JP2003156551A - 容量計の校正方法、校正用標準容量ボックス、静電容量の測定方法、容量測定用ボックス及び容量計 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 標準コンデンサが内蔵されたシールドボック
スと容量計とを接続するケーブルの影響や、シールドボ
ックスが持つ容量の影響等を受けることなく、標準コン
デンサの容量だけを用いた正確な校正を行う方法を提供
する。 【解決手段】 シールドボックス８に収納された標準コ
ンデンサ７の一端を容量計の信号入力端子（Signal）２
６に接続するとともに、標準コンデンサ７の他端を、信
号入力端子と同電位の電圧を発生するガード電位出力端
子２７ｂに接続した状態で（Step1）、容量計１０のゼ
ロ調整を行い（Step2）、次に、標準コンデンサ７の他
端の接続先がガード電位出力端子２７ｂから容量計１０
の基準電圧端子２５に変更されるように、接続変更をし
た後に（Step3）、容量計１０のゲイン調整を行う（Ste
p4）。そして、これらの調整の間、シールドボックス８
にはガード電圧を印加しておく。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、容量計の校正方法
及び静電容量の測定方法に関し、特に、微小な容量を測
定する容量計に対するゼロ調整及びゲイン調整の方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】静電容量を測定する容量計を校正するた
めに、容量が既知の標準コンデンサが用いられる。

【０００３】その具体的な従来手法として、例えば、標
準コンデンサを収納したシールドボックスと容量計とを
同軸ケーブルで接続し、標準コンデンサの容量を測定し
て校正するという方法がとられる。このとき、標準コン
デンサの一端を容量計のＧＮＤ（グランド）に接続する
とともに、外乱ノイズのシールドボックス内への浸入を
遮蔽するために、シールドボックス（筐体）やシールド
ボックスに取り付けられた同軸コネクタのシールド部等
の不要な部位についてもＧＮＤに接続される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな方法では、１ｐＦあるいはそれ以下の微小な容量に
ついては、大きな誤差が発生し、正確な校正は困難であ
る。同軸ケーブルの芯線と筐体、あるいは、同軸ケーブ
ルの芯線と同軸コネクタのシールド部やシールドボック
スとの間に生じる容量（浮遊容量）が加算されて測定さ
れ、誤差を生じるからである。

【０００５】その対策として、例えば、まず、標準コン
デンサを接続しない状態で測定し、得られた容量値をゼ
ロ点とし、次に、標準コンデンサを接続した状態で測定
し、ゲイン（感度）の調整を行うという方法がとられ
る。

【０００６】しかしながら、このような方法であって
も、標準コンデンサと容量計を接続するケーブルが異な
る長さのものに交換されたりケーブル形状が変わる等の
測定環境の変化が起こった場合には、ゼロ点が移動し、
再度の校正が必要になるという問題がある。また、実際
の測定状態から標準コンデンサだけを除外した状態を作
り出さなければならないこと、そして、標準コンデンサ
を除く他の全ての物（測定環境）については、ゼロ調整
のときとゲイン調整のときとで、完全に同一な状態を維
持しなければならない等の困難が伴う。

【０００７】例えば、標準コンデンサが内蔵されたシー
ルドボックスを容量計に接続していない状態でゼロ点を
とり、そのシールドボックスを接続した状態でゲインの
調整をするような校正方法では、ゲインの調整におい
て、標準コンデンサを内蔵するシールドボックス全体の
容量が検出されてしまい、標準コンデンサだけの容量を
用いた校正ができないという問題がある。

【０００８】そこで、本発明は、このような状況に鑑み
てなされたものであり、標準コンデンサが内蔵されたシ
ールドボックスを用いて容量計の校正を行う方法等であ
って、シールドボックスと容量計とを接続するケーブル
の影響や、シールドボックスが持つ容量の影響等を受け
ることなく、シールドボックス内の標準コンデンサの容
量だけを用いた正確な校正を行うことができる容量計の
校正方法等を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明に係る容量計の校正方法は、標準コンデンサ
の一端を容量計の信号入力端子に接続するとともに、前
記標準コンデンサの他端を、前記信号入力端子と同電位
の電圧を発生するガード電圧出力端子に接続する接続ス
テップと、前記接続ステップによる接続状態で、前記容
量計のゼロ調整を行うゼロ調整ステップとを含むことを
特徴とする。

【００１０】つまり、標準コンデンサの一端を容量計の
信号入力端子に接続し、その他端に信号入力端子と同電
位のガード電位を印加した状態で、容量を計測し、ゼロ
点をとっている。したがって、信号入力端子に標準コン
デンサが接続されたままであるにも拘わらず、標準コン
デンサの両端が同電位となるので、標準コンデンサの容
量が検出されず、標準コンデンサが取り外された状態に
等しい状態でゼロ点が計測される。

【００１１】そして、前記容量計の校正方法は、さら
に、前記ゼロ調整ステップに続いて、前記標準コンデン
サの他端の接続先が前記ガード電圧出力端子から前記容
量計の基準電圧端子に変更されるように、接続変更をす
る接続変更ステップと、前記接続変更ステップによる接
続変更後の接続状態で、前記容量計のゲイン調整を行う
ゲイン調整ステップとを含んでもよい。

【００１２】つまり、ゼロ調整を行った後に、通常の容
量測定での接続状態に変更、即ち、標準コンデンサを容
量計の信号入力端子と基準電圧端子との間に接続される
ように接続変更をした後に、ゲイン調整を行う。なお、
基準電圧端子とは、容量計のグランド又は所定の電位に
接続された端子である。ここで、所定の電位とは、ある
基準電位、所定の直流電位、接地電位またはフローティ
ング状態のいずれかを指すものであり、実施の態様にあ
わせて最適なものが選択される。

【００１３】このとき、前記標準コンデンサは、少なく
とも２つの同軸コネクタが取り付けられたシールドボッ
クス内に電気的に絶縁された状態で収納し、その両端を
それぞれ２つの同軸コネクタの中心電極に接続しておく
とともに、２つの同軸コネクタのシールド部がシールド
ボックスの筐体と電気的に接続されるようにしておく。
そして、前記接続ステップでは、さらに、シールドボッ
クスの筐体をガード電圧出力端子に接続しておき、標準
コンデンサの一端と容量計の信号入力端子とは芯線がシ
ールド部材で覆われた同軸ケーブルで接続しておく。

【００１４】これによって、容量計の信号入力端子に接
続される同軸ケーブルのシールド部材には、その芯線の
電位と同電位のガード電位が印加され、その間の浮遊容
量が計測誤差として検出されてしまうことがなくなる。
そして、シールドボックスの筐体にもガード電位が印加
されるので、シールドボックスが持つ浮遊容量も検出さ
れなくなる。したがって、標準コンデンサの容量だけを
用いた正確なゲイン調整が可能となる。

【００１５】なお、前記接続変更ステップでの接続変更
は、シールドボックスに固定して取り付けられた切替ス
イッチを用いて行ってもよい。同様に、シールドボック
スと容量計との間に挿入される位置に接続される切替ボ
ックスに取り付けられた切替スイッチを用いて行っても
よい。さらに、容量計に内蔵された切替回路によって自
動化してもよい。

【００１６】また、本発明は、上述のような特徴的な校
正に用いられる校正用標準容量ボックスとして実現する
ことできる。つまり、シールドボックスと、前記シール
ドボックスに取り付けられ、シールド部が前記シールド
ボックスと電気的に接続される２つの同軸コネクタと、
前記シールドボックスの筐体と電気的に接続するための
筐体端子と、前記シールドボックス内に電気的に絶縁さ
れた状態で収納されながら前記２つの同軸コネクタの中
心電極それぞれに両端が接続される標準コンデンサとを
備える校正用標準容量ボックスとして実現することもで
きる。このとき、標準コンデンサの両端と２つの同軸コ
ネクタの中心電極とは、同軸コネクタのシールド部に接
続されたシールド部材で芯線が覆われた同軸ケーブルで
接続するのが好ましい。

【００１７】さらに、本発明は、上述のような特徴的な
校正手順をプログラム制御によって自動実行する容量計
として実現することもできる。つまり、測定対象のコン
デンサを接続するための信号入力端子及び基準電圧端子
と、前記信号入力端子と同電位の電圧を発生するガード
電圧出力端子と、一端が前記信号入力端子に接続された
標準コンデンサを用いて校正を実行する校正手段とを備
え、前記校正手段は、前記標準コンデンサの他端を前記
ガード電圧出力端子に接続した後に、ゼロ調整を実行
し、前記標準コンデンサの他端の接続先を前記ガード電
圧出力端子から前記基準電圧端子に変更した後に、ゲイ
ン調整を実行する容量計として実現することもできる。

【００１８】なお、上述のゼロ調整及びゲイン調整は、
容量計の校正だけでなく、容量が未知である被測定コン
デンサの容量測定にも適用することができる。つまり、
校正が行われた容量計で容量測定を行う際に、上述と同
様の手順によって、被測定コンデンサのゼロ調整とゲイ
ン調整（この場合には、容量測定による容量値の決定）
を行うことで、被測定コンデンサの正確な容量値を容量
計で測定することができる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を用いて詳細に説明する。図１（ａ）は、本実施
の形態に係る容量計の校正に用いられる校正用標準容量
ボックス１の外観図であり、図１（ｂ）は、その校正用
標準容量ボックス１の概略回路図である。図１（ａ）に
示されるように、校正用標準容量ボックス１は、容量が
既知の標準コンデンサ７を内蔵する筐体（シールドボッ
クス）８の側面に３つの接続端子（第１同軸コネクタ
２、第２同軸コネクタ３及びケース端子４）が取り付け
られたボックスである。

【００２０】図１（ｂ）に示されるように、第１同軸コ
ネクタ２は、同軸ケーブルを接続するためのコネクタで
あり、第１同軸ケーブル５を介して標準コンデンサ７の
一端に接続される。つまり、第１同軸コネクタ２の中心
電極２ａは、第１同軸ケーブル５の芯線５ａを介して標
準コンデンサ７の一端に接続されるとともに、第１同軸
コネクタ２のシールド部２ｂは、第１同軸ケーブル５の
シールド５ｂ及び筐体８に接続されている。なお、第１
同軸ケーブル５のシールド５ｂは、その芯線５ａを露出
させないように覆っているが、その他端（標準コンデン
サ７に近い端部）は電気的に開放されている、もしくは
標準コンデンサ７のケースに接続される。

【００２１】同様に、第２同軸コネクタ３は、同軸ケー
ブルを接続するためのコネクタであり、第２同軸ケーブ
ル６を介して標準コンデンサ７の他端に接続される。つ
まり、第２同軸コネクタ３の中心電極３ａは、第２同軸
ケーブル６の芯線６ａを介して標準コンデンサ７の一端
に接続されるとともに、第２同軸コネクタ３のシールド
部３ｂは、第２同軸ケーブル６のシールド６ｂ及び筐体
８に接続されている。そして、第２同軸ケーブル６のシ
ールド６ｂは、その芯線６ａを露出させないように覆っ
ているが、その他端（標準コンデンサ７に近い端部）は
電気的に開放されている、もしくは標準コンデンサ７の
ケースに接続されてもよい。

【００２２】ケース端子４は、筐体８と電気的に接続さ
れた端子である。これは、筐体８と、筐体８に接続され
ている全て部位、即ち、第１同軸コネクタ２のシールド
部２ｂ、第２同軸コネクタ３のシールド部３ｂ、第１同
軸ケーブル５のシールド５ｂ及び第２同軸ケーブル６の
シールド６ｂの電位を決定する（外部から印加する）た
めの端子である。

【００２３】このように、標準コンデンサ７は、その両
端が、それぞれ、第１同軸コネクタ２の中心電極２ａ及
び第２同軸コネクタ３の中心電極３ａに接続され、筐体
８等から絶縁された状態で固定されている。

【００２４】図２は、本実施の形態における校正の対象
となる容量計の回路図の例を示す。この容量計１０は、
交流電圧を発生する交流電圧発生器１１、抵抗（Ｒ1）
１２、抵抗（Ｒ2）１３、第１演算増幅器１４、検出用
抵抗（Ｒ3）１５及び第２演算増幅器１６から構成され
るとともに、校正用標準容量ボックス１や被測定コンデ
ンサ１７と接続するための３種類の接続端子（グランド
端子２５、信号入力端子２６、ガード電位出力端子２７
ａ及び２７ｂ）を有し、グランド端子２５と信号入力端
子２６間に接続される被測定コンデンサ１７の静電容量
を測定する装置であり、その静電容量に対応する電圧を
検出信号として信号出力端子２０から出力する。

【００２５】なお、ガード電位出力端子２７ａ及び２７
ｂは、信号入力端子２６と同電位の電圧（ガード電圧）
を出力する端子であり、同軸ケーブルの芯線とシールド
間等に発生する浮遊容量が検出されないようにするため
に用いられ、これらのうち、一方のガード電位出力端子
２７ａは、単線のケーブル等で校正用標準容量ボックス
１のケース端子４に接続しておくのに用いられるネジ止
め端子等であり、他方のガード電位出力端子２７ｂは、
校正時に（ゼロ点をとる際）に校正用標準容量ボックス
１の第２同軸コネクタ３と同軸ケーブルで接続するため
の同軸コネクタである。また、グランド端子２５及び信
号入力端子２６は、いずれも、同軸ケーブルを接続する
ための同軸コネクタで構成されている。なお、信号入力
端子２６を構成する同軸コネクタのシールド部分及びそ
のシールド部分に接続されるシールド線（図中の点線）
には、ガード電圧が印加されている。また２つの端子２
５及び２７ｂを構成する同軸コネクタのシールド部及び
そのシールド部に接続されるシールド線（図中の点線）
は、ここでは、フロート状態にあり、ケーブルを介して
接続される相手装置（校正用標準容量ボックス１等）に
よって、その電位が決定される。

【００２６】交流電圧発生器１１は、一端がグランドに
接続され、他端（出力端子）から一定の交流電圧（電圧
Ｖin、角周波数ω）を発生している。また、第１演算増
幅器１４及び第２演算増幅器１６は、入力インピーダン
ス及び開ループゲインが極めて高い電圧増幅器である。
第１演算増幅器１４は、その非反転入力端子がグランド
に接続され、その負帰還路に検出用抵抗１５、第２演算
増幅器１６及び抵抗（Ｒ2）１３がこの順で直列に接続
され、反転増幅回路を構成している。また、第２演算増
幅器１６は、電圧ゲインが１のボルテージフォロワを構
成し、信号入力端子２６に接続される被測定コンデンサ
１７に流れる電流のほとんど全てが検出用抵抗１５を流
れるようにするとともに、その出力端子からガード電圧
を発生する機能を果たしている。

【００２７】以上のように構成された容量計１０の動作
は以下の通りである。抵抗（Ｒ1）１２、抵抗（Ｒ2）１
３及び第１演算増幅器１４等から構成される反転増幅回
路に着目すると、第２演算増幅器１６の出力端子２２で
の電圧をＶ2とすると、 Ｖin／Ｒ1＝−Ｖ2／Ｒ2 が成り立つ。よって、第２演算増幅器１６の出力電圧Ｖ
2は、 Ｖ2＝−（Ｒ2／Ｒ1）・Ｖin （式１） となる。また、第２演算増幅器１６はボルテージフォロ
ワを構成し、その両入力端子がイマージナリショートの
状態にあるので、その入力電圧（非反転入力端子２１の
電圧）Ｖ1は、 となる。

【００２８】いま、信号入力端子２６とグランド端子２
５間に被測定コンデンサ（容量Ｃs）１７が接続されて
いるとし、検出用抵抗１５を被測定コンデンサ１７に向
かって流れる電流をｉとすると、第２演算増幅器１６の
入力インピーダンスが極めて高いことから、その電流ｉ
の全てが被測定コンデンサ１７に流れるので、第２演算
増幅器１６の非反転入力端子２１での電圧Ｖ1は、ｉ・
（１／ｊωＣs）となり、信号出力端子２０から出力さ
れる検出信号の電圧Ｖoutは、 となる。この式３に、上記式２で表されるＶ1を代入す
ると、 Ｖout＝−（１＋ｊωＣs・Ｒ3）・（Ｒ2／Ｒ1）・Ｖin （式４） が得られる。

【００２９】この式４から分かるように、容量計１０の
信号出力端子２０から出力される検出信号の電圧Ｖout
は、被測定コンデンサ１７の容量Ｃsに比例する交流成
分を含んでいる。従って、この電圧Ｖoutに対して種々
の信号処理を施すことによって、容量Ｃsが特定され
る。

【００３０】次に、図１に示された校正用標準容量ボッ
クス１を用いて図２に示された容量計１０を校正する手
順を説明する。

【００３１】図３は、その校正手順を示すフロー図であ
る。ここには、４つのステップが示されている。まず、
校正用標準容量ボックス１内の標準コンデンサ７の一端
を容量計１０の信号入力端子２６に、標準コンデンサ７
の他端を容量計１０のガード電位出力端子２７ｂに、校
正用標準容量ボックス１のケース端子４を容量計１０の
ガード電位出力端子２７ａに接続する（Step1）。具体
的には、校正用標準容量ボックス１の第１同軸コネクタ
２と容量計１０の信号入力端子２６とを同軸ケーブルで
接続し、校正用標準容量ボックス１の第２同軸コネクタ
３と容量計１０のガード電位出力端子２７ｂとを同軸ケ
ーブルで接続し、校正用標準容量ボックス１のケース端
子４と容量計１０のガード電位出力端子２７ａとを単線
のケーブル等で接続する。結果として、標準コンデンサ
７の両端が信号入力端子２６とガード電位に接続され、
シールドケース（校正用標準容量ボックス１の筐体８）
及び各ケーブルのシールド部がガード電位に接続されれ
ばよい。

【００３２】続いて、この接続状態において、容量計１
０でゼロ点をとる（Step2）。つまり、この状態で、容
量計１０による測定を実行し、得られた測定値（容量
値））をゼロ（ファラッド）とするように、容量計１０
のオフセット調整を行う。例えば、ＣＰＵ等によるデジ
タル処理回路を内蔵した容量計であれば、このときの測
定値をゼロファラッドと表示するように、測定値ｘと表
示値ｙとを関係づける校正式ｙ＝ａ・ｘ＋ｂにおけるオ
フセット値ｂを調整する。

【００３３】なお、このステップでの測定においては、
容量計１０の信号入力端子２６には校正用標準容量ボッ
クス１内の標準コンデンサ７の一端が接続された状態と
なっているが、標準コンデンサ７の他端にはガード電位
が印加されているので、標準コンデンサ７の両端は同電
位に保持され、この容量が容量計１０に検出されてしま
うことはない。

【００３４】次に、校正用標準容量ボックス１内の標準
コンデンサ７の他端を容量計１０のガード電位出力端子
２７ｂからグランド端子２５に接続を切り替える（Step
3）。具体的には、例えば、校正用標準容量ボックス１
の第２同軸コネクタ３と接続されていた容量計１０のガ
ード電位出力端子２７ｂにおいて、同軸ケーブルのコネ
クタを取り外し、そのコネクタを容量計１０のグランド
端子２５に接続する。

【００３５】この結果、校正用標準容量ボックス１内の
標準コンデンサ７は、通常の測定状態、即ち、容量計１
０の信号入力端子２６とグランド端子２５間に接続され
ることになる。なお、他の接続状態、つまり、校正用標
準容量ボックス１の第１同軸コネクタ２及びケース端子
４と容量計１０との接続関係は、そのままにしておく。

【００３６】最後に、この接続状態において、容量計１
０でゲインの調整をする（Step4）。つまり、この状態
で、容量計１０による測定を実行し、得られた測定値
（容量値）を標準コンデンサ７の容量値と一致させるよ
うに、容量計１０のゲイン（感度）調整を行う。例え
ば、上述のようなデジタル処理回路を内蔵した容量計で
あれば、測定値ｘと表示値ｙとを関係づける校正式ｙ＝
ａ・ｘ＋ｂにおける比例係数ａを調整する。

【００３７】なお、このステップでの測定においては、
容量計１０の信号入力端子２６とグランド端子２５間の
全ての容量が測定されるが、容量計１０の信号入力端子
２６に接続されている同軸ケーブルのシールドには、校
正用標準容量ボックス１の第１同軸コネクタ２のシール
ド部２ｂを介してガード電位が印加され、その芯線とシ
ールドとは同電位となっているので、その間の浮遊容量
が加算されてしまうことはない。このようなガードリン
グによる浮遊容量を検出させないようにする方法は、校
正用標準容量ボックス１内の第１同軸ケーブル５（芯線
５ａとシールド５ｂとの間）や、第１同軸ケーブル５の
芯線５ａと筐体８と間についても同様である。

【００３８】したがって、このような接続状態で得られ
た測定値は、同軸ケーブルや校正用標準容量ボックス１
が持つ浮遊容量が含まれない、標準コンデンサ７だけの
容量に相当し、これによって、標準コンデンサ７に固有
の容量値だけを用いた高い精度での校正、例えば、１ｐ
Fやそれ以下の微小容量に対する校正が可能となる。そ
して、ゼロ点をとった後に、ゲイン調整を開始するのに
必要な作業は、１本の同軸ケーブルの接続先を変更する
だけで済む。したがって、標準コンデンサ７だけを取り
付けたり外したりする等の煩わしい作業は不要である。

【００３９】以上、本発明に係る容量計の校正方法につ
いて、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、こ
の実施の形態に限定されるものではない。

【００４０】例えば、本実施の形態では、ゼロ調整から
ゲイン調整に移る際に、同軸ケーブルを付け替えたが、
これに代えて、切替スイッチで実現してもよい。具体的
には、図１に示された校正用標準容量ボックス１に代え
て、図４（ａ）の外観図及び図４（ｂ）の概略回路図に
示される校正用標準容量ボックス３０に取り付けられた
切替スイッチ３１で切り替えてもよい。この校正用標準
容量ボックス３０によれば、校正用標準容量ボックス３
０の第１同軸コネクタ２、第２同軸コネクタ３及びケー
ス端子４と容量計１０の信号入力端子２６、グランド端
子２５及びガード電位出力端子２７ａとをそれぞれ接続
したまま、切替スイッチ３１を切り替えるだけで、標準
コンデンサ７の一端７ｂを、容量計１０のグランド端子
２５及びガード電位出力端子２７ａのいずれかに接続す
ることができるので、ケーブルを付け替えることなく、
ゼロ調整とゲイン調整とを続けて行うことができる。

【００４１】同様にして、校正用標準容量ボックスに切
替スイッチを取り付けるのではなく、独立した切替ボッ
クスを設けて、標準コンデンサ７の一端の接続先を切り
替えてもよい。図５（ａ）は、このような切替ボックス
３５の外観を示す図（ここでは、校正用標準容量ボック
ス１も含む図）であり、図５（ｂ）は、その切替ボック
ス３５の概略回路図である。この切替ボックス３５は、
図１に示された校正用標準容量ボックス１の第２同軸コ
ネクタ３と容量計１０のグランド端子２５とを接続する
ケーブルの途中に挿入される位置に接続して使用するも
のであり、校正用標準容量ボックス１の第２同軸コネク
タ３に接続される同軸コネクタの中心電極を容量計１０
のグランド端子２５に接続される同軸コネクタの中心電
極又はそのシールド部に接続する切替スイッチ３６を有
する。このような切替ボックス３５を用いる方法であっ
ても、ケーブルを付け替えることなく、ゼロ調整とゲイ
ン調整とを続けて行うことができる。

【００４２】さらに、図５（ｂ）に示された切替回路に
相当する回路を容量計１０に内蔵させてもよい。そし
て、その切替については、操作者が手動で操作してもよ
いし、プログラム制御等により、図３に示された４つの
ステップを一連で自動実行する機能を容量計１０に装備
させてもよい。

【００４３】加えて、図１に示された校正用標準容量ボ
ックス及び図５に示された切替回路に相当する回路を容
量計１０に内蔵させてもよい。そして、その切替につい
ては、操作者が手動で操作してもよいし、プログラム制
御等により、図３に示された４つのステップを一連で自
動実行する機能を容量計１０に装備させてもよい。

【００４４】一方、図１（ｂ）で、コネクタ２、３のい
ずれかに接続する同軸ケーブルのシールド部にガード電
位を印加し、２ｂ、３ｂ、５ｂ、６ｂ、８にガード電位
を印加するようにしても良い。この場合ケース端子４は
未接続として良い。図１（ｂ）では２ｂ、３ｂを８と導
通させたが、２ｂ、３ｂを８と絶縁させ、端子２、３に
接続する同軸ケーブルのシールド部にガード電位を印加
し、２ｂ、３ｂ、５ｂ、６ｂにガード電位を印加するよ
うにしても良い。

【００４５】また、本実施の形態では、標準コンデンサ
や被測定コンデンサは、容量計１０の信号入力端子２６
とグランド端子２５との間に接続される形式であった
が、グランド端子２５に代えて、グランドから一定の電
位だけバイアスされた所定の電位に接続された端子を用
いてもよい。図２に示された容量計１０は、交流電圧発
生器１１からの交流信号に基づいて容量を計測している
ので、交流的にゼロ電位であれば、所定電位を基準電位
として用いることができるからである。

【００４６】また、本実施の形態では、校正用標準容量
ボックス１の筐体８等、ガード電位が印加される部分が
露出していたが、校正用標準容量ボックス１全体を、そ
の筐体８とは絶縁されたシールドボックスに収納した
り、同軸ケーブルや同軸コネクタを２重又は３重の同軸
構造とし、最外郭の導電部をフロート又は接地された状
態にしてもよい。

【００４７】また、本実施の形態で示された容量計の校
正方法は、容量計の校正だけでなく、被測定コンデンサ
の容量を測定する方法として用いることもできる。具体
的には、図６に示されるように、図１に示された校正用
標準容量ボックス１における標準コンデンサ７を被測定
コンデンサ９７に置き換えた容量測定用ボックス９１を
用意する。そして、図３に示されたStep1〜4によって校
正された容量計１０に容量測定用ボックス９１を接続
し、図３と同様のステップで容量の測定を行う。つま
り、図６に示されるように、被測定コンデンサ９７の両
端を信号入力端子及びガード電位に接続し、筐体８をガ
ード電位に接続した状態で（Step5）、ゼロ点をとった
後に（Step6）、被測定コンデンサ９７の両端を信号入
力端子及びグランドに接続し、筐体８をガード電位に接
続した状態で（Step7）、被測定コンデンサ９７の容量
を測定する（Step8）。

【００４８】なお、最後のステップにおいては（容量の
測定；Step8）、校正によって得られている係数を実測
値に乗じる等の処理によって、最終的な測定値を決定す
ればよい。図７は、そのようなプロセスで得られる実測
値の例を示す図である。ここでは、「基準値」が０．９
５９８ｐFの標準コンデンサ７を用いて図３に示される
校正を行った結果、「測定値」として０．６７３５５ｐ
Fが得られたので、ゲイン調整によって「係数」が１．
４２５０と決定されている。そして、このような校正状
態で、図６に示される測定方法によって１．０２６１ｐ
Fの被測定コンデンサ９７を測定した結果、１．０２６
７ｐFという測定値が得れている。このように、本発明
に係るゼロ調整及びゲイン調整を容量測定における校正
と実測それぞれに適用することで、正確な容量測定が可
能となる。

【００４９】このような容量測定用ボックス９１は、内
蔵されるコンデンサの容量が未知でか既知であるかとい
う点において校正用標準容量ボックス１と異なるだけで
あり、図４及び図５に示された構造にしたり、容量計１
０に内蔵させることができる点については、校正用標準
容量ボックス１と共通する。例えば、図５（ｂ）に示さ
れた切替回路に相当する回路を容量計１０に内蔵させ、
校正及び測定の両方の用途に使用してもよい。

【００５０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
に係る容量計の校正方法は、シールドボックスに収納さ
れた標準コンデンサの一端を容量計の信号入力端子に接
続するとともに、標準コンデンサの他端を、信号入力端
子と同電位の電圧を発生するガード電圧出力端子に接続
した状態で、容量計のゼロ調整を行い、次に、標準コン
デンサの他端の接続先がガード電圧出力端子から容量計
の基準電圧端子に変更されるように、接続変更をした後
に、容量計のゲイン調整を行っている。そして、これら
の調整の間、シールドボックスにはガード電圧が印加さ
れる。

【００５１】これによって、容量計の信号入力端子には
標準コンデンサの一端が接続されたままであるにも拘わ
らず、ゼロ調整においては、ガードリングテクニックに
よって、標準コンデンサの容量が検出されず、標準コン
デンサを取り外した状態に等しい状態で容量が測定さ
れ、ゼロ点がとられるので、簡易な作業で正確なゼロ調
整が可能となる。

【００５２】そして、ゲイン調整においては、シールド
ボックスと容量計とを接続する同軸ケーブルのシールド
や、シールドボックスの筐体にはガード電位が印加され
ているので、同軸ケーブルやシールボックスで発生する
浮遊容量を含まない標準コンデンサだけの容量によるゲ
イン調整が行われ、高い精度で容量計が校正される。

【００５３】また、このような校正方法を容量が未知な
被測定コンデンサの容量測定にも適用することで、校正
だけでなく、容量測定についても精度が向上される。

【００５４】このように、本発明により、シールドボッ
クスと容量計とを接続するケーブルの影響や、シールド
ボックスが持つ容量の影響等を受けることなく、シール
ドボックス内の標準コンデンサの容量だけを用いた正確
な校正が可能になるとともに、正確な容量測定が可能と
なり、特に、１ｐＦやそれ以下の微小な容量を測定する
微小容量計に対する高精度な校正方法及び容量測定とし
て本発明の技術的価値は極めて高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）は、本発明の実施の形態における容量計
の校正に用いられる校正用標準容量ボックスの外観図で
あり、（ｂ）は、その校正用標準容量ボックスの概略回
路図である。

【図２】上記校正の対象となる容量計の回路図の例を示
す。

【図３】上記校正の手順を示すフロー図である。

【図４】（ａ）は、図１に示された校正用標準容量ボッ
クスの変形例に係る校正用標準容量ボックスの外観図で
あり、（ｂ）は、その概略回路図である。

【図５】（ａ）は、図１に示された校正用標準容量ボッ
クスとともに使用される切替ボックスの外観図であり、
（ｂ）は、その切替ボックスの概略回路図である。

【図６】被測定コンデンサの容量測定の手順を示すフロ
ー図である。

【図７】標準コンデンサによる校正と被測定コンデンサ
の容量測定における実測値の例を示す図である。

【符号の説明】

１、３０ 校正用標準容量ボックス ２ 第１同軸コネクタ ２ａ、３ａ 中心電極 ２ｂ、３ｂ シールド部 ３ 第２同軸コネクタ ４ ケース端子 ５、６ 同軸ケーブル ５ａ、６ａ 芯線 ５ｂ、６ｂ シールド ６ 同軸ケーブル ７ 標準コンデンサ ８ 筐体 １０ 容量計 １１ 交流電圧発生器 １２、１３ 抵抗 １４、１６ 演算増幅器 １５ 検出用抵抗 １７ 被測定コンデンサ ２０ 信号出力端子 ２１ 非反転入力端子 ２２ 出力端子 ２５ グランド端子 ２６ 信号入力端子 ２７ａ、２７ｂ ガード電位出力端子 ３１、３６ 切替スイッチ ９１ 容量測定用ボックス ９７ 被測定コンデンサ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 池内 直樹 兵庫県尼崎市扶桑町１番８号 住友金属工 業株式会社エレクトロニクス技術研究所内 (72)発明者 中野 浩一 兵庫県西宮市名塩東久保２番16号 北斗電 子工業株式会社内 Ｆターム(参考） 2G028 AA01 BB06 CG07 DH05 FK07 FK08 MS02

Claims (17)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 容量計の校正方法であって、 標準コンデンサの一端を容量計の信号入力端子に接続す
   るとともに、前記標準コンデンサの他端を、前記信号入
   力端子と同電位の電圧を発生するガード電圧出力端子に
   接続する接続ステップと、 前記接続ステップによる接続状態で、前記容量計のゼロ
   調整を行うゼロ調整ステップとを含むことを特徴とする
   容量計の校正方法。
2. 【請求項２】 前記容量計の校正方法は、さらに、 前記ゼロ調整ステップに続いて、前記標準コンデンサの
   他端の接続先が前記ガード電圧出力端子から前記容量計
   の基準電圧端子に変更されるように、接続変更をする接
   続変更ステップと、 前記接続変更ステップによる接続変更後の接続状態で、
   前記容量計のゲイン調整を行うゲイン調整ステップとを
   含むことを特徴とする請求項１記載の容量計の校正方
   法。
3. 【請求項３】 前記標準コンデンサは、少なくとも２つ
   の同軸コネクタが取り付けられたシールドボックス内に
   電気的に絶縁された状態で収納されるとともに、その両
   端がそれぞれ前記２つの同軸コネクタの中心電極に接続
   され、 前記２つの同軸コネクタのシールド部は、前記シールド
   ボックスの筐体と電気的に接続され、さらに、前記シー
   ルドボックスの筐体を前記ガード電圧出力端子に接続す
   るサブステップを含むとともに、前記標準コンデンサの
   一端と前記容量計の信号入力端子とは、芯線がシールド
   部材で覆われた同軸ケーブルで接続することを特徴とす
   る請求項１又は２記載の容量計の校正方法。
4. 【請求項４】 前記接続変更ステップでの接続変更は、
   前記シールドボックスに固定して取り付けられた切替ス
   イッチを用いて行うことを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれか１項に記載の容量計の校正方法。
5. 【請求項５】 前記接続変更ステップでの接続変更は、 前記シールドボックスと前記容量計との間に挿入される
   位置に接続される切替ボックスに取り付けられた切替ス
   イッチを用いて行うことを特徴とする請求項１〜３のい
   ずれか１項に記載の容量計の校正方法。
6. 【請求項６】 前記接続変更ステップでの接続変更は、
   前記容量計に内蔵された切替回路によって行うことを特
   徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の容量計の
   校正方法。
7. 【請求項７】 容量計の校正に用いられる校正用標準容
   量ボックスであって、 シールドボックスと、 前記シールドボックスに取り付けられ、シールド部が前
   記シールドボックスと電気的に接続される２つの同軸コ
   ネクタと、 前記シールドボックスの筐体と電気的に接続するための
   筐体端子と、 前記シールドボックス内に電気的に絶縁された状態で収
   納され、前記２つの同軸コネクタの中心電極それぞれに
   両端が接続される標準コンデンサとを備えることを特徴
   とする校正用標準容量ボックス。
8. 【請求項８】 前記標準コンデンサの両端と前記２つの
   同軸コネクタの中心電極とは、前記同軸コネクタのシー
   ルド部に接続されたシールド部材で芯線が覆われた同軸
   ケーブルで接続されていることを特徴とする請求項７記
   載の校正用標準容量ボックス。
9. 【請求項９】 前記校正用標準容量ボックスは、さら
   に、前記標準コンデンサの一端の接続先を前記同軸コネ
   クタの中心電極から前記シールドボックスの筐体に切り
   替える切替スイッチを備えることを特徴とする請求項７
   又は８記載の校正用標準容量ボックス。
10. 【請求項１０】 静電容量を測定する容量計であって、 測定対象のコンデンサを接続するための信号入力端子及
    び基準電圧端子と、 前記信号入力端子と同電位の電圧を発生するガード電圧
    出力端子と、 一端が前記信号入力端子に接続された標準コンデンサを
    用いて校正を実行する校正手段とを備え、 前記校正手段は、 前記標準コンデンサの他端を前記ガード電圧出力端子に
    接続した後に、ゼロ調整を実行し、前記標準コンデンサ
    の他端の接続先を前記ガード電圧出力端子から前記基準
    電圧端子に変更した後に、ゲイン調整を実行することを
    特徴とする容量計。
11. 【請求項１１】 請求項７〜９のいずれか１項に記載の
    校正用標準容量ボックスを備えることを特徴とする請求
    項１０記載の容量計。
12. 【請求項１２】 被測定コンデンサの静電容量を測定す
    る方法であって、 被測定コンデンサの一端を容量計の信号入力端子に接続
    するとともに、前記被測定コンデンサの他端を、前記信
    号入力端子と同電位の電圧を発生するガード電圧出力端
    子に接続する接続ステップと、 前記接続ステップによる接続状態で、前記容量計のゼロ
    調整を行うゼロ調整ステップとを含むことを特徴とする
    静電容量の測定方法。
13. 【請求項１３】 前記静電容量の測定方法は、さらに、 前記ゼロ調整ステップに続いて、前記被測定コンデンサ
    の他端の接続先が前記ガード電圧出力端子から前記容量
    計の基準電圧端子に変更されるように、接続変更をする
    接続変更ステップと、 前記接続変更ステップによる接続変更後の接続状態で、
    前記被測定コンデンサの静電容量を測定する容量測定ス
    テップとを含むことを特徴とする請求項１２記載の静電
    容量の測定方法。
14. 【請求項１４】 前記静電容量の測定方法は、さらに、 前記接続ステップに先立ち、標準コンデンサの一端を前
    記容量計の信号入力端子に接続するとともに、前記標準
    コンデンサの他端を、前記信号入力端子と同電位の電圧
    を発生するガード電圧出力端子に接続した状態で、前記
    容量計のゼロ調整を行った後に、前記標準コンデンサの
    他端の接続先が前記ガード電圧出力端子から前記容量計
    の基準電圧端子に変更されるように、接続変更をした状
    態で、前記容量計のゲイン調整を行う校正ステップを含
    むことを特徴とする請求項１２又は１３に記載の静電容
    量の測定方法。
15. 【請求項１５】 被測定コンデンサの静電容量を測定す
    るのに用いられる容量測定用ボックスであって、 シールドボックスと、 前記シールドボックスに取り付けられ、シールド部が前
    記シールドボックスと電気的に接続される２つの同軸コ
    ネクタと、 前記シールドボックスの筐体と電気的に接続するための
    筐体端子と、 前記シールドボックス内に電気的に絶縁された状態で収
    納され、前記２つの同軸コネクタの中心電極それぞれに
    両端が接続される被測定コンデンサとを備えることを特
    徴とする容量測定用ボックス。
16. 【請求項１６】 静電容量を測定する容量計であって、 被測定コンデンサを接続するための信号入力端子及び基
    準電圧端子と、 前記信号入力端子と同電位の電圧を発生するガード電圧
    出力端子と、 一端が前記信号入力端子に接続された被測定コンデンサ
    を用いて容量を測定する測定手段とを備え、 前記測定手段は、 前記被測定コンデンサの他端を前記ガード電圧出力端子
    に接続した後に、ゼロ調整を実行し、前記標準コンデン
    サの他端の接続先を前記ガード電圧出力端子から前記基
    準電圧端子に変更した後に、前記標準コンデンサの静電
    容量を測定することを特徴とする容量計。
17. 【請求項１７】 請求項１５に記載の容量測定用ボック
    スを備えることを特徴とする請求項１６記載の容量計。