JP5292295B2 - 測定機能自動選択のデジタル・マルチメーター - Google Patents

Description

本発明はデジタル・マルチメーターに関わり、特に快速A/D変換器をコアとして、適当な補助電源とマイクロプロセッサを搭載し、測定対象により、自動的に多種アナログ変数測定と測定レンジを選択するのを実現したデジタル・マルチメーターに関わる。

よく見たデジタル・マルチメーターは普通、機械的な回転式或いは押しボタン式の選択スイッチとなり、使用者より、自分で測定機能を判別・選択する。例えば、被測定対象は直流電圧か、交流電圧か、或いは抵抗か、直流電流か、交流電流かにより、ロータリースイッチを適当的な位置に回転し、金属接点により電気的な接続を産生して、直流電圧、交流電圧、或いは抵抗、電流の測定回路を形成する。自動的にレンジを選択するデジタル・マルチメーターは、被測定対象の大きさにより、内蔵した電子スイッチの組合せを通じて、自動的に適当なレンジを選択できる。従い、当マルチメーターは一つの測定機能を選択した後（例えば、直流電圧）、一つのレンジで異なった被測定値（例えば、直流電圧）の測定を完成できる。手動レンジのマルチメーターの場合、幾つかのシフトで異なった測定値（例えば、直流電圧）の測定に対応して、ある機能の全範囲の測定を行う必要がある。それらのマルチメーターはみんな測定機能を自動的に選択できない。

自動レンジ・デジタル・マルチメーターの基礎に自動的に測定機能を選択する設計は既にある。しかし、普通、アナログ入力信号のタイプを検知する検知器が必要となり、判別できるアナログ入力信号のタイプが制限される。そして、信号タイプの検知器の入力インピーダンスと切替スイッチの影響を受け、構成された測定機能自動選択マルチメーターの機能を低減し、乃至実用価値がなくなったと言える。

特許200310112175.3の中に於いて、測定機能自動選択マルチメーターに対して、多くの改良を行い、測定機能自動選択マルチメーターを実用段階に入らせた。しかし、非電圧或いは電流類の受動アナログ変数の自動選択の面で、大いに制限され、例えば、コンデンサー、インダクタンス、ダイオードはそれである。

中国特許200310112175.3

本発明の目的は、新型の自動レンジ・デジタル・マルチメーターを提供し、当マルチメーターは被測定対象が直流電圧、交流電圧、抵抗或いは交・直流電流であることにより、自動的に測定機能を選択できるだけではなく、そして、抵抗を含んだ多種の受動部品に応じて、自動的に測定機能を選択する特徴があり、例えば、抵抗、コンデンサー、インダクタンス、ダイオードを測定する。もっとも簡単な状況で、一つの電源スイッチでマルチメーターをON/OFFするだけで済む。また、測定する時、普通の自動レンジ・マルチメーターより、もっと速い応答スピードがある。

本発明の実現は以下の通り。本発明の測定機能自動選択デジタル・マルチメーターには、被測定対象の入力端子、快速A/D変換器変換回路、マイクロプロセッサー、補助PC電圧或いは電流源、分圧ネット、電子スイッチ、ディスプレーがある。前述した快速A/D変換器変換回路は分圧ネットを経由して、前述した被測定対象の入力側に接続し、入力端子の間の電圧を快速に測定する。快速A/D変換器はデータをマイクロプロセッサーに入力し、そして、マイクロプロセッサーは電子スイッチをコントロールして分圧ネットを切り換え、測定レンジをコントロールする。測定結果はマイクロプロセッサーにより処理し、ディスプレーに表示される。

本発明に記述したマルチメーターは前述した入力側に印加電圧を検知した場合、快速A/D変換器から出力したデータが周期性があったのかにより極性を変え、マイクロプロセッサーは自動的に直流か交流かを判断できて、そして、直流信号の極性と数値、及び交流信号のピーク値、実効値、周波数などの結果を分析・処理する。もちろん、快速A/D変換器のサンプリング速度は測定された交流信号より、何倍高くなったさえで、的確に被測定の交流信号を測定できる。

本発明に記述したマルチメーターは、入力側に印加電圧を検知していない場合、受動アナログ変数の被測定対象の測定プロセスに入る。マイクロプロセスより、補助PC電圧或いは電流源をコントロールして、入力端子に出力し、入力側の端子間の電圧変化に対して、快速A/D変換器回路より、測定結果をマイクロプロセッサーに入力して分析を行い、被測定対象の受動アナログ変数の性質を判断する。前述した補助PC電圧或いは電流源は、入力側にアクティブアナログ変数の被測定対象がある場合、入力端子までの連接が切断される。補助PC電圧源或いは電流源は入力側に、受動アナログ変数の被測定対象がある場合、入力端子までの連接が連接される。前述した快速A/D変換器回路とマイクロプロセッサーのPC電圧或いは電流源は共同で動作し、多種のアナログ変数測定と測定レンジを選択する。前述した受動アナログ変数対象の測定である場合、補助PC電源は、まず微小なテスト電流を出力して、入力側が高入力インダクタンス回路であるのを保持する。

本発明に記述したマイクロプロセッサーは測定データの出力を受け、そして、データの出力コントロール信号により、PC電圧或いは電流源の電子スイッチをコントロールして、PC源の性質と大きさを変えることにより、測定範囲を変える。前述マイクロプロセッサーは一部の測定データの保存を通じて、時間によって変化する入力信号の波形、及び時間によって変化する数値の図を保存・表示できる。

本発明はマイクロプロセッサーに連接するため、一つの選択押しボタンを増やし、押しボタンの作用により、自動選択測定から離れて、押しボタンを押したごとに測定機能も一回転換することに変わる。

本発明は既存技術と比べ、測定機能自動選択マルチメーターを構成する場合、快速A/D変換技術及び受動アナログ変数測定の時、一定的な補助電源を施す手段を採用したので、受動変数の測定過程で、補助電源を施した後、入力端子同士の違った応答状況を測定できて、従って、自動的に被測定対象の性質と大きさを判別し、過去の自動的に識別できなく、もっと多くのアナログ変数の測定機能自動選択と測定レンジの自動選択が可能となる。

本発明は既存技術と比べ、交流信号の測定に於いて、交流信号の実効値を算出するだけではなく、同時に交流信号の周波数、ピーク値電圧データを得ることができる。普通のマルチメーターの場合、専門的な真の実効値変換器を増やし、交流を直流に変換した後、真の実効値の測定を実現できる。そして、普通の真の実効値マルチメーターに比べ、本発明のマルチメーターは非正弦の大ピーク（ピーク値の電圧は高いが、実効値は小さい）の交流信号を測定する時、測定レンジの判断違いを避けることができる。普通の真の実効値のマルチメーターの場合、測定範囲の判断が間違って、大きい誤差が出る可能がある。

本発明は既存技術と比べ、交流半波長整流或いは全波整流から得た直流信号の測定、或いは一方向パルス信号の測定に対して、みんなもっと的確なデータを得ることができる。

本発明は既存技術と比べ、快速A/D変換技術の採用により、測定スピードを向上し、コンデンサー、インダクタンス等のエネルギー貯蔵素子の移行応答を測定するだけではなく、機能仮測定の時間が短くなり、マルチメーターの応答は大いに速くなり、普通の自動レンジのマルチメーターの長い待ち時間を打ち勝った。

同時に本発明は、ある数値より小さい抵抗を測定する時、出た警報の音を出す断続警報機能を、測定機能自動選択のマルチメーターで実現し、他のマルチメーターで、この機能とダイオード測定機能は別に単独の測定レンジの設置により実現し、アナログ比較の方法が快速する特徴を利用して、通路・断線測定の快速応答の要求解決する。普通の自動レンジのマルチメーターはテスタオープンからある数値より小さい抵抗（例えば、30オーム）を検出するまで、何回のレンジ転換が必要とし、応答が遅くなる。

発明により、構成したマルチメーター主要特徴のブロック図である。 図1に示した実施例の測定機能自動選択の主要機能プロセス或いは状態のフローチャートである。 機能選択ボタンを増やし、一つのボタンで、測定機能の選択を実現するデジタル・マルチメーターの原理図である。 補助機能の選択ボタンを増やしたデジタル・マルチメーターの原理図である。

以下、図面を使って本発明をさらに説明する。図1に示した通り、図には三つの入力端子1、2、3、及びA、B、C、Dがある。その中で、A部品は快速A/D変換器、B部品はマイクロプロセッサー、C部品はディスプレー、D部品はコントロール部品Bよりコンロールする電圧或いは電流源である。入力端子2は共用入力端子となり、普通のマルチメーターと同じで、その端子は測定信号のアースを代表する。入力端子1は電流測定以外の全ての被測定アナログ変数の入力端子となり、測定する時、これらの被測定のアナログ変数対象は端子1と2の間に接続される。入力端子3は電流測定の入力端子となり、測定される電流信号は入力端子2と3の間に接続され、入力端子2と3の間に既に抵抗R6が接続され、その抵抗の割合は電流信号を電圧信号に変換し、電流を測定する時、快速A/D変換器より構成した自動レンジの電圧計は端子3と2の間の電圧を測定、それは測定された電流の性質と大きさを代表する。R6抵抗の大きさと消費電力は測定電流の大きさにより選択すること。電流測定する必要がない場合、この入力端子3とR6はなくてもよい。

図1の中で、部品Ａは快速A/D変換器を始め、幾つかの部品Bよりコントロールした電子スイッチと抵抗R1、R2、R3、R4、R5から構成した自動レンジの電圧計である。入力電圧の大きさにより、部品Bは電子スイッチのON/OFFをコントロールし、R1〜R5を分圧比が1、10、100、1000、10000である分圧ネットに組合せて、異なった入力電圧を全て快速A/D変換器の測定範囲に入らせ、例えば、対応する電圧測定範囲は400mV、4V、40V、400V、1000Vである。分圧比は1となり、つまり、減衰しなくてそのまま400mVを入力する基本測定範囲で、部品Ａは高インピーダンスを持ち、その他の状況でインピーダンスは約10MΩとなる。快速A/D変換器は十分なスピードがあれば、一定の範囲で、的確に入力端子間に出た電圧信号のデータ変化の状況を得ることができる。ここで言う快速A/D変換器は1秒で少なくとも何千回以上の変換を行うもので、普通のマルチメーターに搭載した1秒で何回変換する低速A/D変換器ではない。そして、快速A/D変換器の使用のお陰で、マルチメーターは測定機能の判別と適当範囲の転換に必要とする時間はもっと短くなり、現在既存したが安定した測定結果を得るのは長い時間がかかる自動測定範囲マルチメーターと異なる。

部品Bはマイクロプロセッサーで、同プロセッサーは一方部品Ａの測定データの出力を受け、もう一方データの出現状況により、コントロール信号を出力して、部品Ａの電子スイッチをコントロールして、測定レンジを変えて、部品Ａを自動レンジの電圧計に形成させる。部品Ａの一部の測定データ出力の保存を通じて、事実上に入力信号が時間による変化の波形を保存できる。従って、電圧信号の変化と周期的に方向（極性）を変えるかを通じて、電圧信号が直流か交流か或いは両方ともあるかを判断して処理を行う。そして、マイクロプロセッサーは測定の結果数値をディスプレーに表示させるだけではなく、必要により、被測定対象の波形図或いはその他の数値が時間による変化状況を表示できる。入力端子1と2の間に閾値を超えた電圧がある状況に対して、マルチメーターは電圧測定状態に入って維持し、そして、自動的に適当測定レンジに位置される。閾値を設置するのは入力側がオープンする時、外部のノイズが間違った判断を齎すのを防止するためである。

一定の時間（例えば、10ミリ秒）が経って、部品Ａは閾値オーバーの電圧信号を検知していない場合、部品Bは受動アナログ変数の測定ステップに入る。部品Bは部品Dをコントロールして、制御された電流を産生し、その電流は入力端子1に入力され、この前に、D部品の出力は入力端子1と連接しない。この時、部品Ａは入力端子1と2の間の電圧変化に対する測定結果により、非電圧測定対象が抵抗、ダイオード、コンデンサー、インダクタンス及びオープン状態であるかを判断できる。

入力端子1と2がオープン状態であるのを検知した場合、部品Bは部品Ａをコントロールして、入力端子3と2の間の電圧を測定し、ある閾値を越えた電圧である場合、電流測定状態に変わる。交流電流と直流電流に対する識別は、前述した電圧の識別と同じである。

入力端子3と2の間を電流が流れるのを検していない場合、部品Bは測定を初期状態に回復し、部品Ａに入力端子1と2の間の電圧を測定させ、前述した順位により絶え間なく行う。

部品Cはディスプレーで、部品Bの出力したデータにより、測定結果と単位記号を表示することができる。必要な場合、交流電圧或いは電流を測定する時に、波形を表示し、或いは各測定対象の測定を通じて得た数値の時間による変化図を表示できて、部品Bは適当なデータ信号を保存・出力さえすれば、無難である。

部品Dは部品Bよりコントロールする電圧或いは電流源である。部品Bのコントロールを受け、部品Dは入力端子1に大きさ及び波形が違った電圧或いは電流信号を入力し、異なった測定対象に対する測定要求に対応する。例えば、0.01マイクロアンペア、1マイクロアンペア、1ミリアンペア等の直流電流、或いは異なった勾配の三角波電流を出力できる。同部品の最大出力電圧は2V以内に制限される。電圧の測定状態で、それは入力端子1との連接はオープンされる。

抵抗、コンデンサー、インダクタンス、ダイオードに対する判別と測定原理は、これらの部品が異なった電圧或いは電流源に対して現れた、異なった反応に基づく。

測定対象は抵抗、ダイオード或いはエネルギー貯蔵のコンデンサー、インダクタンスの場合、電圧と電流の関係は以下の通り。
1.抵抗Rの電圧ｕ_Rと抵抗を流れた電流ｉ_Ｒｃの関係は：

2.コンデンサーCを流れた電流ｉ_ｃとコンデンサーの電圧が時間による変化率ｄｕ_ｃ／ｄｔの関係：

3.インダクタンスを流れた電流ｉ_Lが時間による変化率ｄｉ_Ｌ／ｄｔとインダクタンスに出た電圧U_Lの間の関係：

4.ダイオードの電圧と電流の間の関係に対して、半導体の物理原理から論理的に分析して、以下通りのPN接合の電圧電流特定の数式を得て、即ち、普通ダイオードの方程式と言う。

式中のI_Sは逆方向の飽和電流、U_Tは温度の電圧当量で、常温で（３００°Ｋ）下、Ｕ_T≒２．６ｍVとなる。

上のダイオード方程式から、もし、ダイオードに逆方向電圧を印加する場合、U＜0となり、そして、｜Ｕ｜≫Ｕ_T、するとＩ≒−Ｉ_s、すなわち、逆方向電流は基本的に定数である。ダイオードに順方向の電圧を印加する場合、即ち、U＞０、そしてＵ≫Ｕ_T、すると、上式中のe^U/UT≫１、Ｉ≒Ｉ_se^U/UTを得て、これは順方向の電流Iと電圧Uは大体指数関係となる。

普通、マルチメーターでダイオードを測定する場合、ダイオードの順・逆二つの方向から測定し、良品であるかを判断する。逆方向の場合、ダイオードは、高インピーダンスを表すので、「OL」が表示され、順方向の場合、ダイオードの電圧降下を表示し、普通、電流が1ミリアンペアである場合の順方向の電圧降下である。

従って、抵抗、放電されたコンデンサー、インダクタンス、ダイオード等の受動素子を測定する場合、部品Ａは電圧を検知できない。この時、部品Dを入力端子1に定数電流を流し、或いはある抵抗値の電圧源を直列し、入力端子1と2の間に接続された被測定対象は、抵抗、コンデンサー、インダクタンス、ダイオードであるかにより、それぞれ違った応答を表して、入力端子1と2の間の電圧を異なった変化を表せる。

被測定対象は抵抗の場合：数式（1）により、部品Ａの測定した電圧と抵抗値は正比例となり、同時に、抵抗を流れる電流と正比例となる。従って、マイクロプロセッサーがコントロールした部品Dは、既知した定数の電流を産生・印加する場合、部品Ａの測定した電圧は固定の数値である。定数電流の数値を変えて、抵抗上の電圧は比例により変化する。部品Ａが測定した電圧と既知した定数電流のレートの計算を通じて、抵抗値の数字結果を得ることができる。マルチメーターが規定した最大抵抗測定範囲を超えた場合、オープン状態と見なす。また、普通のマルチメーターがよく使う比例法を採用し、抵抗を測定することができる。

ダイオードの測定について、その表現は抵抗と類似して、コンデンサー或いはインダクタンスと異なる。これはコンデンサーとインダクタンスはエネルギー貯蔵素子で、突然部品両側に印加した定数電流に対して、時間に関連する応答を表す。ダイオードの逆方向測定を行う時、普通、その両側に印加した定数電流に対して、高インピーダンス或いはオープン状態を表し、部品Dは予定した電流値を出力できなくなることに至って、部品Dの最大電圧（例えば、2V）を出現する。順方向測定について、数式（4）により、マイクロプロセッサーの制御部品Dは既知した定数電流を産生・印加する時、部品Ａの測定した電圧は固定の数値で、即ち、固定のインピーダンスを代表する。定数電流の数値を変えて、部品Ａの測定した電圧は抵抗のように変化することなく、電流が大きいほど、表現したインピーダンスは小さくなる。こうして、ダイオードの測定と抵抗の測定を見分けられ、もし、定数電流を1ミリアンペアに変えると、1ミリアンペア時のダイオードの順方向電圧降下の数値を得ることができる。

コンデンサーの測定について、数式（2）により、突然、定数電流を放電されたコンデンサーの両側に印加した後、その両側はゼロから時間につれて大きくなる電圧を出現し、この電圧の変化率Δｕ_ｃ／Δｔは印加された電流値と正比例となり、測定されるコンデンサーと反比例となる。部品Dの出力電流値ｉ_ｃを知って、そして、部品Aを通じて、ある時間間隔Δｔ中のコンデンサー上の電圧の変化値Δｕ_ｃを測定し、コンデンサー容量の数値結果を得ることができて、即ち、：C =ｉ_cΔｔ／Δｕ_c、この数式は式（2）のもう一つの表現方式である。もし、印加した定数電流は逆方向の場合、コンデンサー上の電圧は小さくなり、その電圧の減少率は相変わらず印加した電流値と正比例となり、被測定のコンデンサーの容量と反比例となる。

インダクタンスについて、数式（3）により、インダクタンスを流れた電流は突然変化できないのが分かるから、予定した電流をインダクタンスに印加しようとする場合、インダクタンスの反起電力で部品Dが予定した電流値を出力できないため、部品Dの最大出力電圧（例えば、2V）を出現して、この電圧の作用で、インダクタンスにある電流は部品Dの予定電流値まで少しずつ増加し、インダクタンスの両側にある電圧は降下し、最後にこの電圧は印加された電流よりインダクタンス内部抵抗に産生した電圧降下に維持される。もし、突然電流をオープンすると、インダクタンスの作用より、大きい反起電力を産生し、その両側に逆方向の電圧を現す。部品Bはその特徴を感知した後、部品Dに三角波形の電流信号を出力させ、三角波形の勾配ｄｉ／ｄｔはある数値に固定する場合、数式（3）により、インダクタンスにインダクタンス量と正比例となる定数電圧ｕ_Ｌ=Lｄｉ／ｄｔを出現し、この電圧は電流の上昇する時プラス、降下する時マイナスとなる。電流変化の勾配ｄｉ／ｄｔと測定した電圧値ｕ_Ｌにより、インダクタンス数値の大きさを得ることができる。判別の当初に印加された直流電流によりインダクタンス内部抵抗に産生した電圧降下を測定し、そして、インダクタンスの内部抵抗を知る。

次に、図2を参照して、さらに本発明の工作過程を説明する。スタートで、マルチメーターはオープンした情報を得た後、マイクロプロセッサーは機能測定プログラムを起動する。まず、機能部品Ａの快速A/D変換器に一定の時間内で（例えば、10ミリ秒）、連続して端子1と2の間の電圧を測定させ、規定した閾値を超えた電圧があるかどうかを判断する。前述した通り、閾値を設置する目的は、入力側がオープンする時、外部のノイズが間違った機能判別を齎すのを防止するためである。連続して測定・監視する目的は、交流電圧（例えば、50ヘルツ）の入力がある時、快速A/D変換器がちょうど交流電圧のゼロ通か点をサンプリングして、電圧入力無しを誤判するのを防止するためである。

この時、もし閾値を越えた電圧が入力端子1と2の間に印加され、マイクロプロセッサーの判別を通じて、マルチメーターは電圧測定プロセスに入る。普通、測定を始める時、この部品Ａの快速自動レンジ電圧計は電圧測定の最高レンジにあり、後に、ピーク値の大きさにより、適当な測定範囲に調整する。測定したデータにより、異なった極性の電圧が交替に出たかどうかを容易に知る。

交替的に異なった電圧が出たら、測定された電圧は交流電圧である。快速A/D変換器は交流電圧の1周期以内に、十分な数量のサンプリングを獲得さえすれば、マイクロプロセッサーを通じて、この交流電圧のピーク値、真の実効値、周波数、サイクルのデータを容易に得ることができる。これらの測定結果は必要により全部或いは一部表示される。快速A/D変換器のサンプリングスピードとマイクロプロセッサーの処理スピードは、測定できる交流電圧の最大帯域幅を制限した。本発明は快速A/D変換器の採用により、齎したもう一つの長所はピーク要素の高い（ピーク電圧は高いが、実効値は小さい）交替変化波形の信号を測定する時、測定範囲の選択ミスにより厳重な測定誤りはなく、これは普通の真の実効値自動レンジのマルチメーターからよく見える。本発明のマルチメーターは測定したピーク値により、測定レンジを選択するので、測定したのは真実で且つ完全な波形である。しかし、普通の真の実効値マルチメーターは電圧の実効値により測定範囲を選択し、ピーク電圧の頂上がカットされ、大きい誤差を齎す。

異なった極性の電圧は交替的に出ていない場合、測定される電圧は直流電圧で、同時にその極性が分かったので、部品Bを通じて、電圧値と極性をディスプレーCに送って、全部の測定を完了する。交流波紋をスーパーインポーズした直流信号に対して、快速自動レンジ電圧計の測定したデータを不安定させ、一般的な処理は交流信号に対する処理のように、一定の時間以内の真の実効値を最後の測定結果とする。交流半波形整流或いは交流全波整流から得た直流信号、或いは一方向パルス信号の測定に対して、みんな的確なデータを得ることができる。必要により、別途に交流波紋のピーチ値を算出して表示する。

閾値を超えた電圧を検知していない場合、マルチメーターは受動素子の測定状態に入る。部品Bのマイクロプロセッサーはコントロール部品Dの補助電源を順次に入力端子1に異なったテスト電流を流させ、例えば、0.01マイクロアンペア、1マイクロアンペア、1ミリアンペア。同部品の最大出力電圧は2ボルトである。

電流源は0.01マイクロアンペア、1マイクロアンペアの場合、機能部品Ａは、減衰しないままの高入力インピーダンスが直接に入力された状態にあり、その測定レンジは例えば、±400.0マイクロボルトである。電流源は1ミリアンペアの場合、部品Ａは10倍減衰する入力状態に入り、その測定範囲は例えば、±4.000ボルトである。

異なった電流を流したごとに、部品Ａは連続して入力端子1と2の間の電圧を測定し、そして、部品Bより電圧が時間による変化があるかを判別する。抵抗測定にしろ、ダイオード測定或いは入力側オープンにしろ、一定の電流の作用で、時間による変化する状況が出なく、入力側にコンデンサー、インダクタンス等のエネルギー貯蔵素子があるだけで、この状況が出るため、固定している電流源が突然入力端子1と2の間に印加された場合、電圧は時間により変化するかを通じて判別して、インダクタンスとコンデンサーの測定を見分ける。もし、コンデンサーとインダクタンス類のエネルギー貯蔵素子に対する測定機能が必要としない場合、この判別の一環は省略してもよい。

入力端子の間にインダクタンスがある場合、インダクタンス内部の電流は急変できないため、まず高電圧（電源の最大入力電圧の電圧値に相当）が出て、一定の時間の移行を経過した後、インダクタンスにある電流は電流源の予定出力値まで増えて、電圧の下降を電流源がこのインダクタンスの内部対抗の印加した電圧降下に達させる。これは普通やや小さい電圧値で、+400ミリボルト以下にある。この特徴により、インダクタンスの測定の必要があるかを判別できる。インダクタンス測定プロセスに入った後、電流源は一定の勾配のある三角波の出力に変更し、入力端子1と2の間にインダクタンス量と電流勾配に関する電圧が出る。測定した電圧の大きさにより勾配を変えることで、大きさの異なったインダクタンスに対して、自動的に測定範囲の選択を実現する。

入力端子の間に放電されたコンデンサーが接続された場合、コンデンサー上の電圧は急変できないため、ゼロから時間により直線的に増長する電圧が出る。この移行過程の特徴により、コンデンサーを測定する必要があるかを判別できる。コンデンサー測定プロセスに入った後、電流源出力電流の大きさを変えることで、コンデンサーの充電スピードを変えられ、測定されるコンデンサーの容量により、自動レンジの選択を実現できる。コンデンサーに対して、連続して何度も測定を実現するため、コンデンサーの電圧がある数値（例えば、400ミリボルト）に充電された場合、電流源は放電動作を産生して、例えば、コンデンサーを放電させ、或いは逆方向の電流を印加する。しかし、コンデンサーを測定する前に、必ず放電して、さもないと、コンデンサーに閾値を超えた電圧が残された場合、マルチメーターを電圧測定状態に入らせ、コンデンサーの測定ではなくなる。

もし、電圧が時間による変化を検知していない、或いはコンデンサーの測定かインダクタンスの測定かを自動的に識別する必要がない場合、マルチメーターは抵抗とダイオード等の測定プロセスに入る。この時、異なった補助電源の電流に対して、以下の通りの状況が出る。

注1：マルチメーターのよく使う通路・断線測定警報機能を必要とする場合、一つの判断一環を増やして、即ち、設定した警報閾値（例えば、30オーム以下）と測定の結果により、ブザーを鳴らすかどうかを判断する。
注2：ダイオードの逆方向状態で、言われた高インピーダンスはオープン状態でもいい、或いはダイオードの逆方向の漏電流の違いにより、やや小さく電流源で40MΩ以下のインピーダンスを検知できる。この時以下の通り処理する。
a.電流源は1ミリアンペアの場合、電流源の最高出力電圧（例えば、2V）を測定し、測定したやや小さいインピーダンスを測定結果とする。
b.電流源が1ミリアンペアになる時、測定した電圧は電流源の最高出力電圧より低い場合、この時に検出した電圧を測定結果とし、その部品は破壊電圧2V以下のツェナー・ダイオードの可能があり、例えば、1.2Vツェナー・ダイオードはそれである。
注3：ダイオードの順方向状態で、言われたやや高いインピーダンス、やや小さいインピーダンス、もっと小さいインピーダンスは相対のものである。ダイオードの順方向特性により、流れた電流が大きい場合、やや小さいインピーダンスを表す。この場合、普通のマルチメーターでダイオードを測定する方式により、1ミリアンペアで測定した電圧値を表示すること。

上記表1により、オープンか、抵抗或いはダイオードを測定する状態かを判断できる。
1.測定電流が0.01マイクロアンペアと1マイクロアンペアの状況で、測定した電圧はみんな機能部品Ａの最大レンジ（400ｍV）を越えた場合、そして、測定電流が1ミリアンペアの状況で（このとき、機能部品Ａの最大レンジは4V）、測定した電圧は電流源の最大出力（2V）に接近すると、入力端子1と2はオープン状態であると見なす。次に、機能部品Ａは入力端子3と2の間に電圧があるかを測定する。
a.電圧があると、電流測定状態に入る。オーム定理と入力端子3と2の間に接続された電流サンプリング抵抗の大きさにより、測定結果を処理し、交流電流か直流電流か、及び数値を判断・表示する。
b.検出した入力端子3と2の間の電圧はゼロの場合、全ての入力端子はオープンと見なし、全部の測定プロセスをスタートに回復させる。

2.以下の3種類の状況は抵抗測定に属する。
a.電流は0.01ミリアンペアの場合、検出した電圧は400ミリボルト以下にあるが、1マイクロアンペアの場合、電圧はその時の電圧計の最大測定値（400ミリボルト）を超えた。電流源は1ミリアンペアの場合、検出した電流源の最大出力は2V（この時、電圧計の測定範囲は最大の4Vに変更）で、00.1マイクロアンペアを測定電流に選定し、数式（1）により、測定される抵抗の値を得て、400KΩ〜40MΩの間にある。
b.電流源の電流は0.01マイクロアンペアの場合、検出した電圧は4ミリボルト以下となるが、1マイクロアンペアの場合、検出した電圧は400ミリボルト以上となる；電流源電流は1ミリアンペアの場合、測定した電圧は400ミリボルト以上となると、1ミリアンペアを測定電流に選定し、測定される抵抗の値を得ることができて、400Ω〜400KΩの間にある。
c.電流源は0.01マイクロアンペアの場合、検出した電圧は基本的にゼロとなるが、1マイクロアンペアの場合、測定した電圧は0.4ミリボルト、1ミリアンペアの場合、測定電圧は400ミリボルト以下となると、1ミリアンペアを測定電流に選定する。実効値の数字の桁を高めるため、この時、機能部品Ａの電圧計を400ミリボルトのレンジに変えてもいい。通路・断線測定警報を必要とする状況に対して、さらに警報閾値より小さいかの判別一環を加えて済む。

3.測定される対象はダイオードの場合、表1により、それとその他の状況を見分けられる。
ダイオードの逆方向状態で、普通高インピーダンスを表す。言われた高インピーダンスはオープンしてもいい、或いは個々ダイオードの逆方向の漏電流の違いにより、やや小さい電流源で40MΩ以下のインピーダンスを検出できる。この場合、以下の通りの処理を行う。
a.電流源は1ミリアンペアの場合、電流源の最高出力電圧（例えば、2V）を検出すると、やや小さい電流で測定したやや小さいインピーダンスを測定結果とする。
b.電流源は1ミリアンペアの場合、測定した電圧は電流源の最高出力電圧をより低くて、逆方向破壊を表し、そして、この時測定した電圧を測定結果とし、その部品はたぶん破壊電圧が2V以下にあるツェナー・ダイオードで、例えば、1.2Vのツェナー・ダイオードである。

ダイオードの順方向状態で、異なった電流源の作用で異なった通路状態を表し、表1に言われた高インピーダンス、やや小さいインピーダンス、もっと小さいインピーダンスは相対的なものである。ダイオードの特性により、大きい電流を流す場合、小さいインピーダンスを表す。この場合、一般のマルチメーターのダイオードの測定方式により、1ミリアンペア電流での検出した電圧値を表示する。

以上の測定過程で、いったん異常電圧を測定したのを発見したら、周期状態に戻り、再判別を行う。

前述した発明の基礎に、一つの押しボタンで機能を選択するマルチメーターを実現できる。つまり、機能選択ボタンを増やし、このボタンを押した時、内部マイクロプロセッサーの制御で、機能自動選択状態から離れて、異なった測定機能により内部電子スイッチと補助電源を調整し、ある状態に固定された測定となる。このボタンの何回の押しにより、測定機能を変換・選択できる。例えば、起動した初期状態は機能自動選択状態で、機能選択ボタンを押して抵抗測定に入り、もう一回押して交流電圧の測定機能に入り、次々に押して、直流電圧測定、周波数測定、ダイオード測定、通路・断線測定、コンデンサー測定、インダクタンス測定、直流電流測定、交流電流測定などが行き変わり、後、電圧、抵抗、電流及びその他の機能自動選択状態に戻る。図3は同機能の原理とブロック図を示している。

図4は前述した発明の基礎に、必要により気軽に一般マルチメーターによく見えるデータ保持、最大値、最小値表示、差の表示、及び外部のパソコンに連接するためのRS232通信機能など付帯機能を増やすことができる。

本説明書は、詳細に本発明を記述・説明して、しかし、これらは説明を例として、限定ではなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において、改変等を加えることが出来るものであり、それらの改変、均等物等も本発明の技術的範囲に含まれることとなる。

１、２、３・・・入力端子
A・・・快速A/D変換器 B・・・マイクロプロセッサー
C・・・ディスプレー D・・・電圧或いは電流源

Claims (6)

1. 自動的に測定機能を選択するデジタル・マルチメーターであって、
   被測定対象の入力端子、１秒に千回以上の変換を行う快速A/D変換器、マイクロプロセッサー、補助PC電圧源或いは電流源、分圧ネット及び電子スイッチとディスプレーを含み、
   前記快速A/D変換器は、前記分圧ネットを経由して前記被測定対象の入力端子に接続され、快速に入力端子の間の電圧を測定すること、
   前記快速A/D変換器は、測定したデータを前記マイクロプロセッサーに出力し、該マイクロプロセッサーは、該データを分析・処理し、前記電子スイッチを制御することにより、前記分圧ネットを切り替え、前記快速A/D変換器の測定レンジを選択すること、
   前記マイクロプロセッサーは、前記被測定対象の入力端子に接続された前記補助PC電圧源或いは電流源をコントロールし、前記快速A/D変換器が前記被測定対象の入力端子間の電圧変化状況を快速に測定した結果に基づいて、受動被測定対象の測量方式とレンジを選択すること、
   前記被測定対象の入力端子にアクティブ被測定対象が接続されている場合、前記マイクロプロセッサーは、前記PC電圧源或いは電流源と前記被測定対象の入力端子とを切断し、
   前記被測定対象の入力端子に受動被測定対象が接続されている場合、前記マイクロプロセッサーは、前記PC電圧源或いは電流源と前記被測定対象の入力端子とを接続すること、および、
   前記マイクロプロセッサーは前記ディスプレーをコントロールし、測定結果を表示すること、を特徴とする、測定機能自動選択のデジタルマルチメータ。
2. 前記快速A/D変換器が前記被測定対象の入力端子間に外部電圧を検出した時、前記マイクロプロセッサーは前記快速A/D変換器の出力データにより、自動的に直流か交流かを判断し、そして分析・処理して測定結果を得ることを特徴とする、請求項1に記述した測定機能自動選択のデジタル・マルチメーター。
3. 前記快速A/D変換器が前記被測定対象の入力端子間に外部電圧を検出していない場合、前記マイクロプロセッサーにより、前記補助PC電圧源或いは電流源を制御して、異なった電圧或いは電流を前記被測定対象の入力端子に出力し、そして、前記被測定対象の入力端子の間にある電圧状況について、前記快速A/D変換器が測定した測定結果を前記マイクロプロセッサーに入力して分析を行うことで、前記被測定対象の入力端子の間に接続された被測定対象はどんなアナログ変数を発信するものであるかを判断し、前記マイクロプロセッサーは、該判断に基づき、前記補助PC電圧源或いは電流源の電源または電流を適当に選択して前記被測定対象に作用させ、さらに、前記マイクロプロセッサーにより、前記快速A/D変換器の測定結果を適当に処理し、測定結果を得ることを特徴とする、請求項1に記述した測定機能自動選択のデジタル・マルチメーター。
4. 前記快速A/D変換器と、前記マイクロプロセッサーがコントロールする補助PC電圧或いは電流源とが、共同作用で、多種のアナログ変数の測定方式及び測定レンジを選択することを特徴とする、請求項1に記述した測定機能自動選択のデジタル・マルチメーター。
5. 前記マイクロプロセッサーに接続する押しボタンをさらに含み、該押しボタンを押すことにより、測定機能自動選択と測定機能手動選択とを切替え可能であり、さらに、該押しボタンを押すごとに、測定機能も転換可能であることを特徴とする、請求項1に記述した測定機能自動選択のデジタル・マルチメーター。
6. 前記マイクロプロセッサーは、一部測定データを保存することにより、時間によって変化する入力信号の波形図と、時間によって変化する数値の図を保存・表示できることを特徴とする、請求項1に記述した測定機能自動選択のデジタル・マルチメーター。

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