JP3842877B2 - 抵抗測定装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、抵抗測定装置に関し、詳しくは、いわゆる二重積分方式に従って測定対象抵抗体の抵抗値を測定可能に構成されている抵抗測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
抵抗測定装置は、二重積分方式Ａ／Ｄコンバータ、逐次比較方式Ａ／Ｄコンバータまたは並列比較方式Ａ／Ｄコンバータなどを用いて構成することができる。ところが、逐次比較方式Ａ／Ｄコンバータや並列比較方式Ａ／Ｄコンバータを用いた場合には、高速性には優れるが高精度を得るには装置価格が高騰するという欠点がある。このため、一般的に、高速の計測がさほど要求されない反面、高精度の計測が要求される抵抗測定装置では、高速性では劣るが安価に構成することができる二重積分方式Ａ／Ｄコンバータが主として用いられている。
【０００３】
この種の二重積分方式Ａ／Ｄコンバータを用いた抵抗測定装置として、出願人は、図３に示すマルチメータを既に開発している。同図に示すマルチメータ４１は、測定対象抵抗体２に定電流の測定用電流を供給するための定電流供給部４２と、測定対象抵抗体２に測定用電流が流れる際にその端子間に発生する両端電圧に基づいて測定対象抵抗体２の抵抗値を計測する抵抗値計測部４３と、抵抗値計測部４３によって計測された抵抗値を表示する表示部５と、電池７の電池電力に基づいて各部に電源を供給するＤＣ／ＤＣコンバータ８を内蔵する電源部６とを備えている。
【０００４】
ここで、定電流供給部４２は、基準電圧としての所定の定電圧を発生する基準電圧発生回路１１と、演算増幅器１２と、演算増幅器１２の出力電流を電流増幅するトランジスタ１３と、電流検出用の抵抗１４と、２つのスイッチ回路を有しトランジスタ１３から出力された出力電流をプローブ１５ａに出力すると共にプローブ１５ｂを介して入力した電流を抵抗１４に供給するためのファンクション切替スイッチＳ１（以下、「スイッチＳ１」ともいう）とを備えている。なお、スイッチＳ１は、実際には、電流測定や電圧測定に切り替えるためのスイッチ回路を有しているが、この図では他のスイッチ回路の図示を省略する。
【０００５】
一方、抵抗値計測部４３は、測定対象抵抗体２の両端に発生した両端電圧を差動増幅する高入力インピーダンスの差動増幅器２１と、演算増幅器２２、抵抗２３およびコンデンサ２４から構成される積分回路２５と、差動増幅器２１の出力電圧に基づいて積分回路２５に対する充電を制御するためのスイッチＳ２と、積分回路２５の放電を制御するためのスイッチＳ３および基準電源２６と、コンパレータ２７と、所定周波数のクロック信号ＣＬを生成するクロック信号生成回路２８と、スイッチＳ２，Ｓ３のオン／オフ制御などを実行する制御回路４４と、クロック信号ＣＬの入力数を計測するカウンタ３０と、カウンタ３０から出力されるカウント値に基づいて測定対象抵抗体２の抵抗値を測定するＣＰＵ３１とを備えている。
【０００６】
次に、この抵抗測定装置４１の測定動作について、図４に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【０００７】
同図（ａ）に示すように、スイッチＳ１がオン状態に操作されると、これに同期して、同図（ｂ）に示すように、トランジスタ１３から測定用電流が出力され、測定用電流は、プローブ１５ａを介して測定対象抵抗体２および抵抗１４を導通する。この場合、演算増幅器１２のフィードバック制御によって、測定用電流は、例えば１ｍＡの定電流に維持されるように制御される。具体的には、抵抗１４の両端電圧が演算増幅器１２のマイナス入力に入力されているため、演算増幅器１２は、抵抗１４の両端電圧と基準電圧発生回路１１から出力される基準電圧とが等しくなるように、測定電流をトランジスタ１３から出力させる。これにより、測定対象抵抗体２には、基準電圧発生回路１１から出力される基準電圧を抵抗１４の抵抗値で除算した値の測定用電流が供給される。この結果、測定対象抵抗体２の両端には、トランジスタ１３の出力電流値と測定対象抵抗体２の抵抗値とを互いに乗算した値の電圧が発生する。
【０００８】
次いで、差動増幅器２１が、測定対象抵抗体２の両端に発生した両端電圧を入力し、測定対象抵抗体２の両端電圧に応じた電圧を出力する。一方、制御回路４４は、クロック信号生成回路２８から出力されるクロック信号ＣＬに同期して所定時間毎に制御信号ＳS2を出力することにより、同図（ｃ）に示すように、スイッチＳ２をオン状態に制御する。これにより、スイッチＳ２がオン状態の充電期間Ｔ１において、同図（ｅ）に示すように、積分回路２５のコンデンサ２４に電荷が蓄積させられて、その充電電圧が上昇する。次いで、予め設定した充電期間Ｔ１が経過すると、制御回路４４は、制御信号ＳS2の出力を停止させてスイッチＳ２をオフ状態にすると共に、制御信号ＳS3を出力することにより、同図（ｄ）に示すように、スイッチＳ３をオン状態に制御する。これにより、入力電圧とは逆極性の電圧源である基準電源２６に抵抗２３の一端が接続されるため、同図（ｅ）に示すように、コンデンサ２４の電荷が放電させられて、その充電電圧が電圧Ｖ１から徐々に低下する。また、制御回路４４は、制御信号ＳS3の出力と同時に、カウンタ３０に対して計測開始信号ＳSTを出力する。これにより、カウンタ３０は、同図（ｆ）に示すように、クロック信号生成回路２８から出力されるクロック信号ＣＬの入力数の計測を時間ｔ１から開始する。
【０００９】
一方、コンパレータ２７は、演算増幅器２２の出力電圧と基準電圧であるグランド電位とを比較し、演算増幅器２２の出力電圧がグランド電位になった時間ｔ２の時に、つまりコンデンサ２４が完全放電させられた時に、その出力を反転させたロウレベル信号であるストップ信号ＳSPを出力する。これにより、同図（ｆ）に示すように、カウンタ３０が時間ｔ２の時にカウンタ動作を停止すると共に、制御回路４４が制御信号ＳS3の出力を停止することによりスイッチＳ３をオフ状態に制御する。次に、ＣＰＵ３１は、時間ｔ１から時間ｔ２までの放電期間Ｔ２の間にカウンタ３０によって計測されたカウント値を入力し、このカウンタ値に基づいて測定対象抵抗体２の抵抗値を演算すると共に、演算した抵抗値を表示部５に表示させる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この出願人が既に開発したマルチメータ４１には、以下の改善すべき点がある。
すなわち、このマルチメータ４１では、スイッチＳ１が抵抗値測定に切り替えられてオン状態にされた時点から、他の測定に切り替えられてオフ状態にされた時点またはプローブ１５ａ，１５ｂが測定対象抵抗体２から取り外された時点まで、測定用電流が、常時、測定対象抵抗体２に継続して供給され続けている。このため、測定対象抵抗体２によって消費される電力が大きく、この消費電力の低減が要望されている。また、測定対象抵抗体２の抵抗値が大きい程、測定対象抵抗体２による消費電力が大きいため、連続的使用を考慮すれば、ＤＣ／ＤＣコンバータ７の放熱対策のために大型放熱器を使用しなければならない。この結果、装置の大型化および高価格化を招き、小型軽量化および低価格化の要望に応えることが困難であるという課題がある。さらに、一般的に、マルチメータは電池電源を駆動源としているため、測定対象抵抗体２による消費電力が大きいと、電池が早期に消耗してしまう。このため、このマルチメータ４１には、電池の消耗が早いことに起因しての電池交換が煩雑のため、１回の電池交換で長期に亘って連続的に使用したいとの要請もある。
【００１１】
本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、消費電力の低減および装置の小型低価格化を図ることが可能な抵抗測定装置を提供することを主目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成すべく請求項１記載の抵抗測定装置は、測定対象抵抗体に定電流を供給するための定電流供給部と、測定対象抵抗体の両端電圧に応じた電圧に基づいて電荷を蓄積させられる電荷蓄積手段と、電荷蓄積手段に蓄積された電荷を放電させる放電手段と、蓄積された電荷が放電手段によって所定電荷量に放電されるまでの放電時間に基づいて測定対象抵抗体の抵抗値を測定する測定部とを備えている抵抗測定装置において、前記測定対象抵抗体に対する前記定電流の供給を、前記電荷蓄積手段に対する電荷蓄積の充電期間の間だけ継続して許容し、かつ少なくとも前記電荷放電手段による電荷放電時には停止させる定電流供給制御手段を備え、前記電荷蓄積手段は、前記両端電圧に応じた電圧であってピークホールドされていない電圧に基づいて前記電荷を蓄積させられることを特徴とする。
【００１３】
この抵抗測定装置では、抵抗測定時には、定電流供給制御手段が、測定対象抵抗体に対する定電流の供給を、抵抗測定に最低限必要な期間である電荷蓄積の充電期間の間だけ継続して許容し、かつ抵抗測定には不用な期間である電荷放電時には停止させる。したがって、測定対象抵抗体によって電力消費される期間を抵抗測定に必要とされる期間にまで短縮することが可能となるため、消費電力を必要最小限まで低減することが可能となると共に、その分、電源装置における放熱器の小型化を図ることが可能となる。
【００１４】
請求項２記載の抵抗測定装置は、請求項１記載の抵抗測定装置において、電荷蓄積手段は積分回路によって構成され、測定部は、所定周波数のクロック信号を生成するクロック信号生成回路と、クロック信号の入力数を計測するカウンタと、放電手段による電荷放電の開始を制御すると共にその電荷放電開始時にカウンタに対して計測を開始させる制御回路と、電荷蓄積手段に蓄積された電荷が放電手段によって所定電荷量に放電された時にカウンタの計測を停止させる計測停止制御回路と、計測停止制御回路によって停止させられた時のカウンタのカウント値に基づいて測定対象抵抗体の抵抗値を演算によって測定する演算回路とを備えていることを特徴とする。
【００１５】
請求項３記載の抵抗測定装置は、請求項２記載の抵抗測定装置において、定電流供給制御手段は、定電流供給部の出力部側に配設されると共に電荷蓄積手段に対する電荷蓄積時に制御回路によって作動制御されるスイッチ回路であることを特徴とする。
【００１６】
一般的に市販されているスイッチング電源やパワーモジュールなどによって定電流供給部を構成し、かつ、そのスイッチング電源などの内部にスイッチング動作を停止させるためのスイッチ回路を設け、そのスイッチ回路によって定電流供給制御手段を構成するなど、定電流供給制御手段には種々の構成を採用することができる。一方、この抵抗測定装置では、定電流供給制御手段を定電流供給部の出力部側に配設したスイッチ回路で構成することにより、市販されているスイッチング電源などに改造を施すというような煩雑な作業を行うことなく、簡易に定電流供給制御手段を構成することができる。
【００１７】
請求項４記載の抵抗測定装置は、請求項１から３のいずれかに記載の抵抗測定装置において、電池電力に基づいて作動可能に構成されていることを特徴とする。
【００１８】
抵抗測定装置を商用交流などによって駆動する構成にしてもよく、かかる場合にも、消費電力の低減を図ることが可能である。一方、電池電力を駆動源とする場合には、低消費電力のため、１回の電池交換によって長期に亘っての連続的な使用が可能となるため、煩雑な電池交換作業の回数を減らすことができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る抵抗測定装置をマルチメータに適用した実施の形態について説明する。なお、出願人が既に開発しているマルチメータ４１と同一の構成要素については同一の符号を付して、その構成および機能の重複説明を省略する。
【００２０】
図１に示すように、マルチメータ１は、定電流供給部３、抵抗値計測部４、表示部５および電源部６を備えている。ここで、定電流供給部３は、基準電圧発生回路１１、演算増幅器１２、トランジスタ１３および抵抗１４を備えるほか、本発明における定電流供給制御手段に相当し測定用電流の供給制御を行うスイッチＳ４を備えている。また、抵抗値計測部４については、出願人が既に開発したマルチメータ４１の抵抗値計測部４３とほぼ同一の構成を備えているが、マルチメータ４１の抵抗値計測部４３内に配設された制御回路４４に代えて、制御回路４４とは制御動作が若干異なる制御回路２９を備えている点が異なっている。この場合、抵抗値計測部４内の積分回路２５が本発明における電荷蓄積手段に相当し、スイッチＳ３および基準電源２６の両者が本発明における放電手段に相当し、コンパレータ２７が本発明における計測停止制御回路に相当する。また、クロック信号生成回路２８、制御回路２９、カウンタ３０およびＣＰＵ３１から構成される計測回路３２が、本発明における測定部に相当し、測定対象抵抗体２の抵抗値を計測する。一方、表示部５および電源部６は、マルチメータ４１の対応構成要素と同一に構成されている。
【００２１】
以下に、このマルチメータ１の測定動作について、図２に示すタイミングチャートを参照して説明する。
【００２２】
測定対象抵抗体２にプローブ１５ａ，１５ｂが接続され、かつ同図（ａ）に示すように、スイッチＳ１がオン状態に操作されると、制御回路２９は、クロック信号生成回路２８から出力されるクロック信号ＣＬに同期して所定時間毎に制御信号ＳS2，ＳS4を所定のタイミングで出力することにより、同図（ｂ），（ｃ）に示すように、スイッチＳ２，Ｓ４をオン状態に制御する。これに同期して、同図（ｄ）に示すように、測定用電流がトランジスタ１３から出力され、測定用電流は、スイッチＳ１，Ｓ４、およびプローブ１５ａを介して、測定対象抵抗体２、プローブ１５ｂおよび抵抗１４を導通する。この場合、演算増幅器１２のフィードバック制御によって、測定用電流は、例えば１ｍＡの定電流に維持されるように制御される。これにより、測定対象抵抗体２には、基準電圧発生回路１１から出力される基準電圧を抵抗１４の抵抗値で除算した値の測定用電流が供給される結果、測定対象抵抗体２の両端には、トランジスタ１３の出力電流値と測定対象抵抗体２の抵抗値とを互いに乗算した値の電圧が発生する。
【００２３】
次いで、差動増幅器２１が、測定対象抵抗体２の両端に発生した両端電圧を入力し、測定対象抵抗体２の両端電圧に応じた電圧を出力する。これにより、積分回路２５のコンデンサ２４が、差動増幅器２１から出力され測定対象抵抗体２の抵抗値の大きさに応じた電圧値の電圧によって継続して充電されることにより、その充電電圧が上昇する。次に、予め設定した充電期間Ｔ１が経過すると、制御回路２９は、制御信号ＳS2，ＳS4の出力を停止させてスイッチＳ２，Ｓ４をそれぞれオフ状態にすることにより、同図（ｆ）に示すように、充電期間Ｔ１を経過した直後の時間ｔ１の時に、コンデンサ２４は、測定対象抵抗体２の抵抗値に応じた電圧Ｖ１まで充電される。この場合、抵抗測定に必要最小限の期間である充電期間Ｔ１の間だけ測定用電流が測定対象抵抗体２に供給されているため、測定対象抵抗体２によって消費される電力を必要最小限まで低減することができる。この結果、ＤＣ／ＤＣコンバータ８の放熱フィンを小型化できるため、装置の小型化を図ることができる。
【００２４】
また、制御回路２９は、時間ｔ１において、制御信号ＳS3を出力することにより、同図（ｅ）に示すように、スイッチＳ３をオン状態に制御する。これにより、入力電圧とは逆極性の電圧源である基準電源２６に抵抗２３の一端が接続されるため、同図（ｆ）に示すように、コンデンサ２４の電荷が放電させられて、その充電電圧が電圧Ｖ１から徐々に低下する。この場合、コンデンサ２４の電荷は、抵抗２３の抵抗値とコンデンサ２４のキャパシタンスと基準電源２６の出力電圧によって決定される一定の傾きで減少する。また、制御回路２９は、制御信号ＳS3の出力と同時に、カウンタ３０に対して計測開始信号ＳSTを出力する。これにより、カウンタ３０は、同図（ｇ）に示すように、クロック信号生成回路２８から出力されるクロック信号ＣＬの入力数の計測を時間ｔ１から開始する。
【００２５】
一方、コンパレータ２７は、演算増幅器２２の出力電圧と基準電圧であるグランド電位とを比較し、演算増幅器２２の出力電圧がグランド電位になった時間ｔ２の時に、つまりコンデンサ２４が完全放電させられた時に、その出力を反転させたロウレベル信号であるストップ信号ＳSPをカウンタ３０および制御回路２９に出力する。これにより、同図（ｇ）に示すように、カウンタ３０が時間ｔ２の時にカウンタ動作を停止すると共に、制御回路２９が制御信号ＳS3の出力を停止することによりスイッチＳ３をオフ状態に制御する。この場合、放電時間Ｔ２の長さは充電終了時の電圧Ｖ１によって決定され、かつ電圧Ｖ１の電圧値は測定対象抵抗体２の抵抗値によって決定される結果、カウンタ３０が計数したカウント値は測定対象抵抗体２の抵抗値に比例する。したがって、コンパレータ２７が、グランド電位に代えて、所定の電圧と演算増幅器２２の出力電圧とを比較するように構成してもよい。次に、ＣＰＵ３１は、カウンタ３０のカウント値を入力し、コンデンサ２４の放電期間Ｔ２においてカウンタ３０によって計測されたカウンタ値に基づいて測定対象抵抗体２の抵抗値を演算すると共に、演算した抵抗値を表示部５に表示させる。
【００２６】
なお、本発明は、上記した実施形態に限定されず、その構成を適宜変更することができる。例えば、本実施形態では、マルチメータに適用する例について説明したが、本発明は、これに限定されず、抵抗値を測定する種々の抵抗測定装置に適用が可能である。また、電池駆動の抵抗測定装置に限らず、商用交流によって駆動される抵抗測定装置にも適用できるのは勿論である。
【００２７】
また、本発明の実施形態では、定電流供給制御手段としてのスイッチＳ４を、コンデンサ２４に対する電荷蓄積時にのみ作動させ、それ以外の期間では作動を停止させる例について説明したが、コンデンサ２４に対する電荷蓄積時以外の任意の期間においてスイッチＳ４を作動停止させるように制御してもよい。この場合にも、測定対象抵抗体としての測定対象抵抗体２による消費電力を低減させることができる。
【００２８】
【発明の効果】
以上のように、請求項１および２記載の抵抗測定装置によれば、定電流供給制御手段が測定対象抵抗体に対する定電流の供給を、電荷蓄積手段に対する電荷蓄積の充電期間の間だけ継続して許容し、かつ少なくとも電荷放電手段による電荷放電時には停止させることにより、測定対象抵抗体による電力消費期間を抵抗測定に必要とされる期間にまで短縮することが可能となる結果、消費電力を必要最小限まで低減することができると共に、その分、電源装置の放熱器を小型化できるため装置全体として小型化を図ることができる。
【００２９】
また、請求項３記載の抵抗測定装置によれば、定電流供給部の出力部側に配設されたスイッチ回路で定電流供給制御手段を構成したことにより、簡易に定電流供給制御手段を構成することができる。
【００３０】
さらに、請求項４記載の抵抗測定装置によれば、電池電力に基づいて抵抗測定装置を作動させる際には、１回の電池交換によって長期に亘って連続的に使用することができ、これにより、煩雑な電池交換作業の回数を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施の形態に係るマルチメータの回路図である。
【図２】 本発明の実施の形態に係るマルチメータの動作を説明するためのタイミングチャートであって、（ａ）はスイッチＳ１の作動状態を示し、（ｂ）はスイッチＳ２の作動状態を示し、（ｃ）はスイッチＳ４の作動状態を示し、（ｄ）は測定用電流の供給状態を示し、（ｅ）はスイッチＳ３の作動状態を示し、（ｆ）はコンデンサ２４の充電電圧を示し、（ｇ）はカウンタ３０の計測動作状態を示す。
【図３】 出願人が既に開発しているマルチメータの回路図である。
【図４】 出願人が既に開発しているマルチメータの動作を説明するためのタイミングチャートであって、（ａ）はスイッチＳ１の作動状態を示し、（ｂ）は測定用電流の供給状態を示し、（ｃ）はスイッチＳ２の作動状態を示し、（ｄ）はスイッチＳ３の作動状態を示し、（ｅ）はコンデンサ２４の充電電圧を示し、（ｆ）はカウンタ３０の計測動作状態を示す。
【符号の説明】
１ マルチメータ
２ 測定対象抵抗体
３ 定電流供給部
７ 電池
２４ コンデンサ
２５ 積分回路
２６ 基準電源
２７ コンパレータ
２８ クロック信号生成回路
２９ 制御回路
３０ カウンタ
３１ ＣＰＵ
３２ 計測回路
Ｓ３ スイッチ
Ｓ４ スイッチ

Claims (4)

1. 測定対象抵抗体に定電流を供給するための定電流供給部と、前記測定対象抵抗体の両端電圧に応じた電圧に基づいて電荷を蓄積させられる電荷蓄積手段と、前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷を放電させる放電手段と、前記蓄積された電荷が前記放電手段によって所定電荷量に放電されるまでの放電時間に基づいて前記測定対象抵抗体の抵抗値を測定する測定部とを備えている抵抗測定装置において、
   前記測定対象抵抗体に対する前記定電流の供給を、前記電荷蓄積手段に対する電荷蓄積の充電期間の間だけ継続して許容し、かつ少なくとも前記電荷放電手段による電荷放電時には停止させる定電流供給制御手段を備え、
   前記電荷蓄積手段は、前記両端電圧に応じた電圧であってピークホールドされていない電圧に基づいて前記電荷を蓄積させられることを特徴とする抵抗測定装置。
2. 前記電荷蓄積手段は積分回路によって構成され、前記測定部は、所定周波数のクロック信号を生成するクロック信号生成回路と、前記クロック信号の入力数を計測するカウンタと、前記放電手段による前記電荷放電の開始を制御すると共にその電荷放電開始時に前記カウンタに対して計測を開始させる制御回路と、前記電荷蓄積手段に蓄積された電荷が前記放電手段によって前記所定電荷量に放電された時に前記カウンタの計測を停止させる計測停止制御回路と、当該計測停止制御回路によって停止させられた時の前記カウンタのカウント値に基づいて前記測定対象抵抗体の抵抗値を演算によって測定する演算回路とを備えていることを特徴とする請求項１記載の抵抗測定装置。
3. 前記定電流供給制御手段は、前記定電流供給部の出力部側に配設されると共に前記電荷蓄積手段に対する前記電荷蓄積時に前記制御回路によって作動制御されるスイッチ回路であることを特徴とする請求項２記載の抵抗測定装置。
4. 電池電力に基づいて作動可能に構成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の抵抗測定装置。

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