JP2014232054A - 非接触電圧測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検出プローブを電線に取り付ける施工性と電圧の測定精度とを両立することができる非接触電圧測定装置を提供する。【解決手段】可撓性を有する平板状の第１の絶縁部材１３内において同一の平面上に配置された第１の電極１１と第２の電極１２とで静電容量Ｃａを有する補助コンデンサ１５を形成し、電線７の外周面に巻き付けられる検出プローブ１と、補助コンデンサ１５と回路グランドとの間に直列接続される検出用コンデンサ３１と、検出用コンデンサ３１の両端電圧Ｖｉｎ，静電容量Ｃｉｎおよび静電容量Ｃａを用いて、芯線２に印加されている交流電圧Ｖｓを算出する電圧測定回路４１１とを備え、検出プローブ１は、第１の電極１１が電線７の外周面に対向するように電線７に巻き付けられ、絶縁部材１３の一部が重なり合うことで第１の電極１１と第２の電極１２とが対向して補助コンデンサ１５を形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、非接触電圧測定装置に関するものである。

従来、電線の絶縁被覆上から芯線に印加された交流電圧を測定する非接触電圧測定装置がある（例えば、特許文献１参照）。この非接触電圧測定装置は、図８（ａ）（ｂ）に示すように、電線１０２の絶縁被覆１２１上に検出プローブ１０１を取り付け、電線１０２の芯線１２２に印加された交流電圧Ｖｓを測定するものである。

まず、図８（ａ）（ｂ）を用いて検出プローブ１０１の構成を説明する。検出プローブ１０１は、可撓性を有する薄い平板状の絶縁部材１１３内において、大面積の第１の電極１１１と小面積の第２の電極１１２とが互いに対向するように配置されることで構成されている。第１の電極１１１と第２の電極１１２とは所定間隔離間しており、静電容量Ｃａを有する補助コンデンサ１１５を形成している。また、第２の電極１１２には測定線１１４が接続されており、測定線１１４を介して後述する検出用コンデンサ１０３に接続されている。

そして、検出プローブ１０１は、第２の電極１１２に対して第１の電極１１１が内側となるように、電線１０２の絶縁被覆１２１の外周面に密着して取り付けられる。これにより、芯線１２２と第１の電極１１１とが絶縁部材１１３，絶縁被覆１２１を介して対向し、芯線１２２−第１の電極１１１間に静電容量Ｃｓが生成される。ここで、第１の電極１１１の面積は、第２の電極１１２の面積に対してはるかに大きいので、静電容量Ｃｓは静電容量Ｃａに対してはるかに大きくなる（Ｃｓ≫Ｃａ）。

次に、図９に示す等価回路を用いて、交流電圧Ｖｓの測定について説明する。第２の電極１１２は測定線１１４を介して検出用コンデンサ１０３に接続されており、この検出用コンデンサ１０３の両端電圧（入力電圧Ｖｉｎ）に基づいて交流電圧Ｖｓを測定（算出）する。検出用コンデンサ１０３の静電容量Ｃｉｎは、静電容量Ｃａに対して十分大きい値に設定されている（Ｃｉｎ≫Ｃａ）。また、静電容量Ｃｓと静電容量Ｃａとを合成した静電容量を、検出プローブ１０１の合成静電容量Ｃｐとすると、Ｃｐ＝（Ｃｓ・Ｃａ）／（Ｃｓ＋Ｃａ）で表される。上述したように、静電容量Ｃｓ≫Ｃａであるので、合成静電容量Ｃｐは静電容量Ｃａとほぼ等しくなる（Ｃｐ≒Ｃａ）。

したがって、入力電圧Ｖｉｎは、Ｖｉｎ＝｛Ｃｐ／（Ｃｐ＋Ｃｉｎ）｝・Ｖｓで表される。ここで、静電容量Ｃｉｎ≫Ｃａ、合成静電容量Ｃｐ≒Ｃａより、入力電圧Ｖｉｎ≒（Ｃａ／Ｃｉｎ）・Ｖｓとなるので、交流電圧Ｖｓは、Ｖｓ≒（Ｃｉｎ／Ｃａ）・Ｖｉｎで表される。

このように、検出用コンデンサ１０３の両端間に発生する入力電圧Ｖｉｎは、静電容量Ｃａと静電容量Ｃｉｎとの比でほぼ決定され、静電容量Ｃｓにはほとんど依存しない。したがって、電線１０２の形状や材質等によって静電容量Ｃｓが変化したとしても、入力電圧Ｖｉｎの値に変化がほとんどなく、静電容量Ｃｓの変化による交流電圧Ｖｓの測定結果の影響を無視することができる。

特開２０１２−１６３３９４号公報

上述したように、静電容量Ｃｓ≫Ｃａであるので、合成静電容量Ｃｐ≒Ｃａとみなして交流電圧Ｖｓを測定（算出）している。そのため、静電容量Ｃａが静電容量Ｃｓに対して小さいほど、交流電圧Ｖｓの測定結果の誤差が小さくなる。この静電容量Ｃａは、絶縁部材１１３の誘電率をε、第２の電極１１２の面積をＳ、第１の電極１１１−第２の電極１１２間の距離をｄとすると、静電容量Ｃａ＝ε・（Ｓ／ｄ）で表される。したがって、静電容量Ｃａを小さくするために、第１の電極１１１−第２の電極１１２間の距離ｄを大きくすることが考えられる。しかし、従来の非接触電圧測定装置は、第１の電極１１１と第２の電極１１２とを予め対向させた状態で絶縁部材１１３内に配置している。そのため、第１の電極１１１−第２の電極１１２間の距離ｄを大きく設定すると、絶縁部材１１３の厚みが増してしまう。絶縁部材１１３の厚みが増すことによって絶縁部材１１３の可撓性が低下し、検出プローブ１０１を電線１０２に取り付ける施工性が低下するという問題が発生する。

本発明は、上記事由に鑑みてなされたものであり、その目的は、検出プローブを電線に取り付ける施工性と電圧の測定精度とを両立することができる非接触電圧測定装置を提供することにある。

本発明の非接触電圧測定装置は、可撓性を有する平板状の第１の絶縁部材内において同一の平面上に配置された第１の電極と第２の電極とで第１の静電容量を有する補助コンデンサを形成し、芯線が絶縁被覆で覆われた電線の外周面に巻き付けられる検出プローブと、前記補助コンデンサと基準電圧点との間に直列接続され、第２の静電容量を有する検出用コンデンサと、前記検出用コンデンサの両端電圧および、前記第２の静電容量および、前記第１の静電容量を用いて、前記芯線に印加されている電圧を算出する電圧測定回路とを備え、前記検出プローブは、前記第１の電極が前記電線の外周面に対向するように前記電線に巻き付けられ、前記第１の絶縁部材の一部が重なり合うことで前記第１の電極と前記第２の電極とが対向して前記補助コンデンサを形成することを特徴とする。

この非接触電圧測定装置において、前記第１の絶縁部材は、前記電線に巻き付けられた際に外側となる一面から前記第１の電極および前記第２の電極までの距離が、前記電線に巻き付けられた際に内側となる他面から前記第１の電極および前記第２の電極までの距離よりも長いことが好ましい。

この非接触電圧測定装置において、前記第１の絶縁部材は、前記電線に巻き付けられる際に外側となる一面または内側となる他面に凸部が形成され、前記電線に巻き付けられることで前記第１の電極と前記第２の電極とが前記凸部を介して対向することが好ましい。

この非接触電圧測定装置において、前記第１の絶縁部材と同材料である第２の絶縁部材内に配置された第３の静電容量を有する補正用コンデンサを具備する補正プローブと、前記第３の静電容量を測定する静電容量測定回路と、前記静電容量測定回路の測定結果に基づいて、前記第３の静電容量の変動率を算出する変動率算出回路と、前記変動率算出回路が算出した前記変動率に基づいて、前記第１の静電容量の値を補正する補正回路とを備え、前記電圧測定回路は、前記検出用コンデンサの両端電圧および、前記第２の静電容量および、前記補正回路によって補正された前記第１の静電容量の値を用いて、前記芯線に印加されている電圧を算出することが好ましい。

以上説明したように、本発明では、第１の電極と第２の電極とを同一の平面上に配置し、検出プローブを電線に巻き付けることで第１の電極と第２の電極とを対向させるので、絶縁部材を薄型化すると共に、第１の電極と第２の電極との間隔を確保することができるので、検出プローブを電線に取り付ける施工性と電圧の測定精度とを両立することができるという効果がある。

（ａ）（ｂ）本発明の非接触電圧測定装置の実施形態の検出プローブの概略構成図である。 同上のブロック構成図である。 （ａ）（ｂ）同上の検出プローブの別構成の概略構成図である。 （ａ）（ｂ）同上の検出プローブの別構成の概略構成図である。 （ａ）（ｂ）同上の検出プローブの別構成の概略構成図である。 （ａ）（ｂ）同上の検出プローブの別構成の概略構成図である。 同上の補正プローブの概略構成図である。 （ａ）（ｂ）従来の非接触電圧測定装置の検出プローブの概略構成図である。 同上の検出プローブの等価回路図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（実施形態）
本実施形態の非接触電圧測定装置は、図１（ａ）（ｂ）に示すように、電線７の絶縁被覆７１上に検出プローブ１を巻き付けて、電線７の芯線７２に印加された交流電圧Ｖｓを測定するものである。

まず、図１（ａ）（ｂ）を用いて検出プローブ１の構成を説明する。検出プローブ１は、可撓性を有する絶縁部材１３（第１の絶縁部材）内に、薄膜状の第１の電極１１，第２の電極１２が配置されることで構成されている。図１（ａ）に示すように、絶縁部材１３は、平板状の絶縁フィルム１３１，１３２が重ね合わされることで構成されている。なお、絶縁フィルム１３１，１３２は、同一のもので構成されている。第１の電極１１と第２の電極１２とは、絶縁部材１３の長さ方向（図１（ａ）における左右方向）に離間して並べた状態で、絶縁フィルム１３１と絶縁フィルム１３２とで挟み込まれている。具体的には、第１の電極１１は、絶縁部材１３の長さ方向の一端側（図１（ａ）における左端側）に配置され、第２の電極１２は、絶縁部材１３の長さ方向の他端側（図１（ａ）における右端側）に配置されている。このように、第１の電極１１と第２の電極１２とは、絶縁部材１３内において同一の平面上に配置されている。また、第１の電極１１の面積は、第２の電極１２の面積に対してはるかに大きく形成されている。また、第２の電極１２には、測定線１４が接続されている。測定線１４は、絶縁部材１３外に引き出され、後述する検出用コンデンサ３１に接続されている。

そして、図１（ｂ）に示すように、検出プローブ１は、絶縁フィルム１３１が電線７の絶縁被覆７１の外周面に密着するように巻き付けられる。ここで、絶縁部材１３の長さＬ１（図１（ａ）における左右方向の長さ）が、電線７の外周の長さよりも長く形成されている。したがって、検出プローブ１が電線７に巻き付けられることによって絶縁部材１３の一部（一端側と他端側）が重なり合い、第１の電極１１と第２の電極１２とが絶縁部材１３（絶縁フィルム１３１，１３２）を介して対向する。このとき、検出プローブ１は、第２の電極１２に対して第１の電極１１が内側となるように電線７に取り付けられる。そして、検出プローブ１が電線７に巻き付けられることによって、互いに対向した第１の電極１１と第２の電極１２とで補助コンデンサ１５が形成される。この補助コンデンサ１５の静電容量Ｃａ（第１の静電容量）は、第２の電極１２の面積Ｓ，第１の電極１１−第２の電極１２間の距離ｄ，絶縁部材１３の誘電率εによって決定され、下記式（１）で表される。

また、検出プローブ１が電線７に巻き付けられることによって、電線７の芯線７２と検出プローブ１の第１の電極１１とが絶縁部材１３（絶縁フィルム１３１），絶縁被覆７１を介して対向し、芯線７２−第１の電極１１間に静電容量Ｃｓが生成される。上述したように第１の電極１１の面積は、第２の電極１２の面積に対してはるかに大きい。したがって、芯線７２−第１の電極１１間に生成される静電容量Ｃｓは、第１の電極１１−第２の電極１２間に生成される静電容量Ｃａに対してはるかに大きくなる（Ｃｓ≫Ｃａ）。

次に、図２を用いて非接触電圧測定装置の構成について説明する。なお、図２において、検出プローブ１は等価回路で示している。

検出プローブ１から導出された測定線１４は、装置本体２内に設けられた検出用コンデンサ３１を介して回路グランド（基準電圧点）に接続されている。すなわち、検出用コンデンサ３１は、補助コンデンサ１５と回路グランドとの間に直列接続されている。この検出用コンデンサ３１の静電容量Ｃｉｎ（第２の静電容量）は、補助コンデンサ１５の静電容量Ｃａに対して十分大きい値に設定されている（Ｃｉｎ≫Ｃａ）。

また、装置本体２内には、検出用コンデンサ３１の両端電圧（入力電圧Ｖｉｎ）を検出することで、電線７の芯線７２に印加された交流電圧Ｖｓを算出するマイクロコンピュータ４（以降、マイコン４と略称する）が設けられている。マイコン４は、演算部４１と、Ａ／Ｄ変換回路４２とを備えている。Ａ／Ｄ変換回路４２は、入力電圧Ｖｉｎが入力され、入力電圧Ｖｉｎの値をＡ／Ｄ変換して演算部４１に出力する。演算部４１は、入力電圧Ｖｉｎに基づいて交流電圧Ｖｓを算出する電圧測定回路４１１を備えている。以下に、交流電圧Ｖｓの算出について説明する。

ここで、芯線７２−第１の電極１１間の静電容量Ｃｓと、補助コンデンサ１５（第１の電極１１−第２の電極１２間）の静電容量Ｃａとを合成した静電容量を、検出プローブ１の合成静電容量Ｃｐとする。この合成静電容量Ｃｐは、Ｃｐ＝（Ｃｓ・Ｃａ）／（Ｃｓ＋Ｃａ）で表される。ここで、上述したように静電容量Ｃｓ≫Ｃａであるので、合成静電容量Ｃｐは静電容量Ｃａとほぼ等しくなる（Ｃｐ≒Ｃａ）。

したがって、入力電圧Ｖｉｎは、Ｖｉｎ＝｛Ｃｐ／（Ｃｐ＋Ｃｉｎ）｝・Ｖｓで表される。ここで、上述したように、静電容量Ｃｉｎ≫Ｃａ、合成静電容量Ｃｐ≒Ｃａより、入力電圧Ｖｉｎ≒（Ｃａ／Ｃｉｎ）・Ｖｓとなる。したがって、電圧測定回路４１１は、下記式（２）を用いて交流電圧Ｖｓの値を算出する。

そして、マイコン４は、電圧測定回路４１１の算出結果（交流電圧Ｖｓの測定値）を、ディスプレイ等の表示部６を用いてユーザーに表示する。また、図示しない通信部を用いて、外部装置に交流電圧Ｖｓの測定値を送信するように構成してもよい。

このように、検出用コンデンサ３１の両端間に発生する入力電圧Ｖｉｎは、補助コンデンサ１５の静電容量Ｃａと検出用コンデンサ３１の静電容量Ｃｉｎとの比でほぼ決定され、芯線７２−第１の電極１１間の静電容量Ｃｓにはほとんど依存しない。したがって、電線７の形状や材質等によって静電容量Ｃｓが変化したとしても、入力電圧Ｖｉｎの値に変化がほとんどなく、静電容量Ｃｓの変化による交流電圧Ｖｓの測定結果の影響を無視することができる。

ここで、本実施形態の検出プローブ１は、２枚の絶縁フィルム１３１，１３２で第１の電極１１，第２の電極１２を挟み込むことで構成されており、第１の電極１１と第２の電極１２とが同一の平面上にある（図１（ａ）参照）。そして、検出プローブ１を電線７に巻き付けることによって、第１の電極１１と第２の電極１２とが絶縁フィルム１３１，１３２を介して対向し補助コンデンサ１５が形成される（図１（ｂ）参照）。一方、従来の検出プローブ１０１は、第１の電極１１１と第２の電極１１２とを予め対向させた状態で絶縁部材１１３内に配置している。そのため、絶縁部材１１３を３枚の絶縁フィルムで構成した場合、絶縁フィルム−第１の電極１１１−絶縁フィルム−第２の電極１１２−絶縁フィルムの順に積層する必要がある。すなわち、本実施形態の検出プローブ１は、従来の検出プローブ１０１に対して絶縁フィルムの枚数を削減することができる。これにより、絶縁部材１３の厚みが従来よりも薄くなり可撓性が向上するので、電線７に巻き付けやすくなる。さらに、絶縁フィルムの枚数削減によって材料費も削減され、絶縁フィルムを積層する工数が減り加工も容易となるので、非接触電圧測定装置のコストを削減することができる。

また、上述したように、静電容量Ｃｓ≫Ｃａであるので、合成静電容量Ｃｐ≒Ｃａとみなして交流電圧Ｖｓを測定（算出）している。そのため、静電容量Ｃａが静電容量Ｃｓに対して小さいほど、交流電圧Ｖｓの測定結果の誤差が小さくなる。上記式（１）に示すように、静電容量Ｃａは、第１の電極１１−第２の電極１２間の距離ｄが大きくなるにつれて小さくなる。本実施形態では、検出プローブ１を電線７に巻き付けた際に、第１の電極１１と第２の電極１２とが２枚の絶縁フィルム１３１，１３２を介して対向している。そのため、第１の電極１１と第２の電極１２との間隔を確保することができ、交流電圧Ｖｓの測定結果の誤差を小さくすることができる。

このように、検出プローブ１は、可撓性を有する平板状の絶縁部材１３内において同一の平面上に配置された第１の電極１１と第２の電極とで静電容量Ｃａを有する補助コンデンサ１５を形成し、芯線７２が絶縁被覆７１で覆われた電線７の外周面に巻き付けられる。また、検出用コンデンサ３１は、補助コンデンサ１５と回路グランドとの間に直列接続され、静電容量Ｃｉｎを有する。また、電圧測定回路４１１は、検出用コンデンサ３１の両端電圧（入力電圧Ｖｉｎ）および、静電容量Ｃｉｎおよび、静電容量Ｃａを用いて、芯線７２に印加されている交流電圧Ｖｓを算出する。そして、検出プローブ１は、第１の電極１１が電線７の外周面に対向するように電線７に巻き付けられ、絶縁部材１３の一部が重なり合うことで第１の電極１１と第２の電極１２とが対向して補助コンデンサ１５を形成する。

本実施形態の非接触電圧測定装置は、上記構成を備えることによって、絶縁部材１３を薄型化すると共に、第１の電極１１と第２の電極１２との間隔を確保することができるので、検出プローブ１を電線７に巻き付ける施工性と、交流電圧Ｖｓの測定精度とを両立することができる。

また、図１（ａ）（ｂ）に示す例では、絶縁フィルム１３１，１３２は互いに同じ厚みに構成されているが、図３（ａ）（ｂ）に示すように、絶縁フィルム１３１，１３２が互いに異なる厚みとなるように構成してもよい。電線７に巻き付けた際に外側に位置する絶縁フィルム１３２の厚みを、内側に位置する絶縁フィルム１３１よりも厚く構成する。すなわち、絶縁部材１３は、電線７に巻き付けられた際に外側となる一面から第１の電極１１，第２の電極までの距離が、電線７に巻き付けられた際に内側となる他面から第１の電極１１，第２の電極１２までの距離よりも長くなるように形成されている。図３（ｂ）に示すように、第１の電極１１−第２の電極１２間の距離ｄは、絶縁フィルム１３１の厚みと絶縁フィルム１３２の厚みとの合計によって決定される。したがって、絶縁フィルム１３２を厚くすることによって、第１の電極１１−第２の電極１２間の距離ｄが大きくなる。また、外側に位置する絶縁フィルム１３２のみを厚く構成することによって、芯線７２−第１の電極１１間の間隔は大きくならないので、静電容量Ｃｓが小さくなることはない。したがって、絶縁フィルム１３２のみを厚くすることによって、静電容量Ｃａが静電容量Ｃｓに対してより小さくなり、交流電圧Ｖｓの測定結果の誤差が低減して測定精度を向上させることができる。

また、図３（ａ）（ｂ）に示す例では、絶縁フィルム１３２全体が厚くなるように構成しているが、図４（ａ）（ｂ）に示すように、絶縁フィルム１３２の一部分のみが厚くなるように、絶縁フィルム１３２に凸部１３２１を形成してもよい。凸部１３２１は、検出プローブ１を電線７に巻き付けた際に、絶縁フィルム１３２上において第１の電極１１と第２の電極１２とが対向する位置に形成される。すなわち、絶縁部材１３は、電線７に巻き付けられる際に外側となる一面に凸部１３２１が形成され、電線７に巻き付けられることで第１の電極１１と第２の電極１２とが凸部１３２１を介して対向する。このように、絶縁フィルム１３２の一部分のみが厚くなるように構成することによって、絶縁フィルム１３２全体が厚くなるように構成する場合（図３（ａ）（ｂ）参照）に比べて、可撓性が高くなり検出プローブ１を電線７に巻き付ける施工性を向上させることができる。

また、図４（ａ）（ｂ）に示す例では、絶縁フィルム１３２に凸部１３２１を形成しているが、図５（ａ）（ｂ）に示すように、絶縁フィルム１３１に凸部１３１１を形成して絶縁フィルム１３１の一部分のみが厚くなるように構成してもよい。図４（ａ）（ｂ）に示す例では、外側の絶縁フィルム１３２に凸部１３２１を形成しているため、この凸部１３２１を介して第１の電極１１と第２の電極１２を対向させるためには、電線７の太さに制限があった。そこで、図５（ａ）（ｂ）に示すように、内側の絶縁フィルム１３１において、第２の電極１２と対向する位置に凸部１３１１を形成する。すなわち、絶縁部材１３は、電線７に巻き付けられる際に内側となる他面に凸部１３１１が形成され、電線７に巻き付けられることで第１の電極１１と第２の電極１２とが凸部１３１１を介して対向する。このように、内側の絶縁フィルム１３１に凸部１３１１を形成することによって、電線７の太さに関わらず、凸部１３１１を介して第１の電極１１と第２の電極１２とを対向させることができる。

また、図６（ｂ）（ｂ）に示すように、外側の絶縁フィルム１３２全体が厚くなるように構成し、かつ内側の絶縁フィルム１３１に凸部１３１１を形成してもよい。このように構成することによって、第１の電極１１−第２の電極１２間の距離ｄがより大きくなるので、静電容量Ｃａが静電容量Ｃｓに対してより小さくなり、交流電圧Ｖｓの測定結果の誤差が低減して測定精度をより向上させることができる。

ところで、上記式（２）を用いて交流電圧Ｖｓの値を算出する際、静電容量Ｃｉｎの値は、予め設定された定数値として扱われる。また、静電容量Ｃａの値は、上記式（１）で示すように、第２の電極１２の面積Ｓ，第１の電極１１−第２の電極１２間の距離ｄ，絶縁部材１３の誘電率εで決定される。第２の電極１２の面積Ｓは、予め設定された定数値である。第１の電極１１−第２の電極１２間の距離ｄは、絶縁フィルム１３１の厚みと絶縁フィルム１３２の厚みとの合計によって決定されるので定数値として扱うことができる。また、誘電率εは、絶縁部材１３（絶縁フィルム１３１，１３２）の材質によって決定される。したがって、従来では、静電容量Ｃａの値を定数値として扱っていた。しかし、絶縁部材１３の誘電率εは、周囲環境（例えば、周囲温度や周囲湿度）によって変動するおそれがある。例えば、検出プローブ１が湿度の高い状態にあると絶縁部材１３が吸湿し、水分の影響により誘電率εが変動するおそれがある。また、検出プローブ１が温度の高い状態または低い状態にあると、温度の影響により誘電率εが変動するおそれがある。誘電率εが変動すると静電容量Ｃａも変動するので、交流電圧Ｖｓの測定値に誤差が生じることとなる。

そこで、本実施形態では、検出プローブ１の絶縁部材１３と同材料の絶縁部材５３を有する補正プローブ５を備え、絶縁部材５１の誘電率の変動率αに基づいて、周囲環境によて変動した静電容量Ｃａの値を推定する。

図７に示すように、補正プローブ５は、絶縁部材５３内に薄膜状の電極５１，５２が配置されることで構成されている。電極５１と電極５２とは、所定距離離間して互いに対向するように配置されることで補正用コンデンサ５５を形成している。この補正用コンデンサ５５は、静電容量Ｃｂ（第３の静電容量）を有している。また、絶縁部材５３は、検出プローブ１の絶縁部材１３と同材料で構成されており、絶縁部材５３の誘電率および周囲環境に対する誘電率の変動特性は、絶縁部材１３と同一である。したがって、静電容量Ｃｂを測定し、静電容量Ｃｂの変動率αを算出することで、周囲環境による静電容量Ｃａの変動を推定することができる。

電極５１，５２それぞれに測定線５４が接続されており、この測定線５４は絶縁部材５３外に引き出されている。そして、図２に示すように、電極５１−電極５２間に測定線５４を介して交流電源３２，抵抗３３の直列回路が接続されている。交流電源３２は、所定の交流電圧Ｖｈを生成して、補正用コンデンサ５５（電極５１−電極５２間）に印加する。抵抗３３は、補正用コンデンサ５５に流れる電流Ｉｂを検出する電流検出抵抗として機能する。マイコン４は、Ａ／Ｄ変換回路４３を備えており、Ａ／Ｄ変換回路４３は抵抗３３の両端電圧（入力電圧Ｖｂ）の値をＡ／Ｄ変換して演算部４１に出力する。演算部４１は、入力電圧Ｖｂに基づいて静電容量Ｃｂを算出（測定）する静電容量測定回路４１２を備えている。以下に、静電容量Ｃｂの算出について説明する。

交流電源３２が生成する交流電圧Ｖｈの最大値をＶｐ、角周波数をω１とすると、交流電圧Ｖｈ＝Ｖｐ・ｓｉｎ（ω１・ｔ）で表され、補正用コンデンサ５５に流れる電流Ｉｂは、Ｉｂ＝Ｖｈ・ω１・Ｃｂとなる。なお、補正用コンデンサ５５のインピーダンスおよびＡ／Ｄ変換回路４３の入力インピーダンスは、抵抗３３のインピーダンスに対して十分に大きい値に設定されており、ここでは抵抗３３の抵抗値Ｒｂ≒０Ωとみなしている。また、交流電圧Ｖｈの角周波数ω１は、測定対象の交流電圧Ｖｓの角周波数ω２とは関係なく定めてもよいし、角周波数ω１＝ω２または、角周波数ω１≒ω２であってもよい。そして、抵抗３３の両端電圧（入力電圧Ｖｂ）は、Ｖｂ＝Ｉｂ・Ｒｂ＝Ｖｈ・ω１・Ｃｂ・Ｒｂで表される。したがって、演算部４１の静電容量測定回路４１２は、下記式（３）を用いて静電容量Ｃｂを算出する。

また、マイコン４の演算部４１は、周囲環境による静電容量Ｃｂの変動率αを算出する変動率算出回路４１３と、静電容量Ｃａの値を補正する補正回路４１４とを備えている。

変動率算出回路４１３は、静電容量測定回路４１２の算出結果（静電容量Ｃｂの測定値Ｃｂ１とする）に基づいて、静電容量Ｃｂの基準値Ｃｂ０に対する測定値Ｃｂ１の変動率αを算出する。ここで、静電容量Ｃｂの基準値Ｃｂ０とは、絶縁部材５３の誘電率が標準値であるとみなし、電極５１−電極５２間の距離および、電極５１，５２の面積から算出した静電容量Ｃｂの値である。この基準値Ｃｂ０は、予め算出され、マイコン４の記憶部４４に格納されている。そして、変動率算出回路４１３は、静電容量Ｃｂの測定値Ｃｂ１から基準値Ｃｂ０を減算した変動量ΔＣｂ（＝Ｃｂ１−Ｃｂ０）を算出し、さらに下記式（４）を用いて静電容量Ｃｂの変動率αを算出する。

補正プローブ５の絶縁部材５３と検出プローブ１の絶縁部材１３とは同材料で構成されているため、静電容量Ｃｂの変動率αに基づいて、周囲環境によって変動した静電容量Ｃａの値を推定することができる。そこで、補正回路４１４は、静電容量Ｃｂの変動率αに基づいて、静電容量Ｃａの値を補正する。具体的には、補正回路４１４は、静電容量Ｃａの基準値Ｃａ０に変動率αを乗算することで、周囲環境によって変動した静電容量Ｃａの値を推定する。ここで、静電容量Ｃａの基準値Ｃａ０とは、絶縁部材１３の誘電率εが標準値であるとみなし、第１の電極１１−第２の電極１２間の距離ｄおよび、第２の電極１２の面積Ｓから算出した静電容量Ｃａの値である（式（１）参照）。この基準値Ｃａ０は、予め算出され、マイコン４の記憶部４４に格納されている。

そして、電圧測定回路４１１は、補正回路４１４によって補正された静電容量Ｃａの値（Ｃａ０・α）を用いて交流電圧Ｖｓの値を算出する（下記式（５））。

このように、補正プローブ５は、検出プローブ１の絶縁部材１３と同材料である絶縁部材５３内に配置された静電容量Ｃｂを有する補正用コンデンサ５５を具備する。また、静電容量測定回路４１２は、静電容量Ｃｂを測定する。また、変動率算出回路４１３は、静電容量測定回路４１２の測定結果（測定値Ｃｂ１）に基づいて、静電容量Ｃｂの変動率αを算出する。また、補正回路４１４は、変動率算出回路４１３が算出した変動率αに基づいて、静電容量Ｃａの値を補正する。そして、電圧測定回路４１１は、検出用コンデンサ３１の両端電圧（入力電圧Ｖｉｎ）および、静電容量Ｃｉｎおよび、補正回路４１４によって補正された静電容量の値（Ｃａ・α）を用いて、芯線７２に印加されている交流電圧Ｖｓを算出する。

本実施形態の非接触電圧測定装置は、上記構成を備えることによって、周囲環境によって変動した静電容量Ｃａの値を推定することができ、周囲環境による交流電圧Ｖｓの測定結果の誤差を低減することができる。

また、検出プローブ１と補正プローブ５とは、周囲環境（周囲温度，周囲湿度）が同じまたは、可能な限り近い位置に配置することが好ましい。そこで、本実施形態では、補正プローブ５を収納している装置本体２を検出プローブ１の近くに配置している。さらに、図７に示すように、装置本体２に開口２１を設け、この開口２１近傍に固定用部材２２を用いて補正プローブ５を配置している。このように、検出プローブ１と補正プローブ５とで、周囲環境を近づけることで、静電容量Ｃａの補正精度を向上させることができる。

なお、本実施形態では、静電容量Ｃｂの基準値Ｃｂ０を予め算出して記憶部４４に格納しているが、静電容量測定回路４１２の算出結果を基準値Ｃｂ０として用いてもよい。この場合、相対的に温度・湿度が高い状態または低い状態でなく、絶縁部材５３の誘電率が標準値であるとみなせる状態において、静電容量測定回路４１２の算出結果を基準値Ｃｂ０に用いることが好ましい。このような状態において静電容量Ｃｂを測定し、この測定結果を基準値Ｃｂ０として記憶部４４に格納しておいて、交流電圧Ｖｓの測定時に変動率αを算出して、静電容量Ｃａの変動を推定してもよい。

１ 検出プローブ
１１ 第１の電極
１２ 第２の電極
１３ 絶縁部材（第１の絶縁部材）
１３１，１３２ 絶縁フィルム
１４ 測定線
１５ 補助コンデンサ
７ 電線
７１ 絶縁被覆
７２ 芯線

Claims (4)

1. 可撓性を有する平板状の第１の絶縁部材内において同一の平面上に配置された第１の電極と第２の電極とで第１の静電容量を有する補助コンデンサを形成し、芯線が絶縁被覆で覆われた電線の外周面に巻き付けられる検出プローブと、
   前記補助コンデンサと基準電圧点との間に直列接続され、第２の静電容量を有する検出用コンデンサと、
   前記検出用コンデンサの両端電圧および、前記第２の静電容量および、前記第１の静電容量を用いて、前記芯線に印加されている電圧を算出する電圧測定回路とを備え、
   前記検出プローブは、前記第１の電極が前記電線の外周面に対向するように前記電線に巻き付けられ、前記第１の絶縁部材の一部が重なり合うことで前記第１の電極と前記第２の電極とが対向して前記補助コンデンサを形成する
   ことを特徴とする非接触電圧測定装置。
2. 前記第１の絶縁部材は、前記電線に巻き付けられた際に外側となる一面から前記第１の電極および前記第２の電極までの距離が、前記電線に巻き付けられた際に内側となる他面から前記第１の電極および前記第２の電極までの距離よりも長い
   ことを特徴とする請求項１記載の非接触電圧測定装置。
3. 前記第１の絶縁部材は、前記電線に巻き付けられる際に外側となる一面または内側となる他面に凸部が形成され、前記電線に巻き付けられることで前記第１の電極と前記第２の電極とが前記凸部を介して対向する
   ことを特徴とする請求項１または２記載の非接触電圧測定装置。
4. 前記第１の絶縁部材と同材料である第２の絶縁部材内に配置された第３の静電容量を有する補正用コンデンサを具備する補正プローブと、
   前記第３の静電容量を測定する静電容量測定回路と、
   前記静電容量測定回路の測定結果に基づいて、前記第３の静電容量の変動率を算出する変動率算出回路と、
   前記変動率算出回路が算出した前記変動率に基づいて、前記第１の静電容量の値を補正する補正回路とを備え、
   前記電圧測定回路は、前記検出用コンデンサの両端電圧および、前記第２の静電容量および、前記補正回路によって補正された前記第１の静電容量の値を用いて、前記芯線に印加されている電圧を算出する
   ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の非接触電圧測定装置。
   
   
   

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