以下、測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
まず、測定装置の一例である図1に示す測定装置1の構成について説明する。この測定装置1は、測定部2、処理部3、記憶部4および出力部5を備え、一対の入力端子6a,6b間に入力される不図示の測定対象についての被測定量を示す測定電圧Vin(交流または直流電圧)に基づいて、この被測定量を測定する。この測定装置1では、入力端子6bがこの装置における基準電位(グランド)Gに規定されている部位に接続されているため、測定電圧Vinは、この入力端子6bの電位(基準電位G)を基準として入力端子6aに入力される。
この場合、測定装置1は、測定電圧Vinが測定対象に流れる電流を電圧に変換した信号であるときには、この電流を被測定量として測定し、測定電圧Vinが測定対象に生じている電圧を示す信号であるときには、この電圧を被測定量として測定する。また、測定装置1は、測定対象に流れる電流を電圧に変換した信号と、この電流が流れた際に測定対象の両端間に発生する電圧を示す信号とが測定電圧Vinとして時分割で入力されるときには、測定対象に流れる電流と測定対象に発生する電圧とを被測定量として測定すると共に、測定した電流および電圧に基づいて算出される電力についても被測定量として測定する。本例では一例として、測定装置1は、測定対象に生じている電圧の電圧値Vmを被測定量として測定する電圧測定装置であるものとし、一例として、測定電圧Vinは電圧値Vmと同じ電圧値の信号であるものとする。なお、測定電圧Vinは、測定対象に生じている電圧を分圧して得られる信号であったり、測定対象に生じている電圧を昇圧して得られる信号であってもよいのは勿論である。
測定部2は、基準電圧出力部11、第1スイッチ部12、レンジアンプ13、プリアンプ14、A/D変換部15、バッファアンプ16およびフィルタ部17を備え、測定電圧Vinを複数の測定レンジ(本例では一例として後述する2つの測定レンジRa,Rb(特に区別しないときには測定レンジRともいう))のうちから選択(指定)された1つの測定レンジRで測定して、この測定電圧Vinの瞬時値を示す測定値(測定データ)Dmを予め規定された周期T1(例えば、数百ミリ秒間隔)で処理部3に出力する。
基準電圧出力部11は、一例として、測定レンジRの数と同数のゲイン補正(ゲイン校正)用の基準電圧Vr(基準電位Gを基準とする電圧値が既知の電圧)と、オフセット補正(オフセット校正)用の1つの基準電圧Vrz(電圧値が基準電位Gと同電位(ゼロボルト)の電圧)とを出力する。本例では、後述するように、測定レンジRの数は一例として10V,1Vの2つであることから、基準電圧出力部11は、10Vの測定レンジRa用の基準電圧Vra(10Vまたは10Vよりも若干低い電圧。例えば9V)、および1Vの測定レンジRb用の基準電圧Vrb(1Vまたは1Vよりも若干低い電圧。例えば0.9V)を基準電圧Vrとして出力する。また、基準電圧出力部11は、すべての基準電圧Vrにおいて、第1スイッチ部12を介してフィルタ部17を駆動するのに過不足のない出力電流容量を備えている。
なお、本例において、フィルタ部17を駆動するのに過不足のない容量(出力電流容量)とは、フィルタ部17から出力される電圧(出力電圧)を、入力される電圧(入力電圧)と同じ電圧まで極めて短時間に到達させ得る程に大きくはなく(つまり、後段のレンジアンプ13の後述するバーチャルショートが維持できなくなる程の短時間で出力電圧を変化させられる程大きくなく)、その一方、この出力電圧が入力電圧と同じ電圧に到達するまでの時間(到達時間または遅延時間)が測定部2での測定遅延を招く程に大きくならない容量をいうものとする。
バッファアンプ16は、一例としてボルテージフォロワ回路として構成されたオペアンプ(演算増幅器)で構成されて、フィルタ部17を過不足の無い状態で駆動し得る出力電流容量(上記した基準電圧出力部11と同等の出力電流容量)を備えている。このバッファアンプ16は、測定電圧Vinを入力して低インピーダンスで第1電圧V0として出力する。また、バッファアンプ16は、測定電圧Vinを1倍のゲインで正確に増幅して第1電圧V0として出力するが、固有のオフセット電圧Vos0(一般的には数mV程度の極めて小さな電圧)が存在しているため、測定電圧Vinとの間にこのオフセット電圧Vos0分の差を含む状態で第1電圧V0を出力する。
第1スイッチ部12は、処理部3によってオン・オフ制御が行われる複数のスイッチ(本例では5つのスイッチSW1,SW2,SW3,SW4,SW5)を備えている。また、第1スイッチ部12は、入力端子6a、基準電圧出力部11における不図示の出力端子(基準電圧Vra,Vrb,Vrzの各出力端子)、およびバッファアンプ16の不図示の出力端子と、フィルタ部17との間に配設されて、スイッチSW1のみがオン状態に制御されることで測定電圧Vinをフィルタ部17に選択的に選択電圧V1として出力し、スイッチSW2のみがオン状態に制御されることで基準電圧Vraをフィルタ部17に選択的に選択電圧V1として出力し、スイッチSW3のみがオン状態に制御されることで基準電圧Vrbをフィルタ部17に選択的に選択電圧V1として出力し、スイッチSW4のみがオン状態に制御されることで基準電圧Vrzをフィルタ部17に選択電圧V1として選択的に出力し、スイッチSW5のみがオン状態に制御されることで第1電圧V0をフィルタ部17に選択的に選択電圧V1として出力する。この第1スイッチ部12は、例えばアナログスイッチなどで構成されている。
フィルタ部17は、例えば、低域通過型フィルタ回路やバンドパス型フィルタ回路などで構成された高域遮断型の帯域通過型フィルタで構成されている。この構成により、フィルタ部17は、第1スイッチ部12から出力されて入力端子(不図示)に入力される選択電圧V1に含まれている高周波成分(ノイズ成分)を除去すると共に、第1スイッチ部12の各スイッチSW1〜SW5が処理部3によってオン・オフ制御されたときに(選択電圧V1が切り替えられたときに)ステップ状に立ち上がったり立ち下がったり変化する選択電圧V1のこの変化の度合いを急峻でない状態(緩やかに変化する状態)にして出力端子(不図示)からレンジアンプ13を構成する後述のオペアンプ13aに出力する。また、フィルタ部17は、基準電圧出力部11から出力される基準電圧Vra,Vrb,Vrzのいずれかやバッファアンプ16から出力される第1電圧V0が選択電圧V1として入力されたときには、上記したような基準電圧出力部11およびバッファアンプ16の出力電流容量と相俟って、出力される選択電圧V1の変化の度合いをレンジアンプ13(具体的にはオペアンプ13a)のバーチャルショート(イマジナリーショート若しくは仮想短絡)が維持され得る程度に緩やかにしつつ、出力される選択電圧V1が入力される選択電圧V1と同じ電圧に到達するまでの時間(到達時間)、つまり選択電圧V1の遅延時間を短時間とすることが可能となっている。以上のことから、フィルタ部17から選択電圧V1を入力するレンジアンプ13は、バーチャルショートが維持された状態で常に作動することが可能となっている。
レンジアンプ13は、一例として、オペアンプ(演算増幅器)13a、ゲインG1を設定するための2つの抵抗13b,13c、および処理部3によってオン・オフ制御が行われる複数のスイッチ(本例では2つのスイッチSW6,SW7)を有する第2スイッチ部13dを備えている。オペアンプ13aは、その非反転入力端子がフィルタ部17の出力端子に接続されている。また、オペアンプ13aは、その反転入力端子が自身の出力端子に接続されてボルテージフォロワに構成されている。各抵抗13b,13cは、抵抗13bの他端と抵抗13cの一端とが接続されることで互いに直列接続されている。また、抵抗13b,13cの直列回路は、抵抗13bの一端がオペアンプ13aの出力端子に接続され、抵抗13cの他端が基準電位Gに規定されることで、オペアンプ13aの出力端子と測定部2における基準電位Gに規定された部位との間に配設されている。
また、第2スイッチ部13dの各スイッチSW6,SW7は、スイッチSW6がオペアンプ13aの出力端子とプリアンプ14の入力端子との間に接続され、スイッチSW7が抵抗13cの一端とプリアンプ14の入力端子との間に接続されている。
この構成により、レンジアンプ13は、スイッチSW6のみがオン状態に制御されることでゲインG1がG1a(=1)倍に設定(つまり、1Vの測定レンジRaに指定)され、スイッチSW7のみがオン状態に制御されることでゲインG1がG1b(=0.1)倍に設定(つまり、10Vの測定レンジRbに指定)されて、第1スイッチ部12において選択されて第1スイッチ部12からフィルタ部17を介して出力される選択電圧V1を、設定されたゲインG1で増幅して(指定された測定レンジRで測定して)第1増幅電圧V2としてプリアンプ14に出力する。
プリアンプ14は、レンジアンプ13から出力される第1増幅電圧V2を予め規定されたゲインG2で増幅して第2増幅電圧V3としてA/D変換部15に出力する。このプリアンプ14のゲインG2は、第2増幅電圧V3の電圧値をA/D変換部15の入力定格電圧に適合した電圧値とし得るように規定されている。
A/D変換部15は、A/D変換器の一例であって、プリアンプ14から出力される第2増幅電圧V3を、規定の周期T2(例えば、上記した周期T1の1/2)でサンプリングすることにより、第2増幅電圧V3の瞬時値を示す電圧データD1を生成して処理部3に出力する。本例では後述するように、処理部3が、スイッチSW1のみをオン状態に制御して測定電圧Vinをレンジアンプ13に出力させるという第1スイッチ部12に対する制御(後述する測定処理Pmの実行期間中に行う制御)と、スイッチSW2〜SW4のいずれか1つのスイッチのみをオン状態に制御して1種類の基準電圧Vr(基準電圧Vra,Vrb,Vrzのいずれか1つ)を出力させるという第1スイッチ部12に対する制御(後述する補正値更新処理Pcの実行期間中に行う制御)とを周期T2で繰り返し実行する。
この構成により、測定部2は、選択された測定レンジRにおいて、測定電圧Vinの瞬時値を示す電圧データD1を測定値Dmとして周期T1で出力したり、この測定値Dmの出力タイミングと周期T2だけずれたタイミングで、基準電圧Vrを示す電圧データD1を補正値Dcとして周期T1で出力したりすることが可能となっている。
処理部3は、例えばコンピュータで構成されて、A/D変換部15のサンプリング周期T2に同期した周期T1のタイミングで(測定部2から新たな測定値Dmが出力される出力タイミングで)、測定値取得処理を実行しこの測定値Dmを取得すると共に、この取得した測定値Dmを記憶部4に記憶されている各測定レンジRで使用される個別の補正値Dc(各測定レンジRに対応する補正値)のうちのこの測定値Dmの測定に使用された測定レンジRで使用される補正値Dcで補正して測定電圧Vinの電圧値Vmを測定する測定処理Pm(図2参照)を実行する。具体的には、処理部3は、この周期T1のタイミングで開始する期間(周期T2と同じ長さの期間)内において、この測定処理Pmを実行する。
また、処理部3は、図2において破線で表した円形の拡大図で示すように、測定処理Pmを実行する期間(周期T2と同じ長さの期間)の開始直後であって測定処理Pmを実行する直前に、第1スイッチ部12に対してスイッチSW5のみをオン状態にする制御を行うことで第1電圧V0を選択電圧V1として出力させる電圧出力処理Pvを実行する。なお、図2では、一例として、補正値更新処理Pcraの実行後の周期T2と同じ長さの期間の開始直後であって測定処理Pmを実行する直前に処理部3が電圧出力処理Pvを実行する例を示しているが、図示はしないが、補正値更新処理Pcra以外の補正値更新処理Pcの実行後の周期T2と同じ長さの各期間の開始直後であって測定処理Pmの直前においても、処理部3は電圧出力処理Pvを実行する。つまり、処理部3は、すべての補正値更新処理Pcの実行後の測定処理Pmを実行する各期間(周期T2と同じ長さの期間)の開始直後であって測定処理Pmを実行する直前において(言い換えれば、すべての補正値更新処理Pcの実行後であって測定処理Pmを実行する直前において)、常に電圧出力処理Pvを実行する。また、処理部3がこの電圧出力処理Pvを実行する時間長(つまり、第1電圧V0を選択電圧V1として出力させる時間長)については、その後に実行する測定処理Pmのための時間(この期間内に測定処理Pmを完了し得る時間)を十分に確保し得る短時間に予め規定されている。
このようにして、処理部3が測定処理Pmを実行する直前に電圧出力処理Pvを実行することで、フィルタ部17を過不足の無い状態で駆動し得る出力電流容量を備えているバッファアンプ16からの第1電圧V0が、第1スイッチ部12を介してフィルタ部17に選択電圧V1として出力される。この第1電圧V0は、バッファアンプ16のオフセット電圧Vos0分だけ測定電圧Vinと異なるものの、測定電圧Vinに極めて近い電圧である。このため、フィルタ部17からレンジアンプ13に出力される選択電圧V1は、レンジアンプ13のバーチャルショートが維持される範囲内で十分に短時間で測定電圧Vinに極めて近い電圧に達する。したがって、処理部3が引き続き実行する測定処理Pmにおいて第1スイッチ部12に対してスイッチSW1のみをオン状態に制御して測定電圧Vinを選択電圧V1としてフィルタ部17に出力したときに、フィルタ部17からレンジアンプ13に出力される選択電圧V1は、極めて短時間に測定電圧Vinと同じ電圧に移行する。
また、処理部3は、A/D変換部15のサンプリング周期T2に同期した周期T1のタイミングであって、上記した測定処理Pmの実行開始のタイミングとは周期T2だけずれたタイミングで(測定部2から新たな補正値Dcが出力される出力タイミングで)、補正値取得処理を実行しこの補正値Dcを取得すると共に、この取得した新たな補正値Dcで、記憶部4に記憶されている各測定レンジRで使用される個別の補正値Dcのうちの測定部2においてこの新たな補正値Dcの測定に使用された測定レンジRで使用される補正値Dcを更新する補正値更新処理Pcを実行する。具体的には、処理部3は、この周期T1のタイミングで開始する期間(周期T2と同じ長さの期間)内において、この補正値更新処理Pcを実行する。つまり、処理部3は、本例では、サンプリング周期T2に同期して、補正値更新処理Pcと測定処理Pmを交互に実行する。
なお、補正値Dcとしては、ゲイン補正用の基準電圧Vra,Vrbのうちのいずれかを示す電圧データD1が用いられる補正値Dcと、オフセット補正用の基準電圧Vrzを示す電圧データD1が用いられる補正値Dcとがあり、この2つを区別するため、前者を補正値Dcrとし、後者を補正値Dczとする。また、測定レンジRaで使用される補正値Dcr,Dczをそれぞれ補正値Dcra,Dczaとし、さらに補正値Dcraを更新する補正値更新処理Pcを補正値更新処理Pcraとし、補正値Dczaを更新する補正値更新処理Pcを補正値更新処理Pczaとする。同様にして、測定レンジRbで使用される補正値Dcr,Dczをそれぞれ補正値Dcrb,Dczbとし、さらに補正値Dcrbを更新する補正値更新処理Pcを補正値更新処理Pcrbとし、補正値Dczbを更新する補正値更新処理Pcを補正値更新処理Pczbとする。
また、処理部3は、上記の測定処理Pmおよび上記の各補正値更新処理Pcの開始直後において、第1スイッチ部12の各スイッチSW1〜SW5に対するオン・オフ制御を実行して、測定電圧Vinおよび各基準電圧Vrのうちの各処理Pm,Pcにおいて使用する1つの電圧を選択して選択電圧V1としてレンジアンプ13に出力させる。また、処理部3は、測定処理Pmにおいて、算出した測定電圧Vinの電圧値Vmと各測定レンジRの電圧範囲とに基づいて、次の測定処理Pmにおいて電圧値Vmを算出するのに適した1つの測定レンジR(測定部2に対して測定値Dmを測定させるための1つの測定レンジ。この測定レンジを以下では第1測定レンジRともいう)を選択すると共に、レンジアンプ13の各スイッチSW6,SW7に対するオン・オフ制御(レンジアンプ13についての測定レンジRの選択)を実行してこの第1測定レンジRに切り替えるレンジ切替処理Pr(図2参照)を実行する。
また、処理部3は、このようにして複数種類の測定レンジR(本例では2つの測定レンジRa,Rb)のうちの1つの測定レンジRを測定部2に対して測定値Dmを出力させる第1測定レンジRとして選択したときには、この第1測定レンジRでの測定処理Pmにおいてこの測定値Dmに基づいて算出される電圧値Vmがこの第1測定レンジRの電圧範囲内となっている限りは、測定処理Pmの実行時には現在の第1測定レンジRを変更することなく維持して、測定部2にこの第1測定レンジRでの測定値Dmを出力させて電圧値Vmを算出(測定)する。一方、補正値更新処理Pcについては、処理部3は、第1測定レンジRを維持して測定部2にこの第1測定レンジRでの補正値Dcを新たに出力させて、この新たな補正値Dcで、記憶部4に記憶されているこの第1測定レンジRで使用される補正値Dcを更新する補正値更新処理Pcを主として実行しつつ、測定部2に対して複数種類の測定レンジR(本例では2つの測定レンジRa,Rb)のうちの第1測定レンジR以外の第2測定レンジRで補正値Dcを出力させて(つまり、測定部2に対して第1測定レンジRを一時的に第2測定レンジRに切り替えさせると共にこの第2測定レンジRに対応した基準電圧Vrに一時的に切り替えさせることで、第2測定レンジRでの補正値Dcを出力させて)、この新たな補正値Dcで、記憶部4に記憶されているこの第2測定レンジRで使用される補正値Dcを更新する補正値更新処理Pcについても実行する。
すなわち、この第1測定レンジRにおいて主として実行する上記の補正値更新処理Pcを第1補正値更新処理Pcとし、一時的に第2測定レンジRに切り替えて実行する上記の補正値更新処理Pcを第2補正値更新処理Pcとしたときに、処理部3は、第1測定レンジRでの第1補正値更新処理Pcおよび測定処理Pmの実行の合間に、第2補正値更新処理Pcを実行する。
次に、各補正値更新処理Pcにおいて記憶部4に更新記憶される測定レンジR毎の補正値Dcと、測定値Dmと、電圧値Vmとの関係について説明する。
この測定装置1では、レンジアンプ13を構成するオペアンプ13aには、オフセット電圧Vos1が存在し、プリアンプ14には、オフセット電圧Vos2が存在している。この各オフセット電圧Vos1,Vos2、並びにレンジアンプ13のゲインG1およびプリアンプ14のゲインG2は、測定装置1が配置されている測定環境の変化に応じて変動する。このため、この測定装置1では、処理部3は、測定処理Pmにおいて、測定部2から出力される測定値Dmを、この測定値Dmが測定された測定レンジRで使用される補正値Dcで補正することにより、測定環境の変化に応じて変動する各オフセット電圧Vos1,Vos2および各ゲインG1,G2の影響を受けない状態(影響を排除した状態)で測定電圧Vinの電圧値Vmを算出する。
具体的には、測定レンジRa(レンジアンプ13のゲインG1がG1a)のときにおいて、第1スイッチ部12のスイッチSW1のみがオン状態に制御されたときには、プリアンプ14からA/D変換部15に出力される第2増幅電圧V3(このときの第2増幅電圧V3をV3maとする)は、下記式(1)で表される。
V3ma={(Vin+Vos1)×G1a+Vos2}×G2 ・・・(1)
また、この測定レンジRaのときにおいて、第1スイッチ部12のスイッチSW4のみがオン状態に制御されたときには、プリアンプ14からA/D変換部15に出力される第2増幅電圧V3(このときの第2増幅電圧V3をV3zaとする)は、第1スイッチ部12から出力される基準電圧Vrzが本例ではゼロボルトであることを考慮すると、下記式(2)で表される。
V3za={(Vrz+Vos1)×G1a+Vos2}×G2
={Vos1×G1a+Vos2}×G2 ・・・(2)
また、この測定レンジRaのときにおいて、第1スイッチ部12のスイッチSW2のみがオン状態に制御されたときには、プリアンプ14からA/D変換部15に出力される第2増幅電圧V3(このときの第2増幅電圧V3をV3raとする)は、下記式(3)で表される。
V3ra={(Vra+Vos1)×G1a+Vos2}×G2 ・・・(3)
この場合、(V3ma−V3za)/(V3ra−V3za)の式に上記式(1)〜(3)を代入して整理すると、
(V3ma−V3za)/(V3ra−V3za)=Vin/Vraとなり、この式を変形すると、測定レンジRaのときの測定電圧Vinについての下記式(4)が導出される。
Vin=(V3ma−V3za)/(V3ra−V3za)×Vra ・・・(4)
この式(4)は、基準電圧Vraが測定環境の変化の影響を受けないもの(定電圧)であるときには、処理部3が、第1スイッチ部12の各スイッチSW1〜SW4に対するオン・オフ制御を実行して上記の2つの第2増幅電圧V3za,V3raについての電圧データD1を取得すると共にこの2つの電圧データD1をこの測定レンジRaで使用される補正値Dc(補正値Dcz,Dcr、具体的には補正値Dcza,Dcra)として記憶部4に記憶し(つまり、補正値更新処理Pcを実行し)、この各補正値Dcza,Dcraの取得のときから測定環境の変化が無視できるとみなせる短期間内に、第1スイッチ部12の各スイッチSW1〜SW4に対するオン・オフ制御を実行して上記の第2増幅電圧V3maについての電圧データD1を測定値Dmとして取得し(つまり、測定処理Pmを実行し)、かつこの取得した測定値Dmおよび各補正値Dcza,Dcraを上記の式(4)に、対応する第2増幅電圧V3ma,V3za,V3raとして基準電圧Vraと共に代入することにより、各オフセット電圧Vos1,Vos2および各ゲインG1,G2の影響を受けない状態(影響を排除した状態)で、測定レンジRaのときの測定電圧Vin(つまり、測定電圧Vinの電圧値Vm)を算出できることを示している。
また、測定レンジRb(レンジアンプ13のゲインG1がG1b)のときにおいては、第1スイッチ部12のスイッチSW1のみがオン状態に制御されたときの第2増幅電圧V3(このときの第2増幅電圧V3をV3mbとする)は、下記式(5)で表される。
V3mb={(Vin+Vos1)×G1b+Vos2}×G2 ・・・(5)
また、この測定レンジRbのときにおいて、第1スイッチ部12のスイッチSW4のみがオン状態に制御されたときの第2増幅電圧V3(このときの第2増幅電圧V3をV3zbとする)は、第1スイッチ部12から出力される基準電圧Vrzが本例ではゼロボルトであることを考慮すると、下記式(6)で表される。
V3zb={(Vrz+Vos1)×G1b+Vos2}×G2
={Vos1×G1b+Vos2}×G2 ・・・(6)
また、この測定レンジRbのときにおいて、第1スイッチ部12のスイッチSW3のみがオン状態に制御されたときの第2増幅電圧V3(このときの第2増幅電圧V3をV3rbとする)は、下記式(7)で表される。
V3rb={(Vrb+Vos1)×G1b+Vos2}×G2 ・・・(7)
この場合、(V3mb−V3zb)/(V3rb−V3zb)の式に上記式(5)〜(7)を代入して整理すると、測定レンジRbのときの測定電圧Vinについての下記式(8)が導出される。
Vin=(V3mb−V3zb)/(V3rb−V3zb)×Vrb ・・・(8)
したがって、測定レンジRbのときにおいても、基準電圧Vrbが測定環境の変化の影響を受けないもの(定電圧)であるときには、上記した測定レンジRaのときと同様にして取得した測定値Dmおよび各補正値Dcz,Dcr(具体的には補正値Dczb,Dcrb)を上記の式(8)に、対応する第2増幅電圧V3mb,V3zb,V3rbとして基準電圧Vrbと共に代入することにより、各オフセット電圧Vos1,Vos2および各ゲインG1,G2の影響を受けない状態(影響を排除した状態)で、測定レンジRbのときの測定電圧Vin(つまり、測定電圧Vinの電圧値Vm)を算出できることを示している。
記憶部4は、例えば、RAMなどの半導体メモリやハードディスク装置で構成されて、上記した各測定レンジRa,Rbに対応した測定電圧Vinについての各式(4),(8)、および各基準電圧Vra,Vrbの既知の電圧値Vra,Vrb(対応する電圧と同じ符号を付すものとする)が記憶されている。また、記憶部4には、各測定レンジRで使用される個別の補正値Dc(具体的には、上記したような、測定レンジRaで使用される補正値Dcza,Dcra、測定レンジRbで使用される補正値Dczb,Dcrbが更新記憶される。また、記憶部4には、測定値Dmおよび電圧値Vmが記憶される。なお、本例では、基準電圧Vrzの電圧値Vrzはゼロボルトであることから、記憶部4に電圧値Vrzを記憶させず、また電圧値Vrzを消去した上記のV3za,V3zbについての各式(2),(6)を用いて上記の各式(4),(8)を導出しているが、電圧値Vrzはゼロボルト以外の電圧値であってもよい。この場合には、電圧値Vrzは記憶部4に記憶され、また上記の各式(4),(8)は、基準電圧Vrzを含む上記したV3za,V3zbについての各式を用いて導出されたものとなる。
出力部5は、一例として液晶ディスプレイなどの表示装置で構成されて、処理部3で測定された測定電圧Vinの電圧値Vmを画面上に表示させる。なお、出力部5については、表示装置とする構成に代えて、外部装置とデータ通信するインターフェース回路やリムーバブルメディアを装着し得るインターフェース回路とする構成として、この電圧値Vmを外部装置に送信したり、リムーバブルメディアに記憶させたりすることもできる。
次に、測定装置1の動作について図2を参照して説明する。
処理部3は、上記したように、A/D変換部15のサンプリング周期(周期T2)に同期して、補正値更新処理Pcを周期T2と同じ長さの期間で実行し、測定処理Pm(具体的には、電圧出力処理Pvおよび測定処理Pm)を周期T2と同じ長さの期間で実行するという動作を繰り返す。この場合、処理部3は、測定処理Pmを実行する期間を開始する際(つまり、直前に実行していた補正値更新処理Pcを終了させて電圧出力処理Pvを開始する際)には、第1スイッチ部12に対する制御を実行して、この補正値更新処理Pcにおいて選択電圧V1としてフィルタ部17に出力させていた基準電圧Vrに代えてバッファアンプ16から出力されている第1電圧V0を選択電圧V1として出力させる。このとき、第1スイッチ部12からフィルタ部17に出力される選択電圧V1はステップ状に立ち上がったり立ち下がったり急峻に変化するが、フィルタ部17が、選択電圧V1のこの急峻な変化を緩やかにしてレンジアンプ13に選択電圧V1として出力する。
また、第1電圧V0はフィルタ部17を過不足の無い状態で駆動し得る出力電流容量を備えているバッファアンプ16から出力されるため、バッファアンプ16を介さずに測定電圧Vinをフィルタ部17に最初から直接入力する構成とは異なり、フィルタ部17から出力される選択電圧V1は、レンジアンプ13(具体的にはオペアンプ13a)のバーチャルショートを維持し得る範囲内で十分に短時間で測定電圧Vinの電圧値に近い電圧値に達することが可能となっている。このため、この選択電圧V1を入力しているレンジアンプ13(具体的にはオペアンプ13a)は、バーチャルショートを維持した状態で、選択されている測定レンジRに対応したゲインG1でこの選択電圧V1(測定電圧Vinに近い電圧値の第1電圧V0)を正確に増幅して次段のプリアンプ14に出力する。
続く測定処理Pmでは、処理部3は、測定部2に対して測定電圧Vinの瞬時値を示す電圧データD1を測定値Dmとして出力させると共に、既に選択した第1測定レンジRで使用される補正値Dcとこの第1測定レンジRで使用される測定電圧Vin(電圧値Vm)を算出するための式(上記の式(4),(8)のいずれか)とを読み出して、電圧値Vmを算出して記憶部4に記憶させる。
この測定部2に対して測定値Dmとして出力させる際には、処理部3は、第1スイッチ部12に対する制御を実行して、直前の電圧出力処理Pvにおいて選択電圧V1としてフィルタ部17に出力させていた第1電圧V0に代えて、測定電圧Vinを選択電圧V1として出力させるが、フィルタ部17はバッファアンプ16から出力されている第1電圧V0によって既に測定電圧Vinに極めて近い電圧で駆動されて、測定電圧Vinに極めて近い電圧である第1電圧V0を出力している。このため、フィルタ部17は、第1電圧V0に代えて測定電圧Vinが選択電圧V1として入力されてから極めて短時間に、この測定電圧Vinを選択電圧V1としてレンジアンプ13に出力する。これにより、レンジアンプ13は、第1スイッチ部12を介して選択電圧V1として入力されている測定電圧Vinを選択された測定レンジRに対応したゲインG1で、バーチャルショートを常に維持しつつ正確に増幅して次段のプリアンプ14に出力する。したがって、測定部2は、電圧出力処理Pvの開始時点から十分に短い時間で、測定電圧Vinの瞬時値を示す電圧データD1を正確に出力する。よって、処理部3は、周期T2と同じ長さの期間(測定処理Pmを実行するための期間)の開始から十分に短い待ち時間で、測定処理Pmを実行することが可能となっている。
また、この電圧値Vmの算出に際して処理部3が使用する補正値Dc(現在の第1測定レンジRで使用される補正値Dc)については、処理部3が測定処理Pmを実行する周期T1に対して周期T2の期間分の時間だけずれたタイミングで第1補正値更新処理Pcを周期T1で実行するため、最新の状態に定期的に更新されている。これにより、処理部3は、測定レンジRの切り替え直後に実行される測定処理Pmにおいて電圧値Vmを算出する場合を除き、この後の測定処理Pmでは、測定値Dmとこの最新の補正値Dcとに基づいて、測定環境の変化の影響を極めて受け難い状態で、電圧値Vmを正確に算出することが可能となっている。
また、処理部3は、測定処理Pmを実行する周期T2の期間内において、この算出した電圧値Vmを出力部5に出力して表示させると共に、現在の第1測定レンジRの電圧範囲と比較して、必要なときにはレンジ切替処理Prを実行して、第1測定レンジRとして選択している現在の測定レンジR以外の他の測定レンジRを新たな第1測定レンジRとして選択する(測定部2に対する測定レンジRの切替制御を実行する)。
また、処理部3は、上記したように、第1測定レンジRでの第1補正値更新処理Pcおよび測定処理Pmの実行の合間に、第1補正値更新処理Pcに代えて第2補正値更新処理Pc(図2中において破線の枠で囲まれた状態で示されている処理)を実行する。この第2補正値更新処理Pcでは、処理部3は、測定部2に対して複数種類の測定レンジRのうちの第1測定レンジR以外の第2測定レンジRで補正値Dcを出力させて(つまり、測定部2に対して第1測定レンジRを一時的に第2測定レンジRに切り替えさせると共にこの第2測定レンジRに対応した基準電圧Vrに一時的に切り替えさせることで、第2測定レンジRでの補正値Dcを出力させて)、この新たな補正値Dcで、記憶部4に記憶されているこの第2測定レンジRで使用される補正値Dcを更新する。これにより、第1測定レンジRで測定処理Pmを実行している期間において、この第1測定レンジRで使用される補正値Dcだけでなく、第1測定レンジR以外の第2測定レンジRで使用される補正値Dcについても更新される。
具体的に、図2に示す測定レンジRaを測定処理Pmのための第1測定レンジRとした最初の期間での動作を例に挙げて説明すると、処理部3は、同図中の最初の測定処理Pm(斜線を付した測定処理Pm)を実行する周期T2の期間では、この測定処理Pmよりも前に実行された第1補正値更新処理Pc(補正値更新処理Pcza,Pcra)において記憶部4に更新記憶された最新の補正値Dcとしての補正値Dcza,Dcraと、この測定処理Pmにおいて測定部2から取得した測定値Dmと、記憶部4に記憶されている測定レンジRaに対応する基準電圧Vraの電圧値Vraおよび測定電圧Vin(電圧値Vm)の算出式(4)とに基づいて、電圧値Vmを算出して記憶部4に記憶させる。また、処理部3は、この測定処理Pmを実行する周期T2の期間において、算出(測定)した電圧値Vmを出力部5に出力して表示させる。以後、処理部3は、この測定レンジRaを測定処理Pmのための第1測定レンジRとする期間において、周期T1でこの測定処理Pmを繰り返し実行する。
また、処理部3は、上記の測定処理Pmを実行する周期T2の期間の間に位置する周期T2の期間(周期T1で到来する周期T2の期間)において、第1補正値更新処理Pcおよび第2補正値更新処理Pcのいずれかを実行して、記憶部4に記憶されているすべての測定レンジRa,Rbで使用する補正値Dcを更新記憶する。この図2に示す例では、処理部3は、一例として、第2補正値更新処理Pcとしての補正値更新処理Pcrb(補正値Dcrbを更新する処理)、第1補正値更新処理Pcとしての補正値更新処理Pcza(補正値Dczaを更新する処理)、第1補正値更新処理Pcとしての補正値更新処理Pcra(補正値Dcraを更新する処理)、第2補正値更新処理Pcとしての補正値更新処理Pczb(補正値Dczbを更新する処理)、第1補正値更新処理Pcとしての補正値更新処理Pcza、第1補正値更新処理Pcとしての補正値更新処理Pcra、・・・というように、第1補正値更新処理Pcと共に、第2補正値更新処理Pcを第1補正値更新処理Pcよりも一例として低い頻度で実行して、すべての測定レンジRa,Rbで使用する補正値Dcを更新記憶する。
この構成により、この測定レンジRaを測定処理Pmのための第1測定レンジRとする期間における斜線を付した2つ目の測定処理Pmを実行する周期T2の期間内において、処理部3が、算出した電圧値Vmと現在の第1測定レンジRの電圧範囲との比較の結果、第1測定レンジRとして選択している現在の測定レンジRaを他の測定レンジRbに切り替える必要が生じたと判断してレンジ切替処理Prを実行したときには、この測定レンジRbを新たに測定処理Pmのための第1測定レンジRとする期間が開始する。
この測定レンジRbを測定処理Pmのための第1測定レンジRとする期間でも、処理部3は、この期間の最初の周期T2の期間において第1補正値更新処理Pcとしての補正値更新処理Pczb(補正値Dczbを更新する処理)を実行し、次の周期T2の期間において実行する測定処理Pmでは、直前に実行された第1補正値更新処理Pc(補正値更新処理Pczb)において記憶部4に更新記憶された最新の補正値Dcとしての補正値Dczbと、直前の測定レンジRaを測定処理Pmのための第1測定レンジRとする期間において実行された第1補正値更新処理Pc(補正値更新処理Pcrb)において記憶部4に更新記憶された補正値Dcとしての補正値Dcrbと、この測定処理Pmにおいて測定部2から取得した測定値Dmと、記憶部4に記憶されている測定レンジRbに対応する基準電圧Vrbの電圧値Vrbおよび測定電圧Vin(電圧値Vm)の算出式(8)とに基づいて、電圧値Vmを算出して記憶部4に記憶させる。また、処理部3は、この測定処理Pmを実行する周期T2の期間において、算出(測定)した電圧値Vmを出力部5に出力して表示させる。
以後、処理部3は、必要に応じてレンジ切替処理Prを実行することで測定処理Pmのための第1測定レンジRを測定レンジRa,Rbのうちのいずれかに切り替えつつ、測定レンジRa,Rbのうちのいずれが測定処理Pmのための第1測定レンジRとなる期間においても、電圧出力処理Pvおよび測定処理Pmと共に、第1補正値更新処理Pcおよび第2補正値更新処理Pcを実行して、記憶部4に記憶されているすべての測定レンジRa,Rbで使用する補正値Dcを更新記憶する。
このため、この測定装置1では、測定処理Pmのための第1測定レンジRを新たな測定レンジRに切り替えた直後に実行される測定処理Pmにおいても、処理部3は、測定値Dmの補正のための補正値Dcとして、最新ではないことがあるものの古くとも直前の測定レンジRを測定処理Pmのための第1測定レンジRとしていた期間において更新されていた補正値Dcを使用することが可能となっている。これにより、処理部3は、直前の測定レンジRを測定処理Pmのための第1測定レンジRとしていた期間において他の測定レンジRで使用される補正値Dcについて全く更新しない構成、つまり、測定処理Pmのための第1測定レンジRとして選択されている測定レンジRにおいてはこの測定レンジRで使用される補正値Dcだけしか更新しない構成と比較して、測定レンジRの切り替え直後に実行される測定処理Pmにおいて、より新しい補正値Dcを使用することができる結果、測定環境の変化の影響をより受け難い状態で、より正確な電圧値Vmを算出することが可能となっている。なお、この電圧値Vmの算出に際しては、区間平均(区間単純平均)を実行して電圧値Vmを算出することもできる。
このように、この測定装置1では、測定電圧Vinを入力して第1電圧V0として出力するバッファアンプ16と、測定部2における第1スイッチ部12とレンジアンプ13(具体的にはレンジアンプ13を構成するオペアンプ13a)との間に介装されたフィルタ部17とを備えると共に、第1スイッチ部12は、基準電圧Vra,Vrb,Vrzおよび測定電圧Vinに加えて第1電圧V0を入力すると共にこれら3つの電圧のうちの選択された1つを選択電圧V1としてフィルタ部17を介してレンジアンプ13に出力し、処理部3は、補正値取得処理(つまり、補正値更新処理Pc)の実行後、測定処理Pmを実行する直前(つまり、測定処理Pmにおいて第1スイッチ部12に対して測定電圧Vinを選択電圧V1として出力させる直前)に、第1スイッチ部12に対して第1電圧V0を選択電圧V1として出力させる電圧出力処理Pvを実行する。
したがって、この測定装置1によれば、処理部3が第1スイッチ部12に対する制御を実行してレンジアンプ13に入力される選択電圧V1を基準電圧Vrから測定電圧Vinに切り替える際に、バッファアンプ16からフィルタ部17に対して測定電圧Vinに極めて近い電圧である第1電圧V0が出力され、その後にフィルタ部17に測定電圧Vinが出力されるため、フィルタ部17からレンジアンプ13に出力される選択電圧V1を、レンジアンプ13(具体的にはオペアンプ13a)のバーチャルショートを維持し得る範囲内で十分に短時間で測定電圧Vinの電圧値にすることができる。これにより、この測定装置1によれば、電圧出力処理Pvおよび測定処理Pmを実行する期間(周期T2と同じ長さの期間)の開始から十分に短い時間で、処理部3が、測定部2から出力される電圧データD1を測定値Dmとして取得すると共に測定処理Pmを実行して電圧値Vmを算出することができる。つまり、補正値更新処理Pcの実行後(完了後)、測定処理Pmの実行(電圧値Vmの測定)までの待ち時間を短縮することができる。
また、この測定装置1によれば、処理部3が、第1測定レンジでの第1補正値更新処理Pcおよび測定処理Pmの実行の合間に、測定部2に対して複数種類の測定レンジ(本例では2つの測定レンジRa,Rb)のうちのこの第1測定レンジ以外の第2測定レンジ(第1測定レンジとして選択されている測定レンジRを除くすべての測定レンジR)で補正値Dcを出力させると共にこの補正値Dcで記憶部4に記憶されているこの第2測定レンジの補正値Dcを更新する第2補正値更新処理Pcを実行することにより、いずれの測定レンジRが第1測定レンジとして選択された場合であっても、測定レンジRの切り替え直後に実行される測定処理Pmにおいて、より新しい補正値Dcを常に使用することができる結果、測定環境の変化の影響をより受け難い状態で、より正確な電圧値Vmを算出することができる。
なお、2つの測定レンジRa,Rbを備えた構成を例に挙げて説明したが、測定レンジRの種類としてこの例に限定されず、1つであってもよいし、3つ以上であってもよい。
また、補正値Dcの更新については、第1測定レンジとして選択されている測定レンジRでの測定電圧Vinの測定中に、測定部2に対して、この測定レンジRで使用する補正値Dcと共に、この測定レンジR以外の測定レンジR(第2測定レンジとしての測定レンジR)で使用する補正値Dcについても出力させて記憶部4に更新記憶させる上記の好ましい構成に代えて、第1測定レンジとして選択されている測定レンジRで使用する補正値Dcだけを測定部2に対して出力させて更新記憶する構成を採用することもできる。
また、第1測定レンジとして選択されている測定レンジRでの測定電圧Vinの測定中に、測定部2に対して、この測定レンジRで使用する補正値Dcと共に、この測定レンジR以外の測定レンジR(第2測定レンジとしての測定レンジR)で使用する補正値Dcについても出力させて記憶部4に更新記憶させる際におけるこの第2測定レンジとしての測定レンジRで使用する補正値Dcの更新頻度は上記の例に限定されず、任意の頻度とすることができる。また、処理部3が補正値更新処理Pcと測定処理Pmを交互に実行する例を挙げて説明したが、交互に実行しない構成、例えば、補正値更新処理Pcとしての補正値更新処理Pcz(補正値更新処理Pcza,Pczb)および補正値更新処理Pcr(補正値更新処理Pcra,Pcrb)を連続して実行し、次いで測定処理Pmを1回実行するという順番を繰り返す構成や、補正値更新処理Pcとしての補正値更新処理Pcz(補正値更新処理Pcza,Pczb)および補正値更新処理Pcr(補正値更新処理Pcra,Pcrb)を連続して実行し、次いで測定処理Pmを2回以上実行するという構成を採用することもできる。