JP2015175596A - Impedance measuring method, and impedance measuring apparatus - Google Patents

Impedance measuring method, and impedance measuring apparatus Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method capable of simply setting an appropriate measurement frequency when the change of the electrostatic capacitance of a capacitor is detected.SOLUTION: An impedance measuring method for detecting the change of the electrostatic capacitance of a capacitor, comprises: a first step S1 in which is calculated data that shows relationship between a measurement frequency and a loss coefficient in the impedance measurement by simulation using a parallel equivalent circuit model based on a reference value of the electrostatic capacitance of the capacitor and based on the insulation resistance between the electrodes of the capacitor; a second step S2 in which the measurement frequency is decided in a range between the first frequency and the second frequency higher than the first frequency based on the data showing the relationship between the measurement frequency and the loss coefficient; a third step S3 in which impedance measurement of the capacitor is performed using the AC voltage of the measurement frequency decided in the second step; and a fourth step S4 in which the measurement value of the electrostatic capacitance of the capacitor is calculated on the basis of the measurement result of the impedance measurement.

Description

本発明は、インピーダンス測定方法、インピーダンス測定装置に関する。   The present invention relates to an impedance measurement method and an impedance measurement device.

配管の歪等を測定する際、その歪による物理量の変化を、コンデンサの静電容量の変化量として検出する静電容量型センサが用いられている。そして、コンデンサの静電容量の変化を検出する際には、I-V法や、自動平衡ブリッジ法によるインピーダンス測定が用いられている(特許文献1を参照)。   When measuring strain or the like of piping, a capacitance type sensor that detects a change in physical quantity due to the strain as a change in capacitance of a capacitor is used. When detecting a change in the capacitance of the capacitor, impedance measurement using the IV method or the automatic balanced bridge method is used (see Patent Document 1).

特開2007−033286号公報JP 2007-033286 A

インピーダンス測定においては、コンデンサの静電容量の変化を正確に検出する場合、コンデンサの誘電体や電極などの損失による寄生抵抗、リード線による寄生抵抗、寄生インダクタンス等の寄生成分を考慮する必要がある。そこで、コンデンサに印加する交流信号の周波数(以下、「測定周波数」という)を適切に設定することによって、それらの寄生成分の影響を少なくすることがなされている。   In impedance measurement, when accurately detecting changes in the capacitance of a capacitor, it is necessary to take into account parasitic components such as parasitic resistance due to loss of the capacitor dielectric and electrodes, parasitic resistance due to lead wires, and parasitic inductance. . Therefore, the influence of these parasitic components is reduced by appropriately setting the frequency of the AC signal applied to the capacitor (hereinafter referred to as “measurement frequency”).

具体的には、サンプルチェックとして、適当な測定周波数でコンデンサのインピーダンス測定を行い、そのインピーダンスから算出される、寄生成分による影響を表す損失係数D値(リアクタンス成分に対する抵抗成分の比)を参照して、当該測定周波数が適切な値か否かを判断する方法をとっているのが現状である。   Specifically, as a sample check, measure the impedance of the capacitor at an appropriate measurement frequency, and refer to the loss coefficient D value (ratio of resistance component to reactance component) calculated from the impedance and representing the effect of parasitic components. Therefore, the current situation is that a method for determining whether or not the measurement frequency is an appropriate value is used.

しかしながら、経年劣化、測定環境により、コンデンサの寄生成分や静電容量が大きく変化する場合もあり、測定周波数が適切か否かを測定の度に判断する作業は煩雑である。   However, the parasitic component and capacitance of the capacitor may change greatly depending on the aging and measurement environment, and the work of determining whether or not the measurement frequency is appropriate is complicated.

そこで、本発明は、コンデンサの静電容量の変化を検出するインピーダンス測定を行う際、適切な測定周波数を簡易に設定することを可能とするインピーダンス測定方法及びインピーダンス測定装置を提案することを目的とする。   Accordingly, an object of the present invention is to propose an impedance measurement method and an impedance measurement device that can easily set an appropriate measurement frequency when performing impedance measurement for detecting a change in capacitance of a capacitor. To do.

前述した課題を解決する主たる本発明は、コンデンサの静電容量の変化を検出するインピーダンス測定方法であって、前記コンデンサの静電容量の基準値と、前記コンデンサの電極間の絶縁抵抗に基づく並列等価回路モデルを用いたシミュレーションにより、インピーダンス測定における測定周波数と損失係数の関係を示すデータを算出する第1工程と、前記測定周波数と損失係数の関係を示すデータに基づいて、第1の周波数と前記第1周波数よりも高い第2周波数との間の範囲内で測定周波数を決定する第2工程と、前記第2工程で決定した測定周波数の交流電圧を用いて、前記コンデンサのインピーダンス測定を行う第3工程と、前記インピーダンス測定の測定結果に基づいて、前記コンデンサの静電容量の測定値を算出する第4工程と、を備えるインピーダンス測定方法である。   The main present invention for solving the above-mentioned problem is an impedance measurement method for detecting a change in capacitance of a capacitor, wherein the parallel measurement is based on a reference value of the capacitance of the capacitor and an insulation resistance between electrodes of the capacitor. A first step of calculating data indicating the relationship between the measurement frequency and the loss factor in the impedance measurement by simulation using an equivalent circuit model, and the first frequency based on the data indicating the relationship between the measurement frequency and the loss factor The second step of determining the measurement frequency within a range between the second frequency higher than the first frequency and the impedance measurement of the capacitor using the AC voltage of the measurement frequency determined in the second step Third step and a fourth step of calculating a measured value of the capacitance of the capacitor based on the measurement result of the impedance measurement Is the impedance measurement method comprising.

本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかとなる。   Other features of the present invention will become apparent from the accompanying drawings and the description of this specification.

本発明によれば、インピーダンス測定を行う際、適切な測定周波数を簡易に設定することができる。   According to the present invention, it is possible to easily set an appropriate measurement frequency when performing impedance measurement.

コンデンサの等価回路モデルを示す図である。It is a figure showing an equivalent circuit model of a capacitor. コンデンサの等価回路モデルを示す図である。It is a figure showing an equivalent circuit model of a capacitor. 本発明の第1実施形態における測定装置の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the measuring apparatus in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における測定装置の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the measuring apparatus in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における測定フローを示す図である。It is a figure which shows the measurement flow in 1st Embodiment of this invention. 損失係数を説明する図である。It is a figure explaining a loss coefficient. 本発明の第1実施形態における測定周波数と損失係数の関係を示す図である。It is a figure which shows the relationship between the measurement frequency and loss factor in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における被測定物を示す図である。It is a figure which shows the to-be-measured object in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態における被測定物を示す図である。It is a figure which shows the to-be-measured object in 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における測定フローを示す図である。It is a figure which shows the measurement flow in 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態における測定装置の内部構成を示す図である。It is a figure which shows the internal structure of the measuring apparatus in 2nd Embodiment of this invention. コンデンサに直流電圧を印加した時の電流特性について説明する図である。It is a figure explaining the current characteristic when a DC voltage is applied to a capacitor.

本明細書および添付図面の記載により、少なくとも以下の事項が明らかとなる。   At least the following matters will become apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.

<第1実施形態>
本実施形態では、後述する測定装置を用いて、インピーダンス測定を行い、その測定結果に基づいて、コンデンサの静電容量の変化を検出し、配管の歪を算出する態様について説明する。
<First Embodiment>
In the present embodiment, an aspect will be described in which impedance measurement is performed using a measurement device described later, a change in the capacitance of the capacitor is detected based on the measurement result, and the strain of the pipe is calculated.

はじめに、本実施形態でコンデンサの静電容量の測定値を算出する際に用いる、並列等価回路モデルについて説明する。   First, the parallel equivalent circuit model used when calculating the measured value of the capacitance of the capacitor in this embodiment will be described.

上記のとおり、コンデンサは、コンデンサの誘電体や電極などの損失による寄生抵抗、リード線による寄生抵抗、寄生インダクタンス等の寄生成分を有しており、コンデンサの等価回路モデルは、一般的に、等価並列抵抗Rp、等価直列抵抗ESR、及び等価直列インダクタンスESLを有する図1Bに示す等価回路モデルで表される。   As described above, a capacitor has parasitic components such as parasitic resistance due to loss of the dielectric and electrodes of the capacitor, parasitic resistance due to lead wires, and parasitic inductance, and the equivalent circuit model of the capacitor is generally equivalent. It is represented by an equivalent circuit model shown in FIG. 1B having a parallel resistance Rp, an equivalent series resistance ESR, and an equivalent series inductance ESL.

したがって、正確なコンデンサの静電容量Cは、インピーダンス測定の測定結果からこれらの寄生成分を区別した値である。しかしながら、コンデンサの静電容量Cと、等価並列抵抗Rp、等価直列抵抗ESR、及び等価直列インダクタンスESLを正確に区別することは困難である。   Therefore, the accurate capacitance C of the capacitor is a value obtained by distinguishing these parasitic components from the measurement result of the impedance measurement. However, it is difficult to accurately distinguish the capacitance C of the capacitor from the equivalent parallel resistance Rp, the equivalent series resistance ESR, and the equivalent series inductance ESL.

一方、1nF以下の静電容量の小さなコンデンサは、等価並列抵抗Rpの影響が、等価直列抵抗ESR(リード抵抗等)、及び等価直列インダクタンスESLの影響よりもかなり大きいため、等価直列抵抗ESR、及び等価直列インダクタンスESLを無視することができる。   On the other hand, since the influence of the equivalent parallel resistance Rp is considerably larger than the influence of the equivalent series resistance ESR (such as the lead resistance) and the equivalent series inductance ESL, the capacitor having a small capacitance of 1 nF or less has the equivalent series resistance ESR, and The equivalent series inductance ESL can be ignored.

そこで、本実施形態では、図1Aに示す等価並列抵抗Rpとコンデンサの静電容量Cのみからなる並列等価回路モデルを用いている。   Therefore, in this embodiment, a parallel equivalent circuit model including only the equivalent parallel resistance Rp and the capacitance C of the capacitor shown in FIG. 1A is used.

===測定装置のハードウェア構成について===
図2に、測定装置1の内部構成の一例を示す。
=== Hardware Configuration of Measuring Apparatus ===
FIG. 2 shows an example of the internal configuration of the measuring apparatus 1.

測定装置1は、制御部100、記憶部200、表示部300、インピーダンス測定部400、入力部500を有している。   The measurement apparatus 1 includes a control unit 100, a storage unit 200, a display unit 300, an impedance measurement unit 400, and an input unit 500.

制御部100は、CPUであり、バス600を介して、記憶部200、表示部300、インピーダンス測定部400、入力部500と接続されている。そして、制御部100は、記憶部200に記憶されたコンピュータプログラムに基づいて、記憶部200、表示部300、インピーダンス測定部400、入力部500とデータ通信を行うとともに、それらの動作を制御する。   The control unit 100 is a CPU, and is connected to the storage unit 200, the display unit 300, the impedance measurement unit 400, and the input unit 500 via the bus 600. Based on the computer program stored in the storage unit 200, the control unit 100 performs data communication with the storage unit 200, the display unit 300, the impedance measurement unit 400, and the input unit 500 and controls their operations.

尚、詳細は後述するが、制御部100は、コンピュータプログラムに基づいて、コンデンサの電極間の絶縁抵抗Rp’とコンデンサの静電容量の基準値C0とに基づいて、損失係数D値と測定周波数に関するデータを算出する第1算出部と、インピーダンス測定部400により測定されたコンデンサのインピーダンスの測定結果に対して、並列等価回路モデルを適用してコンデンサの静電容量の測定値を算出する第2算出部と、第2算出部により算出されたコンデンサの静電容量の測定値から、被測定物の歪を算出する第3算出部の機能を有している。 Although details will be described later, the control unit 100 measures and measures the loss coefficient D value based on the insulation resistance Rp ′ between the electrodes of the capacitor and the reference value C 0 of the capacitance of the capacitor based on the computer program. A first calculator that calculates data relating to frequency, and a parallel equivalent circuit model applied to a measurement result of the impedance of the capacitor measured by the impedance measuring unit 400 to calculate a measured value of the capacitance of the capacitor. 2 has a function of a third calculator that calculates the strain of the object to be measured from the measured value of the capacitance of the capacitor calculated by the second calculator.

記憶部200は、揮発性メモリー(例えば、RAM)、不揮発性メモリー(例えば、フラッシュメモリー、磁気ディスク)からなる。そして、記憶部200には、測定装置1を制御するためのコンピュータプログラム、測定条件に対応したインピーダンス測定部400の制御データが記憶されている。また、記憶部200には、後述するコンデンサのインピーダンス測定の測定結果から被測定物の歪を算出する算出モデルが記憶されている。   The storage unit 200 includes a volatile memory (for example, RAM) and a nonvolatile memory (for example, a flash memory or a magnetic disk). The storage unit 200 stores a computer program for controlling the measurement apparatus 1 and control data of the impedance measurement unit 400 corresponding to the measurement conditions. Further, the storage unit 200 stores a calculation model for calculating the distortion of the device under test from the measurement result of the capacitor impedance measurement described later.

表示部300は、例えば、各種の情報を表示する液晶ディスプレイであり、後述する被測定物の歪を表示する。   The display unit 300 is, for example, a liquid crystal display that displays various types of information, and displays distortion of the measurement object described later.

インピーダンス測定部400は、例えば、発振器410、電流電圧変換部420、ベクトル比検出部430からなり、自動平衡ブリッジ法に基づいて、コンデンサのインピーダンス測定を行う。   The impedance measurement unit 400 includes, for example, an oscillator 410, a current-voltage conversion unit 420, and a vector ratio detection unit 430, and measures the impedance of the capacitor based on the automatic balanced bridge method.

入力部500は、例えば、スイッチ、タッチパネルであり、測定装置100の使用者の操作指示を受付ける。使用者は、入力部500を介して、測定装置100に対して、例えば、インピーダンス測定における測定条件や、後述するシミュレーションに用いるコンデンサの電極間の絶縁抵抗Rp’、コンデンサの静電容量の基準値C0を入力することができる。 The input unit 500 is, for example, a switch or a touch panel, and receives an operation instruction from the user of the measurement apparatus 100. The user can, for example, measure the impedance in the measurement apparatus 100 via the input unit 500, the insulation resistance Rp ′ between the electrodes of the capacitor used for the simulation described later, and the reference value of the capacitance of the capacitor. C 0 can be entered.

===インピーダンス測定部の構成について===
本実施形態のインピーダンス測定部400は、自動平衡ブリッジ法によりインピーダンス測定を行う。
=== Configuration of Impedance Measurement Unit ===
The impedance measurement unit 400 according to the present embodiment performs impedance measurement by an automatic balanced bridge method.

図3に、本実施形態のインピーダンス測定部400の構成の一例を示す。   FIG. 3 shows an example of the configuration of the impedance measurement unit 400 of the present embodiment.

インピーダンス測定部400は、発振器410、電流電圧変換部420、ベクトル比検出部430を備え、インピーダンス測定部400に接続されたコンデンサMのインピーダンスの測定を行う。   The impedance measurement unit 400 includes an oscillator 410, a current-voltage conversion unit 420, and a vector ratio detection unit 430, and measures the impedance of the capacitor M connected to the impedance measurement unit 400.

本実施形態では、コンデンサMは、静電容量が小さいコンデンサであり、上記のとおり1nF以下のものを測定対象としている。そして、コンデンサM(「DUT」と表示)は、4つの端子(Lc端子、Lp端子、Hc端子、Hp端子)を介して、インピーダンス測定部400と接続されている。   In the present embodiment, the capacitor M is a capacitor having a small capacitance, and the measurement target is 1 nF or less as described above. The capacitor M (indicated as “DUT”) is connected to the impedance measuring unit 400 via four terminals (Lc terminal, Lp terminal, Hc terminal, Hp terminal).

発振器410は、周波数シンセサイザから構成され、コンデンサMに印加する交流電圧を発生する。尚、本実施形態では、交流電圧は、後述するシミュレーションにより算出された適切な測定周波数の範囲内で決定された測定周波数の正弦波信号である。   The oscillator 410 is composed of a frequency synthesizer, and generates an AC voltage applied to the capacitor M. In the present embodiment, the AC voltage is a sine wave signal having a measurement frequency determined within a range of an appropriate measurement frequency calculated by simulation described later.

電流電圧変換部420は、基準抵抗器421、零位検出器422から構成され、コンデンサMに流れる電流を電圧信号に変換して、ベクトル比検出部430に出力する。具体的には、電流電圧変換部420の零位検出器422は、零位検出器422の−側入力端に流れ込む電流を零とするように、基準抵抗器421に流れる電流とコンデンサMに流れる電流とを平衡させている。これによって、コンデンサMに流れる電流を基準抵抗器421に流し、電流を電圧信号に変換している。   The current-voltage converter 420 includes a reference resistor 421 and a zero detector 422, converts the current flowing through the capacitor M into a voltage signal, and outputs the voltage signal to the vector ratio detector 430. Specifically, the zero detector 422 of the current-voltage converter 420 flows through the reference resistor 421 and the capacitor M so that the current flowing into the negative side input terminal of the zero detector 422 becomes zero. The current is balanced. As a result, the current flowing through the capacitor M is passed through the reference resistor 421 to convert the current into a voltage signal.

ベクトル比検出部430は、コンデンサMに印加される電圧V1、及び電流電圧変換部420により電圧変換された電圧V2をそれぞれ測定し、コンデンサMのインピーダンスを算出する。具体的には、ベクトル比検出部430は、ベクトル電圧計431からなる。ベクトル比検出部430は、コンデンサMに印加される電圧V1のベクトルの大きさを測定するとともに、基準抵抗器421に印加される電圧V2のベクトルの大きさを測定し、電圧V1、電圧V2のベクトルの大きさの比、及び抵抗Rから、式1により、コンデンサMのインピーダンスZを算出する。   The vector ratio detection unit 430 measures the voltage V1 applied to the capacitor M and the voltage V2 voltage-converted by the current-voltage conversion unit 420, and calculates the impedance of the capacitor M. Specifically, the vector ratio detection unit 430 includes a vector voltmeter 431. The vector ratio detection unit 430 measures the magnitude of the vector of the voltage V1 applied to the capacitor M and also measures the magnitude of the vector of the voltage V2 applied to the reference resistor 421. From the vector magnitude ratio and the resistance R, the impedance Z of the capacitor M is calculated by Equation 1.

そして、ベクトル比検出部430は、電圧V1(発振器410の参照信号)と電圧V2(電流電圧変換部420から出力される信号)の位相差から、コンデンサMのインピーダンスZの抵抗成分及びリアクタンス成分を算出する。   Then, the vector ratio detection unit 430 calculates the resistance component and reactance component of the impedance Z of the capacitor M from the phase difference between the voltage V1 (reference signal of the oscillator 410) and the voltage V2 (signal output from the current-voltage conversion unit 420). calculate.

Figure 2015175596
一方、本実施形態では、コンデンサMは、並列等価回路モデルを適用したコンデンサであるから、インピーダンスは、コンデンサMの静電容量Cと、等価並列抵抗Rpにより式2により表すことができる。
Figure 2015175596
On the other hand, in the present embodiment, the capacitor M is a capacitor to which a parallel equivalent circuit model is applied. Therefore, the impedance can be expressed by Equation 2 using the capacitance C of the capacitor M and the equivalent parallel resistance Rp.

Figure 2015175596
(Zはインピーダンス(Ω)、Cは静電容量(F)、Rpは等価並列抵抗(Ω)、ωは角周波数(rad/s)を表す)
これより、本実施形態の測定装置1は、インピーダンス測定の測定結果から、式1、式2に基づいて、コンデンサMの静電容量の測定値を算出する。
Figure 2015175596
(Z represents impedance (Ω), C represents capacitance (F), Rp represents equivalent parallel resistance (Ω), and ω represents angular frequency (rad / s))
From this, the measuring apparatus 1 of this embodiment calculates the measured value of the capacitance of the capacitor M based on the formulas 1 and 2 from the measurement result of the impedance measurement.

本実施形態の測定装置1は、以上の構成により、コンデンサMの静電容量の測定値を算出している。   The measuring apparatus 1 of the present embodiment calculates the measured value of the capacitance of the capacitor M with the above configuration.

===測定フローについて===
次に、本実施形態の測定装置1を用いてコンデンサMの静電容量を測定する(変化を検出する)際の測定フローについて説明する。
=== About measurement flow ===
Next, a measurement flow when measuring the capacitance of the capacitor M (detecting a change) using the measurement apparatus 1 of the present embodiment will be described.

図4に、本実施形態における測定フローを示す。   FIG. 4 shows a measurement flow in the present embodiment.

S1は、コンデンサMの静電容量の基準値C0と、電極間の絶縁抵抗Rp’に基づく並列等価回路モデルを用いたシミュレーションにより、測定周波数fと損失係数D値の関係を示すデータを算出する工程である。 S1 calculates data indicating the relationship between the measurement frequency f and the loss factor D value by simulation using a parallel equivalent circuit model based on the reference value C 0 of the capacitance of the capacitor M and the insulation resistance Rp ′ between the electrodes. It is a process to do.

コンデンサの静電容量を正確に測定するためには、上記のとおり、寄生成分(抵抗成分)による影響が小さくなるように測定周波数を決定する必要がある。そこで、本実施形態では、測定周波数fと損失係数D値の関係を示すデータをシミュレーションにより算出することで、適切な測定周波数の範囲を算出している。   In order to accurately measure the capacitance of the capacitor, it is necessary to determine the measurement frequency so as to reduce the influence of the parasitic component (resistance component) as described above. Therefore, in the present embodiment, an appropriate measurement frequency range is calculated by calculating data indicating the relationship between the measurement frequency f and the loss coefficient D value by simulation.

尚、損失係数D値は、図5、及び式3に示すように、インピーダンスのリアクタンス成分に対する抵抗成分の比で表され、D値が小さいほど寄生成分の影響なく、正確な静電容量が測定できていることを理解できる。   The loss factor D value is represented by the ratio of the resistance component to the reactance component of the impedance as shown in FIG. 5 and Equation 3, and the smaller the D value, the more accurate the capacitance is measured without the influence of the parasitic component. I can understand what is being done.

Figure 2015175596
ここで、1nF以下の静電容量の小さなコンデンサにおいては、等価並列抵抗Rpは、コンデンサの電極間の絶縁抵抗とみなすことができる。そのため、等価並列抵抗Rpとして、コンデンサMの設計値より予測される電極間の絶縁抵抗Rp’を用いることができる。また、コンデンサMの静電容量Cについても、コンデンサMの設計値より予測される基準値C0を用いることができる。
Figure 2015175596
Here, in a capacitor having a small capacitance of 1 nF or less, the equivalent parallel resistance Rp can be regarded as an insulation resistance between the electrodes of the capacitor. Therefore, the insulation resistance Rp ′ between the electrodes predicted from the design value of the capacitor M can be used as the equivalent parallel resistance Rp. Further, the reference value C 0 predicted from the design value of the capacitor M can also be used for the capacitance C of the capacitor M.

そして、並列等価回路モデルにおいては、コンデンサのインピーダンスZは、式2のとおり表せる。   In the parallel equivalent circuit model, the impedance Z of the capacitor can be expressed as shown in Equation 2.

したがって、本工程では、測定装置1の使用者が入力部500に入力した、コンデンサMの静電容量の基準値C0と、電極間の絶縁抵抗Rp’とを用いて、次の式4により、測定周波数fと損失係数D値の関係を示すデータをシミュレーションにより算出している。 Therefore, in this step, using the reference value C 0 of the capacitance of the capacitor M and the insulation resistance Rp ′ between the electrodes, which is input to the input unit 500 by the user of the measuring apparatus 1, The data indicating the relationship between the measurement frequency f and the loss factor D value is calculated by simulation.

Figure 2015175596
図6に、シミュレーションにより算出した測定周波数fと損失係数D値の関係を示すグラフの一例を示す。図6に示すデータは、静電容量の基準値C0が1.5pF、電極間の絶縁抵抗Rp’が100MΩのコンデンサの損失係数D値を、所定の測定周波数fごとに、式4を用いて算出したデータとなっている。
Figure 2015175596
FIG. 6 shows an example of a graph showing the relationship between the measurement frequency f calculated by simulation and the loss factor D value. In the data shown in FIG. 6, the loss coefficient D value of a capacitor having a capacitance reference value C 0 of 1.5 pF and an insulation resistance Rp ′ between the electrodes of 100 MΩ is expressed by Equation 4 for each predetermined measurement frequency f. This is the calculated data.

尚、本実施形態で用いているコンデンサMの設計値より予測される、静電容量の基準値C0、電極間の絶縁抵抗Rp’とは、コンデンサMの設計値(誘電体の電気抵抗率、電極間距離、電極が対向する部分の表面積、誘電体の比誘電率)より、式5、式6に基づいて、予測される値である。 The reference value C 0 of the capacitance and the insulation resistance Rp ′ between the electrodes predicted from the design value of the capacitor M used in this embodiment are the design value of the capacitor M (electrical resistivity of the dielectric). , The distance between the electrodes, the surface area of the portion where the electrodes face each other, and the relative dielectric constant of the dielectric) are predicted values based on Equations 5 and 6.

Figure 2015175596
(ρは電極間に挟まれる誘電体の電気抵抗率(Ω・m)、dは電極間距離(m)、Sはコンデンサの電極が対向する部分の表面積(m2)を表す)
Figure 2015175596
(Ρ is the electrical resistivity (Ω · m) of the dielectric sandwiched between the electrodes, d is the distance between the electrodes (m), and S is the surface area (m 2 ) of the part where the electrodes of the capacitor face each other)

Figure 2015175596
(C0は静電容量(F)、εrは電極間に挟まれる誘電体の比誘電率、ε0は真空の誘電率(F/m)、dは電極間距離(m)、Sは電極が対向する部分の表面積(m2)を表す)
尚、コンデンサの静電容量の基準値C0は、上記のコンデンサの設計値(電極間の膜厚、電極が対向する部分の表面積、誘電体材料の比誘電率)より予測される値のほか、コンデンサの使用開始時の静電容量の測定値や、前回測定したときの静電容量の測定値を用いることができる。
Figure 2015175596
(C 0 is the capacitance (F), ε r is the relative permittivity of the dielectric sandwiched between the electrodes, ε 0 is the vacuum permittivity (F / m), d is the distance between electrodes (m), and S is The surface area (m 2 ) of the part where the electrode faces)
The reference value C 0 of the capacitance of the capacitor is a value predicted from the above-described capacitor design values (film thickness between electrodes, surface area of the portion where the electrodes face each other, dielectric constant of dielectric material). The measured value of the capacitance at the start of use of the capacitor or the measured value of the capacitance when measured last time can be used.

また、本工程は、適切な測定周波数fの範囲を算出することができれば、測定周波数fと損失係数D値の関係を示すデータを算出する代わりに、損失係数D値に対応するその他の値を算出してもよい。例えば、リアクタンス成分に対する抵抗成分の比に代えて、抵抗成分に対するリアクタンス成分の比を算出してもよい。   In addition, in this step, if an appropriate range of the measurement frequency f can be calculated, other values corresponding to the loss coefficient D value are calculated instead of calculating data indicating the relationship between the measurement frequency f and the loss coefficient D value. It may be calculated. For example, instead of the ratio of the resistance component to the reactance component, the ratio of the reactance component to the resistance component may be calculated.

また、本工程は、損失係数D値が0.1となるときの測定周波数fを算出するものでもよい。   Moreover, this process may calculate the measurement frequency f when the loss coefficient D value becomes 0.1.

S2は、S1で算出した測定周波数fと損失係数D値の関係を示すデータに基づいて、測定周波数fdを決定する工程である。 S2 is a step based on the data indicating the relationship between the loss factor D value calculated measurement frequency f in S1, to determine a measurement frequency f d.

本実施形態では、損失係数D値の基準値として0.1以下となる測定周波数を用いた場合、寄生成分(抵抗成分)による影響が小さいと判断している。これより、本工程では、シミュレーション結果に基づいて、損失係数D値が0.1以下となる測定周波数を適切な測定周波数の範囲として判断している。尚、図6の例では、10kHz以上の測定周波数が適切である。   In the present embodiment, when a measurement frequency that is 0.1 or less is used as the reference value of the loss coefficient D value, it is determined that the influence of the parasitic component (resistance component) is small. Thus, in this step, based on the simulation result, the measurement frequency at which the loss coefficient D value is 0.1 or less is determined as the appropriate measurement frequency range. In the example of FIG. 6, a measurement frequency of 10 kHz or more is appropriate.

このとき、シミュレーションにより算出した損失係数D値は、測定周波数を大きくするほど小さな値として算出されることになるが、現実には、測定周波数を大きくしすぎると寄生インダクタンスの影響が大きくなり、静電容量の正確な測定を行うことができなくなる、すなわち損失係数D値の実測値も大きくなる。   At this time, the loss factor D value calculated by the simulation is calculated as a smaller value as the measurement frequency is increased. However, in reality, if the measurement frequency is increased too much, the influence of the parasitic inductance increases and It becomes impossible to accurately measure the electric capacity, that is, the measured value of the loss coefficient D value also increases.

そこで、本実施形態では、損失係数D値が、0.1となる測定周波数を下限として、0.001となる測定周波数を上限とする範囲内で、測定周波数fdを適宜決定する。ここで、損失係数D値が0.1以下となる測定周波数を下限としているのは、上記のとおり、インピーダンス測定時の等価並列抵抗の寄生成分の影響が大きくなるためである。そして、損失係数D値が略0.001となる測定周波数を上限としているのは、当該周波数を超えると、静電容量が小さなコンデンサでも寄生インダクタンスの影響が大きくなる傾向があるためである。 Therefore, in the present embodiment, the measurement frequency f d is appropriately determined within a range in which the measurement frequency at which the loss coefficient D value is 0.1 is the lower limit and the measurement frequency at which the loss coefficient D value is 0.001 is the upper limit. Here, the lower limit of the measurement frequency at which the loss coefficient D value is 0.1 or less is that, as described above, the influence of the parasitic component of the equivalent parallel resistance at the time of impedance measurement becomes large. The reason why the upper limit is the measurement frequency at which the loss coefficient D value is approximately 0.001 is that, when the frequency is exceeded, the influence of parasitic inductance tends to increase even with a capacitor having a small capacitance.

尚、1nF以下の静電容量の小さいコンデンサの場合、損失係数D値が略0.05となる測定周波数以上、かつ損失係数D値が略0.001となる測定周波数以下が最も寄生インダクタンスの影響がうけにくい傾向があるため、当該測定周波数の範囲を、最適な範囲としてもよい。   In the case of a capacitor having a small capacitance of 1 nF or less, the influence of the parasitic inductance is the most at the measurement frequency where the loss coefficient D value is approximately 0.05 and below the measurement frequency where the loss coefficient D value is approximately 0.001. Since there is a tendency that it is difficult to receive, the range of the measurement frequency may be an optimum range.

S3は、S2で決定した測定周波数fdを用いて、インピーダンス測定部400により、インピーダンスを測定する工程である。 S3 is using the measurement frequency f d which is determined in S2, the impedance measuring unit 400, a step of measuring the impedance.

本工程は、具体的には、発振器410の測定周波数をS2で決定した測定周波数fdに設定して、インピーダンス測定部400により、インピーンダンス測定を行う。そして、インピーンダンス測定の測定結果として、インピーダンス、及び電圧V1(発振器410の参照信号)と電圧V2(電流電圧変換部420から出力される信号)の位相差が計測される。 This process is specifically set to measure the frequency f d which determines the measurement frequency of the oscillator 410 in S2, the impedance measuring unit 400, perform an in-peen dance measurement. Then, as a measurement result of the impedance measurement, an impedance and a phase difference between the voltage V1 (reference signal of the oscillator 410) and the voltage V2 (signal output from the current-voltage conversion unit 420) are measured.

S4は、S3のインピーダンス測定の測定結果に基づいて、式1、式2により、コンデンサの静電容量の測定値を算出する工程である。   S4 is a step of calculating a measured value of the capacitance of the capacitor by using Equations 1 and 2 based on the measurement result of the impedance measurement of S3.

上記のとおり、コンデンサMは、並列等価回路モデルを適用したコンデンサであるから、インピーダンスは、コンデンサの静電容量Cと、等価並列抵抗Rpからなる式2により表すことができる。したがって、S3のインピーダンス測定の測定結果であるインピーダンス、及び電圧V1(発振器410の参照信号)と電圧V2(電流電圧変換部420から出力される信号)の位相差に基づいて、式1、式2により、コンデンサMの静電容量の測定値を算出することができる。   As described above, since the capacitor M is a capacitor to which a parallel equivalent circuit model is applied, the impedance can be expressed by Equation 2 including the capacitance C of the capacitor and the equivalent parallel resistance Rp. Therefore, based on the impedance, which is the measurement result of the impedance measurement in S3, and the phase difference between the voltage V1 (reference signal of the oscillator 410) and the voltage V2 (signal output from the current-voltage conversion unit 420), Expressions 1 and 2 Thus, the measured value of the capacitance of the capacitor M can be calculated.

S5は、S4で算出したコンデンサMの静電容量の測定値に基づいて、被測定物の歪を算出する工程である。   S5 is a step of calculating the strain of the device under test based on the measured value of the capacitance of the capacitor M calculated in S4.

本工程は、具体的には、コンデンサMの静電容量の測定値に基づいて、コンデンサMの電極間距離の変化量又は対向する面積の変化量を算出し、歪を算出する工程である。尚、歪の算出方法の一例は、後述する。   Specifically, this step is a step of calculating the distortion by calculating the change amount of the distance between the electrodes of the capacitor M or the change amount of the opposing area based on the measured value of the capacitance of the capacitor M. An example of a distortion calculation method will be described later.

そして、測定装置1は、本工程で算出された歪を表示部300に表示させる。このときの表示態様は、例えば、測定日と歪を対応させて、テキストデータとして表示する。   Then, the measuring apparatus 1 causes the display unit 300 to display the distortion calculated in this step. The display mode at this time is, for example, displayed as text data in association with the measurement date and distortion.

===被測定物の構成について===
次に、本実施形態における被測定物の構成を説明する。
=== About the structure of the object to be measured ===
Next, the configuration of the object to be measured in this embodiment will be described.

図7A、図7Bに、被測定物の構成の一例を示す。   7A and 7B show an example of the configuration of the device under test.

尚、図7Aは、被測定物の斜視図、図7Bは、被測定物の断面図(後述する第1装置M800と第2装置M200の中心を通るXZ平面の切断面)を示している。   7A is a perspective view of the object to be measured, and FIG. 7B is a cross-sectional view of the object to be measured (an XZ plane cut surface passing through the centers of the first device M800 and the second device M200 described later).

本実施形態の被測定物は、配管Pと、配管Pの表面に設置された第1装置M800と第2装置M200からなる。そして、第1装置M800と第2装置M200は、第1装置M800が有する筒状電極M72と第2装置M200が有する棒状電極M32を電極とし、筒状電極M72と棒状電極M32の間の大気を誘電体とするコンデンサMを形成している。   An object to be measured according to the present embodiment includes a pipe P, and a first apparatus M800 and a second apparatus M200 installed on the surface of the pipe P. The first device M800 and the second device M200 use the cylindrical electrode M72 included in the first device M800 and the rod-shaped electrode M32 included in the second device M200 as electrodes, and the atmosphere between the cylindrical electrode M72 and the rod-shaped electrode M32. A capacitor M as a dielectric is formed.

配管Pは、火力発電所に設けられた、ボイラ、タービン等に用いられる配管であり、高温環境下に晒され、歪が発生しやすい状態となっている。そして、配管PがX方向にひずんだ際、配管Pの表面に設置(固定)した第1装置M800(筒状電極M72)と第2装置M200(棒状電極M32)の距離が変化し、コンデンサMの静電容量が変化するため、当該静電容量の変化を検出することで、歪の測定を行っている。ここで、図7A、図7Bにおいては、Z軸は、第1装置M800及び第2装置M200が設置された高さ方向(垂直方向)に沿う軸であり、X軸は、配管Pの長手方向に沿う軸であり、Y軸は、X軸及びZ軸に対して直交する軸を示すものである。尚、以下の説明では、それぞれ単に「X方向」、「Y方向」、「Z方向」と表し、矢印の示す方向を+方向、矢印と逆の方向を−方向を表す。   The pipe P is a pipe provided in a thermal power plant and used for a boiler, a turbine, and the like, and is exposed to a high temperature environment and is likely to be distorted. When the pipe P is distorted in the X direction, the distance between the first device M800 (tubular electrode M72) and the second device M200 (bar electrode M32) installed (fixed) on the surface of the pipe P changes, and the capacitor M Therefore, the strain is measured by detecting the change in the capacitance. 7A and 7B, the Z axis is an axis along the height direction (vertical direction) where the first device M800 and the second device M200 are installed, and the X axis is the longitudinal direction of the pipe P. The Y axis indicates an axis orthogonal to the X axis and the Z axis. In the following description, the “X direction”, the “Y direction”, and the “Z direction” are simply expressed, the direction indicated by the arrow is the + direction, and the direction opposite to the arrow is the − direction.

以下に、第1装置M800、第2装置M200の具体的構成について説明する。   Hereinafter, specific configurations of the first device M800 and the second device M200 will be described.

=第1装置=
第1装置M800は、第1取付装置M8、第1電極体M7から構成される。
= First device =
The first device M800 includes a first attachment device M8 and a first electrode body M7.

第1取付装置M8は、第1電極体M7を配管Pに対して取り付けるための装置であり、底面(−Z)の四隅に配置された脚M85を介して配管Pに固定されている。   The 1st attachment apparatus M8 is an apparatus for attaching the 1st electrode body M7 with respect to the piping P, and is being fixed to the piping P via the leg M85 arrange | positioned at the four corners of a bottom face (-Z).

具体的には、第1取付装置M8は、X方向に円柱形状の穴を有する第1金属部材M81と、第1金属部材M81の円柱形状の穴の内周面に固定された第1絶縁部材M82、M83から構成される箱体であり、第1絶縁部材M82、M83の内周側に、第1電極体M7を挿入して配置する構成となっている。   Specifically, the first mounting device M8 includes a first metal member M81 having a cylindrical hole in the X direction, and a first insulating member fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical hole of the first metal member M81. The box is composed of M82 and M83, and the first electrode body M7 is inserted and arranged on the inner peripheral side of the first insulating members M82 and M83.

第1金属部材M81は、−Y方向側の側面(長手方向に沿う側面)にX方向に伸びたスリットM8Bを有している。また、第1金属部材M81は、上面のスリットM8Bが設けられている側において、上面からスリットM8B部分を介在して底面付近まで−Z方向に伸びた螺子孔を有している(図示せず)。そして、螺子孔に螺子を挿入して、スリットM8BのZ方向の幅を調整し、第1金属部材M81を変形させて、第1電極体M7を第1取付装置M8に対して固定させることが可能となっている。
また、第1絶縁部材M82、M83は、配管Pに対して第1電極体M7を電気的に絶縁するための例えばセラミックス等の絶縁部材である。そして、第1絶縁部材M82は第1金属部材M81の円柱形状の穴の内周面の上側に沿うように、第1絶縁部材M83は第1金属部材M81の円柱形状の穴の内周面の下側に沿うように、一対となって第1金属部材M81の内周面に固定されている。
The first metal member M81 has a slit M8B extending in the X direction on the side surface (side surface along the longitudinal direction) on the −Y direction side. Further, the first metal member M81 has a screw hole extending in the −Z direction from the top surface to the vicinity of the bottom surface through the slit M8B portion on the side where the slit M8B on the top surface is provided (not shown). ). Then, a screw is inserted into the screw hole, the width in the Z direction of the slit M8B is adjusted, the first metal member M81 is deformed, and the first electrode body M7 is fixed to the first mounting device M8. It is possible.
The first insulating members M82 and M83 are insulating members such as ceramics for electrically insulating the first electrode body M7 from the pipe P. And the 1st insulating member M82 is along the upper side of the inner peripheral surface of the cylindrical hole of the first metal member M81, and the first insulating member M83 is the inner peripheral surface of the cylindrical hole of the first metal member M81. A pair is fixed to the inner peripheral surface of the first metal member M81 along the lower side.

また、第1電極体M7は、上記のとおり第1絶縁部材M82、M83の内周側(円柱形状の穴の内周側)に配置され、第1取付装置M8の外側から内側に向かって、第1ケースM71、第1支持部材M73、筒状電極M72が配置されて構成されている。すなわち、内部の筒状電極M72の外周面と、第1絶縁部材M82、M83の内周面との間に、第1ケースM71、第1支持部材M73を介在させる構造となっている。   Further, as described above, the first electrode body M7 is disposed on the inner peripheral side (the inner peripheral side of the cylindrical hole) of the first insulating members M82 and M83, and from the outer side to the inner side of the first mounting device M8, A first case M71, a first support member M73, and a cylindrical electrode M72 are arranged. That is, the first case M71 and the first support member M73 are interposed between the outer peripheral surface of the internal cylindrical electrode M72 and the inner peripheral surfaces of the first insulating members M82 and M83.

第1ケースM71は、絶縁性の第1支持部材M73と、筒状電極M72を収容する、内部に中空構造を呈する金属製の筐体である。第1ケースM71は、+X側の側面(第2装置と対向する側面と反対側の側面)に、側面を貫通する第1開口M74を有している。そして、第1同軸ケーブルLの一端が第1開口M74から挿入され、筒状電極M72の+X側(第2装置と対向する端部と反対側)の端部と接続されている。また、第1ケースM71は、−X側の側面(第2装置に対向する側の側面)に、側面を貫通する棒状電極M32の径よりも大きい径の第2開口M75を有している。そして、第2開口M75には、筒状電極M72の内部に至るまで、棒状電極M32の一端が挿入され、棒状電極M32がX軸に沿って進退自在となっている。   The first case M71 is a metal casing that houses the insulating first support member M73 and the cylindrical electrode M72 and has a hollow structure inside. The first case M71 has a first opening M74 penetrating the side surface on the side surface on the + X side (the side surface opposite to the side surface facing the second device). Then, one end of the first coaxial cable L is inserted from the first opening M74 and connected to the end of the cylindrical electrode M72 on the + X side (opposite to the end facing the second device). The first case M71 has a second opening M75 having a diameter larger than the diameter of the rod-like electrode M32 penetrating the side surface on the side surface on the −X side (the side surface facing the second device). Then, one end of the rod-like electrode M32 is inserted into the second opening M75 until it reaches the inside of the cylindrical electrode M72, and the rod-like electrode M32 can advance and retreat along the X axis.

第1支持部材M73は、絶縁性の部材からなり、第1ケースM71に対して筒状電極M72が接触しないように、第1ケースM71の内部において筒状電極M72を支持している。尚、第1支持部材M73も第1ケースM71と+X側の側面(第2装置と対向する側面と反対側の側面)に、側面を貫通する開口(図示せず)を有し、第1同軸ケーブルLの一端が挿入されている。   The first support member M73 is made of an insulating member, and supports the cylindrical electrode M72 inside the first case M71 so that the cylindrical electrode M72 does not contact the first case M71. The first support member M73 also has an opening (not shown) penetrating the first case M71 and a side surface on the + X side (a side surface opposite to the side surface facing the second device) penetrating the side surface. One end of the cable L is inserted.

そして、筒状電極M72は、棒状電極M32と共にコンデンサを形成するための金属製の部材である。筒状電極M72は、配管PのX方向に沿って延在し、−X方向(第2装置に対向する側)に開口を有する中空構造を呈する筒状の形状となっている。そして、筒状電極M72の−X方向の開口から棒状電極M32が挿入され、筒状電極M72と棒状電極M32が対向する部分において、大気を誘電体とするコンデンサMを形成している。すなわち、コンデンサMは、配管Pの表面上に固定された第1装置M800と、第1装置M800と対向する位置に、第1電極M800と独立して移動し得るように配管Pの表面上に固定された第2電極M200とにより形成されている。   The cylindrical electrode M72 is a metal member for forming a capacitor together with the rod-like electrode M32. The cylindrical electrode M72 has a cylindrical shape extending along the X direction of the pipe P and exhibiting a hollow structure having an opening in the −X direction (side facing the second device). The rod-shaped electrode M32 is inserted from the opening in the −X direction of the cylindrical electrode M72, and a capacitor M using air as a dielectric is formed at a portion where the cylindrical electrode M72 and the rod-shaped electrode M32 face each other. That is, the capacitor M is placed on the surface of the pipe P so that the capacitor M can move independently of the first electrode M800 to a position facing the first device M800 fixed to the surface of the pipe P and the first device M800. It is formed by the fixed second electrode M200.

=第2装置=
第2装置M200は、第2取付装置M2、第2電極体M3から構成される。
= Second device =
The second device M200 includes a second attachment device M2 and a second electrode body M3.

第2取付装置M2は、第2電極体M3を配管Pに対して取り付けるための装置であり、底面(−Z)の四隅に配置された脚M25を介して配管Pに固定されている。   The second attachment device M2 is a device for attaching the second electrode body M3 to the pipe P, and is fixed to the pipe P via legs M25 arranged at the four corners of the bottom surface (−Z).

尚、第2取付装置M2は、第1取付装置M8と同様の構成となっている。   The second mounting device M2 has the same configuration as the first mounting device M8.

具体的には、第2取付装置M2は、X方向に円柱形状の穴を有する第2金属部材M21と、第2金属部材M21の円柱形状の穴の内周面に固定された第2絶縁部材M22、M23から構成される箱体であり、第2絶縁部材M22、M23の内周側に、第2電極体M3を挿入して配置する構成となっている。   Specifically, the second mounting device M2 includes a second metal member M21 having a cylindrical hole in the X direction, and a second insulating member fixed to the inner peripheral surface of the cylindrical hole of the second metal member M21. It is a box composed of M22 and M23, and is configured such that the second electrode body M3 is inserted and arranged on the inner peripheral side of the second insulating members M22 and M23.

また、第2電極体M3は、第2絶縁部材M22、M23の内周側(円柱形状の穴の内周側)に配置され、第2取付装置M2の外側から内側に向かって第2ケースM31、第2支持部材M33、棒状電極M32が配置されて構成されている。すなわち、内部の棒状電極M32の外周面と第2絶縁部材M22、M23の内周面との間に、第2ケースM31、第2支持部材M33を介在させる構造となっている。   The second electrode body M3 is arranged on the inner peripheral side (the inner peripheral side of the cylindrical hole) of the second insulating members M22 and M23, and the second case M31 is directed from the outside to the inside of the second mounting device M2. The second support member M33 and the rod-like electrode M32 are arranged. That is, the second case M31 and the second support member M33 are interposed between the outer peripheral surface of the internal rod-like electrode M32 and the inner peripheral surfaces of the second insulating members M22 and M23.

第2ケースM31は、絶縁性の第2支持部材M33、棒状電極M32の一部を収容する、内部に中空構造を呈する金属製の筐体である。そして、第2ケースM31は、−X側の側面(第1装置と対向する側面と反対側の側面)に、側面を貫通する第1開口M34を有している。そして、第2同軸ケーブルHの一端が、第1開口M34から挿入され、棒状電極M32の−X側(第1装置と対向する端部と反対側)の端部と接続されている。また、第2ケースM31は、+X側の側面(第1装置と対向の側面)に、側面を貫通する第2開口M35を有している。   The second case M31 is a metal housing that houses a part of the insulating second support member M33 and the rod-like electrode M32 and that has a hollow structure inside. The second case M31 has a first opening M34 penetrating the side surface on the side surface on the -X side (the side surface opposite to the side surface facing the first device). One end of the second coaxial cable H is inserted from the first opening M34 and connected to the end of the rod-like electrode M32 on the −X side (the side opposite to the end facing the first device). The second case M31 has a second opening M35 penetrating the side surface on the side surface on the + X side (side surface facing the first device).

第2支持部材M33は、絶縁性の部材からなり、第2ケースM31に対して棒状電極M32が接触しないように、第2ケースM31の内部において棒状電極M32を支持している。尚、第2支持部材M33も第2ケースM31と−X側の側面(第1装置と対向する側面と反対側の側面)に、側面を貫通する開口(図示せず)を有し、第2同軸ケーブルHの一端が挿入されている。   The second support member M33 is made of an insulating member, and supports the rod-like electrode M32 inside the second case M31 so that the rod-like electrode M32 does not contact the second case M31. The second support member M33 also has an opening (not shown) penetrating the side surface on the second case M31 and the side surface on the −X side (the side surface opposite to the side surface facing the first device). One end of the coaxial cable H is inserted.

そして、棒状電極M32は、上記のとおり、筒状電極M72と共にコンデンサMを形成するための金属製の円柱形状を呈する部材であり、第2装置M200から第1装置M800側に向かって、配管PのX方向に沿って第2開口M35から突出する構造となっている。   As described above, the rod-shaped electrode M32 is a member having a cylindrical shape made of metal for forming the capacitor M together with the cylindrical electrode M72, and the pipe P is formed from the second device M200 toward the first device M800. It has a structure protruding from the second opening M35 along the X direction.

尚、第1同軸ケーブルLは、例えば、T型BNCコネクタを介してインピーダンス測定部400の端子Lc、Lpに接続され(図示せず)、第2同軸ケーブルHは、例えば、T型BNCコネクタを介してインピーダンス測定部400の端子Hc、Hpに接続されている(図示せず)。そして、測定装置1は、これらを介して、コンデンサのインピーダンス測定を行うことが可能となっている。尚、第1同軸ケーブルL及び第2同軸ケーブルHは、それぞれ同軸ケーブルの外皮部分を第1ケースM71及び第2ケースM31に接続されている。また、第1ケースM71と第2ケースM31は、図示しない導電ケーブルで電気的に接続されており、測定装置1がコンデンサの静電容量を測定するときに、第2ケースM31、導電ケーブル、第1ケースM71に自動平衡ブリッジからのガード電流を流し、測定時のノイズを低減することができる構成となっている。   The first coaxial cable L is connected to the terminals Lc and Lp of the impedance measuring unit 400 via, for example, a T-type BNC connector (not shown), and the second coaxial cable H is connected to, for example, a T-type BNC connector. To the terminals Hc and Hp of the impedance measuring unit 400 (not shown). And the measuring apparatus 1 can perform the impedance measurement of a capacitor | condenser via these. The first coaxial cable L and the second coaxial cable H are respectively connected to the first case M71 and the second case M31 at the outer skin portion of the coaxial cable. The first case M71 and the second case M31 are electrically connected by a conductive cable (not shown), and when the measuring apparatus 1 measures the capacitance of the capacitor, the second case M31, the conductive cable, The guard current from the automatic balancing bridge is passed through one case M71 to reduce noise during measurement.

本実施形態のコンデンサMは、以上のように、棒状電極M32と筒状電極M72とが対向する領域で、大気を誘電体として形成されている。   As described above, the capacitor M of the present embodiment is formed by using the atmosphere as a dielectric in the region where the rod-like electrode M32 and the cylindrical electrode M72 face each other.

そして、コンデンサMの静電容量の値は、X方向における第1装置M800と第2装置M200との間の距離D1に応じて定められることになる。従って、コンデンサMの静電容量の測定値の変動に基づいて、距離D1の変動を求めることが可能となる。   The value of the capacitance of the capacitor M is determined according to the distance D1 between the first device M800 and the second device M200 in the X direction. Accordingly, it is possible to obtain the variation of the distance D1 based on the variation of the measured value of the capacitance of the capacitor M.

すなわち、本実施形態では、コンデンサMの静電容量の測定値に基づいて、式7に示すように棒状電極M32の外周面と、筒状電極M72の内周面とで対向する面積Sの変化を算出することができる。   That is, in this embodiment, based on the measured value of the capacitance of the capacitor M, the change in the area S facing the outer peripheral surface of the rod-like electrode M32 and the inner peripheral surface of the cylindrical electrode M72 as shown in Expression 7. Can be calculated.

Figure 2015175596
(Cは静電容量(F)、εrは電極間に挟まれる誘電体の比誘電率、ε0は真空の誘電率(F/m)、dは電極間距離(m)、Sは電極が対向する部分の表面積(m2)を表す。また、C及びSの末尾の1、2は、今回の測定値と前回と測定値を表す)
そして、本実施形態では、筒状電極M72、棒状電極M32で形成されるX方向の切断面は、X方向の位置によらず同一となっており、筒状電極M72の外周面と、棒状電極M32の内周面とで対向する面積Sの変化量から、配管Pの表面のX方向の歪を算出している。
Figure 2015175596
(C is the capacitance (F), ε r is the relative permittivity of the dielectric sandwiched between the electrodes, ε 0 is the vacuum permittivity (F / m), d is the distance between electrodes (m), and S is the electrode Represents the surface area (m 2 ) of the facing part, and the last 1 and 2 of C and S represent the current measured value, the previous measured value, and the measured value)
In this embodiment, the cut surface in the X direction formed by the cylindrical electrode M72 and the rod electrode M32 is the same regardless of the position in the X direction, and the outer peripheral surface of the cylindrical electrode M72 and the rod electrode The strain in the X direction on the surface of the pipe P is calculated from the amount of change in the area S facing the inner peripheral surface of M32.

本実施形態では、以上のように、配管Pの歪による物理量の変化を、コンデンサの静電容量の変化として検出している。   In the present embodiment, as described above, the change in the physical quantity due to the distortion of the pipe P is detected as the change in the capacitance of the capacitor.

以上、本実施形態によれば、コンデンサの静電容量の変化を検出する際に行うインピーダンス測定において、コンデンサに印加する交流電圧の測定周波数を簡易、かつ、正確に設定することができる。これによって、測定装置の使用者は、サンプルチェックとして、適当な測定周波数でコンデンサのインピーダンス測定を行い、当該測定周波数が適切な値か否かを判断するという作業を行う必要がなくなる。   As described above, according to the present embodiment, the measurement frequency of the AC voltage applied to the capacitor can be easily and accurately set in the impedance measurement performed when detecting the change in the capacitance of the capacitor. As a result, the user of the measuring apparatus does not need to perform the work of measuring the impedance of the capacitor at an appropriate measurement frequency and determining whether the measurement frequency is an appropriate value as a sample check.

<第2実施形態>
本実施形態では、S1で電極間の絶縁抵抗Rp’を設定する際に、電極間の絶縁抵抗Rp’の実測値を用いる点で、第1実施形態と異なっている。
Second Embodiment
The present embodiment is different from the first embodiment in that the measured value of the insulation resistance Rp ′ between the electrodes is used when setting the insulation resistance Rp ′ between the electrodes in S1.

コンデンサの電極の表面状態は温度や経年劣化によって変化し、それに伴ってコンデンサの電極間の絶縁抵抗は変化する。本実施形態は、そのような電極間の絶縁抵抗が変化しやすいコンデンサを測定対象とするときに特に有用である。具体的には、第1実施形態では、コンデンサMは、筒状電極M72、棒状電極M32を電極とし、筒状電極M72と棒状電極M32の間の大気を誘電体として構成したが、高温環境下では大気の誘電率は大きく変わらない一方、電極間の絶縁抵抗Rp’は、電極表面の汚損状態や周囲温度により大きく変化する。そのような場合、S1の工程で正確なシミュレーション結果を算出するためには、電極間の絶縁材料の絶縁抵抗Rp’(等価並列抵抗)を正確に把握する必要がある。   The surface state of the capacitor electrodes changes with temperature and aging, and the insulation resistance between the capacitor electrodes changes accordingly. This embodiment is particularly useful when such a capacitor whose insulation resistance between the electrodes is likely to change is to be measured. Specifically, in the first embodiment, the capacitor M is configured by using the cylindrical electrode M72 and the rod-shaped electrode M32 as electrodes and the atmosphere between the cylindrical electrode M72 and the rod-shaped electrode M32 as a dielectric. Then, while the dielectric constant of the atmosphere does not change significantly, the insulation resistance Rp ′ between the electrodes varies greatly depending on the contamination state of the electrode surface and the ambient temperature. In such a case, in order to calculate an accurate simulation result in step S1, it is necessary to accurately grasp the insulation resistance Rp ′ (equivalent parallel resistance) of the insulating material between the electrodes.

以下、本実施形態の態様について説明する。尚、第1実施形態と共通する構成については説明を省略する。   Hereinafter, aspects of the present embodiment will be described. In addition, description is abbreviate | omitted about the structure which is common in 1st Embodiment.

図8に、本実施形態における測定フローを示す。   FIG. 8 shows a measurement flow in the present embodiment.

本実施形態では、S1の工程の前に、準備工程として、S0の工程を行う以外は、第1実施形態と同様である。   This embodiment is the same as the first embodiment except that the step S0 is performed as a preparation step before the step S1.

S0は、コンデンサMの電極間の絶縁抵抗を測定する工程である。   S0 is a step of measuring the insulation resistance between the electrodes of the capacitor M.

尚、本実施形態の測定装置1’は、図9に示すように、内部構成として絶縁抵抗測定部700を有している。絶縁抵抗測定部700は、一定の直流電圧を出力する電源と電流計からなり、コンデンサMに直流電圧を印加し、コンデンサMの電極間の絶縁抵抗Rp’を測定することができる構成となっている。尚、絶縁抵抗測定部700は、インピーダンス測定部400において、コンデンサに直流電圧を印加できる構成を追加して、インピーダンス測定部400と一体として構成されていてもよい。   Note that the measuring apparatus 1 ′ of this embodiment has an insulation resistance measuring unit 700 as an internal configuration as shown in FIG. 9. The insulation resistance measuring unit 700 includes a power source and an ammeter that output a constant DC voltage, and can apply a DC voltage to the capacitor M to measure the insulation resistance Rp ′ between the electrodes of the capacitor M. Yes. The insulation resistance measurement unit 700 may be configured integrally with the impedance measurement unit 400 by adding a configuration that can apply a DC voltage to the capacitor in the impedance measurement unit 400.

そこで、本工程では、上記の絶縁抵抗測定部700を用いて、コンデンサMの電極間に一定の直流電圧を印加し、そのときコンデンサMに流れる漏れ電流の電流値により、電極間の絶縁抵抗を測定する。尚、図10に、コンデンサに直流電圧を印加したときの電流特性を示す。コンデンサに直流電圧を印加したとき、時系列に充電電流、漏れ電流が流れる。充電電流は、充電の際にコンデンサに流れる電流であり、漏れ電流は、充電電流の影響が少なくなった一定時間後に流れる一定の電流であり、電極間の絶縁抵抗に応じた電流値が流れる。本実施形態では、当該漏れ電流の電流値に基づいて、電極間の絶縁抵抗を測定する(印加した直流電圧を漏れ電流の電流値で除した値を、電極間の絶縁抵抗とする)。   Therefore, in this process, a constant DC voltage is applied between the electrodes of the capacitor M using the above-described insulation resistance measuring unit 700, and the insulation resistance between the electrodes is determined by the current value of the leakage current flowing through the capacitor M at that time. taking measurement. FIG. 10 shows current characteristics when a DC voltage is applied to the capacitor. When a DC voltage is applied to the capacitor, charging current and leakage current flow in time series. The charging current is a current that flows through the capacitor during charging, and the leakage current is a constant current that flows after a certain time after the influence of the charging current is reduced, and a current value corresponding to the insulation resistance between the electrodes flows. In this embodiment, the insulation resistance between the electrodes is measured based on the current value of the leakage current (the value obtained by dividing the applied DC voltage by the current value of the leakage current is defined as the insulation resistance between the electrodes).

そして、本実施形態のS1の工程では、S0の工程で測定した電極間の絶縁抵抗Rp’を用いて、測定周波数fと損失係数D値の関係を示すデータをシミュレーションにより算出し、S2の工程では当該データに基づいて、測定周波数fdを決定している。   In the step S1 of the present embodiment, data indicating the relationship between the measurement frequency f and the loss coefficient D value is calculated by simulation using the insulation resistance Rp ′ between the electrodes measured in the step S0, and the step S2 is performed. Then, the measurement frequency fd is determined based on the data.

以上のように、本実施形態によれば、実測した電極間の絶縁抵抗Rp’を用いることによって、インピーダンス測定を行う際の測定周波数をより適切な値に設定することができる。   As described above, according to the present embodiment, by using the actually measured insulation resistance Rp ′ between the electrodes, the measurement frequency when performing impedance measurement can be set to a more appropriate value.

特に、上記のような長年の高温環境下での使用等による配管の歪を測定する場合、コンデンサの電極間の絶縁抵抗が変化している場合もあり、測定周波数の設定が煩雑である。しかし、本実施形態によれば、コンデンサの電極間の絶縁抵抗が変化した場合であっても、適切な測定周波数の設定も可能である。   In particular, when measuring the distortion of piping due to use in a high temperature environment for many years as described above, the insulation resistance between the electrodes of the capacitor may change, and the setting of the measurement frequency is complicated. However, according to the present embodiment, an appropriate measurement frequency can be set even when the insulation resistance between the electrodes of the capacitor changes.

尚、本実施形態では、S0の工程において、コンデンサの電極間の絶縁抵抗Rp’を、インピーダンス測定における温度条件と略同一の温度条件下で測定するようにしてもよい。具体的には、電極間の絶縁抵抗Rp’(等価並列抵抗)は、温度に依存して変化する場合がある。そして、インピーダンス測定を行う温度条件は、第1実施形態で説明した配管であれば、高温環境下(500℃程度)であるため、電極間の絶縁抵抗Rp’が平温環境と比して変動する傾向がある。   In the present embodiment, in the step S0, the insulation resistance Rp ′ between the electrodes of the capacitor may be measured under substantially the same temperature condition as the impedance measurement. Specifically, the insulation resistance Rp ′ (equivalent parallel resistance) between the electrodes may change depending on the temperature. And if the temperature conditions which measure impedance are the piping demonstrated in 1st Embodiment, since it is under a high temperature environment (about 500 degreeC), the insulation resistance Rp 'between electrodes will fluctuate compared with a normal temperature environment. Tend to.

これより、S1の工程のシミュレーションを行う際には、インピーダンス測定における温度条件と略同一の温度条件下で測定された電極間の絶縁抵抗Rp’を用いることによって、インピーダンス測定を行う際の測定周波数をより適切な値に設定することができる。<第3実施形態>
本実施形態では、S1の工程において、コンデンサの静電容量の基準値C0を配管Pの歪にあわせて変更する点で、第1実施形態と異なっている。
Thus, when the simulation of the step S1 is performed, the measurement frequency when performing impedance measurement by using the insulation resistance Rp ′ between the electrodes measured under substantially the same temperature condition as the impedance measurement. Can be set to a more appropriate value. <Third Embodiment>
This embodiment is different from the first embodiment in that the reference value C 0 of the capacitance of the capacitor is changed in accordance with the distortion of the pipe P in the step S1.

以下、本実施形態の態様について説明する。尚、第1実施形態と共通する構成については省略する。   Hereinafter, aspects of the present embodiment will be described. In addition, about the structure which is common in 1st Embodiment, it abbreviate | omits.

コンデンサの静電容量は、第1実施形態(図7、式6等)で示したとおり、電極間の距離、電極が対向する部分の表面積に応じて変化する。そのため、配管Pの歪が蓄積された場合、測定時のコンデンサの静電容量は、初期の設計値から大きく変化している。このような場合に、コンデンサのX方向の変位量を0とした想定した時の設計値に基づいてS1の工程におけるシミュレーションを行っても、正確なシミュレーション結果を算出することはできない。   The capacitance of the capacitor varies according to the distance between the electrodes and the surface area of the portion where the electrodes face each other, as shown in the first embodiment (FIG. 7, Formula 6 etc.). Therefore, when the strain of the piping P is accumulated, the capacitance of the capacitor at the time of measurement greatly changes from the initial design value. In such a case, an accurate simulation result cannot be calculated even if a simulation in the step S1 is performed based on a design value when the amount of displacement in the X direction of the capacitor is assumed to be zero.

そこで、本実施形態では、コンデンサの静電容量の基準値C0を、配管Pの歪にあわせて変更し、上記S1の工程におけるシミュレーションを行っている。具体的には、本実施形態では、前回のインピーダンス測定により算出されたコンデンサの静電容量の測定値をコンデンサの静電容量の基準値C0として設定し、シミュレーションにより、測定周波数fと損失係数D値の関係を示すデータを算出する。 Therefore, in the present embodiment, the reference value C 0 of the capacitance of the capacitor is changed according to the strain of the pipe P, and the simulation in the step S1 is performed. Specifically, in this embodiment, the measured value of the capacitance of the capacitor calculated by the previous impedance measurement is set as the reference value C 0 of the capacitance of the capacitor, and the measurement frequency f and the loss factor are calculated by simulation. Data indicating the relationship between the D values is calculated.

その際、例えば、測定対象となるコンデンサに対して、過去にインピーダンス測定を行ったときの、静電容量の測定値に関するデータを測定時(例えば、日時)と対応づけて、記憶部200に記憶させておき、使用者が、入力部500に測定対象となるコンデンサを入力することにより、対応するコンデンサの過去の静電容量の測定値に関するデータから、今回のインピーダンス測定時との時間の間隔が最も短い測定値、すなわち前回の測定値を選択して、静電容量の基準値C0が設定されるようにすればよい。尚、「今回のインピーダンス測定時」とは、現在の日時を表す。 At this time, for example, data related to the measurement value of the capacitance when impedance measurement was performed in the past for the capacitor to be measured is stored in the storage unit 200 in association with the measurement time (for example, date and time). In addition, when the user inputs the capacitor to be measured to the input unit 500, the time interval from the current impedance measurement is calculated from the data regarding the past capacitance measurement value of the corresponding capacitor. The shortest measurement value, that is, the previous measurement value may be selected to set the capacitance reference value C 0 . The “current impedance measurement time” represents the current date and time.

そして、S2の工程では、上記のコンデンサの静電容量の基準値C0を用いて算出された測定周波数fと損失係数D値の関係を示すデータに基づいて、測定周波数fdを決定する。 Then, in the S2 of the process, based on the data indicating the relationship between the measurement frequency f and the loss factor D value calculated using the reference value C 0 of the electrostatic capacity of the capacitor determines the measurement frequency f d.

これによって、インピーダンス測定を行う際の測定周波数をより適切な値に設定することができる。   This makes it possible to set the measurement frequency when performing impedance measurement to a more appropriate value.

尚、配管Pの表面の歪が予測し得るときは、コンデンサMの設計値(誘電体の電気抵抗率、電極間距離、電極が対向する部分の表面積、誘電体の比誘電率)と、配管Pの表面の歪の予測値に基づいて、式6を用いて、コンデンサMの静電容量を算出(予測)し、当該予測値をコンデンサの静電容量の基準値C0として設定してもよい。 When the distortion of the surface of the pipe P can be predicted, the design value of the capacitor M (electrical resistivity of the dielectric, the distance between the electrodes, the surface area of the part facing the electrode, the relative dielectric constant of the dielectric) and the pipe Even if the electrostatic capacity of the capacitor M is calculated (predicted) based on the predicted value of the distortion of the surface of P using Equation 6, the predicted value may be set as the reference value C 0 of the electrostatic capacity of the capacitor. Good.

<その他の実施形態>
尚、上記各実施形態では、第1装置M800が有する筒状電極M72と第2装置M200が有する棒状電極M32を電極とし、筒状電極M72と棒状電極M32の間の大気を誘電体とするコンデンサMを形成したが、誘電体材料は、大気に限らず、任意の絶縁材料に適用することができる。
<Other embodiments>
In each of the above embodiments, the cylindrical electrode M72 included in the first device M800 and the rod-shaped electrode M32 included in the second device M200 are used as electrodes, and the capacitor between the cylindrical electrode M72 and the rod-shaped electrode M32 is used as a dielectric. Although M is formed, the dielectric material is not limited to the air but can be applied to any insulating material.

また、上記各実施形態では、コンデンサMを第1装置M800、第2装置M200により形成したが、歪による物理量の変化をコンデンサの静電容量の変化として検出することができる構造であれば、コンデンサの構造は任意である。   In each of the above embodiments, the capacitor M is formed by the first device M800 and the second device M200. However, if the structure can detect a change in physical quantity due to strain as a change in the capacitance of the capacitor, the capacitor The structure of is arbitrary.

また、上記各実施形態で説明した静電容量の基準値の設定方法、及び電極間の絶縁抵抗の設定方法は、任意に組み合わせ可能である。   Further, the method for setting the reference value of the capacitance and the method for setting the insulation resistance between the electrodes described in the above embodiments can be arbitrarily combined.

また、本発明のインピーダンス測定方法は、配管以外にも、任意の対象物に適用し得る。 また、上記各実施形態では、インピーダンス測定部400は、自動平衡ブリッジ法により、インピーダンス測定を行っている。しかしながら、本発明は、任意のインピーダンス測定方法に用いることができ、例えば、IV法、交流ブリッジ法、共振法にも適用することができる。   Moreover, the impedance measuring method of this invention can be applied to arbitrary objects other than piping. In each of the above embodiments, the impedance measurement unit 400 performs impedance measurement by the automatic balance bridge method. However, the present invention can be used for any impedance measurement method, and can be applied to, for example, the IV method, the AC bridge method, and the resonance method.

また、上記各実施形態では、コンデンサからなる静電容量型センサを、物体の歪の測定に用いる場合について説明したが、歪の測定以外にも、圧力の変化の測定や、加速度の変化の測定を行う静電容量型センサにも用いることができる。   Further, in each of the above embodiments, the case where the capacitance type sensor composed of the capacitor is used for measuring the strain of the object has been described. However, in addition to the measurement of the strain, the measurement of the change in pressure and the measurement of the change in acceleration are performed. It can also be used for a capacitive sensor that performs the above.

===結言===
以上より、上記各実施形態は、次のように記載できる。
=== Conclusion ===
From the above, the above embodiments can be described as follows.

上記各実施形態は、コンデンサの静電容量の変化を検出するインピーダンス測定方法であって、コンデンサの静電容量の基準値C0と、コンデンサの電極間の絶縁抵抗Rp’に基づく並列等価回路モデルを用いたシミュレーションにより、インピーダンス測定における測定周波数fと損失係数D値の関係を示すデータ(上記実施形態では、図6に示すデータに対応する)を算出する第1工程と、測定周波数fと損失係数D値の関係を示すデータに基づいて、第1の周波数(上記実施形態では、損失係数が0.1となる測定周波数に対応する)と第1周波数よりも高い第2周波数(上記実施形態では、損失係数が0.001となる測定周波数に対応する)との間の範囲内で測定周波数fdを決定する第2工程と、第2工程で決定した測定周波数fdの交流電圧を用いて、コンデンサのインピーダンス測定を行う第3工程と、インピーダンス測定の測定結果に基づいて、コンデンサの静電容量の測定値を算出する第4工程と、を備えるインピーダンス測定方法を開示するものである。 Each of the above embodiments is an impedance measurement method for detecting a change in capacitance of a capacitor, and is a parallel equivalent circuit model based on a reference value C 0 of the capacitance of the capacitor and an insulation resistance Rp ′ between the electrodes of the capacitor. A first step of calculating data indicating the relationship between the measurement frequency f and the loss coefficient D value in impedance measurement (in the above embodiment, corresponding to the data shown in FIG. 6), and the measurement frequency f and loss Based on the data indicating the relationship between the coefficient D values, the first frequency (corresponding to the measurement frequency at which the loss factor is 0.1 in the above embodiment) and the second frequency higher than the first frequency (the above embodiment). Then, the second step of determining the measurement frequency f d within the range between the measurement frequency f d and the measurement frequency f d determined in the second step. Disclosed is an impedance measurement method comprising: a third step of measuring the impedance of the capacitor using the AC voltage of the first step; and a fourth step of calculating a measured value of the capacitance of the capacitor based on the measurement result of the impedance measurement. To do.

これによって、コンデンサの静電容量をインピーダンス測定する際、コンデンサに印加する交流電圧の測定周波数を簡易、かつ、正確に設定することができる。   This makes it possible to easily and accurately set the measurement frequency of the AC voltage applied to the capacitor when measuring the capacitance of the capacitor.

ここで、第1の周波数は、損失係数が略0.1となるときの測定周波数であってもよい。また、第2の周波数は、損失係数が略0.001となるときの測定周波数であってもよい。   Here, the first frequency may be a measurement frequency when the loss coefficient is approximately 0.1. In addition, the second frequency may be a measurement frequency when the loss factor is approximately 0.001.

ここで、第1工程は、コンデンサの静電容量の基準値C0と、コンデンサの電極間の絶縁抵抗Rp’とに基づいて、式4を用いたシミュレーションにより、測定周波数fと損失係数D値の関係を示すデータを算出するものであってもよい。 Here, the first step is based on the reference value C 0 of the capacitance of the capacitor and the insulation resistance Rp ′ between the electrodes of the capacitor. Data indicating the relationship may be calculated.

ここで、コンデンサの電極間の絶縁抵抗Rp’は、コンデンサに直流電圧を印加することにより流れる漏れ電流値に基づいて設定されるものであってもよい。   Here, the insulation resistance Rp ′ between the electrodes of the capacitor may be set based on a leakage current value that flows when a DC voltage is applied to the capacitor.

ここで、コンデンサの電極間の絶縁抵抗Rp’は、少なくとも第3工程における温度に関する測定条件と略同一の温度条件下で測定された漏れ電流値に基づいて設定されるものであってもよい。これによって、コンデンサの静電容量をインピーダンス測定する際、コンデンサに印加する交流電圧の測定周波数をより正確に設定することができる。   Here, the insulation resistance Rp ′ between the electrodes of the capacitor may be set based on at least a leakage current value measured under substantially the same temperature condition as the temperature measurement condition in the third step. Thereby, when measuring the impedance of the capacitance of the capacitor, the measurement frequency of the AC voltage applied to the capacitor can be set more accurately.

ここで、第1の周波数は、損失係数が略0.05となるときの測定周波数であり、かつ、第2の周波数は、損失係数が略0.001となるときの測定周波数であってもよい。   Here, the first frequency is a measurement frequency when the loss factor is approximately 0.05, and the second frequency is a measurement frequency when the loss factor is approximately 0.001. Good.

ここで、コンデンサは、静電容量の基準値が1nF以下のコンデンサであってもよい。   Here, the capacitor may be a capacitor having a capacitance reference value of 1 nF or less.

ここで、コンデンサは、物体Pの表面上に固定された第1電極体M7と、第1電極体M7と対向する位置に、第1電極体M7と独立して移動し得るように物体の表面上に固定された第2電極体M3とにより形成され、物体Pの表面の歪を求めるべく、コンデンサの静電容量の測定値Cに基づいて、第1電極体M7と第2電極体M3の距離の変化を算出する第5工程を、更に有していてもよい。このとき、コンデンサの静電容量の基準値C0は、過去のインピーダンス測定により算出されたコンデンサの静電容量の測定値Cであって、今回のインピーダンス測定時との時間の間隔に基づいて選択された一の測定値Cであってもよい。これによって、コンデンサの静電容量をインピーダンス測定する際、物体の表面の歪により生じたコンデンサの静電容量の変化を反映させることができ、コンデンサに印加する交流電圧の測定周波数をより正確に設定することができる。 Here, the capacitor has a first electrode body M7 fixed on the surface of the object P, and a surface of the object so that the capacitor can move independently of the first electrode body M7 to a position facing the first electrode body M7. The first electrode body M7 and the second electrode body M3 are formed on the basis of the measured capacitance value C of the capacitor in order to determine the distortion of the surface of the object P. You may have further the 5th process of calculating the change of distance. At this time, the reference value C 0 of the capacitance of the capacitor is a measured value C of the capacitance of the capacitor calculated by past impedance measurement, and is selected based on the time interval from the current impedance measurement. One measured value C may be used. This makes it possible to reflect changes in the capacitance of the capacitor caused by distortion on the surface of the object when measuring the capacitance of the capacitor, and to set the measurement frequency of the AC voltage applied to the capacitor more accurately. can do.

また、コンデンサの静電容量の基準値C0は、コンデンサの設計値と物体の歪の予測値に基づいて設定されてもよい。これによって、コンデンサの静電容量をインピーダンス測定する際、物体の表面の歪により生じたコンデンサの静電容量の変化を反映させることができ、コンデンサに印加する交流電圧の測定周波数をより正確に設定することができる。 Further, the reference value C 0 of the capacitance of the capacitor may be set based on the design value of the capacitor and the predicted value of the distortion of the object. This makes it possible to reflect changes in the capacitance of the capacitor caused by distortion on the surface of the object when measuring the capacitance of the capacitor, and to set the measurement frequency of the AC voltage applied to the capacitor more accurately. can do.

上記各実施形態は、コンデンサの静電容量の変化を検出するインピーダンス測定装置1、1’であって、コンデンサの静電容量の基準値C0と、コンデンサの電極間の絶縁抵抗Rp’とに基づく並列等価回路モデルを用いたシミュレーションにより、インピーダンス測定における測定周波数fと損失係数D値の関係を示すデータを算出する第1算出部100と、測定周波数fと損失係数D値の関係を示すデータに基づいて、第1の周波数と第1周波数よりも高い第2周波数との間の範囲内で決定された測定周波数fdの交流電圧を用いてインピーダンス測定を行うインピーダンス測定部400と、インピーダンス測定部400のインピーダンス測定結果に基づいて、コンデンサの静電容量の測定値を算出する第2算出部100と、を備えるインピーダンス測定装置1、1’を開示するものである。 Each of the above embodiments is an impedance measuring device 1, 1 ′ that detects a change in the capacitance of the capacitor, and includes a reference value C 0 of the capacitance of the capacitor and an insulation resistance Rp ′ between the electrodes of the capacitor. A first calculation unit 100 for calculating data indicating the relationship between the measurement frequency f and the loss factor D value in the impedance measurement by simulation using the parallel equivalent circuit model, and data indicating the relationship between the measurement frequency f and the loss factor D value An impedance measurement unit 400 that performs impedance measurement using an AC voltage having a measurement frequency f d determined within a range between the first frequency and a second frequency higher than the first frequency, and impedance measurement A second calculation unit 100 that calculates a capacitance measurement value of the capacitor based on the impedance measurement result of the unit 400. It is intended to disclose a dance measuring device 1, 1 '.

これによって、コンデンサの静電容量をインピーダンス測定する際、コンデンサに印加する交流電圧の測定周波数を簡易、かつ、正確に設定することができる。   This makes it possible to easily and accurately set the measurement frequency of the AC voltage applied to the capacitor when measuring the capacitance of the capacitor.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。   As mentioned above, although the specific example of this invention was demonstrated in detail, these are only illustrations and do not limit a claim. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.

1 測定装置
100 制御部
200 記憶部
300 表示部
400 インピーダンス測定部
410 発振器
420 電流電圧変換部
421 基準抵抗器
422 零位検出器
430 ベクトル比検出部
431 ベクトル電圧計
500 入力部
600 バス
700 絶縁抵抗測定部
M コンデンサ
C コンデンサの静電容量
Rp 等価並列抵抗
f 測定周波数
P 配管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Measuring apparatus 100 Control part 200 Memory | storage part 300 Display part 400 Impedance measurement part 410 Oscillator 420 Current voltage conversion part 421 Reference resistor 422 Zero level detector 430 Vector ratio detection part 431 Vector voltmeter 500 Input part 600 Bus 700 Insulation resistance measurement Part M Capacitor C Capacitance Rp Equivalent parallel resistance f Measurement frequency P Piping

Claims (12)

コンデンサの静電容量の変化を検出するインピーダンス測定方法であって、
前記コンデンサの静電容量の基準値と、前記コンデンサの電極間の絶縁抵抗に基づく並列等価回路モデルを用いたシミュレーションにより、インピーダンス測定における測定周波数と損失係数の関係を示すデータを算出する第1工程と、
前記測定周波数と損失係数の関係を示すデータに基づいて、第1の周波数と前記第1周波数よりも高い第2周波数との間の範囲内で測定周波数を決定する第2工程と、
前記第2工程で決定した測定周波数の交流電圧を用いて、前記コンデンサのインピーダンス測定を行う第3工程と、
前記インピーダンス測定の測定結果に基づいて、前記コンデンサの静電容量の測定値を算出する第4工程と、
を備えるインピーダンス測定方法。
An impedance measurement method for detecting a change in capacitance of a capacitor,
A first step of calculating data indicating a relationship between a measurement frequency and a loss factor in impedance measurement by a simulation using a parallel equivalent circuit model based on a reference value of the capacitance of the capacitor and an insulation resistance between the electrodes of the capacitor When,
A second step of determining a measurement frequency within a range between a first frequency and a second frequency higher than the first frequency based on data indicating a relationship between the measurement frequency and a loss factor;
A third step of measuring the impedance of the capacitor using an alternating voltage of the measurement frequency determined in the second step;
A fourth step of calculating a measured value of the capacitance of the capacitor based on the measurement result of the impedance measurement;
An impedance measurement method comprising:
前記第1の周波数は、前記損失係数が略0.1となるときの測定周波数である
ことを特徴とする請求項1に記載のインピーダンス測定方法。
The impedance measurement method according to claim 1, wherein the first frequency is a measurement frequency when the loss factor is approximately 0.1.
前記第2の周波数は、前記損失係数が略0.001となるときの測定周波数である
ことを特徴とする請求項1又は2に記載のインピーダンス測定方法。
The impedance measurement method according to claim 1, wherein the second frequency is a measurement frequency when the loss factor is approximately 0.001.
前記第1工程は、前記コンデンサの静電容量の基準値と、前記コンデンサの電極間の絶縁抵抗とに基づいて、式Aを用いたシミュレーションにより、測定周波数と損失係数の関係を示すデータを算出する
ことを特徴とする請求項1乃至3いずれか一項に記載のインピーダンス測定方法。
Figure 2015175596
(ただし、Rp’は電極間の絶縁抵抗(Ω)、fは測定周波数(Hz)、C0は静電容量の基準値(F)を表す)
In the first step, data indicating the relationship between the measurement frequency and the loss factor is calculated by simulation using Formula A based on the reference value of the capacitance of the capacitor and the insulation resistance between the electrodes of the capacitor. The impedance measurement method according to any one of claims 1 to 3, wherein:
Figure 2015175596
(Where Rp ′ is the insulation resistance (Ω) between the electrodes, f is the measurement frequency (Hz), and C 0 is the reference value (F) of capacitance)
前記コンデンサの電極間の絶縁抵抗は、前記コンデンサに直流電圧を印加することにより流れる漏れ電流値に基づいて設定される
ことを特徴とする請求項1乃至4いずれか一項に記載のインピーダンス測定方法。
5. The impedance measuring method according to claim 1, wherein an insulation resistance between the electrodes of the capacitor is set based on a leakage current value that flows when a DC voltage is applied to the capacitor. .
前記コンデンサの電極間の絶縁抵抗は、少なくとも前記第3工程における温度に関する測定条件と略同一の温度条件下で測定された前記漏れ電流値に基づいて設定される
ことを特徴とする請求項5に記載のインピーダンス測定方法。
The insulation resistance between the electrodes of the capacitor is set based on at least the leakage current value measured under substantially the same temperature condition as the temperature measurement condition in the third step. The impedance measurement method described.
前記第1の周波数は、前記損失係数が略0.05となるときの測定周波数であり、かつ、前記第2の周波数は、前記損失係数が略0.001となるときの測定周波数である
ことを特徴とする請求項1乃至6いずれか一項に記載のインピーダンス測定方法。
The first frequency is a measurement frequency when the loss factor is approximately 0.05, and the second frequency is a measurement frequency when the loss factor is approximately 0.001. The impedance measurement method according to any one of claims 1 to 6, wherein:
前記コンデンサは、静電容量の基準値が1nF以下のコンデンサである
ことを特徴とする請求項1乃至7いずれか一項に記載のインピーダンス測定方法。
The impedance measuring method according to any one of claims 1 to 7, wherein the capacitor is a capacitor having a capacitance reference value of 1 nF or less.
前記コンデンサは、物体の表面上に固定された第1電極体と、前記第1電極体と対向する位置に、前記第1電極体と独立して移動し得るように前記物体の表面上に固定された第2電極体とにより形成され、
前記物体の表面の歪を求めるべく、前記コンデンサの静電容量の測定値に基づいて、前記第1電極体と前記第2電極体の距離の変化を算出する第5工程を、更に有する
ことを特徴とする請求項1乃至8いずれか一項に記載のインピーダンス測定方法。
The capacitor is fixed on the surface of the object so that the capacitor can move independently of the first electrode body at a position facing the first electrode body and a first electrode body fixed on the surface of the object. Formed by the second electrode body,
The method further includes a fifth step of calculating a change in the distance between the first electrode body and the second electrode body based on a measured value of the capacitance of the capacitor in order to obtain a distortion of the surface of the object. The impedance measuring method according to claim 1, wherein the impedance measuring method is one of the following.
前記コンデンサの静電容量の基準値は、過去のインピーダンス測定により算出された前記コンデンサの静電容量の測定値であって、今回のインピーダンス測定時との時間の間隔に基づいて選択された一の測定値である
ことを特徴とする請求項9に記載のインピーダンス測定方法。
The reference value of the capacitance of the capacitor is a measured value of the capacitance of the capacitor calculated by a past impedance measurement, and is selected based on a time interval from the current impedance measurement. It is a measured value. The impedance measuring method of Claim 9 characterized by the above-mentioned.
前記コンデンサの静電容量の基準値は、前記コンデンサの設計値と前記物体の表面の歪の予測値とに基づいて設定される
ことを特徴とする請求項9に記載のインピーダンス測定方法。
The impedance measurement method according to claim 9, wherein the reference value of the capacitance of the capacitor is set based on a design value of the capacitor and a predicted value of distortion of the surface of the object.
コンデンサの静電容量の変化を検出するインピーダンス測定装置であって、
前記コンデンサの静電容量の基準値と、前記コンデンサの電極間の絶縁抵抗とに基づく並列等価回路モデルを用いたシミュレーションにより、インピーダンス測定における測定周波数と損失係数の関係を示すデータを算出する第1算出部と、
前記測定周波数と損失係数の関係を示すデータに基づいて、第1の周波数と前記第1周波数よりも高い第2周波数との間の範囲内で決定された測定周波数の交流電圧を用いてインピーダンス測定を行うインピーダンス測定部と、
前記インピーダンス測定部によるインピーダンス測定の測定結果に基づいて、前記コンデンサの静電容量の測定値を算出する第2算出部と、
を備えるインピーダンス測定装置。
An impedance measuring device for detecting a change in capacitance of a capacitor,
First, data representing a relationship between a measurement frequency and a loss factor in impedance measurement is calculated by a simulation using a parallel equivalent circuit model based on a reference value of the capacitance of the capacitor and an insulation resistance between the electrodes of the capacitor. A calculation unit;
Based on the data indicating the relationship between the measurement frequency and the loss factor, impedance measurement is performed using an alternating voltage of the measurement frequency determined within a range between the first frequency and the second frequency higher than the first frequency. An impedance measurement unit for performing
A second calculation unit that calculates a measured value of the capacitance of the capacitor based on a measurement result of impedance measurement by the impedance measurement unit;
An impedance measuring device comprising:
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