JP2006105902A - Resistance measuring device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明はデジタルボルトメータ(デジボル)等に組込まれて実用される抵抗測定装置に関し、特に被測定抵抗器を抵抗測定回路に接続するための入力端子に誤って過大な電圧を印加してしまった場合でも、抵抗測定装置の破損を防ぐ保護機能を付加しようとするものである。 The present invention relates to a resistance measuring device incorporated in a digital voltmeter (Digibol) or the like, and in particular, an excessive voltage is erroneously applied to an input terminal for connecting a resistor to be measured to a resistance measuring circuit. Even in such a case, it is intended to add a protection function for preventing the resistance measuring device from being damaged.
図2に従来の抵抗測定装置の概略の構成を示す。図中11A、11Bは被測定抵抗器12を抵抗測定回路10に電気的に接続するための入力端子を示す。入力端子11Aと11Bは一方11Bが共通電位に接続され、他方11Aが抵抗測定回路10に接続される。
定電流発生回路20はこの例では演算増幅器21と、電界効果トランジスタ22と、レンジ切替回路23と、電圧源24とによって構成される。電圧源24は所定の電圧、例えば1Vを発生し、その電圧を演算増幅器21の非反転入力端子に印加する。演算増幅器21の出力端子に電界効果トランジスタ22のゲートを接続し、電界効果トランジスタ22のソースと負電源25の間にレンジ切替回路23を接続し、電界効果トランジスタ22のソースに発生する電圧を演算増幅器21の反転入力端子に帰還させる。
FIG. 2 shows a schematic configuration of a conventional resistance measuring apparatus. In the figure,
In this example, the constant
この回路構造によれば演算増幅器21の出力端子の電圧が常時0となる状態に安定する。つまり、レンジ切替回路23に常に1Vが発生する状態に安定する。従って、レンジ切替回路23を構成する抵抗器R1、R2、R3、R4の値を例えば100Ω、1kΩ、10kΩ、100kΩに設定しておくことにより定電流発生回路20で発生する電圧ISを10mA、1mA、0.1mA、0.01mAのように切替えることができる。この電流ISが被測定抵抗器12に印加され、被測定抵抗器12に発生する電圧VX=IS・RXを抵抗測定回路10を構成する電圧測定回路で測定し、被測定抵抗器12の抵抗値RXを算出する。
According to this circuit structure, the voltage at the output terminal of the operational amplifier 21 is stabilized in a state where it is always zero. That is, the
尚、レンジ切替回路23はコントローラ30から送られて来るロジック信号AとBによってマルチプレクサ23Aが切替制御され、抵抗器R1〜R4の中の何れか一つの抵抗器が選択されて電界効果トランジスタ22のソースと負電源25との間に接続され、測定レンジが切替えられる。
ここで被測定抵抗器12と定電流発生回路20との間に過電圧保護用能動素子26が介挿される。この過電圧保護用能動素子26は特に耐圧(コレクタ−エミッタ間の耐圧)が大きいトランジスタを適用し、入力端子11A、11B間に誤まって過大な電圧、例えば1000V程度が印加されても、この過大電圧を吸収し、定電流発生回路20が破損することを防止するために設けられる。
Incidentally,
Here, an overvoltage protection
過電圧保護用能動素子26はダイオード27の電圧降下で発生する順方向バイアスにより常時オンの状態に維持されている。従って、定電流発生回路20が発生する電流ISは過電圧保護用能動素子26を通じて被測定抵抗器12に印加される。この状態で入力端子11Aに正極性の過大電圧が印加されると、この過大電圧が過電圧保護用能動素子26のコレクタ−エミッタ間に印加され、コレクタ−エミッタ間を過大電圧に維持する。この結果として、定電流発生回路20には過大電圧が印加されることはなく、定電流発生回路20は過大電圧から保護される。
The overvoltage protection
尚、抵抗測定回路10にも入力端子11Aに印加された過大電圧が入力されるが、抵抗測定回路10にも電圧保護回路が設けられており、この電圧保護回路により抵抗測定回路10は保護される。本発明は定電流発生回路20を過大電圧から保護することを目的とするから、抵抗測定回路10の保護回路については特に言及しないことにする。
Note that an excessive voltage applied to the
入力端子11Aに過大電圧が印加される理由としてはデジタルボルトメータの分野では抵抗測定用の入力端子11Aと11Bを直流の電圧測定の入力端子として流用する例が多いことにある。このために、直流電圧測定モードに切替られているものと思い違いをして抵抗測定モードに設定されているにも係わらず直流の高電圧を印加してしまう事例がある。
尚、抵抗測定用の定電流発生回路20にはリレー接点RLが直列に接続され、入力端子11Aと11Bを電圧測定端子として用いる場合はこのリレー接点RLをオフとし、定電流発生回路20を切離すように構成される。またダイオードDは抵抗測定モードで入力端子11Aが負極性となる過電流が印加された場合に、この過電圧から定電流発生回路20を保護するためのダイオードである。
The reason why an excessive voltage is applied to the
In addition, a relay contact RL is connected in series to the resistance measuring constant
このような理由から抵抗測定モードで過大電圧が入力される機会が多発するので従来より、定電流発生回路20と直列に過電圧保護用能動素子26を設けているが、抵抗測定レンジが微小抵抗を分解能よく測定するレンジに設定されている状態で、入力端子11Aと11Bの間に正極性の過大電圧が印加されたとすると、この状態では定電流発生回路20が発生する定電流Isは比較的大きい電流値に設定されているため、過電圧保護用能動素子26はコレクタ及びエミッタ間の耐圧はともかくとして、電力容量も大きい容量が要求されることになる。
For this reason, there are many occasions when an excessive voltage is input in the resistance measurement mode. Therefore, an
つまり、例えばレンジ切替回路23に用いる抵抗器R1、R2、R3、R4の抵抗値がそれぞれ100Ω、1kΩ、10kΩ、100kΩとした場合、抵抗器R1を選択した場合は定電流Isは10mAとなり、R2を選択した場合はIS=1mA、R3を選択した場合はIs=0.1mA、R4を選択した場合はIs=0.01mAとなる。過電圧保護用能動素子26のコレクタ−エミッタ間に印加される可能性がある過電圧が仮に1000Vとした場合、定電流IS=10mAである場合には過電圧保護用能動素子26には電力容量WPとしてWP=10Wが要求される。更にIS=1mAの場合はWP=1W、IS=0.1mAの場合はWP=0.1W、IS=0.01mAの場合はWP=0.01Wとなる。耐圧が1000Vで電力容量が10W乃至1W程度の能動素子はかなり高値であり、また形状も大きいため抵抗測定装置に実装することはコストの点と、小型化を達することに反するため、実装はむずかしい。
That is, for example, when the resistance values of the resistors R 1 , R 2 , R 3 , and R 4 used in the
このため、一般的には定電流発生回路20で発生する定電流を1mA〜0.01mA程度の範囲に抑制し、過電圧保護用能動素子26に要求される電力容量を小さい値で済むようにしている。然し乍ら、このように定電流発生回路20で発生する電流ISの値を小さい値に制限してしまうと、小さい抵抗値の測定を分解能よく行なうことができなくなる不都合が生じる。
この発明の目的は微小抵抗の抵抗値を分解能よく測定することができ、然も過電圧保護用能動素子の電力容量も小さい容量に制限することができる抵抗測定装置を提供しようとするものである。
Therefore, generally, the constant current generated by the constant
An object of the present invention is to provide a resistance measuring apparatus that can measure the resistance value of a minute resistance with high resolution and can limit the power capacity of an active element for overvoltage protection to a small capacity.
本発明では、抵抗値を測定すべき被測定抵抗器を抵抗測定回路に接続するための一対の端子と、この一対の端子で構成される入力端子間に接続された被測定抵抗器に所定の定電流を印加し、被測定抵抗器に発生する電圧を抵抗測定回路に測定させる定電流発生回路と、被測定抵抗器に印加される定電流の電流通路に直列接続され、入力端子間に過大電圧が印加された場合に、その過大電圧を吸収し、上記定電流発生回路を保護する過電圧保護用能動素子と、入力端子間に過大電圧が印加された状態を検出し、上記定電流発生回路で発生する定電流を小電流に抑制する電流抑制回路とを備える抵抗測定装置を提案する。 In the present invention, a predetermined resistor is connected to a pair of terminals for connecting a resistor to be measured whose resistance value is to be measured to the resistance measuring circuit, and a resistor to be measured connected between input terminals constituted by the pair of terminals. A constant current generation circuit that applies a constant current and causes the resistance measurement circuit to measure the voltage generated at the resistor under test is connected in series with the current path of the constant current applied to the resistor under test. When a voltage is applied, the overvoltage protection active element that absorbs the overvoltage and protects the constant current generation circuit and the state where the overvoltage is applied between the input terminals are detected, and the constant current generation circuit A resistance measuring device including a current suppression circuit that suppresses the constant current generated in the above to a small current is proposed.
この発明では更に、定電流発生回路は発生する定電流の値を切替えるレンジ切替回路を備え、電流抑制回路は入力端子間に過電圧が印加された場合、その検出出力によりレンジ切替回路のレンジを小電流レンジに切替えて過電圧保護用能動素子に流れる電流を抑制する抵抗測定装置を提案する。 According to the present invention, the constant current generation circuit further includes a range switching circuit for switching a value of the generated constant current, and the current suppression circuit reduces the range of the range switching circuit by the detection output when an overvoltage is applied between the input terminals. A resistance measuring device is proposed that suppresses the current flowing in the overvoltage protection active element by switching to the current range.
この発明による抵抗測定装置によれば入力端子に過電圧が印加されると、この過電圧の印加を電流抑制回路が検出し、その検出出力によって定電流発生回路で発生する定電流を小レンジ側に切替える制御を実行する。この結果、被測定抵抗器に大きい電流を印加する測定モードで動作している状態で過電圧が印加されても、過電圧の印加と同時に電流抑制回路が動作し、定電流発生回路が発生する定電流を小さいレンジ側に切り替えるため、これに伴なって過電圧保護用能動素子を流れる電流も抑制される。従って過電圧保護用能動素子は電力容量の小さい素子を用いることができる。 According to the resistance measuring apparatus of the present invention, when an overvoltage is applied to the input terminal, the current suppression circuit detects the application of the overvoltage, and the constant current generated in the constant current generation circuit is switched to the small range side by the detection output. Execute control. As a result, even if an overvoltage is applied while operating in a measurement mode that applies a large current to the resistor under test, the current suppression circuit operates simultaneously with the application of the overvoltage, and the constant current generating circuit generates a constant current. Therefore, the current flowing through the overvoltage protection active element is also suppressed. Therefore, an element having a small power capacity can be used as the overvoltage protection active element.
本発明を実施する場合、過電圧保護用能動素子のバイアス電圧発生回路から、過電圧が印加されたことを検出する検出信号を発生させ、この検出信号で電流抑制回路を構成する能動素子を制御し、ロジック信号を発信させる。このロジック信号により定電流発生回路を構成するレンジ切替回路の状態を切替制御し、レンジ切替回路の切替状態を小電流発生状態に切替え、過電圧保護用能動素子を流れる電流を抑制する動作を実行させる。 When carrying out the present invention, a detection signal for detecting that an overvoltage is applied is generated from the bias voltage generation circuit of the active element for overvoltage protection, and the active element constituting the current suppression circuit is controlled by this detection signal, Send a logic signal. With this logic signal, the state of the range switching circuit that constitutes the constant current generation circuit is controlled to be switched, the switching state of the range switching circuit is switched to the small current generation state, and the operation of suppressing the current flowing through the overvoltage protection active element is executed. .
図1に本発明による抵抗測定装置の実施例を示す。図2と対応する部分には同一符号を付し、その重複説明は省略するが、この発明ではダイオード27と共通電位との間に抵抗値の小さい過電圧検出用抵抗器41を接続し、この過電圧検出用抵抗器41に発生する電圧をダイオード42で取り出すことによって電流抑制回路40の起動制御を実行させる。
つまり、定常状態では過電圧検出用抵抗器41に発生する電圧はダイオード42の導通電圧(例えば0.6V程度)以下となるように過電圧検出用抵抗器41の抵抗値を選定する。入力端子11A、11B間に過電圧(例えば100V以上)が印加された場合は過電圧検出用抵抗器41に発生する電圧がダイオード42の導電電圧を超えるように構成し、ダイオード42の導通によって過電圧の印加状態を検出し、電流抑制回路40を起動させる。
FIG. 1 shows an embodiment of a resistance measuring apparatus according to the present invention. The parts corresponding to those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals, and repeated description thereof is omitted. In the present invention, an
That is, the resistance value of the
電流抑制回路40は過電圧検出用抵抗器41とダイオード42とから成る過電圧検出回路に加えて能動素子44と抵抗器45とから成るロジック信号発生回路とによって構成することができる。ダイオード42の検出信号を能動素子44のベースに入力し、ダイオード42の導通電流により能動素子44をオンの状態に制御する。能動素子44がオンの状態に制御されることにより、能動素子44のコレクタから「1」論理から「0」論理に立下がるロジック信号が発信される。このロジック信号をワイヤードオアの形態でレンジ切替回路23へ入力するように構成する。
The current suppression circuit 40 can be configured by a logic signal generation circuit including an
ここでコントローラ30からレンジ切替回路23へ入力されるロジック信号とレンジ切替状態との関係について下表を用いて説明する。表中A、Bはコントローラ30からレンジ切替回路23へ入力されるロジック信号を示すAは制御信号線31を通じてレンジ切替回路23へ入力されるロジック信号を示す。
表1
A B RS IS 電力容量
――――――――――――――――――――――――――――――
1 1 R1(100Ω) 10mA 10W
1 0 R2(1kΩ) 1mA 1W
0 1 R3(10kΩ) 100μA 0.1W
0 0 R4(100kΩ) 10μA 0.01W
ロジック信号AとBが共に「1」論理である場合、マルチプレクサ23Aはスイッチ0がオンの状態に制御され、抵抗器R1が選択される。抵抗器R1は抵抗値が100Ωに設定されている。演算増幅器21の反転入力端子の電位は電圧源24と同じ電位に維持されるから、電圧源24の起電圧が1(V)であるとすると、定電流発生回路20で発生する定電流ISはIS=1V/100Ω=10mAとなる。この状態で入力端子11Aと11Bに正極性の過大電圧例えば1000Vが印加されたとすると、過電圧保護用能動素子26に要求される電力容量は10Wとなる。
Here, the relationship between the logic signal input from the controller 30 to the
Table 1
A B R S I S Power Capacity ――――――――――――――――――――――――――――――
1 1 R 1 (100Ω) 10 mA 10 W
1 0 R 2 (1 kΩ) 1 mA 1 W
0 1 R 3 (10 kΩ) 100 μA 0.1 W
0 0 R 4 (100 kΩ) 10 μA 0.01 W
If the logic signals A and B are both "1" logic, the
ロジック回路A、Bが「1」「0」の場合はマルチプレクサ23Aはスイッチ1がオンに制御され、抵抗器R2が選択される。抵抗器R2の抵抗値が1kΩに設定されているものとすると、定電流発生回路20が発生する定電流ISはIS=1mAとなる。過電圧保護用能動素子26に1mAが流されている状態で入力端子11Aに1000Vの過電圧が印加されたとすると、この状態で過電圧保護用能動素子26に要求される電力容量は1Wとなる。
ロジック信号A、Bが「0」、「1」の場合はマルチプレクサ23Aはスイッチ2がオンとなり、抵抗器R3が選択される。抵抗器R3は10kΩに設定されているものとすると、定電流発生回路20が発生する定電流ISは100μAとなる。この状態で1000Vの過電圧が印加されたとすると、この状態で過電圧保護用能動素子26に要求される電力容量は0.1Wとなる。
Logic circuits A,
Logic signals A, B is "0", the
ロジック信号A、Bが「0」、「0」の場合はマルチプレクサ23Aはスイッチ3がオンに制御され、抵抗器R4が選択される。抵抗器R4の抵抗値が100kΩに設定されているものとすると、定電流発生回路20が発生する定電流ISは10μAとなる。この状態で入力端子11Aに1000Vの過電圧が印加されると過電圧保護用能動素子26に要求される電力容量は0.01Wとなる。
以上の説明から明らかなように、ロジック信号A、Bが「0」、「1」か「0」、「0」の状態で過電圧が印加された場合は過電圧保護用能動素子26に要求される電力容量は0.1Wか0.01Wのように小さい容量でよいことが解る。従って、この発明ではロジック信号Aをレンジ切替回路23に伝える制御信号線31にワイヤードオアの形態でロジック信号発生用の能動素子44が発生するロジック信号をレンジ切替回路23に入力する構成とする。つまり、能動素子44は過電圧検出時にオンの状態に制御され、このオン動作により「1」から「0」となるロジック信号を発信する。このロジック信号の発信によりコントローラ30からレンジ切替回路23に印加されるロジック信号Aが「1」の状態であっても能動素子44がオンの状態になることにより強制的に「0」に反転されるから、表1から明らかなように、ロジック信号Aが「0」であれば過電圧保護用能動素子26に要求される電力容量は0.1Wか或は0.01Wに制限され小さい容量に制御される。この結果、過電圧保護用能動素子26を電力容量の小さい素子を用いることができる利点が得られる。
Logic signals A, B is "0", the
As is clear from the above description, when an overvoltage is applied when the logic signals A and B are “0”, “1”, “0”, and “0”, the overvoltage protection
つまり、本発明によれば定電流発生回路20が比較的大きい電流例えば10mAを発生し、抵抗値の小さい抵抗器の抵抗値を分解能よく測定できる優れた特性を持ちながら、過電圧保護用能動素子26の電力容量を10Wより小さくできる利点が得られる。つまり、従来は過電圧保護用能動素子26の定電流発生回路20で発生する電流が最大で1mAに制限した場合に電力容量は1W程度を必要としたが、本発明によれば定電流発生回路20の発生電流をそれより大きく採るにも係わらず更に小さい電力容量の能動素子を用いることができる利点が得られる。
In other words, according to the present invention, the constant
本発明による抵抗測定装置はデジタルボルトメータのような電圧、電流測定器に組込まれて各種の用途に実用される。 The resistance measuring apparatus according to the present invention is incorporated in a voltage / current measuring instrument such as a digital voltmeter and is practically used for various applications.
10 抵抗測定回路 44 能動素子
11A、11B 入力端子
12 被測定抵抗器
20 定電流発生回路
23 レンジ切替回路
26 過電圧保護用能動素子
30 コントローラ
41 過電圧検出用抵抗器
10
12 Resistor to be measured
20 Constant current generator
23 Range switching circuit
26 Active element for overvoltage protection
30 controller
41 Resistor for overvoltage detection
Claims (2)
この一対の端子で構成される入力端子間に接続された被測定抵抗器に所定の定電流を印加し、被測定抵抗器に発生する電圧を上記抵抗測定回路に測定させる定電流発生回路と、
被測定抵抗器に印加される定電流の電流通路に直列接続され、上記入力端子間に過大電圧が印加された場合に、その過大電圧を吸収し、上記定電流発生回路を保護する過電圧保護用能動素子と、
上記入力端子間に過大電圧が印加された状態を検出し、上記定電流発生回路で発生する定電流を小電流に抑制する電流抑制回路と、
を備えることを特徴とする抵抗測定装置。 A pair of terminals for connecting the resistor under test whose resistance value is to be measured to the resistance measurement circuit;
A constant current generating circuit that applies a predetermined constant current to a resistor to be measured connected between the input terminals constituted by the pair of terminals, and causes the resistance measuring circuit to measure a voltage generated in the resistor to be measured;
For overvoltage protection that is connected in series to the current path of the constant current applied to the resistor under test and absorbs the overvoltage and protects the constant current generation circuit when an overvoltage is applied between the input terminals. An active element;
A current suppression circuit that detects a state in which an excessive voltage is applied between the input terminals and suppresses the constant current generated by the constant current generation circuit to a small current;
A resistance measuring device comprising:
2. The resistance measuring apparatus according to claim 1, wherein the constant current generating circuit includes a range switching circuit that switches a value of the generated constant current, and the current suppressing circuit detects a detection output when an overvoltage is applied between the input terminals. The resistance measuring device according to claim 1, wherein the range switching circuit is switched to a small current range to suppress a current flowing through the overvoltage protection active element.
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