JP4098900B2

JP4098900B2 - 測定装置

Info

Publication number: JP4098900B2
Application number: JP32010098A
Authority: JP
Inventors: 政幸藤沢; 厚水野
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 1998-11-11
Filing date: 1998-11-11
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2018-11-11
Also published as: JP2000147022A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、充電可能な電源用の二次電池を内蔵する測定装置に関し、詳しくは、電圧計、電流計、電力計およびマルチメータなどに好適な測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
この種の測定装置として、図３に示すマルチメータ４１が従来から知られており、このマルチメータ４１は、マルチメータ本体４２と、１組の測定用プローブ３ａ，３ｂとから構成されている。マルチメータ本体４２は、電圧値、電流値および抵抗値などを測定する測定回路１１と、測定回路１１によって測定された測定値の表示制御などを行うＣＰＵ１２と、測定値を表示する表示部５と、電源部４３とを備えている。この場合、電源部４３は、例えば単結晶シリコンによるｐｎ接続素子と逆流防止用ダイオードとを複数備えて構成される太陽電池２８と、逆流防止用のダイオード２９と、ニッケルカドミウム電池３０（以下、「ニッカド電池３０」という）とを備えている。
【０００３】
このマルチメータ４１では、太陽電池２８が、図外の電源スイッチのオン／オフいずれの状態であっても、光電変換によって充電電流を生成する。このため、ニッカド電池３０は、ダイオード２９を介して供給される充電電流によって常時充電される。したがって、測定回路１１は、ニッカド電池３０の電池電力を作動用電源として、屋内および屋外のいずれであっても作動可能状態となる。一方、測定時には、測定回路１１は、測定用プローブ３ａ，３ｂを介して測定対象信号が入力されると、その測定対象信号の例えば電圧値を測定し、測定した測定データＤM をＣＰＵ１２に出力する。次いで、ＣＰＵ１２が、その測定データＤM に基づく測定値を表示部５に表示させる。このように、このマルチメータ４１では、太陽電池２８の発電電力によってニッカド電池３０を充電させているため、煩雑な電池交換を必要とすることなく、各種の測定を行うことができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、この従来のマルチメータ４１には、以下の問題点がある。
すなわち、このマルチメータ４１では、太陽電池２８の発電力でニッカド電池３０を充電している。この場合、小型化が要求されている今日では、マルチメータ４１に配設できる太陽電池２８のサイズも制限される。したがって、太陽電池２８の発電力が小さくなるため、ニッカド電池３０を満充電させるには、長時間を要してしまう。この結果、ニッカド電池３０を常に満充電状態に維持することができず、連続的かつ長期に亘る測定が困難であるという問題点がある。また、一般的には、マルチメータ４１は、工具箱内などで保管されることが多く、かかる場合、太陽電池２８によるニッカド電池３０の充電が行われず、その間に、ニッカド電池３０の充電電圧が低下する。このため、工具箱から取り出して直ちに測定を開始することが困難となることもある。
【０００５】
一方、例えば、商用交流を整流した直流電圧でニッカド電池３０を充電可能に構成することも考えられる。この場合には、ＡＣアダプタを付属品とし、そのＡＣアダプタから出力される直流電流でマルチメータ本体４２内のニッカド電池３０を充電する充電回路を配設すればよい。ところが、かかる場合には、ＡＣアダプタ接続用のコネクタをマルチメータ本体４２に設けなければならず、デザイン上の制限を受けることになるという問題点がある。また、マルチメータ本体４２とは別体のＡＣアダプタを付属品とした場合、ＡＣアダプタが紛失され易い点、および持ち運びに不便となる点も問題となる。
【０００６】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、装置のデザイン上の制限を受けることなく連続的かつ長期に亘る測定が可能な測定装置を提供することを主目的とする。
【０００７】
【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記載の測定装置は、１組の測定用プローブと、測定用プローブを介して入力される測定対象信号に基づく測定を行う測定回路と、測定回路の測定結果を表示する表示部と、電源用の二次電池とを備えている測定装置において、二次電池を充電可能に構成された電源部と、交流充電および直流充電を切り替えるスイッチ回路とを備え、電源部は、スイッチ回路によって交流充電に切り替えられたときには、１組の測定用プローブを介して入力された商用交流を低電圧に変換すると共にその低電圧を全波整流した後に平滑してその平滑した電圧を用いて定電流制御によって二次電池を充電し、スイッチ回路によって直流充電に切り替えられたときには、１組の測定用プローブを介して入力された直流電圧を用いて定電流制御によって二次電池を充電することを特徴とする。
【０００８】
この測定装置では、二次電池の充電電圧が低下している場合には、スイッチ回路によって交流充電に切り替えられたときには、電源部が、１組の測定用プローブを介して入力された商用交流を低電圧に変換すると共にその低電圧を全波整流した後に平滑してその平滑した電圧を用いて定電流制御によって二次電池を充電する。一方、スイッチ回路によって直流充電に切り替えられたときには、電源部が、１組の測定用プローブを介して入力された直流電圧を用いて定電流制御によって二次電池を充電する。したがって、太陽電池の発電力によって二次電池を充電させるのとは異なり、二次電池を満充電状態にすることができるため、連続的かつ長期に亘る測定が可能となる。また、装置のデザイン上の制限となる充電用のコネクタが不要となるため、自由にデザイン設計を行うことが可能となる。
【０００９】
請求項２記載の測定装置は、請求項１記載の測定装置において、二次電池は電気二重層コンデンサで構成されていることを特徴とする。
【００１０】
二次電池をニッカド電池で構成することもできる。一方、電気二重層コンデンサは、ニッカド電池などの化学反応によって充電が行われる二次電池とは異なり、活性炭への電荷の吸脱着によって充電が行われる。つまり、電気二重層コンデンサは、電荷の直接的な移動による、急速充電が可能な構造となっている。したがって、１組の測定用プローブを商用交流用コンセントに差し込めば、例えばＡＣ−ＤＣコンバータによって生成される直流電流によって電気二重層コンデンサが瞬時に満充電状態まで充電される。このため、屋外使用の際において、測定装置による測定を直ちに開始することが可能となると共に連続的かつ長期に亘る測定が可能となる。
【００１１】
請求項３記載の測定装置は、請求項１または２記載の測定装置において、測定回路は、少なくとも充電時に二次電池の充電電圧を測定し、表示部は、測定回路によって測定された二次電池の充電電圧に基づく充電状態を表示することを特徴とする。
【００１２】
この測定装置では、充電の際には、測定回路が二次電池の充電電圧を測定し、表示部が、その充電状態を表示する。したがって、オペレータは、表示部に表示された充電状態を監視することにより、二次電池を適正な状態に充電することが可能となる。
【００１３】
請求項４記載の測定装置は、請求項１から３のいずれかに記載の測定装置において、二次電池を充電するための太陽電池を備えていることを特徴とする。
【００１４】
この測定装置では、測定器本体は、太陽光が太陽電池に入射している限り、太陽電池の発電によって発生した電力に基づいて作動する。したがって、太陽電池によって発電されている限り充電を不要にすることができ、また、日陰で使用されたり、室内で使用されたりしたときであっても、充電回数を低減することが可能となる。
【００１５】
【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、従来のマルチメータ４１と同一の構成要素については、同一の符号を付して重複した説明を省略する。
【００１６】
最初に、マルチメータ１の構成について図１，２を参照して説明する。
【００１７】
マルチメータ１は、屋外使用および屋内使用の両用型の測定装置であって、図２に示すように、マルチメータ本体２と、２本の測定用プローブ３ａ，３ｂとを備え、マルチメータ本体２の正面パネルには、表示部５、ロータリスイッチ４および太陽電池２８が配設されている。この場合、表示部５は、例えばＬＣＤパネルで構成されており、測定値や後述する電気二重層コンデンサ２５の充電電圧を表示する数値表示部５ａ、充電時に「CHARGE」を表示することによりマルチメータ１が充電中の状態である旨を表示する動作状態表示部５ｂ、および充電状態を５段階で示す充電状態表示部５ｃが形成されている。また、ロータリスイッチ４は、図１に示すように、連動して切り替えられる２つのスイッチ回路４ａ，４ｂを備え、ＡＣ電圧測定、ＤＣ電圧測定、抵抗値測定、商用交流による充電、および直流電圧による充電のいずれかの状態に切り替えるために用いられる。また、測定用プローブ３ａ，３ｂは、図２に示すように、その一端がマルチメータ本体２の内部に接続され、その他端側には、接触子Ｃがそれぞれ取り付けられている。
【００１８】
一方、マルチメータ本体２の内部には、図１に示すように、測定回路１１、ＣＰＵ１２，ＲＯＭ１３、ＲＡＭ１４、電源部１５およびアナログスイッチ１６が配設されている。この場合、測定回路１１は、電流値、電圧値および抵抗値などの各種の電気的パラメータを測定する。具体的には、測定回路１１は、ロータリスイッチ４のスイッチ回路４ａを介して入力される測定対象信号ＳM 、またはアナログスイッチ１６を介して入力される電源部１５の出力電圧ＶO を測定すると共に、アナログ−ディジタル変換して生成した測定データＤM をＣＰＵ１２に出力する。ＣＰＵ１２は、ロータリスイッチ４のスイッチ回路４ｂから出力されるスイッチ信号ＳS および測定回路１１から出力される測定データＤM に基づいての表示部５に対する表示制御などを実行する。また、ＲＯＭ１３は、ＣＰＵ１２の制御プログラムを記憶し、ＲＡＭ１４は、ＣＰＵ１２の演算結果などを一時的に記憶する。
【００１９】
電源部１５は、電圧変換用のトランス２１、整流用のダイオードスタック２２、平滑用のコンデンサ２３、定電流回路２４、二次電池として機能する電気二重層コンデンサ２５、電流制限用の抵抗２６、ツェナーダイオード２７、太陽電池２８およびダイオード２９を備えて構成されている。この電源部１５では、ロータリスイッチ４の切替えに応じて交流電流または直流電流によって電気二重層コンデンサ２５を充電することができるように構成されている。
【００２０】
具体的には、交流による充電時には、測定用プローブ３ａ，３ｂを商用コンセントに差し込む。この際には、測定用プローブ３ａ，３ｂ、およびロータリスイッチ４のスイッチ回路４ａを介してトランス２１の一次巻線２１ａに商用交流が入力される。この場合、トランス２１は、商用交流を低電圧に電圧変換し、その交流電圧を二次巻線２１ｂからダイオードスタック２２に出力する。ダイオードスタック２２は、電圧変換された交流電圧を全波整流し、コンデンサ２３は、全波整流された直流電圧を平滑する。一方、定電流回路２４は、定電流制御により、所定の定電流（例えば１Ａ）を電気二重層コンデンサ２５に供給する。また、ツェナーダイオード２７は、電気二重層コンデンサ２５の端子間電圧を所定のツェナー電圧に制限することにより、電気二重層コンデンサ２５の過電圧破壊を防止する。
【００２１】
一方、直流電圧による充電時には、測定用プローブ３ａ，３ｂを例えばバッテリーのプラス端子およびマイナス端子にそれぞれ接続する。この際には、測定用プローブ３ａ，３ｂ、およびロータリスイッチ４のスイッチ回路４ａを介して定電流回路２４に直流電圧が入力される。この場合にも、定電流回路２４は、定電流制御により、所定の定電流（例えば１Ａ）を電気二重層コンデンサ２５に供給する。
【００２２】
また、アナログスイッチ１６は、ロータリスイッチ４がＡＣ充電またはＤＣ充電に選択された際に、ＣＰＵ１２によってオン状態に制御される。この場合、アナログスイッチ１６は、オン状態に制御されると、電気二重層コンデンサ２５の充電電圧である電源部１５の出力電圧ＶO を測定回路１１に出力する。
【００２３】
次に、マルチメータ１の全体的な動作について説明する。
【００２４】
このマルチメータ１では、内蔵の太陽電池２８に太陽光が当たる場所にマルチメータ本体２を一定時間放置することにより、太陽電池２８の発電によって生成された直流電流で内蔵の電気二重層コンデンサ２５が自動的に充電される。この場合、ロータリスイッチ４の切替え操作によって「ＡＣ充電」または「ＤＣ充電」が選択されると、ＣＰＵ１２は、ロータリスイッチ４のスイッチ回路４ｂのスイッチ信号ＳS に基づいて充電時制御処理を実行する。具体的には、ＣＰＵ１２は、表示部５の動作状態表示部５ｂに「CHARGE」を表示させると共に、アナログスイッチ１６をオン状態に制御する。これにより、電源部１５の出力電圧ＶO がアナログスイッチ１６を介して測定回路１１に入力され、この際に、測定回路１１は、出力電圧ＶO を測定し、その測定データＤM をＣＰＵ１２に出力する。次いで、ＣＰＵ１２は、測定データＤM に基づいて、電気二重層コンデンサ２５の充電電圧を表示部５の数値表示部５ａに表示させると共に、電気二重層コンデンサ２５の充電状態を充電状態表示部５ｃに５段階で表示させる。このため、オペレータは、数値表示部５ａまたは充電状態表示部５ｃの表示を確認することにより、電気二重層コンデンサ２３の充電状態を直ちに確認することができる。
【００２５】
使用の際には、ロータリスイッチ４を切替え操作して例えば「ＡＣＶ」を選択すると、ＣＰＵ１２は、アナログスイッチ１６をオフ状態に制御する共に、動作状態表示部５ｂの「CHARGE」表示を消灯制御する。この際には、測定回路１１は、ロータリスイッチ４のスイッチ回路４ａを介して交流電圧が入力されると、入力レンジを所定の倍率に自動変更した後に交流電圧を測定し、測定データＤM をＣＰＵ１２に出力する。次いで、ＣＰＵ１２が、測定データＤM に基づき、表示部５の数値表示部５ａに交流電圧を表示させる。なお、ロータリスイッチ４の切替え操作によって「ＤＣＶ」や「Ω」が選択されたときにも、測定回路１１が、測定用プローブ３ａ，３ｂを介して入力される入力電圧に基づき、通常のマルチメータと同様にして直流電圧や抵抗値を測定し、ＣＰＵ１２が、その測定値を表示部５の数値表示部５ａに表示させる。
【００２６】
一方、日陰などでの長時間の使用や、工具箱などの日の当たらない場所での長期間の保管などによって電気二重層コンデンサ２５の電圧が低下し、かつ測定回路１１が作動するのに十分な電流が太陽電池２８から出力されない状況下で使用するときには、電気二重層コンデンサ２５を充電させる必要がある。この場合、商用交流で充電するときには、ロータリスイッチ４を切替え操作することにより「ＡＣ充電」を選択する。この際には、上記した充電時処理がＣＰＵ１２によって実行される。次いで、測定用プローブ３ａ，３ｂを商用コンセントに差し込むと、商用交流が、測定用プローブ３ａ，３ｂ、およびロータリスイッチ４のスイッチ回路４ａを介してトランス２１の一次巻線２１ａに入力される。次いで、トランス２１が商用交流を低電圧に電圧変換し、ダイオードスタック２２およびコンデンサ２３が、その交流電圧を整流平滑する。この後、定電流回路２４が、定電流制御によって所定の定電流を電気二重層コンデンサ２５に供給する。この場合、電気二重層コンデンサ２５は、活性炭への電荷の吸脱着によって充電が行われるため、電荷の直接的な移動によって満充電状態まで急速に充電される。このため、マルチメータ１による測定を直ちに開始することができると共に連続的かつ長期に亘って測定することができる。
【００２７】
また、バッテリーなどの直流電圧によって充電する場合には、ロータリスイッチ４を切替え操作することにより「ＤＣ充電」を選択する。この際にも、ＣＰＵ１２は、充電時処理を実行する。次いで、測定用プローブ３ａ，３ｂを例えばバッテリーのプラス端子およびマイナス端子にそれぞれ接続すると、測定用プローブ３ａ，３ｂ、およびロータリスイッチ４のスイッチ回路４ａを介して定電流回路２４に直流電圧が入力される。この場合にも、定電流回路２４は、定電流制御により、所定の定電流を電気二重層コンデンサ２５に供給する。これにより、電気二重層コンデンサ２５が満充電状態まで急速に充電される。
【００２８】
このように、このマルチメータ１によれば、電気二重層コンデンサ２５の電圧が低下した場合、測定用プローブ３ａ，３ｂを利用して充電することができる。また、二次電池として電気二重層コンデンサ２５を用いたため、測定用プローブ３ａ，３ｂを例えば商用コンセントに短時間差し込むだけで、満充電状態まで急速に充電することができる。したがって、外部電源や乾電池などを使用することなく、屋外で連続的かつ長時間に亘る測定を直ちに開始することができる。
【００２９】
なお、本発明は、上記した本発明の実施の形態に示した構成に限定されない。例えば、商用交流の電圧を測定している際に、その商用交流を利用して電気二重層コンデンサ２５を充電する構成を採用することもできる。
【００３０】
また、本発明の実施の形態では、単結晶シリコン型の太陽電池２８を用いた例について説明したが、アモルファスシリコン型の太陽電池を用いることもできる。なお、太陽電池２８については、必ずしも内蔵させる必要はなく、測定用プローブ３ａ，３ｂを利用しての外部電源からの充電のみが可能な構成を採用することもできる。この場合には、マルチメータ本体２の正面パネルから太陽電池２８を省くことができるため、デザイン設計の自由度がより高まると共に、その分のコストを低減することができる。
【００３１】
さらに、測定回路１１や、ロータリスイッチ４およびアナログスイッチ１６による切替回路などについても、本発明の実施の形態に示した構成および動作に限定されず、測定装置業界で通常に採用されている公知技術を適用することができるのは勿論である。また、電気二重層コンデンサ２５の充電状態を表示させるための構成についても、本発明の実施の形態では、測定回路１１が測定対象信号ＳM と電気二重層コンデンサ２５の充電電圧との両者を測定する例について説明したが、測定対象信号ＳM を測定する測定回路と、電気二重層コンデンサ２５の充電電圧を測定する測定回路とを別個独立して設けることもできる。この場合には、コストが上昇という不都合があるものの、電気二重層コンデンサ２５の充電電圧を常時測定することができるため、オペレータに対して、電気二重層コンデンサ２５の充電状態をリアルタイムで知らしめることができる。また、本発明の実施の形態では、本発明における測定装置をマルチメータ１に適用した実施の形態について説明しているが、本発明は、電流計、電圧計、電力計および記録計などの各種の測定装置に好適に用いることもできる。
【００３２】
【発明の効果】
以上のように、請求項１記載の測定装置によれば、１組の測定用プローブを介して入力された商用交流または直流電圧によって二次電池を充電することにより、太陽電池などの発電力によって二次電池を充電させるのとは異なり、二次電池を満充電状態にすることができる結果、連続的かつ長期に亘っての測定を行うことができる。また、充電用のコネクタが不要となるため、自由にデザイン設計を行うことができる。加えて、ＡＣアダプタなどを用いて充電するのと比較して、そのＡＣアダプタの紛失を考慮する必要もなく、しかも、持ち運びが簡単な携帯用測定装置を提供することができる。
【００３３】
また、請求項２記載の測定装置によれば、二次電池を電気二重層コンデンサで構成したことにより、瞬時に満充電状態まで充電することができ、これにより、屋外使用の際において、測定装置による測定を直ちに開始することができると共に連続的かつ長期に亘って測定することができる。
【００３４】
さらに、請求項３記載の測定装置によれば、表示部が測定回路によって測定された二次電池の充電電圧に基づく充電状態を表示することにより、オペレータは、この充電状態を監視することができ、これにより、二次電池を適正な状態に充電することができる。また、測定装置に本来的に使用される測定回路を用いて二次電池の充電状態を測定することにより、新たな測定回路を追加する必要がない結果、製造コストの上昇を抑えることができる。
【００３５】
また、請求項４記載の測定装置によれば、二次電池を充電するための太陽電池を備えたことにより、太陽電池によって発電されている限り充電を不要にすることができ、また、日陰で使用されたり、室内で使用されたりするときであっても、充電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１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１の正面図である。
【図３】従来のマルチメータ４１の回路図である。
【符号の説明】
１マルチメータ
２マルチメータ本体
３ａ測定用プローブ
３ｂ測定用プローブ
５表示部
１１測定回路
１５電源部
２５電気二重層コンデンサ
２８太陽電池

Claims

１組の測定用プローブと、当該測定用プローブを介して入力される測定対象信号に基づく測定を行う測定回路と、当該測定回路の測定結果を表示する表示部と、電源用の二次電池とを備えている測定装置において、
前記二次電池を充電可能に構成された電源部と、交流充電および直流充電を切り替えるスイッチ回路とを備え、前記電源部は、前記スイッチ回路によって前記交流充電に切り替えられたときには、前記１組の測定用プローブを介して入力された商用交流を低電圧に変換すると共に当該低電圧を全波整流した後に平滑して当該平滑した電圧を用いて定電流制御によって前記二次電池を充電し、前記スイッチ回路によって前記直流充電に切り替えられたときには、前記１組の測定用プローブを介して入力された直流電圧を用いて定電流制御によって前記二次電池を充電することを特徴とする測定装置。
前記二次電池は電気二重層コンデンサで構成されていることを特徴とする請求項１記載の測定装置。
前記測定回路は、少なくとも充電時に前記二次電池の充電電圧を測定し、前記表示部は、前記測定回路によって測定された前記二次電池の充電電圧に基づく充電状態を表示することを特徴とする請求項１または２記載の測定装置。
前記二次電池を充電するための太陽電池を備え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測定装置。