JP3217195U - ４線式測定ケーブル及びインピーダンス測定システム - Google Patents

Abstract

【課題】極めて低いインピーダンスであっても高い精度でのインピーダンス測定を可能にする４線式測定ケーブル及びこれを備えたインピーダンス測定システムを提供する。【解決手段】４線式測定ケーブル１０は、インピーダンス測定器３０の第１ソース端子３１ａと被測定物５０の第１端子５１ａとを接続する単線の第１ケーブル１１と、インピーダンス測定器３０の第２ソース端子３１ｂと被測定物５０の第２端子５１ｂとを接続する単線の第２ケーブル１２と、被測定物５０の第１端子５１ａと第２端子５１ｂとの間の電圧を測定するための同軸ケーブル１３とを備え、同軸ケーブル１３は、インピーダンス測定器３０の第１センス端子３２ａと被測定物５０の第１端子５１ａとを接続する芯線１３ａと、インピーダンス測定器３０の第２センス端子３２ｂと被測定物５０の第２端子５１ｂとを接続するシールド線１３ｂとを有する。【選択図】図１

Description

本考案は、４線式測定ケーブル及び４線式測定ケーブルを用いたインピーダンス測定システムに関する。

被測定物のインピーダンスを正確に測定するために、４線式測定ケーブルが用いられる。図３は、４線式測定ケーブル４０の接続例を示す図である。４線式測定ケーブル４０は、被測定物５０のインピーダンスを測定するために、インピーダンス測定器６０と被測定物５０との間を接続する４端子測定用のケーブルである。４線式測定ケーブル４０は、電流印加用の２本のケーブル及び電圧測定用の２本のケーブルで構成され、図３のように接続されることで、４本のケーブルがもつ抵抗（図中のＲ_ＬＥＡＤ）や接触抵抗の影響を受けない低インピーダンス測定が可能になる。

従来、４線式測定ケーブルを用いた高い精度での測定を可能にする技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。図４は、特許文献１に開示された４線式測定ケーブル４０ａの構造を示す図である。この４線式測定ケーブル４０ａは、電流印加用の同軸ケーブル４１と、電圧測定用の同軸ケーブル４２とで構成される。このような２本の同軸ケーブル４１及び４２で構成される４線式測定ケーブル４０ａを用いることにより、低いインダクタンスのコイルに対して、十分に高い電圧で精度良く、かつ、高速に測定できるというものである。

特開２０１５−１１４１９５号公報

しかしながら、特許文献１の技術では、４線式測定ケーブル４０ａは、２本の同軸ケーブル４１及び４２で構成されるので、周波数特性に優れるが、大電流を流せないという問題がある。そのために、例えば、１Ω未満等の極めて低いインピーダンスの被測定物に対しては、高い精度でインピーダンスを測定することができない。

そこで、本考案は、上記問題に鑑みてなされたものであり、極めて低いインピーダンスであっても高い精度でのインピーダンス測定を可能にする４線式測定ケーブル及びインピーダンス測定システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本考案の一形態に係る４線式測定ケーブルは、電流を印加するための第１ソース端子及び第２ソース端子、並びに、電圧を測定するための第１センス端子及び第２センス端子を有するインピーダンス測定器と被測定物との間を接続する４線式測定ケーブルであって、前記第１ソース端子と前記被測定物の第１端子とを接続する単線の第１ケーブルと、前記第２ソース端子と前記被測定物の第２端子とを接続する単線の第２ケーブルと、前記第１端子と前記第２端子との間の電圧を測定するための同軸ケーブルとを備え、前記同軸ケーブルは、前記第１センス端子と前記第１端子とを接続する芯線と、前記第２センス端子と前記第２端子とを接続するシールド線とを有する。

また、上記目的を達成するために、本考案の一形態に係るインピーダンス測定システムは、上記４線式測定ケーブルと、前記４線式測定ケーブルを介して被測定物のインピーダンスを測定するインピーダンス測定器とを備え、前記インピーダンス測定器は、前記第１ソース端子及び前記第２ソース端子を介して前記被測定物に交流電流を印加し、前記第１センス端子及び前記第２センス端子を介して前記被測定物で生じる交流電圧を測定することにより、前記被測定物の複素インピーダンスを測定する。

本考案により、極めて低いインピーダンスであっても高い精度でのインピーダンス測定を可能にする４線式測定ケーブル及びインピーダンス測定システムが実現される。

図１は、実施の形態に係るインピーダンス測定システムの構成を示す図である。 図２Ａは、実施の形態の変形例に係る４線式測定ケーブルの構造を示す図である。 図２Ｂは、実施の形態の変形例に係る４線式測定ケーブルの結線図である。 図３は、４線式測定ケーブルの接続例を示す図である。 図４は、特許文献１に開示された４線式測定ケーブルの構造を示す図である。

以下、本考案の実施の形態について、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本考案の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態等は、一例であり、本考案を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本考案の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。また、各図は、必ずしも厳密に図示したものではない。各図において、実質的に同一の構成については同一の符号を付し、重複する説明は省略又は簡略化する場合がある。

（実施の形態）
図１は、実施の形態に係るインピーダンス測定システム５の構成を示す図である。ここでは、被測定物５０も併せて図示されている。被測定物５０は、インピーダンス測定の対象物であり、例えば、リチウムイオン電池等の二次電池である。被測定物５０は、インピーダンス測定のための端子として、第１端子５１ａ及び第２端子５１ｂを有する。

インピーダンス測定システム５は、４線式測定ケーブル１０と、４線式測定ケーブル１０を介して被測定物５０のインピーダンスを測定するインピーダンス測定器３０とを備える。

インピーダンス測定器３０は、電流源３１、電流源３１からの電流を出力するための第１ソース端子３１ａ及び第２ソース端子３１ｂ、電圧計３２、電圧計３２に接続される第１センス端子３２ａ及び第２センス端子３２ｂを有する。

このインピーダンス測定器３０は、電流源３１から第１ソース端子３１ａ及び第２ソース端子３１ｂを介して被測定物５０に交流電流（例えば、ＤＣ〜１００ＭＨｚの電流）を印加し、第１センス端子３２ａ及び第２センス端子３２ｂを介して被測定物５０で生じる交流電圧を電圧計３２で測定する。そして、電圧計３２で得られた交流電圧に対して、電流源３１が出力した交流電流で除することで得られる値を、被測定物５０の複素インピーダンスとして、ディスプレイ等に出力する。例えば、インピーダンス測定器３０は、電流源３１によって０Ｈｚ以上１０ｋＨｚ以下の交流電流を被測定物５０に印加した場合に、被測定物５０で生じる交流電圧を電圧計３２で測定することにより、大きさ（絶対値）が１Ω未満のインピーダンスを２％未満の精度で測定することができる。

４線式測定ケーブル１０は、インピーダンス測定器３０と被測定物５０との間を接続する４端子測定用のケーブルであり、第１ケーブル１１、第２ケーブル１２及び同軸ケーブル１３で構成される。

第１ケーブル１１は、インピーダンス測定器３０の第１ソース端子３１ａと被測定物５０の第１端子５１ａとを接続する単線のケーブルである。第２ケーブル１２は、インピーダンス測定器３０の第２ソース端子３１ｂと被測定物５０の第２端子５１ｂとを接続する単線のケーブルである。本実施の形態では、ノイズの影響を受けにくくするために、第１ケーブル１１と第２ケーブル１２とは、撚り線を構成している。第１ケーブル１１及び第２ケーブル１２を構成する単線のケーブルは、必要とされる許容電流に応じた直径又は断面積をもつケーブルであり、例えば、それぞれ、ビニル絶縁電線ＵＬ１０１５である。

同軸ケーブル１３は、第１端子５１ａと第２端子５１ｂとの間の電圧を測定するための同軸ケーブルであり、インピーダンス測定器３０の第１センス端子３２ａと被測定物５０の第１端子５１ａとを接続する芯線１３ａと、インピーダンス測定器３０の第２センス端子３２ｂと被測定物５０の第２端子５１ｂとを接続するシールド線１３ｂとを有する。同軸ケーブル１３は、例えば、ＲＧ−１８８Ａ／Ｕである。

このように、本実施の形態に係る４線式測定ケーブル１０は、電流を印加するための第１ソース端子３１ａ及び第２ソース端子３１ｂ、並びに、電圧を測定するための第１センス端子３２ａ及び第２センス端子３２ｂを有するインピーダンス測定器３０と被測定物５０との間を接続する４線式測定ケーブル１０であって、第１ソース端子３１ａと被測定物５０の第１端子５１ａとを接続する単線の第１ケーブル１１と、第２ソース端子３１ｂと被測定物５０の第２端子５１ｂとを接続する単線の第２ケーブル１２と、第１端子５１ａと第２端子５１ｂとの間の電圧を測定するための同軸ケーブル１３とを備え、同軸ケーブル１３は、第１センス端子３２ａと第１端子５１ａとを接続する芯線１３ａと、第２センス端子３２ｂと第２端子５１ｂとを接続するシールド線１３ｂとを有する。

これにより、電流印加用の２本のケーブル（つまり、第１ケーブル１１及び第２ケーブル１２）は、単線であるので、許容電流が比較的低い値に制限される同軸ケーブルで構成される場合と異なり、大きな許容電流をもつので、極めて低いインピーダンスの測定を可能にする。さらに、電圧測定には同軸ケーブル１３が用いられるので、周波数特性に優れたインピーダンス測定が可能になるとともに、第１センス端子３２ａに接続されるケーブル（例えば、同軸ケーブル１３の芯線）と第２センス端子３２ｂに接続されるケーブル（例えば、同軸ケーブル１３のシールド線）との位置関係が固定され、繰り返し測定における測定結果のばらつきが抑制される。よって、極めて低いインピーダンスであっても高い精度でのインピーダンス測定を可能にする４線式測定ケーブル１０が実現される。

また、電流印加用の２本のケーブル（つまり、第１ケーブル１１及び第２ケーブル１２）は、撚り線を構成している。これにより、平行線に比べ、ノイズの影響を受けにくい電流印加が可能になる。よって、高い精度でのインピーダンス測定が可能になる。

（変形例）
次に、上記実施の形態の変形例に係る４線式測定ケーブルについて説明する。

図２Ａは、上記実施の形態の変形例に係る４線式測定ケーブル１０ａの構造を示す図である。図２Ｂは、上記実施の形態の変形例に係る４線式測定ケーブル１０ａの結線図である。

本変形例に係る４線式測定ケーブル１０ａは、上記実施の形態と同様の特徴（電流印加用の２本の単線、及び、電圧測定用の同軸ケーブル）を有するが、インピーダンス測定器側にＤ−ｓｕｂコネクタ２０を備え、被測定物側に接続冶具（プラグ又はクリップ）を備える点で、上記実施の形態と異なる。以下、異なる点を中心に説明する。

本変形例に係る４線式測定ケーブル１０ａは、図２Ａに示されるように、第１ケーブル１１、第２ケーブル１２、及び、同軸ケーブル１３のインピーダンス測定器３０と接続される側の端部と接続されるＤ−ｓｕｂコネクタ２０を備える。Ｄ−ｓｕｂコネクタ２０は、本変形例では、２５ピンのオス（つまり、ピン）タイプのコネクタであり、インピーダンス測定器が備える２５ピンのメス（つまり、ソケット）タイプのコネクタと接続される。なお、本変形例では、４線式測定ケーブル１０ａには、被測定物のグランドとインピーダンス測定器のグランドとを接続するためのグランド線１４が含まれる。

図２Ｂに示されるように、Ｄ−ｓｕｂコネクタ２０により、第１ケーブル１１は、Ｄ−ｓｕｂコネクタ２０が有する第１ピンを介して、インピーダンス測定器の第１ソース端子と接続される。また、第２ケーブル１２は、Ｄ−ｓｕｂコネクタ２０が有する第２ピンを介して、第２ソース端子３１ｂと接続される。また、同軸ケーブル１３の芯線１３ａ及びシールド線１３ｂは、それぞれ、Ｄ−ｓｕｂコネクタ２０が有する第３ピン及び第４ピンを介して、第１センス端子３２ａ及び第２センス端子３２ｂと接続される。また、グランド線１４は、Ｄ−ｓｕｂコネクタ２０が有する第５ピンを介して、インピーダンス測定器のグランドと接続される。

これにより、４線式測定ケーブル１０ａは、Ｄ−ｓｕｂコネクタ２０を介してインピーダンス測定器に接続されるので、個々のケーブル単位でインピーダンス測定器と接続／切り離しをする場合に比べ、Ｄ−ｓｕｂコネクタ２０を着脱する簡単な作業で、インピーダンス測定器との接続／切り離しができる。

また、４線式測定ケーブル１０ａは、図２Ａ及び図２Ｂに示されるように、第１ケーブル１１、第２ケーブル１２、同軸ケーブル１３の芯線１３ａ、シールド線１３ｂ、及び、グランド線１４の被測定物と接続される側の端部のそれぞれには、プラグ２１ａ〜２５ａが接続されている。プラグ２１ａ〜２５ａは、例えば、バナナプラグである。これらのプラグ２１ａ〜２５ａは、プラグ２１ａ〜２５ａをクリップ２１ｂ〜２５ｂの根元に差し込んで接続することで、クリップ２１ｂ〜２５ｂに変換することもできる。クリップ２１ｂ〜２５ｂは、例えば、ワニ口クリップである。

このようなプラグ２１ａ〜２５ａ及びクリップ２１ｂ〜２５ｂにより、被測定物との接続に適した所望の接続冶具を用いることができるので、４線式測定ケーブル１０ａと被測定物５０との接続／切り離し作業が容易になる。

なお、本変形例では、図２Ａに示されるように、４線式測定ケーブル１０ａのうち、Ｄ−ｓｕｂコネクタ２０とプラグ２１ａ〜２５ａとの間のケーブルは、一つの熱収縮チューブに収容されて束ねられている。熱収縮チューブは、外側に編組チューブを有し、内側にシールドを有する。また、プラグ２１ａ〜２５ａと接続されるケーブルのそれぞれには、識別のために、所望の信号名を記した耐熱ラベルが付けられる。

以上、本考案に係る４線式測定ケーブル及びインピーダンス測定システムについて、実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、本考案は、これらの実施の形態及び変形例に限定されるものではない。本考案の主旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態及び変形例に施したものや、実施の形態及び変形例における一部の構成要素を組み合わせて構築される別の形態も、本考案の範囲内に含まれる。

例えば、上記実施の形態では、インピーダンス測定器３０は、被測定物５０のインピーダンスを測定したが、電圧を測定したり、電流を測定したりする機能を有してもよい。

また、上記変形例では、４線式測定ケーブル１０ａを構成する第１ケーブル１１及び第２ケーブル１２は、それぞれ、絶縁体で被覆された単線のケーブルが用いられたが、これに限られず、同軸ケーブルの芯線であってもよい。その場合には、各同軸ケーブルのシールド線は、開放又はグランドに接続される。

また、上記変形例では、４線式測定ケーブル１０ａは、グランド線１４を有したが、必ずしもグランド線１４を有する必要はない。第１ケーブル１１、第２ケーブル１２及び同軸ケーブル１３さえ有すれば、４端子測定は可能になる。

また、上記変形例では、Ｄ−ｓｕｂコネクタ２０は、２５ピンのタイプであったが、これに限られず、９ピン等の他のタイプであってもよい。

また、上記変形例では、４線式測定ケーブル１０ａのインピーダンス測定器側は、全てのケーブルがＤ−ｓｕｂコネクタ２０に接続され、４線式測定ケーブル１０ａの被測定物側は、全てのケーブルの端部にプラグ又はクリップが接続されたが、このような接続例に限られない。４線式測定ケーブルのインピーダンス測定器側は、（１）一部のケーブル（例えば、電圧線）がＤ−ｓｕｂコネクタ２０に接続され、他のケーブル（例えば、電流線）の端部に丸端子が接続されたり、（２）全てのケーブルの端部に専用の特殊コネクタが接続されたりしてもよい。また、４線式測定ケーブルの被測定物側は、全てのケーブル又は一部のケーブルの端部に、バナナ端子（４ｍｍあるいは２ｍｍ）、丸端子（大電流の場合）、ワニ口クリップ、又は、ミノムシクリップが接続されてもよい。

本考案は、４線式測定ケーブル及び４線式測定ケーブルを用いたインピーダンス測定システムとして、特に、極めて低いインピーダンスであっても高い精度でのインピーダンス測定を可能にする４線式測定ケーブル及びインピーダンス測定システムとして、利用できる。

５ インピーダンス測定システム
１０、１０ａ ４線式測定ケーブル
１１ 第１ケーブル
１２ 第２ケーブル
１３ 同軸ケーブル
１３ａ 芯線
１３ｂ シールド線
１４ グランド線
２０ Ｄ−ｓｕｂコネクタ
２１ａ〜２５ａ プラグ
２１ｂ〜２５ｂ クリップ
３０ インピーダンス測定器
３１ 電流源
３１ａ 第１ソース端子
３１ｂ 第２ソース端子
３２ 電圧計
３２ａ 第１センス端子
３２ｂ 第２センス端子
５０ 被測定物
５１ａ 第１端子
５１ｂ 第２端子

Claims (5)

1. 電流を印加するための第１ソース端子及び第２ソース端子、並びに、電圧を測定するための第１センス端子及び第２センス端子を有するインピーダンス測定器と被測定物との間を接続する４線式測定ケーブルであって、
   前記第１ソース端子と前記被測定物の第１端子とを接続する単線の第１ケーブルと、
   前記第２ソース端子と前記被測定物の第２端子とを接続する単線の第２ケーブルと、
   前記第１端子と前記第２端子との間の電圧を測定するための同軸ケーブルとを備え、
   前記同軸ケーブルは、
   前記第１センス端子と前記第１端子とを接続する芯線と、
   前記第２センス端子と前記第２端子とを接続するシールド線とを有する
   ４線式測定ケーブル。
2. 前記第１ケーブルと前記第２ケーブルとは、撚り線を構成している
   請求項１記載の４線式測定ケーブル。
3. さらに、前記第１ケーブル、前記第２ケーブル、及び、前記同軸ケーブルの前記インピーダンス測定器と接続される側の端部と接続されるＤ−ｓｕｂコネクタを備え、
   前記第１ケーブルは、前記Ｄ−ｓｕｂコネクタが有する第１ピンを介して前記第１ソース端子と接続され、
   前記第２ケーブルは、前記Ｄ−ｓｕｂコネクタが有する第２ピンを介して前記第２ソース端子と接続され、
   前記同軸ケーブルの前記芯線及び前記シールド線は、それぞれ、前記Ｄ−ｓｕｂコネクタが有する第３ピン及び第４ピンを介して前記第１センス端子及び前記第２センス端子と接続される
   請求項１又は２記載の４線式測定ケーブル。
4. さらに、前記第１ケーブル、前記第２ケーブル、前記同軸ケーブルの前記芯線、及び、前記シールド線の前記被測定物と接続される側の端部のそれぞれに接続されたプラグ又はクリップを備える
   請求項１〜３のいずれか１項に記載の４線式測定ケーブル。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の４線式測定ケーブルと、
   前記４線式測定ケーブルを介して被測定物のインピーダンスを測定するインピーダンス測定器とを備え、
   前記インピーダンス測定器は、前記第１ソース端子及び前記第２ソース端子を介して前記被測定物に交流電流を印加し、前記第１センス端子及び前記第２センス端子を介して前記被測定物で生じる交流電圧を測定することにより、前記被測定物の複素インピーダンスを測定する
   インピーダンス測定システム。

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