JP4505075B2 - 電圧増倍器回路を有する抵抗測定メータ - Google Patents
電圧増倍器回路を有する抵抗測定メータ Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には静電被膜動作に関し、詳しく述べれば、液体塗料の組成の抵抗、及び静電被膜された物品の表面抵抗を含む電気的パラメータを測定する計器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電被膜動作においては、静電効率を確保するために、塗料、及び塗料によって被膜された物品の電気抵抗は指定範囲内になければならない。塗料の抵抗は比較的高く、使用される特定の静電プロセスに依存して、一般的には概ね約 0.05 ＭΩ（メグオーム）乃至約 1.0ＭΩの範囲である。もし塗料の抵抗が所望範囲外にあれば、塗料はスプレーガンの高電圧電極から静電荷を引き抜く傾向を呈し、静電効率に悪影響を与えるようになる。通常は非導電性であると考えられている物品の抵抗、より詳しく言えばその表面抵抗は、静電的に帯電した被膜を受入れるべく充分に導電性でなければならない。物品の表面抵抗は、使用される特定の静電プロセスに依存して、一般には概ね約 500ｋΩ（キロオーム）乃至約 1.5ＧΩ（ギガオーム）の範囲である。
【０００３】
静電被膜応用のための液体塗料組成の抵抗、及び物品の表面抵抗を測定する計器は公知であり、それらの抵抗、または導電率を添加物または処理を使用して変更させる必要があるか否かを決定するために使用されている。導電率を低下させるためには例えば溶剤を塗料に添加することができ、導電率を増加させるためには物品の表面を例えば Ransprep （商品名）のような調合剤で処理することができる。一般的に言えば、静電被膜動作以外の応用のための他の液体及び物品の抵抗を含む抵抗を測定することも望ましい。
【０００４】
静電被膜動作で塗布される液体塗料組成の電気抵抗を測定する一つの公知の計器は、インディアナ州アンゴラの ITW Ransburg Electrostatic Systems 製の Test Assembly（商品名）モデル No. 70408-00 である。Test Assembly は、同心配列された第１及び第２の電極の間に、メータから比較的低い電圧を印加するようになっているプラグイン塗料プローブを含んでいる。このプローブは液体塗料内に浸漬され、電極間の塗料を通って流れる電流によって測定された抵抗がアナログメータのオーム目盛り上に表示される。Test Assembly は、電流、詳しく言えば静電スプレーガンの短絡回路電流をも測定する。この電流を測定するために、Test Assembly のリードをスプレーガンの高電圧電極間に接続して外部源から高電圧を印加し、それによって測定された電流がアナログメータのアンペア目盛り上に表示される。
【０００５】
静電被膜された物品の電気的表面抵抗を測定する一つの公知の計器は、これもインディアナ州アンゴラの ITW Ransburg Electrostatic Systems 製の Sprayability Meter （商品名）モデル No. 8333-00である。Sprayability Meterは、計器から突き出た２つのプローブ、即ち電極を含み、メータから比較的低い電圧がそれらの間に印加される。電極は、測定すべき物品の表面に確実に接触せしめられ、物品及び電極間を通って流れる電流によって測定された可噴霧性( Sprayability )が、アナログメータの独特な（プロパラエティ）測定目盛り上に表示される。物品の表面抵抗を測定するための他の公知のメータは、電極を通して表面に比較的高い電圧を印加するが、これらの高い電圧は人員に電撃を与え、望ましいものではない。
【０００６】
Test Assembly 及び Sprayability Meter は共に、電池給電式の真空管を含んでいる。しかしながら真空管は比較的鋭敏であり、温度変化及び低下して行く電池電力を補償するために、測定の都度較正しなければならない。真空管は極めて壊れ易いものであり、もし計器を注意深く取扱わなければ容易に破損する。更に交換用真空管は入手し難くなりつつあり、その費用は増加しつつある。
【０００７】
また真空管は、抵抗及び電流測定の直線性の範囲が限定されている。即ち、最も正確な測定は比較的狭い範囲に限られる。この制限された正確さの範囲を補償するために、Test Assembly は抵抗測定範囲選択スイッチを含んでいる。しかしながら、最も正確な測定は選択された各測定範囲目盛りの中心付近に限られ、メータは範囲を切り換える時に破損し易い。物品の表面抵抗、及び静電被膜動作により物品に塗布される液体塗料の抵抗は比較的広範囲にわたって変化し、また真空管作動のメータの測定の正確さは比較的狭い範囲に限られるから、これらのいろいろな抵抗及び電流測定を遂行するためには別々の計器が必要である。
【０００８】
Test Assembly 及び Sprayability Meter の両者においては、対応する抵抗測定用電極に比較的低い 45 Ｖを１つの電池から供給している。この電圧レベルはＡＳＴＭ及びＩＳＯ工業標準に認定されており、静電被膜動作に使用される殆どの塗料及び材料の範囲特性内の正確な抵抗測定に使用されている。しかしながら市販の交換用 45 Ｖ電池は制限されており、その価格は高価である。更に 45 Ｖ電池はアルカリ電池ではなく炭素電池だけが入手可能であり、従ってその寿命は比較的短い。また、よくあることであるが、もしメータを較正モードに入れたままにすれば、結果として流れる較正電流が電池の電力を急速に消散させることになる。Test Assembly では、もし電極間に塗料が詰まったままの試験プローブを計器にプラグインさせ続ければ、結果として塗料を通る電流が電池の電力を消散させる。Test Assembly 及び Sprayability Meter にはオン／オフスイッチが設けられていないために、電池電力を枯渇させるこれらの傾向が増大する。従って電池を屡々交換しなければならなくなる。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、静電被膜動作に使用可能な電気的パラメータ測定計器の分野における前進を目指すものである。
【００１０】
本発明の目的は、抵抗、特に静電噴霧される液体塗料組成の抵抗、物品の表面抵抗を測定するための、経済的で、且つ従来技術の諸問題を解消する新しい計器及び電気回路を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、標準の、低価格の、そして市販されている電池、好ましくは単一の９Ｖ電池から供給される比較的低電圧（この電圧は、計器の電極間に抵抗測定電圧を印加するために電圧器増倍回路によって増倍される）で効率的に作動する新しい抵抗測定計器を提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、工業標準、特にＡＳＴＭ及びＩＳＯ標準に準拠し、液体塗料組成の抵抗及び静電被膜される物品の表面抵抗を測定するために適用可能な新しい抵抗測定計器を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、抵抗、電圧、及び電流測定範囲を含む比較的広範な測定範囲にわたって正確であり、従って、表面抵抗及び液体塗料の抵抗を単一のメータで測定するのに適する新しい電気的パラメータ測定計器を提供することである。
【００１４】
本発明の特定の目的は、静電被膜応用に有用な新しい抵抗測定計器を提供することである。本抵抗測定計器は、第１及び第２の電極を含み、これらの電極の間に抵抗測定用電圧が印加される。この電圧は、第１のダイオードの陰極と第２のダイオードの陽極とに結合されている第１のキャパシタ、及び第２のダイオードの陰極と出力ダイオードの陽極とに結合されている第２のキャパシタ、及び第２のキャパシタに結合されている第１のインバータを有する電圧増倍器回路によって生成される。第２のキャパシタに印加される周期的低電圧信号は、第１のキャパシタに印加される同じ周期的低電圧信号に対して反転されており、それによってこの周期的低電圧信号が増倍されて抵抗測定用電圧が生成される。同じように構成された付加的な電圧増倍器段が、この周期的低電圧信号を更に増倍する。
【００１５】
本発明の別の特定の目的は、静電被膜応用に有用な新しい抵抗測定計器を提供することである。本抵抗測定計器は、差動入力が分圧器回路網を通して第１及び第２の電極に結合されているＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換器を含み、このＡ／Ｄ変換器は、周期的低電圧信号を電圧増倍器回路に供給するための発振器出力を含んでいる。
【００１６】
本発明の更に別の特定の目的は、静電被膜応用に有用な新しい抵抗測定計器を提供することである。本抵抗測定計器は、第１及び第２の電極とＡ／Ｄ変換器の差動入力との間で切り換え可能であって、これらの電極に印加される電圧を測定する電圧測定回路と、第１及び第２の電極とＡ／Ｄ変換器の差動入力との間で切り換え可能であって、これらの電極に印加される電流を測定する電流測定回路とを更に含んでいる。
【００１７】
本発明の更に別の特定の目的は、静電被膜応用に有用な新しい電気的パラメータ測定計器を提供することである。本電気的パラメータ測定計器は、Ａ／Ｄ変換器に結合され、該変換器によって駆動されるディスプレイを更に含み、それにより、Ａ／Ｄ変換器の差動入力への入力信号に基づいて電圧及び電流の測定結果が視覚的に表示されるようになっている。
【００１８】
本発明のこれらの、及び他の目的、面、特色、及び長所は、以下の添付図面を参照しての詳細な説明から完全に理解されよう。
【００１９】
【実施例】
添付図面は、さまざまな電気的パラメータ、特に静電被膜応用に使用される液体塗料組成の抵抗、及び静電被膜された物品の表面抵抗を測定するために有用な計器１０の回路図である。計器１０は、第１の電極Ａ及び第２の電極Ｂ（図１ｂ）と、電圧、電流、及び抵抗を測定し、測定結果をディスプレイＤＳ１上に表示するディジタルＡ／Ｄ変換器回路Ｕ３（図１ｇ）に結合されている回路とを含んでいる。
【００２０】
図示実施例のディジタルＡ／Ｄ変換器回路Ｕ３は Harris ICL7136 低電力Ａ／Ｄ変換器であり、例えば Varitronix 3 1/2 ディジットＬＣＤ（製品番号 No. VI-39-DPRCS）のようなＬＣＤディスプレイＤＳ１を駆動する。Harris ICL7136Ａ／Ｄ変換器回路は、Harris Semiconductor publication “ICL7136, ICL7137, 3 1/2 Digit LCD/LED, Low Power Display, A/D Converters with Overrange Recovery" 、及び Harris Semiconductor publication “Building a Battery Operated Auto Ranging DVM With the ICL7106" に記述されているように電圧、抵抗、及び電流を測定する９Ｖ電池給電ディジタルマルチメータとして構成可能である。他のディジタルＡ／Ｄ変換器回路、または代替としてのアナログ回路をこの目的のために使用することができる。
【００２１】
電極Ａ及びＢはいろいろな形状であることができるが、好ましいのは、計器１０上の対応するプラグインプローブＡ及びＢコネクタジャックに抜き差し可能なように接続できるものである。電極Ａ及びＢは、インディアナ州アンゴラの ITW Ransburg Electrostatic Systems 製の Test Assembly（商品名）モデル No. 70408-00 内に使用されている型の、液体塗料組成の抵抗を測定するためのプラグインプローブＡ及びＢに結合可能な塗料プローブの第１及び第２の同心に配列された電極であることができる。代替として電極Ａ及びＢは、これもインディアナ州アンゴラの ITW Ransburg Electrostatic Systems から入手可能な Sprayability Meter （商品名）モデル No. 8333-00内に使用されている静電被膜された物品の表面抵抗を測定する型であることができる。他の電極構成及び型を代替として使用することもできる。
【００２２】
図１ａに、抵抗測定中に第１の電極Ａ及び第２の電極Ｂに印加するために、電池から供給される９Ｖのような比較的低い電圧を増倍する電圧増倍器回路１００を示してある。電圧増倍器回路１００は、発振器回路または他の源が発生し、以下に詳述するように電圧増倍器段に結合されている、例えば Mororola 製の製品番号 No. MC14049BCP 反転用バッファＵ５Ａ、Ｕ５Ｃ、Ｕ５Ｂ、及びＵ５Ｆの並列配列に印加される周期的低電圧信号によって駆動される。
【００２３】
電圧増倍器回路１００は、第１のダイオードＤ８の陰極と、第２のダイオードＤ１１の陽極とに接続されている第１のキャパシタＣ２５を含む第１の増倍器段を含んでいる。第２のキャパシタＣ２４は、第２のダイオードＤ１１の陰極と、出力ダイオードＤ４の陽極とに結合されている。周期的低電圧信号は第１のキャパシタＣ２５及び第２のキャパシタＣ２４に並列に印加され、第１のインバータＵ５Ｂが第２のキャパシタＣ２４と直列に結合されている。従って、第２のキャパシタＣ２４に印加される周期的低電圧信号は第１のキャパシタＣ２５に印加される周期的低電圧信号に対して反転されており、それによって第１及び第２のキャパシタＣ２４及びＣ２５に印加される周期的低電圧信号は 180°の相差を有している。第１及び第２の電極Ａ及びＢは、以下に説明するように、第１のダイオードＤ８の陽極と出力ダイオードＤ４の陰極との間から取出される電圧増倍器回路１００の比較的高い電圧出力に接続可能である。本発明の電圧増倍器回路は、公知のカスケード電圧増倍器回路のように電流制限はされない。
【００２４】
図示実施例では、周期的低電圧信号は、ディジタルＡ／Ｄ変換器回路Ｕ３のピン３９の発振器出力から、発振器回路出力と電圧増倍器１００との間に直列に結合されている双方向アナログスイッチＵ４Ｄ（例えば、Motorola製の製品番号 No. MC140BCP ）へ供給される。代替として、他の発振器回路を使用することができる。第１のキャパシタＣ２５に供給される周期的低電圧信号は、インバータＵ５Ｆ及びＵ５Ｅの直列配列によって２回反転させることが好ましい。また第１及び第２のキャパシタＣ２５及びＣ２４に供給される電流も、対応するインバータＵ５Ｅ及びＵ５Ｂとそれぞれ直列に結合されている対応する 200Ωの抵抗Ｒ３９及びＲ３４によって制限することが好ましい。
【００２５】
周期的低電圧信号は、ディジタルＡ／Ｄ変換器回路Ｕ３から供給する場合、一般にその発振周波数及びデューティサイクル範囲内の発振周波数及びデューティサイクルを有している。Harris ICL7136Ａ／Ｄ変換器回路Ｕ３の発振周波数は抵抗Ｒ２５及びキャパシタＣ８によって制御される。一実施例では、抵抗Ｒ２５を 560ｋΩとし、キャパシタＣ８を 50 ｐＦとすると、周期的低電圧信号の周波数は約 16 ｋＨｚになる。この周期的低電圧信号は概ね矩形波であり、デューティサイクルは約 30 ％乃至約 50 ％である。図示実施例では、周期的低電圧信号は、200 ｋΩの抵抗Ｒ１９にまたがる例えば９Ｖの電池から供給される直流バイアス電圧によって正にオフセットされている。
【００２６】
付加的な増倍器段が、電圧増倍器回路１００の出力電圧を更に増倍させる。図１ｂに示すように、第３のキャパシタＣ２３が第３のダイオードＤ７の陰極と、第４のダイオードＤ１０の陽極とに結合され、第２のキャパシタＣ２４と、第２のダイオードＤ１１の陰極とが第３のダイオードＤ７の陽極に結合されている。第４のキャパシタＣ２２が、第４のダイオードＤ１０の陰極と、従ってダイオードＤ４の陽極とに結合されている。周期的低電圧信号は、第３及び第４のキャパシタＣ２３及びＣ２２に互いに並列に、また第１及び第２のキャパシタＣ２５及びＣ２４と並列に供給される。
【００２７】
第１のインバータＵ５Ｂが、第２及び第４のキャパシタＣ２４及びＣ２２と直列に結合されている。従って、第２及び第４のキャパシタＣ２４及びＣ２２に印加される周期的低電圧信号は反転され、第１及び第３のキャパシタＣ２５及びＣ２３に印加される周期的低電圧信号に対して 180°の相差を持つ。第３のキャパシタＣ２３に印加される周期的低電圧信号も、好ましくはインバータＵ５Ｆ及びＵ５Ｅの直列配列によって２回反転する。第３及び第４のキャパシタＣ２３及びＣ２２に印加される電流も、前述したように、好ましくはインバータＵ５Ｅ及びＵ５Ｂとそれぞれ直列に結合されている対応する 200Ωの抵抗Ｒ３９及びＲ３４によって制限する。
【００２８】
図１ａには、上述した増倍器段上にスタックされた付加的な電圧増倍器段も示されている。第５のキャパシタＣ２１が、第５のダイオードＤ９の陰極と、第６のダイオードＤ１２の陽極とに結合されており、第４のキャパシタＣ２２及び第４のダイオードＤ１０の陰極は第５のダイオードＤ９の陽極に結合されている。第６のキャパシタＣ２０が第６のダイオードＤ１２の陰極に結合され、第５のキャパシタＣ２１及び第５のダイオードＤ９の陰極は第６のダイオードＤ１２の陽極に結合されている。第７のキャパシタＣ１９が第７のダイオードＤ６の陰極に結合され、第６のキャパシタＣ２０及び第６のダイオードＤ１２の陰極は第７のダイオードＤ６の陽極に結合されている。第８のキャパシタＣ１８が第８のダイオードＤ５の陰極と、出力ダイオードＤ４の陽極とに結合され、第７のキャパシタＣ１９及び第７のダイオードＤ６の陰極は第８のダイオードＤ５の陽極に結合されている。
【００２９】
周期的低電圧信号は、第５、第６、第７、及び第８のキャパシタＣ２１、Ｃ２０、Ｃ１９、及びＣ１８に互いに並列に、及び第１、第２、第３、及び第４のキャパシタＣ２５、Ｃ２４、Ｃ２３、及びＣ２２と並列に印加される。第４のインバータＵ５Ａが第６及び第８のキャパシタＣ２０及びＣ１８と直列に結合され、第１、第３、第５、及び第７のキャパシタＣ２５、Ｃ２３、Ｃ２１、及びＣ１９に印加される周期的低電圧信号は、第２、第４、第６、及び第８のキャパシタＣ２４、Ｃ２２、Ｃ２０、及びＣ１８に印加される周期的低電圧信号に対して反転される。第５及び第７のキャパシタＣ２１及びＣ１９に印加される周期的低電圧信号は、好ましくは、インバータＵ５Ｃ及びＵ５Ｄの直列配列によって２回反転させる。第５及び第７のキャパシタＣ２１及びＣ１９と、第６及び第８のキャパシタＣ２０及びＣ１８とに供給される電流も、インバータＵ５Ｄ及びＵ５Ａにそれぞれ直列に結合されている対応する 200Ωの抵抗Ｒ３３及びＲ３２によって制限することが好ましい。
【００３０】
図示した電圧増倍器回路１００は、約９Ｖを、第１のダイオードＤ８の陽極と出力ダイオードＤ４の陰極との間の約 65 Ｖ乃至約 70 Ｖの高電圧出力まで増倍する。図示の実施例では、増倍器回路の一部を構成しているキャパシタＣ１３及びＣ２７の容量値は、100 Ｖ定格で 0.1μＦであり、またダイオードは 1N914デバイスである。
【００３１】
電圧増倍器回路１００の高電圧出力（第１のダイオードＤ８の陽極と出力ダイオードＤ４の陰極との間）にまたがって電圧レギュレータ回路を結合することが好ましい。電圧レギュレータ回路は、例えば 2N3417 デバイスのような 50 Ｖ定格のＮＰＮトランジスタＱ３と、このトランジスタのベースに結合されている例えばそれぞれ IN5251 デバイスのような 22 Ｖ定格のツェナーダイオードＤ１３及びＤ１４の直列配列とを含む。100 Ｖ定格の 0.1μＦの濾波用キャパシタＣ１４が、トランジスタＱ３のエミッタと、第１のダイオードＤ８の陽極との間に結合されている。電圧レギュレータ回路は、以下に説明するように、抵抗測定中に電極Ａ及びＢに印加するために使用可能なほぼ 45 Ｖの直流電圧をキャパシタＣ１４にまたがって供給する。代替として他の電圧レギュレータ回路を使用することもできる。
【００３２】
抵抗測定動作の場合、計器は、電圧増倍器回路のほぼ 45 Ｖの直流電圧からなる抵抗測定電圧を、スイッチを通して電極Ａ及びＢに印加する。図１ｂを参照して詳述する。多位置スイッチの可動接点Ｂ−ＣＯＭを切り換えることによって、３つの抵抗範囲測定位置Ｂ−Ｋ、Ｂ−Ｍ、及びＢ−Ｇの何れか１つを通して電圧増倍器回路１００からの 45 Ｖの直流電圧出力を選択する。45Ｖの直流電圧は、100 ＭΩの抵抗Ｒ６及び 100ＭΩの抵抗Ｒ１７（図１ｂ）を含む分圧器回路網を通してＡ／Ｄ変換器Ｕ３の差動入力（図示実施例では、図１ｇのＵ３の IN-HI入力ピン３１）にも印加される。
【００３３】
電極Ｂは、多位置スイッチの可動接点Ｃ−ＣＯＭに結合されている。このスイッチは、電極Ｂを、１ＧΩの抵抗Ｒ５、10ＭΩの抵抗Ｒ１３、及び 100ｋΩの抵抗Ｒ２８を含む３つの対応する抵抗測定範囲用抵抗の何れか１つに選択的に結合させる。抵抗測定範囲用抵抗Ｒ５、Ｒ１３、及びＲ２８は、第１のダイオードＤ８の陽極と、１ＭΩの抵抗Ｒ１４、100 ｋΩの抵抗Ｒ３０、及び 20 ｋΩの較正ポテンショメータＴＰ３（図１ｅ）を含む分圧器回路網を通してＡ／Ｄ変換器Ｕ３の別の差動入力（図示実施例では、図１ｇのＵ３の IN-LO入力ピン３０）に結合されている。
【００３４】
試験対象物と接触させた電極Ａ及びＢからＡ／Ｄ変換器Ｕ３の差動入力へ供給される抵抗測定信号が計器１０による抵抗測定の基礎となり、Ａ／Ｄ変換器Ｕ３は抵抗測定結果を上述したようにディスプレイＤＰ１上に表示する。計器１０は０Ωから約 900ＧΩまでの比較的広い範囲にわたる抵抗を正確に測定し、従って静電噴霧可能な物品の表面抵抗及び液体塗料組成の抵抗を含む静電応用に典型的な範囲にわたる抵抗を測定するのに特に適している。
【００３５】
電圧測定動作の場合、多位置スイッチの可動接点Ｂ−ＣＯＭをＢ−Ｖ位置に位置決めすることによって、電極Ａは電圧増倍器回路の 45 Ｖの直流電圧出力から切り離される。しかしながら電極Ａは、100 ＭΩの抵抗Ｒ６及び 100ＭΩの抵抗Ｒ１７を含む分圧器回路網を通してＡ／Ｄ変換器Ｕ３の IN-HI差動入力に結合される。電極Ｂは、可動接点Ｃ−ＣＯＭがＣ−Ｖ位置に位置決めされることによってＡ／Ｄ変換器Ｕ３の IN-LO差動入力に結合される。試験対象物に接触された電極Ａ及びＢからＡ／Ｄ変換器の差動入力へ供給される電圧測定信号が計器１０による電圧測定のための基礎になり、Ａ／Ｄ変換器Ｕ３は、上述したように電圧測定結果をディスプレイＤＰ１上に表示する。計器１０は、０Ｖからほぼ 199Ｖまでの比較的広い範囲にわたって正確に電圧を測定する。
【００３６】
電流測定動作の場合、電極Ａは、多位置スイッチの可動接点Ｂ−ＣＯＭをＢ−Ｉ位置に位置決めすることによって、電圧増倍器回路の 45 Ｖの直流電圧出力から切り離される。しかしながら電極Ａは、100 ＭΩの抵抗Ｒ６及び 100ＭΩの抵抗Ｒ１７を含む分圧器回路網を通してＡ／Ｄ変換器Ｕ３の IN-HI差動入力に結合される。またＢ−ＣＯＭ可動接点は、1.0 ＭΩの抵抗Ｒ７、1.05ＭΩの抵抗Ｒ８、15ｋΩの抵抗Ｒ２９、及び 20 ｋΩのポテンショメータＴＰ２を含む電流較正回路を電極Ａに結合する。電極Ｂは、可動接点Ｃ−ＣＯＭがＣ−Ｉ位置に位置決めされることによってＡ／Ｄ変換器Ｕ３の IN-LO差動入力に結合される。試験対象物に接触された電極Ａ及びＢからＡ／Ｄ変換器の差動入力へ供給される電圧測定信号が計器１０による電流測定のための基礎になり、Ａ／Ｄ変換器Ｕ３は、上述したように電流測定結果をディスプレイＤＰ１上に表示する。計器１０は、０μＡからほぼ 999μＡまでの比較的広い範囲にわたる電流を正確に測定する。
【００３７】
図示した多位置スイッチは、上述したように抵抗、電圧、及び電流を選択的に測定するために、４極（Ａ−ＣＯＭ、Ｂ−ＣＯＭ、Ｃ−ＣＯＭ、及びＤ−ＣＯＭ）５投（位置１乃至位置５）スイッチであるが、図示してない「オフ」位置を含むことが好ましい。多位置スイッチは、例えば Grayhill 製の４極６位置スイッチ、製品番号 No. 71BD30-02-2-06Nのような切り換えスイッチであることが好ましい。
【００３８】
電圧及び電流の両測定構成において、電極Ａは、可動接点Ｂ−ＣＯＭがＢ−Ｖ位置に位置決めされた時には、絶縁用の 1000 Ｖ定格の 1000 ｐＦのキャパシタＣ１７及び 100ＭΩの限流用抵抗Ｒ３によって精密演算増幅器Ｕ２Ｂ（例えば、Texas Instruments 製 TLC27L9NCデバイス）の入力にも接続される。また電極Ｂは、可動接点Ｃ−ＣＯＭがＣ−Ｖ位置に位置決めされた時には、100 ＭΩの抵抗Ｒ２によって演算増幅器Ｕ２Ｂに結合される。演算増幅器Ｕ２Ｂは、相補トランジスタＱ１及びＱ２（例えば、それぞれ 2N3417 及び 2N5086 ）を駆動する。これらのトランジスタは、直流９Ｖ及び 45 Ｖ、及び 820ｋΩの抵抗Ｒ２１及びＲ２４、150 ｋΩの抵抗Ｒ２２及びＲ２３、5.1 ｋΩの抵抗Ｒ４、及び 1.0ＭΩの抵抗Ｒ７によってバイアスされている。演算増幅器Ｕ２Ｂは、電極Ａ及びＢからの入力、及びＱ１及びＱ２のエミッタからのフィードバック信号によって駆動される。このフィードバック信号は、Ａ／Ｄ変換器Ｕ３の IN-LO差動入力をもバイアスする。0.1 μＦのフィードバックキャパシタＣ１６は、演算増幅器Ｕ２Ｂの発振を抑える。
【００３９】
計器１０は、精密参照 1.2ＶツェナーダイオードＤ３（例えば、LM385BZ デバイス）と、 51 ｋΩの抵抗Ｒ１２と直列に接続されている 330ｋΩのクランピング抵抗Ｒ１５、 20 ｋΩのポテンショメータＴＰ１、及び 78.7 ｋΩの抵抗Ｒ３１とからなる内部電圧参照及び較正回路を含んでいる。電圧参照回路は、精密演算増幅器Ｕ２Ａ（例えば、Texas Instruments 製 TLC27L9NCデバイス）からなるコンパレータ回路へ参照電圧を供給する。電池から供給される直流９Ｖは 110ｋΩの抵抗Ｒ９と 200ｋΩの抵抗Ｒ１０によって分圧され、演算増幅器Ｕ２Ａへ入力される。演算増幅器Ｕ２Ａは、指定されたレベル以下まで電池が枯渇すると、計器またはディスプレイ、または両者を動作不能にすることができる。
【００４０】
本発明の計器１０は比較的低電流で動作し、電池から給電されるが、電池は比較的長寿命であり、安価に交換することができる。本計器はソリッドステート成分及び集積回路（例えば、Ａ／Ｄ変換器回路Ｕ３）からなることが好ましく、従って従来技術の真空管動作計器のように、温度変動及び使用可能な電池電力の減少を補償するために繰り返し較正をする必要はない。また本計器は、機械的及び電気的に比較的頑丈であり、軽量であり、そして経済的に生産される。比較的広範囲にわたる抵抗測定に加えて、本計器は相応して比較的広い測定範囲にわたって電圧及び電流を選択的に測定するように構成可能であり、それが本計器の一般的なユーティリティを増加させている。
【００４１】
以上に本発明を特定の実施例に関して説明したが、当業者ならば多くの変化、組合せ、変更を考案できよう。従って、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定されることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図１ａ乃至１ｈの相対的位置を示す図である。
【図１ａ】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図の一部である。
【図１ｂ】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図の一部であって、図１ａの下側に位置する部分を示す図である。
【図１ｃ】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図の一部であって、図１ａの右側に位置する部分を示す図である。
【図１ｄ】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図の一部であって、図１ａ及び１ｂの右側に位置する部分を示す図である。
【図１ｅ】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図の一部であって、図１ｂの右側に位置する部分を示す図である。
【図１ｆ】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図の一部であって、図１ｃの右側に位置する部分を示す図である。
【図１ｇ】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図の一部であって、図１ｃ及び１ｄの右側に位置する部分を示す図である。
【図１ｈ】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図の一部であって、図１ｅの右側に位置する部分を示す図である。
【符号の説明】
１０ 電気的パラメータ測定装置
１００ 電圧増倍器回路
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ−ＣＯＭ、Ｖ，Ｉ，Ｋ，Ｍ，Ｇ 多位置スイッチ
Ｃ キャパシタ
Ｄ ダイオード
Ｑ トランジスタ
Ｒ 抵抗
Ｕ２ 演算増幅器
Ｕ３ Ａ／Ｄ変換器
Ｕ４ アナログスイッチ
Ｕ５ インバータ
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的には静電被膜動作に関し、詳しく述べれば、液体塗料の組成の抵抗、及び静電被膜された物品の表面抵抗を含む電気的パラメータを測定する計器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
静電被膜動作においては、静電効率を確保するために、塗料、及び塗料によって被膜された物品の電気抵抗は指定範囲内になければならない。塗料の抵抗は比較的高く、使用される特定の静電プロセスに依存して、一般的には概ね約 0.05 ＭΩ（メグオーム）乃至約 1.0ＭΩの範囲である。もし塗料の抵抗が所望範囲外にあれば、塗料はスプレーガンの高電圧電極から静電荷を引き抜く傾向を呈し、静電効率に悪影響を与えるようになる。通常は非導電性であると考えられている物品の抵抗、より詳しく言えばその表面抵抗は、静電的に帯電した被膜を受入れるべく充分に導電性でなければならない。物品の表面抵抗は、使用される特定の静電プロセスに依存して、一般には概ね約 500ｋΩ（キロオーム）乃至約 1.5ＧΩ（ギガオーム）の範囲である。
【０００３】
静電被膜応用のための液体塗料組成の抵抗、及び物品の表面抵抗を測定する計器は公知であり、それらの抵抗、または導電率を添加物または処理を使用して変更させる必要があるか否かを決定するために使用されている。導電率を低下させるためには例えば溶剤を塗料に添加することができ、導電率を増加させるためには物品の表面を例えば Ransprep （商品名）のような調合剤で処理することができる。一般的に言えば、静電被膜動作以外の応用のための他の液体及び物品の抵抗を含む抵抗を測定することも望ましい。
【０００４】
静電被膜動作で塗布される液体塗料組成の電気抵抗を測定する一つの公知の計器は、インディアナ州アンゴラの ITW Ransburg Electrostatic Systems 製の Test Assembly（商品名）モデル No. 70408-00 である。Test Assembly は、同心配列された第１及び第２の電極の間に、メータから比較的低い電圧を印加するようになっているプラグイン塗料プローブを含んでいる。このプローブは液体塗料内に浸漬され、電極間の塗料を通って流れる電流によって測定された抵抗がアナログメータのオーム目盛り上に表示される。Test Assembly は、電流、詳しく言えば静電スプレーガンの短絡回路電流をも測定する。この電流を測定するために、Test Assembly のリードをスプレーガンの高電圧電極間に接続して外部源から高電圧を印加し、それによって測定された電流がアナログメータのアンペア目盛り上に表示される。
【０００５】
静電被膜された物品の電気的表面抵抗を測定する一つの公知の計器は、これもインディアナ州アンゴラの ITW Ransburg Electrostatic Systems 製の Sprayability Meter （商品名）モデル No. 8333-00である。Sprayability Meterは、計器から突き出た２つのプローブ、即ち電極を含み、メータから比較的低い電圧がそれらの間に印加される。電極は、測定すべき物品の表面に確実に接触せしめられ、物品及び電極間を通って流れる電流によって測定された可噴霧性( Sprayability )が、アナログメータの独特な（プロパラエティ）測定目盛り上に表示される。物品の表面抵抗を測定するための他の公知のメータは、電極を通して表面に比較的高い電圧を印加するが、これらの高い電圧は人員に電撃を与え、望ましいものではない。
【０００６】
Test Assembly 及び Sprayability Meter は共に、電池給電式の真空管を含んでいる。しかしながら真空管は比較的鋭敏であり、温度変化及び低下して行く電池電力を補償するために、測定の都度較正しなければならない。真空管は極めて壊れ易いものであり、もし計器を注意深く取扱わなければ容易に破損する。更に交換用真空管は入手し難くなりつつあり、その費用は増加しつつある。
【０００７】
また真空管は、抵抗及び電流測定の直線性の範囲が限定されている。即ち、最も正確な測定は比較的狭い範囲に限られる。この制限された正確さの範囲を補償するために、Test Assembly は抵抗測定範囲選択スイッチを含んでいる。しかしながら、最も正確な測定は選択された各測定範囲目盛りの中心付近に限られ、メータは範囲を切り換える時に破損し易い。物品の表面抵抗、及び静電被膜動作により物品に塗布される液体塗料の抵抗は比較的広範囲にわたって変化し、また真空管作動のメータの測定の正確さは比較的狭い範囲に限られるから、これらのいろいろな抵抗及び電流測定を遂行するためには別々の計器が必要である。
【０００８】
Test Assembly 及び Sprayability Meter の両者においては、対応する抵抗測定用電極に比較的低い 45 Ｖを１つの電池から供給している。この電圧レベルはＡＳＴＭ及びＩＳＯ工業標準に認定されており、静電被膜動作に使用される殆どの塗料及び材料の範囲特性内の正確な抵抗測定に使用されている。しかしながら市販の交換用 45 Ｖ電池は制限されており、その価格は高価である。更に 45 Ｖ電池はアルカリ電池ではなく炭素電池だけが入手可能であり、従ってその寿命は比較的短い。また、よくあることであるが、もしメータを較正モードに入れたままにすれば、結果として流れる較正電流が電池の電力を急速に消散させることになる。Test Assembly では、もし電極間に塗料が詰まったままの試験プローブを計器にプラグインさせ続ければ、結果として塗料を通る電流が電池の電力を消散させる。Test Assembly 及び Sprayability Meter にはオン／オフスイッチが設けられていないために、電池電力を枯渇させるこれらの傾向が増大する。従って電池を屡々交換しなければならなくなる。
【０００９】
【発明の目的】
本発明は、静電被膜動作に使用可能な電気的パラメータ測定計器の分野における前進を目指すものである。
【００１０】
本発明の目的は、抵抗、特に静電噴霧される液体塗料組成の抵抗、物品の表面抵抗を測定するための、経済的で、且つ従来技術の諸問題を解消する新しい計器及び電気回路を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、標準の、低価格の、そして市販されている電池、好ましくは単一の９Ｖ電池から供給される比較的低電圧（この電圧は、計器の電極間に抵抗測定電圧を印加するために電圧器増倍回路によって増倍される）で効率的に作動する新しい抵抗測定計器を提供することである。
【００１２】
本発明のさらなる目的は、工業標準、特にＡＳＴＭ及びＩＳＯ標準に準拠し、液体塗料組成の抵抗及び静電被膜される物品の表面抵抗を測定するために適用可能な新しい抵抗測定計器を提供することである。
【００１３】
本発明の別の目的は、抵抗、電圧、及び電流測定範囲を含む比較的広範な測定範囲にわたって正確であり、従って、表面抵抗及び液体塗料の抵抗を単一のメータで測定するのに適する新しい電気的パラメータ測定計器を提供することである。
【００１４】
本発明の特定の目的は、静電被膜応用に有用な新しい抵抗測定計器を提供することである。本抵抗測定計器は、第１及び第２の電極を含み、これらの電極の間に抵抗測定用電圧が印加される。この電圧は、第１のダイオードの陰極と第２のダイオードの陽極とに結合されている第１のキャパシタ、及び第２のダイオードの陰極と出力ダイオードの陽極とに結合されている第２のキャパシタ、及び第２のキャパシタに結合されている第１のインバータを有する電圧増倍器回路によって生成される。第２のキャパシタに印加される周期的低電圧信号は、第１のキャパシタに印加される同じ周期的低電圧信号に対して反転されており、それによってこの周期的低電圧信号が増倍されて抵抗測定用電圧が生成される。同じように構成された付加的な電圧増倍器段が、この周期的低電圧信号を更に増倍する。
【００１５】
本発明の別の特定の目的は、静電被膜応用に有用な新しい抵抗測定計器を提供することである。本抵抗測定計器は、差動入力が分圧器回路網を通して第１及び第２の電極に結合されているＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）変換器を含み、このＡ／Ｄ変換器は、周期的低電圧信号を電圧増倍器回路に供給するための発振器出力を含んでいる。
【００１６】
本発明の更に別の特定の目的は、静電被膜応用に有用な新しい抵抗測定計器を提供することである。本抵抗測定計器は、第１及び第２の電極とＡ／Ｄ変換器の差動入力との間で切り換え可能であって、これらの電極に印加される電圧を測定する電圧測定回路と、第１及び第２の電極とＡ／Ｄ変換器の差動入力との間で切り換え可能であって、これらの電極に印加される電流を測定する電流測定回路とを更に含んでいる。
【００１７】
本発明の更に別の特定の目的は、静電被膜応用に有用な新しい電気的パラメータ測定計器を提供することである。本電気的パラメータ測定計器は、Ａ／Ｄ変換器に結合され、該変換器によって駆動されるディスプレイを更に含み、それにより、Ａ／Ｄ変換器の差動入力への入力信号に基づいて電圧及び電流の測定結果が視覚的に表示されるようになっている。
【００１８】
本発明のこれらの、及び他の目的、面、特色、及び長所は、以下の添付図面を参照しての詳細な説明から完全に理解されよう。
【００１９】
【実施例】
添付図面は、さまざまな電気的パラメータ、特に静電被膜応用に使用される液体塗料組成の抵抗、及び静電被膜された物品の表面抵抗を測定するために有用な計器１０の回路図である。計器１０は、第１の電極Ａ及び第２の電極Ｂ（図１ｂ）と、電圧、電流、及び抵抗を測定し、測定結果をディスプレイＤＳ１上に表示するディジタルＡ／Ｄ変換器回路Ｕ３（図１ｇ）に結合されている回路とを含んでいる。
【００２０】
図示実施例のディジタルＡ／Ｄ変換器回路Ｕ３は Harris ICL7136 低電力Ａ／Ｄ変換器であり、例えば Varitronix 3 1/2 ディジットＬＣＤ（製品番号 No. VI-39-DPRCS）のようなＬＣＤディスプレイＤＳ１を駆動する。Harris ICL7136Ａ／Ｄ変換器回路は、Harris Semiconductor publication “ICL7136, ICL7137, 3 1/2 Digit LCD/LED, Low Power Display, A/D Converters with Overrange Recovery" 、及び Harris Semiconductor publication “Building a Battery Operated Auto Ranging DVM With the ICL7106" に記述されているように電圧、抵抗、及び電流を測定する９Ｖ電池給電ディジタルマルチメータとして構成可能である。他のディジタルＡ／Ｄ変換器回路、または代替としてのアナログ回路をこの目的のために使用することができる。
【００２１】
電極Ａ及びＢはいろいろな形状であることができるが、好ましいのは、計器１０上の対応するプラグインプローブＡ及びＢコネクタジャックに抜き差し可能なように接続できるものである。電極Ａ及びＢは、インディアナ州アンゴラの ITW Ransburg Electrostatic Systems 製の Test Assembly（商品名）モデル No. 70408-00 内に使用されている型の、液体塗料組成の抵抗を測定するためのプラグインプローブＡ及びＢに結合可能な塗料プローブの第１及び第２の同心に配列された電極であることができる。代替として電極Ａ及びＢは、これもインディアナ州アンゴラの ITW Ransburg Electrostatic Systems から入手可能な Sprayability Meter （商品名）モデル No. 8333-00内に使用されている静電被膜された物品の表面抵抗を測定する型であることができる。他の電極構成及び型を代替として使用することもできる。
【００２２】
図１ａに、抵抗測定中に第１の電極Ａ及び第２の電極Ｂに印加するために、電池から供給される９Ｖのような比較的低い電圧を増倍する電圧増倍器回路１００を示してある。電圧増倍器回路１００は、発振器回路または他の源が発生し、以下に詳述するように電圧増倍器段に結合されている、例えば Mororola 製の製品番号 No. MC14049BCP 反転用バッファＵ５Ａ、Ｕ５Ｃ、Ｕ５Ｂ、及びＵ５Ｆの並列配列に印加される周期的低電圧信号によって駆動される。
【００２３】
電圧増倍器回路１００は、第１のダイオードＤ８の陰極と、第２のダイオードＤ１１の陽極とに接続されている第１のキャパシタＣ２５を含む第１の増倍器段を含んでいる。第２のキャパシタＣ２４は、第２のダイオードＤ１１の陰極と、出力ダイオードＤ４の陽極とに結合されている。周期的低電圧信号は第１のキャパシタＣ２５及び第２のキャパシタＣ２４に並列に印加され、第１のインバータＵ５Ｂが第２のキャパシタＣ２４と直列に結合されている。従って、第２のキャパシタＣ２４に印加される周期的低電圧信号は第１のキャパシタＣ２５に印加される周期的低電圧信号に対して反転されており、それによって第１及び第２のキャパシタＣ２４及びＣ２５に印加される周期的低電圧信号は 180°の相差を有している。第１及び第２の電極Ａ及びＢは、以下に説明するように、第１のダイオードＤ８の陽極と出力ダイオードＤ４の陰極との間から取出される電圧増倍器回路１００の比較的高い電圧出力に接続可能である。本発明の電圧増倍器回路は、公知のカスケード電圧増倍器回路のように電流制限はされない。
【００２４】
図示実施例では、周期的低電圧信号は、ディジタルＡ／Ｄ変換器回路Ｕ３のピン３９の発振器出力から、発振器回路出力と電圧増倍器１００との間に直列に結合されている双方向アナログスイッチＵ４Ｄ（例えば、Motorola製の製品番号 No. MC140BCP ）へ供給される。代替として、他の発振器回路を使用することができる。第１のキャパシタＣ２５に供給される周期的低電圧信号は、インバータＵ５Ｆ及びＵ５Ｅの直列配列によって２回反転させることが好ましい。また第１及び第２のキャパシタＣ２５及びＣ２４に供給される電流も、対応するインバータＵ５Ｅ及びＵ５Ｂとそれぞれ直列に結合されている対応する 200Ωの抵抗Ｒ３９及びＲ３４によって制限することが好ましい。
【００２５】
周期的低電圧信号は、ディジタルＡ／Ｄ変換器回路Ｕ３から供給する場合、一般にその発振周波数及びデューティサイクル範囲内の発振周波数及びデューティサイクルを有している。Harris ICL7136Ａ／Ｄ変換器回路Ｕ３の発振周波数は抵抗Ｒ２５及びキャパシタＣ８によって制御される。一実施例では、抵抗Ｒ２５を 560ｋΩとし、キャパシタＣ８を 50 ｐＦとすると、周期的低電圧信号の周波数は約 16 ｋＨｚになる。この周期的低電圧信号は概ね矩形波であり、デューティサイクルは約 30 ％乃至約 50 ％である。図示実施例では、周期的低電圧信号は、200 ｋΩの抵抗Ｒ１９にまたがる例えば９Ｖの電池から供給される直流バイアス電圧によって正にオフセットされている。
【００２６】
付加的な増倍器段が、電圧増倍器回路１００の出力電圧を更に増倍させる。図１ｂに示すように、第３のキャパシタＣ２３が第３のダイオードＤ７の陰極と、第４のダイオードＤ１０の陽極とに結合され、第２のキャパシタＣ２４と、第２のダイオードＤ１１の陰極とが第３のダイオードＤ７の陽極に結合されている。第４のキャパシタＣ２２が、第４のダイオードＤ１０の陰極と、従ってダイオードＤ４の陽極とに結合されている。周期的低電圧信号は、第３及び第４のキャパシタＣ２３及びＣ２２に互いに並列に、また第１及び第２のキャパシタＣ２５及びＣ２４と並列に供給される。
【００２７】
第１のインバータＵ５Ｂが、第２及び第４のキャパシタＣ２４及びＣ２２と直列に結合されている。従って、第２及び第４のキャパシタＣ２４及びＣ２２に印加される周期的低電圧信号は反転され、第１及び第３のキャパシタＣ２５及びＣ２３に印加される周期的低電圧信号に対して 180°の相差を持つ。第３のキャパシタＣ２３に印加される周期的低電圧信号も、好ましくはインバータＵ５Ｆ及びＵ５Ｅの直列配列によって２回反転する。第３及び第４のキャパシタＣ２３及びＣ２２に印加される電流も、前述したように、好ましくはインバータＵ５Ｅ及びＵ５Ｂとそれぞれ直列に結合されている対応する 200Ωの抵抗Ｒ３９及びＲ３４によって制限する。
【００２８】
図１ａには、上述した増倍器段上にスタックされた付加的な電圧増倍器段も示されている。第５のキャパシタＣ２１が、第５のダイオードＤ９の陰極と、第６のダイオードＤ１２の陽極とに結合されており、第４のキャパシタＣ２２及び第４のダイオードＤ１０の陰極は第５のダイオードＤ９の陽極に結合されている。第６のキャパシタＣ２０が第６のダイオードＤ１２の陰極に結合され、第５のキャパシタＣ２１及び第５のダイオードＤ９の陰極は第６のダイオードＤ１２の陽極に結合されている。第７のキャパシタＣ１９が第７のダイオードＤ６の陰極に結合され、第６のキャパシタＣ２０及び第６のダイオードＤ１２の陰極は第７のダイオードＤ６の陽極に結合されている。第８のキャパシタＣ１８が第８のダイオードＤ５の陰極と、出力ダイオードＤ４の陽極とに結合され、第７のキャパシタＣ１９及び第７のダイオードＤ６の陰極は第８のダイオードＤ５の陽極に結合されている。
【００２９】
周期的低電圧信号は、第５、第６、第７、及び第８のキャパシタＣ２１、Ｃ２０、Ｃ１９、及びＣ１８に互いに並列に、及び第１、第２、第３、及び第４のキャパシタＣ２５、Ｃ２４、Ｃ２３、及びＣ２２と並列に印加される。第４のインバータＵ５Ａが第６及び第８のキャパシタＣ２０及びＣ１８と直列に結合され、第１、第３、第５、及び第７のキャパシタＣ２５、Ｃ２３、Ｃ２１、及びＣ１９に印加される周期的低電圧信号は、第２、第４、第６、及び第８のキャパシタＣ２４、Ｃ２２、Ｃ２０、及びＣ１８に印加される周期的低電圧信号に対して反転される。第５及び第７のキャパシタＣ２１及びＣ１９に印加される周期的低電圧信号は、好ましくは、インバータＵ５Ｃ及びＵ５Ｄの直列配列によって２回反転させる。第５及び第７のキャパシタＣ２１及びＣ１９と、第６及び第８のキャパシタＣ２０及びＣ１８とに供給される電流も、インバータＵ５Ｄ及びＵ５Ａにそれぞれ直列に結合されている対応する 200Ωの抵抗Ｒ３３及びＲ３２によって制限することが好ましい。
【００３０】
図示した電圧増倍器回路１００は、約９Ｖを、第１のダイオードＤ８の陽極と出力ダイオードＤ４の陰極との間の約 65 Ｖ乃至約 70 Ｖの高電圧出力まで増倍する。図示の実施例では、増倍器回路の一部を構成しているキャパシタＣ１３及びＣ２７の容量値は、100 Ｖ定格で 0.1μＦであり、またダイオードは 1N914デバイスである。
【００３１】
電圧増倍器回路１００の高電圧出力（第１のダイオードＤ８の陽極と出力ダイオードＤ４の陰極との間）にまたがって電圧レギュレータ回路を結合することが好ましい。電圧レギュレータ回路は、例えば 2N3417 デバイスのような 50 Ｖ定格のＮＰＮトランジスタＱ３と、このトランジスタのベースに結合されている例えばそれぞれ IN5251 デバイスのような 22 Ｖ定格のツェナーダイオードＤ１３及びＤ１４の直列配列とを含む。100 Ｖ定格の 0.1μＦの濾波用キャパシタＣ１４が、トランジスタＱ３のエミッタと、第１のダイオードＤ８の陽極との間に結合されている。電圧レギュレータ回路は、以下に説明するように、抵抗測定中に電極Ａ及びＢに印加するために使用可能なほぼ 45 Ｖの直流電圧をキャパシタＣ１４にまたがって供給する。代替として他の電圧レギュレータ回路を使用することもできる。
【００３２】
抵抗測定動作の場合、計器は、電圧増倍器回路のほぼ 45 Ｖの直流電圧からなる抵抗測定電圧を、スイッチを通して電極Ａ及びＢに印加する。図１ｂを参照して詳述する。多位置スイッチの可動接点Ｂ−ＣＯＭを切り換えることによって、３つの抵抗範囲測定位置Ｂ−Ｋ、Ｂ−Ｍ、及びＢ−Ｇの何れか１つを通して電圧増倍器回路１００からの 45 Ｖの直流電圧出力を選択する。45Ｖの直流電圧は、100 ＭΩの抵抗Ｒ６及び 100ＭΩの抵抗Ｒ１７（図１ｂ）を含む分圧器回路網を通してＡ／Ｄ変換器Ｕ３の差動入力（図示実施例では、図１ｇのＵ３の IN-HI入力ピン３１）にも印加される。
【００３３】
電極Ｂは、多位置スイッチの可動接点Ｃ−ＣＯＭに結合されている。このスイッチは、電極Ｂを、１ＧΩの抵抗Ｒ５、10ＭΩの抵抗Ｒ１３、及び 100ｋΩの抵抗Ｒ２８を含む３つの対応する抵抗測定範囲用抵抗の何れか１つに選択的に結合させる。抵抗測定範囲用抵抗Ｒ５、Ｒ１３、及びＲ２８は、第１のダイオードＤ８の陽極と、１ＭΩの抵抗Ｒ１４、100 ｋΩの抵抗Ｒ３０、及び 20 ｋΩの較正ポテンショメータＴＰ３（図１ｅ）を含む分圧器回路網を通してＡ／Ｄ変換器Ｕ３の別の差動入力（図示実施例では、図１ｇのＵ３の IN-LO入力ピン３０）に結合されている。
【００３４】
試験対象物と接触させた電極Ａ及びＢからＡ／Ｄ変換器Ｕ３の差動入力へ供給される抵抗測定信号が計器１０による抵抗測定の基礎となり、Ａ／Ｄ変換器Ｕ３は抵抗測定結果を上述したようにディスプレイＤＰ１上に表示する。計器１０は０Ωから約 900ＧΩまでの比較的広い範囲にわたる抵抗を正確に測定し、従って静電噴霧可能な物品の表面抵抗及び液体塗料組成の抵抗を含む静電応用に典型的な範囲にわたる抵抗を測定するのに特に適している。
【００３５】
電圧測定動作の場合、多位置スイッチの可動接点Ｂ−ＣＯＭをＢ−Ｖ位置に位置決めすることによって、電極Ａは電圧増倍器回路の 45 Ｖの直流電圧出力から切り離される。しかしながら電極Ａは、100 ＭΩの抵抗Ｒ６及び 100ＭΩの抵抗Ｒ１７を含む分圧器回路網を通してＡ／Ｄ変換器Ｕ３の IN-HI差動入力に結合される。電極Ｂは、可動接点Ｃ−ＣＯＭがＣ−Ｖ位置に位置決めされることによってＡ／Ｄ変換器Ｕ３の IN-LO差動入力に結合される。試験対象物に接触された電極Ａ及びＢからＡ／Ｄ変換器の差動入力へ供給される電圧測定信号が計器１０による電圧測定のための基礎になり、Ａ／Ｄ変換器Ｕ３は、上述したように電圧測定結果をディスプレイＤＰ１上に表示する。計器１０は、０Ｖからほぼ 199Ｖまでの比較的広い範囲にわたって正確に電圧を測定する。
【００３６】
電流測定動作の場合、電極Ａは、多位置スイッチの可動接点Ｂ−ＣＯＭをＢ−Ｉ位置に位置決めすることによって、電圧増倍器回路の 45 Ｖの直流電圧出力から切り離される。しかしながら電極Ａは、100 ＭΩの抵抗Ｒ６及び 100ＭΩの抵抗Ｒ１７を含む分圧器回路網を通してＡ／Ｄ変換器Ｕ３の IN-HI差動入力に結合される。またＢ−ＣＯＭ可動接点は、1.0 ＭΩの抵抗Ｒ７、1.05ＭΩの抵抗Ｒ８、15ｋΩの抵抗Ｒ２９、及び 20 ｋΩのポテンショメータＴＰ２を含む電流較正回路を電極Ａに結合する。電極Ｂは、可動接点Ｃ−ＣＯＭがＣ−Ｉ位置に位置決めされることによってＡ／Ｄ変換器Ｕ３の IN-LO差動入力に結合される。試験対象物に接触された電極Ａ及びＢからＡ／Ｄ変換器の差動入力へ供給される電圧測定信号が計器１０による電流測定のための基礎になり、Ａ／Ｄ変換器Ｕ３は、上述したように電流測定結果をディスプレイＤＰ１上に表示する。計器１０は、０μＡからほぼ 999μＡまでの比較的広い範囲にわたる電流を正確に測定する。
【００３７】
図示した多位置スイッチは、上述したように抵抗、電圧、及び電流を選択的に測定するために、４極（Ａ−ＣＯＭ、Ｂ−ＣＯＭ、Ｃ−ＣＯＭ、及びＤ−ＣＯＭ）５投（位置１乃至位置５）スイッチであるが、図示してない「オフ」位置を含むことが好ましい。多位置スイッチは、例えば Grayhill 製の４極６位置スイッチ、製品番号 No. 71BD30-02-2-06Nのような切り換えスイッチであることが好ましい。
【００３８】
電圧及び電流の両測定構成において、電極Ａは、可動接点Ｂ−ＣＯＭがＢ−Ｖ位置に位置決めされた時には、絶縁用の 1000 Ｖ定格の 1000 ｐＦのキャパシタＣ１７及び 100ＭΩの限流用抵抗Ｒ３によって精密演算増幅器Ｕ２Ｂ（例えば、Texas Instruments 製 TLC27L9NCデバイス）の入力にも接続される。また電極Ｂは、可動接点Ｃ−ＣＯＭがＣ−Ｖ位置に位置決めされた時には、100 ＭΩの抵抗Ｒ２によって演算増幅器Ｕ２Ｂに結合される。演算増幅器Ｕ２Ｂは、相補トランジスタＱ１及びＱ２（例えば、それぞれ 2N3417 及び 2N5086 ）を駆動する。これらのトランジスタは、直流９Ｖ及び 45 Ｖ、及び 820ｋΩの抵抗Ｒ２１及びＲ２４、150 ｋΩの抵抗Ｒ２２及びＲ２３、5.1 ｋΩの抵抗Ｒ４、及び 1.0ＭΩの抵抗Ｒ７によってバイアスされている。演算増幅器Ｕ２Ｂは、電極Ａ及びＢからの入力、及びＱ１及びＱ２のエミッタからのフィードバック信号によって駆動される。このフィードバック信号は、Ａ／Ｄ変換器Ｕ３の IN-LO差動入力をもバイアスする。0.1 μＦのフィードバックキャパシタＣ１６は、演算増幅器Ｕ２Ｂの発振を抑える。
【００３９】
計器１０は、精密参照 1.2ＶツェナーダイオードＤ３（例えば、LM385BZ デバイス）と、 51 ｋΩの抵抗Ｒ１２と直列に接続されている 330ｋΩのクランピング抵抗Ｒ１５、 20 ｋΩのポテンショメータＴＰ１、及び 78.7 ｋΩの抵抗Ｒ３１とからなる内部電圧参照及び較正回路を含んでいる。電圧参照回路は、精密演算増幅器Ｕ２Ａ（例えば、Texas Instruments 製 TLC27L9NCデバイス）からなるコンパレータ回路へ参照電圧を供給する。電池から供給される直流９Ｖは 110ｋΩの抵抗Ｒ９と 200ｋΩの抵抗Ｒ１０によって分圧され、演算増幅器Ｕ２Ａへ入力される。演算増幅器Ｕ２Ａは、指定されたレベル以下まで電池が枯渇すると、計器またはディスプレイ、または両者を動作不能にすることができる。
【００４０】
本発明の計器１０は比較的低電流で動作し、電池から給電されるが、電池は比較的長寿命であり、安価に交換することができる。本計器はソリッドステート成分及び集積回路（例えば、Ａ／Ｄ変換器回路Ｕ３）からなることが好ましく、従って従来技術の真空管動作計器のように、温度変動及び使用可能な電池電力の減少を補償するために繰り返し較正をする必要はない。また本計器は、機械的及び電気的に比較的頑丈であり、軽量であり、そして経済的に生産される。比較的広範囲にわたる抵抗測定に加えて、本計器は相応して比較的広い測定範囲にわたって電圧及び電流を選択的に測定するように構成可能であり、それが本計器の一般的なユーティリティを増加させている。
【００４１】
以上に本発明を特定の実施例に関して説明したが、当業者ならば多くの変化、組合せ、変更を考案できよう。従って、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定されることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図１ａ乃至１ｈの相対的位置を示す図である。
【図１ａ】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図の一部である。
【図１ｂ】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図の一部であって、図１ａの下側に位置する部分を示す図である。
【図１ｃ】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図の一部であって、図１ａの右側に位置する部分を示す図である。
【図１ｄ】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図の一部であって、図１ａ及び１ｂの右側に位置する部分を示す図である。
【図１ｅ】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図の一部であって、図１ｂの右側に位置する部分を示す図である。
【図１ｆ】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図の一部であって、図１ｃの右側に位置する部分を示す図である。
【図１ｇ】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図の一部であって、図１ｃ及び１ｄの右側に位置する部分を示す図である。
【図１ｈ】本発明による電気的パラメータ測定装置の回路図の一部であって、図１ｅの右側に位置する部分を示す図である。
【符号の説明】
１０ 電気的パラメータ測定装置
１００ 電圧増倍器回路
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ−ＣＯＭ、Ｖ，Ｉ，Ｋ，Ｍ，Ｇ 多位置スイッチ
Ｃ キャパシタ
Ｄ ダイオード
Ｑ トランジスタ
Ｒ 抵抗
Ｕ２ 演算増幅器
Ｕ３ Ａ／Ｄ変換器
Ｕ４ アナログスイッチ
Ｕ５ インバータ
Claims (14)
- 静電被膜応用において抵抗を測定する計器であって、
第１及び第２の電極と、
第１のダイオードの陰極と第２のダイオードの陽極とに結合されている第１のキャパシタ、第２のダイオードの陰極と出力ダイオードの陽極とに結合されている第２のキャパシタ、上記第１のキャパシタと上記第２のキャパシタとに並列に印加される周期的低電圧信号を有する電圧増倍器回路と、
上記第２のキャパシタと直列に結合され、上記第２のキャパシタに印加される周期的低電圧信号を上記第１のキャパシタに印加される周期的低電圧信号に対して反転させる第１のインバータと、
を含み、
上記周期的低電圧信号は、上記電圧増倍器回路によって、上記第１のダイオードの陽極と上記出力ダイオードの陰極との間に得られる高電圧出力にされ、
上記電圧増倍器回路の高電圧出力は、上記第１及び第２の電極に結合されていてこれらの電極に抵抗測定用電圧を印加するようになっている、
ことを特徴とする計器。 - 第３のダイオードの陰極と第４のダイオードの陽極とに結合されている第３のキャパシタを更に含み、上記第２のキャパシタ及び上記第２のダイオードの陰極は上記第３のダイオードの陽極に接続され、第４のダイオードの陰極と上記出力ダイオードの陽極とに結合されている第４のキャパシタを更に含み、上記第２及び第４のキャパシタに印加される周期的低電圧信号は、上記第１及び第３のキャパシタに印加される周期的低電圧信号に対して反転されている請求項１に記載の計器。
- 上記第１のキャパシタと直列に結合されている第２及び第３のインバータを更に含んでいる請求項１に記載の計器。
- 第５のダイオードの陰極と第６のダイオードの陽極とに結合されている第５のキャパシタを更に含み、上記第４のキャパシタ及び上記第４のダイオードの陰極は第５のダイオードの陽極に結合され、
第６のダイオードの陰極に結合されている第６のキャパシタを更に含み、上記第５のキャパシタ及び上記第５のダイオードの陰極は上記第６のダイオードの陽極に結合され、
第７のダイオードの陰極に結合されている第７のキャパシタを更に含み、上記第６のキャパシタ及び上記第６のダイオードの陰極は上記第７のダイオードの陽極に結合され、
第８のダイオードの陰極と上記出力ダイオードの陽極とに結合されている第８のキャパシタを更に含み、上記第７のキャパシタ及び上記第７のダイオードの陰極は上記第８のダイオードの陽極に結合され、
第４のインバータが上記第６及び第８のキャパシタと直列に結合され、
上記第１、第３、第５、及び第７のキャパシタに印加される周期的低電圧信号は、上記第２、第４、第６、及び第８のキャパシタに印加される周期的低電圧信号に対して反転されている請求項２に記載の計器。 - 上記第１及び第３のキャパシタと直列に結合されている上記第２及び第３のインバータと、上記第５及び第７のキャパシタと直列に結合されている第５及び第６のインバータとを更に含んでいる請求項４に記載の計器。
- 上記電圧増倍器の上記第１のダイオードの陽極と上記出力ダイオードの陰極との間の上記高電圧出力にまたがって並列に結合されている濾波用キャパシタと電圧レギュレータ回路とを更に含んでいる請求項１に記載の計器。
- 上記周期的低電圧信号を発生する発振器出力を有する発振器回路を更に含み、上記周期的低電圧信号は約 16 ｋＨｚの周波数と、約 30 ％乃至約 50 ％のデューティサイクルとを有している請求項１に記載の計器。
- 上記発振器出力からの上記周期的低電圧信号は、直流電圧によって正にバイアスされている請求項７に記載の計器。
- 上記第１及び第２の電極は少なくとも部分的に同心電極であり、上記第１及び第２の電極に印加される上記抵抗測定用電圧は、液体塗料組成の抵抗及び静電被膜される物品の表面抵抗を測定するために使用可能である請求項１に記載の計器。
- 分圧回路網を通して上記第１及び第２の電極に結合されている差動入力を有するＡ／Ｄ変換器を更に含み、上記Ａ／Ｄ変換器は、上記周期的低電圧信号を供給する発振器出力を含み、上記Ａ／Ｄ変換器の発振器出力と上記第１及び第２のキャパシタとの間に直列に結合されている双方向アナログスイッチを更に含んでいる請求項１に記載の計器。
- 上記Ａ／Ｄ変換器に結合され、該変換器によって駆動されるディスプレイデバイスを更に含み、それによって上記ディスプレイデバイスは上記Ａ／Ｄ変換器の差動入力への入力信号に基づいて抵抗測定結果を表示するようになっている請求項１０に記載の計器。
- 上記第１及び第２の電極と上記Ａ／Ｄ変換器の差動入力との間において切り換え可能であり、上記第１及び第２の電極に印加された電圧を測定する電圧測定回路を更に含んでいる請求項１０に記載の計器。
- 上記第１及び第２の電極と上記Ａ／Ｄ変換器の差動入力との間において切り換え可能であり、上記第１及び第２の電極に印加された電流を測定する電流測定回路を更に含んでいる請求項１０に記載の計器。
- 上記第１及び第２の電極を複数の抵抗測定範囲切り換え用抵抗の対応する１つに結合する多位置スイッチを更に含んでいる請求項１に記載の計器。
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