用いて、励磁状態ＳＴａにおける電極間起電力Ｅ２２中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかるスパンを正規化し、正規化起電力Ｅｎ３０とＥｎ３２とから起電力差ＥｄＡ３２（第２の∂Ａ／∂ｔ成分）を抽出して、正規化起電力Ｅｎ３０から第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出し、このｖ×Ｂ成分から被測定流体の流量を算出するようにしたので、正確なスパン補正を自動的に行うことができ、かつ被測定流体の流量を０にすることなく電磁流量計の出力の０点を補正することができ、高周波励磁においても０点の安定性を確保することができる。
【０２０２】
また、本実施の形態では、角周波数ω０の起電力Ｅ２０のｖ×Ｂ成分を同じ角周波数ω０の起電力Ｅ２π０から抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分を用いて正規化すると共に、角周波数ω２の起電力Ｅ２２のｖ×Ｂ成分を同じ角周波数ω２の起電力Ｅ２π２から抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分を用いて正規化するので、第２の実施の形態に比べて周波数による誤差の影響を少なくすることができる。
【０２０３】
なお、本実施の形態では、角周波数ω０の成分の起電力Ｅ２０を０補正およびスパン補正の対象としたが、角周波数ω２の成分の起電力Ｅ２２を０補正およびスパン補正の対象としてもよい。この場合は、次式のように電極間起電力Ｅ２π２を近似した起電力ＥｄＡ３１（第１の∂Ａ／∂ｔ成分）を求める。
ＥｄＡ３１≒Ｅ２π２                                          ・・・（１４５）
そして、次式のように起電力ＥｄＡ３１を用いて電極間起電力Ｅ２２中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかるスパンを正規化する。
Ｅｎ３２＝（Ｅ２２／ＥｄＡ３１）・ω２                        ・・・（１４６）
【０２０４】
また、次式のように電極間起電力Ｅ２π０を近似した起電力ＥｄＡ３１１（第１の∂Ａ／∂ｔ成分）を求める。
ＥｄＡ３１１≒Ｅ２π０                                        ・・・（１４７）
そして、次式のように起電力ＥｄＡ３１１を用いて電極間起電力Ｅ２０中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかるスパンを正規化する。
Ｅｎ３０＝（Ｅ２０／ＥｄＡ３１１）・ω０                      ・・・（１４８）
【０２０５】
さらに、次式のように正規化起電力Ｅｎ３２とＥｎ３０とから起電力差ＥｄＡ３２（第２の∂Ａ／∂ｔ成分）を求める。
ＥｄＡ３２＝（Ｅｎ３２−Ｅｎ３０）・ω２／（ω２−ω０）      ・・・（１４９）
そして、次式のように正規化起電力Ｅｎ３２から起電力差ＥｄＡ３２を引くことによりｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ３を求めるようにすればよい。その他の処理は電極間起電力Ｅ２０を０補正およびスパン補正の対象とする場合と同じである。
｜ＥｖＢｎ３｜＝｜Ｅｎ３２−ＥｄＡ３２｜                      ・・・（１５０）
【０２０６】
また、本実施の形態では、複数の励磁周波数ω０，ω２で同時に励磁する例を示したが、単一の励磁周波数ω０又はω２で励磁を行い、励磁周波数をω０とω２で交互に切り替えながら励磁をした場合でも同じ効果を得ることができる。
【０２０７】
［第４の実施の形態］
次に、本発明の第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態の電磁流量計に対して電極を１個追加したものであり、前述の第２の基本原理を用いるものである。本実施の形態の電磁流量計は１個の励磁コイルと２対の電極とを有するものであり、信号処理系を除く構成は図１７に示した電磁流量計と同様であるので、図１７の符号を用いて本実施の形態の原理を説明する。新たに追加する第２の電極を既存の第１の電極と同じ側に追加した場合には、第１の実施の形態の冗長な構成となる。したがって、第２の電極は、励磁コイルを挟んで第１の電極と異なる側に配設する必要がある。
【０２０８】
励磁コイル３から発生する磁場Ｂｄのうち、電極２ａ，２ｂ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ１上において電極軸ＥＡＸ１および測定管軸ＰＡＸの双方と直交する磁場成分（磁束密度）Ｂ９と、励磁コイル３から発生する磁場Ｂｄのうち、電極２ｃ，２ｄ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ２上において電極軸ＥＡＸ２および測定管軸ＰＡＸの双方と直交する磁場成分（磁束密度）Ｂ１０は、以下のように与えられるものとする。
Ｂ９＝ｂ９・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ９）＋ｂ９・ｃｏｓ（ω２・ｔ−θ９）
・・・（１５１）
Ｂ１０＝ｂ１０・ｃｏｓ（ω０・ｔ−θ１０）＋ｂ１０・ｃｏｓ（ω２・ｔ−θ１０）
・・・（１５２）
【０２０９】
但し、Ｂ９、Ｂ１０は１つの励磁コイル３から発生しているので、ｂ９とｂ１０、θ９とθ１０は互いに関係があり、独立変数ではない。式（１５１）、式（１５２）において、ω０，ω２は異なる角周波数、ｂ９は磁束密度Ｂ９の角周波数ω０の成分の振幅および角周波数ω２の成分の振幅、ｂ１０は磁束密度Ｂ１０の角周波数ω０の成分の振幅および角周波数ω２の成分の振幅、θ９は磁束密度Ｂ９の角周波数ω０の成分とω０・ｔとの位相差（位相遅れ）および角周波数ω２の成分とω２・ｔとの位相差、θ１０は磁束密度Ｂ１０の角周波数ω０の成分とω０・ｔとの位相差および角周波数ω２の成分とω２・ｔとの位相差である。以下、磁束密度Ｂ９を磁場Ｂ９とし、磁束密度Ｂ１０を磁場Ｂ１０とする。
【０２１０】
被測定流体の流量が０の場合、発生する渦電流は、磁場の変化に起因する成分のみとなり、磁場Ｂｄの変化による渦電流Ｉは、図１８に示すような向きとなる。したがって、電極軸ＥＡＸ１と測定管軸ＰＡＸとを含む平面内において、磁場Ｂｄの変化によって発生する、流速と無関係な第１の電極間起電力Ｅ１と、電極軸ＥＡＸ２と測定管軸ＰＡＸとを含む平面内において、磁場Ｂｄの変化によって発生する、流速と無関係な第２の電極間起電力Ｅ２は、図１８に示すように互いに逆向きとなる
【０２１１】
被測定流体の流速の大きさがＶ（Ｖ≠０）の場合、発生する渦電流には、流速０のときの渦電流Ｉに加えて、被測定流体の流速ベクトルｖに起因する成分ｖ×Ｂｄが発生するため、流速ベクトルｖと磁場Ｂｄによる渦電流Ｉｖは、図１９に示すような向きとなる。したがって、流速ベクトルｖと磁場Ｂｄによって発生する第１の電極間起電力Ｅｖ１、流速ベクトルｖと磁場Ｂｄによって発生する第２の電極間起電力Ｅｖ２は、同じ向きとなる。
【０２１２】
図１８、図１９で説明した電極間起電力の向きを考慮すると、磁場の時間変化に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力と被測定流体の流速に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力とを合わせた、電極２ａ，２ｂ間の第１の電極間起電力のうち、角周波数ω０の成分の起電力Ｅ４１０ｃは式（４８）と同様の次式で表される。
Ｅ４１０ｃ＝ｒｋ・ω０・ｂ９・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ９＋θ００）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ９・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ０１）｝  ・・（１５３）
【０２１３】
また、電極２ａ，２ｂ間の第１の電極間起電力のうち、角周波数ω２の成分の起電力Ｅ４１２ｃは式（４８）と同様の次式で表される。
Ｅ４１２ｃ＝ｒｋ・ω２・ｂ９・ｅｘｐ｛ｊ・（π／２＋θ９＋θ００）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ９・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ０１）｝  ・・（１５４）
【０２１４】
同様に、図１８、図１９で説明した電極間起電力の向きを考慮すると、磁場の時間変化に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力と被測定流体の流速に起因する電極間起電力を複素ベクトルに変換した起電力とを合わせた、電極２ｃ，２ｄ間の第２の電極間起電力のうち、角周波数ω０の成分の起電力Ｅ４２０ｃは式（４９）と同様の次式で表される。
Ｅ４２０ｃ＝ｒｋ・ω０・ｂ１０・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋θ１０＋θ００）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ１０・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１０＋θ０１）｝
・・・（１５５）
【０２１５】
また、電極２ｃ，２ｄ間の第２の電極間起電力のうち、角周波数ω２の成分の起電力Ｅ４２２ｃは式（４９）と同様の次式で表される。
Ｅ４２２ｃ＝ｒｋ・ω２・ｂ１０・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋θ１０＋θ００）｝
＋γ・ｒｋ・Ｖ・ｂ１０・ｅｘｐ｛ｊ・（θ１０＋θ０１）｝
・・・（１５６）
【０２１６】
ここで、ω０・ｔ，ω２・ｔに対する磁場Ｂ９の位相遅れθ９とω０・ｔ，ω２・ｔに対する磁場Ｂ１０の位相遅れθ１０との関係をθ１０＝θ９＋Δθ１０とし、虚軸に対する∂Ａ／∂ｔ成分の角度θ００と実軸に対するｖ×Ｂ成分の角度θ０１との関係をθ０１＝θ００＋Δθ０１とする。式（１５３）にθ１０＝θ９＋Δθ１０、θ０１＝θ００＋Δθ０１を代入したときの第１の電極間起電力Ｅ４１０ｃと式（１５５）にθ１０＝θ９＋Δθ１０、θ０１＝θ００＋Δθ０１を代入したときの第２の電極間起電力Ｅ４２０ｃとの和をＥ４ｓ０とすれば、起電力和Ｅ４ｓ０は次式で表される。
Ｅ４ｓ０＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ００）｝
・［ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）
・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）
・｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝］        ・・・（１５７）
【０２１７】
また、式（１５４）にθ１０＝θ９＋Δθ１０、θ０１＝θ００＋Δθ０１を代入したときの第１の電極間起電力Ｅ４１２ｃと式（１５６）にθ１０＝θ９＋Δθ１０、θ０１＝θ００＋Δθ０１を代入したときの第２の電極間起電力Ｅ４２２ｃとの和をＥ４ｓ２とすれば、起電力和Ｅ４ｓ２は次式で表される。
Ｅ４ｓ２＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ００）｝
・［ω２・ｅｘｐ（ｊ・π／２）
・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）
・｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝］        ・・・（１５８）
【０２１８】
また、式（１５３）にθ１０＝θ９＋Δθ１０、θ０１＝θ００＋Δθ０１を代入したときの第１の電極間起電力Ｅ４１０ｃと式（１５５）にθ１０＝θ９＋Δθ１０、θ０１＝θ００＋Δθ０１を代入したときの第２の電極間起電力Ｅ４２０ｃとの差をＥ４ｄ０とすれば、起電力差Ｅ４ｄ０は次式で表される。
Ｅ４ｄ０＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ００）｝
・［ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）
・｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）
・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝］        ・・・（１５９）
【０２１９】
また、式（１５４）にθ１０＝θ９＋Δθ１０、θ０１＝θ００＋Δθ０１を代入したときの第１の電極間起電力Ｅ４１２ｃと式（１５６）にθ１０＝θ９＋Δθ１０、θ０１＝θ００＋Δθ０１を代入したときの第２の電極間起電力Ｅ４２２ｃとの差をＥ４ｄ２とすれば、起電力差Ｅ４ｄ２は次式で表される。
Ｅ４ｄ２＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ００）｝
・［ω２・ｅｘｐ（ｊ・π／２）
・｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）
・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝］        ・・・（１６０）
【０２２０】
ここで、励磁コイル３の軸を含む平面ＰＬＮ３から電極２ａ，２ｂ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ１までの距離ｄ３と平面ＰＬＮ３から電極２ｃ，２ｄ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ２までの距離ｄ４とが略等しいとすると（ｄ３≒ｄ４）、ｂ９≒ｂ１０、Δθ１０≒０になる。この場合、式（１５７）、式（１５８）、式（１５９）、式（１６０）は以下のようになる。
Ｅ４ｓ０≒ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ００）｝
・｛２・ｂ９・γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）｝      ・・・（１６１）
Ｅ４ｓ２≒ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ００）｝
・｛２・ｂ９・γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）｝      ・・・（１６２）
Ｅ４ｄ０≒ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ００）｝
・｛２・ｂ９・ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）｝          ・・・（１６３）
Ｅ４ｄ２≒ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ００）｝
・｛２・ｂ９・ω２・ｅｘｐ（ｊ・π／２）｝          ・・・（１６４）
【０２２１】
すなわち、起電力和Ｅ４ｓ０，Ｅ４ｓ２はほぼｖ×Ｂ成分の起電力のみとなり、起電力差Ｅ４ｄ０，Ｅ４ｄ２はほぼ∂Ａ／∂ｔ成分の起電力のみとなるので、∂Ａ／∂ｔ成分の抽出やｖ×Ｂ成分の抽出、および正規化や０補正演算の際の演算誤差を小さくすることができる。この点が、本実施の形態と第１の実施の形態の技術的な意義における相違点である。ただし、以後の理論展開もｂ９≠ｂ１０、Δθ１０≠０として進める。
【０２２２】
起電力差Ｅ４ｄ０とＥ４ｄ２との差をとり、求めた差分をω０／（ω０−ω２）倍した結果をＥｄＡ４１とすれば、次式が成立する。ここで、起電力差の差分ＥｄＡ４１は第２の基本原理の第１の∂Ａ／∂ｔ成分に相当する。
ＥｄＡ４１＝（Ｅ４ｄ０−Ｅ４ｄ２）・ω０／（ω０−ω２）
＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ００）｝
・［ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
−ω２・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
−γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝］
・ω０／（ω０−ω２）
＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ００）｝
・ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
・・・（１６５）
【０２２３】
差分ＥｄＡ４１は、流速の大きさＶに関係しないので、∂Ａ／∂ｔにより発生する成分のみとなる。この差分ＥｄＡ４１を用いて起電力和Ｅ４ｓ０（合成ベクトルＶａｓ０＋Ｖｂｓ０）中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかる係数（スパン）を正規化する。なお、差分ＥｄＡ４１は、正確には起電力差Ｅ４ｄ０とＥ４ｄ２との差分をω０／（ω０−ω２）倍したものであるが、ω０／（ω０−ω２）倍した理由は、式の展開を容易にするためである。
【０２２４】
式（１５７）の起電力和Ｅ４ｓ０を式（１６５）の差分ＥｄＡ４１で正規化し、ω０倍した結果をＥｎ４０とすれば、正規化起電力和Ｅｎ４０は次式のようになる。
Ｅｎ４０＝（Ｅ４ｓ０／ＥｄＡ４１）・ω０
＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ００）｝
・［ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）・｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝］
／［ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ００）｝・ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）
・｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝］・ω０
＝ω０・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
／｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＋［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ        ・・・（１６６）
【０２２５】
式（１６６）の右辺第２項が、ｖ×Ｂにより発生する成分を∂Ａ／∂ｔにより発生する成分で正規化した項となる。なお、起電力和Ｅ４ｓ０を差分ＥｄＡ４１で正規化した結果をω０倍した理由は、流速の大きさＶに係る右辺第２項から励磁角周波数ω０を消去するためである。式（１６６）によれば、流速の大きさＶにかかる複素係数は、γの大きさ、−π／２＋Δθ０１の実軸からの角度をもつ。係数γおよび角度Δθ０１は校正等により予め求めることができる定数であり、式（１６６）の右辺第２項は被測定流体の流速が変化しないかぎり一定となる。したがって、∂Ａ／∂ｔ成分を用いてｖ×Ｂ成分の正規化を行うことにより、磁場のシフトや位相変化による誤差を自動的に補正するスパン補正を実現することができる。
【０２２６】
次に、０点の変動要因である、式（１６６）の右辺第１項を除去する方法について説明する。角周波数ω０における正規化起電力和Ｅｎ４０を求めたときと同様の手順で角周波数ω２における正規化起電力和Ｅｎ４２を求める。
Ｅｎ４２＝｛Ｅ４ｓ２／（ＥｄＡ４１・ω２／ω０）｝・ω２
＝（Ｅ４ｓ２／ＥｄＡ４１）・ω０
＝ω２・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
／｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＋［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ    ・・・（１６７）
【０２２７】
正規化起電力和Ｅｎ４０とＥｎ４２との差をとり、求めた差分をω０／（ω０−ω２）倍した結果をＥｄＡ４２とすれば、次式が成立する。ここで、差分ＥｄＡ４２は第２の基本原理の第２の∂Ａ／∂ｔ成分に相当する。
ＥｄＡ４２＝（Ｅｎ４０−Ｅｎ４２）・ω０／（ω０−ω２）
＝［ω０・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
／｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＋γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝・Ｖ
−ω２・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
／｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
−γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝・Ｖ］・ω０／（ω０−ω２）
＝ω０・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
／｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝                ・・・（１６８）
【０２２８】
差分ＥｄＡ４２は正規化された∂Ａ／∂ｔ成分を表し、式（１６６）の右辺第１項と等しくなるので、この差分ＥｄＡ４２を使用すれば、正規化されたｖ×Ｂ成分を正規化起電力Ｅｎ４０から取り出すことができる。式（１６６）の正規化起電力和Ｅｎ４０から式（１６８）の差分ＥｄＡ４２を引いたときに得られるｖ×Ｂ成分をＥｖＢｎ４とすると、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ４は次式で表される。
ＥｖＢｎ４＝Ｅｎ４０−ＥｄＡ４２
＝ω０・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
／｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＋［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ
−ω０・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
／｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＝［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ  ・・・（１６９）
【０２２９】
ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ４は角周波数ω０，ω２に関係しない。流速の大きさＶが０のときｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ４も０となることから分かるように、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ４より、スパンが補正され、かつ０点が補正された出力を得ることができる。式（１６９）より、流速Ｖは次式のように表される。
Ｖ＝｜ＥｖＢｎ４／［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］｜
＝｜ＥｖＢｎ４｜／γ                                        ・・・（１７０）
【０２３０】
なお、第２の基本原理で用いた定数および変数と、本実施の形態の定数および変数との対応関係は以下の表４のとおりである。本実施の形態は、表４から明らかなように、前述の第２の基本原理を具体的に実現する１つの例である。
【０２３１】
【表４】
2006058177.tif 000006
【０２３２】
次に、本実施の形態の電磁流量計の具体的な構成とその動作について説明する。図２５は本実施の形態の電磁流量計の構成を示すブロック図であり、図１７と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施の形態の電磁流量計は、測定管１と、第１の電極２ａ，２ｂと、第２の電極２ｃ，２ｄと、励磁コイル３と、電源部４ｂと、信号変換部５ｂと、信号変換部５ｂによって抽出されたｖ×Ｂ成分から流体の流量を算出する流量出力部６ｂとを有している。
【０２３３】
信号変換部５ｂは、第１の電極２ａ，２ｂで検出される第１の合成起電力と第２の電極２ｃ，２ｄで検出される第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を第１の角周波数ω０と第２の角周波数ω２について求め、この２つの起電力差の差分を第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力和を第１の角周波数ω０と第２の角周波数ω２について求め、この２つの起電力和の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を前記抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行うスパン補正部５１ｂと、スパン補正部５１ｂによって正規化された２つの起電力和の差分を第２の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、正規化された２つの起電力和のうちいずれか１つの起電力和の中から、抽出した第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出する０点補正部５２ｂとから構成される。
【０２３４】
本実施の形態では、前述のとおり、励磁コイル３の軸を含む平面ＰＬＮ３から電極２ａ，２ｂ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ１までの距離ｄ３と平面ＰＬＮ３から電極２ｃ，２ｄ間を結ぶ電極軸ＥＡＸ２までの距離ｄ４とが略等しいとする。
電源部４ｂは、第１の角周波数ω０の正弦波成分と第２の角周波数ω２の正弦波成分とを含む励磁電流を励磁コイル３に供給する。このとき、励磁電流における角周波数ω０の成分と角周波数ω２の成分の振幅は同一である。
【０２３５】
図２６は信号変換部５ｂと流量出力部６ｂの動作を示すフローチャートである。まず、信号変換部５ｂのスパン補正部５１ｂは、第１の電極間起電力の角周波数ω０の成分Ｅ４１０ｃと第２の電極間起電力の角周波数ω０の成分Ｅ４２０ｃとの和Ｅ４ｓ０の振幅ｒ４ｓ０を求めると共に、実軸と起電力和Ｅ４ｓ０との位相差φ４ｓ０を図示しない位相検波器により求める。また、スパン補正部５１ｂは、第１の電極間起電力の角周波数ω２の成分Ｅ４１２ｃと第２の電極間起電力の角周波数ω２の成分Ｅ４２２ｃとの和Ｅ４ｓ２の振幅ｒ４ｓ２を求めると共に、実軸と起電力和Ｅ４ｓ２との位相差φ４ｓ２を位相検波器により求める。また、スパン補正部５１ｂは、第１の電極間起電力の角周波数ω０の成分Ｅ４１０ｃと第２の電極間起電力の角周波数ω０の成分Ｅ４２０ｃとの差Ｅ４ｄ０の振幅ｒ４ｄ０を求めると共に、実軸と起電力差Ｅ４ｄ０との位相差φ４ｄ０を位相検波器により求める。さらに、スパン補正部５１ｂは、第１の電極間起電力の角周波数ω２の成分Ｅ４１２ｃと第２の電極間起電力の角周波数ω２の成分Ｅ４２２ｃとの差Ｅ４ｄ２の振幅ｒ４ｄ２を求めると共に、実軸と起電力差Ｅ４ｄ２との位相差φ４ｄ２を位相検波器により求める（図２６ステップ４０１）。電極間起電力Ｅ４１０ｃ，Ｅ４２０，Ｅ４１２ｃ，Ｅ４２２ｃは、バンドパスフィルタやコムフィルタによって周波数分離することができる。
【０２３６】
続いて、スパン補正部５１ｂは、起電力差Ｅ４ｄ０の実軸成分Ｅ４ｄ０ｘと虚軸成分Ｅ４ｄ０ｙ、および起電力差Ｅ４ｄ２の実軸成分Ｅ４ｄ２ｘと虚軸成分Ｅ４ｄ２ｙを次式のように算出する（ステップ４０２）。
Ｅ４ｄ０ｘ＝ｒ４ｄ０・ｃｏｓ（φ４ｄ０）                      ・・・（１７１）
Ｅ４ｄ０ｙ＝ｒ４ｄ０・ｓｉｎ（φ４ｄ０）                      ・・・（１７２）
Ｅ４ｄ２ｘ＝ｒ４ｄ２・ｃｏｓ（φ４ｄ２）                      ・・・（１７３）
Ｅ４ｄ２ｙ＝ｒ４ｄ２・ｓｉｎ（φ４ｄ２）                      ・・・（１７４）
【０２３７】
式（１７１）〜式（１７４）の算出後、スパン補正部５１ｂは、起電力差Ｅ４ｄ０とＥ４ｄ２との差分ＥｄＡ４１の大きさと角度を求める（ステップ４０３）。このステップ４０３の処理は、第１の∂Ａ／∂ｔ成分を求めることに対応する処理であり、式（１６５）の算出に相当する処理である。スパン補正部５１ｂは、差分ＥｄＡ４１の大きさ｜ＥｄＡ４１｜を次式のように算出する。
｜ＥｄＡ４１｜＝｛（Ｅ４ｄ０ｘ−Ｅ４ｄ２ｘ）2
＋（Ｅ４ｄ０ｙ−Ｅ４ｄ２ｙ）2｝1/2・ω０／（ω０−ω２）
・・・（１７５）
【０２３８】
そして、スパン補正部５１ｂは、差分ＥｄＡ４１の角度∠ＥｄＡ４１を次式のように算出する。
∠ＥｄＡ４１＝ｔａｎ-1｛（Ｅ４ｄ０ｙ−Ｅ４ｄ２ｙ）
／（Ｅ４ｄ０ｘ−Ｅ４ｄ２ｘ）｝                  ・・・（１７６）
これで、ステップ４０３の処理が終了する。
【０２３９】
次に、スパン補正部５１ｂは、起電力和Ｅ４ｓ０を差分ＥｄＡ４１で正規化した正規化起電力和Ｅｎ４０の大きさと角度を求める（ステップ４０４）。このステップ４０４の処理は、式（１６６）の算出に相当する処理である。スパン補正部５１ｂは、正規化起電力和Ｅｎ４０の大きさ｜Ｅｎ４０｜を次式のように算出する。
｜Ｅｎ４０｜＝（ｒ４ｓ０／｜ＥｄＡ４１｜）・ω０              ・・・（１７７）
【０２４０】
そして、スパン補正部５１ｂは、正規化起電力和Ｅｎ４０の角度∠Ｅｎ４０を次式のように算出する。
∠Ｅｎ４０＝φ４ｓ０−∠ＥｄＡ４１                            ・・・（１７８）
さらに、スパン補正部５１ｂは、正規化起電力和Ｅｎ４０の実軸成分Ｅｎ４０ｘと虚軸成分Ｅｎ４０ｙを次式のように算出する。
Ｅｎ４０ｘ＝｜Ｅｎ４０｜・ｃｏｓ（∠Ｅｎ４０）                ・・・（１７９）
Ｅｎ４０ｙ＝｜Ｅｎ４０｜・ｓｉｎ（∠Ｅｎ４０）                ・・・（１８０）
これで、ステップ４０４の処理が終了する。
【０２４１】
続いて、スパン補正部５１ｂは、起電力和Ｅ４ｓ２を差分ＥｄＡ４１で正規化した正規化起電力和Ｅｎ４２の大きさと角度を求める（ステップ４０５）。このステップ４０５の処理は、式（１６７）の算出に相当する処理である。スパン補正部５１ｂは、正規化起電力和Ｅｎ４２の大きさ｜Ｅｎ４２｜を次式のように算出する。
｜Ｅｎ４２｜＝（ｒ４ｓ２／｜ＥｄＡ４１｜）・ω０              ・・・（１８１）
【０２４２】
そして、スパン補正部５１ｂは、正規化起電力和Ｅｎ４２の角度∠Ｅｎ４２を次式のように算出する。
∠Ｅｎ４２＝φ４ｓ２−∠ＥｄＡ４１                            ・・・（１８２）
さらに、スパン補正部５１ｂは、正規化起電力和Ｅｎ４２の実軸成分Ｅｎ４２ｘと虚軸成分Ｅｎ４２ｙを次式のように算出する。
Ｅｎ４２ｘ＝｜Ｅｎ４２｜・ｃｏｓ（∠Ｅｎ４２）                ・・・（１８３）
Ｅｎ４２ｙ＝｜Ｅｎ４２｜・ｓｉｎ（∠Ｅｎ４２）                ・・・（１８４）
これで、ステップ４０５の処理が終了する。
【０２４３】
次に、信号変換部５ｂの０点補正部５２ｂは、正規化起電力和Ｅｎ４０とＥｎ４２との差分ＥｄＡ４２の大きさを求める（ステップ４０６）。このステップ４０６の処理は、第２の∂Ａ／∂ｔ成分を求めることに対応する処理であり、式（１６８）の算出に相当する処理である。０点補正部５２ｂは、差分ＥｄＡ４２の実軸成分ＥｄＡ４２ｘと虚軸成分ＥｄＡ４２ｙを次式のように算出する。
ＥｄＡ４２ｘ＝（Ｅｎ４０ｘ−Ｅｎ４２ｘ）・ω０／（ω０−ω２）  ・・（１８５）
ＥｄＡ４２ｙ＝（Ｅｎ４０ｙ−Ｅｎ４２ｙ）・ω０／（ω０−ω２）  ・・（１８６）
【０２４４】
そして、０点補正部５２ｂは、正規化起電力和Ｅｎ４０から差分ＥｄＡ４２を取り除き、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ４の大きさを求める（ステップ４０７）。このステップ４０７の処理は、式（１６９）の算出に相当する処理である。０点補正部５２ｂは、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ４の大きさ｜ＥｖＢｎ４｜を次式のように算出する。
｜ＥｖＢｎ４｜＝｛（Ｅｎ４０ｘ−ＥｄＡ４２ｘ）2
＋（Ｅｎ４０ｙ−ＥｄＡ４２ｙ）2｝1/2          ・・・（１８７）
【０２４５】
流量出力部６ｂは、被測定流体の流速の大きさＶを次式のように算出する（ステップ４０８）。このステップ４０８の処理は、式（１７０）の算出に相当する処理である。
Ｖ＝｜ＥｖＢｎ４｜／γ                                        ・・・（１８８）
なお、比例係数γは、校正等により予め求めることができる定数である。信号変換部５ｂと流量出力部６ｂとは、以上のようなステップ４０１〜４０８の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで（ステップ４０９においてＹＥＳ）、一定周期毎に行う。
【０２４６】
以上のように、本実施の形態では、励磁コイル３から大きさが等しくかつ周波数が異なる２つの成分を含む磁場を被測定流体に印加し、第１の電極間起電力の角周波数ω０の成分Ｅ４１０ｃと第２の電極間起電力の角周波数ω０の成分Ｅ４２０ｃとの差Ｅ４ｄ０、第１の電極間起電力の角周波数ω２の成分Ｅ４１２ｃと第２の電極間起電力の角周波数ω２の成分Ｅ４２２ｃとの差Ｅ４ｄ２、起電力Ｅ４１０ｃとＥ４２０ｃとの和Ｅ４ｓ０、および起電力Ｅ４１２ｃとＥ４２２ｃとの和Ｅ４ｓ２を求め、起電力差Ｅ４ｄ０とＥ４ｄ２とから差分ＥｄＡ４１（第１の∂Ａ／∂ｔ成分）を抽出し、この第１の∂Ａ／∂ｔ成分を用いて、起電力和Ｅ４ｓ０，Ｅ４ｓ２中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかるスパンを正規化し、正規化起電力和Ｅｎ４０とＥｎ４２とから差分ＥｄＡ４２（第２の∂Ａ／∂ｔ成分）を抽出して、正規化起電力和Ｅｎ４０から第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出し、このｖ×Ｂ成分から被測定流体の流量を算出するようにしたので、正確なスパン補正を自動的に行うことができ、かつ被測定流体の流量を０にすることなく電磁流量計の出力の０点を補正することができ、高周波励磁においても０点の安定性を確保することができる。
【０２４７】
また、本実施の形態では、励磁コイル３の軸を含む平面ＰＬＮ３から第１の電極２ａ，２ｂまでの距離ｄ３と平面ＰＬＮ３から第２の電極２ｃ，２ｄまでの距離ｄ４とを調整することにより、起電力和Ｅ４ｓ０，Ｅ４ｓ２がほぼｖ×Ｂ成分の起電力のみとなり、起電力差Ｅ４ｄ０，Ｅ４ｄ２がほぼ∂Ａ／∂ｔ成分の起電力のみとなるようにすることができる。これにより、本実施の形態では、ｖ×Ｂ成分および∂Ａ／∂ｔ成分をより効果的に抽出することが可能であり、第１の実施の形態に比べて演算誤差を小さくすることが可能である。
【０２４８】
なお、本実施の形態では、角周波数ω０の成分の起電力和Ｅ４ｓ０を０補正およびスパン補正の対象としたが、角周波数ω２の成分の起電力和Ｅ４ｓ２を０補正およびスパン補正の対象としてもよい。この場合は、次式のように起電力差Ｅ４ｄ２からＥ４ｄ０を引いて差分ＥｄＡ４１（第１の∂Ａ／∂ｔ成分）を求める。
ＥｄＡ４１＝（Ｅ４ｄ２−Ｅ４ｄ０）・ω２／（ω２−ω０）      ・・・（１８９）
【０２４９】
続いて、次式のように差分ＥｄＡ４１を用いて起電力和Ｅ４ｓ２，Ｅ４ｓ０中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかるスパンを正規化する。
Ｅｎ４２＝（Ｅ４ｓ２／ＥｄＡ４１）・ω２                      ・・・（１９０）
Ｅｎ４０＝（Ｅ４ｓ０／ＥｄＡ４１）・ω２                      ・・・（１９１）
そして、次式のように正規化起電力和Ｅｎ４２とＥｎ４０とから差分ＥｄＡ４２（第２の∂Ａ／∂ｔ成分）を求める。
ＥｄＡ４２＝（Ｅｎ４２−Ｅｎ４０）・ω２／（ω２−ω０）      ・・・（１９２）
【０２５０】
さらに、次式のように正規化起電力和Ｅｎ４２から差分ＥｄＡ４２を引くことによりｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ４を求めるようにすればよい。その他の処理は起電力和Ｅ４ｓ０を０補正およびスパン補正の対象とする場合と同じである。
｜ＥｖＢｎ４｜＝｜Ｅｎ４２−ＥｄＡ４２｜                      ・・・（１９３）
【０２５１】
また、本実施の形態では、起電力和Ｅ４ｓ０又はＥ４ｓ２を０補正およびスパン補正の対象としたが、起電力差Ｅ４ｄ０を０補正およびスパン補正の対象としてもよい。この場合は、起電力和Ｅ４ｓ０からＥ４ｓ２を引いて第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この第１の∂Ａ／∂ｔ成分を用いて、起電力差Ｅ４ｄ０，Ｅ４ｄ２中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかるスパンを正規化し、起電力差Ｅ４ｄ０を正規化した結果から起電力差Ｅ４ｄ２を正規化した結果を引いて第２の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、起電力差Ｅ４ｄ０を正規化した結果から第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出すればよい。
【０２５２】
同様に、起電力差Ｅ４ｄ２を０補正およびスパン補正の対象とする場合には、起電力和Ｅ４ｓ２からＥ４ｓ０を引いて第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、この第１の∂Ａ／∂ｔ成分を用いて、起電力差Ｅ４ｄ０，Ｅ４ｄ２中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかるスパンを正規化し、起電力差Ｅ４ｄ２を正規化した結果から起電力差Ｅ４ｄ０を正規化した結果を引いて第２の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出し、起電力差Ｅ４ｄ２を正規化した結果から第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出すればよい。
【０２５３】
また、本実施の形態では、複数の励磁周波数ω０，ω２で同時に励磁する例を示したが、単一の励磁周波数ω０又はω２で励磁を行い、励磁周波数をω０とω２で交互に切り替えながら励磁をした場合でも同じ効果を得ることができる。
【０２５４】
［第５の実施の形態］
次に、本発明の第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、前述の第２の基本原理を用いるものである。本実施の形態の電磁流量計は１個の励磁コイルと２対の電極とを有するものであり、信号処理系を除く構成は図１７に示した電磁流量計と同様であるので、図１７の符号を用いて本実施の形態の原理を説明する。
【０２５５】
式（１５７）で示した、起電力和Ｅ４ｓ０中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかる係数（スパン）の変動要因を除去するために、このスパンの変動要因と同じ変動要因を持つ第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出する。このときの抽出方法としては第２の基本原理で説明した第２の抽出方法を用いる。
【０２５６】
初期状態（校正時の状態）において、励磁コイル３から発生する磁場Ｂ９、磁場Ｂ１０を等しく調整しておくと、その後の磁場Ｂ９とＢ１０との差は小さくなり、次式の条件が成り立つ。
｜ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｜
≫｜ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｜                  ・・・（１９４）
【０２５７】
また、通常ω０＞γ・Ｖが成り立つことから、式（１９４）の条件を考慮すると、式（１５９）において次式の条件が成り立つ。
｜ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝｜
≫｜γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）
・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝｜                ・・・（１９５）
【０２５８】
式（１９５）の条件を用いて、起電力差Ｅ４ｄ０を近似した起電力差ＥｄＡ５１は次式のように表される。ここで、起電力差ＥｄＡ５１は第２の基本原理の第１の∂Ａ／∂ｔ成分に相当する。
ＥｄＡ５１≒Ｅ４ｄ０                                          ・・・（１９６）
ＥｄＡ５１＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ００）｝
・ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）
・｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝        ・・・（１９７）
【０２５９】
起電力差ＥｄＡ５１は、流速の大きさＶに関係しないので、∂Ａ／∂ｔにより発生する成分のみとなる。この起電力差ＥｄＡ５１を用いて、起電力和Ｅ４ｓ０の中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかる係数（スパン）を正規化する。式（１５７）の起電力和Ｅ４ｓ０を式（１９７）の起電力差ＥｄＡ５１で正規化し、ω０倍した結果をＥｎ５０とすれば、正規化起電力和Ｅｎ５０は次式のようになる。
Ｅｎ５０＝（Ｅ４ｓ０／ＥｄＡ５１）・ω０
＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ００）｝
・［ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＋γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）・｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝］
／［ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ００）｝・ω０・ｅｘｐ（ｊ・π／２）
・｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝］・ω０
＝ω０・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
／｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＋［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ          ・・・（１９８）
【０２６０】
式（１９８）の右辺第２項が、ｖ×Ｂにより発生する成分を∂Ａ／∂ｔにより発生する成分で正規化した項となる。なお、起電力和Ｅ４ｓ０を起電力差ＥｄＡ５１で正規化した結果をω０倍した理由は、流速の大きさＶに係る右辺第２項から励磁角周波数ω０を消去するためである。式（１９８）によれば、流速の大きさＶにかかる複素係数は、γの大きさ、−π／２＋Δθ０１の実軸からの角度をもつ。係数γおよび角度Δθ０１は校正等により予め求めることができる定数であり、式（１９８）の右辺第２項は被測定流体の流速が変化しないかぎり一定となる。したがって、∂Ａ／∂ｔ成分を用いてｖ×Ｂ成分の正規化を行うことにより、磁場のシフトや位相変化による誤差を自動的に補正するスパン補正を実現することができる。
【０２６１】
次に、０点の変動要因である、式（１９８）の右辺第１項を除去する方法について説明する。角周波数ω０における正規化起電力和Ｅｎ５０を求めたときと同様の手順で角周波数ω２における正規化起電力和Ｅｎ５２を求める。通常、ω２＞γ・Ｖが成り立つことから、式（１９４）の条件を考慮すると、式（１６０）において次式の条件が成り立つ。
｜ω２・ｅｘｐ（ｊ・π／２）・｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝｜
≫｜γ・Ｖ・ｅｘｐ（ｊ・Δθ０１）
・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝｜              ・・・（１９９）
【０２６２】
式（１９９）の条件を用いて、式（１６０）の起電力差Ｅ４ｄ２を近似した起電力差ＥｄＡ５１１は次式のように表される。
ＥｄＡ５１１≒Ｅ４ｄ２                                        ・・・（２００）
ＥｄＡ５１１＝ｒｋ・ｅｘｐ｛ｊ・（θ９＋θ００）｝
・ω２・ｅｘｐ（ｊ・π／２）
・｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝      ・・・（２０１）
【０２６３】
起電力差ＥｄＡ５１１は、流速の大きさＶに関係しないので、∂Ａ／∂ｔにより発生する成分のみとなる。この起電力差ＥｄＡ５１１を用いて、起電力和Ｅ４ｓ２の中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかる係数（スパン）を正規化する。起電力和Ｅ４ｓ２を起電力差ＥｄＡ５１１で正規化し、ω２倍した結果をＥｎ５２とすれば、正規化起電力和Ｅｎ５２は次式のようになる。
Ｅｎ５２＝（Ｅ４ｓ２／ＥｄＡ５１１）・ω２
＝ω２・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
／｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＋［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ    ・・・（２０２）
【０２６４】
正規化起電力和Ｅｎ５０とＥｎ５２との差をとり、求めた差分をω０／（ω０−ω２）倍した結果をＥｄＡ５２とすれば、次式が成立する。ここで、差分ＥｄＡ５２は第２の基本原理の第２の∂Ａ／∂ｔ成分に相当する。
ＥｄＡ５２＝（Ｅｎ５０−Ｅｎ５２）・ω０／（ω０−ω２）
＝［ω０・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
／｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＋γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝・Ｖ
−ω２・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
／｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
−γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝・Ｖ］・ω０／（ω０−ω２）
＝ω０・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
／｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝                ・・・（２０３）
【０２６５】
差分ＥｄＡ５２は正規化された∂Ａ／∂ｔ成分を表し、式（１９８）の右辺第１項と等しくなるので、この差分ＥｄＡ５２を用いて、正規化されたｖ×Ｂ成分を正規化起電力和Ｅｎ５０から取り出すことができる。式（１９８）の正規化起電力和Ｅｎ５０から式（２０３）の差分ＥｄＡ５２を引いたときに得られるｖ×Ｂ成分をＥｖＢｎ５とすると、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ５は次式で表される。
ＥｖＢｎ５＝Ｅｎ５０−ＥｄＡ５２
＝ω０・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
／｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＋［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ
−ω０・｛ｂ９−ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
／｛ｂ９＋ｂ１０・ｅｘｐ（ｊ・Δθ１０）｝
＝［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］・Ｖ  ・・・（２０４）
【０２６６】
ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ５は角周波数ω０，ω２に関係しない。流速の大きさＶが０のときｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ５も０となることから分かるように、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ５より、スパンが補正され、かつ０点が補正された出力を得ることができる。式（２０４）より、流速Ｖは次式のように表される。
Ｖ＝｜ＥｖＢｎ５／［γ・ｅｘｐ｛ｊ・（−π／２＋Δθ０１）｝］｜
＝｜ＥｖＢｎ５｜／γ                                        ・・・（２０５）
【０２６７】
なお、第２の基本原理で用いた定数および変数と、本実施の形態の定数および変数との対応関係は以下の表５のとおりである。本実施の形態は、表５から明らかなように、前述の第２の基本原理を具体的に実現する１つの例である。
【０２６８】
【表５】
2006058177.tif 000007
【０２６９】
次に、本実施の形態の電磁流量計の具体的な構成とその動作について説明する。本実施の形態の電磁流量計の構成は第４の実施の形態と同様であるので、図２５の符号を用いて説明する。本実施の形態の電磁流量計は、測定管１と、第１の電極２ａ，２ｂと、第２の電極２ｃ，２ｄと、励磁コイル３と、電源部４ｂと、信号変換部５ｂと、流量出力部６ｂとを有している。
【０２７０】
信号変換部５ｂは、第１の電極２ａ，２ｂで検出される第１の合成起電力と第２の電極２ｃ，２ｄで検出される第２の合成起電力の各々について振幅と位相を求め、これらの振幅と位相に基づいて第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力差を第１の角周波数ω０と第２の角周波数ω２について求め、この２つの起電力差を第１の角周波数ω０と第２の角周波数ω２における第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、第１の合成起電力と第２の合成起電力の同一周波数成分の起電力和を第１の角周波数ω０と第２の角周波数ω２について求め、この２つの起電力和の中のｖ×Ｂ成分に含まれるスパンの変動要因を対応する同一周波数の第１の∂Ａ／∂ｔ成分に基づいて除去する正規化処理を行うスパン補正部５１ｂと、スパン補正部５１ｂによって正規化された２つの起電力和の差分を第２の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出し、正規化された２つの起電力和のうちいずれか１つの起電力和の中から、抽出した第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出する０点補正部５２ｂとから構成される。
【０２７１】
電源部４ｂの動作は第４の実施の形態と同じである。図２７は本実施の形態の信号変換部５ｂと流量出力部６ｂの動作を示すフローチャートである。図２７のステップ５０１の処理は、図２６のステップ４０１と同じである。
【０２７２】
次に、信号変換部５ｂのスパン補正部５１ｂは、起電力差Ｅ４ｄ０を近似した起電力差ＥｄＡ５１の大きさと角度を求める（ステップ５０２）。このステップ５０２の処理は、第１の∂Ａ／∂ｔ成分を求めることに対応する処理であり、式（１９７）の算出に相当する処理である。スパン補正部５１ｂは、起電力差ＥｄＡ５１の大きさ｜ＥｄＡ５１｜を次式のように算出する。
｜ＥｄＡ５１｜＝ｒ４ｄ０                                      ・・・（２０６）
そして、スパン補正部５１ｂは、起電力差ＥｄＡ５１の角度∠ＥｄＡ５１を次式のように算出する。
∠ＥｄＡ５１＝φ４ｄ０                                        ・・・（２０７）
これで、ステップ５０２の処理が終了する。
【０２７３】
続いて、スパン補正部５１ｂは、起電力和Ｅ４ｓ０を起電力差ＥｄＡ５１で正規化した正規化起電力和Ｅｎ５０の大きさと角度を求める（ステップ５０３）。このステップ５０３の処理は、式（１９８）の算出に相当する処理である。スパン補正部５１ｂは、正規化起電力和Ｅｎ５０の大きさ｜Ｅｎ５０｜を次式のように算出する。
｜Ｅｎ５０｜＝（ｒ４ｓ０／｜ＥｄＡ５１｜）・ω０              ・・・（２０８）
【０２７４】
そして、スパン補正部５１ｂは、正規化起電力和Ｅｎ５０の角度∠Ｅｎ５０を次式のように算出する。
∠Ｅｎ５０＝φ４ｓ０−∠ＥｄＡ５１                            ・・・（２０９）
さらに、スパン補正部５１ｂは、正規化起電力和Ｅｎ５０の実軸成分Ｅｎ５０ｘと虚軸成分Ｅｎ５０ｙを次式のように算出する。
Ｅｎ５０ｘ＝｜Ｅｎ５０｜・ｃｏｓ（∠Ｅｎ５０）                ・・・（２１０）
Ｅｎ５０ｙ＝｜Ｅｎ５０｜・ｓｉｎ（∠Ｅｎ５０）                ・・・（２１１）
これで、ステップ５０３の処理が終了する。
【０２７５】
次に、スパン補正部５１ｂは、起電力差Ｅ４ｄ２を近似した起電力差ＥｄＡ５１１の大きさと角度を求める（ステップ５０４）。このステップ５０４の処理は、式（２０１）の算出に相当する処理である。スパン補正部５１ｂは、起電力差ＥｄＡ５１１の大きさ｜ＥｄＡ５１１｜を次式のように算出する。
｜ＥｄＡ５１１｜＝ｒ４ｄ２                                    ・・・（２１２）
そして、スパン補正部５１ｂは、起電力差ＥｄＡ５１１の角度∠ＥｄＡ５１１を次式のように算出する。
∠ＥｄＡ５１１＝φ４ｄ２                                      ・・・（２１３）
これで、ステップ５０４の処理が終了する。
【０２７６】
続いて、スパン補正部５１ｂは、起電力和Ｅ４ｓ２を起電力差ＥｄＡ５１１で正規化した正規化起電力和Ｅｎ５２の大きさと角度を求める（ステップ５０５）。このステップ５０５の処理は、式（２０２）の算出に相当する処理である。スパン補正部５１ｂは、正規化起電力和Ｅｎ５２の大きさ｜Ｅｎ５２｜を次式のように算出する。
｜Ｅｎ５２｜＝（ｒ４ｓ２／｜ＥｄＡ５１１｜）・ω２            ・・・（２１４）
【０２７７】
そして、スパン補正部５１ｂは、正規化起電力和Ｅｎ５２の角度∠Ｅｎ５２を次式のように算出する。
∠Ｅｎ５２＝φ４ｓ２−∠ＥｄＡ５１１                          ・・・（２１５）
さらに、スパン補正部５１ｂは、正規化起電力和Ｅｎ５２の実軸成分Ｅｎ５２ｘと虚軸成分Ｅｎ５２ｙを次式のように算出する。
Ｅｎ５２ｘ＝｜Ｅｎ５２｜・ｃｏｓ（∠Ｅｎ５２）                ・・・（２１６）
Ｅｎ５２ｙ＝｜Ｅｎ５２｜・ｓｉｎ（∠Ｅｎ５２）                ・・・（２１７）
これで、ステップ５０５の処理が終了する。
【０２７８】
次に、信号変換部５ｂの０点補正部５２ｂは、正規化起電力和Ｅｎ５０とＥｎ５２との差分ＥｄＡ５２の大きさを求める（ステップ５０６）。このステップ５０６の処理は、第２の∂Ａ／∂ｔ成分を求めることに対応する処理であり、式（２０３）の算出に相当する処理である。０点補正部５２ｂは、差分ＥｄＡ５２の実軸成分ＥｄＡ５２ｘと虚軸成分ＥｄＡ５２ｙを次式のように算出する。
ＥｄＡ５２ｘ＝（Ｅｎ５０ｘ−Ｅｎ５２ｘ）・ω０／（ω０−ω２）  ・・（２１８）
ＥｄＡ５２ｙ＝（Ｅｎ５０ｙ−Ｅｎ５２ｙ）・ω０／（ω０−ω２）  ・・（２１９）
【０２７９】
そして、０点補正部５２ｂは、正規化起電力和Ｅｎ５０から差分ＥｄＡ５２を取り除き、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ５の大きさを求める（ステップ５０７）。このステップ５０７の処理は、式（２０４）の算出に相当する処理である。０点補正部５２ｂは、ｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ５の大きさ｜ＥｖＢｎ５｜を次式のように算出する。
｜ＥｖＢｎ５｜＝｛（Ｅｎ５０ｘ−ＥｄＡ５２ｘ）2
＋（Ｅｎ５０ｙ−ＥｄＡ５２ｙ）2｝1/2          ・・・（２２０）
【０２８０】
流量出力部６ｂは、被測定流体の流速の大きさＶを次式のように算出する（ステップ５０８）。このステップ５０８の処理は、式（２０５）の算出に相当する処理である。
Ｖ＝｜ＥｖＢｎ５｜／γ                                        ・・・（２２１）
なお、比例係数γは、校正等により予め求めることができる定数である。信号変換部５ｂと流量出力部６ｂとは、以上のようなステップ５０１〜５０８の処理を例えばオペレータによって計測終了が指示されるまで（ステップ５０９においてＹＥＳ）、一定周期毎に行う。
【０２８１】
以上のように、本実施の形態では、励磁コイル３から発生する磁場Ｂ９とＢ１０とが等しくなるように調整しておくと、起電力差Ｅ４ｄ０が近似的に第１の角周波数ω０の成分の第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出でき、また起電力差Ｅ４ｄ２が近似的に第２の角周波数ω２の成分の第１の∂Ａ／∂ｔ成分として抽出できることに着眼し、角周波数ω０の成分の第１の∂Ａ／∂ｔ成分を用いて、起電力和Ｅ４ｓ０中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかるスパンを正規化すると共に、角周波数ω０の成分の第１の∂Ａ／∂ｔ成分を用いて、起電力和Ｅ４ｓ２中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかるスパンを正規化し、正規化起電力和Ｅｎ５０とＥｎ５２とから差分ＥｄＡ５２（第２の∂Ａ／∂ｔ成分）を抽出して、正規化起電力和Ｅｎ５０から第２の∂Ａ／∂ｔ成分を取り除くことによりｖ×Ｂ成分を抽出し、このｖ×Ｂ成分から被測定流体の流量を算出するようにしたので、正確なスパン補正を自動的に行うことができ、かつ被測定流体の流量を０にすることなく電磁流量計の出力の０点を補正することができ、高周波励磁においても０点の安定性を確保することができる。
【０２８２】
また、本実施の形態では、角周波数ω０の起電力和Ｅ４ｓ０のｖ×Ｂ成分を同じ角周波数ω０の起電力差Ｅ４ｄ０から抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分を用いて正規化すると共に、角周波数ω２の起電力和Ｅ４ｓ２のｖ×Ｂ成分を同じ角周波数ω２の起電力差Ｅ４ｄ２から抽出した第１の∂Ａ／∂ｔ成分を用いて正規化するので、第４の実施の形態に比べて周波数による誤差の影響を少なくすることができる。
【０２８３】
なお、本実施の形態では、角周波数ω０の成分の起電力和Ｅ４ｓ０を０補正およびスパン補正の対象としたが、角周波数ω２の成分の起電力和Ｅ４ｓ２を０補正およびスパン補正の対象としてもよい。この場合は、次式のように起電力差Ｅ４ｄ２を近似した起電力差ＥｄＡ５１（第１の∂Ａ／∂ｔ成分）を求める。
ＥｄＡ５１≒Ｅ４ｄ２                                          ・・・（２２２）
そして、次式のように起電力差ＥｄＡ５１を用いて起電力和Ｅ４ｓ２中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかるスパンを正規化する。
Ｅｎ５２＝（Ｅ４ｓ２／ＥｄＡ５１）・ω２                      ・・・（２２３）
【０２８４】
また、次式のように起電力差Ｅ４ｄ０を近似した起電力差ＥｄＡ５１１（第１の∂Ａ／∂ｔ成分）を求める。
ＥｄＡ５１１≒Ｅ４ｄ０                                        ・・・（２２４）
そして、次式のように起電力ＥｄＡ５１１を用いて起電力和Ｅ４ｓ０中のｖ×Ｂ成分の流速の大きさＶにかかるスパンを正規化する。
Ｅｎ５０＝（Ｅ４ｓ０／ＥｄＡ５１１）・ω０                    ・・・（２２５）
【０２８５】
さらに、次式のように正規化起電力和Ｅｎ５２とＥｎ５０とから差分ＥｄＡ５２（第２の∂Ａ／∂ｔ成分）を求める。
ＥｄＡ５２＝（Ｅｎ５２−Ｅｎ５０）・ω２／（ω２−ω０）      ・・・（２２６）
そして、次式のように正規化起電力和Ｅｎ５２から差分ＥｄＡ５２を引くことによりｖ×Ｂ成分ＥｖＢｎ５を求めるようにすればよい。その他の処理は起電力和Ｅ４ｓ０を０補正およびスパン補正の対象とする場合と同じである。
｜ＥｖＢｎ５｜＝｜Ｅｎ５２−ＥｄＡ５２｜                      ・・・（２２７）
【０２８６】
また、本実施の形態では、複数の励磁周波数ω０，ω２で同時に励磁する例を示したが、単一の励磁周波数ω０又はω２で励磁を行い、励磁周波数をω０とω２で交互に切り替えながら励磁をした場合でも同じ効果を得ることができる。
【０２８７】
なお、第１の実施の形態〜第５の実施の形態では、励磁電流に正弦波を用いる正弦波励磁方式を採用しているが、矩形波の場合正弦波の組み合わせと考えることができるので、励磁電流に矩形波を用いる矩形波励磁方式を採用してもよい。
また、第１の実施の形態〜第５の実施の形態で使用する電極２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄとしては、図２８に示すように、測定管１の内壁から露出して被測定流体に接触する形式の電極でもよいし、図２９に示すように、被測定流体と接触しない容量結合式の電極でもよい。容量結合式の場合、電極２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄは、測定管１の内壁に形成されるセラミックやテフロン（登録商標）等からなるライニング１０によって被覆される。
【０２８８】
また、第１の実施の形態〜第５の実施の形態では、第１の電極として１対の電極２ａ，２ｂを使用し、第２の電極として１対の電極２ｃ，２ｄを使用しているが、これに限るものではなく、第１の電極と第２の電極をそれぞれ１個ずつにしてもよい。電極が１個だけの場合には、被測定流体の電位を接地電位にするための接地リングや接地電極が測定管１に設けられており、１個の電極に生じた起電力（接地電位との電位差）を信号変換部５，５ａ，５ｂで検出すればよい。電極軸は、１対の電極を使用する場合はこの１対の電極間を結ぶ直線である。一方、電極が１個だけの場合、この１個の実電極を含む平面ＰＬＮ上において、測定管軸ＰＡＸを挟んで実電極と対向する位置に仮想の電極を配置したと仮定したとき、実電極と仮想の電極とを結ぶ直線が電極軸となる。
【産業上の利用可能性】
【０２８９】
本発明は、測定管内を流れる被測定流体の流量計測に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０２９０】
【図１】本発明の第１の基本原理に基づく電磁流量計における∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルとｖ×Ｂ成分のベクトルと合成ベクトルとを示す図である。
【図２】本発明の第１の基本原理に基づく電磁流量計において電極で検出される合成ベクトルから∂Ａ／∂ｔ成分を抽出する処理を複素ベクトル表現した図である。
【図３】本発明の第１の基本原理に基づく電磁流量計において電極で検出される合成ベクトルを∂Ａ／∂ｔ成分により正規化する処理を複素ベクトル表現した図である。
【図４】本発明の第１の基本原理に基づく電磁流量計において正規化した合成ベクトルからｖ×Ｂ成分を抽出する処理を複素ベクトル表現した図である。
【図５】本発明の第２の基本原理に基づく電磁流量計のうち２個の励磁コイルと１対の電極とを有する電磁流量計の原理を説明するためのブロック図である。
【図６】図５の電磁流量計において被測定流体の流量が０の場合の渦電流及び電極間起電力を示す図である。
【図７】図５の電磁流量計において被測定流体の流量が０でない場合の渦電流及び電極間起電力を示す図である。
【図８】図５の電磁流量計において第１の励磁コイルのみで励磁した場合の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルとｖ×Ｂ成分のベクトルと合成ベクトルとを示す図である。
【図９】図５の電磁流量計において第２の励磁コイルのみで励磁した場合の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルとｖ×Ｂ成分のベクトルと合成ベクトルとを示す図である。
【図１０】図５の電磁流量計において２つの励磁コイルで励磁した場合の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルとｖ×Ｂ成分のベクトルと合成ベクトルとを示す図である。
【図１１】図５の電磁流量計において第１の励磁状態で第２の励磁コイルのみで励磁した場合の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルとｖ×Ｂ成分のベクトルと合成ベクトルとを示す図である。
【図１２】図５の電磁流量計において第１の励磁状態で２つの励磁コイルを励磁した場合の∂Ａ／∂ｔ成分のベクトルとｖ×Ｂ成分のベクトルと合成ベクトルとを示す図である。
【図１３】図５の電磁流量計において電極で検出される合成ベクトルから第１の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出する処理を複素ベクトル表現した図である。
【図１４】図５の電磁流量計において電極で検出される合成ベクトルを第１の∂Ａ／∂ｔ成分により正規化する処理を複素ベクトル表現した図である。
【図１５】図５の電磁流量計において正規化した合成ベクトルから第２の∂Ａ／∂ｔ成分を抽出する処理を複素ベクトル表現した図である。
【図１６】図５の電磁流量計において正規化した合成ベクトルからｖ×Ｂ成分を抽出する処理を複素ベクトル表現した図である。
【図１７】本発明の第２の基本原理に基づく電磁流量計のうち１個の励磁コイルと２対の電極とを有する電磁流量計の原理を説明するためのブロック図である。
【図１８】図１７の電磁流量計において被測定流体の流量が０の場合の渦電流及び電極間起電力を示す図である。
【図１９】図１７の電磁流量計において被測定流体の流量が０でない場合の渦電流及び電極間起電力を示す図である。
【図２０】本発明の第１の実施の形態の電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図２１】本発明の第１の実施の形態における信号変換部と流量出力部の動作を示すフローチャートである。
【図２２】本発明の第２の実施の形態の電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図２３】本発明の第２の実施の形態における信号変換部と流量出力部の動作を示すフローチャートである。
【図２４】本発明の第３の実施の形態における信号変換部と流量出力部の動作を示すフローチャートである。
【図２５】本発明の第４の実施の形態の電磁流量計の構成を示すブロック図である。
【図２６】本発明の第４の実施の形態における信号変換部と流量出力部の動作を示すフローチャートである。
【図２７】本発明の第５の実施の形態における信号変換部と流量出力部の動作を示すフローチャートである。
【図２８】本発明の電磁流量計で用いる電極の１例を示す断面図である。
【図２９】本発明の電磁流量計で用いる電極の他の例を示す断面図である。
【図３０】従来の電磁流量計の原理を説明するためのブロック図である。
【図３１】従来の電磁流量計において被測定流体の流量が０の場合の渦電流及び電極間起電力を示す図である。
【図３２】従来の電磁流量計において被測定流体の流量が０でない場合の渦電流及び電極間起電力を示す図である。
【図３３】電磁流量計におけるスパンのシフトを説明するための図である。
【図３４】電磁流量計における０点のシフトを説明するための図である。
【図３５】従来の電磁流量計の問題点を説明するための図である。
【符号の説明】
【０２９１】
１…測定管、２ａ、２ｂ、２ｃ、２ｄ…電極、３、３ａ、３ｂ…励磁コイル、４、４ａ、４ｂ…電源部、５、５ａ、５ｂ…信号変換部、６、６ａ、６ｂ…流量出力部、５１、５１ａ、５１ｂ…スパン補正部、５２、５２ａ、５２ｂ…０点補正部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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