JP2007178257A - 計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 計測装置と被測定物間を接続している配線にチェック電流を流して接続チェックを行う４端子計測装置において、接続チェックを行う間は測定電流が流れないように電流源を切り離すか、測定電流値を小さくしなければならず、構成が複雑になるという課題を解決する。
【解決手段】 チェック電流を流すか流さないかを切り替えるスイッチ手段を設け、チェック電流を流したときと流さないときの、配線間の電圧差に基づいて接続状態をチェックするようにした。測定電流を流したままで接続チェックができ、かつ接触抵抗の大きさを評価することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被測定物に定電流を流し、この被測定物両端に発生する電圧を測定することによりこの被測定物の物理量を計測する計測装置において、被測定物と計測装置の接続をチェックすることができる計測装置に関するものである。

図３に４端子接続により被測定物の抵抗を計測する計測装置の構成を示す。図３において、抵抗を計測する被測定物１０の一端は第１の導線Ｌ１により端子ＨＦに、第２の導線Ｌ２により端子ＨＳに接続される。また、被測定物１０の他端は第３の導線Ｌ３により端子ＬＳに、第４の導線Ｌ４により端子ＬＦに接続される。Ｒ１〜Ｒ４は第１〜第４の導線Ｌ１〜Ｌ４の配線抵抗と接触抵抗の合成抵抗を表している。

定電流源１１の一端はスイッチＳＷ１、ＳＷ２を介して端子ＨＦ、ＬＳに、他端はスイッチＳＷ１、ＳＷ２を介して端子ＨＳ、ＬＦに接続される。定電流源１２の両端はスイッチＳＷ３を介して端子ＨＦ、ＬＦに接続される。

２入力増幅器１３の入力端子は端子ＨＳ、ＬＳに接続され、その出力はＡＤ変換器１４に入力される。このＡＤ変換器１４によって変換されたデジタル値はマイクロプロセッサ１５に入力される。

２入力増幅器１６の一方の入力端子には、スイッチＳＷ４を介して端子ＬＳが、スイッチＳＷ５を介して端子ＨＦが接続される。また、他方の入力端子には、スイッチＳＷ４を介して端子ＬＦが、スイッチＳＷ５を介して端子ＨＳが接続される。増幅器１６の出力は閾値電圧１８が接続されたコンパレータ１７に入力され、コンパレータ１７の出力はマイクロプロセッサ１５に入力される。

このような構成において、被測定物１０の抵抗を計測するときは、スイッチＳＷ３をオン、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５をオフにする。定電流源１２の出力電流Ｉｓは端子ＨＦから被測定物１０を流れ、端子ＬＦに流れる。被測定物１０両端の電圧は増幅器１３で増幅され、ＡＤ変換器１４でデジタル値に変換されてマイクロプロセッサ１５に入力される。マイクロプロセッサ１５は、この電圧と電流Ｉｓの値から被測定物１０の抵抗値を演算する。

接続をチェックするときは、Ｈ側とＬ側を順番にチェックする。Ｈ側をチェックするときは、スイッチＳＷ１とＳＷ５をオン、ＳＷ２〜ＳＷ４をオフにする。定電流源１１の出力電流Ｉｃは、経路Ｌ５に示すように端子ＨＬ→第１の導線Ｌ１→第２の導線Ｌ２→端子ＨＳに流れ、増幅器１６にはＩｃ×（Ｒ１＋Ｒ２）の電圧が入力される。この電圧は増幅器１６で増幅され、コンパレータ１７で閾値電圧１８と比較される。Ｌ側を測定するときは、スイッチＳＷ２、ＳＷ４をオン、ＳＷ１、ＳＷ３、ＳＷ５をオフにする。定電流源１１の出力電流Ｉｃは端子ＬＳ→第３の導線Ｌ３→第４の導線Ｌ４→端子ＬＦ間を流れ、Ｉｃ×（Ｒ３＋Ｒ４）を増幅した電圧と閾値電圧１８がコンパレータ１７で比較される。

抵抗（Ｒ１＋Ｒ２）または（Ｒ３＋Ｒ４）が大きくなると、コンパレータ１７に入力される電圧も大きくなり、ある値（＝Ｒｃ）でコンパレータ１７の出力が反転する。マイクロプロセッサ１５は、この反転によって接続不良を知ることができる。

特許文献１には、同様に接続をチェックできる計測装置が記載されている。この計測装置を図４を用いて説明する。なお、図３と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。

図４において、２０は２００ｍＡと０．５ｍＡの電流を切り替えて出力することができる定電流源である。また、定電流源１１の出力電流は５０ｍＡであるとする。被測定物１０の抵抗値を計測するときは、定電流源２０の出力電流を２００ｍＡに設定し、スイッチＳＷ１とＳＷ２をオフにする。被測定物１０には定電流源２０の出力電流が流れ、その両端の電圧は増幅器１３で増幅され、デジタル値に変換される。

接続チェックを行うときは、定電流源２０の出力電流を０．５ｍＡに設定する。Ｈ側の接続をチェックするときは、スイッチＳＷ１をオン、ＳＷ２をオフにする。定電流源１１の出力電流は第１の導線Ｌ１、第２の導線Ｌ２を流れ、このときの電圧降下はコンパレータ１７で比較されて、接続がチェックされる。このチェック結果はマイクロプロセッサ１５に入力され、信号出力２１として外部に送信され、またディスプレイ２２に表示される。

Ｌ側の接続をチェックするときは、スイッチＳＷ１をオフ、ＳＷ２をオンにする。定電流源１１の出力電流は第３の導線Ｌ３、第４の導線Ｌ４を流れ、このときの電圧降下はコンパレータ１７で比較されて、接続がチェックされる。なお、Ｒ１、Ｒ４には定電流源２０の出力電流が流れるのでこの分が誤差になるが、接続チェックのためには高精度の測定は必要がないので、定電流源２０の出力電流を定電流源１１のそれに比べて小さな値にすることにより、実用上問題になることはない。
特開２０００−１１１５９３号公報

しかし、このような計測装置には次のような課題があった。図３の計測装置は接続チェック時に定電流源１２を切り離さなければならず、そのためのスイッチが必要になり、構成が複雑になるという課題があった。また、図４の計測装置では、定電流源２０として出力電流を切り替えることができる定電流源が必要であり、やはり構成が複雑になるという課題があった。

また、いずれの計測装置も接続が良か不良かのどちらかの結果しか得られないために、どの程度接触抵抗が増大したかを知ることが出来ないという課題もあった。

従って本発明の目的は、構成が簡単でかつ接触抵抗の値をチェックすることが出来る計測装置を提供することにある。

このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
被測定物の一端に第１および第２の導線を接続し、前記被測定物の他端に第３および第４の導線を接続して、前記第１および第４の導線を用いて前記被測定物に所定の電流を供給し、前記第２および第３の導線を用いて前記被測定物両端の電圧を測定して、これら電圧および電流から前記被測定物の物理量を測定する計測装置において、
前記第１および第４の導線を用いて、前記被測定物に電流を供給する第１の電流源と、
前記第２および第３の導線を用いて、前記被測定物両端の電圧を測定する電圧測定部と、
第２の電流源と、
この第２の電流源の出力電流を、前記第１の導線と第２の導線に、または前記第３の導線と第４の導線に選択的に流すスイッチ手段と、
前記スイッチ手段を操作し、前記第２の電流源の出力電流を前記第１の導線と第２の導線に流したときと流さないときの前記第１の導線と第２の導線間の電圧差、および／または前記第２の電流源の出力電流を前記第３の導線と第４の導線に流したときと流さないときの前記第３の導線と第４の導線間の電圧差から、前記第１〜第４の導線の接続状態を評価する接続評価手段と、
を具備したものである。第１〜第４の導線の接続状態の程度を評価することができる。

請求項２記載の発明は、
被測定物の一端に第１および第２の導線を接続し、前記被測定物の他端に第３および第４の導線を接続して、前記第１および第４の導線を用いて前記被測定物に所定の電流を供給し、前記第２および第３の導線を用いて前記被測定物両端の電圧を測定して、これら電圧および電流から前記被測定物の物理量を測定する計測装置において、
前記第２および第３の導線を用いて前記被測定物両端の電圧を測定し、この電圧が所定の値になるように前記第１および第４の導線を用いて前記被測定物に電流を供給する電流供給手段と、
前記電流供給手段の出力電流を検出する電流検出手段と、
第２の電流源と、
この第２の電流源の出力電流を、前記第１の導線と第２の導線に、または前記第３の導線と第４の導線に選択的に流すスイッチ手段と、
前記スイッチ手段を操作し、前記第２の電流源の出力電流を前記第１の導線と第２の導線に流したときと流さないときの前記第１の導線と第２の導線間の電圧差、および／または前記第２の電流源の出力電流を前記第３の導線と第４の導線に流したときと流さないときの前記第３の導線と第４の導線間の電圧差から、前記第１〜第４の導線の接続状態を評価する接続評価手段と、
を具備したものである。第１〜第４の導線の接続状態の程度を評価することができる。

本発明によれば次のような効果がある。
請求項１および２の発明によれば、被測定物の両端に各２本の導線を接続し、２本の導線で被測定物に電流を供給し、２本の導線で被測定物両端の電圧を測定することにより、この被測定物の物理量を測定する計測装置であって、前記被測定物の同じ側に接続されている導線間にチェック電流を流して、このチェック電流を流したときと流さないときの導線間の電圧差に基づいてこの導線の接続状態を評価するようにした。

被測定物の物理量を測定する電流を流したままで、導線の接続状態を評価することができるという効果がある。そのため、測定電流源を切り離すスイッチあるいは測定電流源の出力電流値を切り替える手段が不要になり。構成を簡単にすることができる。

また、チェック電流を流したときと流さないときの電圧差で評価するので、接触抵抗の値を知ることができる。そのため、接触抵抗のトレンドを測定することによりプローブの劣化の状態を把握することができ、交換の時期を知ることができるので、自動検査ラインで用いる測定器に用いて特に効果が大きい。

以下本発明を図面を用いて詳細に説明する。図１は本発明に係る計測装置の一実施例を示す構成図である。なお、図３と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図１において、３０はスイッチであり、増幅器１３の出力をＡＤ変換器１４に入力し、また切り離す。３１は増幅器であり、端子ＨＦとＨＳ間、またはＬＳとＬＦ間の電圧が入力される。これら端子間の電圧は、スイッチＳＷ４、ＳＷ５によって切り替えられる。３２はスイッチであり、増幅器３１の出力をＡＤ変換器１４に入力し、また切り離す。スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５、３０、３２はマイクロプロセッサ１５でそのオンオフが制御される。

なお、定電流源１２は第１の電流源を、定電流源１１は第２の電流源に相当する。また、スイッチＳＷ１、ＳＷ２でスイッチ手段を、増幅器１３とＡＤ変換器１４で電圧測定部を、スイッチＳＷ４、ＳＷ５、増幅器３１、ＡＤ変換器１４、マイクロプロセッサ１５で接続評価手段を構成している。

次に、この実施例の動作を説明する。被測定物１０の抵抗を計測するときは、スイッチ３０をオン、ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５、３２をオフに設定する。定電流源１２の出力電流は、一点鎖線Ｌ６に示すように端子ＨＦから第１の導線Ｌ１を経由して被測定物１０に流れ、第４の導線Ｌ４、端子ＬＦを経由して共通電位点ＧＮＤｓに流れる。また、被測定物１０両端の電圧は増幅器１３で増幅され、ＡＤ変換器１４でデジタル値に変換されてマイクロプロセッサ１５に入力される。マイクロプロセッサ１５は、このデジタル値および定電流源１２の出力電流Ｉｓの値から被測定物１０の抵抗を算出する。

Ｈ側の接続をチェックするときは、スイッチＳＷ１、ＳＷ５、３２をオンに、ＳＷ２、ＳＷ４、３０をオフに設定する。定電流源１１の出力電流Ｉｃは、２点鎖線Ｌ７に示すように端子ＨＦ→第１の導線Ｌ１→第２の導線Ｌ２→端子ＨＳ→共通電位点ＧＮＤｃの経路を流れる。また、第１の導線Ｌ１には定電流源１２の出力電流Ｉｓも流れている。スイッチＳＷ５はオンなので、増幅器３１にはＩｃ×（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｉｓ×Ｒ１の電圧が入力される。この電圧は増幅器３１で増幅され、ＡＤ変換器１４でデジタル値に変換されてマイクロプロセッサ１５に入力される。

次に、スイッチＳＷ１をオフにする。定電流源１１の出力電流Ｉｃは第１、第２の導線Ｌ１、Ｌ２に流れないので、増幅器３１にはＩｓ×Ｒ１の電圧が入力される。この電圧も増幅器３１で増幅され、ＡＤ変換器１４でデジタル値に変換されてマイクロプロセッサ１５に入力される。マイクロプロセッサ１５は、これら２つのデジタル値から（Ｒ１＋Ｒ２）を算出して、接触抵抗の大きさ、すなわち接続の程度を評価する。

Ｌ側の接続をチェックするときは、スイッチＳＷ２、ＳＷ４、３２をオンに、ＳＷ１、ＳＷ５、３０をオフに設定する。定電流源１１の出力電流は端子ＬＳ→第３の導線→第４の導線Ｌ４→端子ＬＦ→共通電位点ＧＮＤｃの経路を流れる。また、第４の導線Ｌ４には定電流源１２の出力電流Ｉｓも流れている。スイッチＳＷ４はオンなので、増幅器３１にはＩｃ×（Ｒ３＋Ｒ４）＋Ｉｓ×Ｒ４の電圧が入力される。この電圧は増幅器３１で増幅され、ＡＤ変換器１４でデジタル値に変換されてマイクロプロセッサ１５に入力される。

次に、スイッチＳＷ２をオフにする。定電流源１１の出力電流Ｉｃは第３、第４の導線Ｌ３、Ｌ４に流れないので、増幅器３１にはＩｓ×Ｒ４の電圧が入力される。この電圧も増幅器３１で増幅され、ＡＤ変換器１４でデジタル値に変換されてマイクロプロセッサ１５に入力される。マイクロプロセッサ１５は、これら２つのデジタル値から（Ｒ３＋Ｒ４）を算出して、接触抵抗の大きさ、すなわち接続の程度を評価する。

なお、定電流源１２の出力電流Ｉｓが定電流源１１の出力電流Ｉｃよりもかなり大きいと、Ｉｃ×（Ｒ１＋Ｒ２）（またはＩｃ×（Ｒ３＋Ｒ４））の大きさがＩｓ×Ｒ１（またはＩｓ×Ｒ４）に比べて小さくなりすぎ、接触抵抗計測精度が低下する。しかし、もともと接触抵抗の計測精度はそれほど高くなくてもよいので、問題なることは少ない。Ｉｓ＜１００×Ｉｃの範囲では、実用上問題になることはない。

図２に本発明の他の実施例を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図２において、４６は基準電源であり、基準電圧Ｅｓを出力する。４５は増幅器であり、端子ＨＳとＬＳ間の電圧が入力され、この電圧を増幅して出力する。４４は減算器であり、基準電圧Ｅｓと増幅器４５の差電圧を出力する。４３は増幅器であり、減算器４４の出力が入力される。４０は抵抗値Ｒｓを有する抵抗であり、増幅器４３の出力端子と端子ＨＦ間に挿入される。４１は増幅器であり、抵抗４０両端の電圧が入力される。４２はスイッチであり、増幅器４１の出力をＡＤ変換器１４に入力し、また切り離す。スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５、３２、４２はマイクロプロセッサ１５でそのオンオフが制御される。

なお、増幅器４３、４５、減算器４４、基準電源４６で電流供給手段を、抵抗４０と増幅器４１で電流検出手段を、スイッチＳＷ１、ＳＷ２でスイッチ手段を、スイッチＳＷ４、ＳＷ５、増幅器３１、ＡＤ変換器１４、マイクロプロセッサ１５で接続評価手段を構成している。また、定電流源１１は第２の電流源に相当する。

次に、この実施例の動作を説明する。被測定物１０の抵抗を計測するときは、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５、３２をオフに、スイッチ４２をオンに設定する。増幅器４３はその入力がゼロになるように、その出力を制御する。増幅器４３の入力は減算器４４の出力なので、被測定物１０両端の電圧は基準電圧Ｅｓになる。被測定物１０に流れる電流（＝Ｉｏ）は抵抗４０間に電位差を発生させ、この電位差は増幅器４１で増幅され、ＡＤ変換器１４でデジタル値に変換されてマイクロプロセッサ１５に入力される。マイクロプロセッサ１５はこのデジタル値から被測定物１０に流れる電流Ｉｏを演算し、この電流値と被測定物１０両端の電圧（＝Ｅｓ）から、被測定物１０の抵抗を算出する。

Ｈ側の接続をチェックするときは、スイッチＳＷ１、ＳＷ５、３２をオンに、スイッチＳＷ２、ＳＷ４、４２をオフに設定する。定電流源１１の出力電流Ｉｃは端子ＨＦ→第１の導線Ｌ１→第２の導線Ｌ２→端子ＨＳに流れる。第１の導線Ｌ１には電流Ｉｏも流れているので、これらの端子間の電圧はＩｃ×（Ｒ１＋Ｒ２）＋Ｉｏ×Ｒ１になる。この電圧は増幅器３１で増幅され、ＡＤ変換器１４でデジタル値に変換されてマイクロプロセッサ１５に入力される。次に、スイッチＳＷ１をオフにする。増幅器３１の入力電圧はＩｏ×Ｒ１になり、この電圧は同様の手順でマイクロプロセッサ１５に入力される。マイクロプロセッサ１５はこれらの値から（Ｒ１＋Ｒ２）を算出し、接触抵抗すなわち接続の程度を評価する。

Ｌ側の接続をチェックするときは、スイッチＳＷ２、ＳＷ４、３２をオンに、スイッチＳＷ１、ＳＷ５、４２をオフに設定する。定電流源１１の出力電流Ｉｃは端子ＬＳ→第３
の導線Ｌ３→第４の導線Ｌ４→端子ＬＦに流れる。第４の導線Ｌ４には電流Ｉｏも流れているので、これらの端子間の電圧はＩｃ×（Ｒ３＋Ｒ４）＋Ｉｏ×Ｒ４になる。次に、スイッチＳＷ２をオフにする。増幅器３１の入力電圧はＩｏ×Ｒ４になる。マイクロプロセッサ１５はこれらの電圧から（Ｒ３＋Ｒ４）を算出し、接触抵抗すなわち接続の程度を評価する。

なお、この実施例ではスイッチＳＷ１またはＳＷ２をオンにして定電流源１１の出力電流Ｉｃを流したときに端子ＨＳまたはＬＳにこの電流が流れるので、接続のチェック時にスイッチＳＷ１またはＳＷ２をオンにしたときとオフにしたときとでは、Ｉｏの値が若干異なる。しかし、前述したように、接続のチェックは高精度な計測は必要ないので、大きな問題にはならない。この実施例は、端子ＨＳやＬＳと被測定物１０の接続が断線したときに、被測定物１０に異常な電圧が連続して印可されることがなくなるという利点がある。

なお、増幅器４３を差動入力の増幅器にし、この差動増幅器に増幅器４５の出力と基準電圧Ｅｓを入力することにより、減算器４４を省くことができる。また、図１実施例および図２実施例共に、接触抵抗の計測では精度や分解能はそれほど高くなくてもよいので、ＡＤ変換器１４として積分型のアナログデジタル変換器を用い、被測定物１０の抵抗値計測のときは積分時間を長くして高精度計測を行い、接続チェックのときは積分時間を短くすることにより、計測時間を短縮することができる。さらに、これらの実施例では被測定物１０の物理量測定と接続チェックでＡＤ変換器を共用したが、別々のＡＤ変換器を用いてもよい。

本発明の一実施例を示す構成図である。 本発明の他の実施例を示す構成図である。 従来の計測装置の構成図である。 従来の計測装置の構成図である。

符号の説明

１０ 被測定物
１１、１２ 定電流源
１３、３１、４１、４３、４５ 増幅器
１４ ＡＤ変換器
１５ マイクロプロセッサ
３０、３２、４２ ＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４、ＳＷ５ スイッチ
４０ 抵抗
４４ 減算器
４６ 基準電源
ＨＦ、ＨＳ、ＬＳ、ＬＦ 端子
Ｌ１〜Ｌ４ 第１〜第４の導線
Ｒ１〜Ｒ４ 接触抵抗＋配線抵抗

Claims (2)

1. 被測定物の一端に第１および第２の導線を接続し、前記被測定物の他端に第３および第４の導線を接続して、前記第１および第４の導線を用いて前記被測定物に所定の電流を供給し、前記第２および第３の導線を用いて前記被測定物両端の電圧を測定して、これら電圧および電流から前記被測定物の物理量を測定する計測装置において、
   前記第１および第４の導線を用いて、前記被測定物に電流を供給する第１の電流源と、
   前記第２および第３の導線を用いて、前記被測定物両端の電圧を測定する電圧測定部と、
   第２の電流源と、
   この第２の電流源の出力電流を、前記第１の導線と第２の導線に、または前記第３の導線と第４の導線に選択的に流すスイッチ手段と、
   前記スイッチ手段を操作し、前記第２の電流源の出力電流を前記第１の導線と第２の導線に流したときと流さないときの前記第１の導線と第２の導線間の電圧差、および／または前記第２の電流源の出力電流を前記第３の導線と第４の導線に流したときと流さないときの前記第３の導線と第４の導線間の電圧差から、前記第１〜第４の導線の接続状態を評価する接続評価手段と、
   を具備したことを特徴とする計測装置。
2. 被測定物の一端に第１および第２の導線を接続し、前記被測定物の他端に第３および第４の導線を接続して、前記第１および第４の導線を用いて前記被測定物に所定の電流を供給し、前記第２および第３の導線を用いて前記被測定物両端の電圧を測定して、これら電圧および電流から前記被測定物の物理量を測定する計測装置において、
   前記第２および第３の導線を用いて前記被測定物両端の電圧を測定し、この電圧が所定の値になるように前記第１および第４の導線を用いて前記被測定物に電流を供給する電流供給手段と、
   前記電流供給手段の出力電流を検出する電流検出手段と、
   第２の電流源と、
   この第２の電流源の出力電流を、前記第１の導線と第２の導線に、または前記第３の導線と第４の導線に選択的に流すスイッチ手段と、
   前記スイッチ手段を操作し、前記第２の電流源の出力電流を前記第１の導線と第２の導線に流したときと流さないときの前記第１の導線と第２の導線間の電圧差、および／または前記第２の電流源の出力電流を前記第３の導線と第４の導線に流したときと流さないときの前記第３の導線と第４の導線間の電圧差から、前記第１〜第４の導線の接続状態を評価する接続評価手段と、
   を具備したことを特徴とする計測装置。
   

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