JP2008298459A - Device for measuring impedance - Google Patents

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JP2008298459A JP2007141957A JP2007141957A JP2008298459A JP 2008298459 A JP2008298459 A JP 2008298459A JP 2007141957 A JP2007141957 A JP 2007141957A JP 2007141957 A JP2007141957 A JP 2007141957A JP 2008298459 A JP2008298459 A JP 2008298459A
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Takahiro Tsuchiyama
山 卓 宏 土
Takuya Tadokoro
所 拓 也 田
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Japan Electric Meters Inspection Corp JEMIC
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Japan Electric Meters Inspection Corp JEMIC
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device for measuring impedance capable of measuring an impedance with high accuracy, using a comparatively simple measurement. <P>SOLUTION: The device for measuring impedance of an impedance element to be measured by comparing it with a standard impedance element is provided with a measuring energization circuit having the impedance element Zx to be measured, the standard impedance element Zs and a power source PS connected in parallel, for making a current flow into both impedance elements; a signal-forming circuit for detecting a current to be measured flowing in the impedance element to be measured and a standard current flowing in the standard impedance element, and forming a signal to be measured and a standard signal; a deviation detection circuit for taking the difference between the current to be measured and the standard current, and forming a deviation signal; and a processing circuit DP for calculating the impedance of the impedance element to be measured, based on the standard signal and the deviation signal and an impedance measuring device where the current is converted into a voltage is also provided. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、既知のインピーダンス素子を用いて未知の被測定インピーダンス素子のインピーダンスを測定する装置に関する。   The present invention relates to an apparatus for measuring the impedance of an unknown impedance element to be measured using a known impedance element.

既知のインピーダンス素子を用いて未知のインピーダンス素子のインピーダンスを測定する一つの方法として、ブリッジ回路がよく知られている(図6参照)。   A bridge circuit is well known as one method for measuring the impedance of an unknown impedance element using a known impedance element (see FIG. 6).

これは、既知のインピーダンス素子Z1,Z2,Z3および未知のインピーダンス素子Zxにより構成したブリッジ回路の一方のスパンに電源PSを接続し、ブリッジ回路の他方のスパンに零検出器Dを接続するものである。そして、零検出器Dが零もしくは零近くを指すようにインピーダンス素子Z1,Z2,Z3の値を調節したときの既知のインピーダンス素子Z1,Z2,Z3の値から、未知のインピーダンス素子Zxの値を算出するものである。   This is to connect the power source PS to one span of the bridge circuit constituted by the known impedance elements Z1, Z2, Z3 and the unknown impedance element Zx, and connect the zero detector D to the other span of the bridge circuit. is there. Then, the value of the unknown impedance element Zx is calculated from the values of the known impedance elements Z1, Z2, and Z3 when the values of the impedance elements Z1, Z2, and Z3 are adjusted so that the zero detector D indicates zero or near zero. Is to be calculated.

しかしながら、この方法では、基準となるインピーダンスZ1,Z2,Z3を実数および虚数のベクトル平面上で調整する必要があるため、測定作業が煩雑である。   However, in this method, since the reference impedances Z1, Z2, and Z3 need to be adjusted on the real and imaginary vector planes, the measurement work is complicated.

もう一つより簡便にインピーダンスを測定する方法として、図7に示すものがある。これは、被測定インピーダンスに流れる電流と誘起された電圧との比から被測定インピーダンスを求めるものである。そのために、電源PSに被測定インピーダンスZxおよび既知の抵抗Rを直接接続し、それぞれの両端間電圧を信号調節器(シグナル・コンディショナ)C1,C2を介してベクトル比測定装置VRMに与えることにより測定を行う(特許文献1参照)。   FIG. 7 shows another method for measuring impedance more simply. This is to obtain the impedance to be measured from the ratio of the current flowing through the impedance to be measured and the induced voltage. For this purpose, the impedance to be measured Zx and the known resistance R are directly connected to the power source PS, and the voltages across the respective terminals are supplied to the vector ratio measuring device VRM via the signal conditioners (signal conditioners) C1 and C2. Measurement is performed (see Patent Document 1).

しかしながら、この方法は、標準インピーダンスとの比較ではないため、回路のほぼ全ての要素の安定度が測定精度に直接影響を与える。
特開2002−139528号公報
However, since this method is not a comparison with standard impedance, the stability of almost all elements of the circuit directly affects the measurement accuracy.
JP 2002-139528 A

上述のように、従来のインピーダンス測定方法は、ブリッジ回路による方法にしても、ベクトル比測定による方法にしても、測定作業が煩雑であったり測定精度が低かったりするという問題点がある。   As described above, the conventional impedance measurement method has a problem that the measurement work is complicated and the measurement accuracy is low, regardless of whether it is a method using a bridge circuit or a method using a vector ratio measurement.

本発明は上述の点を考慮してなされたもので、比較的簡便な測定で高精度にインピーダンスを測定し得るインピーダンス測定装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in consideration of the above-described points, and an object thereof is to provide an impedance measuring apparatus capable of measuring impedance with high accuracy by relatively simple measurement.

上記目的達成のため、本願では、下記の第1および第2の発明を提供する。   To achieve the above object, the present application provides the following first and second inventions.

第1の発明は、
標準インピーダンス素子と比較して被測定インピーダンス素子のインピーダンスを測定する装置において、
電源に対し並列接続された被測定インピーダンス素子および標準インピーダンス素子を有し、前記両インピーダンス素子それぞれに電流を流す測定用通電回路と、
前記被測定インピーダンス素子に流れる被測定電流および前記標準インピーダンス素子に流れる標準電流を検出し、被測定信号および標準信号を形成する信号形成回路と、
前記被測定電流と前記標準電流との差を取り出し、偏差信号を形成する偏差検出回路と、
前記標準信号および偏差信号に基き、前記被測定インピーダンス素子のインピーダンスを算出する処理回路と
をそなえたことを特徴とするインピーダンス測定装置、
である。
The first invention is
In an apparatus for measuring the impedance of a measured impedance element compared to a standard impedance element,
A current carrying circuit for measurement having a measured impedance element and a standard impedance element connected in parallel to a power supply, and for passing a current through each of the impedance elements;
A signal forming circuit for detecting a measured current flowing in the measured impedance element and a standard current flowing in the standard impedance element, and forming a measured signal and a standard signal;
A deviation detection circuit that extracts a difference between the current to be measured and the standard current and forms a deviation signal;
An impedance measuring device comprising: a processing circuit that calculates an impedance of the impedance element to be measured based on the standard signal and the deviation signal;
It is.

また、第2の発明は、
標準インピーダンス素子と比較して被測定インピーダンス素子のインピーダンスを測定する装置において、
電源に対し直列接続された被測定インピーダンス素子および標準インピーダンス素子を有し、前記両インピーダンス素子それぞれに電流を流す測定用通電回路と、
前記被測定インピーダンス素子に生じる被測定電圧および前記標準インピーダンス素子に生じる標準電圧を検出し、被測定信号および標準信号を形成する電圧形成回路と、
前記被測定電圧と前記標準電圧との差を取り出し、偏差信号を形成する偏差検出回路と、
前記標準信号および偏差信号に基き、前記被測定インピーダンス素子のインピーダンスを算出する処理回路とを
そなえたことを特徴とするインピーダンス測定装置、
である。
In addition, the second invention,
In an apparatus for measuring the impedance of a measured impedance element compared to a standard impedance element,
A current carrying circuit for measurement having a measured impedance element and a standard impedance element connected in series to a power supply, and for passing a current through each of the impedance elements;
A voltage forming circuit for detecting a voltage to be measured generated in the impedance element to be measured and a standard voltage generated in the standard impedance element and forming a signal to be measured and a standard signal;
A deviation detection circuit that extracts a difference between the measured voltage and the standard voltage and forms a deviation signal;
An impedance measuring device comprising: a processing circuit that calculates an impedance of the measured impedance element based on the standard signal and the deviation signal;
It is.

本発明は上述のように構成したため、次のような効果を奏する。   Since this invention was comprised as mentioned above, there exist the following effects.

第1の発明によれば、被測定インピーダンスを標準インピーダンスと比較するため標準インピーダンスの調整は行わないので、高精度な測定結果が得られるにも拘わらず比較的簡便に測定を行うことができる。   According to the first aspect of the invention, since the standard impedance is not adjusted in order to compare the impedance to be measured with the standard impedance, the measurement can be performed relatively easily despite obtaining a highly accurate measurement result.

第2の発明によれば、分圧比を被測定インピーダンスと標準インピーダンスとの比に概ね一致させればよいため、高精度な測定結果が得られるにも拘わらす簡便に測定を行うことができる。   According to the second aspect of the present invention, since the voltage division ratio has only to be substantially equal to the ratio between the impedance to be measured and the standard impedance, it is possible to easily perform measurement even though a highly accurate measurement result is obtained.

以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.

図1は、本発明の第1の実施例の構成を示すブロック線図である。この図1に示すように、電源PSに対して既知の標準インピーダンスZsおよび被測定インピーダンスZxを並列に接続し、これら標準インピーダンスZsの通電電流を電流電圧変換器E1により電圧信号に変換して信号処理部DPに与え、一方、電流比較器CCで取り出した標準インピーダンスZsおよび被測定インピーダンスZxに流れる両電流の偏差電流Idを、電流電圧変換器E2により電圧変換して信号処理部DPに与える。   FIG. 1 is a block diagram showing the configuration of the first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a known standard impedance Zs and a measured impedance Zx are connected in parallel to a power source PS, and an energization current of these standard impedances Zs is converted into a voltage signal by a current-voltage converter E1 to generate a signal. On the other hand, the deviation current Id of both currents flowing through the standard impedance Zs and the impedance to be measured Zx taken out by the current comparator CC is converted into a voltage by the current-voltage converter E2 and supplied to the signal processing unit DP.

図2は、図1に示した構成をより詳細に示した回路図である。また、電流電圧変換器E1は、変流器CT1と帰還抵抗R1を有する演算増幅器OP1とにより構成されて基準電圧Vsを形成し、もう一つの電流電圧変換器E2は、電流比較器CCと帰還抵抗R2を有する演算増幅器OP2とにより構成されて偏差電圧ΔVを形成する。基準電圧Vsおよび偏差電圧ΔVは、A/D変換器を有するディジタル演算部DPに与えられる。   FIG. 2 is a circuit diagram showing the configuration shown in FIG. 1 in more detail. The current-voltage converter E1 includes a current transformer CT1 and an operational amplifier OP1 having a feedback resistor R1 to form a reference voltage Vs, and the other current-voltage converter E2 is fed back to the current comparator CC. The deviation voltage ΔV is formed by an operational amplifier OP2 having a resistor R2. The reference voltage Vs and the deviation voltage ΔV are given to a digital calculation unit DP having an A / D converter.

図3は、ディジタル演算部DPの内部構成を示したものである。2つのAD変換器ADC1,ADC2に与えられた入力Vs,ΔVsは、それぞれディジタル変換された後、Vsは90°移相メモリMによりjVsに変換され、3つのディジタル信号Vs,jVs,ΔVsが形成される。これら3つのディジタル信号は、乗算器MP1,MP2,MP3に与えられ、下記式(2)に示す演算が行われてA,B,Cが得られる。   FIG. 3 shows the internal configuration of the digital operation unit DP. Inputs Vs and ΔVs given to the two AD converters ADC1 and ADC2 are respectively digitally converted, and then Vs is converted to jVs by the 90 ° phase shift memory M to form three digital signals Vs, jVs and ΔVs. Is done. These three digital signals are given to multipliers MP1, MP2, and MP3, and an operation shown in the following equation (2) is performed to obtain A, B, and C.

まず、巻数比がn11=n12=n21a=n21b=n22であり、抵抗がR1=R2=Rであって、変流器CT1およびCT2の誤差および入力インピーダンスが十分小さい場合、基準電圧Vsおよび偏差電圧ΔVは、次のように表わされる。   First, when the turns ratio is n11 = n12 = n21a = n21b = n22, the resistance is R1 = R2 = R, and the error and input impedance of the current transformers CT1 and CT2 are sufficiently small, the reference voltage Vs and the deviation voltage ΔV is expressed as follows.

下記式(1)では、標準インピーダンスZsをその逆数であるアドミッタンスYsで表わし、被測定インピーダンスZxをその逆数であるアドミッタンスYxで表わしている。

Figure 2008298459
In the following equation (1), the standard impedance Zs is represented by its reciprocal admittance Ys, and the measured impedance Zx is represented by its reciprocal admittance Yx.
Figure 2008298459

この基準電圧Vsおよび偏差電圧ΔVは、A/D変換器ADC1およびADC2でディジタル変換されて乗算器MP1,MP2,MP3および90°移相メモリMに与えられ、下記式(2)に示す演算、

Figure 2008298459
が行われる(ただし、[jVs]は、Vsをディジタル演算部DPで+90度移相したもの。)。 The reference voltage Vs and the deviation voltage ΔV are digitally converted by the A / D converters ADC1 and ADC2 and given to the multipliers MP1, MP2, MP3 and the 90 ° phase shift memory M, and an operation represented by the following equation (2):
Figure 2008298459
(However, [jVs] is obtained by shifting Vs by +90 degrees in the digital operation unit DP).

乗算器MP1,MP2,MP3での演算により得られたA,B,Cは、ディジタル演算部DPに与えられて下記式(3)による演算が行われ、比誤差εおよび位相角θが求められる。

Figure 2008298459
A, B, and C obtained by the operations in the multipliers MP1, MP2, and MP3 are given to the digital operation unit DP, and the operation according to the following equation (3) is performed to obtain the ratio error ε and the phase angle θ. .
Figure 2008298459

次に、図2(a),(b)に示した回路に、アドミッタンス素子Ys,Yxとしてキャパシタンス、抵抗およびインダクタンスを接続する場合を説明する。   Next, a case where capacitance, resistance, and inductance are connected as the admittance elements Ys and Yx to the circuit shown in FIGS. 2A and 2B will be described.

キャパシタンスの測定
キャパシタンスの場合、アドミッタンス素子Ysに標準コンデンサCs、Yxに被測定コンデンサCxを考えると、下記式(4)のように、

Figure 2008298459
と表わされる。ただし、Csは、標準コンデンサのキャパシタンス、CxおよびGxは、被測定コンデンサのキャパシタンスおよび等価並列コンダクタンス、である。 In the case of the measured capacitance, when considering the standard capacitor Cs as the admittance element Ys and the measured capacitor Cx as Yx, the following equation (4) is obtained.
Figure 2008298459
It is expressed as Where Cs is the capacitance of the standard capacitor, and Cx and Gx are the capacitance of the capacitor to be measured and the equivalent parallel conductance.

上記式(4)を上記式(1)に代入すると、

Figure 2008298459
となる。これを上記式(2)に代入すると、
Figure 2008298459
が得られる。これを上記式(3)に代入すると、
Figure 2008298459
となる。よって、未知のキャパシタンス値Cx、ならびに損失角Dxおよび損失角Dx=Gx/ωCxは、
Figure 2008298459
として求められる。 Substituting the above equation (4) into the above equation (1),
Figure 2008298459
It becomes. Substituting this into equation (2) above,
Figure 2008298459
Is obtained. Substituting this into equation (3) above,
Figure 2008298459
It becomes. Therefore, the unknown capacitance value Cx and the loss angle Dx and loss angle Dx = Gx / ωCx are
Figure 2008298459
As required.

抵抗の測定
抵抗の場合、Ysに標準抵抗器、Yxに被測定抵抗器を接続すると、

Figure 2008298459
と表わせる。ただし、Rsは、標準抵抗器の抵抗値、RxおよびCxは、被測定抵抗器の抵抗値および等価並列キャパシタンス、である。 In the case of resistance measurement resistance, connecting a standard resistor to Ys and a resistor to be measured to Yx,
Figure 2008298459
It can be expressed as Where Rs is the resistance value of the standard resistor, and Rx and Cx are the resistance value of the resistor under measurement and the equivalent parallel capacitance.

キャパシタンス測定の場合と同様に、上記式(6)を上記式(1)以下に代入して上述の手法により整理すると、未知の抵抗値Rxおよび位相角θx(=ωCxRx)は、

Figure 2008298459
として求められる。 As in the case of capacitance measurement, substituting the above equation (6) into the following equation (1) and rearranging by the above method, the unknown resistance value Rx and phase angle θx (= ωCxRx) are
Figure 2008298459
As required.

インダクタンスの測定
インダクタンスの場合、Ysに標準インダクタ、Yxに被測定インダクタを接続すると、

Figure 2008298459
と表わせる。ただし、Lsは、標準インダクタのインダクタンス値、LxおよびGxは、被測定インダクタのインダクタンス値および等価並列コンダクタンス値、である。 In the case of inductance measurement, connecting a standard inductor to Ys and an inductor to be measured to Yx,
Figure 2008298459
It can be expressed as Where Ls is the inductance value of the standard inductor, and Lx and Gx are the inductance value and equivalent parallel conductance value of the inductor to be measured.

上記式(3)を用いて、被測定インダクタLxおよびクォリティ・ファクタQx=1/ωLxGxは、

Figure 2008298459
として求められる。 Using the above equation (3), the measured inductor Lx and the quality factor Qx = 1 / ωLxGx are
Figure 2008298459
As required.

標準コンデンサによるインダクタンスの測定
一般に標準インダクタは、標準コンデンサに比べて確度が低い。そこで、標準コンデンサを用いてインダクタンス測定ができれば、より高精度のインダクタンス測定ができる。
Measurement of inductance with a standard capacitor Generally, a standard inductor is less accurate than a standard capacitor. Therefore, if inductance measurement can be performed using a standard capacitor, more accurate inductance measurement can be performed.

図4は、この標準コンデンサを用いたインダクタンス測定のための接続図であり、変流器CT2の2つの2次巻線の一方であるn12a巻線の極性を反転させた接続とする。この回路において、巻線比がn11=n12=n21a=n21b=n22であり、抵抗比がR1=R2=Rであって、変流器CT1およびCT2の誤差および入力インピーダンスが十分小さい場合、基準電圧Vsおよび差電圧ΔVは、下式(10) により、

Figure 2008298459
と表わされる。これらを、AD変換器A/Dおよびディジタル演算部DPに与えて、まず下式(11) に示す、
Figure 2008298459
の演算を行う(ただし、[jVs]は、Vsをディジタル演算部DPで+90°移相した値。)。これを基に、ディジタル演算部DPでは、下式(12)に示した演算、
Figure 2008298459
を行う。そして、図4において、Ysに標準コンデンサ、Yxに被測定インダクタを接続すると、
Figure 2008298459
と表わすことができる。ただし、Csは標準コンデンサのコンダクタンス、LxおよびGxは被測定インダクタのインダクタンス値および等価コンダクタンス値、である。この上記式(13)を用いて、インダクタンス値Lxおよびクォリティ・ファクタQx(=1/ωLxGx)は、下式(14)の通り、
Figure 2008298459
である。 FIG. 4 is a connection diagram for inductance measurement using this standard capacitor, and it is assumed that the polarity of the n12a winding which is one of the two secondary windings of the current transformer CT2 is reversed. In this circuit, when the winding ratio is n11 = n12 = n21a = n21b = n22, the resistance ratio is R1 = R2 = R, and the error and input impedance of the current transformers CT1 and CT2 are sufficiently small, the reference voltage Vs and the difference voltage ΔV are expressed by the following equation (10):
Figure 2008298459
It is expressed as These are given to the AD converter A / D and the digital operation unit DP, and first shown in the following equation (11):
Figure 2008298459
(Where [jVs] is a value obtained by shifting Vs by + 90 ° by the digital operation unit DP). On the basis of this, in the digital calculation unit DP, the calculation shown in the following formula (12),
Figure 2008298459
I do. In FIG. 4, when a standard capacitor is connected to Ys and a measured inductor is connected to Yx,
Figure 2008298459
Can be expressed as Where Cs is the conductance of the standard capacitor, and Lx and Gx are the inductance value and equivalent conductance value of the inductor to be measured. Using the above equation (13), the inductance value Lx and the quality factor Qx (= 1 / ωLxGx) are expressed by the following equation (14):
Figure 2008298459
It is.

この図2および図4を用いた説明では、巻線比がn11=n12=n21a=n21b=n22であり、抵抗比がR1=R2の場合につき説明したが、これらの値を適当に選択することにより、種々の値の標準インピーダンスおよび被測定インピーダンスに対応することができる。   In the description using FIG. 2 and FIG. 4, the winding ratio is n11 = n12 = n21a = n21b = n22 and the resistance ratio is R1 = R2. However, these values should be selected appropriately. Therefore, it is possible to deal with various values of standard impedance and measured impedance.

図5は、本発明の第2の実施例を示した回路図である。この実施例では、電圧比較によりインピーダンス測定を行うもので、電源PSに、誘導分圧器VDおよび標準インピーダンスZs、被測定インピーダンスZxの直列回路を接続するブリッジ回路として構成されている。   FIG. 5 is a circuit diagram showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, impedance measurement is performed by voltage comparison, and the power supply PS is configured as a bridge circuit that connects an inductive voltage divider VD, a standard impedance Zs, and a series circuit of measured impedance Zx.

そして、変圧器VTの出力Vs、および標準ピーダンスZsと被測定インピーダンスZxとの相互接続点の電圧ΔVをディジタル演算器DPに与え、ディジタル演算器DPにより電圧比較を行って被測定インピーダンスZxの測定を行う。   Then, the output Vs of the transformer VT and the voltage ΔV at the interconnection point between the standard impedance Zs and the measured impedance Zx are applied to the digital computing unit DP, and the voltage is compared by the digital computing unit DP to measure the measured impedance Zx. I do.

この場合、誘導分圧器VDの出力点の電位は接地電位に設定されており、また、分圧比n1/n2は、標準インピーダンスZsと被測定インピーダンスZxとの比に概ね一致するように設定される。   In this case, the potential at the output point of the induction voltage divider VD is set to the ground potential, and the voltage dividing ratio n1 / n2 is set so as to substantially match the ratio between the standard impedance Zs and the impedance to be measured Zx. .

この構成において、基準電圧Vsおよび差電圧ΔVは、下式(15)により、

Figure 2008298459
と表せる(ただし、N=1+n2/n1)。これらをAD変換器及びディジタル演算器DPに入力し、次の演算を行う。
Figure 2008298459
In this configuration, the reference voltage Vs and the difference voltage ΔV are expressed by the following equation (15):
Figure 2008298459
(Where N = 1 + n2 / n1). These are input to the AD converter and the digital arithmetic unit DP, and the next calculation is performed.
Figure 2008298459

ただし、[jVs]は、Vsをディジタル演算部DPで+90°移相したデータである。   However, [jVs] is data obtained by shifting Vs by + 90 ° in the digital operation unit DP.

これらを基に、次の演算を行う。そして、上記式(16)により求めたA,B,Cによりディジタル演算部DPが次の演算を行い、

Figure 2008298459
を求める。 Based on these, the following calculation is performed. Then, the digital operation unit DP performs the following operation using A, B, and C obtained by the above equation (16),
Figure 2008298459
Ask for.

ここで、

Figure 2008298459
と置くと、上記式(16)は、
Figure 2008298459
と表わせる。したがって、上記式(17)は、
Figure 2008298459
here,
Figure 2008298459
Then, the above equation (16) is
Figure 2008298459
It can be expressed as Therefore, the above equation (17) is
Figure 2008298459

上記式(15’),(16’),(17’)より

Figure 2008298459
である。各インピーダンスを、
Figure 2008298459
と置き、上記式(18)に代入すると、
Figure 2008298459
となる。この式(19)を実数部、虚数部ごとに纏めると、
実数部:
Figure 2008298459
虚数部:
Figure 2008298459
となる。ここで、上記式(20)をRxについて纏めると、
Figure 2008298459
となり、同様に上記式(21)をXxについて纏めると、
Figure 2008298459
となる。上記式(22),(23)より、
Figure 2008298459
が得られる。 From the above formulas (15 ′), (16 ′), (17 ′)
Figure 2008298459
It is. Each impedance
Figure 2008298459
And substituting it into equation (18) above,
Figure 2008298459
It becomes. When this equation (19) is summarized for each real part and imaginary part,
Real part:
Figure 2008298459
Imaginary part:
Figure 2008298459
It becomes. Here, when the above equation (20) is summarized for Rx,
Figure 2008298459
Similarly, when the above equation (21) is summarized for Xx,
Figure 2008298459
It becomes. From the above equations (22) and (23),
Figure 2008298459
Is obtained.

ここで、ΔVは、誘導分圧器VDの分圧比の設定値と、標準インピーダンスZsと被測定インピーダンスZxとの比との差による電圧である。誘導変圧器VDの比は標準インピーダンスZsと被測定インピーダンスZxとの比に概ね一致するように設定されているため、εおよびθは1/Nに比べて十分小さく、εおよびθの2乗以上の項は無視できる。   Here, ΔV is a voltage due to the difference between the set value of the voltage division ratio of the induction voltage divider VD and the ratio of the standard impedance Zs and the impedance to be measured Zx. Since the ratio of the induction transformer VD is set so as to substantially match the ratio of the standard impedance Zs and the impedance to be measured Zx, ε and θ are sufficiently smaller than 1 / N, and the squares of ε and θ are greater than or equal to This term can be ignored.

そこで、上記式(24)は、

Figure 2008298459
ただし、
Figure 2008298459
と表わせる。 Therefore, the above equation (24) is
Figure 2008298459
However,
Figure 2008298459
It can be expressed as

キャパシタンスの測定
上記図5において、Zsとして標準コンデンサ、Zxとして被測定コンデンサを接続すると、

Figure 2008298459
と表せる。ただし、CsおよびRsは、標準コンデンサのキャパシタンスおよび等価直列抵抗、CxおよびRxは、被測定コンデンサのキャパシタンスおよび等価直列抵抗、である。 Measurement of capacitance In FIG. 5, when a standard capacitor is connected as Zs and a measured capacitor is connected as Zx,
Figure 2008298459
It can be expressed. Where Cs and Rs are the capacitance and equivalent series resistance of the standard capacitor, and Cx and Rx are the capacitance and equivalent series resistance of the capacitor to be measured.

ここで、リアクタンスXs,Xxは、

Figure 2008298459
と表わせるので、上記式(25)に上記式(27)を代入して
Figure 2008298459
となる。したがって、
Figure 2008298459
Here, reactances Xs and Xx are
Figure 2008298459
Therefore, the above equation (27) is substituted into the above equation (25).
Figure 2008298459
It becomes. Therefore,
Figure 2008298459

ただし、Dsは標準コンデンサの損失角であり、とくにDsが十分小さい場合、Cxは次のように近似できる。

Figure 2008298459
であり、また、被測定コンデンサの損失角Dx=ωCxRxは、上記式(25)を用いて
Figure 2008298459
と求められる。とくにDsが十分小さい場合、Dxは次のように近似できる。
Figure 2008298459
However, Ds is the loss angle of the standard capacitor. In particular, when Ds is sufficiently small, Cx can be approximated as follows.
Figure 2008298459
In addition, the loss angle Dx = ωCxRx of the capacitor to be measured is expressed by the above equation (25).
Figure 2008298459
Is required. In particular, when Ds is sufficiently small, Dx can be approximated as follows.
Figure 2008298459

抵抗の測定
また、図5において、Zsに標準コンデンサ、Zxに被測定コンデンサを接続すると、

Figure 2008298459
と表せる。ただし、RsおよびCsは、標準抵抗器の抵抗値および等価直列インダクタンス、RxおよびLxは、被測定抵抗器の抵抗値および等価直列インダクタンス、である。 In FIG. 5, when a standard capacitor is connected to Zs and a capacitor to be measured is connected to Zx,
Figure 2008298459
It can be expressed. Where Rs and Cs are the resistance value and equivalent series inductance of the standard resistor, and Rx and Lx are the resistance value and equivalent series inductance of the resistor under measurement.

ここで、リアクタンスXs,Xxは、

Figure 2008298459
と表わされるので、上記式(25)に上記式(34)を代入して
Figure 2008298459
となる。ただし、φsは、標準抵抗器の位相角であり、とくにφsが十分小さい場合、Rxは次のように近似できる。
Figure 2008298459
Here, reactances Xs and Xx are
Figure 2008298459
Therefore, substituting the above equation (34) into the above equation (25)
Figure 2008298459
It becomes. However, φs is the phase angle of the standard resistor, and particularly when φs is sufficiently small, Rx can be approximated as follows.
Figure 2008298459

また、被測定抵抗器の位相角φx=ωLx/Rxは上記式(25)を用いて

Figure 2008298459
と求められる。とくに、φsが十分小さい場合、φxは次のように近似できる。
Figure 2008298459
Further, the phase angle φx = ωLx / Rx of the resistor to be measured is calculated using the above equation (25).
Figure 2008298459
Is required. In particular, when φs is sufficiently small, φx can be approximated as follows.
Figure 2008298459

インダクタンスの測定
上記図5において、Zsに標準インダクタンス、Zxに被測定インダクタンスを接続すると、

Figure 2008298459
と表せる。ただし、RsおよびLsは、標準抵抗器の抵抗値および等価直列インダクタンス、RxおよびLxは被測定抵抗器の抵抗値および等価直列インダクタンス、である。 Inductance Measurement In FIG. 5, when the standard inductance is connected to Zs and the inductance to be measured is connected to Zx,
Figure 2008298459
It can be expressed. Where Rs and Ls are the resistance value and equivalent series inductance of the standard resistor, and Rx and Lx are the resistance value and equivalent series inductance of the resistor under measurement.

ここで、リアクタンスXs,Xxは、

Figure 2008298459
と表わされるので、上記式(25)に上記式(40)を代入して
Figure 2008298459
となる。したがって、
Figure 2008298459
Here, reactances Xs and Xx are
Figure 2008298459
Therefore, substituting the above equation (40) into the above equation (25)
Figure 2008298459
It becomes. Therefore,
Figure 2008298459

ただし、Qsは標準インダクタのクォリティ・ファクタであり、とくにQsが十分大きい場合、Lxは次のように近似できる。

Figure 2008298459
However, Qs is a quality factor of the standard inductor, and particularly when Qs is sufficiently large, Lx can be approximated as follows.
Figure 2008298459

また、クォリティ・ファクタQx=ωLxRxは、上記式(25)を用いて

Figure 2008298459
として求められる。とくにQsが十分小さい場合、Qxは次のように近似できる。
Figure 2008298459
Further, the quality factor Qx = ωLxRx is calculated using the above equation (25).
Figure 2008298459
As required. In particular, when Qs is sufficiently small, Qx can be approximated as follows.
Figure 2008298459

電流比較型として構成した本発明の一実施例の構成を示すブロック線図。The block diagram which shows the structure of one Example of this invention comprised as a current comparison type | mold. 図2は、図1に示した実施例の回路構成を示す全体回路図。FIG. 2 is an overall circuit diagram showing a circuit configuration of the embodiment shown in FIG. 図2の回路に用いられたディジタル演算部DPの内部構成を示す回路図。FIG. 3 is a circuit diagram showing an internal configuration of a digital arithmetic unit DP used in the circuit of FIG. 図2に示した回路を、標準コンデンサを用いてインダクタンスを測定する構成とした回路図。FIG. 3 is a circuit diagram in which the circuit shown in FIG. 2 is configured to measure inductance using a standard capacitor. 電圧比較型として構成した本発明の一実施例の構成を示す回路図。The circuit diagram which shows the structure of one Example of this invention comprised as a voltage comparison type. 従来のブリッジ回路として構成されたインピーダンス測定回路を示す回路図。The circuit diagram which shows the impedance measurement circuit comprised as a conventional bridge circuit. 従来の電圧電流比によるインピーダンス測定回路を示す回路図。The circuit diagram which shows the impedance measurement circuit by the conventional voltage-current ratio.

符号の説明Explanation of symbols

PS 電源
Zs 標準インピーダンス
Zx 比測定インピーダンス
Y アドミッタンス
E 電流電圧変換器
DP ディジタル演算部
M 90°移相メモリ
MP 乗算器
ADC AD変換器
CT 変流器
VT 変圧器
VD 誘導分圧器
C 信号調節器
VRM ベクトル比測定装置
PS power supply Zs standard impedance Zx ratio measurement impedance Y admittance E current voltage converter DP digital operation part M 90 ° phase shift memory MP multiplier ADC AD converter CT current transformer VT transformer VD induction voltage divider C signal regulator VRM vector Ratio measuring device

Claims (3)

標準インピーダンス素子と比較して被測定インピーダンス素子のインピーダンスを測定する装置において、
電源に対し並列接続された被測定インピーダンス素子および標準インピーダンス素子を有し、前記両インピーダンス素子それぞれに電流を流す測定用通電回路と、
前記被測定インピーダンス素子に流れる被測定電流および前記標準インピーダンス素子に流れる標準電流を検出し、被測定信号および標準信号を形成する信号形成回路と、
前記被測定電流と前記標準電流との差を取り出し、偏差信号を形成する偏差検出回路と、
前記標準信号および偏差信号に基き、前記被測定インピーダンス素子のインピーダンスを算出する処理回路と
をそなえたことを特徴とするインピーダンス測定装置。
In an apparatus for measuring the impedance of a measured impedance element compared to a standard impedance element,
A current carrying circuit for measurement having a measured impedance element and a standard impedance element connected in parallel to a power supply, and for passing a current through each of the impedance elements;
A signal forming circuit for detecting a measured current flowing in the measured impedance element and a standard current flowing in the standard impedance element, and forming a measured signal and a standard signal;
A deviation detection circuit that extracts a difference between the current to be measured and the standard current and forms a deviation signal;
An impedance measuring device comprising: a processing circuit that calculates an impedance of the impedance element to be measured based on the standard signal and the deviation signal.
請求項1記載のインピーダンス測定装置において、
前記偏差検出回路は、前記被測定電流を流す第1の巻線、前記標準電流を流す第2の巻線、および前記第1および第2の巻線と電磁結合して前記偏差信号を取り出す第3の巻線を有する変流器として構成されたことを特徴とするインピーダンス測定装置。
The impedance measuring device according to claim 1,
The deviation detection circuit extracts the deviation signal by electromagnetically coupling with a first winding for passing the current to be measured, a second winding for passing the standard current, and the first and second windings. An impedance measuring device configured as a current transformer having three windings.
標準インピーダンス素子と比較して被測定インピーダンス素子のインピーダンスを測定する装置において、
電源に対し直列接続された被測定インピーダンス素子および標準インピーダンス素子を有し、前記両インピーダンス素子それぞれに電流を流す測定用通電回路と、
前記電源に接続された誘導分圧器を有し、前記電源の両端間の任意の電位を形成する電位調整回路と、
1次巻線が前記電源に接続され、2次巻線が前記電位調整回路に接続された絶縁変圧器を有し、前記電位調整回路により電位調整された標準信号を形成する標準信号回路と、
前記電源に接続され、前記両インピーダンス素子の相互接続点に偏差信号を形成する偏差信号回路と、
前記標準信号および前記偏差信号が与えられ、前記被測定インピーダンス素子のインピーダンスを算出する処理回路とを
そなえたことを特徴とするインピーダンス測定装置。
In an apparatus for measuring the impedance of a measured impedance element compared to a standard impedance element,
A current carrying circuit for measurement having a measured impedance element and a standard impedance element connected in series to a power supply, and for passing a current through each of the impedance elements;
A potential adjusting circuit having an inductive voltage divider connected to the power source and forming an arbitrary potential between both ends of the power source;
A standard signal circuit having an isolation transformer having a primary winding connected to the power supply and a secondary winding connected to the potential adjustment circuit, and forming a standard signal adjusted in potential by the potential adjustment circuit;
A deviation signal circuit connected to the power source and forming a deviation signal at an interconnection point of the two impedance elements;
An impedance measuring apparatus, comprising: a processing circuit that receives the standard signal and the deviation signal and calculates an impedance of the impedance element to be measured.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108982972A (en) * 2018-08-22 2018-12-11 西安飞芯电子科技有限公司 A kind of micro- inductance measurement method and apparatus
WO2024032722A1 (en) * 2022-08-11 2024-02-15 芯海科技(深圳)股份有限公司 Contact impedance measurement circuit and method, detection apparatus, chip, and electronic device

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