JP2012168067A

JP2012168067A - 測定装置

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Publication number: JP2012168067A
Application number: JP2011030332A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Koike; 伸一小池
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2011-02-16
Filing date: 2011-02-16
Publication date: 2012-09-06
Anticipated expiration: 2031-02-16
Also published as: JP5734015B2

Abstract

【課題】装置コストの上昇を抑えつつ、高い抵抗値を高精度で測定する。
【解決手段】複数の電流値のうちから選択された１つの電流値の直流定電流Ｉ１を生成して測定対象体２１に供給する定電流供給部７と、直流定電流Ｉ１の供給時に測定対象体２１の両端間に発生する両端電圧を検出する電圧検出部としての差動増幅部１１およびＡ／Ｄ変換部１２と、直流定電流Ｉ１の電流値と両端電圧の電圧値とに基づいて測定対象体２１の抵抗値Ｒｏｂを算出する処理部１４とを備え、定電流供給部７は、選択された電流値が予め規定された基準電流値以上のときには、振幅が連続して選択された電流値となる連続定電流を直流定電流Ｉ１として生成し、選択された電流値が基準電流値未満のときには、振幅が基準電流値以上で、かつ平均電流値が選択された電流値となるパルス定電流を直流定電流Ｉ１として生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、測定対象体に直流定電流を供給して測定対象体の両端間に発生する電圧を測定することにより、測定対象体の抵抗値を測定する測定装置に関するものである。

この種の測定装置として、下記特許文献１に開示された抵抗測定装置が知られている。この抵抗測定装置は、測定対象体に電流供給プローブを介して直流定電流を供給する電流供給部と、測定対象体の両端に接続された一対の電圧検出プローブを介して測定対象体の両端間に発生する電圧を検出する電圧検出部と、この電圧検出部で検出された電圧をデジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換部と、このデジタルデータに基づいて電圧検出部に入力されている入力電圧（測定対象体の両端間に発生する電圧）を測定すると共にこの入力電圧と直流定電流の電流値とに基づいて測定対象体の抵抗を算出する処理部とを備えている。

また、この種の測定装置では、一般的に、抵抗値の測定範囲を広げるために複数の測定レンジが規定されており、測定対象体の抵抗値に応じた測定レンジに切り替えて、測定対象体に供給される直流定電流の電流値を変更することにより、電圧検出部からＡ／Ｄ変換部に出力される電圧がＡ／Ｄ変換部の入力電圧範囲に含まれるようにしている。

特開２０１０−２１０４５９号公報（第４頁、第１図）

ところが、上記の測定装置には、以下の解決すべき課題が存在している。すなわち、この種の測定装置では、直流定電流源は、抵抗値が数百ｋΩから数メガΩの範囲の測定対象体に対する測定レンジにおいては例えば約０．１μＡ程度の直流定電流を生成して供給し、抵抗値が数ＭΩから数十ＭΩの範囲の測定対象体に対する測定レンジにおいては例えば約０．０１μＡ程度の直流定電流を生成して供給するというように、測定対象体の抵抗値が高くなるに従い生成する直流定電流の電流値を減少させている。しかしながら、ある程度の電流値の直流定電流までは比較的安価な回路構成で、容易に生成することができるものの、上記したような極めて小さい電流値の直流定電流（例えば、１μＡ未満の定電流）を安定して生成するためには、高精度で高価な直流定電流源が必要となることから、装置コストが上昇するという解決すべき課題が存在している。

本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、装置コストの上昇を抑えつつ、高い抵抗値を高精度で測定し得る測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の測定装置は、複数の電流値のうちから選択された１つの電流値の直流定電流を生成して測定対象体に供給する定電流供給部と、前記直流定電流の供給時に前記測定対象体の両端間に発生する両端電圧を検出する電圧検出部と、前記直流定電流の電流値と前記両端電圧の電圧値とに基づいて前記測定対象体の抵抗値を算出する処理部とを備えた測定装置であって、前記定電流供給部は、前記選択された電流値が予め規定された基準電流値以上のときには、振幅が連続して当該選択された電流値となる連続定電流を前記直流定電流として生成し、前記選択された電流値が前記基準電流値未満のときには、振幅が当該基準電流値以上で、かつ平均電流値が当該選択された電流値となるパルス定電流を前記直流定電流として生成する。

また、請求項２記載の測定装置は、請求項１記載の測定装置において、前記処理部は、前記パルス定電流の平均電流値と当該パルス定電流の１周期に比べて長い平均区間での前記両端電圧の平均電圧値とに基づいて前記測定対象体の抵抗値を算出する。

また、請求項３記載の測定装置は、請求項１または２記載の測定装置において、前記定電流供給部で生成される前記パルス定電流を平滑して前記測定対象体に供給する平滑部を備えている。

請求項１記載の測定装置では、抵抗測定の場合、定電流供給部が、選択された電流値が予め規定された基準電流値以上のときには、振幅が連続してこの選択された電流値となる連続定電流を直流定電流として生成し、選択された電流値が基準電流値未満のときには、振幅が基準電流値以上で、かつ平均電流値が選択された電流値となるパルス定電流を生成して直流定電流として出力する。

したがって、この測定装置によれば、選択された電流値が基準電流値未満の微小な直流定電流を定電流供給部から出力させる場合であっても、定電流供給部において、高価な回路構成を採用することなく（安価な回路構成で）、安定して高精度で生成可能な基準電流値以上の一定の電流値で連続定電流を生成させ、この連続定電流をスイッチングして平均電流が選択された電流値となるパルス定電流とすることにより、電流値が基準電流値未満の微小な直流定電流を、安価でしかも安定して高精度で生成させることができる。これにより、この測定装置によれば、装置コストの上昇を抑えつつ、微小な直流定電流を供給する必要がある高い抵抗値の測定対象体について、高精度でその抵抗値を測定することができる。

請求項２記載の測定装置によれば、処理部がパルス定電流の平均電流値とパルス定電流の１周期に比べて長い平均区間での両端電圧の平均電圧値とに基づいて測定対象体の抵抗値を算出することにより、測定対象体に対してパルス定電流を直流定電流として出力する構成においても、測定対象体の両端間に発生する両端電圧を正確に算出することができ、ひいては、この算出した両端電圧を使用して、測定対象体の抵抗値を正確に測定することができる。

請求項３記載の測定装置によれば、定電流供給部で生成されるパルス定電流を平滑して測定対象体に供給する平滑部を備えたことにより、測定対象体にパルス状の定電流が供給され、これに伴い、測定対象体の両端間にパルス状の両端電圧が発生することに起因したノイズの発生を低減することができる。

測定装置１の構成図である。ｍ番目以降の抵抗測定レンジのときに定電流供給部７から出力される直流定電流Ｉ１の波形図である。

以下、添付図面を参照して、測定装置の実施の形態について説明する。

測定装置１は、図１に示すように、電圧測定端子２、電流測定端子３、共通端子４、電池５、中間電圧生成部６、定電流供給部７、第１スイッチ８、電流検出抵抗９、第２スイッチ１０、差動増幅部１１、Ａ／Ｄ変換部１２、操作部１３、処理部１４および表示部１５を備えている。この測定装置１は、電池５から供給される電池電圧Ｖｃｃで作動して、電圧測定モードのときには電圧測定装置として機能して、電圧測定端子２および共通端子４間に入力される測定対象電圧Ｖの電圧値Ｖｏｂを測定し、電流測定モードのときには電流測定装置として機能して、電流測定端子３および共通端子４間に入力される測定対象電流Ｉの電流値Ｉｏｂを測定し、抵抗測定モードのときには抵抗測定装置として機能して、電圧測定端子２および共通端子４間に接続される測定対象体２１の抵抗値Ｒｏｂを測定する。

電圧測定端子２、電流測定端子３および共通端子４は、不図示の測定プローブを接続可能に構成されている。電池５は、測定装置１内に、一例として交換可能に内蔵されている。本例では、一例として、電池５は、２つの乾電池が直列に接続されて構成されて、約３Ｖの電池電圧Ｖｃｃを出力する。

中間電圧生成部６は、電池電圧Ｖｃｃの１／２の電圧（中間電圧：Ｖｃｃ／２）をフローティング電圧Ｖｆとして生成して共通端子４に出力する。本例では一例として、中間電圧生成部６は、電池電圧Ｖｃｃを１／２に分圧する分圧回路と、分圧回路から出力される電圧（Ｖｃｃ／２）を１倍の増幅率で増幅してフローティング電圧Ｖｆとして出力するバッファ回路（いずれも図示せず）とを備えて構成されている。

定電流供給部７は、一例として定電流生成回路７ａおよびスイッチング回路７ｂを備えて構成されて、抵抗測定モードのときに作動すると共に、複数（ｎ個。ｎは２以上の自然数）の測定レンジ（抵抗測定レンジ）に対応して、異なる電流値の直流定電流Ｉ１を生成する。また、定電流供給部７は、生成した直流定電流Ｉ１を第１スイッチ８を介して電圧測定端子２に出力する。

定電流生成回路７ａは、電池電圧Ｖｃｃで作動する可変定電流源として構成されて、処理部１４によって制御されることにより、選択された抵抗測定レンジに対応する電流値の連続定電流（連続的に一定電流値である連続直流定電流）Ｉ１ａを生成する。具体的には、定電流生成回路７ａは、ｎ個の抵抗測定レンジのうちの抵抗値の最も低い測定レンジ側からｍ個目（ｍは、１以上ｎ未満の自然数）までの抵抗測定レンジについては、抵抗値の大きな抵抗測定レンジ程、小さい電流値となるように電流値を段階的に変化させて、連続定電流Ｉ１ａを生成する。これにより、ｍ個目の抵抗測定レンジに対応する連続定電流Ｉ１ａの電流値Ｉｍが最も小さくなるが、この最も小さい連続定電流Ｉ１ａの電流値Ｉｍは、定電流生成回路７ａが高価な回路構成を採用することなく（安価な回路構成で）、安定して高精度で直流定電流を生成可能な範囲内（基準電流値Ｉｒｅｆ（一例としてＤＣ１μＡ）以上）の電流値（本例では基準電流値Ｉｒｅｆと同じＤＣ１μＡ）に規定されている。

また、定電流生成回路７ａは、ｎ個の抵抗測定レンジのうちの上記したｍ個目以降の抵抗測定レンジ（（ｍ＋１）個目の抵抗測定レンジから抵抗値の最も高いｎ個目の抵抗測定レンジまで）については、ｍ個目までの抵抗測定レンジに対応して生成する連続定電流Ｉ１ａのうちの電流値が最も安定する電流値の連続定電流Ｉ１ａを生成する。本例では一例として、定電流生成回路７ａは、電流値がＩｍ（ＤＣ１μＡ）の連続定電流Ｉ１ａ（ｍ個目の抵抗測定レンジに対応する連続定電流Ｉ１ａ）を最も安定して高精度で生成可能なため、（ｍ＋１）個目の抵抗測定レンジからｎ個目の抵抗測定レンジまでは、電流値Ｉｍ（ＤＣ１μＡ）の連続定電流Ｉ１ａを生成するものとする。

スイッチング回路７ｂは、一例として、オン・オフ状態が処理部１４によって制御されるトランジスタなどの半導体スイッチ、およびこの半導体スイッチの駆動回路（いずれも図示せず）で構成されている。具体的には、スイッチング回路７ｂは、ｎ個の抵抗測定レンジのうちの抵抗値の最も低い測定レンジ側からｍ個目までの抵抗測定レンジでは、処理部１４によってオン状態（デューティ比が１の状態）に制御されることにより、定電流生成回路７ａにおいて生成された連続定電流Ｉ１ａをそのまま直流定電流Ｉ１として出力する。したがって、定電流供給部７は、ｍ個目までの抵抗測定レンジでは、振幅が連続して抵抗測定レンジに対応する電流値（選択された電流値）となる連続定電流を直流定電流Ｉ１として出力する。

一方、スイッチング回路７ｂは、ｎ個の抵抗測定レンジのうちのｍ個目以降の抵抗測定レンジでは、定電流生成回路７ａによって生成されている電流値Ｉｍの連続定電流Ｉ１ａをスイッチングすることにより、図２に一例を示すように、連続定電流Ｉ１ａを抵抗測定レンジに対応したデューティ比（ｔｏｎ／Ｔ）のパルス定電流に変換して直流定電流Ｉ１として出力する。この場合、スイッチング回路７ｂは、抵抗値の大きな抵抗測定レンジ程、直流定電流Ｉ１の平均電流値Ｉａｖｅが小さくなるように連続定電流Ｉ１ａに対するデューティ比を段階的に小さい値となるように変化させて、パルス定電流に変換する。この構成により、定電流供給部７は、ｍ個目以降の抵抗測定レンジでは、定電流生成回路７ａが安定して高精度で連続定電流Ｉ１ａ（本例では、電流値Ｉｍの連続定電流Ｉ１ａ）を生成し、スイッチング回路７ｂがこの連続定電流Ｉ１ａを抵抗測定レンジ毎にデューティ比を段階的に変化させつつスイッチングすることで、振幅が基準電流値Ｉｒｅｆ以上（本例では、電流値Ｉｍ）で、かつ平均電流値Ｉａｖｅが抵抗測定レンジに対応する電流値（選択された電流値）となるパルス定電流を直流定電流Ｉ１として出力する。

この測定装置１では、一例として、抵抗測定レンジが以下のように５（＝ｎ）つ規定され、かつ差動増幅部１１の入力電圧範囲が以下のように規定されている。具体的には、測定レンジは、第１抵抗測定レンジ（５００Ω以上５ｋΩ未満）、第２抵抗測定レンジ（５ｋΩ以上５０ｋΩ未満）、第３抵抗測定レンジ（５０ｋΩ以上５００ｋΩ未満）、第４抵抗測定レンジ（５００ｋΩ以上５ＭΩ未満）、および第５抵抗測定レンジ（５ＭΩ以上５０ＭΩ未満）の５個規定され、差動増幅部１１の入力電圧範囲は−０．５Ｖ以上＋０．５Ｖ以下（抵抗測定のときには、測定対象体２１に直流定電流Ｉ１を供給するため、実質的に０Ｖ以上＋０．５Ｖ以下）に規定されている。

したがって、各抵抗測定レンジにおいて差動増幅部１１に入力される後述の入力電圧Ｖ１が最大となる直流定電流Ｉ１の電流値は、第１抵抗測定レンジではＤＣ１００μＡ（＝０．５Ｖ／５ｋΩ）、第２抵抗測定レンジではＤＣ１０μＡ（＝０．５Ｖ／５０ｋ）、第３抵抗測定レンジではＤＣ１μＡ（＝０．５Ｖ／５００ｋΩ）、第４抵抗測定レンジではＤＣ０．１μＡ（＝０．５Ｖ／５ＭΩ）、第５抵抗測定レンジではＤＣ０．０１μＡ（＝０．５Ｖ／５０ＭΩ）となる。

ここで、上記したように第１抵抗測定レンジから第３抵抗測定レンジまでの直流定電流Ｉ１の電流値が基準電流値Ｉｒｅｆ以上となり、第４抵抗測定レンジおよび第５抵抗測定レンジの直流定電流Ｉ１の電流値が基準電流値Ｉｒｅｆ未満となることから、第３抵抗測定レンジが上記したｍ番目の抵抗測定レンジとなる。このため、定電流供給部７では、定電流生成回路７ａは、第１抵抗測定レンジではＤＣ１００μＡ、第２抵抗測定レンジではＤＣ１０μＡ、第３抵抗測定レンジではＤＣ１μＡというように、抵抗値の大きな抵抗測定レンジ程、小さい電流値となるように電流値を段階的に変化させて、連続定電流Ｉ１ａを生成する。また、第１から第３抵抗測定レンジまでは、スイッチング回路７ｂはオン状態に制御されるため、スイッチング回路７ｂは定電流生成回路７ａにおいて生成された連続定電流Ｉ１ａを入力すると共に、そのまま直流定電流Ｉ１として出力する。

また、第３抵抗測定レンジよりも抵抗値の大きな第４抵抗測定レンジおよび第５抵抗測定レンジでは、定電流生成回路７ａは、最も安定して高精度で生成可能な電流値Ｉｍ（本例では、基準電流値Ｉｒｅｆと同じＤＣ１μＡ）の連続定電流Ｉ１ａを生成する。また、スイッチング回路７ｂは、この電流値Ｉｍ（ＤＣ１μＡ）の連続定電流Ｉ１ａを第４抵抗測定レンジではデューティ比０．１に、第５抵抗測定レンジではデューティ比０．０１に、というように段階的に変化させてスイッチングすることにより、第４抵抗測定レンジでは電流値（平均電流値Ｉａｖｅ）がＤＣ０．１μＡとなるパルス定電流を、また第５抵抗測定レンジでは電流値（平均電流値Ｉａｖｅ）がＤＣ０．０１μＡとなるパルス定電流をそれぞれ直流定電流Ｉ１として出力する。

第１スイッチ８は、オン・オフスイッチで構成されると共に処理部１４によって制御されて、定電流供給部７と電圧測定端子２とを、接続状態および非接続状態（切り離し状態）のいずれか一方に移行させる。

電流検出抵抗９は、予め規定された抵抗値に規定されて、電流測定端子３と共通端子４との間に接続されている。第２スイッチ１０は、一例として、１回路２接点のスイッチで構成されて、電圧測定端子２および電流測定端子３と、差動増幅部１１における一方の入力端子との間に配設されている。また、第２スイッチ１０は、処理部１４によって制御されて、電圧測定端子２および電流測定端子３のうちのいずれか一方を差動増幅部１１の一方の入力端子に選択的に接続する。

差動増幅部１１は、電池電圧Ｖｃｃで作動する。また、差動増幅部１１は、他方の入力端子が共通端子４に接続されることにより、第２スイッチ１０によって電圧測定端子２が一方の入力端子に接続されたときには、電圧測定端子２および共通端子４間に入力される電圧（電圧測定端子２および共通端子４間の端子間電圧）を入力電圧Ｖ１として入力すると共に増幅して、増幅電圧Ｖ２として出力する。一方、差動増幅部１１は、第２スイッチ１０によって電流測定端子３が一方の入力端子に接続されたときには、電流測定端子３と共通端子４との間に接続された電流検出抵抗９の両端間に発生する両端電圧（電流測定端子３および共通端子４間の端子間電圧）を入力電圧Ｖ１として入力すると共に増幅して、増幅電圧Ｖ２として出力する。Ａ／Ｄ変換部１２は、電池電圧Ｖｃｃで作動して、入力した増幅電圧Ｖ２をデジタルデータＤｖ（増幅電圧Ｖ２の瞬時値を示すデータ）に変換して出力する。これにより、差動増幅部１１およびＡ／Ｄ変換部１２は、電圧検出部として機能して、電圧測定端子２および共通端子４間に発生する端子間電圧（抵抗測定モードのときには、電圧測定端子２および共通端子４間に接続される測定対象体２１の両端間に発生する両端電圧）、または電流測定端子３および共通端子４間に発生する端子間電圧を検出する。

なお、この差動増幅部１１での入力電圧Ｖ１に対する増幅率を変更することにより、電圧測定モードおよび電流測定モードのうちの少なくとも一方においても、複数の測定レンジを規定することも可能であるが、本例では、発明の理解を容易にするため、上記したように抵抗測定モードにのみ複数の測定レンジが規定され、他の測定モードでは測定レンジは１つだけ規定されているものとする。

操作部１３は、一例として測定モード選択用の第１ロータリースイッチ、抵抗測定レンジ選択用の第２ロータリースイッチ、およびコード生成回路（いずれも図示せず）を備えると共に電池電圧Ｖｃｃで作動して、第１ロータリースイッチの操作によって選択されている電圧測定モード、抵抗測定モードおよび電流測定モードのうちの１つの測定モードを示すモードデータＤｍ、および第２ロータリースイッチの操作によって選択されている抵抗測定レンジを示すレンジデータＤｒを処理部１４に出力する。

処理部１４は、一例として、電池電圧Ｖｃｃで作動するＣＰＵおよびメモリ（いずれも図示せず）を備え、操作部１３から出力されるモードデータＤｍで示される測定モードおよびレンジデータＤｒで示される抵抗測定レンジに応じて、定電流供給部７、第１スイッチ８および第２スイッチ１０に対する制御処理、およびＡ／Ｄ変換部１２からのデジタルデータＤｖに基づく測定処理を実行する。また、処理部１４は、測定処理において算出した測定値Ｄｄを表示部１５に表示させる表示処理を実行する。表示部１５は、電池電圧Ｖｃｃで作動する表示装置（一例としてＬＣＤ）で構成されて、測定値Ｄｄを画面上に表示する。

次に、測定装置１の動作について、図１を参照して説明する。

まず、操作部１３の第１ロータリースイッチが操作されて、電圧測定モードが選択された場合の測定装置１の動作について説明する。なお、この電圧測定モードでは、電圧測定端子２および共通端子４に測定プローブ（不図示）がそれぞれ接続されているものとする。

測定装置１では、電圧測定モードが選択されると、操作部１３が、電圧測定モードを示すモードデータＤｍを処理部１４に出力する。処理部１４は、このモードデータＤｍを入力したときには、まず、制御処理を実行する。

この制御処理では、処理部１４は、第１スイッチ８に対する制御を実行して、第１スイッチ８をオフ状態に移行させることにより、電圧測定端子２と定電流供給部７とを切り離す。また、処理部１４は、第２スイッチ１０に対する制御を実行して、差動増幅部１１の一方の入力端子に電圧測定端子２を接続する。また、処理部１４は、中間電圧生成部６に対する制御を実行して、フローティング電圧Ｖｆを出力させる。これにより、制御処理が完了する。

次いで、処理部１４は、測定処理を開始する。この状態において、両測定プローブ間に測定対象電圧Ｖが入力されると、差動増幅部１１は、電圧測定端子２および第２スイッチ１０と、共通端子４とを介してこの測定対象電圧Ｖを入力電圧Ｖ１として入力すると共に増幅して、増幅電圧Ｖ２として出力する。この測定対象電圧Ｖが直流電圧のときには、差動増幅部１１における一方の入力端子の電位は、フローティング電圧Ｖｆが印加（供給）されている他方の入力端子の電位（共通端子４の電位）に対して常に正電圧側において変動する。一方、この測定対象電圧Ｖが交流電圧のときには、差動増幅部１１における一方の入力端子の電位は、フローティング電圧Ｖｆが印加（供給）されている他方の入力端子の電位（共通端子４の電位）を基準として、正電圧側（フローティング電圧Ｖｆよりも高電圧側）および負電圧側（フローティング電圧Ｖｆよりも低電圧側）において同じ電圧幅で変動する。

本例の電圧測定モードでは、上記したようにフローティング電圧Ｖｆが電池電圧Ｖｃｃ（３Ｖ）の１／２の電圧（１．５Ｖ）に規定されているため、差動増幅部１１での正電圧側および負電圧側の各入力電圧範囲が同一となるように規定されている。これにより、差動増幅部１１は、測定対象電圧Ｖが直流電圧のときには、正電圧側の入力電圧範囲内である限りにおいて、測定対象電圧Ｖを歪ませることなく増幅して増幅電圧Ｖ２として出力する。また、差動増幅部１１は、測定対象電圧Ｖが交流電圧のときには、この測定対象電圧Ｖに対する入力電圧範囲を最大にした状態で、測定対象電圧Ｖを歪ませることなく増幅して増幅電圧Ｖ２として出力する。

Ａ／Ｄ変換部１２は、この増幅電圧Ｖ２をデジタルデータＤｖに変換して処理部１４に出力する。測定処理を開始している処理部１４は、このデジタルデータＤｖを所定の周期で入力すると共に、デジタルデータＤｖを入力する都度、このデジタルデータＤｖに基づいて測定対象電圧Ｖの電圧値Ｖｏｂ（電圧測定端子２および共通端子４間の端子間電圧）を算出する。また、処理部１４は、電圧値Ｖｏｂを算出する都度、表示処理を実行して、算出した電圧値Ｖｏｂを表示部１５に測定値Ｄｄとして更新しつつ表示させる。これにより、測定対象電圧Ｖの電圧値Ｖｏｂが表示部１５に測定値Ｄｄとして表示されるため、測定装置１を使用した測定対象電圧Ｖの測定が可能となる。

次に、操作部１３の第１ロータリースイッチが操作されて、電流測定モードが選択された場合の測定装置１の動作について説明する。なお、この電流測定モードでは、電流測定端子３および共通端子４に測定プローブ（不図示）がそれぞれ接続されているものとする。

測定装置１では、電流測定モードが選択されると、操作部１３が、電流測定モードを示すモードデータＤｍを処理部１４に出力する。処理部１４は、このモードデータＤｍを入力したときには、まず、制御処理を実行する。

この制御処理では、処理部１４は、第２スイッチ１０に対する制御を実行して、差動増幅部１１の一方の入力端子に電流測定端子３を接続するという制御を除く他の制御については、上記した電圧測定モードの制御処理と同様の制御を各構成要素に対して実行する。

次いで、処理部１４は、測定処理を開始する。この状態において、測定装置１が、両測定プローブを介して、測定対象電流Ｉの電流経路に接続（電流経路の一部を構成するように接続）されたときには、電流測定端子３および共通端子４間に接続された電流検出抵抗９に測定対象電流Ｉが流れることにより、電流検出抵抗９の両端間に両端電圧（電流測定端子３および共通端子４間の端子間電圧でもある）が発生する。差動増幅部１１は、この両端電圧を入力電圧Ｖ１として入力すると共に増幅して、増幅電圧Ｖ２として出力する。この場合、フローティング電圧Ｖｆが共通端子４に供給されているため、測定対象電流Ｉが交流電流のときであっても、差動増幅部１１は、上記した測定対象電圧Ｖが交流電圧であるときと同様にして、交流の両端電圧を、歪ませることなく増幅して増幅電圧Ｖ２として出力する。

Ａ／Ｄ変換部１２は、この増幅電圧Ｖ２をデジタルデータＤｖに変換して処理部１４に出力する。測定処理を開始している処理部１４は、このデジタルデータＤｖを所定の周期で入力すると共に、デジタルデータＤｖを入力する都度、このデジタルデータＤｖおよび電流検出抵抗９の抵抗値（既知）に基づいて測定対象電流Ｉの電流値Ｉｏｂを算出する。また、処理部１４は、電流値Ｉｏｂを算出する都度、表示処理を実行して、算出した電流値Ｉｏｂを表示部１５に測定値Ｄｄとして更新しつつ表示させる。これにより、測定対象電流Ｉの電流値Ｉｏｂが表示部１５に測定値Ｄｄとして表示されるため、測定装置１を使用した測定対象電流Ｉの測定が可能となる。

次に、操作部１３の第１ロータリースイッチが操作されて、抵抗測定モードが選択された場合の測定装置１の動作について説明する。なお、この抵抗測定モードでは、電圧測定端子２および共通端子４に測定プローブ（不図示）がそれぞれ接続されているものとする。

測定装置１では、抵抗測定モードが選択されると、操作部１３が、抵抗測定モードを示すモードデータＤｍ、および第２ロータリースイッチで選択されている抵抗測定レンジを示すレンジデータＤｒを処理部１４に出力する。処理部１４は、このモードデータＤｍおよびレンジデータＤｒを入力したときには、まず、制御処理を実行する。

この制御処理では、モードデータＤｍに基づいて、処理部１４は、第１スイッチ８に対する制御を実行して、第１スイッチ８をオン状態に移行させることにより、電圧測定端子２と定電流供給部７とを接続する。また、処理部１４は、第２スイッチ１０に対する制御を実行して、差動増幅部１１の一方の入力端子に電圧測定端子２を接続する。

また、処理部１４は、レンジデータＤｒに基づいて、定電流供給部７に対する制御を実行して、レンジデータＤｒで示される抵抗測定レンジに対応して規定された連続定電流Ｉ１ａを定電流生成回路７ａに対して生成させると共に、レンジデータＤｒで示される抵抗測定レンジに対応して規定されたデューティ比でスイッチング回路７ｂを作動させる。これにより、定電流供給部７は、レンジデータＤｒで示される抵抗測定レンジに対応する電流値の直流定電流Ｉ１を出力する。

一例として、レンジデータＤｒで示される抵抗測定レンジが第１抵抗測定レンジから第３抵抗測定レンジのときは、定電流供給部７から出力される直流定電流Ｉ１の電流値は基準電流値Ｉｒｅｆ（本例ではＤＣ１μＡ）以上であることから、処理部１４は、定電流生成回路７ａに対して、抵抗測定レンジに対応して予め規定された電流値の連続定電流Ｉ１ａを出力させると共に、スイッチング回路７ｂに対して、常時オン状態（デューティ比：１）となるようにスイッチング動作を制御することにより、連続定電流Ｉ１ａをそのまま直流定電流Ｉ１として出力させる。

これにより、定電流供給部７は、第１抵抗測定レンジのときにはＤＣ１００μＡ、第２抵抗測定レンジのときにはＤＣ１０μＡ、第３抵抗測定レンジのときにはＤＣ１μＡという電流値の連続定電流を直流定電流Ｉ１として出力する。

また、レンジデータＤｒで示される抵抗測定レンジが第３抵抗測定レンジよりも大きな抵抗測定レンジ（第４抵抗測定レンジおよび第５抵抗測定レンジ）のときは、定電流供給部７から出力される直流定電流Ｉ１の電流値は基準電流値Ｉｒｅｆ（本例ではＤＣ１μＡ）未満であることから、処理部１４は、定電流生成回路７ａに対して、抵抗測定レンジに対応して予め規定された電流値（本例ではＤＣ１μＡ）の連続定電流Ｉ１ａを出力させると共に、スイッチング回路７ｂに対して、抵抗測定レンジに対応して予め規定されたデューティ比となるようにスイッチング動作を制御することにより、連続定電流Ｉ１ａをパルス定電流に変換して直流定電流Ｉ１として出力させる。

これにより、第４抵抗測定レンジのときには、定電流供給部７は、スイッチング回路７ｂがデューティ比０．１で連続定電流Ｉ１ａ（ＤＣ１μＡ）をスイッチング動作することにより、電流値（平均電流値Ｉａｖｅ）がＤＣ０．１μＡとなるパルス定電流を直流定電流Ｉ１として出力する。また、第５抵抗測定レンジのときには、定電流供給部７は、スイッチング回路７ｂがデューティ比０．０１で連続定電流Ｉ１ａ（ＤＣ１μＡ）をスイッチング動作することにより、電流値（平均電流値Ｉａｖｅ）がＤＣ０．０１μＡとなるパルス定電流を直流定電流Ｉ１として出力する。

このように、定電流供給部７では、定電流生成回路７ａが、高価な回路構成を採用することなく（安価な回路構成で）、安定して高精度で生成可能な範囲内（基準電流値Ｉｒｅｆ以上）の一定の電流値（例えば、ＤＣ１μＡ）で連続定電流Ｉ１ａを生成する。また、スイッチング回路７ｂが、処理部１４によって制御されて、この連続定電流Ｉ１ａを抵抗測定レンジに対応するデューティ比でスイッチングする。この場合、スイッチング回路７ｂは、一例として、上記したようにトランジスタなどの半導体スイッチ、およびこの半導体スイッチをオン・オフ駆動する駆動回路で構成することができる結果、半導体スイッチおよび駆動回路共に安価に構成することができる。また、処理部１４によるスイッチング回路７ｂに対する上記の制御を実現する方法としては、処理部１４がスイッチング回路７ｂに対する駆動パルス（不図示）をデジタル処理によって上記のデューティ比で生成して出力する方法が一般的であるが、この方法によれば、処理部１４が、安定して高精度な駆動パルスを簡単に生成できる結果、スイッチング回路７ｂが、この駆動パルスに基づいて安定して高精度でスイッチング動作することが可能となる。したがって、定電流供給部７は、基準電流値Ｉｒｅｆ（本例ではＤＣ１μＡ）未満の電流値の直流定電流Ｉ１についても、安価でしかも安定して高精度で生成して出力する。

次いで、処理部１４は、測定処理を開始する。この状態において、両測定プローブ間に測定対象体２１が接続されると、定電流供給部７から、第１スイッチ８、電圧測定端子２、測定対象体２１および共通端子４を介してフローティング電圧Ｖｆ（＝Ｖｃｃ／２）に至る電流経路が形成される。これにより、定電流供給部７によるこの電流経路への直流定電流Ｉ１の出力（供給）が開始されるため、測定対象体２１の両端間、すなわち電圧測定端子２および共通端子４間に、測定対象体２１の抵抗値Ｒｏｂに直流定電流Ｉ１を乗算して得られる電圧が発生する。

差動増幅部１１は、この電圧測定端子２および共通端子４間に発生する電圧（測定対象体２１の両端間に発生する両端電圧）を入力電圧Ｖ１として入力すると共に増幅して、増幅電圧Ｖ２として出力する。Ａ／Ｄ変換部１２は、この増幅電圧Ｖ２をデジタルデータＤｖ（測定対象体２１の両端間に発生する両端電圧を示すデータ）に変換して処理部１４に出力する。

測定処理を開始している処理部１４は、このデジタルデータＤｖを所定の周期（定電流供給部７からパルス定電流として出力される直流定電流Ｉ１のスイッチングの周期に比べて十分に早い周期（例えば、直流定電流Ｉ１のスイッチングの１周期に対して１／１００以下の短い周期））で入力すると共に、この直流定電流Ｉ１のスイッチングの１周期に比べて十分に長い平均区間（例えば、直流定電流Ｉ１の１周期に対して１０倍以上の長い周期）で平均化する。処理部１４は、このようにして平均したデジタルデータＤｖ（測定対象体２１の両端間に発生する両端電圧の平均電圧値）および直流定電流Ｉ１の電流値（直流定電流Ｉ１がパルス定電流のときには平均電流値Ｉａｖｅ。いずれも既知）に基づいて測定対象体２１の抵抗値Ｒｏｂを算出する。また、処理部１４は、抵抗値Ｒｏｂを算出する都度、表示処理を実行して、算出した抵抗値Ｒｏｂを表示部１５に測定値Ｄｄとして更新しつつ表示させる。これにより、測定対象体２１の抵抗値Ｒｏｂが表示部１５に測定値Ｄｄとして表示されるため、測定装置１を使用した測定対象体２１の抵抗測定が可能となる。

このように、この測定装置１では、抵抗測定モードの場合、定電流供給部７が、選択された抵抗測定レンジに対応する電流値（選択された電流値）が予め規定された基準電流値Ｉｒｅｆ（本例ではＤＣ１μＡ）以上のときには、振幅が連続してこの選択された電流値となる連続定電流Ｉ１ａをそのまま直流定電流Ｉ１として出力し、選択された抵抗測定レンジに対応する電流値（選択された電流値）が基準電流値Ｉｒｅｆ（ＤＣ１μＡ）未満のときには、振幅が基準電流値Ｉｒｅｆ以上の電流値Ｉｍ（本例では、基準電流値Ｉｒｅｆと同じ（ＤＣ１μＡ））で、かつ平均電流値Ｉａｖｅがこの選択された抵抗測定レンジに対応する電流値となるパルス定電流を生成して直流定電流Ｉ１として出力する。

したがって、この測定装置１によれば、選択された抵抗測定レンジに対応する電流値が基準電流値Ｉｒｅｆ未満の微小な直流定電流Ｉ１を定電流供給部７から出力させる場合であっても、定電流供給部７において、高価な回路構成を採用することなく（安価な回路構成で）、安定して高精度で生成可能な範囲内（基準電流値Ｉｒｅｆ以上）の一定の電流値Ｉｍ（本例では基準電流値Ｉｒｅｆと同じ）で連続定電流Ｉ１ａを生成させ、この連続定電流Ｉ１ａを選択された抵抗測定レンジに対応するデューティ比でスイッチングさせてパルス定電流とすることにより、電流値が基準電流値Ｉｒｅｆ未満の微小な直流定電流Ｉ１を、安価でしかも安定して高精度で生成させることができる。これにより、この測定装置１によれば、装置コストの上昇を抑えつつ、微小な直流定電流Ｉ１を供給する必要がある高い抵抗値の測定対象体２１について、高精度でその抵抗値を測定することができる。

また、この測定装置１によれば、抵抗測定モードのときに、測定対象体２１の両端間に発生する両端電圧を示すデジタルデータＤｖを直流定電流Ｉ１がパルス定電流として出力されるときの１周期に比べて十分に長い平均区間で平均することによって測定対象体２１の両端間に発生する両端電圧の平均電圧値を算出するため、測定対象体２１に対してパルス状の直流定電流Ｉ１を出力する構成においても、測定対象体２１の両端間に発生する両端電圧を正確に算出することができ、ひいては、この算出した両端電圧を使用して、測定対象体２１の抵抗値を正確に測定（算出）することができる。また、後述する平滑回路を設ける構成と比較して、部品点数を削減することができるため、装置コストのさらなる低減を図ることができる。

なお、上記の測定装置１では、選択された抵抗測定レンジに対応する電流値が基準電流値Ｉｒｅｆ（ＤＣ１μＡ）未満の微小な電流値のときに、定電流供給部７からパルス定電流として直流定電流Ｉ１を出力させる構成を採用しているが、この構成に限られない。例えば、定電流供給部７の内部または外部にパルス定電流としての直流定電流Ｉ１を平滑する平滑回路（図示せず）を設け、パルス定電流としての直流定電流Ｉ１を平滑して測定対象体２１に供給する構成を採用することもできる。この構成によれば、部品点数が増加するものの、測定対象体２１にパルス状の定電流が供給され、これに伴い、測定対象体２１の両端間にパルス状の両端電圧が発生することに起因したノイズの発生を低減することができる。また、直流定電流Ｉ１の振幅がほぼ一定となるように平滑されているときには、処理部１４が入力したデジタルデータＤｖを平均化する上記の処理を不要にすることができる。

また、上記の測定装置１では、電圧測定モード、電流測定モードおよび抵抗測定モードの３つの測定モードから任意の１つを選択して測定できる構成を採用しているが、電流測定モードおよび電圧測定モードのうちの少なくとも１つを省く構成を採用することもできる。また、上記の測定装置１では、電池５を電源して作動する携帯型の測定装置に構成しているが、商用電源で作動する測定装置にも適用することもできる。

１測定装置
５電池
６中間電圧生成部
７定電流供給部
１４処理部
２１測定対象体
Ｉａｖｅ平均電流値
Ｉ１直流定電流
Ｉｒｅｆ基準電流値
Ｒｏｂ抵抗値

Claims

複数の電流値のうちから選択された１つの電流値の直流定電流を生成して測定対象体に供給する定電流供給部と、前記直流定電流の供給時に前記測定対象体の両端間に発生する両端電圧を検出する電圧検出部と、前記直流定電流の電流値と前記両端電圧の電圧値とに基づいて前記測定対象体の抵抗値を算出する処理部とを備えた測定装置であって、
前記定電流供給部は、前記選択された電流値が予め規定された基準電流値以上のときには、振幅が連続して当該選択された電流値となる連続定電流を前記直流定電流として生成し、前記選択された電流値が前記基準電流値未満のときには、振幅が当該基準電流値以上で、かつ平均電流値が当該選択された電流値となるパルス定電流を前記直流定電流として生成する測定装置。
前記処理部は、前記パルス定電流の平均電流値と当該パルス定電流の１周期に比べて長い平均区間での前記両端電圧の平均電圧値とに基づいて前記測定対象体の抵抗値を算出する請求項１記載の測定装置。
前記定電流供給部で生成される前記パルス定電流を平滑して前記測定対象体に供給する平滑部を備えている請求項１または２記載の測定装置。