JP4607753B2 - 電圧測定装置および電力測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、その静電容量を高速に変化し得る可変容量回路を備えて測定対象体の電圧を非接触で測定し得る電圧測定装置、およびこの電圧測定装置を用いた電力測定装置に関するものである。

この種の電圧測定装置として、特開平４−３０５１７１号公報および特開平７−２４４１０３号公報において開示された種々の電圧測定装置が知られている。

これらの電圧測定装置のうちの特開平４−３０５１７１号公報の従来の技術において、測定対象体（帯電体）の両表面の電荷密度を測定するために使用される電圧測定装置（距離補償型電位計）は、検出電極および振動体を内蔵したプローブユニット、発振器、プリアンプ、増幅器、同期検波器、積分器、高電圧発生器、およびインピーダンス整合回路を備えて構成されている。この電圧測定装置では、検出電極を振動体で振動させながら測定対象体に対向させる。この際に、検出電極と測定対象体との間に形成される静電容量が変化して、測定対象体と検出電極との間の電界強度も変化するため、検出電極には、測定対象体と検出電極との間の電界強度に応じた交流電圧が発生する。高電圧発生器は、この交流電圧に応じた直流電圧を発生して、プローブユニットの電圧にフィードバックする。この場合、測定対象体と検出電極との間の電界強度は、プローブユニットの電圧と帯電体の電圧とが一致したときにゼロになる。したがって、測定対象体と検出電極との間の電界強度がゼロになったとき、つまり、検出電極に発生する交流電圧がゼロボルトになったときに、高電圧発生器がプローブユニットにフィードバックしている直流電圧を検出することにより、測定対象体の電圧が測定される。

他方、特開平７−２４４１０３号公報の従来の技術において、開示されている電圧測定装置（距離補償型表面電位計）では、測定対象体（試料）の面から発する電気力線のうちの入力孔を通って検出電極（固定電極）に達する電気力線により、検出電極の面には、測定対象体の電位に比例し、かつ検出電極と測定対象体との間の静電容量に比例した電荷が発生する。また、導体セクターが、機械的に作動することにより、入力孔を通って検出電極に達する電気力線に対して遮蔽と開放とを繰り返す。これにより、検出電極の電荷は、発生、消滅を繰り返し、その変化率に比例した電流が負荷抵抗を流れて、この負荷抵抗に交流電圧が発生する。この特開平７−２４４１０３号公報に開示されている電圧測定装置は、この交流電圧を発生させる構成については上記の特開平４−３０５１７１号公報の電圧測定装置と相違するが、この構成以外については特開平４−３０５１７１号公報の電圧測定装置と基本的に同様に構成されており、負荷抵抗に発生する交流電圧に基づいてプローブケース（プローブユニットのケースと等価）と測定対象体との間の電位差を縮めることにより、特開平４−３０５１７１号公報の電圧測定装置と同様にして測定対象体の電位が測定されている。
特開平４−３０５１７１号公報（第２頁、第６図） 特開平７−２４４１０３号公報（第２頁、第９図）

ところが、上記の各電圧測定装置には、以下のような問題点がある。すなわち、特開平４−３０５１７１号公報の電圧測定装置では、検出電極を振動体で作動振動させている。また、特開平７−２４４１０３号公報の電圧測定装置では、導体セクターを機械的に作動させている。したがって、両電圧測定装置には、機械的に可動する構成を有していることに起因して、動作周波数の高速化が困難であると共に、信頼性の向上が困難であるという問題点が存在している。

本発明は、上記の問題を解決すべくなされたものであり、動作周波数が高く、かつ信頼性も高い可変容量回路を備えた電圧測定装置および電力測定装置を提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の電圧測定装置は、測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、前記測定対象体に対向可能な検出電極と、第１の構成単位、第２の構成単位、第３の構成単位および第４の構成単位がこの順に環状に接続された容量変化機能体を含んで構成され、前記第１の構成単位と前記第４の構成単位との組、および前記第２の構成単位と前記第３の構成単位との組のうちの一方の組の前記各構成単位が可変容量要素をそれぞれ含むと共に他方の組の前記各構成単位がコンデンサ、コイル、抵抗および共振体のうちの少なくとも１つをそれぞれ含むと共に、前記第１の構成単位および前記第３の構成単位の各インピーダンスの積と、前記第２の構成単位および前記第４の構成単位の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に規定されている可変容量回路と、前記第１の構成単位および前記第２の構成単位の接続点と、前記第３の構成単位および前記第４の構成単位の接続点との間に、交流成分を含む直流電圧を印加して前記容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路と、参照電位を生成する電圧生成回路と、前記参照電位を前記測定対象体の前記電圧として測定する電圧計と、制御部とを備え、前記可変容量回路は、前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点が前記検出電極側に位置すると共に前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に配設され、前記制御部は、前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに、前記可変容量回路を介して前記検出電極と前記参照電位との間に流れる電流が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる。

また、請求項２記載の電圧測定装置は、測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、前記測定対象体に対向可能な検出電極と、第１の構成単位、第２の構成単位、第３の構成単位および第４の構成単位がこの順に環状に接続された容量変化機能体を含んで構成され、前記第１の構成単位と前記第２の構成単位の組、および前記第３の構成単位と前記第４の構成単位との組のうちの一方の組の前記各構成単位が可変容量要素をそれぞれ含むと共に他方の組の前記各構成単位がコンデンサおよび共振体のうちの少なくとも１つをそれぞれ含むと共に、前記第１の構成単位および前記第３の構成単位の各インピーダンスの積と、前記第２の構成単位および前記第４の構成単位の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に規定されている可変容量回路と、前記第１の構成単位および前記第２の構成単位の接続点と、前記第３の構成単位および前記第４の構成単位の接続点との間に、交流成分を含む直流電圧を印加して前記容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路と、参照電位を生成する電圧生成回路と、前記参照電位を前記測定対象体の前記電圧として測定する電圧計と、制御部とを備え、前記可変容量回路は、前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点が前記検出電極側に位置すると共に前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に配設され、前記制御部は、前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに、前記可変容量回路を介して前記検出電極と前記参照電位との間に流れる電流が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる。

また、請求項３記載の電圧測定装置は、請求項１または２記載の電圧測定装置において、前記検出電極と前記参照電位との間に前記可変容量回路と直列に配設されたインピーダンス素子を備え、前記制御部は、前記インピーダンス素子に前記電流が流れたときに当該インピーダンス素子に発生する電圧が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる。

また、請求項４記載の電圧測定装置は、請求項１または２記載の電圧測定装置において、前記検出電極と前記参照電位との間に前記可変容量回路と直列に配設された共振回路を備え、前記制御部は、前記共振回路に前記電流が流れたときに当該共振回路に発生する電圧が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる。

また、請求項５記載の電圧測定装置は、請求項１または２記載の電圧測定装置において、前記制御部は、前記検出電極と前記参照電位との間に流れる前記電流の値に応じて電圧値が変化する検出信号を入力してディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を備え、当該ディジタルデータに基づいて前記検出信号の電圧値が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる。

また、請求項６記載の電圧測定装置は、測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、前記測定対象体に対向可能な検出電極と、第１の構成単位、第２の構成単位、第３の構成単位および第４の構成単位がこの順に環状に接続された容量変化機能体を含んで構成され、前記第１の構成単位と前記第４の構成単位との組、および前記第２の構成単位と前記第３の構成単位との組のうちの一方の組の前記各構成単位が可変容量要素をそれぞれ含むと共に他方の組の前記各構成単位がコンデンサ、コイル、抵抗および共振体のうちの少なくとも１つをそれぞれ含むと共に、前記第１の構成単位および前記第３の構成単位の各インピーダンスの積と、前記第２の構成単位および前記第４の構成単位の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に規定されている可変容量回路と、前記第１の構成単位および前記第２の構成単位の接続点と、前記第３の構成単位および前記第４の構成単位の接続点との間に、交流成分を含む直流電圧を印加して前記容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路と、参照電位を生成する電圧生成回路と、前記参照電位を前記測定対象体の前記電圧として測定する電圧計と、制御部とを備え、前記可変容量回路は、前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点が前記検出電極側に位置すると共に前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に配設され、前記制御部は、前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに、前記可変容量回路における前記検出電極側の端部と前記参照電位側の端部との間に発生する電圧が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる。

また、請求項７記載の電圧測定装置は、測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、前記測定対象体に対向可能な検出電極と、第１の構成単位、第２の構成単位、第３の構成単位および第４の構成単位がこの順に環状に接続された容量変化機能体を含んで構成され、前記第１の構成単位と前記第２の構成単位の組、および前記第３の構成単位と前記第４の構成単位との組のうちの一方の組の前記各構成単位が可変容量要素をそれぞれ含むと共に他方の組の前記各構成単位がコンデンサおよび共振体のうちの少なくとも１つをそれぞれ含むと共に、前記第１の構成単位および前記第３の構成単位の各インピーダンスの積と、前記第２の構成単位および前記第４の構成単位の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に規定されている可変容量回路と、前記第１の構成単位および前記第２の構成単位の接続点と、前記第３の構成単位および前記第４の構成単位の接続点との間に、交流成分を含む直流電圧を印加して前記容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路と、参照電位を生成する電圧生成回路と、前記参照電位を前記測定対象体の前記電圧として測定する電圧計と、制御部とを備え、前記可変容量回路は、前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点が前記検出電極側に位置すると共に前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に配設され、前記制御部は、前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに、前記可変容量回路における前記検出電極側の端部と前記参照電位側の端部との間に発生する電圧が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる。

また、請求項８記載の電圧測定装置は、請求項６または７記載の電圧測定装置において、前記制御部は、前記検出電極側の端部と前記参照電位側の端部との間に発生する前記電圧の値に応じて電圧値が変化する検出信号を入力してディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を備え、当該ディジタルデータに基づいて前記検出信号の電圧値が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる。

また、請求項９記載の電力測定装置は、測定対象体に流れている電流を測定する電流測定装置と、前記測定対象体の電圧を測定する請求項１から８のいずれかに記載の電圧測定装置とを備え、前記電流測定装置によって測定された前記電流と前記電圧測定装置によって測定された前記電圧とに基づいて電力を測定する。

請求項１，２，６または７に記載の電圧測定装置によれば、第１の構成単位と第４の構成単位との組、および第２の構成単位と第３の構成単位との組のうちの一方の組の各構成単位を可変容量要素を含めて構成し、かつ他方の組の各構成単位をコンデンサ、コイル、抵抗および共振体のうちの少なくとも１つを含めて構成するか、または第１の構成単位と第２の構成単位の組、および第３の構成単位と第４の構成単位との組のうちの一方の組の各構成単位を可変容量要素を含めて構成し、かつ他方の組の各構成単位をコンデンサおよび共振体のうちの少なくとも１つを含めて可変容量回路を構成することにより、機械的に可動する構成を含む可変容量回路を使用する構成と比較して、数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚといった高い周波数での容量変化動作が可能（動作周波数の高速化が可能）で、しかも信頼性の高い電圧測定装置を実現することができる。また、第１の構成単位および第３の構成単位の各インピーダンスの積と、第２の構成単位および第４の構成単位の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一となるように構成されてブリッジ回路としての平衡条件を満足するため、第１の構成単位と第２の構成単位との接続点と、第３の構成単位と第４の構成単位との接続点との間に駆動用の交流成分を含む直流電圧を印加した際に、第１の構成単位と第４の構成単位との接続点と、第２の構成単位と第３の構成単位との接続点との間にこの交流成分の電圧成分を発生させないようにすることができる。このため、静電容量変化時において可変容量回路に発生する交流電流または可変容量回路の両端間電圧への駆動用の直流電圧に含まれている交流成分の影響を排除することができる。

特に、第１の構成単位と第４の構成単位との組、および第２の構成単位と第３の構成単位との組のうちの一方の組または他方の組の各構成単位を共振体、具体的には交流成分と同一の周波数のときにインピーダンスが最小となり、かつそれ以外の周波数のときに十分に高いインピーダンスとなる共振体を含めて構成したときには、容量変化機能体（具体的には容量変化機能体を構成する各可変容量要素）を変調する周波数（交流成分の周波数）において共振体のインピーダンスが低くなる結果、容量変化機能体に十分な交流電流を流すことができるため、例えば容量変化機能体に流れる交流電流を利用した電圧検出の精度を十分に高めることができる。また、第１の構成単位と第２の構成単位との組、および第３の構成単位と第４の構成単位との組のうちの一方の組または他方の組の各構成単位を上記した共振体を含めて構成したときには、可変容量要素を変調する周波数（交流成分の周波数）において共振体のインピーダンスが低くなる結果、交流成分を含む直流電圧が両端に印加される第１の構成単位と第４の構成単位との組、および第２の構成単位と第３の構成単位との組において、各組にそれぞれ含まれている可変容量要素に対して十分な交流成分を印加することができて各可変容量要素の容量を十分に変調できる。したがって、容量変化機能体に流れる交流電流の変化率を大きくできるため、容量変化機能体に流れる交流電流を利用した電圧検出の精度を十分に高めることができる。

また、第１の構成単位および第２の構成単位の接続点と、第３の構成単位および第４の構成単位の接続点との間に、交流成分を含む直流電圧を印加して容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路を含んで構成したことにより、第１の構成単位および第４の構成単位の接続点と、第２の構成単位および第３の構成単位の接続点とを、可変容量回路における他の回路との一対の接続点として使用することができる。このため、上記したブリッジ回路としての平衡条件を満足することと相俟って、静電容量変化時において可変容量回路に発生する交流電流または可変容量回路の両端間電圧への駆動用の直流電圧に含まれている交流成分の影響を排除することができる。

また、参照電位を生成する電圧生成回路と、制御部とを備え、可変容量回路（具体的には容量変化機能体）が静電容量を変化させているときに、制御部が電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させることにより、変化させた参照電位の電圧が測定対象体の電圧に一致したときに、可変容量回路を介して検出電極と参照電位との間に流れる電流、または可変容量回路における検出電極側の端部と参照電位側の端部との間に発生する電圧がほぼゼロになることを利用して、測定対象体の電圧を高い精度で測定することができる。

また、可変容量回路における静電容量の変化時において、可変容量回路を介して検出電極と参照電位との間に流れる電流、または可変容量回路における検出電極側の端部と参照電位側の端部との間に発生する電圧が減少するように制御部が電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させることにより、短時間で、しかも確実に参照電位の電圧を測定対象体の電圧に一致させることができるため、高い測定精度を維持しつつ、短時間で、しかも確実に測定対象体の電圧を測定することができる。

また、請求項３記載の電圧測定装置によれば、検出電極と参照電位との間に可変容量回路と直列にインピーダンス素子を配設すると共に、インピーダンス素子に電流が流れたときにこのインピーダンス素子に発生する電圧が減少するように制御部が電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させることにより、インピーダンス素子のインピーダンス値を変えることで電流が流れたときにインピーダンス素子に発生する電圧の値を任意に変更することができる。このため、低電圧から高電圧までの広い電圧範囲に亘って測定対象体の電圧を正確に測定することができる。

また、請求項４記載の電圧測定装置では、検出電極と参照電位との間に可変容量回路と直列に共振回路を配設すると共に、共振回路に電流が流れたときにこの共振回路に発生する電圧が減少するように制御部が電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させている。したがって、この構成によれば、共振回路の共振時におけるインピーダンス値を変えることで電流が流れたときに共振回路に発生する電圧の値を任意に変更することができるため、低電圧から高電圧までの広い電圧範囲に亘って測定対象体の電圧を測定することができる。しかも、共振回路の共振周波数で可変容量回路の静電容量を変化させることで、共振回路に流れる電流をより大きな電圧として検出することができる。この結果、耐ノイズ性能を高めることができるため、誤動作の少ない状態で測定対象体の電圧を測定することができる。

また、請求項５または８記載の電圧測定装置によれば、可変容量回路に流れる電流の値または可変容量回路に発生する電圧の値に応じて電圧値が変化する検出信号を入力してディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を備え、制御部が、このディジタルデータに基づいて、検出信号の電圧値が減少するように電圧生成回路に対して参照電位の電圧を変化させることにより、ＣＰＵやＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いたディジタル回路で制御部を簡易に構成することができる。

また、請求項９記載の電力測定装置は、測定対象体に流れている電流を測定する電流測定装置と、測定対象体の電圧を測定する上記の電圧測定装置とを備え、電流測定装置によって測定された電流と電圧測定装置によって測定された電圧とに基づいて、例えば測定対象体に供給されている電力を測定する。したがって、この電力測定装置によれば、信頼性の高い電圧測定装置を備えたことで、電力測定装置自体の信頼性を十分に向上させることができる。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る可変容量回路、電圧測定装置および電力測定装置の最良の形態について説明する。

最初に、本発明に係る電圧測定装置１について、図面を参照して説明する。

電圧測定装置１は、図１に示すように、プローブユニット２および本体ユニット３を備え、測定対象体４の電圧Ｖ１を非接触で測定可能に構成されている。

プローブユニット２は、図１に示すように、ケース１１、検出電極１２、可変容量回路１９、電流検出器１５およびプリアンプ１６を備えている。ケース１１は、導電性材料（例えば金属材料）を用いて構成されている。検出電極１２は、例えば、平板状に形成されると共に、その一方の面側がケース１１の外表面に露出し、かつ他方の面側がケース１１の内部に露出するようにしてケース１１に固定されている。一例として、検出電極１２は、ケース１１に設けられている孔（図示せず）に、この孔を閉塞し、かつケース１１に対して電気的に絶縁された状態で取り付けられている。また、本例では、一例として、ケース１１は、その表面が樹脂材などで形成された絶縁被膜で覆われている。この場合、検出電極１２は、この絶縁被膜で覆われていてもよいし、絶縁被膜から露出していてもよい。

可変容量回路１９は、図１に示すように、１つの容量変化機能体１３および１つの駆動回路１４を備えている。容量変化機能体１３は、第１の構成単位３１、第２の構成単位３２、第３の構成単位３３および第４の構成単位３４がこの順に環状に接続されて、いわゆるブリッジ回路（本発明における環状回路）に構成されている。この場合、容量変化機能体１３は、第１の構成単位３１と第４の構成単位３４との組、および第２の構成単位３２と第３の構成単位３３との組のうちの一方の組の各構成単位が互いに接合されたＰ型半導体およびＮ型半導体を有して構成された可変容量要素をそれぞれ含むと共に他方の組の各構成単位がコンデンサ、コイル、抵抗および共振体のうちの少なくとも１つをそれぞれ含み、かつ第１の構成単位３１および第３の構成単位３３の各インピーダンスの積と、第２の構成単位３２および第４の構成単位３４の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に規定されている。

具体的には、図２に示すように、第１の構成単位３１と第４の構成単位３４との組の各構成単位３１，３４が、可変容量要素として１つのダイオード（一例として可変容量ダイオード。バリキャップやバラクタダイオードともいう）４１，４４を備えて構成されている。また、各ダイオード４１，４４は、環状回路内において所定の向き（同一方向。図２中の矢印Ｅで示される向き）で配設されている。他方、第２の構成単位３２と第３の構成単位３３との組の各構成単位３２，３３は、一例として１つのコンデンサ６２，６３を備えて構成されている。また、各ダイオード４１，４４には同一またはほぼ同一の特性の可変容量ダイオードが使用され、かつ各コンデンサ６２，６３にも同一またはほぼ同一の特性のコンデンサが使用されて、第１の構成単位３１および第３の構成単位３３の各インピーダンスの積と、第２の構成単位３２および第４の構成単位３４の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一（一例として数％程度の範囲内で相違する状態）に設定されている。

なお、可変容量ダイオードは、電圧を逆方向に印加したときにダイオードのＰＮ接合における空乏層の厚みが変化することによる静電容量（接合容量）の変化を利用したものであり、この静電容量の変化を大きくしたものをいう。他方、ＰＮ接合で構成される一般的なダイオード（シリコンダイオード）においても、可変容量ダイオードと比べて少ないものの、上記した静電容量（接合容量）の変化は発生する。このため、図２に示すすべての可変容量ダイオード４１，４４を、一般的なダイオード５１，５４に置き換えた構成（図３参照）であっても、容量変化機能体１３を構成することができる。

また、可変容量回路１９は、検出電極１２と参照電位となる部位（本例ではケース１１）との間に、容量変化機能体１３における第１の構成単位３１および第４の構成単位３４の接続点Ａが検出電極１２側に位置すると共に第２の構成単位３２および第３の構成単位３３の接続点Ｃがケース１１側に位置するように配設されている。具体的には、可変容量回路１９は、図１に示すように、容量変化機能体１３の接続点Ａが検出電極１２に接続されると共に、容量変化機能体１３の接続点Ｃが電流検出器１５を介してケース１１に接続されている。また、第１の構成単位３１および第２の構成単位３２の接続点Ｂと、第３の構成単位３３および第４の構成単位３４の接続点Ｄとが駆動回路１４に接続されている。また、可変容量回路１９は、ケース１１の外部に露出しない状態で、ケース１１内部に配設されている。

駆動回路１４は、例えば、トランスおよびフォトカプラなどの絶縁用電子部品を用いて構成されて、本体ユニット３から入力した駆動信号Ｓ１を、この駆動信号Ｓ１と電気的に絶縁されると共に駆動信号Ｓ１と同一の周波数ｆ１の交流成分を含む駆動信号Ｓ２（本発明における直流電圧）に変換して容量変化機能体１３に出力（印加）する。具体的には、本例では、駆動回路１４は、図１に示すように、トランス１４ａおよび直流電源１４ｂを備えて構成されている。トランス１４ａおよび直流電源１４ｂは、トランス１４ａの二次巻線１４ｃの一端（同図中の上端）に直流電源１４ｂの負極が接続されて直列回路に構成されて、二次巻線１４ｃの他端（同図中の下端）が容量変化機能体１３の接続点Ｂに接続され、かつ直流電源１４ｂの正極が接続点Ｄに接続されている。このように構成された駆動回路１４は、入力した駆動信号Ｓ１をトランス１４ａで駆動信号Ｓ１と電気的に絶縁された交流成分（交流信号）に低歪みで変換すると共に、この交流成分を直流電源１４ｂの直流電圧に重畳させることにより、直流電圧としての駆動信号Ｓ２を生成して、容量変化機能体１３の接続点Ｂ，Ｄ間に印加する。なお、上記の駆動回路１４に代えて、単独で（本体ユニット３から駆動信号Ｓ１を入力せずに）駆動信号Ｓ２を出力するフローティング信号源（図示せず）をプローブユニット２内に配設することもできる。

電流検出器１５は、一例として抵抗で構成されて、可変容量回路１９（具体的には可変容量回路１９の容量変化機能体１３）とケース１１との間に接続されている。これにより、電流検出器１５は、容量変化機能体１３と直列に接続された状態で検出電極１２とケース１１との間に配設されて、容量変化機能体１３に流れている電流ｉ（物理量）を検出すると共に、この電流ｉの電流値に比例した値で、かつ電流ｉの向きに対応した極性の電圧Ｖ２をその両端間に発生させる。プリアンプ１６は、不図示の直流遮断用の一対のコンデンサ、不図示の増幅回路（演算増幅器など）、および不図示の絶縁用電子部品（トランスおよびフォトカプラなど）を備えて構成されている。また、プリアンプ１６は、コンデンサを介して入力した電圧Ｖ２を増幅回路で増幅すると共に、増幅した電圧を絶縁用電子部品によって増幅回路に対して電気的に絶縁された検出信号Ｓ３に変換して出力する。この場合、電圧Ｖ２は電流ｉの値に比例して変化するため、この電圧Ｖ２を増幅して生成された検出信号Ｓ３も電流ｉの値に比例して変化する。また、上記した電流検出器１５およびプリアンプ１６は、可変容量回路１９と共にケース１１内部に配設されている。

本体ユニット３は、図１に示すように、発振回路２１、増幅回路２２、同期検波回路２３、積分器２４、電圧生成回路２５および電圧計２６を備えて構成されている。発振回路２１は、一定の周期Ｔ１（一定の周波数）の駆動信号Ｓ１を生成してプローブユニット２および同期検波回路２３に出力する。この場合、本例では、発振回路２１は、駆動信号Ｓ１として正弦波信号を生成する。増幅回路２２は、プローブユニット２から入力した検出信号Ｓ３を予め設定された電圧レベルまで増幅して、検出信号Ｓ４として出力する。本例では、容量変化機能体１３の静電容量Ｃ１についての容量変調周波数は、後述するように駆動信号Ｓ２に含まれている交流成分の周波数と同一になる。このため、この静電容量Ｃ１の変化によって生じる電流ｉの周波数は駆動信号Ｓ１の周波数と同一となり、プリアンプ１６で生成される検出信号Ｓ３の周波数も駆動信号Ｓ１の周波数と同一となる。したがって、本例では、同期検波回路２３は、検出信号Ｓ４を駆動信号Ｓ１で同期検波することにより、パルス信号Ｓ５を生成するように構成されている。この場合、パルス信号Ｓ５は、その振幅が容量変化機能体１３を流れる電流ｉの値に比例して変化し、かつその極性が容量変化機能体１３を流れる電流ｉの向きに応じて変化する。積分器２４は、パルス信号Ｓ５を連続的に積分することで直流電圧Ｖ３を生成して、電圧生成回路２５に出力する。本例では、一例として、積分器２４は、積分動作を開始した後に、最初のパルス信号Ｓ５が入力されるまでの間、ゼロボルトの直流電圧Ｖ３を出力するように設定されている。これらの増幅回路２２、同期検波回路２３および積分器２４は、制御部ＣＮＴを構成して、電圧生成回路２５を制御する。電圧生成回路２５は、制御部ＣＮＴの制御下で、フィードバック電圧Ｖ４を生成してプローブユニット２のケース１１に印加する。具体的には、電圧生成回路２５は、入力した直流電圧Ｖ３を増幅することにより、フィードバック電圧Ｖ４を生成する。これにより、参照電位であるケース１１の電圧は、フィードバック電圧Ｖ４と等しく維持される。電圧計２６は、フィードバック電圧Ｖ４を測定して、その電圧値を表示する。

次いで、電圧測定装置１を使用した測定対象体４の電圧Ｖ１の測定方法と共に、電圧測定装置１の測定動作について説明する。なお、発明の理解を容易にするため、一例として、電圧Ｖ１が正の定電圧であるとして説明するが、電圧Ｖ１が負の定電圧であるときにも、対応する信号や電圧の極性が逆になる以外は、正の定電圧のときと同様にして測定される。また、電圧Ｖ１が交流のときにも、原理的には正の定電圧や負の定電圧のときと同様にして測定される。

まず、電圧Ｖ１の測定に際して、検出電極１２が非接触な状態で測定対象体４に対向するように、プローブユニット２を測定対象体４の近傍に配設する。これにより、図１に示すように、検出電極１２と測定対象体４との間に静電容量Ｃ０が形成された状態となる。この場合、静電容量Ｃ０の容量値は、検出電極１２と測定対象体４の距離に反比例して変化するが、プローブユニット２を一旦配設した後は、一定の（変動しない）値となる。

次いで、電圧測定装置１の起動状態において、本体ユニット３では、発振回路２１が駆動信号Ｓ１の生成を開始して、駆動信号Ｓ１をプローブユニット２および同期検波回路２３に出力する。プローブユニット２では、駆動回路１４が、入力した駆動信号Ｓ１を、直流電源１４ｂの直流電圧にこの駆動信号Ｓ１と同じ周波数ｆ１の交流成分が重畳された駆動信号Ｓ２に変換して容量変化機能体１３の各接続点Ｂ，Ｄ間に、接続点Ｂに対して接続点Ｄが常時正電位（高電位）となるように印加（出力）する。

容量変化機能体１３では、各接続点Ｂ，Ｄ間に印加された駆動信号Ｓ２が、分圧されて第１の構成単位３１、第２の構成単位３２、第３の構成単位３３および第４の構成単位３４にそれぞれ印加される。この場合、各構成単位３１，３４を構成する各ダイオード４１，４４は、逆電圧が常時印加されて（逆バイアスされて）コンデンサとして機能している。また、印加されている電圧の電圧値が駆動信号Ｓ２の交流成分の周期（駆動信号Ｓ１と同じ周期Ｔ１）で連続的に変化しているため、コンデンサとして機能する各ダイオード４１，４４は、それぞれの静電容量を駆動信号Ｓ２の交流成分の周期Ｔ１で、かつ駆動信号Ｓ２の交流成分に同期して連続的に変化させている。したがって、容量変化機能体１３は、駆動信号Ｓ２の交流成分の周期Ｔ１で、かつ駆動信号Ｓ２の交流成分に同期してその静電容量Ｃ１（接続点Ａ，Ｂ間の静電容量）を連続的に変化させている。また、このように容量変化機能体１３では、各構成単位３１，３４を構成する各ダイオード４１，４４が逆バイアスされて常時コンデンサとして機能しているため、すべての各構成単位３１〜３４が交流電流の通過を許容し、かつ直流電流の通過を阻止するように機能している。このため、プローブユニット２では、容量変化機能体１３を介して検出電極１２とケース１１とが直流的に短絡されないように（この容量変化機能体１３に直流電流が流れないように）維持されている。

また、容量変化機能体１３では、上記したように、第１の構成単位３１および第３の構成単位３３の各インピーダンスの積と、第２の構成単位３２および第４の構成単位３４の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に設定されている。したがって、ブリッジ回路でもある容量変化機能体１３は、ブリッジ回路としての平衡条件を満足しているため、駆動信号Ｓ２の交流成分についての電圧成分（駆動信号Ｓ１と同じ周波数ｆ１の電圧信号）が各接続点Ａ，Ｃ間にほとんど発生しない状態で、その静電容量Ｃ１を周期Ｔ１で変化させている。なお、フィードバック電圧Ｖ４が電圧Ｖ１と一致するまでの間、つまりフィードバック電圧Ｖ４と電圧Ｖ１との間に電位差が生じている間は、容量変化機能体１３の各接続点Ａ，Ｃ間には、測定対象体４とケース１１との間の電位差（Ｖ１−Ｖ４）を静電容量Ｃ０と静電容量Ｃ１とで分割した電圧が発生している。

また、積分器２４は、電圧測定装置１の動作開始直後において、ゼロボルトの直流電圧Ｖ３を出力するため、電圧生成回路２５は、所定電圧のフィードバック電圧Ｖ４（一例として、電圧Ｖ１よりも低電圧であって、ほぼゼロボルトとする）を生成してプローブユニット２のケース１１に印加する。このため、測定対象体４とケース１１との間には電位差（Ｖ１−Ｖ４）が生じた状態になっている。したがって、上記したように、静電容量Ｃ１の周期Ｔ１での周期的な変化に基づいて測定対象体４とケース１１との間の静電容量Ｃ２が周期Ｔ１で周期的に変化することにより、容量変化機能体１３には、電流値を周期Ｔ１で変化させつつ電流ｉが流れる。この場合、電流ｉは、電位差（Ｖ１−Ｖ４）が大きいときにはその電流値が大きくなり、電位差（Ｖ１−Ｖ４）が小さいときにはその電流値が小さくなる。また、電流ｉは、電位差（Ｖ１−Ｖ４）の極性が正のときには検出電極１２から電流検出器１５に向かって流れ、電位差（Ｖ１−Ｖ４）の極性が負のときには逆向きに流れる。本例では、電圧Ｖ１は正の定電圧であり、フィードバック電圧Ｖ４がゼロボルトからスタートするため、電位差（Ｖ１−Ｖ４）は常にゼロボルト以上の電圧となる。したがって、電流ｉは、本例では、常に検出電極１２から電流検出器１５に向かって、その電流値を周期Ｔ１で変化させつつ流れる。プリアンプ１６は、この電流ｉに起因して電流検出器１５の両端に発生する電圧Ｖ２を増幅することにより、正極性の検出信号Ｓ３を本体ユニット３に出力する。この場合、検出信号Ｓ３の周波数は、電流ｉの周波数ｆ１と同一になる。

本体ユニット３の制御部ＣＮＴでは、増幅回路２２が、検出信号Ｓ３を増幅して検出信号Ｓ４を生成して同期検波回路２３に出力する。次いで、同期検波回路２３は、入力した検出信号Ｓ４を駆動信号Ｓ１で同期検波することにより、パルス信号Ｓ５を生成して、積分器２４に出力する。続いて、積分器２４は、パルス信号Ｓ５を連続的に積分することで直流電圧Ｖ３を生成して、電圧生成回路２５に出力する。この場合、上記したように、本例では、検出信号Ｓ３が常に正極性の信号となり、同様にして検出信号Ｓ４も正極性の信号となるため、パルス信号Ｓ５は、常に正極性のパルス信号となる。この結果、積分器２４、つまり制御部ＣＮＴから出力される直流電圧Ｖ３は徐々にその電圧値が上昇する。したがって、電圧生成回路２５で生成されるフィードバック電圧Ｖ４も、図４に示すように、その電圧値が徐々に上昇する。この結果、電流検出器１５、プリアンプ１６、増幅回路２２、同期検波回路２３、積分器２４および電圧生成回路２５で構成されるフィードバックループ内で、測定対象体４とケース１１との間の電位差（Ｖ１−Ｖ４）が徐々に低下（減少）するように負のフィードバックが行われる。したがって、電流ｉは、電流値が徐々に低下（減少）していく。

その後、フィードバック電圧Ｖ４が電圧Ｖ１に達したときには、電位差（Ｖ１−Ｖ４）がゼロボルトになる。この状態では、測定対象体４とケース１１との間の静電容量Ｃ２が周期的に変化していたとしても、電流ｉが流れない。また、電流ｉが流れないため、電流検出器１５において電圧Ｖ２が発生しない（電圧Ｖ２がゼロボルトになる）結果、プリアンプ１６から検出信号Ｓ３が出力されなくなる。また、検出信号Ｓ３が出力されないため、増幅回路２２からも検出信号Ｓ４が出力されない状態となり、同期検波回路２３からのパルス信号Ｓ５の出力も停止し、この結果、積分器２４から出力される直流電圧Ｖ３の上昇も停止して一定の電圧に維持される。このため、電圧生成回路２５から出力されるフィードバック電圧Ｖ４の上昇が停止して、図４に示すように、フィードバック電圧Ｖ４が一定の電圧に維持される。したがって、電圧計２６で表示されている電圧値（フィードバック電圧Ｖ４）を継続して観察し、その電圧値の上昇が停止して一定になったとき（すなわち、電流ｉがゼロアンペアになったときに）、そのときの電圧計２６で表示されている電圧値（フィードバック電圧Ｖ４）を測定対象体４の電圧Ｖ１として測定する。以上により、測定対象体４の電圧Ｖ１が完了する。

このように、この電圧測定装置１では、４つの構成単位３１〜３４がこの順に環状に接続されると共に、第１の構成単位３１と第４の構成単位３４との組、および第２の構成単位３２と第３の構成単位３３との組のうちの一方の組の各構成単位（本例では構成要素３１，３４）が互いに接合されたＰ型半導体およびＮ型半導体を有して構成された可変容量要素（ダイオード４１，４４）を含み、かつ他方の組の各構成単位（本例では構成要素３２，３３）がコンデンサ６２，６３を含んで構成された容量変化機能体１３を備えて可変容量回路１９が構成されている。したがって、この可変容量回路１９によれば、機械的に可動する構成が存在していないため、数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚといった高い周波数での容量変化動作が可能（動作周波数の高速化が可能）で、かつ信頼性の高い可変容量回路を実現することができると共に、可変容量回路を大幅に小型化することもできる。また、この電圧測定装置１では、可変容量要素としてダイオードを使用し、かつ第１の構成単位３１および第４の構成単位３４に含まれている各ダイオード４１，４４を環状回路内において同一方向の向きとなるように配設して容量変化機能体１３が構成されている。また、駆動回路１４における直流電源１４ｂの正極が容量変化機能体１３の接続点Ｄに接続され、直流電源１４ｂの負極がトランス１４ａの二次巻線１４ｃを介して接続点Ｂに接続されている。このため、各ダイオード４１，４４に対して駆動回路１４から直流電圧を印加することにより、各ダイオード４１，４４を常時逆バイアスした状態にできる。したがって、この容量変化機能体１３を含む可変容量回路１９によれば、各ダイオード４１，４４を確実に可変容量要素として作動させることができる。また、第１の構成単位３１と第４の構成単位３４との接続点Ａから、各構成単位３１〜３４を介して第２の構成単位３２と第３の構成単位３３との接続点Ｂに直流電流が流れるのを阻止することができ、この可変容量回路１９を介しては検出電極１２とケース１１とが直流的に短絡されないようにすることができる。

また、この可変容量回路１９を使用した電圧測定装置１では、測定対象体４に検出電極１２を対向させることによって測定対象体４と検出電極１２との間に一定の（固定の）静電容量Ｃ０を形成した状態とし、この状態において、容量変化機能体１３の静電容量Ｃ１を周期的に変化させ、この容量変化機能体１３の容量変化動作を利用して測定対象体４の電圧Ｖ１を測定している。したがって、この電圧測定装置１によれば、機械的に可動する構成を含む可変容量回路を用いた構成と比較して、装置自体の信頼性を十分に向上させつつ、フィードバック電圧Ｖ４に対して数百ｋＨｚ〜数ＭＨｚといった高い周波数での制御が可能になる結果、短時間で測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができる。さらに、この電圧測定装置１によれば、検出電極１２をケース１１の表面に配設し、可変容量回路１９をケース１１の内部に配設した状態で測定対象体４の電圧Ｖ１を測定できるため、可変容量回路１９を測定対象体４と直接対向させるための孔をケース１１に設ける必要がなくなる。この結果、この孔を介して異物がケース１１内に誤って挿入される事態、およびこの誤挿入に起因したケース１１内の部品の破損を確実に回避することができるため、電圧測定装置１の信頼性を一層向上させることができる。

また、電圧測定装置１では、容量変化機能体１３が静電容量Ｃ１を周期的に変化させているときに、制御部ＣＮＴが電圧生成回路２５に対してフィードバック電圧Ｖ４の電圧を変化させている。したがって、この電圧測定装置１によれば、容量変化機能体１３の周期的な容量変化時において容量変化機能体１３に発生する（流れる）電流ｉを検出しつつ、この電流ｉがゼロアンペアとなったときのこのフィードバック電圧Ｖ４を測定対象体４の電圧Ｖ１として測定することで、測定対象体４の電圧Ｖ１を高い精度で測定することができる。さらに、この電圧測定装置１によれば、制御部ＣＮＴが、検出した電流ｉが減少するように電圧生成回路２５に対してフィードバック電圧Ｖ４の電圧を変化させることにより、フィードバック電圧Ｖ４を測定対象体４の電圧Ｖ１に短時間で、しかも確実に一致させることができる。この結果、高い測定精度を維持しつつ、短時間で、しかも確実に測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができる。特に、この電圧測定装置１によれば、上述したような高い周波数で測定対象体４とケース１１との間の静電容量Ｃ２を変化させることができるため、電流検出器１５〜電圧生成回路２５のフィードバックループの応答速度を高速化できる結果、一層短時間で測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができる。このため、この電圧測定装置１によれば、測定対象体４の電圧Ｖ１が時間的に変動するときや、測定対象体４の電圧Ｖ１が周期的に変化する交流電圧のときにも、その電圧Ｖ１を正確に測定することができる。

また、この可変容量回路１９によれば、上述したように第１の構成単位３１および第３の構成単位３３の各インピーダンスの積と、第２の構成単位３２および第４の構成単位３４の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一となるように容量変化機能体１３を構成したことにより、各構成単位３１〜３４を環状に接続してブリッジ回路（環状回路）として構成した容量変化機能体１３がブリッジ回路としての平衡条件を満足するため、各接続点Ｂ，Ｄ間に駆動信号Ｓ２を印加したときに、駆動信号Ｓ２の交流成分についての電圧成分（駆動信号Ｓ１と同じ周波数ｆ１の電圧信号）が各接続点Ａ，Ｃ間にほとんど発生しない状態で、その静電容量Ｃ１を周期Ｔ１で変化させることができる。したがって、この可変容量回路１９を用いた電圧測定装置１によれば、静電容量変化時において容量変化機能体１３に発生する電流ｉへの駆動信号Ｓ２の影響（駆動信号Ｓ２の交流成分の影響）を排除できる結果、この電流ｉをより正確にプリアンプ１６で検出することができ、これにより、測定対象体４の電圧Ｖ１をより正確に測定することができる。

また、この電圧測定装置１によれば、検出電極１２とケース１１との間に可変容量回路１９（具体的には容量変化機能体１３）と直列にインピーダンス素子で構成された電流検出器１５を配設すると共に、この電流検出器１５に電流ｉが流れたときに発生する電圧Ｖ２が減少するように制御部ＣＮＴが電圧生成回路２５に対してフィードバック電圧Ｖ４（ケース１１の電圧）を変化させる構成を採用したことにより、インピーダンス素子のインピーダンス値を変えることで電流ｉが流れたときに発生する電圧Ｖ２の値を任意に変更することができる。このため、低電圧から高電圧までの広い電圧範囲に亘って測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができる。

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、上記した電圧測定装置１では、Ｉ（比例）制御でフィードバック電圧Ｖ４を制御しているが、さらにフィードバックループ内に積分回路および微分回路（いずれも図示せず）のうちの少なくとも１つを追加することにより、ＰＩ（比例・積分）制御、ＰＤ（比例・微分）制御およびＰＩＤ（比例・積分・微分）制御のいずれかでフィードバック電圧Ｖ４を制御することもできる。このＰＩＤ制御を採用することにより、電圧Ｖ１への追従性を高めることができるため、特に、測定対象体４の電圧Ｖ１が変化するときにおいて、その電圧Ｖ１を精度良く測定することができる。

また、上記した電圧測定装置１では、１つのダイオードで各構成単位３１，３４を構成しているが、第１の構成単位３１および第３の構成単位３３の各インピーダンスの積と、第２の構成単位３２および第４の構成単位３４の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一となる限り、２つ以上のダイオードを順方向（向きを揃えて）で直列や並列に接続して各構成単位３１，３４を構成することもできる。

また、容量変化機能体１３における第２および第３の構成単位３２，３３のコンデンサ６２，６３に代えて、図２に示すように、電気的特性（インダクタンス値）の同じ一対のコイル６２ａ，６３ａを使用してもよいし、電気的特性（抵抗値）の同じ一対の抵抗６２ｂ，６３ｂ、または電気的特性（周波数−インピーダンス特性）の同じ一対の共振体６２ｃ，６３ｃを使用してもよい。この場合、共振体６２ｃ，６３ｃについては、駆動信号Ｓ２の交流成分と同一の周波数のときにインピーダンスが最小となり、かつそれ以外の周波数のときに十分に高いインピーダンスとなる電気的特性の共振体を使用する。具体的には、セラミック共振器、水晶振動子、およびコイルとコンデンサとで構成されたＬＣ共振回路（直列共振回路）などの各種共振体を用いることができる。また、この共振体６２ｃ，６３ｃについては、直流電流の通過を許容する構成でもよい。

コンデンサ６２，６３に代えてコイル６２ａ，６３ａ等を用いて構成された容量変化機能体１３においても、コンデンサ６２，６３を用いて構成された容量変化機能体１３と同様にして、機械的に可動する構成が存在していないため、高い周波数での容量変化動作が可能で、しかも信頼性の高い可変容量回路１９を実現することができる。また、上記した電気的特性の共振体６２ｃ，６３ｃを使用することにより、容量変化機能体１３（具体的には可変容量要素である各ダイオード４１，４４）を変調する周波数（交流成分の周波数）において、各共振体６２ｃ，６３ｃ（つまり共振体６２ｃ，６３ｃで構成された各構成単位３２，３３）のインピーダンスを低くすることができる結果、容量変化機能体１３に十分な交流電流（電流ｉ）を流すことができる。このため、例えば容量変化機能体１３に流れる交流電流（電流ｉ）を利用した測定対象体４についての電圧Ｖ１の電圧検出の精度を十分に高めることができる。

また、図示はしないが、容量変化機能体１３は、第１および第４の構成単位３１，３４がコンデンサ、コイル、抵抗および共振体のいずれか１つをそれぞれ含み、かつ第２および第３の構成単位３２，３３がダイオード（各カソード端子が接続点Ｄ側になる向きで配設されているダイオード）をそれぞれ含む構成（図２に示す容量変化機能体１３に対して、接続点Ｂ，Ｄを含む仮想直線を基準として線対称となる構成）でもよく、この容量変化機能体１３でも、図２に示す容量変化機能体１３と同様の作用効果を奏することができる。

また、図５に示すように、第１および第２の構成単位３１，３２Ａの組、および第３および第４の構成単位３３Ａ，３４Ａの組のうちの一方の組の各構成単位（同図では一例として構成単位３１，３２Ａ）が互いに接合されたＰ型半導体およびＮ型半導体を有して構成された可変容量要素（ダイオード４１，４２）をそれぞれ含むと共に、他方の組の各構成単位（一例として構成単位３３Ａ，３４Ａ）がコンデンサ６３，６４および共振体６３ｄ，６４ａのうちの少なくとも一方をそれぞれ含んで容量変化機能体１３Ａを構成することもできる。なお、容量変化機能体１３と同一の構成については同一の符号を付して、重複する説明を省略する。この容量変化機能体１３Ａでは、第１の構成単位３１に含まれているダイオード４１と、第２の構成単位３２に含まれているダイオード４２とは、環状回路内において互いに逆向き（図５中の矢印Ｅ，Ｆで示される各向き）で配設されている。また、第１および第３の構成単位３１，３３Ａの各インピーダンスの積と、第２および第４の構成単位３３Ａ，３４Ａの各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に規定されている。また、容量変化機能体１３Ａの各ダイオード４１，４２は、駆動回路１４から印加されている直流電圧（駆動信号Ｓ２）により、常時逆バイアスされた状態となる。このため、この容量変化機能体１３Ａを有する可変容量回路１９においても、接続点Ａから各構成単位３１〜３４Ａを介して接続点Ｂに直流電流が流れるのが阻止されており、可変容量回路１９を介して検出電極１２とケース１１とが直流的に短絡されることが回避されている。また、共振体６３ｄ，６４ａについては、駆動信号Ｓ２の交流成分と同一の周波数のときにインピーダンスが最小となり、かつそれ以外の周波数のときに十分に高いインピーダンスとなる電気的特性を備えると共に、交流電流の通過を許容すると共に直流電流の通過を阻止する機能を備えた共振体を使用する。具体的には、セラミック共振器、水晶振動子、およびコイルとコンデンサとで構成されたＬＣ共振回路（直列共振回路）などの各種共振体を用いることができる。

この容量変化機能体１３Ａを使用した構成においても、容量変化機能体１３を使用した構成と同様にして、機械的に可動する構成が存在していないため、高い周波数での容量変化動作が可能で、しかも信頼性の高い可変容量回路１９を実現することができる。加えて、可変容量回路１９を大幅に小型化することもできる。また、上記した電気的特性の共振体６３ｄ，６４ａを使用することにより、容量変化機能体１３Ａ（具体的には可変容量要素である各ダイオード４１，４２）を変調する周波数（交流成分の周波数）において、各共振体６３ｄ，６４ａ（つまり共振体６３ｄ，６４ａで構成された各構成単位３３Ａ，３４Ａ）のインピーダンスを低くすることができる結果、駆動信号Ｓ２が両端に印加される第１の構成単位３１と第４の構成単位３４Ａとの組、および第２の構成単位３２Ａと第３の構成単位３３Ａとの組において、各組にそれぞれ含まれている可変容量要素（ダイオード４１，４２）に対して十分な駆動信号Ｓ２（具体的には駆動信号Ｓ２に含まれている交流成分）を印加することができて各可変容量要素の容量を十分に変調できる。したがって、容量変化機能体１３Ａに流れる交流電流（電流ｉ）の変化率を大きくできるため、容量変化機能体１３Ａに流れる交流電流を利用した測定対象体４についての電圧Ｖ１の電圧検出の精度を十分に高めることができる。

また、図５に示す容量変化機能体１３Ａでは、各構成単位３１，３２Ａをダイオード（可変容量ダイオード）４１，４２で構成しているが、図６に示す容量変化機能体１３Ａのように、ＰＮ接合で構成される一般的なダイオード（シリコンダイオード）５１，５２で構成することもできる。また、この容量変化機能体１３Ａでは、各構成単位３１，３２Ａを構成する一対のダイオード５１，５２は、アノード端子同士が接続点Ｂにおいて接続されることにより、環状回路内において互いに逆向きに直列接続されている。すなわち、各構成単位３１，３２Ａからなる直列回路は、Ｐ型半導体とＮ型半導体とが、Ｎ−Ｐ−Ｐ−Ｎというように配列されて構成されている。このため、図６に示す容量変化機能体１３Ａにおいて各構成単位３１，３２Ａを構成する一対のダイオード５１，５２を１つのＮＰＮ型バイポーラトランジスタＴＲ１で置き換えることもできる。このトランジスタＴＲ１を含む構成の容量変化機能体１３Ｂでは、トランジスタＴＲ１のコレクタ端子およびエミッタ端子の一方が接続点Ａにおいて第４の構成単位３４Ａと接続され、かつコレクタ端子およびエミッタ端子の他方が接続点Ｃにおいて第３の構成単位３３Ａと接続され、ベース端子が接続点Ｂとして機能する。また、トランジスタとして、バイポーラトランジスタを使用する例について説明したが、ＮＰＮ型バイポーラトランジスタに代えて同型のＭＯＳＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）を使用してもよいのは勿論である。このようにトランジスタＴＲ１を使用して隣接する一対の構成単位３１，３２Ａを構成することにより、さらに構造の簡易な容量変化機能体１３Ｂを実現することができる。

また、図７に示すように、第１および第２の構成単位３１Ａ，３２Ｂの組、および第３および第４の構成単位３３Ｂ，３４の組のうちの一方の組の各構成単位（同図では一例として構成単位３３Ｂ，３４）が可変容量要素（ダイオード４３，４４）をそれぞれ含むと共に他方の組の各構成単位（一例として構成単位３１Ａ，３２Ｂ）がコンデンサ６１，６２をそれぞれ含んで容量変化機能体１３Ｃを構成することもできる。また、この容量変化機能体１３Ｃにおいても容量変化機能体１３Ａと同様にして、コンデンサ６１，６２に代えて、またはコンデンサ６１，６２と共に共振体６１ａ，６２ｄを含んで各構成単位３１Ａ，３２Ｂを構成することもできる。この場合、共振体６１ａ，６２ｄとしては、共振体６３ｄ，６４ａと同じ電気的特性の共振体を使用する。これにより、この容量変化機能体１３Ｃにおいても容量変化機能体１３Ａと同様の作用効果を奏することができる。

また、図７に示す容量変化機能体１３Ｃでは、各構成単位３３Ｂ，３４をダイオード（可変容量ダイオード）４３，４４で構成しているが、図８に示す容量変化機能体１３Ｃのように、ＰＮ接合で構成される一般的なダイオード（シリコンダイオード）５３，５４で構成することもできる。また、この容量変化機能体１３Ｃでは、各構成単位３３Ｂ，３４を構成する一対のダイオード５３，５４は、カソード端子同士が接続点Ｄにおいて接続されることにより、環状回路内において互いに逆向きに直列接続されている。すなわち、各構成単位３３Ｂ，３４からなる直列回路は、Ｐ型半導体とＮ型半導体とが、Ｐ−Ｎ−Ｎ−Ｐというように配列されて構成されている。このため、図８に示す容量変化機能体１３Ｃにおいて各構成単位３３Ｂ，３４を構成する一対のダイオード５３，５４を１つのＰＮＰ型バイポーラトランジスタＴＲ２で置き換えることもできる。このトランジスタＴＲ２を含む構成の容量変化機能体１３Ｄでは、トランジスタＴＲ２のコレクタ端子およびエミッタ端子の一方が接続点Ａにおいて第１の構成単位３１Ａと接続され、かつコレクタ端子およびエミッタ端子の他方が接続点Ｃにおいて第２の構成単位３２Ｂと接続され、ベース端子が接続点Ｄとして機能する。また、トランジスタとして、バイポーラトランジスタを使用する例について説明したが、ＰＮＰ型バイポーラトランジスタに代えて同型のＭＯＳＦＥＴ（電界効果型トランジスタ）を使用してもよいのは勿論である。このようにトランジスタＴＲ２を使用して隣接する一対の構成単位３３Ｂ，３４を構成することにより、さらに簡易な構造の容量変化機能体１３Ｄを実現することができる。

以上、各種の容量変化機能体１３〜１３Ｄ（特に区別しないときには、これらをまとめて容量変化機能体１３ともいう）について説明したが、図９に示すように、電流検出器１５を配設せずに、プローブユニット２Ａを構成することもできる。このプローブユニット２Ａでは、プリアンプ１６が、容量変化機能体１３の両端間電圧Ｖ５、つまり容量変化機能体１３における検出電極１２側の端部（接続点Ａ）と容量変化機能体１３におけるケース１１側の端部（接続点Ｃ）との間に発生する電圧を検出して検出信号Ｓ３として出力する。したがって、このプローブユニット２Ａを使用する電圧測定装置１Ａでは、両端間電圧Ｖ５に比例して変化する検出信号Ｓ３に基づいて制御部ＣＮＴが電圧生成回路２５を制御して、測定対象体４の電圧Ｖ１を測定する。この場合、プリアンプ１６における一対の入力端子のうちの一方の入力端子は、同図に示すように、コンデンサ１７を介して容量変化機能体１３における検出電極１２側の端部（接続点Ａ）に接続され、他方の入力端子は、容量変化機能体１３におけるケース１１側の端部（接続点Ｃ）に接続されている。なお、この構成以外の構成については、電圧測定装置１Ａは電圧測定装置１と同一のため、図９では、電圧測定装置１の各構成要素と同一の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、同図では、図１における第１の構成単位３１，３１Ａについては、これらをまとめて第１の構成単位３１として表している。同様にして、第２の構成単位３２，３２Ａ，３２Ｂについてはこれらをまとめて第２の構成単位３２として、また第３の構成単位３３，３３Ａ，３３Ｂについてはこれらをまとめて第３の構成単位３３として、また第４の構成単位３４，３４Ａについてはこれらをまとめて第４の構成単位３４としてそれぞれ表している。この電圧測定装置１Ａにおいても、上記の容量変化機能体１３を含む可変容量回路１９を使用したことにより、電圧測定装置１と同様にして、電流検出器１５〜電圧生成回路２５のフィードバックループの応答速度を高速化できる結果、短時間で測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができると共に、測定対象体４の電圧Ｖ１が時間的に変動するときや、測定対象体４の電圧Ｖ１が周期的に変化する交流電圧のときにも、その電圧Ｖ１を正確に測定することができる。また、電圧測定装置１Ａによれば、信頼性の高い可変容量回路１９を使用したことにより、装置自体の信頼性を一層向上させることができる。

また、電圧測定装置１，１Ａでは、同期検波回路２３を用いて検出信号Ｓ４に含まれている周波数ｆ１を含む所定の帯域の周波数成分を抽出する構成を採用しているが、これに限定されるものではなく、図示はしないが、同期検波方式に代えて、公知の包絡線検波方式を採用することもできる。

また、電圧測定装置１では、容量変化機能体１３とケース１１との間に電流検出器１５を配設しているが、図１０に示す電圧測定装置１Ｂのように、検出電極１２Ａと容量変化機能体１３との間に電流検出器１５を配設することもできる。また、電圧測定装置１では、アナログ信号で作動する増幅回路２２、同期検波回路２３および積分器２４を用いて電圧生成回路２５をアナログ的にフィードバック制御しているが、電圧測定装置１Ｂのように、検出信号Ｓ３をディジタルデータに変換することによって電圧生成回路２５をディジタル的にフィードバック制御することもできる。

以下、この電圧測定装置１Ｂについて、この電圧測定装置１Ｂを用いて構成した電力測定装置７１と共に、図１０参照して説明する。なお、この電圧測定装置１Ｂの構成要素のうち、電圧測定装置１と同一の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。

電力測定装置７１は、直流および交流の電力を測定可能に構成されており、電圧測定用のクランプ式プローブユニット２Ｂ、電流測定用のクランプ式プローブユニット５、および本体ユニット３Ａを備えて構成されている。この場合、電力測定装置７１では、プローブユニット２Ｂと本体ユニット３Ａに含まれている後述の構成要素とで、測定対象体４（一例として電線。以下、「電線４」ともいう）の電圧Ｖ１を測定する電圧測定装置１Ｂが構成されている。また、プローブユニット５と本体ユニット３Ａに含まれている後述の構成要素とで、電線４に流れている電流Ｉ１を測定する電流測定装置８１が構成されている。電力測定装置７１は、電圧測定装置１Ｂによって測定された電圧Ｖ１の電圧値と電流測定装置８１によって測定された電流Ｉ１の電流値とに基づいて、電線４に供給されている電力Ｗ１を測定する。

電圧測定装置１Ｂは、プローブユニット２Ｂと、本体ユニット３Ａ内に配設されている発振回路２１、Ａ／Ｄ変換回路７２、ＣＰＵ７３、Ｄ／Ａ変換回路７４、電圧生成回路２５および電圧計２６Ａとを備えて構成されている。この場合、プローブユニット２Ｂは、ケース１１、検出電極１２Ａ、可変容量回路１９（上記の容量変化機能体１３，１３Ａ〜１３Ｄのいずれか（本例では容量変化機能体１３）を含む可変容量回路）、電流検出器１５、プリアンプ１６および一対のコンデンサ１８ａ，１８ｂを備えている。検出電極１２Ａは、各々が樹脂材などで形成された絶縁被膜ＲＥ１によって全体的に被覆されると共に各々の一端側がケース１１において回動自在に連結され、これによって各々の他端側同士が接離自在に構成された一対の弧状電極Ｐ１，Ｐ２で構成されている。この構成により、検出電極１２Ａは、電線４をクランプすることが可能となっている。また、可変容量回路１９、電流検出器１５、プリアンプ１６および一対のコンデンサ１８ａ，１８ｂは樹脂材などで形成された絶縁被膜ＲＥ２で被覆されたケース１１内に配設されている。また、容量変化機能体１３および電流検出器１５は、互いに直列に接続された状態で、検出電極１２Ａとケース１１との間に配設されている。また、電圧測定装置１Ｂでは、電圧測定装置１とは異なり、電流検出器１５が検出電極１２Ａに接続されて、容量変化機能体１３がケース１１に接続されている。また、電流検出器１５を検出電極１２Ａ側に配設したことによってプリアンプ１６を介して検出電極１２Ａが直流的に参照電位側に接続されるのを回避するため、電圧Ｖ２を検出するプリアンプ１６の各入力端子と電流検出器１５の各端部との間に直流遮断用のコンデンサ１８ａ，１８ｂがそれぞれ配設されている。なお、電圧測定装置１と同様にして、容量変化機能体１３および電流検出器１５の順序でこれらを検出電極１２Ａとケース１１との間に直列に接続することもでき、この構成ではプリアンプ１６の各入力端子と電流検出器１５の各端部との間へのコンデンサ１８ａ，１８ｂの配設が不要となる。

本体ユニット３Ｂ内に配設されたＡ／Ｄ変換回路７２は、ＣＰＵ７３およびＤ／Ａ変換回路７４と共に、本発明における制御部ＣＮＴ１を構成し、アナログ信号としての検出信号Ｓ３をディジタルデータＤ１に変換してＣＰＵ７３に出力する。ＣＰＵ７３は、入力したディジタルデータＤ１から例えば駆動信号Ｓ１の周波数ｆ１を含む所定の周波数帯域の成分についてのデータを抽出する検波処理と、この検波処理によって抽出されたデータを積分する積分処理とを実行する。また、ＣＰＵ７３は、この積分処理によって得られた積分データＤ２をＤ／Ａ変換回路７４に出力する。また、ＣＰＵ７３は、後述するように、電流測定装置８１の一部としても機能して、Ａ／Ｄ変換回路７５から出力されたディジタルデータＤ４に基づいて、測定対象体４に流れている電流Ｉ１の電流値を算出（測定）する電流算出処理も実行する。さらに、ＣＰＵ７３は、算出した電流Ｉ１の電流値と、電圧計２６Ａから出力されたフィードバック電圧Ｖ４の電圧値（ディジタルデータＤ３で示される値）とに基づいて、電線４に供給されている電力Ｗ１を算出（測定）する電力算出処理も実行する。Ｄ／Ａ変換回路７４は、積分データＤ２をアナログ信号としての直流電圧Ｖ３に変換して電圧生成回路２５に出力する。電圧計２６Ａは、フィードバック電圧Ｖ４を測定して、その電圧値を表示すると共に、測定したフィードバック電圧Ｖ４の電圧値をディジタルデータＤ３に変換してＣＰＵ７３に出力する。

電流測定装置８１は、図１０に示すように、プローブユニット５と、本体ユニット３Ｂ内に配設されているＡ／Ｄ変換回路７５、ＣＰＵ７３および表示装置７６とを備えて構成されている。この場合、プローブユニット５は、クランプした電線４に流れる電流Ｉ１の電流値を非接触で検出すると共に、電流値に応じて振幅が変化する検出信号Ｓ６をＡ／Ｄ変換回路７５に出力する。Ａ／Ｄ変換回路７５は、入力した検出信号Ｓ６をディジタルデータＤ４に変換してＣＰＵ７３に出力する。ＣＰＵ７３は、上述した電流算出処理を実行することにより、ディジタルデータＤ４に基づいて電流Ｉ１の電流値を算出して表示装置７６に表示させる。

このように構成された電力測定装置７１では、電圧測定装置１Ｂが、制御部ＣＮＴ１を構成するＡ／Ｄ変換回路７２、ＣＰＵ７３およびＤ／Ａ変換回路７４が検出信号Ｓ３をディジタルデータＤ１に変換すると共にそのディジタルデータＤ１に基づいて電圧生成回路２５をディジタル的にフィードバック制御する以外は、電圧測定装置１の制御部ＣＮＴの各構成要素と同様にして電圧生成回路２５をフィードバック制御して、フィードバック電圧Ｖ４を電圧Ｖ１に一致させる。

他方、電流測定装置８１は、Ａ／Ｄ変換回路７５がプローブユニット５で検出された検出信号Ｓ６をディジタルデータＤ４に変換してＣＰＵ７３に出力し、ＣＰＵ７３がこのディジタルデータＤ４に基づいて電流算出処理を実行することによって電線４に流れている電流Ｉ１の電流値を算出する。

また、ＣＰＵ７３は、電圧計２６Ａから入力したディジタルデータＤ３で示されるフィードバック電圧Ｖ４の電圧値（つまり電圧Ｖ１の電圧値）と、電流算出処理によって算出した電流Ｉ１の電流値とに基づいて電力算出処理を実行することにより、電線４に供給されている電力Ｗ１を算出（測定）して、表示装置７６に表示させる。これにより、電力Ｗ１の測定が完了する。この場合、ＣＰＵ７３は、電力Ｗ１および電流Ｉ１の電流値と共に、電圧Ｖ１の電圧値を表示装置７６に表示させる。なお、これらの電流値や電圧値を表示装置７６に表示させる構成に代えて、ストレージ装置（図示せず）に記憶させたり、データ伝送装置（図示せず）を介して外部に伝送する構成を採用することもできる。

このように、この電圧測定装置１Ｂでは、測定対象体４としての電線４の電圧Ｖ１を測定する際に、容量変化機能体１３に流れている電流ｉを示す検出信号Ｓ３をディジタルデータＤ１に変換し、このディジタルデータＤ１に基づいて電圧生成回路２５をディジタル的にフィードバック制御する。したがって、制御部ＣＮＴ１（Ａ／Ｄ変換回路７２、ＣＰＵ７３およびＤ／Ａ変換回路７４）をＣＰＵやＤＳＰを用いて簡易に構成することができる。また、電圧測定装置１Ｂでは、絶縁被膜ＲＥ１によって全体的に被覆された一対の弧状電極Ｐ１，Ｐ２で検出電極１２Ａが構成され、かつ可変容量回路１９、電流検出器１５、プリアンプ１６および一対のコンデンサ１８ａ，１８ｂが絶縁被膜ＲＥ２で被覆されたケース１１内に配設されている。したがって、検出電極１２Ａ、可変容量回路１９、電流検出器１５、プリアンプ１６および一対のコンデンサ１８ａ，１８ｂが外部に露出していないため、これらの回路および部品と、装置外部の異物との接触を確実に回避することができる。また、機械的に可動する構成を含まない信頼性の高い可変容量回路１９を使用している。したがって、電圧測定装置１Ｂの信頼性を十分に向上させることができると共に、この電圧測定装置１Ｂを用いた電力測定装置７１についても、信頼性を十分に向上させることができる。

また、ディジタル的にフィードバック制御する電圧測定装置１Ｂを用いた電力測定装置７１について説明したが、図１１に示すように、アナログ的にフィードバック制御する電圧測定装置１Ｃを用いて電力測定装置９１を構成することもできる。以下、この電力測定装置９１について説明する。なお、電圧測定装置１と同一の構成要素、および電力測定装置７１と同一の構成要素については同一の符号を付して重複する説明を省略する。

電力測定装置９１は、直流および交流の電力を測定可能に構成されており、図１１に示すように、プローブユニット２Ｂ，５、および本体ユニット３Ｂを備えて構成されている。この場合、電力測定装置９１では、プローブユニット２Ｂと本体ユニット３Ｂに含まれている後述の構成要素とで、測定対象体４（一例として電線４）の電圧Ｖ１を測定する電圧測定装置１Ｃが構成されている。また、プローブユニット５と本体ユニット３Ｂに含まれている後述の構成要素とで、電線４に流れている電流Ｉ１を測定する電流測定装置８１が構成されている。電力測定装置９１は、電圧測定装置１Ｃによって測定された電圧Ｖ１の電圧値と電流測定装置８１によって測定された電流Ｉ１の電流値とに基づいて、電線４に供給されている電力Ｗ１を測定する。

電圧測定装置１Ｃは、プローブユニット２Ｂと、本体ユニット３Ｂ内に配設されている発振回路２１、制御部ＣＮＴ、電圧生成回路２５および電圧計２６Ａとを備えて構成されている。この場合、制御部ＣＮＴは、アナログ信号としての検出信号Ｓ３に基づいて直流電圧Ｖ３を生成して電圧生成回路２５に出力することにより、アナログ的にフィードバック電圧Ｖ４をフィードバック制御して、フィードバック電圧Ｖ４を電圧Ｖ１に一致させる。電流測定装置８１は、プローブユニット５と、本体ユニット３Ａ内に配設されているＡ／Ｄ変換回路７５、ＣＰＵ７３および表示装置７６とを備えて構成されている。この場合、ＣＰＵ７３は、電流算出処理を実行することにより、Ａ／Ｄ変換回路７５から入力したディジタルデータＤ４に基づいて電流Ｉ１の電流値を算出して表示装置７６に表示させる。また、ＣＰＵ７３は、電圧計２６Ａから入力したディジタルデータＤ３に基づいてフィードバック電圧Ｖ４（電圧Ｖ１）の電圧値を表示装置７６に表示させる。さらに、ＣＰＵ７３は、電圧計２６Ａから入力したディジタルデータＤ３で示されるフィードバック電圧Ｖ４の電圧値（つまり電圧Ｖ１の電圧値）と、電流算出処理によって算出した電流Ｉ１の電流値とに基づいて電力算出処理を実行することにより、電線４に供給されている電力Ｗ１を算出（測定）して、表示装置７６に表示させる。

この電力測定装置９１においても、電圧測定装置１Ｂと同様にして電圧測定装置１Ｃの信頼性を十分に向上させることができる結果、この電圧測定装置１Ｃを用いた電力測定装置９１自体の信頼性を十分に向上させることができる。

また、上記した電圧測定装置１，１Ｂ，１Ｃでは、抵抗を用いて電流検出器１５を構成しているが、インピーダンス素子であれば、抵抗に限らず、コンデンサやコイルで構成することもできるし、これらを組み合わせて構成することもできる。このようにインピーダンス素子を用いることにより、インピーダンス素子のインピーダンス値を変えることにより、電流ｉが流れたときに発生する電圧Ｖ２の電圧値を任意に変更することができる。このため、測定対象体４の電圧の高低に応じて電流検出器１５に発生する電圧Ｖ２を適切な値に設定できる結果、低電圧から高電圧までの広い電圧範囲に亘って測定対象体４の電圧を正確に測定することができる。また、インピーダンス素子に代えて、セラミック共振器や水晶振動子などの各種共振体を含む共振回路、およびコイルとコンデンサとで構成されたＬＣ共振回路（直列共振回路または並列共振回路）のいずれかを用いることもできる。これらの共振回路のうちの共振体を含む共振回路およびＬＣ並列共振回路は、特定の周波数（共振周波数）においてインピーダンスが最大になるという特性を有している。このため、一例として図１２に示すように、コイル１５ａとコンデンサ１５ｂとで構成されたＬＣ並列共振回路を用いて電流検出器１５を構成し、この特定の周波数を容量変化機能体１３の容量変調周波数と一致させることにより、容量変調周波数とは異なる周波数のノイズが電流ｉに重畳しているときでも、電流検出器１５の両端に発生する電圧Ｖ２に含まれている電圧成分のうちの電流ｉに起因した電圧成分をこのノイズに起因した電圧成分に対して十分に大きくすることができるため、ノイズを抑制することができる。他方、ＬＣ直列共振回路は、特定の周波数（共振周波数）において全体としてのインピーダンスが最小（ゼロ）になるという特性を有している。この場合、ＬＣ直列共振回路を構成するコンデンサ（コイルも同様）の両端電圧は最大となる。このため、一例として図１３に示すように、コイル１５ａとコンデンサ１５ｂとで構成されたＬＣ直列共振回路を用いて電流検出器１５を構成し、この特定の周波数を容量変調周波数と一致させると共に、コンデンサ１５ｂ（またはコイル１５ａ）の両端電圧を電圧Ｖ２としてプリアンプ１６が検出する構成を採用することにより、容量変調周波数とは異なる周波数のノイズが電流ｉに重畳しているときであっても、上記したＬＣ並列共振回路と同様にして電流検出器１５の両端に発生するこのノイズに起因した電圧の発生を抑制することができる。したがって、これらの共振回路で電流検出器１５を構成することにより、共振回路の共振時におけるインピーダンス値を変えることで電流ｉが流れたときに共振回路に発生する電圧の値を任意に変更することができるため、低電圧から高電圧までの広い電圧範囲に亘って測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができる。しかも、共振回路の共振周波数で容量変化機能体１３の静電容量Ｃ１を変化させることで、共振回路に流れる電流ｉをより大きな電圧として検出することができるため、このノイズに起因した電圧信号の検出信号Ｓ３への混入を低減できる結果、電圧測定装置１，１Ｂ，１Ｃの耐ノイズ性能を高めることができる。したがって、誤動作の少ない状態で測定対象体４の電圧Ｖ１を測定することができる。また、抵抗等のインピーダンス素子や共振回路を用いて電流を電圧に変換して検出する構成に代えて、電流を直接検出する構成を採用することもできる。この構成においては、電磁誘導型の電流検出器（ＣＴ形電流検出器）を用いたり、ホール素子、磁気ブリッジ、フラックスゲートセンサ、ＭＩ（磁気インピーダンス）センサ、ＭＲ（磁気抵抗効果）センサ、ＧＭＲ（巨大磁気抵抗効果）センサおよびＴＭＲ（トンネル磁気抵抗効果）センサなどの磁気センサを用いて構成することができる。

また、電圧測定装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、プリアンプ１６で生成される検出信号Ｓ３を、増幅回路２２またはＡ／Ｄ変換回路７２に直接入力する例について説明したが、フィルタ回路（図示せず）を介して検出信号Ｓ３を増幅回路２２またはＡ／Ｄ変換回路３２に入力することもできる。この場合、容量変化機能体１３の容量変調周波数と同じ周波数の信号を選択的に通過させるようにこのフィルタ回路を構成することにより、容量変調周波数とは異なる周波数のノイズが電流ｉに重畳しているときでも、このノイズの検出信号Ｓ３への混入を抑制することができる。したがって、電圧測定装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃの耐ノイズ性能を高めることができる。

また、電圧測定装置１Ｂ，１Ｃを電力測定装置７１，９１に適用する例について説明したが、電圧測定装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃは、レーザープリンタなどの複写機における感光ドラムの表面電位を検出する表面電位計として利用することができる。また、壁内に配設されている電気配線の位置を検出する探知機として利用することもできる。これらの機器に本発明に係る電圧測定装置を用いることにより、これらの機器の信頼性（耐久性や耐候性を含む）を十分に向上させることができる。さらに、プリント基板に形成されているプリントパターンの断線等を検査する基板検査装置にも本発明を適用することができる。

また、電圧測定装置１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃでは、フィードバック電圧Ｖ４が電圧Ｖ１に達して一定になったとき、つまり、電流ｉがゼロアンペアになったときや両端間電圧Ｖ５がゼロボルトになったときのフィードバック電圧Ｖ４を測定対象体４の電圧Ｖ１として測定する構成を採用することにより、電圧Ｖ１を高精度で測定しているが、測定精度的に許容される場合、電流ｉや両端間電圧Ｖ５が所定値（例えば数ミリアンペアや数ミリボルト）以下となったときのフィードバック電圧Ｖ４を測定対象体４の電圧Ｖ１として測定する構成を採用することもできる。また、電位差（Ｖ１−Ｖ４）が所定値（例えば数百ミリボルト）以下に達したときのフィードバック電圧Ｖ４を測定対象体４の電圧Ｖ１として測定する構成を採用することもできる。この構成を採用することにより、測定対象体４の電圧Ｖ１を許容できる精度で、より短時間に測定することができる。

また、上記した各容量変化機能体１３の各構成単位については、図２，３、および図５〜図８に示すように、ダイオード（図６の容量変化機能体１３Ｂや図８の容量変化機能体１３Ｄの場合には等価的に１つのダイオード）、コンデンサ、コイル、抵抗および共振体のいずれか１つで構成したが、これに限定されるものではない。例えば、図２に示す構成単位３１を例に挙げて、可変容量要素（一例としてダイオード）を含む構成単位の取り得る構成に関して説明すると、接続点Ａとダイオード４１との間、および接続点Ｂとダイオード４１との間の少なくとも１つに、他の可変容量要素（一例として可変容量ダイオードやシリコンダイオード）、抵抗、コンデンサおよびコイルの少なくとも１つを１つ以上配設することもできる。また、他の可変容量要素（一例としてダイオード）を配設する場合には、上記したように複数の可変容量要素が直列に接続される構成の他に、一部の可変容量要素同士が並列に接続されるように配設することもできる。ただし、１つの構成単位内に複数の可変容量要素（一例としてダイオード）を配設する場合には、この構成単位内において、すべてのダイオードを同一方向の向きで配設する必要がある。また、ダイオード４１に対してコンデンサを並列に接続することもできる。他方、例えば、図２に示す構成単位３２を例に挙げて、コンデンサを含む構成単位に関して説明すると、接続点Ｂとコンデンサ６２との間、および接続点Ｃとコンデンサ６２との間の少なくとも１つに、抵抗、コンデンサおよびコイルの少なくとも１つを配設することもできる。また、コンデンサ６２に対して他のコンデンサを並列に接続することもできる。

また、可変容量ダイオードも一般的なダイオードも逆バイアス時においてコンデンサとして機能する点では同じであるため、１つの構成単位において複数のダイオードを使用するときには、可変容量ダイオードと一般的なダイオードとを混在して使用することもできる。

電圧測定装置１のブロック図である。 電圧測定装置１の容量変化機能体１３の回路図である。 電圧測定装置１の容量変化機能体１３の他の回路図である。 フィードバック電圧Ｖ４の時間変化を示す特性図である。 電圧測定装置１の容量変化機能体１３Ａの回路図である。 電圧測定装置１の容量変化機能体１３Ａの他の回路図および容量変化機能体１３Ｂの回路図である。 電圧測定装置１の容量変化機能体１３Ｃの回路図である。 電圧測定装置１の容量変化機能体１３Ｃの他の回路図および容量変化機能体１３Ｄの回路図である。 電圧測定装置１Ａのブロック図である。 電圧測定装置１Ｂおよびこれを用いた電力測定装置７１のブロック図である。 電圧測定装置１Ｃおよびこれを用いた電力測定装置９１のブロック図である。 電流検出器１５の構成例を示す回路図である。 電流検出器１５の他の構成例を示す回路図である。

符号の説明

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 電圧測定装置
３，３Ａ，３Ｂ 本体ユニット
４ 測定対象体
１１ ケース
１２ 検出電極
１３，１３Ａ〜１３Ｄ 容量変化機能体
１４ 駆動回路
１４ａ トランス
１４ｂ 直流電源
１４ｃ 二次巻線
１５ 電流検出器
１９ 可変容量回路
２５ 電圧生成回路
３１，３２，３３，３４，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３２Ｂ，３３Ｂ 構成単位
６２，６３，６４，６１ コンデンサ
６２ａ，６３ａ コイル
６２ｂ，６３ｂ 抵抗
６２ｃ，６２ｄ，６３ｃ，６３ｄ，６４ａ，６１ａ 共振体
７１，９１ 電力測定装置
Ｃ１ 静電容量
ＣＮＴ，ＣＮＴ１ 制御部
ｉ 電流
Ｓ２ 駆動信号
Ｖ１ 測定対象体の電圧
Ｖ４ フィードバック電圧（参照電位）

Claims (9)

1. 測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、
   前記測定対象体に対向可能な検出電極と、
   第１の構成単位、第２の構成単位、第３の構成単位および第４の構成単位がこの順に環状に接続された容量変化機能体を含んで構成され、前記第１の構成単位と前記第４の構成単位との組、および前記第２の構成単位と前記第３の構成単位との組のうちの一方の組の前記各構成単位が可変容量要素をそれぞれ含むと共に他方の組の前記各構成単位がコンデンサ、コイル、抵抗および共振体のうちの少なくとも１つをそれぞれ含むと共に、前記第１の構成単位および前記第３の構成単位の各インピーダンスの積と、前記第２の構成単位および前記第４の構成単位の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に規定されている可変容量回路と、
   前記第１の構成単位および前記第２の構成単位の接続点と、前記第３の構成単位および前記第４の構成単位の接続点との間に、交流成分を含む直流電圧を印加して前記容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路と、
   参照電位を生成する電圧生成回路と、
   前記参照電位を前記測定対象体の前記電圧として測定する電圧計と、
   制御部とを備え、
   前記可変容量回路は、前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点が前記検出電極側に位置すると共に前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に配設され、
   前記制御部は、前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに、前記可変容量回路を介して前記検出電極と前記参照電位との間に流れる電流が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる電圧測定装置。
2. 測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、
   前記測定対象体に対向可能な検出電極と、
   第１の構成単位、第２の構成単位、第３の構成単位および第４の構成単位がこの順に環状に接続された容量変化機能体を含んで構成され、前記第１の構成単位と前記第２の構成単位の組、および前記第３の構成単位と前記第４の構成単位との組のうちの一方の組の前記各構成単位が可変容量要素をそれぞれ含むと共に他方の組の前記各構成単位がコンデンサおよび共振体のうちの少なくとも１つをそれぞれ含むと共に、前記第１の構成単位および前記第３の構成単位の各インピーダンスの積と、前記第２の構成単位および前記第４の構成単位の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に規定されている可変容量回路と、
   前記第１の構成単位および前記第２の構成単位の接続点と、前記第３の構成単位および前記第４の構成単位の接続点との間に、交流成分を含む直流電圧を印加して前記容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路と、
   参照電位を生成する電圧生成回路と、
   前記参照電位を前記測定対象体の前記電圧として測定する電圧計と、
   制御部とを備え、
   前記可変容量回路は、前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点が前記検出電極側に位置すると共に前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に配設され、
   前記制御部は、前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに、前記可変容量回路を介して前記検出電極と前記参照電位との間に流れる電流が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる電圧測定装置。
3. 前記検出電極と前記参照電位との間に前記可変容量回路と直列に配設されたインピーダンス素子を備え、
   前記制御部は、前記インピーダンス素子に前記電流が流れたときに当該インピーダンス素子に発生する電圧が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる請求項１または２記載の電圧測定装置。
4. 前記検出電極と前記参照電位との間に前記可変容量回路と直列に配設された共振回路を備え、
   前記制御部は、前記共振回路に前記電流が流れたときに当該共振回路に発生する電圧が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる請求項１または２記載の電圧測定装置。
5. 前記制御部は、前記検出電極と前記参照電位との間に流れる前記電流の値に応じて電圧値が変化する検出信号を入力してディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を備え、当該ディジタルデータに基づいて前記検出信号の電圧値が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる請求項１または２記載の電圧測定装置。
6. 測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、
   前記測定対象体に対向可能な検出電極と、
   第１の構成単位、第２の構成単位、第３の構成単位および第４の構成単位がこの順に環状に接続された容量変化機能体を含んで構成され、前記第１の構成単位と前記第４の構成単位との組、および前記第２の構成単位と前記第３の構成単位との組のうちの一方の組の前記各構成単位が可変容量要素をそれぞれ含むと共に他方の組の前記各構成単位がコンデンサ、コイル、抵抗および共振体のうちの少なくとも１つをそれぞれ含むと共に、前記第１の構成単位および前記第３の構成単位の各インピーダンスの積と、前記第２の構成単位および前記第４の構成単位の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に規定されている可変容量回路と、
   前記第１の構成単位および前記第２の構成単位の接続点と、前記第３の構成単位および前記第４の構成単位の接続点との間に、交流成分を含む直流電圧を印加して前記容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路と、
   参照電位を生成する電圧生成回路と、
   前記参照電位を前記測定対象体の前記電圧として測定する電圧計と、
   制御部とを備え、
   前記可変容量回路は、前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点が前記検出電極側に位置すると共に前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に配設され、
   前記制御部は、前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに、前記可変容量回路における前記検出電極側の端部と前記参照電位側の端部との間に発生する電圧が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる電圧測定装置。
7. 測定対象体の電圧を測定可能に構成された電圧測定装置であって、
   前記測定対象体に対向可能な検出電極と、
   第１の構成単位、第２の構成単位、第３の構成単位および第４の構成単位がこの順に環状に接続された容量変化機能体を含んで構成され、前記第１の構成単位と前記第２の構成単位の組、および前記第３の構成単位と前記第４の構成単位との組のうちの一方の組の前記各構成単位が可変容量要素をそれぞれ含むと共に他方の組の前記各構成単位がコンデンサおよび共振体のうちの少なくとも１つをそれぞれ含むと共に、前記第１の構成単位および前記第３の構成単位の各インピーダンスの積と、前記第２の構成単位および前記第４の構成単位の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に規定されている可変容量回路と、
   前記第１の構成単位および前記第２の構成単位の接続点と、前記第３の構成単位および前記第４の構成単位の接続点との間に、交流成分を含む直流電圧を印加して前記容量変化機能体の静電容量を変化させる駆動回路と、
   参照電位を生成する電圧生成回路と、
   前記参照電位を前記測定対象体の前記電圧として測定する電圧計と、
   制御部とを備え、
   前記可変容量回路は、前記第１の構成単位および前記第４の構成単位の接続点が前記検出電極側に位置すると共に前記第２の構成単位および前記第３の構成単位の接続点が参照電位側に位置するように前記検出電極と前記参照電位との間に配設され、
   前記制御部は、前記可変容量回路が前記静電容量を変化させているときに、前記可変容量回路における前記検出電極側の端部と前記参照電位側の端部との間に発生する電圧が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる電圧測定装置。
8. 前記制御部は、前記検出電極側の端部と前記参照電位側の端部との間に発生する前記電圧の値に応じて電圧値が変化する検出信号を入力してディジタルデータに変換するＡ／Ｄ変換回路を備え、当該ディジタルデータに基づいて前記検出信号の電圧値が減少するように前記電圧生成回路に対して前記参照電位の電圧を変化させる請求項６または７記載の電圧測定装置。
9. 測定対象体に流れている電流を測定する電流測定装置と、
   前記測定対象体の電圧を測定する請求項１から８のいずれかに記載の電圧測定装置とを備え、
   前記電流測定装置によって測定された前記電流と前記電圧測定装置によって測定された前記電圧とに基づいて電力を測定する電力測定装置。

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