JP2763255B2 - 電流ベクトルによる受動素子値測定装置 - Google Patents
電流ベクトルによる受動素子値測定装置Info
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Description
際、受動素子の両端に強化される電圧のベクトルと受動
素子を通して流れる電流のベクトルを検出して、素子値
を測定する電流ベクトルによる受動素子値の測定装置に
関する。
タなどの受動素子値は、これらの受動素子値により、変
化するゲインを測定するか、その他これらの特性が変わ
るのを検出する方法によって測定された。ところで、こ
のような従来の測定方式は、抵抗やインダクタ又はキャ
パシタ中、一つの素子だけを測定する場合には、かなり
精密に測定することができたが、上記受動素子が少なく
とも2種以上構成された直、並列回路では電流と電圧と
の位相差が生じ、電圧と電流中いずれか1つのパラメー
タを用いて素子値を測定する場合、測定誤差が大きく生
じて、インダクタ素子値が大なる場合、逆起電力などが
生じて測定そのものが不可能であった。
により接続されている場合、上記理由によって2種以上
の素子を同時に測定できず、これらの素子中いずれか1
つの素子値を測定したのち、再び他素子値を順次測定す
る方法を用いなければならなかった。
クタ又はキャパシタとインダクタなど2つの素子が並列
に接続された回路をインピダンス測定方式で測定する場
合、2つの素子に対する合成インピダンスが測定される
ため、夫々の素子値を区別しがたいため、2つの素子か
らなる並列回路では素子を個別に測定しなければならな
かった。
回路がある場合、測定装置を通して、上記並列回路に定
電流を印加しキャパシタを充電したのち、抵抗に対する
キャパシタの影響を最少化させて、抵抗からドロップさ
れる電圧を検出し抵抗値、つまり、レジスタンスを測定
した。また、上記抵抗とは別にキャパシタが充電される
時定数を利用してキャパシタ値つまり、キャパシタンス
を測定した。
ンスとキャパシタンスは夫々別の方式で夫々測定するよ
うになる。とりわけ、キャパシタの容量が大きい場合に
は、充電時間が多く要されるため、測定に要する時間が
多く要される問題点があった。また、すべての素子には
素子固有の基本特性のほかに、他の特性を共に含んでい
る。つまり、抵抗には基本としてレジスタンスで表わさ
れる抵抗成分を有しているが、厳密に言えば、抵抗成分
の他にインダクタやキャパシタ成分を共に含んでいる。
この点はインダクタやキャパシタの場合も同様である。
この点で従来の測定方式は、基本成分の他に他の成分は
無視して測定するため、測定が正確に行われないという
問題点があった。
決のためなされたもので、被測定素子に正弦波を印加す
る際、出力される電流ベクトルを検出し、被測定素子で
構成された夫々の素子値を測定するようにされた、電流
ベクトルによる受動素子値の測定装置を提供し、また、
2種以上の受動素子から成る直列又は並列回路でこれら
の構成素子値を同時に測定できるようにされた、受動素
子値の測定装置を提供することにその目的がある。
のこの発明は、最大値と周波数の一定な正弦波を被測定
素子に供給する正弦波発振器と、上記正弦波が印加され
るとき、被測定素子でドロップされる電圧のベクトルを
検出する電圧検出部と、上記正弦波が印加されるとき上
記被測定素子を通して流れる電流のベクトルを検出する
電流検出部と、上記電圧検出部から出力される電圧の位
相を移動させる位相シフタと、電圧と電流の位相差を算
出するための上記電流検出部と上記位相シフタの出力を
掛算する掛算回路部と、上記位相シフタから出力される
電圧の平均値を算出する第1平均値計算部と、上記電流
検出部から出力される電圧の平均値を算出する第2平均
値計算部と、上記掛算回路部出力の直流成分を得るた
め、これをフィルタするフィルタ部と、上記1,2平均
値計算部の夫々の出力とフィルタ部の出力をデジタルに
変換するアナログ/デジタル変換部と、上記変換部から
出力されるデジタル信号を演算処理するマイクロコンピ
ュータと、上記マイクロコンピュータで演算処理された
結果を表示する表示部とからなることを特徴とする。
述する。図1において、符号10は測定対象の被測定素
子100を通して流れる電流のベクトルを検出するため
に、最大値と周波数の一定な正弦波信号Aを生ずる正弦
波発振器であり、上記正弦波信号Aは次のごとしであ
る。
を表す。ωは角速度を表す。被測定素子100には、こ
の素子100の両端P1,P2で強化される電圧を検出
する差動増幅器OPA1から構成された電圧検出部20
が並列接続される。つまり電圧検出部20で差動増幅器
OPA1は、非反転端+が正弦波信号を印加されるター
ミナルP1に接続され、反転端一はターミナルP2に接
続される。差動増幅器OPA1は、ターミナルP1に印
加される出力AとターミナルP2における電圧差を増幅
して出力Bを出力するもので、出力Bは次のごとしであ
る。
ドロップされる電圧の最大値を表わす。
子100を通して差動増幅器OPA2から構成された電
流検出部30に直列接続される。つまり、電流検出部3
0で差動増幅器OPA2は、反転端一が被測定素子10
0に接続され、その非反転端+はアース端に接続され、
出力端と反転端一間には抵抗Rを介して負帰還ループが
構成される。差動増幅器OPA1は被測定素子100の
両端でドロップされる電圧と被測定素子100を通して
流れる電流との位相差を検出し、帰還ループに構成され
た抵抗Rと位相差を持つ検出された、電流との2倍の次
の出力Cを出力する。
チブーは電流Imが帰還方向と反対に流れていることを
表す。
0に接続され、位相シフタ40は、第1平均値計算部5
0と掛算回路の第1入力端に接続される。位相シフタ4
0は、電流検出部30から出力される正弦波と他の励弦
波を構成するべく電圧検出部20から出力される出力B
の位相を90°移動させ、出力Bの正弦波形が余弦波形
に変換された出力Dを第1平均値計算部50に印加す
る。出力Dは次のごとくである。
50は、出力Dの平均値を算出し、算出された平均値は
後述するマイクロコンピュータ90に変数として使われ
る。励弦波の平均値は、最大値の2/π倍であるため、
第1計算部50の出力は次のごとくである。
イクロコンピュータ90に変数値で入力されるために、
A/D変換器80でデジタル信号に変換される。
均値計算部50と掛算回路部60の第2入力端子に接続
される。第2平均値計算部51は、電流検出部30から
出力される出力Cの平均値を算出し、算出された平均値
は、後述するマイクロコンピュータ90の変数として使
われる。
るため、第2計算部51の出力Fは次のごとしである。
数値として入力されるために、変換器80でデジタル信
号に変換される。一方、掛算回路部60は、第1,2入
力端を通して入力された出力CとDとを掛算して次の出
力Gを低減フィルタ部70に出力することによって、電
圧と電流との位相差θを求める。出力Gは、次のごとし
である。
力され、フィルタ部70は出力Gの成分中交流成分を除
去し、直流成分だけを変換器80に出力する。つまり出
力Gから相数成分に該当する出力Hだけが変換器80に
出力される。出力Hは次のごとしである。
から夫々出力される、出力される出力EとFと低域フィ
ルタ70から出力される出力Hは、アナログ信号であっ
て、これらの変数がマイクロコンピュータ90の演算器
に入力できるように、A/D変換器80によりデジタル
値に変換される。
ピュータ80で次の過程を経ながら、被測定素子100
において計算される。マイクロコンピュータ90は、第
1計算部50から出力された出力Fから次の電圧Vmを
演算する。
計算部51から出力された出力Fから次の電流Imを演
算する。
から位相差θを求めると、次のごとしである。
をベクトルで表すと次のごとしである。
場合は次のごとしである。
ごとく−E/(F・cosQ)をZiは式(2)におけ
るごとく−E(F・sinθ)を代入することにより、
抵抗とコイル値を求めることができる。
成された場合には、次のごとしである。
1,2計算部50,51の出力値に該当する。被測定素
子100が純粋コイルで構成された場合には、次のごと
しである。
10から出力される正弦波形の周波数に該当される。被
測定素子100が純粋コンデンサで構成された場合には
次のごとしである。
振器10から出力される正弦波形の周波数に該当され
る。被測定素子100が純粋コンデンサで構成された場
合には、次のごとしである。
列の場合は次のごとしである。
と、
E/(F・cosθ) Zi=−E/(F・sinθ)を代入することにより抵
抗とコンデンサの値を求めることができる。
素子100を構成する受動素子値、つまり、レジスタン
スやインダクタンス又はキャパシタンスを算出し、算出
された値は表示部91へ出力する。表示部91は、ユー
ザーが目測で確かめ得るようにマイクロコンピュータ9
0で演算した値を表示するようになる。
しようとする抵抗、インダクタ及びキャパシタに正弦波
信号を印加して、電流ベクトルを測定し、電流ベクトル
から電圧との位相差を算出することにより、被測定素子
の抵抗はもとより、インダクタとキャパシタ値を正確に
測定でき、また、2種以上の受動素子により構成された
直列、並列回路においても夫々の素子値を同時に測定で
きる効果を有する。
装置の全体構成図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 最大値と周波数の一定な正弦波を被測定
素子に供給する正弦波発振器と、上記正弦波が印加され
るとき、被測定素子でドロップされる電圧のベクトルを
検出する電圧検出部と、上記正弦波が印加されるとき上
記被測定素子を通して流れる電流のベクトルを検出する
電流検出部と、上記電圧検出部から出力される電圧の位
相を移動させる位相シフタと、電圧と電流の位相差を算
出するための上記電流検出部と上記位相シフタの出力を
掛算する掛算回路部と、上記位相シフタから出力される
電圧の平均値を算出する第1平均値計算部と、上記電流
検出部から出力される電圧の平均値を算出する第2平均
値計算部と上記掛算回路部出力の直流成分を得るため、
これをフィルタするフィルタ部と、上記1,2平均値計
算部の夫々の出力とフィルタ部の出力をデジタルに変換
するアナログ/デジタル変換部と、上記変換部から出力
されるデジタル信号を演算処理するマイクロコンピュー
タと、上記マイクロコンピュータで演算処理された結果
を表示する表示部とからなることを特徴とする受動素子
値の測定装置。 - 【請求項2】 上記電圧検出部は、測定される被測定素
子の両端に夫々ドロップされる電圧を比較してその差を
増幅させる差動増幅器からなることを特徴とする請求項
1に記載の電流ベクトルによる受動素子値の測定装置。 - 【請求項3】 上記電流検出部は、上記被測定素子に流
れる電流を反転ターミナルから入力される演算増幅器
と、上記演算増幅器から出力される電流信号をフィード
バックさせる抵抗とからなることを特徴とする請求項1
に記載の電流ベクトルによる受動素子値の測定装置。 - 【請求項4】 上記位相シフタは、上記電圧検出部から
入力される増幅された信号の正弦波を90°移動させ励
弦波に変換することを特徴とする請求項1に記載の電流
ベクトルによる受動素子値の測定装置。 - 【請求項5】 上記掛算回路部は、上記位相シフタから
出力される位相が90°移動された信号と、上記電流検
出部から出力される電圧信号を掛算して上記2信号間の
位相に関係される成分の次の信号 【数1】 を出力する請求項1に記載の電流ベクトルによる受動素
子値の測定装置。
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