JP4865516B2

JP4865516B2 - 測定装置

Info

Publication number: JP4865516B2
Application number: JP2006327694A
Authority: JP
Inventors: 佐藤　　達也
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2006-12-05
Filing date: 2006-12-05
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-12-05
Also published as: JP2008139224A

Description

本発明は、複数の測定レンジの中から切り替えられた所定の測定レンジで測定対象体についてのパラメータを測定する測定装置に関するものである。

この種の測定装置として、特開２００１−４１９８２号公報において出願人が開示した測定装置が知られている。この測定装置では、測定対象信号が入力された際に、制御回路が、複数の測定レンジ（入力レンジ）の中から測定対象信号のピーク値がその測定範囲内に収まるすべての測定レンジを特定して仮決定する第１の処理を実行すると共に、測定対象信号の実効値の大きさに適したすべての測定レンジを特定して仮決定する第２の処理を実行する。また、制御回路は、第１の処理および第２の処理によって仮決定した測定レンジの中から所定の決定手順に従って測定に最も適した測定レンジを決定して、その測定レンジに切り替える。このため、この測定装置では、測定値（ピーク値および実効値）の大きさに最も適した測定レンジに直接切り替えることができるため、測定レンジを１つずつ降順または昇順で切り替える方法と比較して、測定レンジの切り替えを短時間で行うことが可能となっている。
特開２００１−４１９８２号公報（第４−５頁、第１−２図）

ところが、上記の測定装置には、以下の改善すべき課題がある。すなわち、この測定装置では、例えば外乱の影響によってピーク値が瞬間的に変動したときには、その変動に伴って測定レンジも直ちに切り替えられる。このため、外乱の影響が大きくてピーク値が頻繁に上下動するときには、測定レンジが頻繁に切り替えられることがある。この場合、一般的に、測定値を表示する際の表示単位（例えば、電圧を測定する場合における「ｍＶ」、「Ｖ」、「ｋＶ」）は測定レンジに連動して切り替えられる。したがって、この測定装置では、外乱の影響が大きい測定環境において、測定レンジに連動して表示単位が頻繁に切り替えられることに起因して測定値の読み取りが困難となるおそれがあり、この点の改善が望まれている。

本発明は、かかる改善すべき課題に鑑みてなされたものであり、測定値の読み取り易さ、および測定値の大きさに適した測定レンジへの短時間での切り替えを両立し得る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記載の測定装置は、複数の測定レンジの中から切り替えられた所定の測定レンジで測定対象体についてのパラメータを測定する測定部と、前記所定の測定レンジで前記パラメータについての測定値を新たに測定したときに、当該新たな測定値の測定以前に測定した測定値に対する当該新たな測定値の変化状態が所定の条件を満たし、かつ当該新たな測定値が当該所定の測定レンジにおける測定範囲を外れているときに他の前記測定レンジに切り替えるレンジ切替処理を実行する制御部とを備えた測定装置であって、前記制御部は、前記新たな測定値を含む連続して測定された２つの前記測定値の差分値の絶対値がしきい値以内のとき、当該２つの測定値の変化率がしきい値以下のとき、および前記新たな測定値の測定以前に測定した複数の前記測定値の平均値と当該新たな測定値との差分値の絶対値がしきい値以内のときのいずれかのときに前記所定の条件を満たしたとする。なお、本発明における「測定範囲」は、測定部がパラメータを正確に測定し得る範囲として測定レンジに毎に規定された範囲をいう。

請求項１記載の測定装置によれば、制御部がレンジ切替処理を実行して、測定値の変化状態が所定の条件を満たしかつ測定値が測定レンジにおける測定範囲を外れたときに他の測定レンジに切り替えることにより、例えば外乱の影響によって測定値が大きく変動しているときには測定値の大小に拘わらず測定レンジを一定に維持し、測定値の変化が小さくなったときには測定値の大きさに適した測定レンジに即座に自動切替えさせることができる。このため、測定値が頻繁に変動したとしても、それに伴って測定レンジおよび表示レンジの切り替えが頻繁に行われる事態を確実に回避することができる。したがって、この測定装置によれば、測定値の読み取り易さ、および測定値の大きさに適した測定レンジへの短時間での切り替えを両立することができる。

また、制御部が、連続して測定された２つの測定値の差分値が所定の範囲内のときに所定の条件を満たしたとすることにより、２つの測定値の差分値の算出、および算出した差分値が所定の範囲内か否かの判別が容易なため、測定値が激しく変化している状態においてもレンジ切替を行うか否かの判別を短時間でしかも確実に行うことができる。また、新たな測定値を含む連続して測定された２つの測定値の変化率がしきい値以下のとき、または新たな測定値の測定以前に測定した複数の測定値の平均値と新たな測定値との差分値の絶対値がしきい値以内のときにも、所定の条件を満たしたとすることもできる。

以下、本発明に係る測定装置の最良の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、抵抗測定装置１の構成について、添付図面を参照して説明する。

図１，３に示す抵抗測定装置１は、本発明に係る測定装置の一例であって、測定対象体１００の抵抗（本発明におけるパラメータの一例）を四端子法によって測定可能に構成されている。また、抵抗測定装置１は、複数の測定レンジの中からの測定値（本例では抵抗値）のレベル（大きさ）に適した測定レンジに自動的に切り替えるするオートレンジ機能を有している。具体的には、抵抗測定装置１は、図１に示すように、電源部２、測定部３、ＲＯＭ４、ＲＡＭ５、操作部６、表示部７およびＣＰＵ８を備えて構成されている。

電源部２は、測定用の測定用電流Ｉｍを生成可能に構成されている。この場合、電源部２には、第１端子１１ａ，１１ｂ（図１参照）が接続され、この第１端子１１ａ，１１ｂを介して測定用電流Ｉｍが測定対象体１００における一対の被接続部１０１に出力される。

測定部３は、図２に示すように、オペアンプ２１、抵抗２２，２３、抵抗切替回路２４およびＡ／Ｄ変換回路２５を備えて構成されている。オペアンプ２１は、ＣＰＵ８の制御に従い、測定対象体１００の被接続部１０１に測定用電流Ｉｍが出力されたときに生じる電圧を第２端子１２ａ，１２ｂ（図１参照）および抵抗２２を介して検出して、検出信号Ｓｄを出力する。なお、上記した第１端子１１ａと第２端子１２ａとは、図３に示すプローブユニット９ａの先端部に互いに絶縁された状態で配設され、上記した第１端子１１ｂと第２端子１２ｂとは、同図に示すプローブユニット９ｂの先端部に互いに絶縁された状態で配設されている。

抵抗２２は、測定対象体１００の両被接続部１０１，１０１間に発生した電圧を検出すると共に抵抗２３と相俟ってオペアンプ２１の利得を決定する機能を有している。また、複数（この例では５つ）の抵抗２３，２３・・は、抵抗値が互いに異なるレンジ切替用の抵抗であって、抵抗切替回路２４によってこれらのうちの１つがオペアンプ２１の負帰還経路に接続される。抵抗切替回路２４は、ＣＰＵ８の制御に従って抵抗２３，２３・・のうちの１つを負帰還経路に切り替えて接続させる。Ａ／Ｄ変換回路２５は、オペアンプ２１から出力される検出信号Ｓｄをアナログ−ディジタル変換することによって電圧データＤｖを生成してＣＰＵ８に出力する。

ＲＯＭ４は、ＣＰＵ８によって実行されるレンジ切替処理４０（図５参照）においてレンジ切り替えを行うか否かの判別に用いられるしきい値Ｄｓを記憶する。この場合、ＲＯＭ４には、各測定レンジ毎に規定された複数のしきい値Ｄｓが予め記憶されている。ＲＡＭ５は、ＣＰＵ８によって算出される抵抗値Ｒを記憶する。

操作部６は、図３に示すように、抵抗測定装置１の正面に配設された電源スイッチ３１や測定開始スイッチ３２等の各種スイッチを備えて構成されて、各スイッチの操作に対応する操作信号ＳｏをＣＰＵ８に出力する。表示部７は、同図に示すように、抵抗測定装置１の正面に配設された表示パネルを備えて構成されて、図４に示すように、ＣＰＵ８の制御に従って測定値（抵抗値Ｒ）を表示する。

ＣＰＵ８は、本発明における制御部に相当し、操作部６から出力される操作信号Ｓｏに従って電源部２および測定部３を制御する。また、ＣＰＵ８は、測定開始スイッチ３２に対応する操作信号Ｓｏが操作部６から出力されたときには、抵抗値測定処理を実行する。この場合、ＣＰＵ８は、抵抗値測定処理の実行時にレンジ切替処理４０を実行する。

次に、抵抗測定装置１を用いて測定対象体１００の抵抗値Ｒを測定する方法およびその際の抵抗測定装置１の動作について、図面を参照して説明する。

まず、操作部６の電源スイッチ３１を操作する。この際に、ＣＰＵ８が、ＲＡＭ５を初期化してＲＡＭ５に保存されている各データを消去させる。次いで、操作部６の測定開始スイッチ３２を操作する。この際に、操作部６が測定開始スイッチ３２に対応する操作信号Ｓｏを出力し、ＣＰＵ８がその操作信号Ｓｏに従って抵抗値測定処理を実行する。この抵抗値測定処理では、ＣＰＵ８は、まず、測定部３の抵抗切替回路２４を制御して、各抵抗２３，２３・・のうちの抵抗値が最小の抵抗２３を負帰還経路に接続させることにより、測定値の上限値が最も大きい測定レンジに初期設定する（切り替える）。また、ＣＰＵ８は、電源部２を制御して測定用電流Ｉｍを生成させる。

続いて、プローブユニット９ａ，９ｂを測定対象体１００の被接続部１０１にそれぞれ押し当てることにより、第１端子１１ａ，１１ｂおよび第２端子１２ａ，１２ｂを測定対象体１００の被接続部１０１にそれぞれ接触させる。この際に、測定対象体１００の被接続部１０１に第１端子１１ａ，１１ｂを介して測定用電流Ｉｍが出力され、これによって被接続部１０１，１０１間に生じる電圧を測定部３のオペアンプ２１が第２端子１２ａ，１２ｂおよび抵抗２２を介して検出して検出信号Ｓｄを出力する。

次いで、Ａ／Ｄ変換回路２５が、検出信号Ｓｄをアナログ−ディジタル変換することによって生成した電圧データＤｖを出力する。続いて、ＣＰＵ８は、電圧データＤｖに基づき、測定対象体１００の抵抗値Ｒを算出する。次いで、ＣＰＵ８は、抵抗値ＲをＲＡＭ５に記憶させると共に（以下、ＲＡＭ５に記憶させた抵抗値Ｒを「抵抗値Ｒｍ」ともいう）、抵抗値Ｒを表示させるための表示用データＤｉを生成して表示部７に出力する。これにより、図４に示すように、抵抗値Ｒが表示部７に表示される。この場合、ＣＰＵ８は、初期設定した測定レンジに対応する表示単位（例えば「ＭΩ」）で抵抗値Ｒを表示させるように表示用データＤｉを生成する。

続いて、ＣＰＵ８は、上記した抵抗値Ｒの算出時点（最初の算出時点）から所定時間（測定サンプリング周期）を経過したときに、その時点で出力されている電圧データＤｖに基づいて新たな抵抗値Ｒを算出すると共に、図５に示すレンジ切替処理４０を実行する。このレンジ切替処理４０では、ＣＰＵ８は、初期設定した測定レンジ（上限値が最も大きい測定レンジ）に対応するしきい値ＤｓをＲＯＭ４から読み出す（ステップ４１）。次いで、ＣＰＵ８は、ＲＡＭ５から抵抗値Ｒｍを読み出す（ステップ４２）。

続いて、ＣＰＵ８は、算出した新たな抵抗値Ｒと読み出した抵抗値Ｒｍ（新たな測定値を含む連続して測定された２つの測定値）との差分値Ｒｄを算出して（ステップ４３）、差分値Ｒｄの絶対値がしきい値Ｄｓ以内（本発明における所定の範囲内）であるか否かを判別する（ステップ４４）。この際に、差分値Ｒｄの絶対値がしきい値Ｄｓ以内ではない、つまり抵抗値Ｒｍの変動が大きいときには、ＣＰＵ８は、抵抗値Ｒの大小に拘わらず、その時点で設定している測定レンジ（この場合、初期設定した測定レンジ）に設定した状態を維持したまま、このレンジ切替処理４０を終了する。

ここで、抵抗値Ｒの変動の原因が外乱の影響によるものであるときには、新たな抵抗値Ｒがその時点で設定している測定レンジの上限値を瞬間的に超えたとしても、一般的には、直ぐに測定レンジの範囲以内に低下する。この場合、抵抗値Ｒの変動の大きさに拘わらず抵抗値Ｒの大きさに応じて測定レンジを切り替える従来の測定装置では、上記の抵抗値Ｒが変動したときには、その都度、測定レンジが変更されてこれに連動して表示単位も変更されることがあり、抵抗値Ｒの読み取りが困難となるおそれがある。これに対して、この抵抗測定装置１では、上記したように抵抗値Ｒの変動が大きいときには、抵抗値Ｒの大小に拘わらずその測定レンジに維持されるため、抵抗値Ｒの読み取りが困難となる事態が確実に防止される。

次いで、ＣＰＵ８は、新たな抵抗値ＲをＲＡＭ５に上書きして記憶させると共に、その抵抗値Ｒを表示させるための表示用データＤｉを表示部７に出力し、表示部７は、その表示用データＤｉに基づいて抵抗値Ｒを表示する。続いて、ＣＰＵ８は、所定時間が経過したときに、その時点で出力されている電圧データＤｖに基づいて新たな抵抗値Ｒを算出すると共に、図５に示すレンジ切替処理４０を実行する。

この場合、ＣＰＵ８は、上記したステップ４４において、差分値Ｒｄの絶対値がしきい値Ｄｓ以内のとき（本発明における「測定値の変化状態が所定の条件を満たしたとき」）、には、その時点で設定されている測定レンジにおける測定範囲（測定部３が抵抗値Ｒを正確に測定し得る範囲）を新たな抵抗値Ｒが外れているか否かを判別する（ステップ４５）。この際に、新たな抵抗値Ｒが測定レンジの測定範囲以内である（測定範囲を外れていない）ときには、ＣＰＵ８は、その測定レンジに設定した状態を維持する。一方、新たな抵抗値Ｒが測定レンジの測定範囲から外れているときには、ＣＰＵ８は、測定部３の抵抗切替回路２４を制御して、その抵抗値Ｒの大きさに予め対応付けられている測定レンジ（本発明における他の測定レンジ）用の抵抗２３を負帰還経路に接続させることにより、測定レンジを他の測定レンジに切り替える（ステップ４６）。

次いで、ＣＰＵ８は、新たな抵抗値ＲをＲＡＭ５に上書きして記憶させると共に、その抵抗値Ｒを表示させるための表示用データＤｉを表示部７に出力する。この場合、ＣＰＵ８は、切り替え後の測定レンジに対応する表示単位（例えば「ｋΩ」）で抵抗値Ｒを表示させるように表示用データＤｉを生成する。これにより、図６に示すように、抵抗値Ｒが表示部７に表示される。以下、ＣＰＵ８は、所定時間が経過する度に、上記した各処理を実行する。

このように、この抵抗測定装置１によれば、ＣＰＵ８がレンジ切替処理４０を実行して、抵抗値Ｒの変化状態が所定の条件を満たしかつ抵抗値Ｒが測定レンジの測定範囲を外れたときにその測定値Ｒの測定に適した他の測定レンジに切り替えることにより、例えば外乱の影響によって抵抗値Ｒが大きく変動しているときには抵抗値Ｒの大小に拘わらず測定レンジを一定に維持し、抵抗値Ｒの変化が小さくなったときには抵抗値Ｒの大きさに適した測定レンジに即座に自動切替えさせることができる。このため、抵抗値Ｒが頻繁に変動したとしても、それに伴って測定レンジおよび表示レンジの切り替えが頻繁に行われる事態を確実に回避することができる。したがって、この抵抗測定装置１によれば、抵抗値Ｒの読み取り易さ、および抵抗値Ｒの大きさに適した測定レンジへの短時間での切り替えを両立することができる。

また、この抵抗測定装置１によれば、ＣＰＵ８が、連続して測定された２つの抵抗値Ｒの差分値Ｒｄの絶対値がしきい値Ｄｓ以内のときに所定の条件を満たしたと判別することにより、差分値Ｒｄの算出や差分値Ｒｄの絶対値がしきい値Ｄｓ以内であるか否かの判別が容易なため、抵抗値Ｒが激しく変化している状態においてもレンジ切り替えを行うか否かの判別を短時間でしかも確実に行うことができる。

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、本発明におけるパラメータの測定値としての抵抗値Ｒを測定する抵抗測定装置１に適用した例について上記したが、測定レンジの自動切り替え（オートレンジ切り替え）機能を備えて、電流、電圧、電力および温度等の各種のパラメータを測定可能な電流計、電圧計、電力計、マルチメータよび波形記録装置などの各種の測定装置に適用することができる。また、ＣＰＵ８が、連続して測定された２つの抵抗値Ｒの差分値Ｒｄの絶対値がしきい値Ｄｓ以内のときに所定の条件を満たしたと判別する例について上記したが、他の態様で所定の条件を満たしたか否かを判別する構成を採用することもできる。具体的には、測定された抵抗値Ｒと、その抵抗値Ｒの測定以前に測定された複数の抵抗値Ｒの平均値との差分値を算出し、その差分値の絶対値がしきい値Ｄｓ以内のときに所定の条件を満たしたと判別する構成を採用することもできる。また、連続する２つの抵抗値Ｒの変化率を算出してその変化率がしきい値として規定した変化率以下のときに所定の条件を満たしたと判別する構成を採用することもできる。

抵抗測定装置１の構成を示すブロック図である。測定部３の回路構成を示す回路図である。抵抗測定装置１の正面図である。表示部７に抵抗値Ｒを表示させている状態の表示画面図である。レンジ切替処理４０のフローチャートである。測定レンジの切り替え後において表示部７に抵抗値Ｒを表示させている状態の表示画面図である。

符号の説明

１抵抗測定装置
２測定部
８ＣＰＵ
４０レンジ切替処理
１００測定対象体
Ｄｓしきい値
Ｒ抵抗値
Ｒｄ差分値
Ｒｍ抵抗値

Claims

複数の測定レンジの中から切り替えられた所定の測定レンジで測定対象体についてのパラメータを測定する測定部と、前記所定の測定レンジで前記パラメータについての測定値を新たに測定したときに、当該新たな測定値の測定以前に測定した測定値に対する当該新たな測定値の変化状態が所定の条件を満たし、かつ当該新たな測定値が当該所定の測定レンジにおける測定範囲を外れているときに他の前記測定レンジに切り替えるレンジ切替処理を実行する制御部とを備えた測定装置であって、
前記制御部は、前記新たな測定値を含む連続して測定された２つの前記測定値の差分値の絶対値がしきい値以内のとき、当該２つの測定値の変化率がしきい値以下のとき、および前記新たな測定値の測定以前に測定した複数の前記測定値の平均値と当該新たな測定値との差分値の絶対値がしきい値以内のときのいずれかのときに前記所定の条件を満たしたとする測定装置。