JP2004150902A - 高抵抗測定方法および高抵抗測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ツェナー標準電圧発生器の出力端子‐ケース間の絶縁抵抗のような高抵抗の値を漏れ電流の影響を排除して精度高く測定する。
【解決手段】図の上半分の回路は抵抗値測定用の主回路であり、下半分の回路は接地装置を構成する回路である。Ｒａｏ、Ｒｂｏ及びＲｃｏをｏ点を中心としてａ−ｂ−ｃ点間にＹ接続し、測定対象であるＲｘをａ−ｄ間に接続し、ｂ−ｃ間にＲ１＋ｒ１を、ｃ−ｄ間にＲｓ＋ｒｓを接続する。また、Ｒｗ２＋ｒｗ２、Ｒｗ３及びＲｗ４を、ａ点、ｃ点及びｅ点間にＹ接続し、ｃ−ｅ間にＲｗ１＋ｒｗ１を接続する。ｅ点を接地する。スイッチＳＷを接地側に倒し、Ｒｗ４とｒｗ２を調整して平衡を取る。これによりｄ点は等価的に接地され、絶縁抵抗Ｒｘに係る漏れ電流はすべてｅ点（接地点）に流れ込むことになる。次にスイッチＳＷをｂ点側に倒し、Ｒａｏとｒｓを調整し主回路の平衡を取って絶縁抵抗Ｒｘの値を求める。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高抵抗測定方法および高抵抗測定装置に関し、特にツェナー標準電圧発生器の端子−ケース間絶縁抵抗のような、１０^１０〜１０^１４Ω程度の極めて高い抵抗値を有する抵抗体の抵抗値の測定方法と測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、製造メーカ等において行われる計測器や電圧計の校正には、図５に示すような、電圧値が正確に知られているツェナー標準電圧発生器が用いられている。図５において、Ｅ１、Ｅ２は、電圧源、Ｒ１〜Ｒ９は抵抗器、ＺＤはツェナーダイオード、１は電圧制御回路、２は増幅器、３はツェナー標準電圧発生器のケースである。この標準電圧発生器において、増幅器２の二つの入力端子間の電圧差がなくなるように回路を動作させて定電圧を発生させ、端子Ｌを基準電位端子として、端子Ｈから例えば１０Ｖが、端子Ｔ１から例えば１．０１８Ｖが、端子Ｔ２から例えば１．０Ｖが得られるようになっている。このツェナー標準電圧発生器のユーザは、被校正電子機器、例えば電圧計の２端子をツェナー標準電圧発生器の端子Ｌと例えば端子Ｈに接続して校正を行う。このとき、ツェナー標準電圧発生器の電圧値は、この絶縁抵抗Ｒｘの大きさによって、その値が変化してしまう。したがって、絶縁抵抗の値を正確に測定して誤差の大きさを明確にしないと、計測器や電圧計の校正が不正確となってしまう。而して、この絶縁抵抗の測定は、一般に容易ではない。それは、この絶縁抵抗が極めて高抵抗であることと、回路上、いたるところに存在する、漏れ電流の影響を除去しなければならないことによる。
【０００３】
この種の抵抗値を測定する技術としては、従来から微小電流測定法が一般的に用いられている。この方法は、図６に示すように、既知の電圧値Ｅと絶縁抵抗Ｒｘを流れる微小電流Ｉを電流計Ａで求めて、Ｒｘ＝Ｅ／Ｉとして算出する方法である。このとき、図６に示すように、絶縁物の表面や内部を通過して漏れ電流と呼ばれるＩｒｇとＩｅｇが流れる。Ｉｒｇは、余分の電流として電流計に流れるため、絶縁抵抗Ｒｘを流れる電流Ｉの測定値に影響を及ぼし、また、Ｉｅｇは、電源から余分の電流をとるため電圧値Ｅの値を下げてしまう。これを防ぐには、内部抵抗の小さい電源を使用し、図７に示すように、シールドと呼ばれる遮蔽板４を設けることが一般的に行われている。通常、この遮蔽板４によって、漏れ電流Ｉｒｇは、外側のシールドを流れることとなり電流計を通過しないため正確な測定ができるようになる。
また、抵抗測定法としては、被測定抵抗器を１辺とするホイートストン・ブリッジを組み、ブリッジの平衡条件を求めることにより抵抗値を測定する方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示す従来の測定法を、図５に示すような、ツェナー標準電圧発生器の測定端子とケース間との絶縁抵抗Ｒｘの測定に使用すると、図８に示すように、外側のケース部分が電流計の測定端子に接続されるため、電気回路の正電圧部分からケースに対して漏れ電流Ｉｒｇが流れる。この漏れ電流は当然、余分の電流として電流計に流れるため測定値に影響を及ぼす。これには、シールドを施すのが有効であるが、ツェナー標準電圧発生器をシールドするためには、図９に示すように、ケース全体と測定端子を絶縁材料５でおおってから遮蔽板４を設けなければならず、極めて複雑なシールドとなってしまう。
また、ホイートストン・ブリッジの平衡条件により抵抗値を求める方法では、絶縁抵抗のような高抵抗を測定するためには被測定抵抗以外の辺に絶縁抵抗に匹敵する高抵抗の抵抗器を接続しなければならないが、そのような高抵抗の抵抗器の抵抗値を正確に求めることは一般に困難である。また、安定な高抵抗の抵抗器を得ることも容易ではない。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、第１に、高抵抗を用いることなく高抵抗測定用のブリッジを構成することができるようにすることであり、第２に、複雑なシールドを用いることなく漏れ電流の影響を除去することであって、もって高抵抗抵抗体の抵抗値を高い精度において測定できるようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、第１、第２、第３点のそれぞれに３抵抗器の一端が接続されるようにして該３抵抗器により第１の抵抗Ｙ回路を構成し、第４点‐第１点間に被測定抵抗を、第４点‐第３点間に基準抵抗を、第１点‐第３点間に電源を接続し、回路を平衡させて被測定抵抗の抵抗値を求めることを特徴とする高抵抗測定方法、が提供される。
そして、好ましくは、抵抗Ｙ回路を構成する抵抗器の内、第１点に接続される抵抗器が第１の可変抵抗回路により構成される。
また、好ましくは、第４点の電位が接地電位になるように調整して測定を行なう。
【０００６】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、第１、第２、第３点のそれぞれに３抵抗器の一端が接続されるようにして該３抵抗器により第１の抵抗Ｙ回路を構成し、第４点‐第１点間に被測定抵抗を、第４点‐第３点間に基準抵抗を、第１点‐第３点間に電源を、第４点に検出器の一端を接続し、該検出器の他端を第２点と接地点とに切り替え接続できるように構成したことを特徴とする高抵抗測定装置、が提供される。
そして、好ましくは、接地点、第１点および第３点のそれぞれに３抵抗器の一端が接続されるようにして該３抵抗器により第２の抵抗Ｙ回路を構成する。
【０００７】
【作用】
本発明においては、Ｙ−Δ変換型のブリッジ回路を用いて抵抗測定を行う。比較的低抵抗の抵抗器を用いた抵抗Ｙ回路であってもＹ−Δ変換により等価的に高抵抗を得ることができるため、低抵抗な抵抗器を用いて高抵抗測定用ブリッジを構成することが可能になる。さらに、Ｙ−Δ変換型の接地装置を用いて等価的にブリッジ回路の１点を接地することによりブリッジ回路に存在する漏れ電流の除去を行う。この方法によれば、外側のケースが等価的に接地電位となるため、ケースと測定端子を絶縁材料でおおうことなく、外側のケースを遮蔽板として兼用できる。そして、この方法により、Ｙ−Δ変換型の接地装置のもつ低抵抗回路による漏れ電流の補償が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例を示す回路図である。図１において、上半分の回路は抵抗値測定用の主回路であり、下半分の回路は接地装置を構成する回路である。図１において、Ｒａｏ、ＲｂｏおよびＲｃｏは、Ｏ点を中心として、ａ点、ｂ点およびｃ点間にＹ接続される比較的低抵抗の抵抗器、Ｒｘは、ａ点‐ｄ点間に接続される、被測定抵抗器であるツェナー標準電圧発生器の絶縁抵抗、Ｒｓとｒｓは、ｃ点‐ｄ点間に接続される、値が既知の基準抵抗器、Ｒ１とｒ１は、ｂ点‐ｃ点間に接続される、比例辺の抵抗器、Ｄは平衡検出用の検出器であって、その一端はｄ点に接続され、その他端はスイッチＳＷを介してｂ点と接地点に切り替えし接続されるようになっている。
Ｒｗ２とｒｗ２、Ｒｗ３およびＲｗ４は、ａ点、ｃ点およびｅ点間にＹ接続されて第２のＹ回路を構成する抵抗器、Ｒｗ１とｒｗ１は、ｃ点‐ｅ点間に接続される、比例辺の抵抗器、Ｅは電圧源である。ｅ点は、接地されている。Ｒｗ１、ｒｗ１、Ｒｗ２、ｒｗ２、Ｒｗ３およびＲｗ４は、漏れ電流の影響を除去するためのＹ−Δ変換型の接地装置を構成している。
【０００９】
上記抵抗器のうち、抵抗器Ｒａｏ、ｒｓ、Ｒｗ４およびｒｗ２は可変抵抗器であって、Ｒａｏ、ｒｓは主回路のブリッジを平衡させるために用いる補償回路を、Ｒｗ４、ｒｗ２は漏れ抵抗との平衡をとるための補償回路を構成している。図２（ａ）、（ｂ）は抵抗器Ｒａｏと抵抗器ｒｓの可変範囲を示す。補償回路１の補償抵抗器Ｒａｏは、４個の可変抵抗器からなり各レンジの可変範囲は、１ｋΩ〜１０ｋΩ、次に、１０ｋΩ〜１００ｋΩ、１００ｋΩ〜１ＭΩ、最後に、１ＭΩ〜１０ＭΩとなる。つまり、１ｋΩ〜１０ＭΩまでの任意の値を設定することができる。補償回路２の抵抗器ｒｓは、３個の可変抵抗器からなり各レンジの可変範囲は、１００Ω〜１ｋΩ、次に、１ｋΩ〜１０ｋΩ、最後に、１０ｋΩ〜１００ｋΩとなる。ただし、Ｒｓは１００ｋΩである。
接地装置の可変抵抗器Ｒｗ４とｒｗ２は、Ｒｗ４がＲａｏに、またｒｗ２がｒｓに対応しており、それぞれの可変範囲は図２（ａ）、（ｂ）に示すとおりである。
【００１０】
Ｒａｏ、ＲｂｏおよびＲｃｏによって構成されるＹ型回路は、等価的に抵抗器Ｒ２、ＲａｃおよびＲｃｂのΔ型回路を形成している。ここで、Ｒａｏ、Ｒｂｏ≫Ｒｃｏに設定されている。この条件で、特に、ブリッジの比例辺の一辺となる抵抗器Ｒ２は等価的に極めて高い抵抗器となる。抵抗器Ｒ１も同様に比例辺の一辺となるが、Ｙ−Δ変換による抵抗Ｒｃｂが並列に加わると、その並列抵抗値はＲ１の公称値からずれるため調整用の抵抗器ｒ１を直列接続してある。
【００１１】
Ｙ−Δ変換により等価抵抗値Ｒ２は、次式となる。
Ｒ２＝Ｒａｏ＋Ｒｂｏ＋Ｒａｏ・Ｒｂｏ／Ｒｃｏ ［Ω］ （１）
となる。ここで、Ｒａｏ・Ｒｂｏ／Ｒｃｏ≫Ｒａｏ、Ｒｂｏであるので、
Ｒ２≒Ｒａｏ・Ｒｂｏ／Ｒｃｏ ［Ω］ （１′）
（１′）式より、Ｒ２は等価的に高抵抗となる。このＲ２を用いると絶縁抵抗Ｒｘは、
Ｒｘ＝（Ｒｓ＋ｒｓ）・Ｒ２／Ｒｐ ［Ω］ （２）
となる。ただしＲｐは、Ｒｐ＝（Ｒ１＋ｒ１）・Ｒｃｂ／（Ｒ１＋ｒ１＋Ｒｃｂ）である。（２）式から、絶縁抵抗Ｒｘの値によって等価抵抗Ｒ２の大きさが決まることになる。つまり、（１′）式の補償抵抗器Ｒａｏの設定値が決定される。このとき、例えば、可変範囲の最大値１０ＭΩを設定値とすると、残りの三つの可変抵抗器で、上位からあと３桁を設定できるが、最小値１ｋΩを設定値とすると、数値は上位から１桁のみとなってしまう。このような問題点を解決するために、補償回路２を別途用いることにした。つまり、最上位の桁は、補償抵抗器Ｒａｏのみで求めておいて、その次の桁からは、補償抵抗器ｒｓを用いる。この手法は、（１′）式と（２）式からも原理的に可能なことが明らかである。この補償方法を用いることにより、任意の絶縁抵抗値を１／１０００の桁まで求めることが可能となった。ただし、測定精度は、１％程度であると推定される。
同様に、可変抵抗器Ｒｗ４は上１桁を設定するのに使用され、可変抵抗器ｒｗ２は上位からあと３桁を設定するのに用いられる。
【００１２】
以下に測定手順を述べる。まず始めにスイッチＳＷを接地側にし、検出器Ｄを接地する。このときのブリッジ構成は図３のようになる。漏れ電流の原因となる漏れ抵抗Ｒｈ１およびＲｈ２は、すべて接地装置側の対地電位であるｅ点に集中して分布するようになり、見かけ上、接地装置の一部であるかのように構成される。この状態において、ブリッジ回路が平衡するように補償抵抗器Ｒｗ４とｒｗ２を調整する。平衡時における検出器Ｄの両端ｅ点とｄ点は同電位となる。次に、スイッチＳＷを切り替えて、検出器Ｄをｂ点側にすると、ブリッジ構成は図４のようになる。この主回路を用いて、ツェナー標準電圧発生器の絶縁抵抗測定を実施する。ｄ点は見かけ上、対地から浮いた状態になっているが、前の平衡操作により、等価的に対地電位を保持しているため、ツェナー標準電圧発生器のケースは強制的に対地電位となり、遮蔽板の役割を果たすことになる。主回路の平衡は、補償抵抗器Ｒａｏ、ｒｓを調整して得、検出器Ｄで検出する。このときの平衡条件式は（１′）式と（２）式から、次式となる。
Ｒｘ＝（Ｒｓ＋ｒｓ）・ＲａｏＲｂｏ／ＲｃｏＲｐ ［Ω］ （３）
ここで、Ｒｂｏ＝１００ｋΩ、Ｒｐ＝１ｋΩおよびＲｃｏ＝１Ωと選定しているものとすると、Ｒｂｏ／Ｒｐ・Ｒｃｏ＝１０^２となる。これより（３）式は、
Ｒｘ＝（Ｒｓ＋ｒｓ）Ｒａｏ×１０^２ ［Ω］ （４）
で与えられる。よって、ツェナー標準電圧発生器の絶縁抵抗Ｒｘが求められることになる。
【００１３】
なお、ｒｓを調節することにより、主回路と接地装置との平衡が崩れることになる。したがって、ｒｓがＲｓに比較して大きく、主回路の調整時にｒｓの可変量が大きい場合には再度ｄ点を接地電位に調整した後に再び主回路の平衡条件を求める必要がある。ｒｓがＲｓに比較して小さい場合やｒｓの変化量が小さい場合には再調整を行わなくても十分高い精度の測定が可能である。
【００１４】
以上好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。たとえば、抵抗器Ｒａｏ、ｒｓは、必ずしも４個ないし３個の可変抵抗器によって構成するのではなく他の個数であっても良く、またその可変範囲も実施例のとおりである必要はない。また、抵抗器Ｒｗ４、ｒｗ２の可変範囲は抵抗器Ｒａｏ、ｒｓのそれと同じである必要はない。また、本発明はツェナー標準電圧発生器の絶縁抵抗の測定に有利に用いられるが、この用途に限定されず、他の標準器や計測器の絶縁抵抗やその他の高抵抗の測定にも適用できる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、Ｙ−Δ変換型の主回路ブリッジを用いて絶縁抵抗のような高抵抗の値を測定するものであるので、低抵抗を用いたＹ型回路により、１０^１０〜１０^１４Ω程度の高抵抗を上位３桁程度の高い精度をもって測定することができる。また、Ｙ−Δ変換型の接地装置を用いて、主回路ブリッジの１点を等価的に接地することにより、回路的に接地から浮いた主回路に係る漏れ電流の影響を低抵抗の補償回路をもつ接地装置で除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例を示す回路図。
【図２】抵抗器Ｒａｏと抵抗器ｒｓの構成を説明するための図。
【図３】本発明の一実施例の動作説明図（その１）。
【図４】本発明の一実施例の動作説明図（その２）。
【図５】ツェナー標準電圧発生装置の概略の構成を示す図。
【図６】従来の抵抗測定方法を示す図（その１）。
【図７】従来の抵抗測定方法を示す図（その２）。
【図８】従来例の問題点を説明するための図（その１）。
【図９】従来例の問題点を説明するための図（その２）。
【符号の説明】
１ 電圧制御回路
２ 増幅器
３ ケース
４ 遮蔽板
５ 絶縁材料

Claims (21)

1. 第１、第２、第３点のそれぞれに３抵抗器の一端が接続されるようにして該３抵抗器により第１の抵抗Ｙ回路を構成し、第４点‐第１点間に被測定抵抗を、第４点‐第３点間に基準抵抗を、第１点‐第３点間に電源を接続し、回路を平衡させて被測定抵抗の抵抗値を求めることを特徴とする高抵抗測定方法。
2. 第１の抵抗Ｙ回路を構成する抵抗器の内、第１点に接続される抵抗器が第１の可変抵抗回路により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の高抵抗測定方法。
3. 前記第１の可変抵抗回路の可変範囲が４桁であることを特徴とする請求項２に記載の高抵抗測定方法。
4. 前記基準抵抗の抵抗値が可変であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の高抵抗測定方法。
5. 前記基準抵抗の抵抗値がＲ〜２．１１１Ｒ（但し、Ｒは１０ｋΩ〜１ＭΩの任意の抵抗値）の範囲で可変であって、その最小可変幅がＲ／１０００であることを特徴とする請求項４に記載の高抵抗測定方法。
6. 第２点‐第３点間に第１の補助抵抗器が接続されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の高抵抗測定方法。
7. 第４点を接地することなく、第４点の電位が接地電位になるように調整して測定を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の高抵抗測定方法。
8. 第１、第２、第３点のそれぞれに３抵抗器の一端が接続されるようにして該３抵抗器により第１の抵抗Ｙ回路を構成し、第４点‐第１点間に被測定抵抗を、第４点‐第３点間に基準抵抗を、第１点‐第３点間に電源を、第４点に検出器の一端を接続し、該検出器の他端を第２点と接地点とに切り替え接続できるように構成したことを特徴とする高抵抗測定装置。
9. 第１の抵抗Ｙ回路を構成する抵抗器の内、第１点に接続される抵抗器が第１の可変抵抗回路により構成されていることを特徴とする請求項８に記載の高抵抗測定装置。
10. 前記第１の可変抵抗回路が、可変範囲が異なる複数個の可変抵抗器によって構成されていることを特徴とする請求項９に記載の高抵抗測定装置。
11. 前記基準抵抗が基準固定抵抗と第２の可変抵抗回路とにより構成され、該第２の可変抵抗回路の可変範囲が前記基準固定抵抗の抵抗値程度であることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の高抵抗測定装置。
12. 前記第２の可変抵抗回路が、可変範囲が異なる複数個の可変抵抗器によって構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の高抵抗測定装置。
13. 第２点‐第３点間に第１の補助抵抗器が接続されていることを特徴とする請求項８から１２のいずれかに記載の高抵抗測定装置。
14. 前記第１の補助抵抗器が２本の固定抵抗器によって構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の高抵抗測定装置。
15. 接地点、第１点および第３点のそれぞれに３抵抗器の一端が接続されるようにして該３抵抗器により第２の抵抗Ｙ回路を構成したことを特徴とする請求項８から１４のいずれかに記載の高抵抗測定装置。
16. 第２の抵抗Ｙ回路を構成する抵抗器の内、第１点に接続される抵抗器が第３の可変抵抗回路により構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の高抵抗測定装置。
17. 前記第３の可変抵抗回路が、可変範囲が異なる複数個の可変抵抗器によって構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の高抵抗測定装置。
18. 第２の抵抗Ｙ回路を構成する抵抗器の内、接地点に接続される抵抗器が接地回路固定抵抗と第４の可変抵抗回路とにより構成され、該第４の可変抵抗回路の可変範囲が前記接地回路固定抵抗の抵抗値程度であることを特徴とする請求項１５から１７のいずれかに記載の高抵抗測定装置。
19. 前記第４の可変抵抗回路が、可変範囲が異なる複数個の可変抵抗器によって構成されていることを特徴とする請求項１８に記載の高抵抗測定装置。
20. 接地点‐第３点間に第２の補助抵抗器が接続されていることを特徴とする請求項１５から１９のいずれかに記載の高抵抗測定装置。
21. 前記第２の補助抵抗器が２本の固定抵抗器によって構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の高抵抗測定装置。

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