JP3878779B2 - 抵抗測定方法およびその装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は抵抗測定方法およびその装置に関し、さらに詳しく言えば、低抵抗を四端子法により測定する際に異種金属の接続(接合)部分において発生する熱起電力の影響を排除して高精度な抵抗測定を可能とした技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
抵抗測定法には、二端子法と四端子法とがあるが、低抵抗の測定には四端子法が用いられる。四端子法の測定原理は、図4に示されているように、直流定電流源CCより被測定抵抗体Xに一対の電流プローブP1,P2を介して定電流Iを供給する。これにより、被測定抵抗体Xに発生する電圧Vを一対の電圧プローブP3,P4を介して電圧計Mで測定する。この定電流Iと測定電圧Vに基づいてオームの法則により、被測定抵抗体Xの抵抗値RがR=V/Iなる式により求められる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
この四端子法によれば、電流プローブP1,P2が有する抵抗の影響を受けることなく、被測定抵抗体Xの抵抗値Rが正確に測定されるが、低抵抗を測定する際には熱起電力による影響を無視することができない。
【0004】
熱起電力とは、2種類の異種金属からなる閉回路において、その2接点間に温度差がある場合に発生し、その大きさは接合部の金属の種類にもよるが、一般的には数μV/℃〜数十μV/℃程度である。ちなみに、この現象を積極的に応用したものが、温度センサとして知られている熱電対である。
【0005】
図4の四端子測定において、熱起電力が発生するおそれがある部分としては、被測定抵抗体Xから引き出されているリードL1,L2と電圧プローブP3,P4との各接触部分と、被測定抵抗体Xの抵抗素子とリードL1,L2との各接合部分である。これらの各部分での熱起電力をV1,V2,V3,V4とすると、電圧計Mで実際に測定している電圧Vは、V=IR+(V1+V2+V3+V4)となる。
【0006】
例えば、一般的な5桁クラスのディジタルマルチメータ(DMM)の100mVレンジにおける測定確度は±10μV程度であるが、これは熱起電力の大きさとほぼ同じである。この熱起電力の影響を排除するには、電圧プローブP3,P4にリードL1,L2と同一金属のものを用いればよいのであるが、これは現実的な解決策ではない。
【0007】
そこで、従来では次善の策として、2つの接点間に温度差を作らないようにするため、空調機の風が直接当たらないようにしたり、電圧プローブP3,P4の接続を手早く行なって体温が伝わらないようにしているが、いずれの方法にしても、測定者の人為的な操作に頼るところが多く、熱起電力による影響を完全にキャンセルすることは不可能であった。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、四端子法により低抵抗を測定するにあたって、測定者の技量によることなく、熱起電力の影響を簡単かつ確実に排除することができるようにした抵抗測定方法およびその装置を提供することにある。
【0009】
上述した目的を達成するため、本発明は、被測定抵抗体から引き出されている第1および第2の各リードに、一対の電流プローブおよび一対の電圧プローブをそれぞれ同時に接触させた状態で、直流定電流源より上記一対の電流プローブを介して上記被測定抵抗体に所定の定電流Iを供給し、そのときに上記被測定抵抗体に発生する電圧Vを上記一対の電圧プローブを介して電圧測定手段にて測定し、上記定電流Iと上記電圧Vとから、上記被測定抵抗体の抵抗値を求める四端子法による抵抗測定方法において、まず、上記直流定電流源より上記被測定抵抗体に対して、上記第1リード側から上記第2リード側に向けて上記定電流Iを流し、そのときに上記被測定抵抗体に発生する電圧Vaを上記電圧測定手段にて測定し、次に、上記直流定電流源より上記被測定抵抗体に対して、上記第2リード側から上記第1リード側に向けて上記定電流Iを流し、そのときに上記被測定抵抗体に発生する電圧Vbを上記電圧測定手段にて測定した後、上記電圧Vaと上記電圧Vbの平均電圧Vcを算出し、この平均電圧Vcと上記定電流Iとから上記被測定抵抗体の抵抗値を求めるとともに、上記定電流Iの流れ方向を切り替える際に、上記直流定電流源を一旦オフとし上記第1リードと上記第2リード間を短絡させて上記被測定抵抗体のディスチャージを行うことを特徴としている。
【0010】
この場合において、上記各リードに対して、上記一対の電流プローブの位置を入れ替えることにより、上記被測定抵抗体に対する上記定電流Iの流れ方向を切り替えてもよいし、あるいは上記直流定電流源の正極側および負極側の各電流出力端子と上記一対の電流プローブとの間に切替手段を設けて、この切替手段により上記被測定抵抗体に対する上記定電流Iの流れ方向を切り替えるようにしてもよく、いずれの態様も本発明に含まれる。
【0011】
また、本発明は、被測定抵抗体に一対の電流プローブを介して所定の定電流Iを供給する直流定電流源と、上記被測定抵抗体に発生する電圧Vを一対の電圧プローブを介して測定する電圧測定手段と、上記直流定電流源および上記電圧測定手段を監視し、上記定電流Iと上記電圧Vとから上記被測定抵抗体の抵抗値を算出する制御手段とを備えている四端子法による抵抗測定装置において、上記電流プローブの一方を上記直流定電流源の正極側電流出力端子に接続するとともに、上記電流プローブの他方を上記直流定電流源の負極側電流出力端子に接続する第1切替ステージと、上記電流プローブの一方を上記直流定電流源の負極側電流出力端子に接続するとともに、上記電流プローブの他方を上記直流定電流源の正極側電流出力端子に接続する第2切替ステージとを有する切替手段と、上記被測定抵抗体から引き出されている一対のリード間を選択的に短絡させる短絡回路とを備え、上記被測定抵抗体の抵抗値を求めるにあたって、上記制御手段は、上記切替手段を上記第1切替ステージ(もしくは上記第2切替ステージ)に切り替えて上記電圧測定手段よりそのときに測定された電圧Vaを得、次に、上記切替手段を上記第2切替ステージ(もしくは上記第1切替ステージ)に切り替えて上記電圧測定手段よりそのときに測定された電圧Vbを得た後、上記電圧Vaと上記電圧Vbの平均電圧Vcを算出し、この平均電圧Vcと上記定電流Iとから上記被測定抵抗体の抵抗値を求めるとともに、上記切替手段を上記第1切替ステージ(もしくは上記第2切替ステージ)から上記第2切替ステージ(もしくは上記第1切替ステージ)に切り替える際に、上記直流定電流源を一旦オフとし上記短絡回路により上記一対のリード間を短絡させて上記被測定抵抗体のディスチャージを行うことを特徴としている。
【0012】
これによれば、熱起電力による影響を簡単な方法でキャンセルすることができる。本発明の測定装置において、上記切替手段は上記制御手段により自動で切り替えられることが好ましいが、本発明には手動切替も含まれる。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に、本発明を実施例により具体的に説明する。図1はこの実施例にかかる抵抗測定装置の回路構成図である。
【0014】
この抵抗測定装置は、被測定抵抗体Xに対して所定の定電流Iを供給する直流定電流源10と、被測定抵抗体Xに発生する電圧Vを測定する電圧測定部20とを備えている。被測定抵抗体Xに対する電流供給は一対の電流プローブP1,P2を介して行なわれるが、この場合、直流定電流源10と電流プローブP1,P2との間には切替器11が接続されている。
【0015】
切替器11には、連動して動作する第1および第2の2つのスイッチ12,13が設けられている。第1スイッチ12は、第1電流プローブP1に接続された切替接点12aと、第2電流プローブP2に接続された切替接点12bと、これら切替接点12a,12bのいずれか一方に切り替えられる可動接点12cとを有し、この場合、可動接点12cは直流定電流源10の負極10b側に接続されている。
【0016】
第2スイッチ13は、第2電流プローブP2に接続された切替接点13aと、第1電流プローブP1に接続された切替接点13bと、これら切替接点13a,13bのいずれか一方に切り替えられる可動接点13cとを有し、可動接点13cは直流定電流源10の正極10a側に接続されている。
【0017】
電圧測定部20には、被測定抵抗体Xの電圧Vを検出するための一対の電圧プローブP3,P4が接続されている。この実施例において、電圧測定部20にて測定された電圧はA/D変換器21を介して制御手段としてのCPU30に与えられる。
【0018】
CPU30には、種々の測定条件などを設定するための入力部31、ディスプレイやプリンタなどの表示部32およびメモリ33などが接続されている。CPU30は、各種の演算機能のほかに、直流定電流源10の電流出力レンジや切替器11を切り替える切替制御機能などを備えている。
【0019】
被測定抵抗体Xの抵抗値を測定するにあたっては、例えば第1電流プローブP1を被測定抵抗体Xの一方のリードL1側に接触させるとともに、第2電流プローブP2を他方のリードL2に接触させる。また、一対の電圧プローブP3,P4を各リードL1,L2にそれぞれ接触させる。
【0020】
そして、まず、第1回目の測定として、切替器11の各スイッチ12,13の可動接点12c,13cを切替接点12b,13b側に切り替えて、直流定電流源10より被測定抵抗体Xに定電流を供給する。これにより、先に説明した図4に示されているように、被測定抵抗体Xには、その一方のリードL1から他方のリードL2に向けて定電流Iが流れる。
【0021】
このときに被測定抵抗体Xに発生する電圧Vaが電圧測定部20にて測定され、A/D変換器21を介してCPU30に取り込まれる。CPU30はその電圧Vaをメモリ33に保存する。この電圧Vaの測定後、一旦直流定電流源10をオフとし、被測定抵抗体Xのディスチャージ(放電)を行なう。このディスチャージは、図示しない短絡回路によりリードL1,L2間を短絡させることにより実行される。
【0022】
ここで、被測定抵抗体Xの抵抗値をR、電圧プローブP3,P4とリードL1,L2との各接触点で発生する熱起電力をV1,V4、リードL1,L2と被測定抵抗体Xとの接合部で発生する熱起電力をV2,V3とすると、電圧測定部20にて測定された電圧Vaは、Va=IR+(V1+V2+V3+V4)である。
【0023】
次に、切替器11を切り替えて第2回目の測定を行なう。すなわち、今度は各スイッチ12,13の可動接点12c,13cを切替接点12a,13a側に切り替えて、直流定電流源10より被測定抵抗体Xに定電流を供給する。これにより図2に示されているように、被測定抵抗体Xに対して他方のリードL2から一方のリードL1に向けて定電流Iが流れる。
【0024】
このときに被測定抵抗体Xに発生する電圧Vbが電圧測定部20にて測定され、A/D変換器21を介してCPU30に取り込まれる。この第2回目の測定時の電流の流れ方向は第1回目とは逆であるため、電圧測定部20にて測定される電圧Vbは、Vb=IR−(V1+V2+V3+V4)で表される。
【0025】
CPU30は、この第2回目の測定後に、(Va+Vb)/2なる演算を行なって平均電圧Vcを求め、この平均電圧Vcと定電流Iとから、被測定抵抗体Xの抵抗値Rを算出して表示部32に表示する。参考までに、上記実施例の動作フローチャートを図3に示しておく。
【0026】
このように、被測定抵抗体Xに対して電流方向を変えて2回測定し、その平均電圧を求めることにより、熱起電力の影響をキャンセルすることができる。また、測定回路内のオフセットも除去できる。なお、電流方向を変えての測定を2回以上、すなわち2×n回(nは2以上の整数)行なって、その平均電圧を求めてもよい。
【0027】
なお、測定の自動化を図るうえでは、上記実施例のように切替器11などをCPU30により制御することが望ましいが、場合によっては、切替器11を手動で切り替えるようにしてもよい。また、切替器11によらず、リードL1,L2に対する電流プローブP1,P2の位置を入れ替えることにより、被測定抵抗体Xに流れる電流の向きを変えるようにしてもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、四端子法により被測定抵抗体の抵抗値を測定する際、被測定抵抗体に流れる電流の向きを変えて少なくとも2回にわたって被測定抵抗体に発生する電圧を測定して測定電圧の平均値を求め、その平均値と測定電流とから被測定抵抗体の抵抗値を算出するようにしたことにより、測定者の技量によることなく、熱起電力の影響を簡単かつ確実に排除することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による抵抗測定装置の一実施例を示した回路構成図。
【図2】被測定抵抗体に流れる電流方向を説明するための説明図。
【図3】本発明の動作フローチャート。
【図4】四端子法による抵抗測定法を説明するための説明図。
【符号の説明】
10 直流定電流源
11 切替器
20 電圧測定部
21 A/D変換器
30 CPU
P1,P2 電流プローブ
P3,P4 電圧プローブ
X 被測定抵抗体
L1,L2 リード
Claims (4)
- 被測定抵抗体から引き出されている第1および第2の各リードに、一対の電流プローブおよび一対の電圧プローブをそれぞれ同時に接触させた状態で、直流定電流源より上記一対の電流プローブを介して上記被測定抵抗体に所定の定電流Iを供給し、そのときに上記被測定抵抗体に発生する電圧Vを上記一対の電圧プローブを介して電圧測定手段にて測定し、上記定電流Iと上記電圧Vとから、上記被測定抵抗体の抵抗値を求める四端子法による抵抗測定方法において、
まず、上記直流定電流源より上記被測定抵抗体に対して、上記第1リード側から上記第2リード側に向けて上記定電流Iを流し、そのときに上記被測定抵抗体に発生する電圧Vaを上記電圧測定手段にて測定し、次に、上記直流定電流源より上記被測定抵抗体に対して、上記第2リード側から上記第1リード側に向けて上記定電流Iを流し、そのときに上記被測定抵抗体に発生する電圧Vbを上記電圧測定手段にて測定した後、上記電圧Vaと上記電圧Vbの平均電圧Vcを算出し、この平均電圧Vcと上記定電流Iとから上記被測定抵抗体の抵抗値を求めるとともに、上記定電流Iの流れ方向を切り替える際に、上記直流定電流源を一旦オフとし上記第1リードと上記第2リード間を短絡させて上記被測定抵抗体のディスチャージを行うことを特徴とする抵抗測定方法。 - 上記各リードに対して、上記一対の電流プローブの位置を入れ替えることにより、上記被測定抵抗体に対する上記定電流Iの流れ方向が切り替えられる請求項1に記載の抵抗測定方法。
- 上記直流定電流源の正極側および負極側の各電流出力端子と上記一対の電流プローブとの間に切替手段が設けられ、同切替手段により上記被測定抵抗体に対する上記定電流Iの流れ方向が切り替えられる請求項1に記載の抵抗測定方法。
- 被測定抵抗体に一対の電流プローブを介して所定の定電流Iを供給する直流定電流源と、上記被測定抵抗体に発生する電圧Vを一対の電圧プローブを介して測定する電圧測定手段と、上記直流定電流源および上記電圧測定手段を監視し、上記定電流Iと上記電圧Vとから上記被測定抵抗体の抵抗値を算出する制御手段とを備えている四端子法による抵抗測定装置において、
上記電流プローブの一方を上記直流定電流源の正極側電流出力端子に接続するとともに、上記電流プローブの他方を上記直流定電流源の負極側電流出力端子に接続する第1切替ステージと、上記電流プローブの一方を上記直流定電流源の負極側電流出力端子に接続するとともに、上記電流プローブの他方を上記直流定電流源の正極側電流出力端子に接続する第2切替ステージとを有する切替手段と、上記被測定抵抗体から引き出されている一対のリード間を選択的に短絡させる短絡回路とを備え、
上記被測定抵抗体の抵抗値を求めるにあたって、上記制御手段は、上記切替手段を上記第1切替ステージ(もしくは上記第2切替ステージ)に切り替えて上記電圧測定手段よりそのときに測定された電圧Vaを得、次に、上記切替手段を上記第2切替ステージ(もしくは上記第1切替ステージ)に切り替えて上記電圧測定手段よりそのときに測定された電圧Vbを得た後、上記電圧Vaと上記電圧Vbの平均電圧Vcを算出し、この平均電圧Vcと上記定電流Iとから上記被測定抵抗体の抵抗値を求めるとともに、上記切替手段を上記第1切替ステージ(もしくは上記第2切替ステージ)から上記第2切替ステージ(もしくは上記第1切替ステージ)に切り替える際に、上記直流定電流源を一旦オフとし上記短絡回路により上記一対のリード間を短絡させて上記被測定抵抗体のディスチャージを行うことを特徴とする抵抗測定装置。
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