JP2007163414A - Variable capacitance circuit, voltage measuring apparatus, and electric power measuring apparatus - Google Patents

Variable capacitance circuit, voltage measuring apparatus, and electric power measuring apparatus Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a highly reliable variable capacitance circuit having a high-speed operating frequency. <P>SOLUTION: The variable capacitance circuit is provided with: a capacitance-changing function body 13 and a driving circuit 14. In the capacitance-changing function body 13, a first constituent unit 31; a second constituent unit 32; a third constituent unit 33; and a fourth constituent unit 34 each include a diode and are connected into a ring sequentially in this order, and the product of the impedances of the first and third constituent units 31 and 33 and the product of the impedances of the second and fourth constituent units 32 and 34 are specified as to be the same or approximately the same. The driving circuit 14 comprises both a transformer 14a for inducing an AC component in a secondary winding 14c and a DC current power source 14b for generating a DC voltage and applies a drive signal S2 between a point B of connection between the first and second constituent units 31 and 32 and a point D of connection between the third and fourth constituent units 33 and 34. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、その静電容量を高速に変化し得る可変容量回路、この可変容量回路を備えて測定対象体の電圧を非接触で測定し得る電圧測定装置、およびこの電圧測定装置を用いた電力測定装置に関するものである。   The present invention relates to a variable capacitance circuit that can change its capacitance at high speed, a voltage measurement device that includes this variable capacitance circuit and that can measure the voltage of a measurement object in a non-contact manner, and power that uses this voltage measurement device. The present invention relates to a measuring device.

この種の電圧測定装置として、特開平4−305171号公報および特開平7−244103号公報において開示された種々の電圧測定装置が知られている。   As this type of voltage measuring device, various voltage measuring devices disclosed in Japanese Patent Laid-Open Nos. 4-305171 and 7-244103 are known.

これらの電圧測定装置のうちの特開平4−305171号公報の従来の技術において、測定対象体(帯電体)の両表面の電荷密度を測定するために使用される電圧測定装置(距離補償型電位計)は、検出電極および振動体を内蔵したプローブユニット、発振器、プリアンプ、増幅器、同期検波器、積分器、高電圧発生器、およびインピーダンス整合回路を備えて構成されている。この電圧測定装置では、検出電極を振動体で振動させながら測定対象体に対向させる。この際に、検出電極と測定対象体との間に形成される静電容量が変化して、測定対象体と検出電極との間の電界強度も変化するため、検出電極には、測定対象体と検出電極との間の電界強度に応じた交流電圧が発生する。高電圧発生器は、この交流電圧に応じた直流電圧を発生して、プローブユニットの電圧にフィードバックする。この場合、測定対象体と検出電極との間の電界強度は、プローブユニットの電圧と帯電体の電圧とが一致したときにゼロになる。したがって、測定対象体と検出電極との間の電界強度がゼロになったとき、つまり、検出電極に発生する交流電圧がゼロボルトになったときに、高電圧発生器がプローブユニットにフィードバックしている直流電圧を検出することにより、測定対象体の電圧が測定される。   Among these voltage measuring devices, a voltage measuring device (distance-compensated potential) used for measuring the charge density on both surfaces of a measurement object (charged body) in the prior art disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-305171. The meter is configured to include a probe unit including a detection electrode and a vibrating body, an oscillator, a preamplifier, an amplifier, a synchronous detector, an integrator, a high voltage generator, and an impedance matching circuit. In this voltage measurement device, the detection electrode is opposed to the measurement object while being vibrated by the vibration body. At this time, the capacitance formed between the detection electrode and the measurement object changes, and the electric field strength between the measurement object and the detection electrode also changes. An AC voltage corresponding to the electric field strength between the detection electrode and the detection electrode is generated. The high voltage generator generates a DC voltage corresponding to the AC voltage and feeds it back to the voltage of the probe unit. In this case, the electric field strength between the measurement object and the detection electrode becomes zero when the voltage of the probe unit and the voltage of the charged body coincide. Therefore, when the electric field strength between the measurement object and the detection electrode becomes zero, that is, when the AC voltage generated at the detection electrode becomes zero volts, the high voltage generator feeds back to the probe unit. By detecting the DC voltage, the voltage of the measurement object is measured.

他方、特開平7−244103号公報の従来の技術において、開示されている電圧測定装置(距離補償型表面電位計)では、測定対象体(試料)の面から発する電気力線のうちの入力孔を通って検出電極(固定電極)に達する電気力線により、検出電極の面には、測定対象体の電位に比例し、かつ検出電極と測定対象体との間の静電容量に比例した電荷が発生する。また、導体セクターが、機械的に作動することにより、入力孔を通って検出電極に達する電気力線に対して遮蔽と開放とを繰り返す。これにより、検出電極の電荷は、発生、消滅を繰り返し、その変化率に比例した電流が負荷抵抗を流れて、この負荷抵抗に交流電圧が発生する。この特開平7−244103号公報に開示されている電圧測定装置は、この交流電圧を発生させる構成については上記の特開平4−305171号公報の電圧測定装置と相違するが、この構成以外については特開平4−305171号公報の電圧測定装置と基本的に同様に構成されており、負荷抵抗に発生する交流電圧に基づいてプローブケース(プローブユニットのケースと等価)と測定対象体との間の電位差を縮めることにより、特開平4−305171号公報の電圧測定装置と同様にして測定対象体の電位が測定されている。
特開平4−305171号公報(第2頁、第6図) 特開平7−244103号公報(第2頁、第9図)
On the other hand, in the conventional technique disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-244103, the disclosed voltage measuring device (distance compensated surface potential meter) has an input hole among electric lines of force emitted from the surface of the measurement object (sample). Due to the lines of electric force passing through the detection electrode (fixed electrode), the surface of the detection electrode has a charge proportional to the potential of the measurement object and proportional to the capacitance between the detection electrode and the measurement object. Will occur. In addition, the conductor sector mechanically operates to repeatedly shield and open the electric lines of force that reach the detection electrode through the input hole. As a result, the charge of the detection electrode is repeatedly generated and extinguished, a current proportional to the rate of change flows through the load resistance, and an alternating voltage is generated at the load resistance. The voltage measuring device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-244103 is different from the voltage measuring device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-305171 in the configuration for generating the AC voltage. This is basically the same as the voltage measuring device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-305171, and is based on the alternating voltage generated in the load resistance between the probe case (equivalent to the case of the probe unit) and the measurement object. By reducing the potential difference, the potential of the measurement object is measured in the same manner as in the voltage measuring apparatus disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-305171.
Japanese Patent Laid-Open No. 4-305171 (page 2, FIG. 6) JP 7-244103 A (2nd page, FIG. 9)

ところが、上記の各電圧測定装置には、以下のような問題点がある。すなわち、特開平4−305171号公報の電圧測定装置では、検出電極を振動体で作動振動させている。また、特開平7−244103号公報の電圧測定装置では、導体セクターを機械的に作動させている。したがって、両電圧測定装置には、機械的に可動する構成を有していることに起因して、動作周波数の高速化が困難であると共に、信頼性の向上が困難であるという問題点が存在している。   However, each of the voltage measuring devices has the following problems. That is, in the voltage measuring device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 4-305171, the detection electrode is vibrated by the vibrating body. In the voltage measuring device disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-244103, the conductor sector is mechanically operated. Therefore, both voltage measuring devices have a problem that it is difficult to increase the operating frequency and it is difficult to improve the reliability due to the mechanically movable configuration. is doing.

本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであり、動作周波数が高く、かつ信頼性も高い可変容量回路、電圧測定装置および電力測定装置を提供することを主目的とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and has as its main object to provide a variable capacitance circuit, a voltage measuring device, and a power measuring device that have a high operating frequency and high reliability.

上記目的を達成すべく請求項1記載の可変容量回路は、少なくとも1つの可変容量要素をそれぞれ含む第1の構成単位、第2の構成単位、第3の構成単位および第4の構成単位がこの順に環状に接続されて構成され、かつ当該第1の構成単位および当該第3の構成単位の各インピーダンスの積と当該第2の構成単位および当該第4の構成単位の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に規定された容量変化機能体と、二次巻線に交流成分を誘起させるトランスおよび直流電圧を発生させる直流電源を有して、当該トランスの当該二次巻線と当該直流電源とが前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と、前記第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間に直列に接続されると共に前記交流成分を含む前記直流電圧を前記容量変化機能体に印加して当該容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路とを備えている。   In order to achieve the above object, the variable capacitance circuit according to claim 1 includes a first structural unit, a second structural unit, a third structural unit, and a fourth structural unit each including at least one variable capacitive element. The product of each impedance of the first structural unit and the third structural unit is the same as the product of the impedances of the second structural unit and the fourth structural unit. Or having substantially the same capacity changing function body, a transformer for inducing an AC component in the secondary winding and a DC power source for generating a DC voltage, and the secondary winding and the DC power source of the transformer Is connected in series between the connection point of the first structural unit and the second structural unit and the connection point of the third structural unit and the fourth structural unit, and includes the AC component DC By applying pressure to the capacitance changing structure and a drive circuit for changing the capacitance of the capacitance changing structure.

また、請求項2記載の可変容量回路は、請求項1記載の可変容量回路において、前記可変容量要素は、互いに接合されたP型半導体およびN型半導体を有している。   According to a second aspect of the present invention, in the variable capacitance circuit according to the first aspect, the variable capacitance element includes a P-type semiconductor and an N-type semiconductor that are joined to each other.

また、請求項3記載の可変容量回路は、請求項2記載の可変容量回路において、前記可変容量要素は、前記P型半導体および前記N型半導体で形成されたダイオードで構成され、前記第1の構成単位および前記第4の構成単位に含まれている前記各ダイオードは前記4つの構成単位で構成される環状回路内において同一方向の向きで配設され、前記第2の構成単位および前記第3の構成単位に含まれている前記各ダイオードは前記環状回路内において前記第1および第4の構成単位における前記各ダイオードの向きとは逆向きで配設されている。   The variable capacitance circuit according to claim 3 is the variable capacitance circuit according to claim 2, wherein the variable capacitance element includes a diode formed of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor. The respective diodes included in the structural unit and the fourth structural unit are arranged in the same direction in the annular circuit composed of the four structural units, and the second structural unit and the third structural unit are arranged. Each of the diodes included in the structural unit is disposed in the annular circuit in a direction opposite to the direction of the diodes in the first and fourth structural units.

また、請求項4記載の可変容量回路は、請求項2記載の可変容量回路において、前記第1の構成単位に含まれている前記P型半導体および前記N型半導体と前記第2の構成単位に含まれている前記P型半導体および前記N型半導体との組、および前記第3の構成単位に含まれている前記P型半導体および前記N型半導体と前記第4の構成単位に含まれている前記P型半導体および前記N型半導体との組の少なくとも一方の組は、1つのトランジスタで構成されている。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the variable capacitance circuit according to the second aspect, wherein the P-type semiconductor, the N-type semiconductor, and the second structural unit included in the first structural unit are included. A set of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor included, and the P-type semiconductor, the N-type semiconductor, and the fourth structural unit included in the third structural unit At least one set of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor is composed of one transistor.

また、請求項5記載の電圧測定装置は、測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、前記測定対象体に対向可能な検出電極と、請求項1から4のいずれかに記載の可変容量回路とを備え、前記可変容量回路は、前記第1の構成単位および前記第4の構成単位の接続点が前記検出電極側に位置すると共に前記第2の構成単位および前記第3の構成単位の接続点が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に配設されている。   The voltage measuring device according to claim 5 is a voltage measuring device configured to be able to measure the voltage of the measurement object, and the detection electrode capable of facing the measurement object, and any one of claims 1 to 4 The variable capacitance circuit includes a connection point of the first structural unit and the fourth structural unit located on the detection electrode side, and the second structural unit and the variable structural circuit. The connection point of the third structural unit is disposed between the detection electrode and the reference potential so that the connection point is located on the reference potential side.

また、請求項6記載の電圧測定装置は、請求項5記載の電圧測定装置において、前記参照電位を生成する電圧生成回路と、制御部とを備え、前記制御部は、前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに、前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる。   According to a sixth aspect of the present invention, there is provided the voltage measuring device according to the fifth aspect, further comprising: a voltage generating circuit that generates the reference potential; and a control unit, wherein the variable capacitance circuit includes the variable capacitance circuit. When the capacitance is changed, the voltage of the reference potential is changed with respect to the voltage generation circuit.

また、請求項7記載の電圧測定装置は、請求項6記載の電圧測定装置において、前記制御部は、前記静電容量の変化時において、前記可変容量回路を介して前記検出電極と前記参照電位との間に流れる電流、または前記可変容量回路における前記検出電極側の端部と前記参照電位側の端部との間に発生する電圧が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる。   The voltage measuring device according to claim 7 is the voltage measuring device according to claim 6, wherein the control unit is configured to change the detection electrode and the reference potential via the variable capacitance circuit when the capacitance changes. Or the reference potential with respect to the voltage generation circuit so that the voltage generated between the end on the detection electrode side and the end on the reference potential side in the variable capacitance circuit decreases. Vary the voltage.

また、請求項8記載の電圧測定装置は、請求項7記載の電圧測定装置において、前記検出電極と前記参照電位との間に前記可変容量回路と直列に配設されたインピーダンス素子を備え、前記制御部は、前記インピーダンス素子に前記電流が流れたときに当該インピーダンス素子に発生する電圧が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる。   The voltage measuring device according to claim 8 is the voltage measuring device according to claim 7, further comprising an impedance element arranged in series with the variable capacitance circuit between the detection electrode and the reference potential. The control unit changes the voltage of the reference potential for the voltage generation circuit so that the voltage generated in the impedance element decreases when the current flows through the impedance element.

また、請求項9記載の電圧測定装置は、請求項7記載の電圧測定装置において、前記検出電極と前記参照電位との間に前記可変容量回路と直列に配設された共振回路を備え、前記制御部は、前記共振回路に前記電流が流れたときに当該共振回路に発生する電圧が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる。   The voltage measurement device according to claim 9 is the voltage measurement device according to claim 7, further comprising a resonance circuit disposed in series with the variable capacitance circuit between the detection electrode and the reference potential. The control unit changes the voltage of the reference potential for the voltage generation circuit so that the voltage generated in the resonance circuit decreases when the current flows through the resonance circuit.

また、請求項10記載の電圧測定装置は、請求項7から9のいずれかに記載の電圧測定装置において、前記制御部は、前記電流の値、または前記検出電極側の端部と前記参照電位側の端部との間に発生する前記電圧の値に応じて電圧値が変化する検出信号を入力してディジタルデータに変換するA/D変換回路を備え、当該ディジタルデータに基づいて前記検出信号の電圧値が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる。   The voltage measuring device according to claim 10 is the voltage measuring device according to any one of claims 7 to 9, wherein the control unit is configured such that the current value, or the end on the detection electrode side and the reference potential are set. An A / D conversion circuit for inputting a detection signal whose voltage value changes in accordance with the value of the voltage generated between the digital signal and the digital signal, and detecting the detection signal based on the digital data The voltage of the reference potential is changed with respect to the voltage generation circuit so that the voltage value decreases.

また、請求項11記載の電力測定装置は、測定対象体に流れている電流を測定する電流測定装置と、前記測定対象体の電圧を測定する請求項5から10のいずれかに記載の電圧測定装置とを備え、前記電流測定装置によって測定された前記電流と前記電圧測定装置によって測定された前記電圧とに基づいて電力を測定する。   The power measurement device according to claim 11 is a current measurement device that measures a current flowing through a measurement object, and a voltage measurement according to any one of claims 5 to 10 that measures a voltage of the measurement object. And measuring power based on the current measured by the current measuring device and the voltage measured by the voltage measuring device.

請求項1記載の可変容量回路によれば、可変容量要素を含む第1から第4の各構成単位を環状に接続して容量変化機能体を構成することにより、機械的に可動する構成を含む可変容量回路と比較して、数百kHz〜数MHzといった高い周波数での容量変化動作が可能(動作周波数の高速化が可能)で、しかも信頼性の高い可変容量回路を実現することができる。また、第1の構成単位および第3の構成単位の各インピーダンスの積と、第2の構成単位および第4の構成単位の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一となるように構成することにより、ブリッジ回路としての平衡条件を容量変化機能体が満足するため、第1の構成単位と第2の構成単位との接続点と、第3の構成単位と第4の構成単位との接続点との間に駆動用の交流成分を含む直流電圧を印加した際に、第1の構成単位と第4の構成単位との接続点と、第2の構成単位と第3の構成単位との接続点との間にこの交流成分の電圧成分を発生させないようにすることができる。このため、静電容量変化時において可変容量回路に発生する交流電流または可変容量回路の両端間電圧への駆動用の直流電圧に含まれている交流成分の影響を排除することができる。また、二次巻線に交流成分を誘起させるトランスおよび直流電圧を発生させる直流電源とを有して駆動回路を構成したことにより、簡易、かつ安価な構成で容量変化機能体に交流成分を含む直流電圧を印加することができる。   The variable capacitance circuit according to claim 1 includes a configuration in which the first to fourth structural units including the variable capacitance elements are connected in a ring shape to form the capacitance changing function body, thereby mechanically movable. Compared with the variable capacitance circuit, it is possible to change the capacitance at a high frequency of several hundred kHz to several MHz (the operation frequency can be increased), and it is possible to realize a highly reliable variable capacitance circuit. Further, by configuring the product of the impedances of the first structural unit and the third structural unit and the product of the impedances of the second structural unit and the fourth structural unit to be the same or substantially the same. In order for the capacitance changing function body to satisfy the equilibrium condition as the bridge circuit, the connection point between the first structural unit and the second structural unit, the connection point between the third structural unit and the fourth structural unit, When a DC voltage including an AC component for driving is applied between the first structural unit and the fourth structural unit, the connection point between the second structural unit and the third structural unit. The voltage component of this alternating current component can be prevented from being generated between For this reason, it is possible to eliminate the influence of the AC component included in the driving DC voltage on the AC current generated in the variable capacitance circuit or the voltage across the variable capacitance circuit when the capacitance changes. In addition, since the drive circuit has a transformer that induces an AC component in the secondary winding and a DC power source that generates a DC voltage, the capacitance change function body includes the AC component in a simple and inexpensive configuration. A DC voltage can be applied.

また、請求項2記載の可変容量回路によれば、互いに接合されたP型半導体およびN型半導体を有して可変容量要素を構成したことにより、可変容量回路を大幅に小型化することができる。   According to the variable capacitance circuit of the second aspect, the variable capacitance circuit can be greatly reduced in size by having the variable capacitance element having the P-type semiconductor and the N-type semiconductor joined to each other. .

また、請求項3記載の可変容量回路によれば、可変容量要素をダイオードで構成したことにより、簡易、かつ安価に可変容量回路を構成することができる。また、第1の構成単位および第4の構成単位に含まれている各ダイオードの向きを4つの構成単位で構成される環状回路内において同一方向の向きとなるように配設し、第2の構成単位および第3の構成単位に含まれている各ダイオードを環状回路内において第1および第4の構成単位における各ダイオードの向きとは逆向きとなるように配設したことにより、駆動回路から印加されている直流電圧によってすべてのダイオードを常時逆バイアスした状態にすることができる。したがって、第1の構成単位と第4の構成単位との接続点から、各構成単位を介して、第2の構成単位と第3の構成単位との接続点に直流電流が流れるのを阻止することができる。   According to the variable capacitance circuit of the third aspect, the variable capacitance circuit can be configured easily and inexpensively by configuring the variable capacitance element with a diode. In addition, the direction of each diode included in the first structural unit and the fourth structural unit is arranged in the same direction in the annular circuit composed of four structural units, and the second structural unit By disposing each diode included in the structural unit and the third structural unit in the annular circuit so that the directions of the diodes in the first and fourth structural units are opposite to each other, All the diodes can always be reverse-biased by the applied DC voltage. Accordingly, direct current is prevented from flowing from the connection point between the first structural unit and the fourth structural unit to the connection point between the second structural unit and the third structural unit via each structural unit. be able to.

また、請求項4記載の可変容量回路によれば、第1の構成単位に含まれている可変容量要素と第2の構成単位に含まれている可変容量要素との組、および第3の構成単位に含まれている可変容量要素と第4の構成単位に含まれている可変容量要素との組の少なくとも一方の組を1つのトランジスタで構成したことにより、一層簡易に可変容量回路を構成することができる。また、可変容量要素をダイオードで構成した上記の可変容量回路と同様にして、第1の構成単位と第4の構成単位との接続点から、各構成単位を介して、第2の構成単位と第3の構成単位との接続点に直流電流が流れるのを阻止することができる。   According to the variable capacitance circuit of the fourth aspect, the combination of the variable capacitance element included in the first structural unit and the variable capacitance element included in the second structural unit, and the third configuration By configuring at least one of the combination of the variable capacitance element included in the unit and the variable capacitance element included in the fourth structural unit with one transistor, a variable capacitance circuit can be configured more easily. be able to. Further, in the same manner as the above-described variable capacitance circuit in which the variable capacitance element is configured by a diode, the second configuration unit is connected through the respective configuration units from the connection point between the first configuration unit and the fourth configuration unit. It is possible to prevent a direct current from flowing to the connection point with the third structural unit.

また、請求項5記載の電圧測定装置によれば、測定対象体に対向可能な検出電極と、上記の可変容量回路とを備え、第1の構成単位および第4の構成単位の接続点を検出電極側に位置させ、かつ第2の構成単位および第3の構成単位の接続点を参照電位側に位置させることによって可変容量回路を検出電極と参照電位との間に配設して、容量変化機能体の静電容量を変化させ、この容量変化機能体の容量変化動作を利用して測定対象体の電圧を測定することにより、機械的に可動する構成を含む可変容量回路を用いた構成と比較して、可変容量回路が高い周波数での容量変化動作が可能で、しかも高い信頼性を有しているため、測定対象体の電圧を短時間で測定することができると共に、電圧測定装置自体の信頼性を向上させることができる。   According to the voltage measuring device of the fifth aspect, the detection electrode capable of facing the measurement object and the variable capacitance circuit are provided, and the connection point of the first structural unit and the fourth structural unit is detected. The variable capacitance circuit is disposed between the detection electrode and the reference potential by positioning the connection point of the second structural unit and the third structural unit on the reference potential side by being located on the electrode side and changing the capacitance. A configuration using a variable capacitance circuit including a configuration that is mechanically movable by changing the capacitance of the functional body and measuring the voltage of the measurement target body using the capacitance changing operation of the capacitance changing functional body. In comparison, since the variable capacitance circuit can change the capacitance at a high frequency and has high reliability, the voltage of the measurement object can be measured in a short time, and the voltage measuring device itself Can improve the reliability of

また、請求項6記載の電圧測定装置によれば、参照電位を生成する電圧生成回路と、制御部とを備え、可変容量回路(具体的には容量変化機能体)が静電容量を変化させているときに、制御部が電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させることにより、変化させた参照電位の電圧が測定対象体の電圧に一致したときに、可変容量回路を介して検出電極と参照電位との間に流れる電流、または可変容量回路における検出電極側の端部と参照電位側の端部との間に発生する電圧がほぼゼロになることを利用して、測定対象体の電圧を高い精度で測定することができる。   According to the voltage measuring device of the sixth aspect, the voltage measuring circuit for generating the reference potential and the control unit are provided, and the variable capacitance circuit (specifically, the capacitance changing function body) changes the capacitance. When the control unit changes the reference potential voltage with respect to the voltage generation circuit, the detected reference voltage is detected via the variable capacitance circuit when it matches the voltage of the measurement object. The measurement object using the fact that the current flowing between the electrode and the reference potential, or the voltage generated between the end on the detection electrode side and the end on the reference potential side in the variable capacitance circuit becomes almost zero. Can be measured with high accuracy.

また、請求項7記載の電圧測定装置によれば、可変容量回路における静電容量の変化時において、可変容量回路を介して検出電極と参照電位との間に流れる電流、または可変容量回路における検出電極側の端部と参照電位側の端部との間に発生する電圧が減少するように制御部が電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させることにより、短時間で、しかも確実に参照電位の電圧を測定対象体の電圧に一致させることができるため、高い測定精度を維持しつつ、短時間で、しかも確実に測定対象体の電圧を測定することができる。   According to the voltage measuring device of the seventh aspect, the current flowing between the detection electrode and the reference potential through the variable capacitance circuit or the detection in the variable capacitance circuit when the capacitance in the variable capacitance circuit changes. The control unit changes the voltage of the reference potential with respect to the voltage generation circuit so that the voltage generated between the electrode-side end and the reference potential-side end is reduced, thereby ensuring a short time and surely. Since the voltage of the reference potential can be matched with the voltage of the measurement object, the voltage of the measurement object can be reliably measured in a short time while maintaining high measurement accuracy.

また、請求項8記載の電圧測定装置によれば、検出電極と参照電位との間に可変容量回路と直列にインピーダンス素子を配設すると共に、インピーダンス素子に電流が流れたときにこのインピーダンス素子に発生する電圧が減少するように制御部が電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させることにより、インピーダンス素子のインピーダンス値を変えることで電流が流れたときにインピーダンス素子に発生する電圧の値を任意に変更することができる。このため、低電圧から高電圧までの広い電圧範囲に亘って測定対象体の電圧を正確に測定することができる。   According to the voltage measuring apparatus of the eighth aspect, the impedance element is arranged in series with the variable capacitance circuit between the detection electrode and the reference potential, and when the current flows through the impedance element, The value of the voltage generated in the impedance element when the current flows by changing the impedance value of the impedance element by changing the reference potential voltage with respect to the voltage generation circuit so that the generated voltage decreases. Can be changed arbitrarily. For this reason, the voltage of the measurement object can be accurately measured over a wide voltage range from a low voltage to a high voltage.

また、請求項9記載の電圧測定装置では、検出電極と参照電位との間に可変容量回路と直列に共振回路を配設すると共に、共振回路に電流が流れたときにこの共振回路に発生する電圧が減少するように制御部が電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させている。したがって、この構成によれば、共振回路の共振時におけるインピーダンス値を変えることで電流が流れたときに共振回路に発生する電圧の値を任意に変更することができるため、低電圧から高電圧までの広い電圧範囲に亘って測定対象体の電圧を測定することができる。しかも、共振回路の共振周波数で可変容量回路の静電容量を変化させることで、共振回路に流れる電流をより大きな電圧として検出することができる。この結果、耐ノイズ性能を高めることができるため、誤動作の少ない状態で測定対象体の電圧を測定することができる。   In the voltage measuring device according to claim 9, a resonance circuit is arranged in series with the variable capacitance circuit between the detection electrode and the reference potential, and is generated in the resonance circuit when a current flows through the resonance circuit. The control unit changes the voltage of the reference potential with respect to the voltage generation circuit so that the voltage decreases. Therefore, according to this configuration, it is possible to arbitrarily change the value of the voltage generated in the resonance circuit when a current flows by changing the impedance value at the time of resonance of the resonance circuit. The voltage of the measurement object can be measured over a wide voltage range. In addition, by changing the capacitance of the variable capacitance circuit at the resonance frequency of the resonance circuit, the current flowing through the resonance circuit can be detected as a larger voltage. As a result, noise resistance can be improved, so that the voltage of the measurement object can be measured with few malfunctions.

また、請求項10記載の電圧測定装置によれば、可変容量回路に流れる電流の値または可変容量回路に発生する電圧の値に応じて電圧値が変化する検出信号を入力してディジタルデータに変換するA/D変換回路を備え、制御部が、このディジタルデータに基づいて、検出信号の電圧値が減少するように電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させることにより、CPUやDSP(Digital Signal Processor)を用いたディジタル回路で制御部を簡易に構成することができる。   According to the voltage measuring device of claim 10, the detection signal whose voltage value changes in accordance with the value of the current flowing through the variable capacitance circuit or the value of the voltage generated in the variable capacitance circuit is converted into digital data. An A / D conversion circuit that changes the reference potential voltage with respect to the voltage generation circuit so that the voltage value of the detection signal decreases based on the digital data. The control unit can be easily configured by a digital circuit using a digital signal processor.

また、請求項11記載の電力測定装置は、測定対象体に流れている電流を測定する電流測定装置と、測定対象体の電圧を測定する上記の電圧測定装置とを備え、電流測定装置によって測定された電流と電圧測定装置によって測定された電圧とに基づいて、例えば測定対象体に供給されている電力を測定する。したがって、この電力測定装置によれば、信頼性の高い電圧測定装置を備えたことで、電力測定装置自体の信頼性を十分に向上させることができる。   The power measuring device according to claim 11 is provided with a current measuring device for measuring a current flowing through the measuring object and the voltage measuring device for measuring a voltage of the measuring object, and is measured by the current measuring device. Based on the measured current and the voltage measured by the voltage measuring device, for example, the power supplied to the measurement object is measured. Therefore, according to this power measuring device, the reliability of the power measuring device itself can be sufficiently improved by providing the highly reliable voltage measuring device.

以下、添付図面を参照して、本発明に係る可変容量回路、電圧測定装置および電力測定装置の最良の形態について説明する。   DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, the best mode of a variable capacitance circuit, a voltage measuring device, and a power measuring device according to the invention will be described with reference to the accompanying drawings.

最初に、本発明に係る電圧測定装置1について、図面を参照して説明する。   First, a voltage measuring apparatus 1 according to the present invention will be described with reference to the drawings.

電圧測定装置1は、図1に示すように、プローブユニット2および本体ユニット3を備え、測定対象体4の電圧V1を非接触で測定可能に構成されている。   As shown in FIG. 1, the voltage measuring device 1 includes a probe unit 2 and a main body unit 3, and is configured to be able to measure the voltage V <b> 1 of the measuring object 4 without contact.

プローブユニット2は、図1に示すように、ケース11、検出電極12、可変容量回路19、電流検出器15およびプリアンプ16を備えている。ケース11は、導電性材料(例えば金属材料)を用いて構成されている。検出電極12は、例えば、平板状に形成されると共に、その一方の面側がケース11の外表面に露出し、かつ他方の面側がケース11の内部に露出するようにしてケース11に固定されている。一例として、検出電極12は、ケース11に設けられている孔(図示せず)に、この孔を閉塞し、かつケース11に対して電気的に絶縁された状態で取り付けられている。また、本例では、一例として、ケース11は、その表面が樹脂材などで形成された絶縁被膜で覆われている。この場合、検出電極12は、この絶縁被膜で覆われていてもよいし、絶縁被膜から露出していてもよい。   As shown in FIG. 1, the probe unit 2 includes a case 11, a detection electrode 12, a variable capacitance circuit 19, a current detector 15, and a preamplifier 16. The case 11 is configured using a conductive material (for example, a metal material). For example, the detection electrode 12 is formed in a flat plate shape, and is fixed to the case 11 so that one surface side thereof is exposed on the outer surface of the case 11 and the other surface side is exposed inside the case 11. Yes. As an example, the detection electrode 12 is attached to a hole (not shown) provided in the case 11 in a state of closing the hole and being electrically insulated from the case 11. In this example, as an example, the case 11 has a surface covered with an insulating film formed of a resin material or the like. In this case, the detection electrode 12 may be covered with this insulating film, or may be exposed from the insulating film.

可変容量回路19は、図1に示すように、1つの容量変化機能体13および1つの駆動回路14を備えている。容量変化機能体13は、第1の構成単位31、第2の構成単位32、第3の構成単位33および第4の構成単位34がこの順に環状に接続されて、いわゆるブリッジ回路(本発明における環状回路)に構成されている。この場合、各構成単位31〜34は、互いに接合されたP型半導体およびN型半導体を有して構成された可変容量要素(一例としてダイオード)を少なくとも1つそれぞれ含んで構成されている。具体的には、図2に示すように、容量変化機能体13の第1の構成単位31は、1つのダイオード(一例として可変容量ダイオード。バリキャップやバラクタダイオードともいう)41を備えて構成されている。また、第2の構成単位32、第3の構成単位33および第4の構成単位34も同様にして、ダイオード42,43,44(いずれも可変容量ダイオード)を1つずつ備えて構成されている。また、第1および第4の構成単位31,34に含まれている各ダイオード41,44は、環状回路内において所定の向き(同一方向。図2中の矢印Eで示される向き)で配設されている。第2および第3の構成単位32,33に含まれている各ダイオード42,43は、環状回路内において各ダイオード41,44の向きとは逆向き(図2中の矢印Fで示される向き)で配設されている。本例では、接続点Bから各構成単位を介して接続点Dに直流電流が流れるように、各ダイオード41,44および各ダイオード42,43の向きがそれぞれ規定されている。また、各ダイオード41〜44には同一またはほぼ同一の特性の可変容量ダイオードが使用されて、第1の構成単位31および第3の構成単位33の各インピーダンスの積と、第2の構成単位32および第4の構成単位34の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一(一例として数%程度の範囲内で相違する状態)に設定されている。   As illustrated in FIG. 1, the variable capacitance circuit 19 includes one capacitance change function body 13 and one drive circuit 14. The capacity changing function body 13 includes a first structural unit 31, a second structural unit 32, a third structural unit 33, and a fourth structural unit 34 that are connected in a ring shape in this order to form a so-called bridge circuit (in the present invention). (Circular circuit). In this case, each of the structural units 31 to 34 includes at least one variable capacitance element (a diode as an example) configured to have a P-type semiconductor and an N-type semiconductor joined to each other. Specifically, as shown in FIG. 2, the first structural unit 31 of the capacitance change function body 13 includes a single diode (variable capacitance diode as an example, also referred to as a varicap or a varactor diode) 41. ing. Similarly, the second structural unit 32, the third structural unit 33, and the fourth structural unit 34 are each provided with one diode 42, 43, 44 (all of which are variable capacitance diodes). . Further, the diodes 41 and 44 included in the first and fourth structural units 31 and 34 are arranged in a predetermined direction (the same direction as shown by an arrow E in FIG. 2) in the annular circuit. Has been. The diodes 42 and 43 included in the second and third structural units 32 and 33 are opposite to the directions of the diodes 41 and 44 in the annular circuit (the direction indicated by the arrow F in FIG. 2). It is arranged by. In this example, the directions of the diodes 41 and 44 and the diodes 42 and 43 are respectively defined so that a direct current flows from the connection point B to the connection point D through each structural unit. In addition, variable capacitance diodes having the same or substantially the same characteristics are used for each of the diodes 41 to 44, and the product of the impedances of the first structural unit 31 and the third structural unit 33 and the second structural unit 32. And the product of each impedance of the fourth structural unit 34 is set to be the same or substantially the same (a state that is different within a range of about several percent as an example).

なお、可変容量ダイオードは、電圧を逆方向に印加したときにダイオードのPN接合における空乏層の厚みが変化することによる静電容量(接合容量)の変化を利用したものであり、この静電容量の変化を大きくしたものをいう。他方、PN接合で構成される一般的なダイオード(シリコンダイオード)においても、可変容量ダイオードと比べて少ないものの、上記した静電容量(接合容量)の変化は発生する。このため、図2に示すすべての可変容量ダイオード41〜44を、一般的なダイオード51〜54に置き換えた構成(図3参照)であっても、容量変化機能体13を構成することができる。   The variable capacitance diode uses a change in capacitance (junction capacitance) due to a change in the thickness of the depletion layer at the PN junction of the diode when a voltage is applied in the reverse direction. This is the one with a large change. On the other hand, even in a general diode (silicon diode) configured with a PN junction, the above-described change in capacitance (junction capacitance) occurs although it is less than a variable capacitance diode. For this reason, even if it is the structure (refer FIG. 3) which replaced all the variable capacity | capacitance diodes 41-44 shown in FIG. 2 with the general diodes 51-54, the capacity | capacitance change function body 13 can be comprised.

また、可変容量回路19は、検出電極12と参照電位となる部位(本例ではケース11)との間に、容量変化機能体13における第1の構成単位31および第4の構成単位34の接続点Aが検出電極12側に位置すると共に第2の構成単位32および第3の構成単位33の接続点Cがケース11側に位置するように配設されている。具体的には、可変容量回路19は、図1に示すように、容量変化機能体13の接続点Aが検出電極12に接続されると共に、容量変化機能体13の接続点Cが電流検出器15を介してケース11に接続されている。また、第1の構成単位31および第2の構成単位32の接続点Bと、第3の構成単位33および第4の構成単位34の接続点Dとが駆動回路14に接続されている。また、可変容量回路19は、ケース11の外部に露出しない状態で、ケース11内部に配設されている。   In addition, the variable capacitance circuit 19 is connected to the first structural unit 31 and the fourth structural unit 34 in the capacitance change function body 13 between the detection electrode 12 and a portion (case 11 in this example) that serves as a reference potential. The point A is disposed on the detection electrode 12 side, and the connection point C of the second structural unit 32 and the third structural unit 33 is disposed on the case 11 side. Specifically, as shown in FIG. 1, the variable capacitance circuit 19 has a connection point A of the capacitance change function body 13 connected to the detection electrode 12 and a connection point C of the capacitance change function body 13 connected to the current detector. 15 is connected to the case 11. A connection point B between the first structural unit 31 and the second structural unit 32 and a connection point D between the third structural unit 33 and the fourth structural unit 34 are connected to the drive circuit 14. The variable capacitance circuit 19 is disposed inside the case 11 without being exposed to the outside of the case 11.

駆動回路14は、例えば、トランスおよびフォトカプラなどの絶縁用電子部品を用いて構成されて、本体ユニット3から入力した駆動信号S1を、この駆動信号S1と電気的に絶縁されると共に駆動信号S1と同一の周波数f1の交流成分を含む駆動信号S2(本発明における直流電圧)に変換して容量変化機能体13に出力(印加)する。具体的には、本例では、駆動回路14は、図1に示すように、トランス14aおよび直流電源14bを備えて構成されている。トランス14aおよび直流電源14bは、トランス14aの二次巻線14cの一端(同図中の上端)に直流電源14bの負極が接続されて直列回路に構成されて、二次巻線14cの他端(同図中の下端)が容量変化機能体13の接続点Bに接続され、かつ直流電源14bの正極が接続点Dに接続されている。このように構成された駆動回路14は、入力した駆動信号S1をトランス14aで駆動信号S1と電気的に絶縁された交流成分(交流信号)に低歪みで変換すると共に、この交流成分を直流電源14bの直流電圧に重畳させることにより、直流電圧としての駆動信号S2を生成して、容量変化機能体13の接続点B,D間に印加する。なお、上記の駆動回路14に代えて、単独で(本体ユニット3から駆動信号S1を入力せずに)駆動信号S2を出力するフローティング信号源(図示せず)をプローブユニット2内に配設することもできる。   The drive circuit 14 is configured using, for example, insulating electronic components such as a transformer and a photocoupler, and the drive signal S1 input from the main unit 3 is electrically insulated from the drive signal S1 and the drive signal S1. Is converted to a drive signal S2 (DC voltage in the present invention) including an AC component of the same frequency f1 and output (applied) to the capacitance changing function body 13. Specifically, in this example, the drive circuit 14 includes a transformer 14a and a DC power supply 14b as shown in FIG. The transformer 14a and the DC power supply 14b are configured in a series circuit in which the negative electrode of the DC power supply 14b is connected to one end (the upper end in the figure) of the secondary winding 14c of the transformer 14a, and the other end of the secondary winding 14c. (The lower end in the figure) is connected to the connection point B of the capacity changing function body 13, and the positive electrode of the DC power supply 14b is connected to the connection point D. The drive circuit 14 thus configured converts the input drive signal S1 into an AC component (AC signal) electrically insulated from the drive signal S1 by the transformer 14a with low distortion, and converts the AC component to a DC power source. A drive signal S2 as a DC voltage is generated by being superimposed on the DC voltage of 14b and applied between the connection points B and D of the capacitance change function body 13. Instead of the drive circuit 14, a floating signal source (not shown) that outputs the drive signal S2 alone (without inputting the drive signal S1 from the main unit 3) is provided in the probe unit 2. You can also

電流検出器15は、一例として抵抗で構成されて、可変容量回路19(具体的には可変容量回路19の容量変化機能体13)とケース11との間に接続されている。これにより、電流検出器15は、容量変化機能体13と直列に接続された状態で検出電極12とケース11との間に配設されて、容量変化機能体13に流れている電流i(物理量)を検出すると共に、この電流iの電流値に比例した値で、かつ電流iの向きに対応した極性の電圧V2をその両端間に発生させる。プリアンプ16は、不図示の直流遮断用の一対のコンデンサ、不図示の増幅回路(演算増幅器など)、および不図示の絶縁用電子部品(トランスおよびフォトカプラなど)を備えて構成されている。また、プリアンプ16は、コンデンサを介して入力した電圧V2を増幅回路で増幅すると共に、増幅した電圧を絶縁用電子部品によって増幅回路に対して電気的に絶縁された検出信号S3に変換して出力する。この場合、電圧V2は電流iの値に比例して変化するため、この電圧V2を増幅して生成された検出信号S3も電流iの値に比例して変化する。また、上記した電流検出器15およびプリアンプ16は、可変容量回路19と共にケース11内部に配設されている。   The current detector 15 is configured by a resistor as an example, and is connected between the variable capacitance circuit 19 (specifically, the capacitance changing function body 13 of the variable capacitance circuit 19) and the case 11. Thus, the current detector 15 is disposed between the detection electrode 12 and the case 11 in a state of being connected in series with the capacitance change function body 13, and the current i (physical quantity) flowing through the capacitance change function body 13. ) And a voltage V2 having a value proportional to the current value of the current i and having a polarity corresponding to the direction of the current i is generated between both ends thereof. The preamplifier 16 includes a pair of DC blocking capacitors (not shown), an amplifier circuit (not shown) (not shown), and insulating electronic parts (not shown) (transformers and photocouplers). The preamplifier 16 amplifies the voltage V2 input through the capacitor by the amplifier circuit, converts the amplified voltage into a detection signal S3 electrically insulated from the amplifier circuit by the insulating electronic component, and outputs the detection signal S3. To do. In this case, since the voltage V2 changes in proportion to the value of the current i, the detection signal S3 generated by amplifying the voltage V2 also changes in proportion to the value of the current i. Further, the current detector 15 and the preamplifier 16 described above are disposed inside the case 11 together with the variable capacitance circuit 19.

本体ユニット3は、図1に示すように、発振回路21、増幅回路22、同期検波回路23、積分器24、電圧生成回路25および電圧計26を備えて構成されている。発振回路21は、一定の周期T1(一定の周波数)の駆動信号S1を生成してプローブユニット2および同期検波回路23に出力する。この場合、本例では、発振回路21は、駆動信号S1として正弦波信号を生成する。増幅回路22は、プローブユニット2から入力した検出信号S3を予め設定された電圧レベルまで増幅して、検出信号S4として出力する。本例では、容量変化機能体13の静電容量C1についての容量変調周波数は、後述するように駆動信号S2に含まれている交流成分の周波数と同一になる。このため、この静電容量C1の変化によって生じる電流iの周波数は駆動信号S1の周波数と同一となり、プリアンプ16で生成される検出信号S3の周波数も駆動信号S1の周波数と同一となる。したがって、本例では、同期検波回路23は、検出信号S4を駆動信号S1で同期検波することにより、パルス信号S5を生成するように構成されている。この場合、パルス信号S5は、その振幅が容量変化機能体13を流れる電流iの値に比例して変化し、かつその極性が容量変化機能体13を流れる電流iの向きに応じて変化する。積分器24は、パルス信号S5を連続的に積分することで直流電圧V3を生成して、電圧生成回路25に出力する。本例では、一例として、積分器24は、積分動作を開始した後に、最初のパルス信号S5が入力されるまでの間、ゼロボルトの直流電圧V3を出力するように設定されている。これらの増幅回路22、同期検波回路23および積分器24は、制御部CNTを構成して、電圧生成回路25を制御する。電圧生成回路25は、制御部CNTの制御下で、フィードバック電圧V4を生成してプローブユニット2のケース11に印加する。具体的には、電圧生成回路25は、入力した直流電圧V3を増幅することにより、フィードバック電圧V4を生成する。これにより、参照電位であるケース11の電圧は、フィードバック電圧V4と等しく維持される。電圧計26は、フィードバック電圧V4を測定して、その電圧値を表示する。   As shown in FIG. 1, the main unit 3 includes an oscillation circuit 21, an amplification circuit 22, a synchronous detection circuit 23, an integrator 24, a voltage generation circuit 25, and a voltmeter 26. The oscillation circuit 21 generates a drive signal S1 having a constant period T1 (a constant frequency) and outputs it to the probe unit 2 and the synchronous detection circuit 23. In this case, in this example, the oscillation circuit 21 generates a sine wave signal as the drive signal S1. The amplifying circuit 22 amplifies the detection signal S3 input from the probe unit 2 to a preset voltage level and outputs it as a detection signal S4. In this example, the capacitance modulation frequency of the capacitance C1 of the capacitance change function body 13 is the same as the frequency of the AC component included in the drive signal S2, as will be described later. Therefore, the frequency of the current i generated by the change in the capacitance C1 is the same as the frequency of the drive signal S1, and the frequency of the detection signal S3 generated by the preamplifier 16 is also the same as the frequency of the drive signal S1. Therefore, in this example, the synchronous detection circuit 23 is configured to generate the pulse signal S5 by synchronously detecting the detection signal S4 with the drive signal S1. In this case, the amplitude of the pulse signal S5 changes in proportion to the value of the current i flowing through the capacitance change function body 13, and the polarity changes according to the direction of the current i flowing through the capacitance change function body 13. The integrator 24 continuously integrates the pulse signal S5 to generate a DC voltage V3 and outputs it to the voltage generation circuit 25. In this example, as an example, the integrator 24 is set to output a DC voltage V3 of zero volts until the first pulse signal S5 is input after the integration operation is started. The amplifier circuit 22, the synchronous detection circuit 23, and the integrator 24 constitute a control unit CNT to control the voltage generation circuit 25. The voltage generation circuit 25 generates a feedback voltage V4 and applies it to the case 11 of the probe unit 2 under the control of the control unit CNT. Specifically, the voltage generation circuit 25 generates the feedback voltage V4 by amplifying the input DC voltage V3. Thereby, the voltage of case 11 which is a reference potential is maintained equal to the feedback voltage V4. The voltmeter 26 measures the feedback voltage V4 and displays the voltage value.

次いで、電圧測定装置1を使用した測定対象体4の電圧V1の測定方法と共に、電圧測定装置1の測定動作について説明する。なお、発明の理解を容易にするため、一例として、電圧V1が正の定電圧であるとして説明するが、電圧V1が負の定電圧であるときにも、対応する信号や電圧の極性が逆になる以外は、正の定電圧のときと同様にして測定される。また、電圧V1が交流のときにも、原理的には正の定電圧や負の定電圧のときと同様にして測定される。   Next, the measuring operation of the voltage measuring device 1 will be described together with the measuring method of the voltage V1 of the measuring object 4 using the voltage measuring device 1. In order to facilitate understanding of the invention, the voltage V1 is assumed to be a positive constant voltage as an example. However, when the voltage V1 is a negative constant voltage, the polarity of the corresponding signal or voltage is reversed. The measurement is performed in the same manner as in the case of a positive constant voltage except that. Also, when the voltage V1 is alternating current, in principle, the measurement is performed in the same manner as when the voltage is a positive constant voltage or a negative constant voltage.

まず、電圧V1の測定に際して、検出電極12が非接触な状態で測定対象体4に対向するように、プローブユニット2を測定対象体4の近傍に配設する。これにより、図1に示すように、検出電極12と測定対象体4との間に静電容量C0が形成された状態となる。この場合、静電容量C0の容量値は、検出電極12と測定対象体4の距離に反比例して変化するが、プローブユニット2を一旦配設した後は、一定の(変動しない)値となる。   First, when measuring the voltage V1, the probe unit 2 is arranged in the vicinity of the measurement object 4 so that the detection electrode 12 faces the measurement object 4 in a non-contact state. As a result, as shown in FIG. 1, the capacitance C <b> 0 is formed between the detection electrode 12 and the measurement object 4. In this case, the capacitance value of the capacitance C0 changes in inverse proportion to the distance between the detection electrode 12 and the measuring object 4, but once the probe unit 2 is disposed, the capacitance value is constant (does not vary). .

次いで、電圧測定装置1の起動状態において、本体ユニット3では、発振回路21が駆動信号S1の生成を開始して、駆動信号S1をプローブユニット2および同期検波回路23に出力する。プローブユニット2では、駆動回路14が、入力した駆動信号S1を、直流電源14bの直流電圧にこの駆動信号S1と同じ周波数f1の交流成分が重畳された駆動信号S2に変換して容量変化機能体13の各接続点B,D間に、接続点Bに対して接続点Dが常時正電位(高電位)となるように印加(出力)する。   Next, in the activated state of the voltage measuring device 1, in the main unit 3, the oscillation circuit 21 starts generating the drive signal S 1 and outputs the drive signal S 1 to the probe unit 2 and the synchronous detection circuit 23. In the probe unit 2, the drive circuit 14 converts the input drive signal S1 into a drive signal S2 in which an alternating current component having the same frequency f1 as the drive signal S1 is superimposed on a direct current voltage of the direct current power supply 14b to convert the capacitance change function body. The connection point D is applied (output) between the 13 connection points B and D so that the connection point D is always at a positive potential (high potential).

容量変化機能体13では、各接続点B,D間に印加された駆動信号S2が、分圧されて第1の構成単位31、第2の構成単位32、第3の構成単位33および第4の構成単位34にそれぞれ印加される。この場合、各構成単位31〜34を構成する各ダイオード41〜44は、逆電圧が常時印加されて(逆バイアスされて)コンデンサとして機能している。また、印加されている電圧の電圧値が駆動信号S2の交流成分の周期(駆動信号S1と同じ周期T1)で連続的に変化しているため、コンデンサとして機能する各ダイオード41〜44は、それぞれの静電容量を駆動信号S2の交流成分の周期T1で、かつ駆動信号S2の交流成分に同期して連続的に変化させている。したがって、容量変化機能体13は、駆動信号S2の交流成分の周期T1で、かつ駆動信号S2の交流成分に同期してその静電容量C1(接続点A,B間の静電容量)を連続的に変化させている。また、このように容量変化機能体13では、各構成単位31,34を構成する各ダイオード41,42、および各構成単位32,33を構成する各ダイオード42,43がそれぞれ逆バイアスされて常時コンデンサとして機能しているため、すべての各構成単位31〜34が交流電流の通過を許容し、かつ直流電流の通過を阻止するように機能している。このため、プローブユニット2では、容量変化機能体13を介して検出電極12とケース11とが直流的に短絡されないように(この容量変化機能体13に直流電流が流れないように)維持されている。   In the capacitance change function body 13, the drive signal S2 applied between the connection points B and D is divided to be the first structural unit 31, the second structural unit 32, the third structural unit 33, and the fourth structural unit. Applied to each of the structural units 34. In this case, each of the diodes 41 to 44 constituting each of the structural units 31 to 34 functions as a capacitor to which a reverse voltage is always applied (reversely biased). Further, since the voltage value of the applied voltage continuously changes in the cycle of the AC component of the drive signal S2 (same cycle T1 as the drive signal S1), each of the diodes 41 to 44 functioning as capacitors is Is continuously changed in synchronization with the AC component of the drive signal S2 in the cycle T1 of the AC component of the drive signal S2. Therefore, the capacitance changing function body 13 continuously has the capacitance C1 (capacitance between the connection points A and B) in synchronization with the AC component of the drive signal S2 in the cycle T1 of the AC component of the drive signal S2. Is changing. Further, in this way, in the capacitance change function body 13, the diodes 41 and 42 constituting the constituent units 31 and 34 and the diodes 42 and 43 constituting the constituent units 32 and 33 are respectively reverse-biased so Therefore, all the structural units 31 to 34 function so as to allow passage of alternating current and prevent passage of direct current. For this reason, in the probe unit 2, the detection electrode 12 and the case 11 are maintained so as not to be short-circuited in a direct current via the capacitance change function body 13 (so that a direct current does not flow through the capacity change function body 13). Yes.

また、容量変化機能体13では、上記したように、第1の構成単位31および第3の構成単位33の各インピーダンスの積と、第2の構成単位32および第4の構成単位34の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に設定されている。したがって、ブリッジ回路でもある容量変化機能体13は、ブリッジ回路としての平衡条件を満足しているため、駆動信号S2の交流成分についての電圧成分(駆動信号S1と同じ周波数f1の電圧信号)が各接続点A,C間にほとんど発生しない状態で、その静電容量C1を周期T1で変化させている。なお、フィードバック電圧V4が電圧V1と一致するまでの間、つまりフィードバック電圧V4と電圧V1との間に電位差が生じている間は、容量変化機能体13の各接続点A,C間には、測定対象体4とケース11との間の電位差(V1−V4)を静電容量C0と静電容量C1とで分割した電圧が発生している。   Further, in the capacitance change function body 13, as described above, the product of the impedances of the first structural unit 31 and the third structural unit 33, and the impedances of the second structural unit 32 and the fourth structural unit 34, respectively. Are set to be the same or almost the same. Accordingly, since the capacitance changing function body 13 which is also a bridge circuit satisfies the equilibrium condition as the bridge circuit, the voltage component (the voltage signal having the same frequency f1 as the drive signal S1) for the AC component of the drive signal S2 is different. The electrostatic capacity C1 is changed with the period T1 in a state in which hardly occurs between the connection points A and C. Note that until the feedback voltage V4 coincides with the voltage V1, that is, while a potential difference is generated between the feedback voltage V4 and the voltage V1, between the connection points A and C of the capacitance change function body 13, A voltage is generated by dividing the potential difference (V1-V4) between the measurement object 4 and the case 11 by the capacitance C0 and the capacitance C1.

また、積分器24は、電圧測定装置1の動作開始直後において、ゼロボルトの直流電圧V3を出力するため、電圧生成回路25は、所定電圧のフィードバック電圧V4(一例として、電圧V1よりも低電圧であって、ほぼゼロボルトとする)を生成してプローブユニット2のケース11に印加する。このため、測定対象体4とケース11との間には電位差(V1−V4)が生じた状態になっている。したがって、上記したように、静電容量C1の周期T1での周期的な変化に基づいて測定対象体4とケース11との間の静電容量C2が周期T1で周期的に変化することにより、容量変化機能体13には、電流値を周期T1で変化させつつ電流iが流れる。この場合、電流iは、電位差(V1−V4)が大きいときにはその電流値が大きくなり、電位差(V1−V4)が小さいときにはその電流値が小さくなる。また、電流iは、電位差(V1−V4)の極性が正のときには検出電極12から電流検出器15に向かって流れ、電位差(V1−V4)の極性が負のときには逆向きに流れる。本例では、電圧V1は正の定電圧であり、フィードバック電圧V4がゼロボルトからスタートするため、電位差(V1−V4)は常にゼロボルト以上の電圧となる。したがって、電流iは、本例では、常に検出電極12から電流検出器15に向かって、その電流値を周期T1で変化させつつ流れる。プリアンプ16は、この電流iに起因して電流検出器15の両端に発生する電圧V2を増幅することにより、正極性の検出信号S3を本体ユニット3に出力する。この場合、検出信号S3の周波数は、電流iの周波数f1と同一になる。   Further, the integrator 24 outputs a DC voltage V3 of zero volts immediately after the operation of the voltage measuring device 1, so that the voltage generation circuit 25 has a predetermined feedback voltage V4 (for example, a voltage lower than the voltage V1). And is applied to the case 11 of the probe unit 2. For this reason, a potential difference (V1−V4) is generated between the measurement object 4 and the case 11. Therefore, as described above, the capacitance C2 between the measurement object 4 and the case 11 periodically changes in the cycle T1 based on the periodic change in the cycle C1 of the capacitance C1. A current i flows through the capacitance changing function body 13 while changing the current value at the cycle T1. In this case, the current i has a large current value when the potential difference (V1-V4) is large, and a small current value when the potential difference (V1-V4) is small. The current i flows from the detection electrode 12 toward the current detector 15 when the polarity of the potential difference (V1-V4) is positive, and flows in the reverse direction when the polarity of the potential difference (V1-V4) is negative. In this example, the voltage V1 is a positive constant voltage, and the feedback voltage V4 starts from zero volts. Therefore, the potential difference (V1-V4) is always a voltage of zero volts or more. Therefore, in this example, the current i always flows from the detection electrode 12 toward the current detector 15 while changing the current value at the period T1. The preamplifier 16 outputs a positive polarity detection signal S3 to the main unit 3 by amplifying the voltage V2 generated across the current detector 15 due to the current i. In this case, the frequency of the detection signal S3 is the same as the frequency f1 of the current i.

本体ユニット3の制御部CNTでは、増幅回路22が、検出信号S3を増幅して検出信号S4を生成して同期検波回路23に出力する。次いで、同期検波回路23は、入力した検出信号S4を駆動信号S1で同期検波することにより、パルス信号S5を生成して、積分器24に出力する。続いて、積分器24は、パルス信号S5を連続的に積分することで直流電圧V3を生成して、電圧生成回路25に出力する。この場合、上記したように、本例では、検出信号S3が常に正極性の信号となり、同様にして検出信号S4も正極性の信号となるため、パルス信号S5は、常に正極性のパルス信号となる。この結果、積分器24、つまり制御部CNTから出力される直流電圧V3は徐々にその電圧値が上昇する。したがって、電圧生成回路25で生成されるフィードバック電圧V4も、図4に示すように、その電圧値が徐々に上昇する。この結果、電流検出器15、プリアンプ16、増幅回路22、同期検波回路23、積分器24および電圧生成回路25で構成されるフィードバックループ内で、測定対象体4とケース11との間の電位差(V1−V4)が徐々に低下(減少)するように負のフィードバックが行われる。したがって、電流iは、電流値が徐々に低下(減少)していく。   In the control unit CNT of the main unit 3, the amplifier circuit 22 amplifies the detection signal S 3 to generate a detection signal S 4 and outputs it to the synchronous detection circuit 23. Next, the synchronous detection circuit 23 generates a pulse signal S5 by synchronously detecting the input detection signal S4 with the drive signal S1, and outputs the pulse signal S5 to the integrator 24. Subsequently, the integrator 24 continuously integrates the pulse signal S <b> 5 to generate a DC voltage V <b> 3 and outputs it to the voltage generation circuit 25. In this case, as described above, in this example, since the detection signal S3 is always a positive signal, and similarly, the detection signal S4 is also a positive signal, the pulse signal S5 is always a positive pulse signal. Become. As a result, the voltage value of the DC voltage V3 output from the integrator 24, that is, the control unit CNT, gradually increases. Therefore, the voltage value of the feedback voltage V4 generated by the voltage generation circuit 25 gradually increases as shown in FIG. As a result, in the feedback loop composed of the current detector 15, the preamplifier 16, the amplifier circuit 22, the synchronous detection circuit 23, the integrator 24, and the voltage generation circuit 25, a potential difference ( Negative feedback is performed so that V1-V4) gradually decreases (decreases). Therefore, the current value of the current i gradually decreases (decreases).

その後、フィードバック電圧V4が電圧V1に達したときには、電位差(V1−V4)がゼロボルトになる。この状態では、測定対象体4とケース11との間の静電容量C2が周期的に変化していたとしても、電流iが流れない。また、電流iが流れないため、電流検出器15において電圧V2が発生しない(電圧V2がゼロボルトになる)結果、プリアンプ16から検出信号S3が出力されなくなる。また、検出信号S3が出力されないため、増幅回路22からも検出信号S4が出力されない状態となり、同期検波回路23からのパルス信号S5の出力も停止し、この結果、積分器24から出力される直流電圧V3の上昇も停止して一定の電圧に維持される。このため、電圧生成回路25から出力されるフィードバック電圧V4の上昇が停止して、図4に示すように、フィードバック電圧V4が一定の電圧に維持される。したがって、電圧計26で表示されている電圧値(フィードバック電圧V4)を継続して観察し、その電圧値の上昇が停止して一定になったとき(すなわち、電流iがゼロアンペアになったときに)、そのときの電圧計26で表示されている電圧値(フィードバック電圧V4)を測定対象体4の電圧V1として測定する。以上により、測定対象体4の電圧V1が完了する。   Thereafter, when the feedback voltage V4 reaches the voltage V1, the potential difference (V1-V4) becomes zero volts. In this state, even if the capacitance C2 between the measurement object 4 and the case 11 changes periodically, the current i does not flow. Further, since the current i does not flow, the voltage V2 is not generated in the current detector 15 (the voltage V2 becomes zero volts). As a result, the detection signal S3 is not output from the preamplifier 16. Further, since the detection signal S3 is not output, the detection signal S4 is not output from the amplifier circuit 22, and the output of the pulse signal S5 from the synchronous detection circuit 23 is also stopped. As a result, the direct current output from the integrator 24 is stopped. The rise of the voltage V3 is also stopped and maintained at a constant voltage. For this reason, the feedback voltage V4 output from the voltage generation circuit 25 stops increasing, and the feedback voltage V4 is maintained at a constant voltage as shown in FIG. Therefore, when the voltage value (feedback voltage V4) displayed on the voltmeter 26 is continuously observed and the increase in the voltage value stops and becomes constant (that is, when the current i becomes zero ampere). ), The voltage value (feedback voltage V4) displayed on the voltmeter 26 at that time is measured as the voltage V1 of the measuring object 4. Thus, the voltage V1 of the measurement object 4 is completed.

このように、この電圧測定装置1では、互いに接合されたP型半導体およびN型半導体を有して構成された可変容量要素(一例としてダイオード)を1つずつそれぞれ含む第1の構成単位31、第2の構成単位32、第3の構成単位33および第4の構成単位34がこの順に環状に接続されて構成された容量変化機能体13を含んで可変容量回路19が構成されている。したがって、この可変容量回路19によれば、機械的に可動する構成が存在していないため、数百kHz〜数MHzといった高い周波数での容量変化動作が可能(動作周波数の高速化が可能)で、かつ信頼性の高い可変容量回路を実現することができると共に、可変容量回路を大幅に小型化することもできる。また、この電圧測定装置1では、可変容量要素としてダイオードを使用し、かつ第1の構成単位31および第4の構成単位34に含まれている各ダイオード41,44を環状回路内において同一方向の向きとなるように配設すると共に、第2の構成単位32および第3の構成単位33に含まれている各ダイオード42,43を環状回路内において各ダイオード41,44の向きとは逆向きとなるように配設して容量変化機能体13が構成されている。また、駆動回路14における直流電源14bの正極が容量変化機能体13の接続点Dに接続され、直流電源14bの負極がトランス14aの二次巻線14cを介して接続点Bに接続されている。このため、各ダイオード41〜44に対して駆動回路14から直流電圧を印加することにより、各ダイオード41〜44を常時逆バイアスした状態にできる。したがって、この容量変化機能体13を含む可変容量回路19によれば、各ダイオード41〜44を確実に可変容量要素として作動させることができる。また、第1の構成単位31と第4の構成単位34との接続点Aから、各構成単位31〜34を介して第2の構成単位32と第3の構成単位33との接続点Bに直流電流が流れるのを阻止することができ、この可変容量回路19を介しては検出電極12とケース11とが直流的に短絡されないようにすることができる。また、トランス14aおよび直流電源14bとを有して駆動回路14を構成したことにより、簡易、かつ安価な構成で容量変化機能体13に交流成分を含む直流電圧(駆動信号S2)を印加することができる。   As described above, in this voltage measuring apparatus 1, the first structural unit 31 including each one of the variable capacitance elements (diodes as an example) each having a P-type semiconductor and an N-type semiconductor joined to each other, A variable capacitance circuit 19 is configured including the capacitance changing function body 13 configured by annularly connecting the second structural unit 32, the third structural unit 33, and the fourth structural unit 34 in this order. Therefore, according to the variable capacitance circuit 19, since there is no mechanically movable configuration, it is possible to change the capacitance at a high frequency of several hundred kHz to several MHz (the operating frequency can be increased). In addition, a highly reliable variable capacitance circuit can be realized, and the variable capacitance circuit can be greatly reduced in size. Further, in the voltage measuring apparatus 1, a diode is used as a variable capacitance element, and each of the diodes 41 and 44 included in the first structural unit 31 and the fourth structural unit 34 is arranged in the same direction in the annular circuit. The diodes 42 and 43 included in the second structural unit 32 and the third structural unit 33 are arranged in opposite directions to the directions of the diodes 41 and 44 in the annular circuit. Thus, the capacity changing function body 13 is configured. Further, the positive electrode of the DC power supply 14b in the drive circuit 14 is connected to the connection point D of the capacity changing function body 13, and the negative electrode of the DC power supply 14b is connected to the connection point B through the secondary winding 14c of the transformer 14a. . For this reason, by applying a DC voltage from the drive circuit 14 to each of the diodes 41 to 44, each of the diodes 41 to 44 can be constantly reverse-biased. Therefore, according to the variable capacitance circuit 19 including the capacitance change function body 13, each of the diodes 41 to 44 can be reliably operated as a variable capacitance element. Further, from the connection point A between the first structural unit 31 and the fourth structural unit 34 to the connection point B between the second structural unit 32 and the third structural unit 33 via the respective structural units 31 to 34. The direct current can be prevented from flowing, and the detection electrode 12 and the case 11 can be prevented from being short-circuited via the variable capacitance circuit 19. In addition, since the drive circuit 14 is configured by including the transformer 14a and the DC power supply 14b, a DC voltage (drive signal S2) including an AC component is applied to the capacitance changing function body 13 with a simple and inexpensive configuration. Can do.

また、この可変容量回路19を使用した電圧測定装置1では、測定対象体4に検出電極12を対向させることによって測定対象体4と検出電極12との間に一定の(固定の)静電容量C0を形成した状態とし、この状態において、容量変化機能体13の静電容量C1を周期的に変化させ、この容量変化機能体13の容量変化動作を利用して測定対象体4の電圧V1を測定している。したがって、この電圧測定装置1によれば、機械的に可動する構成を含む可変容量回路を用いた構成と比較して、装置自体の信頼性を十分に向上させつつ、フィードバック電圧V4に対して数百kHz〜数MHzといった高い周波数での制御が可能になる結果、短時間で測定対象体4の電圧V1を測定することができる。さらに、この電圧測定装置1によれば、検出電極12をケース11の表面に配設し、可変容量回路19をケース11の内部に配設した状態で測定対象体4の電圧V1を測定できるため、可変容量回路19を測定対象体4と直接対向させるための孔をケース11に設ける必要がなくなる。この結果、この孔を介して異物がケース11内に誤って挿入される事態、およびこの誤挿入に起因したケース11内の部品の破損を確実に回避することができるため、電圧測定装置1の信頼性を一層向上させることができる。   Further, in the voltage measuring apparatus 1 using the variable capacitance circuit 19, a constant (fixed) electrostatic capacitance is provided between the measurement object 4 and the detection electrode 12 by making the detection electrode 12 face the measurement object 4. C0 is formed, and in this state, the capacitance C1 of the capacitance changing function body 13 is periodically changed, and the voltage V1 of the measuring object 4 is changed by using the capacitance changing operation of the capacitance changing function body 13. Measuring. Therefore, according to the voltage measuring device 1, compared with the configuration using the variable capacitance circuit including the mechanically movable configuration, the reliability of the device itself is sufficiently improved while the number of the feedback voltage V4 is several. As a result of being able to control at a high frequency such as hundred kHz to several MHz, the voltage V1 of the measuring object 4 can be measured in a short time. Furthermore, according to the voltage measuring apparatus 1, the voltage V1 of the measuring object 4 can be measured in a state where the detection electrode 12 is disposed on the surface of the case 11 and the variable capacitance circuit 19 is disposed inside the case 11. In addition, it is not necessary to provide a hole in the case 11 for making the variable capacitance circuit 19 directly face the measurement object 4. As a result, it is possible to reliably avoid a situation in which foreign matter is erroneously inserted into the case 11 through this hole, and damage to the components in the case 11 due to this erroneous insertion. Reliability can be further improved.

また、電圧測定装置1では、容量変化機能体13が静電容量C1を周期的に変化させているときに、制御部CNTが電圧生成回路25に対してフィードバック電圧V4の電圧を変化させている。したがって、この電圧測定装置1によれば、容量変化機能体13の周期的な容量変化時において容量変化機能体13に発生する(流れる)電流iを検出しつつ、この電流iがゼロアンペアとなったときのこのフィードバック電圧V4を測定対象体4の電圧V1として測定することで、測定対象体4の電圧V1を高い精度で測定することができる。さらに、この電圧測定装置1によれば、制御部CNTが、検出した電流iが減少するように電圧生成回路25に対してフィードバック電圧V4の電圧を変化させることにより、フィードバック電圧V4を測定対象体4の電圧V1に短時間で、しかも確実に一致させることができる。この結果、高い測定精度を維持しつつ、短時間で、しかも確実に測定対象体4の電圧V1を測定することができる。特に、この電圧測定装置1によれば、上述したような高い周波数で測定対象体4とケース11との間の静電容量C2を変化させることができるため、電流検出器15〜電圧生成回路25のフィードバックループの応答速度を高速化できる結果、一層短時間で測定対象体4の電圧V1を測定することができる。このため、この電圧測定装置1によれば、測定対象体4の電圧V1が時間的に変動するときや、測定対象体4の電圧V1が周期的に変化する交流電圧のときにも、その電圧V1を正確に測定することができる。   Further, in the voltage measuring apparatus 1, the control unit CNT changes the voltage of the feedback voltage V4 with respect to the voltage generation circuit 25 when the capacitance changing function body 13 periodically changes the capacitance C1. . Therefore, according to the voltage measuring apparatus 1, the current i is zero ampere while detecting the current i generated (flowing) in the capacity change function body 13 when the capacity change function body 13 periodically changes the capacity. By measuring this feedback voltage V4 at the time as the voltage V1 of the measuring object 4, the voltage V1 of the measuring object 4 can be measured with high accuracy. Furthermore, according to the voltage measuring apparatus 1, the control unit CNT changes the feedback voltage V4 to the voltage generation circuit 25 so that the detected current i is decreased, whereby the feedback voltage V4 is measured. 4 can be made to coincide with the voltage V1 of 4 in a short time and reliably. As a result, the voltage V1 of the measuring object 4 can be measured reliably in a short time while maintaining high measurement accuracy. In particular, according to the voltage measuring apparatus 1, the capacitance C2 between the measurement object 4 and the case 11 can be changed at a high frequency as described above, so that the current detector 15 to the voltage generation circuit 25 are changed. As a result of increasing the response speed of the feedback loop, the voltage V1 of the measuring object 4 can be measured in a shorter time. For this reason, according to this voltage measuring apparatus 1, even when the voltage V1 of the measuring object 4 fluctuates with time or when the voltage V1 of the measuring object 4 is an alternating voltage that periodically changes, the voltage V1 can be accurately measured.

また、この可変容量回路19によれば、上述したように第1の構成単位31および第3の構成単位33の各インピーダンスの積と、第2の構成単位32および第4の構成単位34の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一となるように容量変化機能体13を構成したことにより、各構成単位31〜34を環状に接続してブリッジ回路(環状回路)として構成した容量変化機能体13がブリッジ回路としての平衡条件を満足するため、各接続点B,D間に駆動信号S2を印加したときに、駆動信号S2の交流成分についての電圧成分(駆動信号S1と同じ周波数f1の電圧信号)が各接続点A,C間にほとんど発生しない状態で、その静電容量C1を周期T1で変化させることができる。したがって、この可変容量回路19を用いた電圧測定装置1によれば、静電容量変化時において容量変化機能体13に発生する電流iへの駆動信号S2の影響(駆動信号S2の交流成分の影響)を排除できる結果、この電流iをより正確にプリアンプ16で検出することができ、これにより、測定対象体4の電圧V1をより正確に測定することができる。   Also, according to the variable capacitance circuit 19, as described above, the product of the impedances of the first structural unit 31 and the third structural unit 33, and the second structural unit 32 and the fourth structural unit 34, respectively. By configuring the capacitance changing function body 13 so that the product of impedance is the same or substantially the same, the capacitance changing function body 13 configured as a bridge circuit (annular circuit) by connecting each of the structural units 31 to 34 in a ring shape. Satisfies the equilibrium condition as a bridge circuit, when the drive signal S2 is applied between the connection points B and D, the voltage component of the AC component of the drive signal S2 (the voltage signal having the same frequency f1 as the drive signal S1) ) Can hardly be generated between the connection points A and C, and the capacitance C1 can be changed with the period T1. Therefore, according to the voltage measuring apparatus 1 using the variable capacitance circuit 19, the influence of the drive signal S2 (the influence of the AC component of the drive signal S2) on the current i generated in the capacitance change function body 13 when the capacitance changes. As a result, the current i can be detected more accurately by the preamplifier 16, and the voltage V1 of the measurement object 4 can be measured more accurately.

また、この電圧測定装置1によれば、検出電極12とケース11との間に可変容量回路19(具体的には容量変化機能体13)と直列にインピーダンス素子で構成された電流検出器15を配設すると共に、この電流検出器15に電流iが流れたときに発生する電圧V2が減少するように制御部CNTが電圧生成回路25に対してフィードバック電圧V4(ケース11の電圧)を変化させる構成を採用したことにより、インピーダンス素子のインピーダンス値を変えることで電流iが流れたときに発生する電圧V2の値を任意に変更することができる。このため、低電圧から高電圧までの広い電圧範囲に亘って測定対象体4の電圧V1を測定することができる。   In addition, according to the voltage measuring apparatus 1, the current detector 15 composed of an impedance element is connected in series with the variable capacitance circuit 19 (specifically, the capacitance changing function body 13) between the detection electrode 12 and the case 11. The control unit CNT changes the feedback voltage V4 (the voltage of the case 11) to the voltage generation circuit 25 so that the voltage V2 generated when the current i flows through the current detector 15 decreases. By adopting the configuration, the value of the voltage V2 generated when the current i flows can be arbitrarily changed by changing the impedance value of the impedance element. For this reason, the voltage V1 of the measuring object 4 can be measured over a wide voltage range from a low voltage to a high voltage.

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、上記した電圧測定装置1では、I(比例)制御でフィードバック電圧V4を制御しているが、さらにフィードバックループ内に積分回路および微分回路(いずれも図示せず)のうちの少なくとも1つを追加することにより、PI(比例・積分)制御、PD(比例・微分)制御およびPID(比例・積分・微分)制御のいずれかでフィードバック電圧V4を制御することもできる。このPID制御を採用することにより、電圧V1への追従性を高めることができるため、特に、測定対象体4の電圧V1が変化するときにおいて、その電圧V1を精度良く測定することができる。   In addition, this invention is not limited to said structure. For example, in the voltage measuring apparatus 1 described above, the feedback voltage V4 is controlled by I (proportional) control, but at least one of an integration circuit and a differentiation circuit (both not shown) is further included in the feedback loop. In addition, the feedback voltage V4 can be controlled by any one of PI (proportional / integral) control, PD (proportional / differential) control, and PID (proportional / integral / differential) control. By adopting this PID control, the followability to the voltage V1 can be improved, so that the voltage V1 can be measured with high accuracy, particularly when the voltage V1 of the measurement object 4 changes.

また、上記した電圧測定装置1では、1つのダイオードで各構成単位31〜34を構成しているが、第1の構成単位31および第3の構成単位33の各インピーダンスの積と、第2の構成単位32および第4の構成単位34の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一となる限り、2つ以上のダイオードを順方向(向きを揃えて)で直列や並列に接続して各構成単位31〜34を構成することもできる。   Further, in the voltage measuring apparatus 1 described above, each of the structural units 31 to 34 is configured by one diode, but the product of the impedances of the first structural unit 31 and the third structural unit 33, and the second As long as the products of the impedances of the structural unit 32 and the fourth structural unit 34 are the same or substantially the same, two or more diodes are connected in series or in parallel in the forward direction (with the same orientation) to form each structural unit. 31-34 can also be comprised.

また、図3に示す容量変化機能体13では、各構成単位31〜34をダイオードでそれぞれ構成しているが、各構成単位31,32を構成する一対のダイオード51,52は、アノード端子同士が接続点Bにおいて接続されることにより、環状回路内において互いに逆向きに直列接続されている。すなわち、各構成単位31,32からなる直列回路は、P型半導体とN型半導体とが、N−P−P−Nというように配列されて構成されている。また、各構成単位33,34を構成する一対のダイオード53,54は、カソード端子同士が接続点Dにおいて接続されることにより、環状回路内において互いに逆向きに直列接続されている。すなわち、各構成単位33,34からなる直列回路は、P型半導体とN型半導体とが、P−N−N−Pというように配列されて構成されている。このため、図3に示す容量変化機能体13において各構成単位31,32を構成する一対のダイオード51,52を1つのNPN型バイポーラトランジスタTR1で置き換えると共に、各構成単位33,34を構成する一対のダイオード53,54を1つのPNP型バイポーラトランジスタTR2で置き換えることにより、図5に示すように、容量変化機能体13と実質的に等価な容量変化機能体13Aを構成することもできる。この容量変化機能体13Aでは、各トランジスタTR1,TR2が、互いのコレクタ端子とエミッタ端子とが接続されて(または、コレクタ端子同士、エミッタ端子同士が接続されて)、各端子の接続点が接続点A,Cとなっている。また、トランジスタTR1のベース端子が接続点Bとなり、トランジスタTR2のベース端子が接続点Dとなっている。また、トランジスタとして、バイポーラトランジスタを使用する例について説明したが、NPN型バイポーラトランジスタに代えて同型のMOSFET(電界効果型トランジスタ)を使用してもよいし、またはPNP型バイポーラトランジスタに代えて同型のMOSFET(電界効果型トランジスタ)を使用してもよいのは勿論である。このようにトランジスタTR1,TR2を使用して、隣接する一対の構成単位31,32と、隣接する他の一対の構成単位33,34とを構成することにより、一層簡易な構成の容量変化機能体13Aを実現することができる。   Further, in the capacitance change function body 13 shown in FIG. 3, each of the structural units 31 to 34 is configured by a diode, but the pair of diodes 51 and 52 that configure each of the structural units 31 and 32 has anode terminals that are connected to each other. By being connected at the connection point B, they are connected in series in opposite directions in the annular circuit. In other words, the series circuit composed of the structural units 31 and 32 is configured by arranging a P-type semiconductor and an N-type semiconductor in the form of NPPN. The pair of diodes 53 and 54 constituting each of the structural units 33 and 34 are connected in series in opposite directions in the annular circuit by connecting the cathode terminals at the connection point D. That is, the series circuit composed of the respective structural units 33 and 34 is configured by arranging a P-type semiconductor and an N-type semiconductor as PNNP. For this reason, in the capacitance change function body 13 shown in FIG. 3, the pair of diodes 51 and 52 constituting each of the structural units 31 and 32 is replaced with one NPN-type bipolar transistor TR1, and the pair of the structural units 33 and 34. By replacing the diodes 53 and 54 with one PNP-type bipolar transistor TR2, a capacitance change function body 13A substantially equivalent to the capacity change function body 13 can be formed as shown in FIG. In this capacitance change function body 13A, the transistors TR1 and TR2 are connected to each other at their collector terminals and emitter terminals (or from collector terminals to each other and emitter terminals are connected to each other). Points A and C. The base terminal of the transistor TR1 is the connection point B, and the base terminal of the transistor TR2 is the connection point D. Moreover, although the example which uses a bipolar transistor as a transistor was demonstrated, it replaced with a NPN type bipolar transistor, and may use the same type MOSFET (field effect type transistor), or it replaced with a PNP type bipolar transistor, and the same type. Of course, a MOSFET (field effect transistor) may be used. As described above, by using the transistors TR1 and TR2 to form a pair of adjacent structural units 31 and 32 and another pair of adjacent structural units 33 and 34, a capacitance changing function body having a simpler configuration. 13A can be realized.

また、図6に示すように、電流検出器15を配設せずに、プローブユニット2Aを構成することもできる。このプローブユニット2Aでは、プリアンプ16が、容量変化機能体13,13A(特に区別しないときには、これらをまとめて容量変化機能体13ともいう)の両端間電圧V5、つまり容量変化機能体13における検出電極12側の端部(接続点A)と容量変化機能体13におけるケース11側の端部(接続点C)との間に発生する電圧)V5を検出して検出信号S3として出力する。したがって、このプローブユニット2Aを使用する電圧測定装置1Aでは、両端間電圧V5に比例して変化する検出信号S3に基づいて制御部CNTが電圧生成回路25を制御して、測定対象体4の電圧V1を測定する。この場合、プリアンプ16における一対の入力端子のうちの一方の入力端子は、同図に示すように、コンデンサ17を介して容量変化機能体13における検出電極12側の端部(接続点A)に接続され、他方の入力端子は、容量変化機能体13におけるケース11側の端部(接続点C)に接続されている。なお、この構成以外の構成については、電圧測定装置1Aは電圧測定装置1と同一のため、図6では、電圧測定装置1の各構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。この電圧測定装置1Aにおいても、上記の容量変化機能体13を含む可変容量回路19を使用したことにより、電圧測定装置1と同様にして、電流検出器15〜電圧生成回路25のフィードバックループの応答速度を高速化できる結果、短時間で測定対象体4の電圧V1を測定することができると共に、測定対象体4の電圧V1が時間的に変動するときや、測定対象体4の電圧V1が周期的に変化する交流電圧のときにも、その電圧V1を正確に測定することができる。また、電圧測定装置1Aによれば、信頼性の高い可変容量回路19を使用したことにより、装置自体の信頼性を一層向上させることができる。   Further, as shown in FIG. 6, the probe unit 2A can be configured without providing the current detector 15. In this probe unit 2A, the preamplifier 16 uses the voltage V5 between both ends of the capacitance change function bodies 13 and 13A (they are collectively referred to as the capacitance change function body 13 unless otherwise distinguished), that is, the detection electrode in the capacitance change function body 13. A voltage V5 generated between the end on the 12 side (connection point A) and the end on the case 11 side (connection point C) in the capacitance change function body 13 is detected and output as a detection signal S3. Therefore, in the voltage measuring apparatus 1A using the probe unit 2A, the control unit CNT controls the voltage generation circuit 25 based on the detection signal S3 that changes in proportion to the voltage V5 between both ends, and the voltage of the measurement object 4 is detected. V1 is measured. In this case, one input terminal of the pair of input terminals in the preamplifier 16 is connected to the end portion (connection point A) on the detection electrode 12 side in the capacitance change function body 13 via the capacitor 17 as shown in FIG. The other input terminal is connected to the end portion (connection point C) on the case 11 side of the capacitance change function body 13. Since the voltage measuring device 1A is the same as the voltage measuring device 1 except for this configuration, the same components as those of the voltage measuring device 1 are denoted by the same reference numerals in FIG. A duplicate description is omitted. Also in this voltage measuring device 1A, by using the variable capacitance circuit 19 including the capacitance changing function body 13, the feedback loop response of the current detector 15 to the voltage generating circuit 25 is the same as in the voltage measuring device 1. As a result of the speed increase, the voltage V1 of the measurement object 4 can be measured in a short time, and when the voltage V1 of the measurement object 4 fluctuates with time, or the voltage V1 of the measurement object 4 is periodic. The voltage V1 can be accurately measured even when the alternating voltage varies with time. Further, according to the voltage measuring device 1A, the reliability of the device itself can be further improved by using the highly reliable variable capacitance circuit 19.

また、電圧測定装置1,1Aでは、同期検波回路23を用いて検出信号S4に含まれている周波数f1を含む所定の帯域の周波数成分を抽出する構成を採用しているが、これに限定されるものではなく、図示はしないが、同期検波方式に代えて、公知の包絡線検波方式を採用することもできる。   Further, the voltage measuring devices 1 and 1A employ a configuration in which the synchronous detection circuit 23 is used to extract a frequency component in a predetermined band including the frequency f1 included in the detection signal S4. Although not shown and not shown, a known envelope detection method can be employed instead of the synchronous detection method.

また、電圧測定装置1では、容量変化機能体13とケース11との間に電流検出器15を配設しているが、図7に示す電圧測定装置1Bのように、検出電極12Aと容量変化機能体13との間に電流検出器15を配設することもできる。また、電圧測定装置1では、アナログ信号で作動する増幅回路22、同期検波回路23および積分器24を用いて電圧生成回路25をアナログ的にフィードバック制御しているが、電圧測定装置1Bのように、検出信号S3をディジタルデータに変換することによって電圧生成回路25をディジタル的にフィードバック制御することもできる。   Further, in the voltage measuring device 1, the current detector 15 is disposed between the capacitance changing function body 13 and the case 11, but, like the voltage measuring device 1B shown in FIG. A current detector 15 may be disposed between the functional body 13 and the functional body 13. In the voltage measuring device 1, the voltage generation circuit 25 is feedback-controlled in an analog manner using the amplification circuit 22, the synchronous detection circuit 23, and the integrator 24 that operate with analog signals, but like the voltage measuring device 1B. The voltage generation circuit 25 can be digitally feedback-controlled by converting the detection signal S3 into digital data.

以下、この電圧測定装置1Bについて、この電圧測定装置1Bを用いて構成した電力測定装置71と共に、図7を参照して説明する。なお、この電圧測定装置1Bの構成要素のうち、電圧測定装置1と同一の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。   Hereinafter, the voltage measuring device 1B will be described with reference to FIG. 7 together with the power measuring device 71 configured using the voltage measuring device 1B. In addition, about the component same as the voltage measuring device 1 among the components of this voltage measuring device 1B, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.

電力測定装置71は、直流および交流の電力を測定可能に構成されており、電圧測定用のクランプ式プローブユニット2B、電流測定用のクランプ式プローブユニット5、および本体ユニット3Aを備えて構成されている。この場合、電力測定装置71では、プローブユニット2Bと本体ユニット3Aに含まれている後述の構成要素とで、測定対象体4(一例として電線。以下、「電線4」ともいう)の電圧V1を測定する電圧測定装置1Bが構成されている。また、プローブユニット5と本体ユニット3Aに含まれている後述の構成要素とで、電線4に流れている電流I1を測定する電流測定装置81が構成されている。電力測定装置71は、電圧測定装置1Bによって測定された電圧V1の電圧値と電流測定装置81によって測定された電流I1の電流値とに基づいて、電線4に供給されている電力W1を測定する。   The power measuring device 71 is configured to be able to measure DC and AC power, and includes a clamp type probe unit 2B for measuring voltage, a clamp type probe unit 5 for measuring current, and a main unit 3A. Yes. In this case, in the power measuring device 71, the voltage V1 of the measurement object 4 (an electric wire, also referred to as “the electric wire 4” hereinafter) is measured by the probe unit 2B and the constituent elements described later included in the main unit 3A. A voltage measuring device 1B to be measured is configured. In addition, a current measuring device 81 that measures a current I1 flowing in the electric wire 4 is configured by the probe unit 5 and constituent elements described later included in the main unit 3A. The power measuring device 71 measures the power W1 supplied to the electric wire 4 based on the voltage value of the voltage V1 measured by the voltage measuring device 1B and the current value of the current I1 measured by the current measuring device 81. .

電圧測定装置1Bは、プローブユニット2Bと、本体ユニット3A内に配設されている発振回路21、A/D変換回路72、CPU73、D/A変換回路74、電圧生成回路25および電圧計26Aとを備えて構成されている。この場合、プローブユニット2Bは、ケース11、検出電極12A、可変容量回路19(上記の容量変化機能体13,13Aのいずれか(本例では容量変化機能体13)を含む可変容量回路)、電流検出器15、プリアンプ16および一対のコンデンサ18a,18bを備えている。検出電極12Aは、各々が樹脂材などで形成された絶縁被膜RE1によって全体的に被覆されると共に各々の一端側がケース11において回動自在に連結され、これによって各々の他端側同士が接離自在に構成された一対の弧状電極P1,P2で構成されている。この構成により、検出電極12Aは、電線4をクランプすることが可能となっている。また、可変容量回路19、電流検出器15、プリアンプ16および一対のコンデンサ18a,18bは樹脂材などで形成された絶縁被膜RE2で被覆されたケース11内に配設されている。また、容量変化機能体13および電流検出器15は、互いに直列に接続された状態で、検出電極12Aとケース11との間に配設されている。また、電圧測定装置1Bでは、電圧測定装置1とは異なり、電流検出器15が検出電極12Aに接続されて、容量変化機能体13がケース11に接続されている。また、電流検出器15を検出電極12A側に配設したことによってプリアンプ16を介して検出電極12Aが直流的に参照電位側に接続されるのを回避するため、電圧V2を検出するプリアンプ16の各入力端子と電流検出器15の各端部との間に直流遮断用のコンデンサ18a,18bがそれぞれ配設されている。なお、電圧測定装置1と同様にして、容量変化機能体13および電流検出器15の順序でこれらを検出電極12Aとケース11との間に直列に接続することもでき、この構成ではプリアンプ16の各入力端子と電流検出器15の各端部との間へのコンデンサ18a,18bの配設が不要となる。   The voltage measuring apparatus 1B includes a probe unit 2B, an oscillation circuit 21, an A / D conversion circuit 72, a CPU 73, a D / A conversion circuit 74, a voltage generation circuit 25, and a voltmeter 26A disposed in the main unit 3A. It is configured with. In this case, the probe unit 2B includes a case 11, a detection electrode 12A, a variable capacitance circuit 19 (a variable capacitance circuit including any one of the capacitance change function bodies 13 and 13A (capacitance change function body 13 in this example)), current A detector 15, a preamplifier 16, and a pair of capacitors 18a and 18b are provided. Each of the detection electrodes 12A is entirely covered with an insulating film RE1 formed of a resin material or the like, and one end side of each of the detection electrodes 12A is pivotally connected to the case 11 so that the other end sides are brought into contact with and separated from each other. It is comprised by a pair of arc-shaped electrodes P1 and P2 comprised freely. With this configuration, the detection electrode 12 </ b> A can clamp the electric wire 4. The variable capacitance circuit 19, the current detector 15, the preamplifier 16, and the pair of capacitors 18a and 18b are disposed in a case 11 covered with an insulating film RE2 formed of a resin material or the like. Further, the capacitance change function body 13 and the current detector 15 are disposed between the detection electrode 12A and the case 11 in a state of being connected in series. Further, in the voltage measurement device 1B, unlike the voltage measurement device 1, the current detector 15 is connected to the detection electrode 12A, and the capacitance changing function body 13 is connected to the case 11. In addition, since the current detector 15 is disposed on the detection electrode 12A side, the detection electrode 12A is prevented from being connected to the reference potential side via the preamplifier 16 in order to prevent the detection electrode 12A from being connected to the reference potential side. Between each input terminal and each end of the current detector 15, DC blocking capacitors 18 a and 18 b are respectively disposed. Similarly to the voltage measuring device 1, the capacitance changing function body 13 and the current detector 15 can be connected in series between the detection electrode 12A and the case 11 in this order. It is not necessary to dispose the capacitors 18a and 18b between each input terminal and each end of the current detector 15.

本体ユニット3B内に配設されたA/D変換回路72は、CPU73およびD/A変換回路74と共に、本発明における制御部CNT1を構成し、アナログ信号としての検出信号S3をディジタルデータD1に変換してCPU73に出力する。CPU73は、入力したディジタルデータD1から例えば駆動信号S1の周波数f1を含む所定の周波数帯域の成分についてのデータを抽出する検波処理と、この検波処理によって抽出されたデータを積分する積分処理とを実行する。また、CPU73は、この積分処理によって得られた積分データD2をD/A変換回路74に出力する。また、CPU73は、後述するように、電流測定装置81の一部としても機能して、A/D変換回路75から出力されたディジタルデータD4に基づいて、測定対象体4に流れている電流I1の電流値を算出(測定)する電流算出処理も実行する。さらに、CPU73は、算出した電流I1の電流値と、電圧計26Aから出力されたフィードバック電圧V4の電圧値(ディジタルデータD3で示される値)とに基づいて、電線4に供給されている電力W1を算出(測定)する電力算出処理も実行する。D/A変換回路74は、積分データD2をアナログ信号としての直流電圧V3に変換して電圧生成回路25に出力する。電圧計26Aは、フィードバック電圧V4を測定して、その電圧値を表示すると共に、測定したフィードバック電圧V4の電圧値をディジタルデータD3に変換してCPU73に出力する。   The A / D conversion circuit 72 disposed in the main unit 3B, together with the CPU 73 and the D / A conversion circuit 74, constitutes the control unit CNT1 in the present invention, and converts the detection signal S3 as an analog signal into digital data D1. And output to the CPU 73. The CPU 73 executes a detection process for extracting data about a component in a predetermined frequency band including, for example, the frequency f1 of the drive signal S1 from the input digital data D1, and an integration process for integrating the data extracted by this detection process. To do. Further, the CPU 73 outputs the integration data D2 obtained by this integration processing to the D / A conversion circuit 74. Further, as will be described later, the CPU 73 also functions as a part of the current measuring device 81, and based on the digital data D4 output from the A / D conversion circuit 75, the current I1 flowing in the measurement object 4 A current calculation process for calculating (measuring) the current value is also executed. Further, the CPU 73 determines the electric power W1 supplied to the electric wire 4 based on the calculated current value of the current I1 and the voltage value of the feedback voltage V4 (value indicated by the digital data D3) output from the voltmeter 26A. A power calculation process for calculating (measuring) is also executed. The D / A conversion circuit 74 converts the integration data D2 into a DC voltage V3 as an analog signal and outputs it to the voltage generation circuit 25. The voltmeter 26A measures the feedback voltage V4, displays the voltage value, converts the measured voltage value of the feedback voltage V4 into digital data D3, and outputs it to the CPU 73.

電流測定装置81は、図7に示すように、プローブユニット5と、本体ユニット3B内に配設されているA/D変換回路75、CPU73および表示装置76とを備えて構成されている。この場合、プローブユニット5は、クランプした電線4に流れる電流I1の電流値を非接触で検出すると共に、電流値に応じて振幅が変化する検出信号S6をA/D変換回路75に出力する。A/D変換回路75は、入力した検出信号S6をディジタルデータD4に変換してCPU73に出力する。CPU73は、上述した電流算出処理を実行することにより、ディジタルデータD4に基づいて電流I1の電流値を算出して表示装置76に表示させる。   As shown in FIG. 7, the current measuring device 81 includes the probe unit 5, an A / D conversion circuit 75, a CPU 73, and a display device 76 disposed in the main unit 3B. In this case, the probe unit 5 detects the current value of the current I1 flowing through the clamped electric wire 4 in a non-contact manner, and outputs a detection signal S6 whose amplitude changes according to the current value to the A / D conversion circuit 75. The A / D conversion circuit 75 converts the input detection signal S6 into digital data D4 and outputs it to the CPU 73. The CPU 73 calculates the current value of the current I1 based on the digital data D4 by executing the above-described current calculation process, and displays it on the display device 76.

このように構成された電力測定装置71では、電圧測定装置1Bが、制御部CNT1を構成するA/D変換回路72、CPU73およびD/A変換回路74が検出信号S3をディジタルデータD1に変換すると共にそのディジタルデータD1に基づいて電圧生成回路25をディジタル的にフィードバック制御する以外は、電圧測定装置1の制御部CNTの各構成要素と同様にして電圧生成回路25をフィードバック制御して、フィードバック電圧V4を電圧V1に一致させる。   In the power measuring device 71 configured as described above, the voltage measuring device 1B uses the A / D conversion circuit 72, the CPU 73, and the D / A conversion circuit 74 that constitute the control unit CNT1 to convert the detection signal S3 into digital data D1. In addition, the voltage generation circuit 25 is feedback-controlled in the same manner as each component of the control unit CNT of the voltage measurement device 1 except that the voltage generation circuit 25 is digitally feedback-controlled based on the digital data D1. V4 is matched with the voltage V1.

他方、電流測定装置81は、A/D変換回路75がプローブユニット5で検出された検出信号S6をディジタルデータD4に変換してCPU73に出力し、CPU73がこのディジタルデータD4に基づいて電流算出処理を実行することによって電線4に流れている電流I1の電流値を算出する。   On the other hand, in the current measuring device 81, the A / D conversion circuit 75 converts the detection signal S6 detected by the probe unit 5 into digital data D4 and outputs the digital data D4 to the CPU 73. The CPU 73 performs current calculation processing based on the digital data D4. To calculate the current value of the current I1 flowing through the electric wire 4.

また、CPU73は、電圧計26Aから入力したディジタルデータD3で示されるフィードバック電圧V4の電圧値(つまり電圧V1の電圧値)と、電流算出処理によって算出した電流I1の電流値とに基づいて電力算出処理を実行することにより、電線4に供給されている電力W1を算出(測定)して、表示装置76に表示させる。これにより、電力W1の測定が完了する。この場合、CPU73は、電力W1および電流I1の電流値と共に、電圧V1の電圧値を表示装置76に表示させる。なお、これらの電流値や電圧値を表示装置76に表示させる構成に代えて、ストレージ装置(図示せず)に記憶させたり、データ伝送装置(図示せず)を介して外部に伝送する構成を採用することもできる。   The CPU 73 calculates power based on the voltage value of the feedback voltage V4 (that is, the voltage value of the voltage V1) indicated by the digital data D3 input from the voltmeter 26A and the current value of the current I1 calculated by the current calculation process. By executing the processing, the electric power W1 supplied to the electric wire 4 is calculated (measured) and displayed on the display device 76. Thereby, the measurement of the electric power W1 is completed. In this case, the CPU 73 causes the display device 76 to display the voltage value of the voltage V1 together with the current values of the power W1 and the current I1. In addition, instead of the configuration in which the current value and the voltage value are displayed on the display device 76, a configuration in which the storage device (not shown) stores the current value or the voltage value or transmits the data value or the voltage value to the outside via a data transmission device (not shown). It can also be adopted.

このように、この電圧測定装置1Bでは、測定対象体4としての電線4の電圧V1を測定する際に、容量変化機能体13に流れている電流iを示す検出信号S3をディジタルデータD1に変換し、このディジタルデータD1に基づいて電圧生成回路25をディジタル的にフィードバック制御する。したがって、制御部CNT1(A/D変換回路72、CPU73およびD/A変換回路74)をCPUやDSPを用いて簡易に構成することができる。また、電圧測定装置1Bでは、絶縁被膜RE1によって全体的に被覆された一対の弧状電極P1,P2で検出電極12Aが構成され、かつ可変容量回路19、電流検出器15、プリアンプ16および一対のコンデンサ18a,18bが絶縁被膜RE2で被覆されたケース11内に配設されている。したがって、検出電極12A、可変容量回路19、電流検出器15、プリアンプ16および一対のコンデンサ18a,18bが外部に露出していないため、これらの回路および部品と、装置外部の異物との接触を確実に回避することができる。また、機械的に可動する構成を含まない信頼性の高い可変容量回路19を使用している。したがって、電圧測定装置1Bの信頼性を十分に向上させることができると共に、この電圧測定装置1Bを用いた電力測定装置71についても、信頼性を十分に向上させることができる。   Thus, in this voltage measuring apparatus 1B, when measuring the voltage V1 of the electric wire 4 as the measuring object 4, the detection signal S3 indicating the current i flowing through the capacitance changing function body 13 is converted into the digital data D1. The voltage generation circuit 25 is digitally feedback-controlled based on the digital data D1. Therefore, the control unit CNT1 (A / D conversion circuit 72, CPU 73, and D / A conversion circuit 74) can be easily configured using a CPU or DSP. Further, in the voltage measuring apparatus 1B, the detection electrode 12A is constituted by a pair of arc-shaped electrodes P1 and P2 that are entirely covered with the insulating coating RE1, and the variable capacitance circuit 19, the current detector 15, the preamplifier 16, and the pair of capacitors. 18a and 18b are disposed in the case 11 covered with the insulating coating RE2. Therefore, since the detection electrode 12A, the variable capacitance circuit 19, the current detector 15, the preamplifier 16, and the pair of capacitors 18a and 18b are not exposed to the outside, the circuit and components are reliably in contact with foreign matter outside the apparatus. Can be avoided. In addition, a highly reliable variable capacitance circuit 19 that does not include a mechanically movable configuration is used. Therefore, the reliability of the voltage measuring device 1B can be sufficiently improved, and the reliability of the power measuring device 71 using the voltage measuring device 1B can be sufficiently improved.

また、ディジタル的にフィードバック制御する電圧測定装置1Bを用いた電力測定装置71について説明したが、図8に示すように、アナログ的にフィードバック制御する電圧測定装置1Cを用いて電力測定装置91を構成することもできる。以下、この電力測定装置91について説明する。なお、電圧測定装置1と同一の構成要素、および電力測定装置71と同一の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。   Further, the power measuring device 71 using the voltage measuring device 1B that performs digital feedback control has been described. However, as illustrated in FIG. 8, the power measuring device 91 is configured using the voltage measuring device 1C that performs analog feedback control. You can also Hereinafter, the power measuring device 91 will be described. In addition, about the same component as the voltage measuring device 1, and the same component as the power measuring device 71, the same code | symbol is attached | subjected and the overlapping description is abbreviate | omitted.

電力測定装置91は、直流および交流の電力を測定可能に構成されており、図8に示すように、プローブユニット2B,5、および本体ユニット3Bを備えて構成されている。この場合、電力測定装置91では、プローブユニット2Bと本体ユニット3Bに含まれている後述の構成要素とで、測定対象体4(一例として電線4)の電圧V1を測定する電圧測定装置1Cが構成されている。また、プローブユニット5と本体ユニット3Bに含まれている後述の構成要素とで、電線4に流れている電流I1を測定する電流測定装置81が構成されている。電力測定装置91は、電圧測定装置1Cによって測定された電圧V1の電圧値と電流測定装置81によって測定された電流I1の電流値とに基づいて、電線4に供給されている電力W1を測定する。   The power measuring device 91 is configured to be able to measure DC and AC power, and includes probe units 2B and 5 and a main unit 3B as shown in FIG. In this case, in the power measuring device 91, the voltage measuring device 1C that measures the voltage V1 of the measurement object 4 (as an example, the electric wire 4) is configured by the probe unit 2B and the components described later included in the main unit 3B. Has been. In addition, a current measuring device 81 that measures a current I1 flowing through the electric wire 4 is configured by the probe unit 5 and constituent elements described later included in the main body unit 3B. The power measuring device 91 measures the power W1 supplied to the electric wire 4 based on the voltage value of the voltage V1 measured by the voltage measuring device 1C and the current value of the current I1 measured by the current measuring device 81. .

電圧測定装置1Cは、プローブユニット2Bと、本体ユニット3B内に配設されている発振回路21、制御部CNT、電圧生成回路25および電圧計26Aとを備えて構成されている。この場合、制御部CNTは、アナログ信号としての検出信号S3に基づいて直流電圧V3を生成して電圧生成回路25に出力することにより、アナログ的にフィードバック電圧V4をフィードバック制御して、フィードバック電圧V4を電圧V1に一致させる。電流測定装置81は、プローブユニット5と、本体ユニット3A内に配設されているA/D変換回路75、CPU73および表示装置76とを備えて構成されている。この場合、CPU73は、電流算出処理を実行することにより、A/D変換回路75から入力したディジタルデータD4に基づいて電流I1の電流値を算出して表示装置76に表示させる。また、CPU73は、電圧計26Aから入力したディジタルデータD3に基づいてフィードバック電圧V4(電圧V1)の電圧値を表示装置76に表示させる。さらに、CPU73は、電圧計26Aから入力したディジタルデータD3で示されるフィードバック電圧V4の電圧値(つまり電圧V1の電圧値)と、電流算出処理によって算出した電流I1の電流値とに基づいて電力算出処理を実行することにより、電線4に供給されている電力W1を算出(測定)して、表示装置76に表示させる。   The voltage measuring apparatus 1C includes a probe unit 2B, and an oscillation circuit 21, a control unit CNT, a voltage generation circuit 25, and a voltmeter 26A that are disposed in the main unit 3B. In this case, the control unit CNT generates the DC voltage V3 based on the detection signal S3 as an analog signal and outputs the DC voltage V3 to the voltage generation circuit 25, thereby feedback-controlling the feedback voltage V4 in an analog manner, so that the feedback voltage V4 Is made to coincide with the voltage V1. The current measuring device 81 includes the probe unit 5, an A / D conversion circuit 75, a CPU 73, and a display device 76 that are disposed in the main unit 3A. In this case, the CPU 73 calculates the current value of the current I1 based on the digital data D4 input from the A / D conversion circuit 75 and displays it on the display device 76 by executing a current calculation process. Further, the CPU 73 causes the display device 76 to display the voltage value of the feedback voltage V4 (voltage V1) based on the digital data D3 input from the voltmeter 26A. Further, the CPU 73 calculates power based on the voltage value of the feedback voltage V4 (that is, the voltage value of the voltage V1) indicated by the digital data D3 input from the voltmeter 26A and the current value of the current I1 calculated by the current calculation process. By executing the processing, the electric power W1 supplied to the electric wire 4 is calculated (measured) and displayed on the display device 76.

この電力測定装置91においても、電圧測定装置1Bと同様にして電圧測定装置1Cの信頼性を十分に向上させることができる結果、この電圧測定装置1Cを用いた電力測定装置91自体の信頼性を十分に向上させることができる。   Also in the power measuring apparatus 91, the reliability of the voltage measuring apparatus 1C can be sufficiently improved in the same manner as the voltage measuring apparatus 1B. As a result, the reliability of the power measuring apparatus 91 itself using the voltage measuring apparatus 1C is improved. It can be improved sufficiently.

また、上記した電圧測定装置1,1B,1Cでは、抵抗を用いて電流検出器15を構成しているが、インピーダンス素子であれば、抵抗に限らず、コンデンサやコイルで構成することもできるし、これらを組み合わせて構成することもできる。このようにインピーダンス素子を用いることにより、インピーダンス素子のインピーダンス値を変えることにより、電流iが流れたときに発生する電圧V2の電圧値を任意に変更することができる。このため、測定対象体4の電圧の高低に応じて電流検出器15に発生する電圧V2を適切な値に設定できる結果、低電圧から高電圧までの広い電圧範囲に亘って測定対象体4の電圧を正確に測定することができる。また、インピーダンス素子に代えて、セラミック共振器や水晶振動子などの各種共振体を含む共振回路、およびコイルとコンデンサとで構成されたLC共振回路(直列共振回路または並列共振回路)のいずれかを用いることもできる。これらの共振回路のうちの共振体を含む共振回路およびLC並列共振回路は、特定の周波数(共振周波数)においてインピーダンスが最大になるという特性を有している。このため、一例として図11に示すように、コイル15aとコンデンサ15bとで構成されたLC並列共振回路を用いて電流検出器15を構成し、この特定の周波数を容量変化機能体13の容量変調周波数と一致させることにより、容量変調周波数とは異なる周波数のノイズが電流iに重畳しているときでも、電流検出器15の両端に発生する電圧V2に含まれている電圧成分のうちの電流iに起因した電圧成分をこのノイズに起因した電圧成分に対して十分に大きくすることができるため、ノイズを抑制することができる。他方、LC直列共振回路は、特定の周波数(共振周波数)において全体としてのインピーダンスが最小(ゼロ)になるという特性を有している。この場合、LC直列共振回路を構成するコンデンサ(コイルも同様)の両端電圧は最大となる。このため、一例として図12に示すように、コイル15aとコンデンサ15bとで構成されたLC直列共振回路を用いて電流検出器15を構成し、この特定の周波数を容量変調周波数と一致させると共に、コンデンサ15b(またはコイル15a)の両端電圧を電圧V2としてプリアンプ16が検出する構成を採用することにより、容量変調周波数とは異なる周波数のノイズが電流iに重畳しているときであっても、上記したLC並列共振回路と同様にして電流検出器15の両端に発生するこのノイズに起因した電圧の発生を抑制することができる。したがって、これらの共振回路で電流検出器15を構成することにより、共振回路の共振時におけるインピーダンス値を変えることで電流iが流れたときに共振回路に発生する電圧の値を任意に変更することができるため、低電圧から高電圧までの広い電圧範囲に亘って測定対象体4の電圧V1を測定することができる。しかも、共振回路の共振周波数で容量変化機能体13の静電容量C1を変化させることで、共振回路に流れる電流iをより大きな電圧として検出することができるため、このノイズに起因した電圧信号の検出信号S3への混入を低減できる結果、電圧測定装置1,1B,1Cの耐ノイズ性能を高めることができる。したがって、誤動作の少ない状態で測定対象体4の電圧V1を測定することができる。また、抵抗等のインピーダンス素子や共振回路を用いて電流を電圧に変換して検出する構成に代えて、電流を直接検出する構成を採用することもできる。この構成においては、電磁誘導型の電流検出器(CT形電流検出器)を用いたり、ホール素子、磁気ブリッジ、フラックスゲートセンサ、MI(磁気インピーダンス)センサ、MR(磁気抵抗効果)センサ、GMR(巨大磁気抵抗効果)センサおよびTMR(トンネル磁気抵抗効果)センサなどの磁気センサを用いて構成することができる。   Further, in the voltage measuring devices 1, 1B, and 1C described above, the current detector 15 is configured using a resistor. However, as long as it is an impedance element, the current detector 15 may be configured not only by a resistor but also by a capacitor or a coil. These can also be combined. By using the impedance element in this way, the voltage value of the voltage V2 generated when the current i flows can be arbitrarily changed by changing the impedance value of the impedance element. For this reason, as a result of being able to set the voltage V2 generated in the current detector 15 to an appropriate value in accordance with the level of the voltage of the measurement object 4, the measurement object 4 has a wide voltage range from low voltage to high voltage. The voltage can be measured accurately. Also, instead of the impedance element, either a resonance circuit including various resonators such as a ceramic resonator or a crystal resonator, and an LC resonance circuit (series resonance circuit or parallel resonance circuit) composed of a coil and a capacitor are used. It can also be used. Among these resonance circuits, the resonance circuit including the resonator and the LC parallel resonance circuit have a characteristic that the impedance becomes maximum at a specific frequency (resonance frequency). For this reason, as shown in FIG. 11 as an example, the current detector 15 is configured using an LC parallel resonance circuit composed of a coil 15a and a capacitor 15b, and this specific frequency is subjected to capacitance modulation of the capacitance changing function body 13. By matching with the frequency, even when noise having a frequency different from the capacitance modulation frequency is superimposed on the current i, the current i among the voltage components included in the voltage V2 generated at both ends of the current detector 15. Since the voltage component due to the noise can be made sufficiently larger than the voltage component due to the noise, the noise can be suppressed. On the other hand, the LC series resonance circuit has a characteristic that the impedance as a whole becomes minimum (zero) at a specific frequency (resonance frequency). In this case, the voltage across the capacitor (the same applies to the coil) constituting the LC series resonance circuit is maximized. For this reason, as shown in FIG. 12, as an example, the current detector 15 is configured by using an LC series resonance circuit composed of a coil 15a and a capacitor 15b, and this specific frequency is matched with the capacitance modulation frequency. By adopting a configuration in which the preamplifier 16 detects the voltage across the capacitor 15b (or the coil 15a) as the voltage V2, even when noise having a frequency different from the capacitance modulation frequency is superimposed on the current i, In the same manner as the LC parallel resonance circuit, it is possible to suppress the generation of voltage due to this noise generated at both ends of the current detector 15. Therefore, by configuring the current detector 15 with these resonance circuits, the value of the voltage generated in the resonance circuit when the current i flows can be arbitrarily changed by changing the impedance value during resonance of the resonance circuit. Therefore, the voltage V1 of the measuring object 4 can be measured over a wide voltage range from a low voltage to a high voltage. Moreover, since the current i flowing through the resonance circuit can be detected as a larger voltage by changing the capacitance C1 of the capacitance change function body 13 at the resonance frequency of the resonance circuit, the voltage signal caused by this noise can be detected. As a result of being able to reduce mixing in the detection signal S3, the noise resistance performance of the voltage measuring devices 1, 1B, 1C can be enhanced. Therefore, the voltage V1 of the measuring object 4 can be measured with few malfunctions. Further, instead of a configuration in which the current is converted into a voltage by using an impedance element such as a resistor or a resonance circuit, a configuration in which the current is directly detected can be employed. In this configuration, an electromagnetic induction type current detector (CT type current detector) is used, a Hall element, a magnetic bridge, a flux gate sensor, an MI (magnetic impedance) sensor, an MR (magnetoresistance effect) sensor, a GMR ( It can be configured using a magnetic sensor such as a giant magnetoresistance effect) sensor and a TMR (tunnel magnetoresistance effect) sensor.

また、電圧測定装置1,1A,1B,1Cでは、プリアンプ16で生成される検出信号S3を、増幅回路22またはA/D変換回路72に直接入力する例について説明したが、フィルタ回路(図示せず)を介して検出信号S3を増幅回路22またはA/D変換回路32に入力することもできる。この場合、容量変化機能体13の容量変調周波数と同じ周波数の信号を選択的に通過させるようにこのフィルタ回路を構成することにより、容量変調周波数とは異なる周波数のノイズが電流iに重畳しているときでも、このノイズの検出信号S3への混入を抑制することができる。したがって、電圧測定装置1,1A,1B,1Cの耐ノイズ性能を高めることができる。   In the voltage measuring devices 1, 1A, 1B, and 1C, the example in which the detection signal S3 generated by the preamplifier 16 is directly input to the amplifier circuit 22 or the A / D conversion circuit 72 has been described. The detection signal S3 can also be input to the amplifier circuit 22 or the A / D conversion circuit 32 via In this case, by configuring this filter circuit to selectively pass a signal having the same frequency as the capacity modulation frequency of the capacity change function body 13, noise having a frequency different from the capacity modulation frequency is superimposed on the current i. Even when it is present, this noise can be prevented from being mixed into the detection signal S3. Therefore, the noise resistance performance of the voltage measuring devices 1, 1A, 1B, 1C can be improved.

また、電圧測定装置1B,1Cを電力測定装置71,91に適用する例について説明したが、電圧測定装置1,1A,1B,1Cは、レーザープリンタなどの複写機における感光ドラムの表面電位を検出する表面電位計として利用することができる。また、壁内に配設されている電気配線の位置を検出する探知機として利用することもできる。これらの機器に本発明に係る電圧測定装置を用いることにより、これらの機器の信頼性(耐久性や耐候性を含む)を十分に向上させることができる。さらに、プリント基板に形成されているプリントパターンの断線等を検査する基板検査装置にも本発明を適用することができる。   Moreover, although the example which applies voltage measuring device 1B, 1C to power measuring device 71,91 was demonstrated, voltage measuring device 1,1A, 1B, 1C detects the surface potential of the photosensitive drum in copying machines, such as a laser printer. It can be used as a surface electrometer. Moreover, it can also be used as a detector for detecting the position of the electrical wiring arranged in the wall. By using the voltage measuring device according to the present invention for these devices, the reliability (including durability and weather resistance) of these devices can be sufficiently improved. Furthermore, the present invention can also be applied to a substrate inspection apparatus that inspects a disconnection or the like of a printed pattern formed on a printed circuit board.

また、電圧測定装置1,1A,1B,1Cでは、フィードバック電圧V4が電圧V1に達して一定になったとき、つまり、電流iがゼロアンペアになったときや両端間電圧V5がゼロボルトになったときのフィードバック電圧V4を測定対象体4の電圧V1として測定する構成を採用することにより、電圧V1を高精度で測定しているが、測定精度的に許容される場合、電流iや両端間電圧V5が所定値(例えば数ミリアンペアや数ミリボルト)以下となったときのフィードバック電圧V4を測定対象体4の電圧V1として測定する構成を採用することもできる。また、電位差(V1−V4)が所定値(例えば数百ミリボルト)以下に達したときのフィードバック電圧V4を測定対象体4の電圧V1として測定する構成を採用することもできる。この構成を採用することにより、測定対象体4の電圧V1を許容できる精度で、より短時間に測定することができる。   In the voltage measuring devices 1, 1A, 1B, and 1C, when the feedback voltage V4 reaches the voltage V1 and becomes constant, that is, when the current i becomes zero ampere or the voltage V5 between both ends becomes zero volts. When the feedback voltage V4 is measured as the voltage V1 of the measurement object 4, the voltage V1 is measured with high accuracy. If the measurement accuracy is acceptable, the current i and the voltage between both ends are measured. It is also possible to employ a configuration in which the feedback voltage V4 when V5 becomes a predetermined value (for example, several milliamperes or several millivolts) or less is measured as the voltage V1 of the measurement object 4. Further, a configuration in which the feedback voltage V4 when the potential difference (V1−V4) reaches a predetermined value (for example, several hundred millivolts) or less is measured as the voltage V1 of the measurement object 4 can be employed. By adopting this configuration, the voltage V1 of the measuring object 4 can be measured in a shorter time with an acceptable accuracy.

また、上記した各容量変化機能体13の各構成単位については、図2、図3および図5に示すように、1つのダイオード(図5の場合には等価的に1つのダイオード)で構成したが、これに限定されるものではない。例えば、図2に示す構成単位31を例に挙げて、可変容量要素(一例としてダイオード)を含む構成単位の取り得る構成に関して説明すると、接続点Aとダイオード41との間、および接続点Bとダイオード41との間の少なくとも1つに、他の可変容量要素(一例としてダイオード)、抵抗、コンデンサおよびコイルの少なくとも1つを1つ以上配設することもできる。また、他の可変容量要素(一例としてダイオード)を配設する場合には、上記したように複数の可変容量要素が直列に接続される構成の他に、一部の可変容量要素同士が並列に接続されるように配設することもできる。ただし、1つの構成単位内に複数の可変容量要素(一例として可変容量ダイオードやシリコンダイオード)を配設する場合には、この構成単位内において、すべてのダイオードを同一方向の向きで配設する必要がある。また、ダイオード41に対してコンデンサを並列に接続することもできる。   Further, each structural unit of each capacitance changing function body 13 described above is configured by one diode (equivalently, one diode in the case of FIG. 5) as shown in FIGS. However, the present invention is not limited to this. For example, taking the structural unit 31 shown in FIG. 2 as an example, a possible configuration of a structural unit including a variable capacitance element (diode as an example) will be described. Between the connection point A and the diode 41 and between the connection point B and One or more of at least one of other variable capacitance elements (for example, a diode), a resistor, a capacitor, and a coil can be disposed between at least one of the diodes 41. When other variable capacitance elements (diodes as an example) are provided, in addition to the configuration in which a plurality of variable capacitance elements are connected in series as described above, some variable capacitance elements are connected in parallel. It can also be arranged to be connected. However, when a plurality of variable capacitance elements (for example, variable capacitance diodes or silicon diodes) are arranged in one structural unit, all the diodes must be arranged in the same direction in the structural unit. There is. A capacitor can be connected in parallel to the diode 41.

また、図2に示すすべての可変容量ダイオード41〜44を一般的なダイオード51〜54に置き換えた構成については、図3を参照して上記したが、可変容量ダイオードも一般的なダイオードも基本的な構成が同じであるため、例えば図2に示す容量変化機能体13において、ダイオード41〜44のうちの少なくとも1つを一般的なダイオードに置き換えることもできる等、可変容量ダイオードと一般的なダイオードとを混在して使用することもできる。ただし、可変容量ダイオードと一般的なダイオードとは、逆バイアスが印加されたときの静電容量が異なるため、ブリッジ回路の平衡条件を満足し、かつ接続点A,Cを基準としてその両側に配設されている各構成単位31,32と各構成単位34,33とが線対称となるか、または接続点B,Dを基準としてその両側に配設されている各構成単位31,34と各構成単位32,33とが線対称となるように構成する必要がある。   Further, the configuration in which all the variable capacitance diodes 41 to 44 shown in FIG. 2 are replaced with the general diodes 51 to 54 has been described with reference to FIG. 3, but both the variable capacitance diode and the general diode are basically included. For example, in the capacitance change function body 13 shown in FIG. 2, at least one of the diodes 41 to 44 can be replaced with a general diode. For example, the variable capacitance diode and the general diode Can be used together. However, a variable capacitance diode and a general diode have different electrostatic capacities when a reverse bias is applied, so that they satisfy the equilibrium condition of the bridge circuit and are arranged on both sides of the connection points A and C as a reference. The respective structural units 31, 32 and the respective structural units 34, 33 that are provided are line-symmetric or each of the structural units 31, 34, 34 and 33 that are disposed on both sides with respect to the connection points B, D. It is necessary to configure so that the structural units 32 and 33 are line-symmetric.

電圧測定装置1のブロック図である。1 is a block diagram of a voltage measuring device 1. FIG. 電圧測定装置1の容量変化機能体13の回路図である。3 is a circuit diagram of a capacity change function body 13 of the voltage measuring device 1. FIG. 電圧測定装置1の容量変化機能体13の他の回路図である。FIG. 6 is another circuit diagram of the capacity changing function body 13 of the voltage measuring device 1. フィードバック電圧V4の時間変化を示す特性図である。It is a characteristic view which shows the time change of the feedback voltage V4. 電圧測定装置1の容量変化機能体13Aの回路図である。3 is a circuit diagram of a capacity changing function body 13A of the voltage measuring device 1. FIG. 電圧測定装置1Aのブロック図である。It is a block diagram of voltage measuring device 1A. 電圧測定装置1Bおよびこれを用いた電力測定装置71のブロック図である。It is a block diagram of voltage measuring device 1B and electric power measuring device 71 using the same. 電圧測定装置1Cおよびこれを用いた電力測定装置91のブロック図である。It is a block diagram of voltage measuring device 1C and electric power measuring device 91 using the same. 電流検出器15の構成例を示す回路図である。3 is a circuit diagram illustrating a configuration example of a current detector 15. FIG. 電流検出器15の他の構成例を示す回路図である。FIG. 6 is a circuit diagram illustrating another configuration example of the current detector 15.

符号の説明Explanation of symbols

1,1A,1B,1C 電圧測定装置
3,3A,3B 本体ユニット
4 測定対象体
11 ケース
12 検出電極
13,13A 容量変化機能体
14 駆動回路
14a トランス
14b 直流電源
14c 二次巻線
15 電流検出器
19 可変容量回路
25 電圧生成回路
31,32,33,34 構成単位
71,91 電力測定装置
C1 静電容量
CNT,CNT1 制御部
i 電流
S2 駆動信号
V1 測定対象体の電圧
V4 フィードバック電圧(参照電位)
1, 1A, 1B, 1C Voltage measurement device 3, 3A, 3B Main unit 4 Measurement object 11 Case 12 Detection electrode 13, 13A Capacity changing function body 14 Drive circuit 14a Transformer 14b DC power supply 14c Secondary winding 15 Current detector DESCRIPTION OF SYMBOLS 19 Variable capacity circuit 25 Voltage generation circuit 31,32,33,34 Structural unit 71,91 Power measuring device C1 Capacitance CNT, CNT1 Control part i Current S2 Drive signal V1 Voltage of measurement object V4 Feedback voltage (reference potential)

Claims (11)

少なくとも1つの可変容量要素をそれぞれ含む第1の構成単位、第2の構成単位、第3の構成単位および第4の構成単位がこの順に環状に接続されて構成され、かつ当該第1の構成単位および当該第3の構成単位の各インピーダンスの積と当該第2の構成単位および当該第4の構成単位の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に規定された容量変化機能体と、
二次巻線に交流成分を誘起させるトランスおよび直流電圧を発生させる直流電源を有して、当該トランスの当該二次巻線と当該直流電源とが前記第1の構成単位および前記第2の構成単位の接続点と、前記第3の構成単位および前記第4の構成単位の接続点との間に直列に接続されると共に前記交流成分を含む前記直流電圧を前記容量変化機能体に印加して当該容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路とを備えている可変容量回路。
A first structural unit, a second structural unit, a third structural unit, and a fourth structural unit each including at least one variable capacitance element are connected in a ring shape in this order, and the first structural unit And a capacitance changing function body in which the product of each impedance of the third structural unit and the product of the impedances of the second structural unit and the fourth structural unit are defined to be the same or substantially the same,
A transformer for inducing an AC component in a secondary winding and a DC power source for generating a DC voltage, wherein the secondary winding and the DC power source of the transformer are the first structural unit and the second configuration; A series connection point between the connection point of the unit and the connection point of the third structural unit and the fourth structural unit is applied in series to the capacitance change function body. A variable capacitance circuit comprising: a drive circuit that changes the capacitance of the capacitance change function body.
前記可変容量要素は、互いに接合されたP型半導体およびN型半導体を有している請求項1記載の可変容量回路。   The variable capacitance circuit according to claim 1, wherein the variable capacitance element includes a P-type semiconductor and an N-type semiconductor joined to each other. 前記可変容量要素は、前記P型半導体および前記N型半導体で形成されたダイオードで構成され、前記第1の構成単位および前記第4の構成単位に含まれている前記各ダイオードは前記4つの構成単位で構成される環状回路内において同一方向の向きで配設され、前記第2の構成単位および前記第3の構成単位に含まれている前記各ダイオードは前記環状回路内において前記第1および第4の構成単位における前記各ダイオードの向きとは逆向きで配設されている請求項2記載の可変容量回路。   The variable capacitance element includes a diode formed of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor, and each of the diodes included in the first structural unit and the fourth structural unit includes the four structures. The respective diodes arranged in the same direction in the annular circuit constituted by the unit and included in the second structural unit and the third structural unit are arranged in the annular circuit. The variable capacitance circuit according to claim 2, wherein the diode is disposed in a direction opposite to a direction of each of the diodes in the four structural units. 前記第1の構成単位に含まれている前記P型半導体および前記N型半導体と前記第2の構成単位に含まれている前記P型半導体および前記N型半導体との組、および前記第3の構成単位に含まれている前記P型半導体および前記N型半導体と前記第4の構成単位に含まれている前記P型半導体および前記N型半導体との組の少なくとも一方の組は、1つのトランジスタで構成されている請求項2記載の可変容量回路。   A set of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor included in the first structural unit and the P-type semiconductor and the N-type semiconductor included in the second structural unit; and the third At least one set of the P-type semiconductor and the N-type semiconductor included in the structural unit and the P-type semiconductor and the N-type semiconductor included in the fourth structural unit is one transistor. The variable capacitance circuit according to claim 2, comprising: 測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、
前記測定対象体に対向可能な検出電極と、請求項1から4のいずれかに記載の可変容量回路とを備え、
前記可変容量回路は、前記第1の構成単位および前記第4の構成単位の接続点が前記検出電極側に位置すると共に前記第2の構成単位および前記第3の構成単位の接続点が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に配設されている電圧測定装置。
A voltage measuring device configured to be able to measure the voltage of a measurement object,
A detection electrode capable of facing the measurement object, and the variable capacitance circuit according to any one of claims 1 to 4,
In the variable capacitance circuit, a connection point between the first structural unit and the fourth structural unit is located on the detection electrode side, and a connection point between the second structural unit and the third structural unit is a reference potential. A voltage measuring device disposed between the detection electrode and the reference potential so as to be positioned on the side.
前記参照電位を生成する電圧生成回路と、制御部とを備え、
前記制御部は、前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに、前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる請求項5記載の電圧測定装置。
A voltage generation circuit for generating the reference potential; and a control unit;
The voltage measurement device according to claim 5, wherein the control unit changes the voltage of the reference potential with respect to the voltage generation circuit when the variable capacitance circuit changes the capacitance.
前記制御部は、前記静電容量の変化時において、前記可変容量回路を介して前記検出電極と前記参照電位との間に流れる電流、または前記可変容量回路における前記検出電極側の端部と前記参照電位側の端部との間に発生する電圧が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる請求項6記載の電圧測定装置。   The control unit includes a current flowing between the detection electrode and the reference potential via the variable capacitance circuit when the capacitance changes, or an end of the variable capacitance circuit on the detection electrode side and the current The voltage measurement device according to claim 6, wherein the voltage of the reference potential is changed with respect to the voltage generation circuit so that a voltage generated between the reference potential side and the end portion on the reference potential side is reduced. 前記検出電極と前記参照電位との間に前記可変容量回路と直列に配設されたインピーダンス素子を備え、
前記制御部は、前記インピーダンス素子に前記電流が流れたときに当該インピーダンス素子に発生する電圧が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる請求項7記載の電圧測定装置。
An impedance element disposed in series with the variable capacitance circuit between the detection electrode and the reference potential;
The voltage measurement according to claim 7, wherein the control unit changes the voltage of the reference potential with respect to the voltage generation circuit so that a voltage generated in the impedance element decreases when the current flows through the impedance element. apparatus.
前記検出電極と前記参照電位との間に前記可変容量回路と直列に配設された共振回路を備え、
前記制御部は、前記共振回路に前記電流が流れたときに当該共振回路に発生する電圧が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる請求項7記載の電圧測定装置。
A resonance circuit disposed in series with the variable capacitance circuit between the detection electrode and the reference potential;
The voltage measurement according to claim 7, wherein the control unit changes the voltage of the reference potential with respect to the voltage generation circuit so that a voltage generated in the resonance circuit decreases when the current flows in the resonance circuit. apparatus.
前記制御部は、前記電流の値、または前記検出電極側の端部と前記参照電位側の端部との間に発生する前記電圧の値に応じて電圧値が変化する検出信号を入力してディジタルデータに変換するA/D変換回路を備え、当該ディジタルデータに基づいて前記検出信号の電圧値が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる請求項7から9のいずれかに記載の電圧測定装置。   The control unit receives a detection signal whose voltage value changes according to the value of the current or the value of the voltage generated between the end on the detection electrode side and the end on the reference potential side. An A / D conversion circuit for converting to digital data is provided, and the voltage of the reference potential is changed with respect to the voltage generation circuit so that the voltage value of the detection signal decreases based on the digital data. The voltage measuring device according to any one of the above. 測定対象体に流れている電流を測定する電流測定装置と、
前記測定対象体の電圧を測定する請求項5から10のいずれかに記載の電圧測定装置とを備え、
前記電流測定装置によって測定された前記電流と前記電圧測定装置によって測定された前記電圧とに基づいて電力を測定する電力測定装置。
A current measuring device for measuring the current flowing through the measurement object;
The voltage measuring device according to any one of claims 5 to 10, which measures the voltage of the measurement object,
A power measurement device that measures power based on the current measured by the current measurement device and the voltage measured by the voltage measurement device.
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