JP2012225866A

JP2012225866A - 指針型絶縁抵抗計

Info

Publication number: JP2012225866A
Application number: JP2011095941A
Authority: JP
Inventors: Takayori Yamaji; 孝順山地
Original assignee: Kyoritsu Electrical Instr Works Ltd; Kyoritsu Electrical Instruments Works Ltd
Current assignee: Kyoritsu Electrical Instr Works Ltd; Kyoritsu Electrical Instruments Works Ltd
Priority date: 2011-04-22
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2012-11-15

Abstract

【課題】部品のバラツキや温度の影響を避けるために調整や工数が煩雑になることが無く、効率良く製造できる精度の高い指針型絶縁抵抗計を提供する。
【解決手段】メータＭの指針を振れさせて計測された絶縁抵抗値を表示する指針型絶縁抵抗計１０は、電流−電圧変換回路１８により測定された検出電流Ｉ_inから、対数演算手段１１ｂが絶縁抵抗値Ｒ_insuと、その値に応じた対数表示の指示角度を演算し、補正値記憶手段１１ｄに記憶された補正値に基づいて指示角度を補正し、補正された指示角度に応じた指針角度制御電圧をＤ／Ａ変換手段１１ｃよりメータＭへ印加させることで、測定値の指針表示を行う。
【選択図】図１

Description

電気器具・電気設備などが正しく、正常に設置されたかを確認する、または正常に設置された後、正常に動作をしているかを定期的に点検するための、絶縁抵抗を測定するためのアナログメータを備えた（指針型）絶縁抵抗計に関するものである。

指針型絶縁抵抗計は、例えば０．１ＭΩ〜１００ＭΩや２ＭΩ〜２０００ＭΩのように広い測定範囲を持ち、通常、一つの目盛で広い測定範囲をカバーして表示する。そのために、対数圧縮した目盛が使用される。従来より、トランジスタで増幅した電流を圧縮用ダイオードを用いて圧縮する対数圧縮回路が広く用いられており、この他、従来のアナログ式の指針型絶縁抵抗計に使われる対数圧縮回路の設計手法として、以下の２つの方法も知られている。（１）折線近似回路を使用した回路設計。（２）ログアンプを使用した回路設計。

折線近似回路を使用した回路設計では、区間毎に傾きが変換される折れ線で非線形関数に近似させる折れ線近似回路を用い、電流変化を対数的に表すものである（例えば、特許文献１を参照）。

ログアンプを使用した回路設計では、対数特性を有するログアンプを利用することで、出力電圧を入力電圧に対する対数関数（ｌｏｇ）に変換し、３〜４桁の電流変化を忠実に対数出力できるようにするものである（例えば、特許文献２〜４を参照）。

特開平０６−１２４１９２号公報特開２００９−１３９２０６号公報特開平０８−１６６４１６号公報特開平０９−１１９９５２号公報

しかしながら、前述した対数圧縮回路の設計方式は、ダイオードの折線近似、トランジスタの指数特性と、何れも半導体の特長を生かしたものであることから、半導体の購入ロットや個体ごとのバラツキや環境温度の影響が無視できず、計測精度に大きく関わるため、安定した性能の絶縁抵抗計とするためには、調整点も複数あり、工数が多くかかっていた。

そこで、本発明は上記のような問題点に鑑み成されたもので、部品のバラツキや温度の影響を避けるために調整や工数が煩雑になることが無く、効率良く製造できる精度の高い指針型絶縁抵抗計の提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、請求項１に係る指針型絶縁抵抗計は、被測定回路への通電により得た絶縁抵抗値を、メータの対数目盛に指示針で表示する指針型絶縁抵抗計において、前記メータの指示針の指示角度を制御する、マイクロコンピュータ構成の指針表示制御部を備え、前記指針表示制御部は、計測された絶縁抵抗値に基づいて、メータの対数目盛に応じた指示角度を算出する対数演算手段と、前記対数演算手段により算出された指示角度に応じた電流をメータへ流すことで、指示針をその指示角度に振れさせる指針制御手段と、を有することを特徴とする。

また、請求項２に係る指針型絶縁抵抗計は、前記請求項１記載の指針型絶縁抵抗計において、前記指針表示制御部は、前記対数演算手段により算出された指示角度と、該指示角度に基づいて指示針制御手段が制御することによりメータの指示針が指示する対数目盛の位置との誤差を補正値として記憶する補正値記憶手段を有し、前記対数演算手段は、前記補正値記憶手段の記憶する補正値に基づいて補正した指示角度を指針制御手段へ送出するようにしたことを特徴とする。

また、請求項３に係る指針型絶縁抵抗計は、前記請求項２に記載の指針型絶縁抵抗計において、外部と有線および／または無線の通信が可能な通信手段を備え、前記通信手段を介して、外部の検査装置と接続することで、検査装置からの補正値を受信し、この補正値を前記補正値記憶手段に記憶させるようにしたことを特徴とする。

請求項１に係る指針型絶縁抵抗計によれば、前記メータの指示針の指示角度を制御する、マイクロコンピュータ構成の指針表示制御部を備え、前記指針表示制御部は、計測された絶縁抵抗値に基づいて、メータの対数目盛に応じた指示角度を算出する対数演算手段と、前記対数演算手段により算出された指示角度に応じた電流をメータへ流すことで、指示針をその指示角度に振れさせる指針制御手段と、を有するので、半導体素子により対数圧縮回路を構成する場合のように、部品のバラツキや温度の影響を受けることが無く、精度の高い測定が可能である。しかも、製品毎に行う調整や工数が煩雑になることは無いので、効率良く指針型絶縁抵抗計を製造できるという利点もある。加えて、指示針表示制御部は、マイクロコンピュータ構成とすることで、対数演算手段をソフトウェアにより実現できることから、部品点数を削減でき、延いてはコスト削減にも有効である。

また、請求項２に係る指針型絶縁抵抗計によれば、前記指針表示制御部は、前記対数演算手段により算出された指示角度と、該指示角度に基づいて指示針制御手段が制御することによりメータの指示針が指示する対数目盛の位置との誤差を補正値として記憶する補正値記憶手段を有し、前記対数演算手段は、前記補正値記憶手段の記憶する補正値に基づいて補正した指示角度を指針制御手段へ送出するようにしたので、メータの個体差等に起因する指示位置の誤差があっても、その誤差を吸収し、高精度の表示が可能となる。

また、請求項３に係る指針型絶縁抵抗計によれば、外部と有線および／または無線の通信が可能な通信手段を備え、前記通信手段を介して、外部の検査装置と接続することで、検査装置からの補正値を受信し、この補正値を前記補正値記憶手段に記憶させるようにしたので、検査装置による検査結果をダイレクトに反映させることができ、製品毎の調整を効率良く行うことで、生産効率を高めることが可能となる。

本発明に係る指針型絶縁抵抗計と検査装置からなる誤差補正システムの概略構成図である。対数演算手段が用いる換算対応表の一例を示すイメージ図である。図２の換算対応表における絶縁抵抗値とメータ角度を対数表示したイメージ図である。

次に、本発明に係る指針型絶縁抵抗計の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。なお、図１においては、指針型絶縁抵抗計１０と検査装置２０を接続線３０にて接続することで構成される誤差補正システム全体を開示するものとした。

指針型絶縁抵抗計１０は、指針表示制御部として機能する計測用マイクロコンピュータ１１を備え、計測値に基づくメータＭの指示針表示を制御するもので、この計測用マイクロコンピュータ１１によって実現する諸機能に特別な技術的特徴が存する。その他の機能は、従前の指針型絶縁抵抗計と同様で、例えば、以下のような構成を備える。

直流電源１２（内蔵電池等）から内部の各回路へ適正な電圧を供給し、そのＯＮ／ＯＦＦを切り換え制御可能な電源回路１３、高圧を発生させるための交流信号を生成する発振回路１４、この発振回路１４により生成された交流信号を昇圧させるためのトランスと整流して直流に変換するため変圧／整流回路１５、被測定回路中の負荷が変動しても出力電圧を一定に保つためのフィードバック回路１６、測定用の出力端子Ｅに接続され、過電流を防止したり、間違って活線に接続しても装置自体を保護するための保護回路１６、検出用の入力端子Ｌから検出した電流を電圧値に変換する電流−電圧変換回路１８等を備える。

上記のような構成を有する指針型絶縁抵抗計１０を被測定回路に接続し、絶縁抵抗の計測を開始すると、先ず、電流−電圧変換回路１８により検出電圧に応じた電流が計測用マイクロコンピュータ１１のＡ／Ｄ変換手段１１ａに入力され、この入力電流に応じたデジタル値に変換され、このデジタル化された検出電流Ｉ_inが対数演算手段１１ｂへ供給される。

対数演算手段１１ｂは、出力電圧Ｖ_outと、検出された検出電流Ｉ_inから、絶縁抵抗Ｒ_insuを求める（演算式：Ｒ_insu＝Ｖ_out÷Ｉ_in）。

通常、アナログ式の絶縁抵抗計においては、出力電圧Ｖ_outはほぼ一定（例えば、５００Ｖ）であることから、測定により検出電流Ｉ_inのみ得られれば、絶縁抵抗Ｒ_insuを演算できる。この検出電流Ｉ_inに対応する絶縁抵抗値をメータＭで表示するように、対数演算手段１１ｂから指針制御手段としてのＤ／Ａ変換手段１１ｃへ表示用の信号を供給すれば、メータＭで指針による計測値の表示を実現できる。

一般的に、指針型絶縁抵抗計では、計測した電流値によってメータを振らせているため、電流が小さい（抵抗値が大きい）ときに指針表示が０度に近く、電流が大きい（抵抗値が小さい）ときに９０度に近くなるように、指針を振れさせるようにしてある。この指針表示においては、メータＭの目盛りが対数目盛りであることから、対数計算により抵抗値に応じた指針の指示角度を求める必要がある。

指示角度（度）＝角度変換係数ｋ（度）×ＬＯＧＲ_insu

上記の演算式により、測定最大値近辺の値が０度、測定最小値近辺の値が９０度になるように、角度変換係数ｋを調整すれば良い。

図２に示すのは、５０００ＭΩで０度、０．０５ＭΩで９０度となるように、角度変換係数ｋ＝１８．００度として対数計算した一例を示す。表示値＝ＬＯＧ（Ｉ_insu／Ｉ_insu at 5000ＭΩ）で計算でき、その表示値に対応する対数目盛（０．００度〜９０．００度の範囲）に換算することで指示角度が求まるのである。図２に示す換算例においては、０．０５ＭΩ〜５０００ＭΩを測定可能範囲と設定したので、最小値から最大値まで１０００００倍（１０の５乗倍）に及ぶ広範囲となるから、これを常用対数で表すと「５」となり、この範囲を９０度で振らせるように指示角度の換算を行い、この計算に合わせてメータＭにおけるスケール板の目盛を作成すれば良い。

図２における絶縁抵抗値を横軸に対数表示し、メータの指示角度を縦軸にとって示した特性が図３であり、理想的には直線性を呈する。しかしながら、実際には、様々な要因により非直線性が現れることとなる。このような非直線性は、個別に補正することも可能であるが、予め非直線性のバラツキの平均をとって、この非直線性補正に基づいて作製した目盛を用いるようにすれば、調整工程の一部を省力化でき、相応の精度での指針表示を行うことができる。

なお、上述した対数換算の例では、電流値Ｉ_insuのみから指示角度を求める計算例を示したが、より計測精度を上げるために、計測時の出力電圧Ｖ_outを検出できるようにしておき、絶縁抵抗Ｒ_insu＝Ｖ_out／Ｉ_in によって絶縁抵抗を求め、この絶縁抵抗値から指示角度を求めるようにしても良い。

また、有効測定範囲も５０００ＭΩ〜０．０５ＭΩの範囲に限定されるものではなく、任意の有効測定範囲を０度〜９０度の範囲で指示できるようにして構わない。例えば、絶縁診断に重要な２０００ＭΩ（７．１６度）〜０．１ＭΩ（８４．５８度）の範囲に有効測定範囲を絞れば、それだけ広く表示させることができる。

上記のようにして指示角度を求めた計測用マイクロコンピュータ１１の対数演算手段１１ｂは、その指示角度でメータＭを振れさせるように、Ｄ／Ａ変換手段１１ｃへの出力電圧を制御し、Ｄ／Ａ変換手段１１ｃより所望の指針角度制御電圧がメータＭへ印加されるようにする。なお、メータＭの内部抵抗は、通常０．４％／℃あるので、直接電圧で制御すると、温度の影響を受け易いことから、メータＭの内部抵抗よりはるかに大きな抵抗を直列に入れて、定電流動作させることにより、温度の影響を低減できる。また、メータＭの端子電圧は、通常５０ｍＶ〜２００ｍＶ程度であるから、この１０倍から１００倍の電圧で制御するようにしても、温度の影響を無視できる。

なお、一切余分な部品を使用しないで、計算だけで調整することもできる。例えば、電流が大きい（抵抗値が小さい）点を調整点として、メータの指示が合うように、Ｄ／Ａ変換手段１１ｃからの出力値を調整する。このＤ／Ａ変換手段１１ｃからの出力値を機器ごとの調整値として、不揮発メモリで構成した補正値記憶手段１１ｄに記憶させておき、この補正値記憶手段１１ｄに記憶された補正値を対数演算手段１１ｂが用いることで、Ｄ／Ａ変換手段１１ｃへの印加電圧を調整すれば、誤差の少ない極めて高精度の指針表示を実現できるのである。しかも、機器毎の補正値を補正値記憶手段１１ｄに保存すれば、調整が完了するので、調整作業を効率良く処理できるという利点もある。

上述した補正作業を一層効率的に行うためには、指針型絶縁抵抗計１０と検査装置２０を接続線３０にて接続することで構成される誤差補正システムを用いることが望ましい。このために、指針型絶縁抵抗計１０には、通信手段１１ｅを設けてあり、検査装置２０との通信を行えるようにしてある。指針型絶縁抵抗計１０と検査装置２０との通信は、有線に限らず、近距離無線通信を用いるようにしても良い。

検査装置２０には、指針型絶縁抵抗計１０におけるメータＭの指針表示状態を画像として取得できるカメラ等の撮像手段２１を備え、この撮像手段２１から供給される画像を画像処理手段２２により処理（例えば、白黒の２値画像に変換して、スケール板の目盛と指示針のマッチングを行い易くするプレ加工処理など）し、その画像に基づいて、メータ指示角度算出手段２３がメータＭにおける実際の指示角度を算出し、そのメータ指示角度が比較判定手段２４へ供給される。

一方、誤差補正作業においては、指針型絶縁抵抗計１０の対数演算手段１１ｂがメータＭに表示させている指示角度が、通信手段１１ｅにより出力されて検査装置２０へ供給され、検査装置２０の指示角度受信手段２５を介して比較判定手段２５へ供給される。

このように、実際にメータＭに表示されている指示角度と、その指針制御を行っている対数演算手段１１ｂが指示した指示角度とが共に供給される比較判定手段２４は、両者を比較することで、その誤差を補正値と判定し、補正値送信手段２６を介して指針型絶縁抵抗計１０へ送信させる。

検査装置２０からの補正値を受信した通信手段１１ｅは、その補正値を補正値記憶手段１１ｄに供給し、これを補正値記憶手段１１ｄが記憶することで、個体毎に現れる非直線性を効果的に補正でき、高精度の指針表示を行うことができる。

上述したように構成される誤差補正システムによれば、検査装置２０によって個体毎の非直線性を補正できる補正値を自動で取得でき、人手による調整作業に比べて、飛躍的な効率化を期せる。加えて、非常に高精度の指針型絶縁抵抗計を、安定してロス無く生産することができる。

また、このような誤差補正システムによる誤差の自動補正を可能とする指針側絶縁抵抗計１０においては、計測用マイクロコンピュータ１１として、比較的廉価で入手できる既製品のマイコンを流用することができ、特に、対数演算手段１１ｂの機能は、ソフトウェアのみで実現できることから、対数圧縮回路を構成するための部品を必要とせず、コストを下げられると共に、半導体部品による特性のバラツキを補正する必要もない。

以上は、本発明に係る指針型絶縁抵抗計の実施形態を添付図面に基づいて説明したが、本発明の包摂範囲は、これらの実施形態に限定されるものではなく、公知既存の手法を適宜転用することで実現しても構わない。

１０指針型絶縁抵抗計
１１計測用マイクロコンピュータ
１１ａＡ／Ｄ変換手段
１１ｂ対数演算手段
１１ｃＤ／Ａ変換手段
１１ｄ補正値記憶手段
１１ｅ通信手段
２０検査装置
３０接続線

Claims

被測定回路への通電により得た絶縁抵抗値を、メータの対数目盛に指示針で表示する指針型絶縁抵抗計において、
前記メータの指示針の指示角度を制御する、マイクロコンピュータ構成の指針表示制御部を備え、
前記指針表示制御部は、
計測された絶縁抵抗値に基づいて、メータの対数目盛に応じた指示角度を算出する対数演算手段と、
前記対数演算手段により算出された指示角度に応じた電流をメータへ流すことで、指示針をその指示角度に振れさせる指針制御手段と、
を有することを特徴とする指針型絶縁抵抗計。
前記指針表示制御部は、
前記対数演算手段により算出された指示角度と、該指示角度に基づいて指示針制御手段が制御することによりメータの指示針が指示する対数目盛の位置との誤差を補正値として記憶する補正値記憶手段を有し、
前記対数演算手段は、前記補正値記憶手段の記憶する補正値に基づいて補正した指示角度を指針制御手段へ送出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の指針型絶縁抵抗計。
外部と有線および／または無線の通信が可能な通信手段を備え、
前記通信手段を介して、外部の検査装置と接続することで、検査装置からの補正値を受信し、この補正値を前記補正値記憶手段に記憶させるようにしたことを特徴とする請求項２に記載の指針型絶縁抵抗計。