JP2012068191A

JP2012068191A - 電流測定装置

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Publication number: JP2012068191A
Application number: JP2010214961A
Authority: JP
Inventors: Makio Kitazawa; 真喜男北澤
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2010-09-27
Filing date: 2010-09-27
Publication date: 2012-04-05
Anticipated expiration: 2030-09-27
Also published as: JP5698484B2

Abstract

【課題】測定用途等に応じて選択された電流センサを測定器本体に接続して使用する電流測定装置において、既存の構成の設計変更を最小限に止めて、測定器本体側で接続された電流センサの機種等を認識可能とする。
【解決手段】測定器本体２０側の信号入力端子２０ａに対して、所定の参照直流電圧Ｖｒｅｆを発生する直流電圧源２１を、電流センサ１０が備えているシャント抵抗Ｒ１とともに分圧回路を構成する分圧用の抵抗Ｒ２を介して接続することにより、測定演算制御部２７において、電流センサ接続時に抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧される参照直流電圧Ｖｒｅｆの分圧電圧値に基づいて、接続された電流センサ１０の機種および／または特性を認識可能とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定用途等に応じて選択された電流センサを測定器本体に接続して使用する電流測定装置に関し、さらに詳しく言えば、測定器本体側で接続された電流センサの機種等を認識可能とする技術に関するものである。

電流センサには、通常、活線状態にある被測定導体にそのまま取り付けることができるクランプセンサが用いられているが、測定用途（例えば、リーク電流測定用や負荷電流測定用等）に応じて適切な機種を選択する必要がある。

クランプセンサには、測定回路や表示部等を備え電流測定装置として完結した形態のものがあるが、多くの機種は、磁気コアと検出コイルとを有する電流センサ単体として構成され、測定回路や表示部等を含む測定器本体に接続して使用される。

クランプセンサを測定器本体に接続するにあたっては、そのクランプセンサの定格や出力レート等に応じて、測定器本体側でレンジ等を切り替えたり、ゼロサプレス機能を有する場合には、ゼロサプレスのしきい値等を設定する必要がある。

この種の設定を測定者が行う手動設定の場合、往々にして間違えが生じやすい。また、接続状態にしても目視によるものであるため、接続プラグが完全に差し込まれているかどうか等を見落とすことがある。このような人的なミスは、特に１台の測定器本体に複数台のクランプセンサを接続して使用する多チャンネル型の場合により多く発生する。

そこで、例えば非特許文献１に記載されているクランプセンサでは、測定器本体への接続に伴って、測定器本体側でそのクランプセンサの機種等を自動的に認識できるようにしている。

日置技報ＶＯＬ．２５２００４ＮＯ．１ｐ３９に所載の製品名「３２９０クランプオンＡＣ／ＤＣハイテスタ」

しかしながら、上記従来技術では、クランプセンサ側に固有情報発生回路を設けるとともに、測定器本体側にはその解読回路（センサ認識回路）を設けて、それらをクランプ信号線とは別の多芯ケーブルからなる機種認識用信号線で接続するようにしているため、その分、コストアップになるばかりでなく、既存の製品に容易に適用することができない点で好ましい解決策とは言えない面があった。

したがって、本発明の課題は、測定用途等に応じて選択された電流センサを測定器本体に接続して使用する電流測定装置において、既存の構成の設計変更を最小限に止めて、測定器本体側で接続された電流センサの機種等を認識可能とすることにある。

上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載されているように、被測定導体の周りに環状に配置される磁気コアに検出コイルが巻回され、上記検出コイルのホット側出力端子と接地側出力端子の各端子間にシャント抵抗Ｒ１が接続されている電流センサと、上記電流センサが交換可能に接続され、上記電流センサから与えられる測定信号に基づいて上記被測定導体に流れる電流を測定する測定演算制御部を有する測定器本体とを備えている電流測定装置において、上記測定器本体内に所定の参照直流電圧Ｖｒｅｆを発生する直流電圧源を備え、上記測定演算制御部の上記ホット側出力端子と接続される入力端子に対して、上記直流電圧源が上記電流センサの接続時に上記シャント抵抗Ｒ１とともに分圧回路を構成する分圧用の抵抗Ｒ２を介して接続されており、上記測定演算制御部は、上記電流センサ接続時に上記抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧される上記参照直流電圧Ｖｒｅｆの分圧電圧値に基づいて、接続された上記電流センサの機種および／または特性を認識することを特徴としている。

本発明において、請求項２に記載されているように、上記測定演算制御部は、上記入力端子の電圧を監視し、上記入力端子の電圧が上記参照直流電圧Ｖｒｅｆに近似する電圧である場合には、電流センサ未接続と判断する。

また、本発明の好ましい態様によれば、請求項３に記載されているように、上記入力端子には、交流成分を通過させる交流カップリングコンデンサを有する計測ラインと、直流成分を通過させるローパスフィルタを有するセンサ認識ラインとが接続されており、上記計測ラインと上記センサ認識ラインとが切替手段を介して上記測定演算制御部に選択的に接続される。

また、本発明の好ましい態様によれば、請求項４に記載されているように、上記測定演算制御部は、上記測定器本体が備える表示部に対するゼロサプレス機能を有し、上記認識された電流センサの機種および／または特性に応じてゼロサプレスのしきい値を選択することができる。なお、本明細書において、ゼロサプレスは、数値を強制的にゼロにすることを言う。

同様に、本発明の好ましい態様によれば、請求項５に記載されているように上記測定演算制御部は、上記認識された電流センサに測定上必要および／または不要とされる付属品を上記測定器本体が備える表示部に表示することができる。

本願発明によれば、ハード的には、測定器本体側において、測定演算制御部の入力端子に対して、所定の参照直流電圧Ｖｒｅｆを発生する直流電圧源を電流センサが備えているシャント抵抗Ｒ１とともに分圧回路を構成する分圧用の抵抗Ｒ２を介して接続するだけの構成でよく、これにより、測定演算制御部では、電流センサ接続時に抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧される参照直流電圧Ｖｒｅｆの分圧電圧値に基づいて、接続された電流センサの機種および／または特性を認識することができる。

また、測定演算制御部の入力端子の電圧が参照直流電圧Ｖｒｅｆに近似する電圧である場合には、電流センサ未接続と判断することができる。

また、測定演算制御部の入力端子に、交流成分を通過させる交流カップリングコンデンサを有する計測ラインと、直流成分を通過させるローパスフィルタを有するセンサ認識ラインとを接続し、この計測ラインとセンサ認識ラインとを切替手段を介して測定演算制御部に選択的に接続する構成とすることにより、特に複数台の電流センサが接続される多チャンネル型の場合、各電流センサを順次認識しながら適切な信号処理（電流計測）を行うことができる。

また、測定演算制御部は、認識された電流センサの機種および／または特性に応じてゼロサプレスのしきい値を選択することができる。また、認識された電流センサに測定上必要および／または不要とされる付属品（例えば、フィルタ回路等）を測定器本体が備える表示部に表示することができる。

本発明による電流測定装置の実施形態を示す模式図。電流センサの機種ごと異なる電圧レベルを示すグラフ。多チャンネル（例えば２チャンネル）に拡張したときの切替手段を示す模式図。２チャンネル時の切替手段の動作を示すタイミングチャート。２チャンネル時の図４に対応した入力波形を示す波形図。

次に、図１ないし図５により、本発明の実施形態について説明するが、本発明はこれに限定されるものでない。

図１を参照して、この電流測定装置は、電流センサ１０と測定器本体２０とを備え、測定用途に応じて電流センサ１０が選択され、測定器本体２０に接続される。図１の実施形態では、接続される電流センサ１０が１台の１チャンネルとしているが、図３に示すように、２チャンネル（多チャンネル）に拡張することができる。

電流センサ１０は、被測定導体Ｍの周りに環状に配置されて閉磁路を形成する磁気コア１１と、磁気コア１１に巻回された検出コイル１２とを備える。磁気コア１１は、開閉可能なクランプ式であることが好ましいが、被測定導体Ｍを通す貫通型であってもよい。

検出コイル１２の両端は出力端子１２ａ，１２ｂであり、この場合、一方の出力端子１２ａがホット側で、他方の出力端子１２ｂは測定器本体２０に接続された際、その接地端子２０ｂを介して接地される。

出力端子１２ａ，１２ｂ間には、電流−電圧変換用としてのシャント抵抗Ｒ１が接続されている。このシャント抵抗Ｒ１の抵抗値は、機種ごとに異なっている。

一例として、リーク電流測定用の場合には、数十〜数百オームのシャント抵抗が搭載され、負荷電流測定用の場合には、数オームのような低い抵抗値のシャント抵抗が搭載される。本発明では、このシャント抵抗Ｒ１の抵抗値によって、電流センサ１０の機種や特性を認識する。

次に、測定器本体２０は、電流センサ１０が接続される一対の接続端子を備える。その一方の接続端子が、電流センサ１０のホット側出力端子１２ａが接続される信号入力端子２０ａで、他方の接続端子が電流センサ１０の接地端子１２ｂと接続される接地端子２０ｂである。

また、測定器本体２０は、その内部に所定の参照直流電圧Ｖｒｅｆを発生する安定した直流電圧源２１を備える。この直流電圧源２１は、例えばＡ／Ｄコンバータ用の動作電源等として用いられる装置内電源であってもよい。また、この実施形態において、参照直流電圧Ｖｒｅｆの極性は正であるが、負であってもよい。

直流電圧源２１は、上記シャント抵抗Ｒ１とともに分圧回路を構成する分圧用の抵抗Ｒ２を介して信号入力端子２０ａに接続される。なお、図示しないが、信号入力端子２０ａと接地端子２０ｂとの間に、２００ｋ〜１Ｍオーム程度の安定化用の抵抗が接続されてもよい。

信号入力端子２０ａには、交流成分を通過させる交流カップリングコンデンサ２２ａを含む計測ライン２２と、直流成分を通過させるローパスフィルタ２３ａを含むセンサ認識ライン２３とが接続されている。

計測ライン２２の交流信号（測定信号）と、センサ認識ライン２３の直流信号（センサ認識信号）は、切替手段（切替スイッチ）２４により選択され、増幅器２５を介してＡ／Ｄコンバータ２６に与えられてデジタル信号に変換されたのち、測定演算制御部２７に入力される。測定演算制御部２７には、例えばマイクロコンピュータが用いられてよい。

上記した構成において、電流センサ１０を測定器本体２０に接続すると、シャント抵抗Ｒ１と分圧用の抵抗Ｒ２とが直列に接続されて分圧回路が形成され、直流電圧源２１の参照直流電圧Ｖｒｅｆは、抵抗Ｒ１，Ｒ２によって分圧される。これにより、信号入力端子２０ａには、Ｖｒｅｆ×｛Ｒ１／（Ｒ１＋Ｒ２）}なる直流電圧（ＤＣ分圧電圧）が現れる。

電流センサ１０においては、磁気コア１１に流れる磁束によって検出コイル１２に生じたＡＣ（交流）電流がシャント抵抗Ｒ１に流れて電圧化され、このＡＣ信号が測定信号として測定器本体２０に入力される。したがって、信号入力端子２０ａには、重畳の理により上記ＤＣ分圧電圧を基準としたＡＣ＋ＤＣ波形が現れる。

このＡＣ＋ＤＣ波形のうちのＡＣ成分（測定信号）が計測ライン２２の交流カップリングコンデンサ２２ａによって抽出され、ＤＣ成分（センサ認識信号）はセンサ認識ライン２３のローパスフィルタ２３ａによって抽出される。

切替手段２４は、まず、センサ認識ライン２３のＤＣ成分を選択して、増幅器２５およびＡ／Ｄコンバータ２６を介して測定演算制御部２７に与え、その後に、計測ライン２２のＡＣ成分を選択し同様にして測定演算制御部２７に与える。

測定演算制御部２７では、ＤＣ成分により接続された電流センサ１０の機種等を認識したのち、ＡＣ成分に基づいて被測定導体Ｍに流れている電流を測定する。測定演算制御部２７でのセンサ認識は、次のようにして行われる。

上記したように、電流センサ１０のシャント抵抗Ｒ１には、リーク電流測定用の場合には、数十〜数百オームの抵抗が用いられ、負荷電流測定用の場合には、数オームのような低い抵抗値の抵抗が用いられる。

したがって、負荷電流測定用の電流センサ接続時のローパスフィルタ２３ａの出力電位をＶ_ＬＯＡＤ，リーク電流測定用の電流センサ接続時のローパスフィルタ２３ａの出力電位をＶ_ＬＥＡＫ，電流センサ未接続時のローパスフィルタ２３ａの出力電位をＶ_ＯＰＥＮ，回路の接地電位をＧＮＤとすると、図２に示すように、
ＧＮＤ＜Ｖ_ＬＯＡＤ＜Ｖ_ＬＥＡＫ＜Ｖ_ＯＰＥＮ≦Ｖｒｅｆ
となり、これによって、接続された電流センサ１０の機種および／または特性等を認識することが可能となる。

本発明は、１台の測定器本体２０に複数台の電流センサ１０を接続して計測を行う多チャンネル化も可能であり、その一例として、図３ないし図５により、電流センサ１０を２台接続する２チャンネルとした場合について説明する。

この例では、チャンネルＣＨ１にリーク電流測定用の電流センサ１０が接続され、チャンネルＣＨ２に負荷電流測定用の電流センサ１０が接続されており、この場合には、上記した構成にしたがって、各チャンネルＣＨ１，ＣＨ２ごとに計測ライン２２とセンサ認識ライン２３とが設けられ、切替手段２４は、これら各ラインを択一的に順次選択するマルチプレクサが用いられる。

図４および図５を参照して、まず、チャンネルＣＨ１のセンサ認識ライン２３が選択され、その電位（Ｖ_ＬＯＡＤ）によりチャンネルＣＨ１に接続されている電流センサ１０が負荷電流測定用であるとの認識が行われ、その後、チャンネルＣＨ１の計測ライン２２が選択され、チャンネルＣＨ１に接続されている負荷電流測定用の電流センサ１０による電流測定が行われる。

次に、チャンネルＣＨ２のセンサ認識ライン２３が選択され、その電位（Ｖ_ＬＥＡＫ）によりチャンネルＣＨ２に接続されている電流センサ１０がリーク電流測定用であるとの認識が行われ、その後、チャンネルＣＨ２の計測ライン２２が選択され、チャンネルＣＨ２に接続されているリーク電流測定用の電流センサ１０による電流測定が行われる。

測定中および／または測定後に、電流測定値が表示部２８に表示されるが、本発明によれば、接続された電流センサの機種が自動的に認識されるため、測定演算制御部２７は、その電流センサの特性等に応じた表示方法を選択して、電流測定値等を表示部２８に表示することができる。

また、無入力でも表示部２８に数値が残ってしまうことを回避するための「ゼロサプレス機能」を有している場合、個々の電流センサに応じたゼロサプレスしきい値を選択することもできる。

また、個々の電流センサの定格に応じて、その定格以上の入力があった場合、オーバーフロー等の表示が可能となる。

さらには、用途に応じた設定の有無を測定器本体２０側で選択して測定者に示すこともできる。例えば、負荷電流測定用電流センサには不要とされるＬＰＦ（ローパスフィルタ）は、リーク電流測定用電流センサでは必要とされることから、電流センサの自動認識によって、表示部２８に設けられている図示しないフィルタＯＮ／ＯＦＦの設定画面をリーク電流測定用電流センサの接続時のみ表示させることができる。このような適切な操作画面の取捨選択も電流センサの自動認識により可能となる。

１０電流センサ
１１磁気コア
１２検出コイル
１２ａ，１２ｂ出力端子
２０測定器本体
２０ａ，２０ｂ入力端子
２１直流電圧源
２２計測ライン
２２ａ交流カップリングコンデンサ
２３センサ認識ライン
２３ａローパスフィルタ
２４切替手段（マルチプレクサ）
２６Ａ／Ｄコンバータ
２７測定演算制御部
２８表示部
Ｒ１電流センサのシャント抵抗
Ｒ２分圧用の抵抗

Claims

被測定導体の周りに環状に配置される磁気コアに検出コイルが巻回され、上記検出コイルのホット側出力端子と接地側出力端子の各端子間にシャント抵抗Ｒ１が接続されている電流センサと、上記電流センサが交換可能に接続され、上記電流センサから与えられる測定信号に基づいて上記被測定導体に流れる電流を測定する測定演算制御部を有する測定器本体とを備えている電流測定装置において、
上記測定器本体内に所定の参照直流電圧Ｖｒｅｆを発生する直流電圧源を備え、上記測定演算制御部の上記ホット側出力端子と接続される入力端子に対して、上記直流電圧源が上記電流センサの接続時に上記シャント抵抗Ｒ１とともに分圧回路を構成する分圧用の抵抗Ｒ２を介して接続されており、
上記測定演算制御部は、上記電流センサ接続時に上記抵抗Ｒ１，Ｒ２により分圧される上記参照直流電圧Ｖｒｅｆの分圧電圧値に基づいて、接続された上記電流センサの機種および／または特性を認識することを特徴とする電流測定装置。
上記測定演算制御部は、上記入力端子の電圧を監視し、上記入力端子の電圧が上記参照直流電圧Ｖｒｅｆに近似する電圧である場合には、電流センサ未接続と判断することを特徴とする請求項１に記載の電流測定装置。
上記入力端子には、交流成分を通過させる交流カップリングコンデンサを有する計測ラインと、直流成分を通過させるローパスフィルタを有するセンサ認識ラインとが接続されており、上記計測ラインと上記センサ認識ラインとが切替手段を介して上記測定演算制御部に選択的に接続されることを特徴とする請求項１または２に記載の電流測定装置。
上記測定演算制御部は、上記測定器本体が備える表示部に対するゼロサプレス機能を有し、上記認識された電流センサの機種および／または特性に応じてゼロサプレスのしきい値を選択することを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の電流測定装置。
上記測定演算制御部は、上記認識された電流センサに測定上必要および／または不要とされる付属品を上記測定器本体が備える表示部に表示することを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の電流測定装置。