JP5350025B2 - 抵抗測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、測定対象体に接触させる電流供給プローブおよび電圧検出プローブの接触不良を検出可能に構成された抵抗測定装置に関するものである。

この種の抵抗測定装置として、下記特許文献１に開示された抵抗測定装置が知られている。この抵抗測定装置は、直流電流源から供給されている定電流に基づいて抵抗の両端に生じた電圧若しくはこの電圧に比例する電圧を経時的に取り込んで時分割する時分割手段と、時分割された各電圧の最小値を保持する最小値保持手段と、時分割された各電圧の最大値を保持する最大値保持手段と、所定の測定周期後に両保持手段に保持された最小値および最大値の差値を演算する差値演算手段と、この差値が所定の基準値よりも大きければ測定無効を判定する無効判定手段とを備えている。

この抵抗測定において、抵抗に定電流を供給するために使用されるプローブと抵抗両端との間、および抵抗両端に生じた電圧を測定するために使用されるプローブとこの抵抗両端との間のうちの少なくとも１つに接触不良が生じたときには、測定される抵抗両端に生じる電圧の経時的変動が大きくなることから、この変動する電圧についての最大値と最小値との差値もまた大きくなる。このため、この抵抗測定装置では、この差値が基準値よりも大きくなったときにプローブに接触不良が発生していると判定することにより、かなりの高い確率でプローブに発生した接触不良を検出することが可能となっている。

特開平３−２３１１６２号公報（第３−４頁、第１図）

ところが、上記の抵抗測定装置には、以下の解決すべき課題が存在している。すなわち、この種の抵抗測定装置では、測定している抵抗両端間の電圧に商用電源のハムノイズが漏れ込む場合がある。このハムノイズについては、周期的であるため、時分割された電圧を例えばハムノイズの周期と同じ長さの区間に亘って積分することにより、簡単、かつ確実にキャンセルすることが可能である。しかしながら、上記の抵抗測定装置において測定される抵抗の両端に生じた電圧若しくはこの電圧に比例する電圧についての最大値および最小値、並びにそれらの差値は、ハムノイズの影響を受けて変動する。このため、上記の抵抗測定装置には、プローブの接触不良に起因した電圧の急激な経時的変動だけでなく、このようにして簡単にキャンセルし得るハムノイズの漏れ込みに起因した電圧の周期的な経時的変動よっても誤って測定無効と判定するという解決すべき課題が存在している。

本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、プローブの接触不良に起因した電圧の急激な経時的変動のみを確実に検出し得る抵抗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記載の抵抗測定装置は、測定対象体に電流供給プローブを介して直流定電流を供給する電流供給部と、当該測定対象体の両端に接続された一対の電圧検出プローブを介して一対の入力端子間に入力される入力電圧を増幅して出力する電圧検出部と、当該電圧検出部から出力される電圧をハムノイズ成分の周期よりも短い周期のサンプリングクロックに同期してデジタルデータに変換して出力するＡ／Ｄ変換部と、前記デジタルデータを入力する都度、当該デジタルデータを前記入力電圧に変換すると共に当該入力電圧の電圧値を予め規定された積分区間に亘って積分し、当該積分によって得られた積分値に基づいて当該積分区間における当該入力電圧の平均電圧値を算出して、当該平均電圧値と前記直流定電流の電流値とに基づいて当該測定対象体の抵抗を算出する処理部とを備え、前記処理部は、前記積分区間において前記入力電圧の電圧値についての微分値を前記サンプリングクロックの周期毎に算出しつつ予め規定された基準値と比較して、その比較の結果を出力する。

請求項１記載の抵抗測定装置では、処理部が、入力電圧の電圧値を予め規定された積分区間に亘って積分すると共にこの積分値に基づいて積分区間における平均電圧値を算出して、この算出した平均電圧値と直流定電流の電流値とに基づいて測定対象体の抵抗を算出する処理を実行する。また、処理部は、測定された入力電圧についての微分値をサンプリングクロックの周期毎に算出しつつ予め規定された基準値と比較する処理を積分区間において実行して、その比較の結果を出力する。この場合、入力電圧の急激な経時的変動は、各電流供給プローブおよび各電圧検出プローブのうちの少なくとも１つと、測定対象体との間に接触不良が発生したことに起因したものと考えられる。

したがって、この抵抗測定装置によれば、処理部からサンプリングクロックの周期毎に出力される比較の結果に基づいて、電圧検出部に入力された入力電圧についての各プローブの接触不良に起因した急激な経時的変動のみを、ハムノイズに影響を受けることなく確実に検出することができる結果、接触不良の発生によって許容以上の誤差を含む抵抗値を、正常に測定された測定値であると誤認識するといった不具合を確実に防止することができる。

抵抗測定装置１の構成図である。 電圧検出部６で検出される電圧Ｖ２の波形図である。 抵抗測定処理のフローチャートである。

以下、添付図面を参照して、本発明に係る抵抗測定装置１の実施の形態について説明する。

まず、抵抗測定装置１の構成について、図面を参照して説明する。

抵抗測定装置１は、図１に示すように、測定対象体２の抵抗（本例では一例として抵抗値Ｒ）を測定する装置であって、一対の電流供給プローブ３ａ，３ｂ、一対の電圧検出プローブ４ａ，４ｂ、電流供給部５、電圧検出部６、Ａ／Ｄ変換部７、処理部８、記憶部９および出力部１０を備えている。

一対の電流供給プローブ３ａ，３ｂのうちの一の電流供給プローブ３ａは、図１に示すように、電流供給部５に接続されて、測定対象体２の一方の端部２ａに接触させられる。一方、他の電流供給プローブ３ｂは、グランドに接続されて、測定対象体２の他方の端部２ｂに接触させられる。一対の電圧検出プローブ４ａ，４ｂは、電圧検出部６の入力端子にそれぞれ接続されて、このうちの一の電圧検出プローブ４ａが測定対象体２の一方の端部２ａに接触させられ、他の電圧検出プローブ４ｂが測定対象体２の他方の端部２ｂに接触させられる。

電流供給部５は、一例として定電流源（直流定電流源）で構成されて、予め規定された電流値の測定電流（直流定電流）Ｉ１を電流供給プローブ３ａを介して測定対象体２の一方の端部２ａに供給する。測定対象体２に供給された測定電流Ｉ１は、測定対象体２の他方の端部２ｂに接触させられている電流供給プローブ３ｂを介してグランドに流出する。本例の電流供給部５は、測定電流Ｉ１の電流値を検出しつつ、測定電流Ｉ１に対するフィードバック制御を実行することにより、測定電流Ｉ１の電流値を予め規定された電流値に維持する。このため、測定対象体２の各端部２ａ，２ｂと各電流供給プローブ３ａ，３ｂとの間の接触抵抗が変動したとしても、電流供給部５によるフィードバック制御の応答可能な範囲内の速さ（例えばハムノイズの周期（５０Ｈｚ〜６０Ｈｚ）程度で変動する速さ）での変動である場合には、接触状態が維持され、かつ電流供給部５の出力電圧が上限値に達しない限りにおいて、測定電流Ｉ１は予め規定された電流値（定電流）に維持される。

電圧検出部６は、一例として入力段に演算増幅器を配置して構成されて、一対の入力端子間の入力インピーダンスが極めて高い値に規定されている。これにより、ノイズの影響を受けない状況下では、電圧検出プローブ４ａ，４ｂ、電圧検出部６および測定対象体２で構成される電圧検出ループに電流が殆ど流れない状態で、測定対象体２の両端間に発生する電圧（両端間電圧）Ｖ１の検出が電圧検出部６によって実行される。また、電圧検出部６は、一対の入力端子間の電圧（本発明における入力電圧）Ｖ２を所定の増幅率で増幅することにより、Ａ／Ｄ変換部７の入力電圧範囲に適合する電圧Ｖ３として出力する。この場合、上記したように、測定対象体２の各端部２ａ，２ｂと各電流供給プローブ３ａ，３ｂとの間の接触抵抗が変動したとしても、その変動の速さがハムノイズの周期程度で変動する速さ以下のときには、測定対象体２に流れる測定電流Ｉ１は電流供給部５によって一定の電流値に制御されるため、両端間電圧Ｖ１は測定対象体２の抵抗値に基づいて決定される一定の電圧値に維持される。これにより、上記したように電圧検出ループにノイズ（一例としてハムノイズ）が漏れ込まない状況下では、一対の入力端子間での電圧Ｖ２は両端間電圧Ｖ１と一致するが、電圧検出ループのインピーダンスが極めて高いため、通常は、電圧Ｖ２には、電圧検出ループにハムノイズ成分が漏れ込んだ状態になる。これにより、通常は、電圧検出部６の一対の入力端子間に印加される電圧Ｖ２は、図２に示すように、両端間電圧Ｖ１（直流電圧）にこのハムノイズ成分（周期Ｔ１の交流成分）が重畳した電圧となる。

Ａ／Ｄ変換部７は、サンプリングクロックＳｃ（後述する積分区間Ｔ２よりも短い周期（好ましくは十分に短い周期）のクロック）に同期して、入力した電圧Ｖ３を所定の分解能でデジタルデータＤ１に変換して出力する。処理部８は、ＣＰＵで構成されて、Ａ／Ｄ変換部７から出力されるデジタルデータＤ１に基づいて電圧検出部６に入力されている電圧Ｖ２を算出する電圧算出処理、算出した電圧Ｖ２の微分値Ｂを算出する微分処理、ハムノイズ成分を除去するための平均処理、および抵抗値算出処理などを実行する。記憶部９は、ＲＯＭおよびＲＡＭで構成されて、処理部８のための動作プログラム、および微分値Ｂに対する基準値Ａが予め記憶されている。また、記憶部９は、処理部８のワークメモリとしても機能する。出力部１０は、一例として表示装置で構成されて、処理部８が実行した抵抗測定処理の結果を表示させる。

次に、抵抗測定装置１の動作について図１〜図３を参照して説明する。なお、予め、一の電流供給プローブ３ａおよび一の電圧検出プローブ４ａが測定対象体２の一方の端部２ａに接触させられ、かつ他の電流供給プローブ３ｂおよび他の電圧検出プローブ４ｂが測定対象体２の他方の端部２ｂに接触させられているものとする。

抵抗測定装置１では、作動状態において、電流供給部５が、測定対象体２に対する測定電流Ｉ１の供給を開始している。また、電圧検出部６が、一対の入力端子間の電圧Ｖ２を増幅して電圧Ｖ３としてＡ／Ｄ変換部７に出力する動作を開始し、Ａ／Ｄ変換部７が、この電圧Ｖ３をデジタルデータＤ１に変換して出力する動作を開始している。この状態において、処理部８が、図３に示す抵抗測定処理５０の実行を開始する。

この抵抗測定処理５０では、処理部８は、まず、積分区間Ｔ２の計測（時間計測）を開始する。この積分区間Ｔ２は、一例として、電圧Ｖ２に漏れ込むことが想定されるハムノイズ成分の１周期Ｔ１分に規定されているが、この周期Ｔ１のｎ倍（ｎは２以上の自然数）に規定することもできる。次いで、処理部８は、電圧算出処理を実行する（ステップ５１）。この電圧算出処理では、処理部８は、Ａ／Ｄ変換部７からデジタルデータＤ１を取得し、この取得したデジタルデータＤ１を電圧検出部６の増幅率とＡ／Ｄ変換部７の分解能（１ビット相当の電圧）とに基づいて電圧Ｖ２に変換して、記憶部９に記憶させる。処理部８は、この電圧算出処理を、Ａ／Ｄ変換部７からデジタルデータＤ１を入力する都度実行する。

続いて、処理部８は、微分処理を実行する（ステップ５２）。この微分処理では、処理部８は、まず、直前に実行した電圧算出処理において記憶部９に記憶させた電圧Ｖ２（発明の理解を容易にするため、「電圧Ｖ２ａ」ともいう）と、この電圧Ｖ２の１つ前に算出されて記憶部９に記憶された他の電圧Ｖ２（発明の理解を容易にするため、「電圧Ｖ２ｂ」ともいう）との差分の絶対値ΔＶ２（＝｜Ｖ２ａ−Ｖ２ｂ｜）を算出する。なお、一例として、サンプリングクロックＳｃの１周期分だけ離れた２つの電圧Ｖ２間の差分に基づいて絶対値ΔＶ２を算出する構成を採用しているが、サンプリングクロックＳｃのｍ周期分（ｍは２以上の自然数）だけ離れた電圧Ｖ２間の差分に基づいて絶対値ΔＶ２を算出する構成を採用してもよいのは勿論である。次いで、処理部８は、絶対値ΔＶ２をサンプリングクロックＳｃの周期で除算することにより、電圧Ｖ２の微分値（単位時間当たりの変化率）ＢをサンプリングクロックＳｃの周期毎（本発明における単位時間毎）に算出して、電圧Ｖ２ａに対応させて記憶部９に記憶させる。

次いで、処理部８は、算出した微分値Ｂと記憶部９に記憶されている基準値Ａとを比較し（ステップ５３）、微分値Ｂが基準値Ａよりも大きいとき、つまり、図２に示すように、電圧Ｖ２ｂに対して電圧Ｖ２ａが大きく変動したとき（同図では、一例として大きく減少した状態を示している）、つまり経時的変動が大きいときには、比較の結果の一例として接触不良（接触エラー）の発生を示す情報を出力部１０に表示させる（ステップ５４）。なお、例えば、ハムノイズの重畳による誤った検出を回避するときには、基準値Ａとして、例えば、Ａ／Ｄ変換部７から出力されるデジタルデータＤ１の最大値の０．０１％程度の値に予め規定されている。

この場合、一対の電流供給プローブ３ａ，３ｂと測定対象体２の各端部２ａ，２ｂとの間の接触抵抗がゆっくりと変動したとしても、上記したように電流供給部５がフィードバック制御によって測定電流Ｉ１の電流値をこの接触抵抗の変動に追従させて一定に維持するために、微分値Ｂは基準値Ａよりも大きくなることはない、また、一対の電圧検出プローブ４ａ，４ｂと測定対象体２の各端部２ａ，２ｂとの間の接触抵抗がある程度変動したとしても、接触状態が維持されている限りにおいては、電圧検出部６の入力インピーダンスがそもそも極めて高いため、電圧検出部６に入力される電圧Ｖ２の電圧値には殆ど影響を与えない。したがって、この２つの点を考慮した場合、電圧Ｖ２ｂに対する電圧Ｖ２ａの大きな変動は、一対の電流供給プローブ３ａ，３ｂの少なくとも一方と、この一方が接触させられた測定対象体２の各端部２ａ，２ｂのうちのいずれかとの間の接触抵抗が急激に変動した状態の発生（接触不良の発生）、および、一対の電圧検出プローブ４ａ，４ｂの少なくとも一方と、この一方が接触させられた測定対象体２の各端部２ａ，２ｂのうちのいずれかとの間の接触抵抗が急激に変動した状態の発生（接触不良の発生）のうちの少なくとも一方を示していると考えられる。したがって、出力部１０に接触不良の発生を示す情報が表示されたときには、一対の電流供給プローブ３ａ，３ｂおよび一対の電圧検出プローブ４ａ，４ｂの少なくとも一つにおいて接触不良が発生していると判断することが可能となる。また、このように接触不良が発生したときに算出された電圧Ｖ２に基づいて測定対象体２の抵抗値Ｒを算出したとしても、算出した抵抗値Ｒに含まれる誤差が多くなるため、処理部８は、ステップ５４を実行したときには、抵抗測定処理を直ちに終了させる。

一方、ステップ５３における比較の結果、微分値Ｂが基準値Ａ以下のとき、つまり、電圧Ｖ２ｂに対して電圧Ｖ２ａの変動が小さいときには、具体的には、ハムノイズ成分の漏れ込みに起因した変動のみのときには、一対の電流供給プローブ３ａ，３ｂおよび一対の電圧検出プローブ４ａ，４ｂのいずれにも接触不良が発生していないと考えられるため、処理部８は、計測している積分区間Ｔ２（図２参照）が終了したか否かを判別しつつ（ステップ５５）、ステップ５１〜ステップ５３を繰り返し実行する。これにより、積分区間Ｔ２において算出された電圧Ｖ２が、サンプリングクロックＳｃの周期で記憶部９に順次記憶される。

その後、処理部８は、ステップ５５において積分区間Ｔ２が終了したと判別したときには、平均処理を実行する（ステップ５６）。この平均処理では、処理部８は、積分区間Ｔ２において算出されたすべての電圧Ｖ２を記憶部９から読み出して合算（積分）し、合算値（本発明における積分値）を積分区間Ｔ２において算出された電圧Ｖ２の個数で除算することにより、電圧Ｖ２の平均電圧値Ｖ２ａｖを算出する。この場合、上記したように、積分区間Ｔ２がハムノイズ成分の１周期Ｔ１と同じ長さに規定されているため、この平均処理によってハムノイズ成分がキャンセルされる。したがって、電圧Ｖ２の平均電圧値Ｖ２ａｖは、図２に示す両端間電圧Ｖ１を示すものとなる。

最後に、処理部８は、抵抗値算出処理を実行する（ステップ５７）。この抵抗値算出処理では、処理部８は、電圧Ｖ２の平均電圧値Ｖ２ａｖ（つまり、両端間電圧Ｖ１の平均電圧値）を、電流供給部５から供給されている測定電流Ｉ１の電流値（既知）で除算することにより、測定対象体２の抵抗値Ｒを算出して記憶部９に記憶させると共に、出力部１０に表示させる。これにより、抵抗測定処理が完了する。

このように、この抵抗測定装置１では、処理部８が、電圧Ｖ２の電圧値についての微分値Ｂを単位時間（サンプリングクロックＳｃの一周期）毎に算出しつつ予め規定された基準値Ａと比較する処理を積分区間Ｔ２において実行して、その比較の結果を出力部１０に出力する。具体的には、処理部８は、微分値Ｂが基準値Ａを超えるとき、つまり電圧Ｖ２の急激な経時的変動を検出したときに、出力部１０に接触不良の発生を表示させる。この場合、電圧Ｖ２の急激な経時的変動は、各電流供給プローブ３ａ，３ｂおよび各電圧検出プローブ４ａ，４ｂのうちの少なくとも１つと、測定対象体２の各端部２ａ，２ｂとの間に接触不良が発生したことに起因したものと考えられる。したがって、この抵抗測定装置１によれば、出力部１０に表示される情報に基づいて、各プローブ３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂの接触不良に起因した電圧Ｖ２の急激な経時的変動のみを、ハムノイズに影響を受けることなく確実に検出することができる結果、接触不良の発生によって許容以上の誤差を含む抵抗値Ｒを、正常に測定された測定値であると誤認識するといった不具合を確実に防止することができる。

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、処理部８が、Ａ／Ｄ変換部７から出力されるデジタルデータＤ１に基づいて電圧Ｖ２を算出し、この電圧Ｖ２に基づいて微分処理を実行する構成を採用した例について上記したが、デジタルデータＤ１を一旦記憶部９に記憶させた後に、その記憶させたデジタルデータＤ１に基づいて微分処理を実行し、その後に実行する平均処理において、デジタルデータＤ１に基づいて電圧Ｖ２を算出してその平均電圧値Ｖ２ａｖを算出する構成を採用することもできる。また、一対の電流供給プローブ３ａ，３ｂと一対の電圧検出プローブ４ａ，４ｂとを備えた四線式による抵抗測定を行う例について上記したが、電流供給プローブ３ａと電圧検出プローブ４ａとを共通とし、電流供給プローブ３ｂと電圧検出プローブ４ｂとを共通とした二線式による抵抗測定にも適用できるのは勿論である。

１ 抵抗測定装置
２ 測定対象体
２ａ 一方の端部
２ｂ 他方の端部
３ａ，３ｂ 電流供給プローブ
４ａ，４ｂ 電圧検出プローブ
５ 電流供給部
６ 電圧検出部
８ 処理部
１０ 出力部
Ａ 基準値
Ｂ 微分値
Ｔ２ 積分区間
Ｖ２ａｖ 平均電圧値
Ｉ１ 測定電流

Claims (1)

1. 測定対象体に電流供給プローブを介して直流定電流を供給する電流供給部と、当該測定対象体の両端に接続された一対の電圧検出プローブを介して一対の入力端子間に入力される入力電圧を増幅して出力する電圧検出部と、当該電圧検出部から出力される電圧をハムノイズ成分の周期よりも短い周期のサンプリングクロックに同期してデジタルデータに変換して出力するＡ／Ｄ変換部と、前記デジタルデータを入力する都度、当該デジタルデータを前記入力電圧に変換すると共に当該入力電圧の電圧値を予め規定された積分区間に亘って積分し、当該積分によって得られた積分値に基づいて当該積分区間における当該入力電圧の平均電圧値を算出して、当該平均電圧値と前記直流定電流の電流値とに基づいて当該測定対象体の抵抗を算出する処理部とを備え、
   前記処理部は、前記積分区間において前記入力電圧の電圧値についての微分値を前記サンプリングクロックの周期毎に算出しつつ予め規定された基準値と比較して、その比較の結果を出力する抵抗測定装置。

Images