JP2007163237A - 静電容量測定装置および静電容量測定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】測定対象コンデンサについての規定電圧が印加されている状態での静電容量を測定し得る静電容量測定装置を提供する。
【解決手段】測定対象コンデンサ８に定電流Ｉを供給する電流供給部２と、測定対象コンデンサ８の充電電圧Ｖｃを測定する電圧測定部３と、時間計測部４と、電流供給部２によって測定対象コンデンサ８に定電流Ｉが供給されている状態において電圧測定部３によって測定されている充電電圧Ｖｃが予め規定されている規定電圧の近傍に設定された下限電圧値から上限電圧値まで増加するのに要する時間を時間計測部４に計測させると共に、定電流Ｉの電流値、下限電圧値から上限電圧値までの電圧値、および計測された時間に基づいて測定対象コンデンサ８の静電容量を算出する演算制御部６とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、予め規定された規定電圧を印加した状態における測定対象コンデンサの静電容量を測定する静電容量測定装置および静電容量測定方法に関するものである。

測定対象コンデンサの静電容量を測定する静電容量測定装置としては、特開平６−２４２１５９号公報に開示されている静電容量測定装置が知られている。この静電容量測定装置では、並列接続した測定対象コンデンサ（被測定コンデンサ）と補助コンデンサとに定電流を流して、その充電電圧がゼロボルトから一定値に達するまでの充電時間をカウンタでカウントすることにより、定電流の値、補助コンデンサの静電容量、充電電圧および充電時間に基づいて測定対象コンデンサの静電容量を算出する。この静電容量測定装置によれば、測定対象コンデンサの容量が微小なときにおいても補助コンデンサを並列に接続することによって全体の静電容量を大きくすることができ、これによって充電時間に要する時間を所定の範囲内に収めておくことができる。したがって、この静電容量測定装置では、測定誤差が大きくなることを防止できる結果、高い精度での静電容量の測定が可能となっている。
特開平６−２４２１５９号公報（第３頁、第１図）

ところが、従来の静電容量測定装置には、以下の問題点がある。すなわち、測定対象コンデンサには、積層セラミックチップコンデンサのように、測定電圧によってその静電容量が変化するものがあり、このようなコンデンサに関しては、例えばその良否を検査するにあたり、予め規定されている規定電圧（直流電圧）が印加されている状態の静電容量を測定して基準静電容量と比較している。ところが、従来の静電容量測定装置では、充電電圧がゼロボルトから一定値に達するまでの充電時間に基づいて静電容量を測定しているため、上記の規定電圧のような特定の電圧での静電容量を測定することができない。したがって、この静電容量測定装置には、測定電圧（印加電圧）によってその静電容量が変化する測定対象コンデンサについての規定電圧での静電容量を測定できないという問題点が存在している。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、測定対象コンデンサについての規定電圧が印加されている状態での静電容量を測定し得る静電容量測定装置および静電容量測定方法を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の静電容量測定装置は、測定対象コンデンサに直流電流を供給する電流供給部と、前記測定対象コンデンサの充電電圧を測定する電圧測定部と、時間計測部と、前記電流供給部によって前記測定対象コンデンサに前記直流電流が供給されている状態において前記電圧測定部によって測定されている前記充電電圧が予め規定されている規定電圧の近傍に設定された下限電圧値から上限電圧値まで増加するのに要する時間を前記時間計測部に計測させると共に、前記直流電流の電流値、前記下限電圧値から前記上限電圧値までの電圧値、および前記計測された時間に基づいて前記測定対象コンデンサの静電容量を算出する演算部とを備えている。

また、請求項２記載の静電容量測定装置は、請求項１記載の静電容量測定装置において、前記下限電圧値および前記上限電圧値は前記規定電圧を挟んで設定されている。

また、請求項３記載の静電容量測定装置は、請求項１または２記載の静電容量測定装置において、前記電流供給部は、前記時間計測部による前記時間の計測中において、計測開始前よりも低い電流値の前記直流電流を供給する。

また、請求項４記載の静電容量測定方法は、測定対象コンデンサに直流電流を供給している状態において当該測定対象コンデンサの充電電圧を測定し、当該充電電圧が予め規定されている規定電圧の近傍に設定された下限電圧値から上限電圧値まで増加するのに要する時間を計測し、前記直流電流の電流値、前記下限電圧値から前記上限電圧値までの電圧値、および前記計測された時間に基づいて前記測定対象コンデンサの静電容量を算出する。

請求項１記載の静電容量測定装置および請求項４記載の静電容量測定方法によれば、測定対象コンデンサに直流電流を供給している状態において測定対象コンデンサの充電電圧が規定電圧の近傍の下限電圧値から上限電圧値まで増加するのに要する時間を計測し、直流電流の電流値、下限電圧値と上限電圧値との電圧差、および計測した時間に基づいて測定対象コンデンサの静電容量を算出することにより、規定電圧が印加されている状態での測定対象コンデンサの静電容量を測定することができる。

また、請求項２記載の静電容量測定装置によれば、規定電圧を挟んで下限電圧値および上限電圧値を設定したことにより、規定電圧が印加されている状態での測定対象コンデンサの静電容量を一層正確に測定することができる。

また、請求項３記載の静電容量測定装置では、時間計測部による時間の計測中において、電流供給部がこの時間の計測開始前よりも低い電流値の直流電流を供給することにより、充電電圧の上昇率を低下させて（上昇を緩やかにして）、時間計測部によって計測される時間を長く維持する。したがって、この静電容量測定装置によれば、下限電圧値と上限電圧値との電圧差が小さいときにおいても、時間計測部で計測される時間が短いことに起因する測定誤差の増大を回避できる結果、測定対象コンデンサの静電容量を精度良く測定することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る静電容量測定装置の最良の形態について説明する。

まず、静電容量測定装置１の構成について図面を参照して説明する。

静電容量測定装置１は、電流供給部２、電圧測定部３、時間計測部４、放電部５、演算制御部６および表示部７を備え、測定対象コンデンサ８の規定電圧Ｖｒが印加された状態での静電容量Ｃ１を測定可能に構成されている。

具体的には、電流供給部２は、プローブ１１を介して測定対象コンデンサ８に接続可能に構成されている。また、電流供給部２は、演算制御部６から出力される制御信号Ｓ１によって制御されて、プローブ１１を介して測定対象コンデンサ８に例えば直流の定電流（本発明における直流電流）Ｉを供給することで、測定対象コンデンサ８を充電する。また、電流供給部２は、制御信号Ｓ１によって制御されて、供給する定電流Ｉの電流値を、値Ｉ１、値Ｉ１よりも小さい値Ｉ２、および値ゼロ（つまり定電流Ｉの供給停止）のいずれかに切り換え可能に構成されている。電圧測定部３は、プローブ１２を介して測定対象コンデンサ８に接続可能に構成されている。また、電圧測定部３は、測定対象コンデンサ８の充電電圧Ｖｃを測定して、その充電電圧Ｖｃの値を示すデータＤ１を演算制御部６に出力する。時間計測部４は、演算制御部６の制御下で、時間を計測すると共に、計測した時間を示すデータＤ２を演算制御部６に出力する。一例として、時間計測部４は、演算制御部６から出力される制御信号Ｓ３の立ち上がりから立ち下がりまでの時間を計測する。放電部５は、演算制御部６から出力される制御信号Ｓ２によって制御されて、充電された測定対象コンデンサ８を放電させる。

演算制御部６は、ＣＰＵおよびメモリ（いずれも図示せず）を備え、本発明における演算部として機能して、電流供給部２および放電部５に対する制御、並びに測定対象コンデンサ８の静電容量Ｃ１を算出する静電容量算出処理を実行する。また、メモリには、電流供給部２によって供給される定電流Ｉの電流値を値Ｉ１から値Ｉ２に切り替えるタイミングを特定するための電圧値Ｖ１、規定電圧Ｖｒの近傍において規定電圧Ｖｒを挟んで設定された下限電圧値Ｖ２および上限電圧値Ｖ３、並びに放電部５を作動させるタイミングを特定するための電圧値Ｖ４が予め記憶されている。本例では、一例として、規定電圧Ｖｒが５ボルトのときの静電容量Ｃ１を測定するために、電圧値Ｖ１＝４．５ボルト、下限電圧値Ｖ２＝４．９５ボルト、上限電圧値Ｖ３＝５．０５ボルト、電圧値Ｖ４＝５．１ボルトに設定されている。この場合、下限電圧値Ｖ２および上限電圧値Ｖ３は、規定電圧Ｖｒが印加された状態で測定対象コンデンサ８の静電容量Ｃ１を等価的に算出するために用いられるため、規定電圧Ｖｒに対して極く近傍（±５％以内）に設定するのが好ましく、本例では、規定電圧Ｖｒに対して±１％となる電圧値に設定されている。表示部７は、演算制御部６によって算出された静電容量Ｃ１を表示する。

次に、静電容量測定装置１による測定対象コンデンサ８についての静電容量Ｃ１の測定動作について、各図を参照して説明する。

まず、測定対象コンデンサ８の静電容量Ｃ１の測定に際して、図１に示すように、プローブ１１およびプローブ１２を測定対象コンデンサ８に接続して、電流供給部２から測定対象コンデンサ８への定電流Ｉの供給、および電圧測定部３による測定対象コンデンサ８の充電電圧Ｖｃの測定を可能な状態にする。

次いで、静電容量測定装置１の起動状態において、演算制御部６は、まず、制御信号Ｓ２を出力して放電部５を所定時間だけ作動させることにより、測定対象コンデンサ８を放電させてその充電電圧Ｖｃをゼロボルトにする。放電完了後、演算制御部６は、制御信号Ｓ２の出力を停止して放電部５の作動を停止させ、次いで、電流供給部２に対して定電流Ｉ（値Ｉ１）の供給を開始させるための制御信号Ｓ１を出力する。これにより、電流供給部２が測定対象コンデンサ８への定電流Ｉ（値Ｉ１）の供給を開始する。この結果、測定対象コンデンサ８の充電電圧Ｖｃが図２に示すように上昇し始める。この際に、電圧測定部３は、測定対象コンデンサ８の充電電圧Ｖｃを所定周期で測定して（サンプリングして）、その充電電圧Ｖｃの値を示すデータＤ１を演算制御部６に出力する。演算制御部６は、電圧測定部３から出力されたデータＤ１に基づいて、測定対象コンデンサ８についての充電電圧Ｖｃの監視処理を開始する。具体的には、演算制御部６は、データＤ１に基づいて充電電圧Ｖｃを算出すると共に、算出した充電電圧Ｖｃを内部メモリに記憶されている電圧値Ｖ１、下限電圧値Ｖ２、上限電圧値Ｖ３および電圧値Ｖ４と比較する比較処理を実行する。演算制御部６は、この監視処理中において、充電電圧Ｖｃが電圧値Ｖ１に達したことを比較処理によって検出し、その時点において、電流供給部２に対して定電流Ｉの値を値Ｉ２に切り替えるための制御信号Ｓ１を出力する。これにより、電流供給部２が測定対象コンデンサ８への定電流Ｉの値を値Ｉ２（＜値Ｉ１）に切り換えるため、図２に示すように、測定対象コンデンサ８の充電電圧Ｖｃの上昇率が低下する。

続いて、演算制御部６は、この監視処理中において、充電電圧Ｖｃが規定電圧Ｖｒの下限電圧値Ｖ２に達したことを比較処理によって検出し、その時点において、時間計測部４に対して制御信号Ｓ３の出力を開始する。これに応じて、時間計測部４は、時間の計測動作を開始する。次いで、演算制御部６は、この監視処理中において、充電電圧Ｖｃが規定電圧Ｖｒの上限電圧値Ｖ３に達したことを比較処理によって検出し、その時点において、時間計測部４に対して制御信号Ｓ３の出力を停止する。これに応じて、時間計測部４は、計測動作を停止すると共に、計測した時間を示すデータＤ２を演算制御部６に出力する。この場合、データＤ２は、充電電圧Ｖｃが規定電圧Ｖｒの下限電圧値Ｖ２に達してからその上限電圧値Ｖ３に達するまでの時間Δｔを示している（図２参照）。続いて、演算制御部６は、入力したデータＤ２からこの時間Δｔを算出すると共に、この時間Δｔ、時間Δｔの計測中において測定対象コンデンサ８に供給されている定電流Ｉの値Ｉ２、並びに規定電圧Ｖｒの下限電圧値Ｖ２および上限電圧値Ｖ３を用いて、規定電圧Ｖｒを印加している状態における測定対象コンデンサ８の静電容量Ｃ１を算出する。具体的には、演算制御部６は、上記した時間Δｔ等を下記式（１）に代入することにより、静電容量Ｃ１を算出する。
Ｃ１＝Ｉ２×Δｔ／（Ｖ３−Ｖ２）・・・・・・ （１）
また、演算制御部６は、算出した静電容量Ｃ１を表示部７に表示させる。最後に、演算制御部６は、この監視処理中において、充電電圧Ｖｃが電圧値Ｖ４に達したことを比較処理によって検出し、その時点において、電流供給部２に対して定電流Ｉの出力を停止させるための制御信号Ｓ１を出力する。これにより、電流供給部２が測定対象コンデンサ８への定電流Ｉの供給を停止する。次いで、制御部６は、制御信号Ｓ２を放電部５に出力して測定対象コンデンサ８を放電させて、各プローブ１１，１２を測定対象コンデンサ８から取り外し可能な状態とする。これにより、静電容量測定装置１による測定対象コンデンサ８についての規定電圧Ｖｒ（５ボルト）を印加した状態での静電容量Ｃ１の測定処理が完了する。

このように、この静電容量測定装置１およびこの静電容量測定装置１を用いた静電容量測定方法によれば、電流供給部２によって測定対象コンデンサ８に定電流Ｉ（値Ｉ２）が供給されている状態において電圧測定部３によって測定されている測定対象コンデンサ８の充電電圧Ｖｃが下限電圧値Ｖ２から上限電圧値Ｖ３まで増加するのに要する時間Δｔを時間計測部４に計測させると共に、定電流Ｉの値Ｉ２、下限電圧値Ｖ２と上限電圧値Ｖ３との電圧差（Ｖ３−Ｖ２）、および時間Δｔに基づいて演算制御部６が静電容量Ｃ１を算出することにより、この電圧差（Ｖ３−Ｖ２）を狭めることで、測定対象コンデンサ８についての規定電圧Ｖｒを印加した状態での静電容量Ｃ１を正確に測定することができる。

また、この静電容量測定装置１およびこの静電容量測定装置１を用いた静電容量測定方法によれば、規定電圧Ｖｒを挟んで下限電圧値Ｖ２および上限電圧値Ｖ３を設定したことにより、規定電圧Ｖｒが印加されている状態での測定対象コンデンサ８の静電容量Ｃ１を一層正確に測定することができる。

また、この静電容量測定装置１およびこの静電容量測定装置１を用いた静電容量測定方法では、時間計測部４による時間Δｔの計測中において、電流供給部２が時間Δｔの計測開始前の値Ｉ１よりも低い値Ｉ２の定電流Ｉを供給することにより、充電電圧Ｖｃの上昇率を低下させて（上昇を緩やかにして）、時間計測部４によって計測される時間Δｔを長く維持することができる。したがって、この静電容量測定装置１およびこの静電容量測定方法によれば、下限電圧値Ｖ２と上限電圧値Ｖ３との電圧差Ｖｒが小さいときにおいても、計測される時間Δｔが短いことに起因する測定誤差の増大を回避できる結果、測定対象コンデンサ８の静電容量Ｃ１を精度良く測定することができる。この場合、時間計測部４による時間Δｔの計測開始までの定電流Ｉの値Ｉ１は静電容量Ｃ１の測定精度に影響を与えない。このため、この静電容量測定装置１によれば、定電流Ｉの値Ｉ１を大きくして、時間計測部４による時間Δｔの計測開始までの充電電圧Ｖｃの上昇率を高めることにより、測定対象コンデンサ８についての静電容量Ｃ１の測定完了までの時間を短縮することができる。

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、時間計測部４と演算制御部６とを別個独立して構成した例について説明したが、演算制御部６に時間計測部４を含める構成を採用することもできる。具体的には、演算制御部６内に時刻データを出力するタイマＩＣを設けると共にこの時刻データに基づいてＣＰＵが時間Δｔを算出する構成を採用することもできる。また、タイマＩＣを設けずに、ＣＰＵの動作クロックを分周したクロックをＣＰＵがカウントすることによって時間Δｔを計測する構成を採用することもできる。

また、例えば、規定電圧Ｖｒの下限電圧値Ｖ２が低いために測定対象コンデンサ８の充電電圧Ｖｃが下限電圧値Ｖ２に比較的短時間で達するようなときや、静電容量Ｃ１の測定に長い時間を要してもよいときには、測定開始当初から測定対象コンデンサ８に対して値Ｉ２（＜値Ｉ１）の定電流Ｉを供給する構成を採用することもできる。また、下限電圧値Ｖ２および上限電圧値Ｖ３は、規定電圧Ｖｒが印加された状態で測定対象コンデンサ８の静電容量Ｃ１を等価的に算出するためには、規定電圧Ｖｒを挟んで極く近傍に設定するのが好ましいが、これに限らない。例えば、規定電圧Ｖｒの近傍であって規定電圧Ｖｒよりも高い電圧に下限電圧値Ｖ２および上限電圧値Ｖ３をそれぞれ設定することができるし、規定電圧Ｖｒよりも低い電圧に下限電圧値Ｖ２および上限電圧値Ｖ３をそれぞれ設定することもできる。

静電容量測定装置１の構成を示すブロック図である。 充電電圧Ｖｃと時間との関係を示す電圧推移図である。

符号の説明

１ 静電容量測定装置
２ 電流供給部
３ 電圧測定部
４ 時間計測部
６ 演算制御部
８ 測定対象コンデンサ
Ｃ１ 静電容量
Ｖ２ 下限電圧値
Ｖ３ 上限電圧値
Ｖｃ 充電電圧
Ｖｒ 規定電圧
Ｉ 定電流
Δｔ 時間

Claims (4)

1. 測定対象コンデンサに直流電流を供給する電流供給部と、前記測定対象コンデンサの充電電圧を測定する電圧測定部と、時間計測部と、前記電流供給部によって前記測定対象コンデンサに前記直流電流が供給されている状態において前記電圧測定部によって測定されている前記充電電圧が予め規定されている規定電圧の近傍に設定された下限電圧値から上限電圧値まで増加するのに要する時間を前記時間計測部に計測させると共に、前記直流電流の電流値、前記下限電圧値から前記上限電圧値までの電圧値、および前記計測された時間に基づいて前記測定対象コンデンサの静電容量を算出する演算部とを備えている静電容量測定装置。
2. 前記下限電圧値および前記上限電圧値は前記規定電圧を挟んで設定されている請求項１記載の静電容量測定装置。
3. 前記電流供給部は、前記時間計測部による前記時間の計測中において、計測開始前よりも低い電流値の前記直流電流を供給する請求項１または２記載の静電容量測定装置。
4. 測定対象コンデンサに直流電流を供給している状態において当該測定対象コンデンサの充電電圧を測定し、当該充電電圧が予め規定されている規定電圧の近傍に設定された下限電圧値から上限電圧値まで増加するのに要する時間を計測し、前記直流電流の電流値、前記下限電圧値から前記上限電圧値までの電圧値、および前記計測された時間に基づいて前記測定対象コンデンサの静電容量を算出する静電容量測定方法。

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