JP5431105B2

JP5431105B2 - 四端子抵抗測定装置

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Publication number: JP5431105B2
Application number: JP2009237851A
Authority: JP
Inventors: 隆幸寺島
Original assignee: Hioki EE Corp
Current assignee: Hioki EE Corp
Priority date: 2009-10-15
Filing date: 2009-10-15
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2029-10-15
Also published as: JP2011085462A

Description

本発明は、被測定抵抗体に接続されるそれぞれ一対の電流供給端子と電圧検出端子とを有する四端子抵抗測定装置に関するものである。

この種の四端子抵抗測定装置として、出願人は下記特許文献１に開示された四端子抵抗測定装置を既に提案している。この四端子抵抗測定装置についてその概要を説明すると、図４に示すように、四端子抵抗測定装置５１は、高電位側（以下、「Ｈｉ側」ともいう）と低電位側（以下、「Ｌｏ側」ともいう）の各電流供給端子５，６を介して被測定抵抗体２に直流の測定電流Ｉｍを供給する定電流源３と、Ｈｉ側とＬｏ側の各電圧検出端子７，８を介して被測定抵抗体２の電圧Ｖ１を測定する測定部（電圧検出部９、Ａ／Ｄ変換部１０および処理部１５で構成される）と、被測定抵抗体２に対する各電流供給端子５，６の接続状態を検出する第１断線検出手段（電圧検出部５２）と、被測定抵抗体２に対するＨｉ側電圧検出端子７の接続状態を検出する第２断線検出手段（Ｈｉ側交流電源１１およびＨｉ側電圧検出部１３）と、被測定抵抗体２に対するＬｏ側電圧検出端子８の接続状態を検出する第３断線検出手段（Ｌｏ側交流電源１２およびＬｏ側電圧検出部１４）と、各断線検出手段５２，１３，１４からの出力信号に基づいて各端子５，６，７，８の被測定抵抗体２に対する接続状態を判定する判定手段（処理部１５）とを含んで構成されている。

第１断線検出手段は、定電流源３の出力電圧（電圧の振幅）と第１基準電圧とを比較する第１コンパレータ（不図示）を有し、第２断線検出手段は、Ｈｉ側電流供給端子５とＨｉ側電圧検出端子７とを含むＨｉ側電流路（経路Ｂ）に第１交流電流（Ｈｉ側交流電流Ｉｅ１）を供給するＨｉ側交流電源１１と、Ｈｉ側交流電流Ｉｅ１によりＨｉ側電流路に発生する電圧Ｖ２と所定の第２基準電圧とを比較する第２コンパレータ（Ｈｉ側電圧検出部１３）とを備え、第３断線検出手段は、Ｌｏ側電流供給端子６とＬｏ側電圧検出端子８とを含むＬｏ側電流路（経路Ｃ）に第２交流電流（Ｌｏ側交流電流Ｉｅ２）を供給するＬｏ側交流電源１２と、Ｌｏ側交流電源１２によりＬｏ側電流路に発生する電圧Ｖ３と所定の第３基準電圧とを比較する第３コンパレータ（Ｌｏ側電圧検出部１４）とを備えて構成されている。

この四端子抵抗測定装置では、定電流源３の出力電圧（電圧の振幅）を電圧検出部５２で監視し、また、Ｈｉ側電流供給端子５およびＨｉ側電圧検出端子７とを含む経路ＢにＨｉ側交流電源１１からＨｉ側交流電流Ｉｅ１を流すと共に、Ｈｉ側電流供給端子５およびＨｉ側電圧検出端子７間に発生する電圧（Ｈｉ側交流電源１１の発生電圧）Ｖ２をＨｉ側電圧検出部１３にて監視し、また、Ｌｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８とを含む経路ＣにＬｏ側交流電源１２からＬｏ側交流電流Ｉｅ２を流すと共に、Ｌｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８間に発生する電圧（Ｌｏ側交流電源１２の発生電圧）Ｖ３をＬｏ側電圧検出部１４にて監視するようにしたことにより、測定中（被測定抵抗体２に測定電流Ｉｍが供給されている状態）においても、各端子５，６，７，８の断線検出を行うことが可能となっている。

特開２００５−６９７８６号公報（第４−７頁、第１図）

ところで、本願発明者は、上記の四端子抵抗測定装置についてさらに検討を行った結果、第２断線検出手段は、Ｈｉ側電流供給端子５とＨｉ側電圧検出端子７とを含む経路ＢにＨｉ側交流電流Ｉｅ１を供給するＨｉ側交流電源１１を備えており、また、第３断線検出手段は、Ｌｏ側電流供給端子６とＬｏ側電圧検出端子８とを含む経路ＣにＬｏ側交流電流Ｉｅ２を供給するＬｏ側交流電源１２を備えているため、第１断線検出手段（電圧検出部５２）を使用しないで簡易に構成しつつ、第２断線検出手段によって、Ｈｉ側電圧検出端子７と共にＨｉ側電流供給端子５の接続状態を監視し、第３断線検出手段によって、Ｌｏ側電圧検出端子８と共にＬｏ側電流供給端子６の接続状態を監視することも可能ではないかと考えた。

しかしながら、図５に示すように、Ｈｉ側電流供給端子５が断線した場合（被測定抵抗体２と未接続の場合や、接続してはいるものの接触抵抗が高い場合）には、測定電流Ｉｍを被測定抵抗体２に供給する定電流源３の出力電圧がほぼ電源電圧に達して、定電流源３が定電圧源として機能することになり、この結果として、出力インピーダンスが低くなる。このため、Ｈｉ側交流電源１１から供給されるＨｉ側交流電流Ｉｅ１が同図に示す経路Ｄ（定電流源３の出力端子２４から、Ｈｉ側交流電源１１、Ｈｉ側電圧検出端子７、被測定抵抗体２およびＬｏ側電流供給端子６を経由して定電流源３の出力端子２５に至る経路）に流れることから、Ｈｉ側電流供給端子５が断線状態であるにも拘わらず、Ｈｉ側交流電源１１の出力電圧（電圧Ｖ２）が上昇しない結果、Ｈｉ側電圧検出部１３における電圧Ｖ２と第２基準電圧との比較によっても、Ｈｉ側電流供給端子５の断線を検出できないという課題が発生する。

この課題は、図６に示すように、Ｌｏ側電流供給端子６が被測定抵抗体２が断線した場合（被測定抵抗体２と未接続の場合や、接続してはいるものの接触抵抗が高い場合）においても同様に発生する。具体的には、Ｌｏ側電流供給端子６が断線状態の場合、上記のようにして定電流源３が定電圧源として機能することによって出力インピーダンスが低くなる。このため、Ｌｏ側交流電源１２から供給されるＬｏ側交流電流Ｉｅ２が同図に示す経路Ｅ（定電流源３の出力端子２４から、Ｈｉ側電流供給端子５、被測定抵抗体２、Ｌｏ側電圧検出端子８およびＬｏ側交流電源１２を経由して定電流源３の出力端子２５に至る経路）に流れることから、Ｌｏ側電流供給端子６が断線状態であるにも拘わらず、Ｌｏ側交流電源１２の出力電圧（電圧Ｖ３）が上昇しない結果、Ｌｏ側電圧検出部１４における電圧Ｖ３と第３基準電圧との比較によっても、Ｌｏ側電流供給端子６の断線を検出できないという課題が発生する。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、簡易に構成しつつ、高電位側電流供給端子、低電位側電流供給端子、高電位側電圧検出端子および低電位側電圧検出端子の被測定抵抗体への接続状態を確実に判別し得る四端子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記載の四端子抵抗測定装置は、高電位側電流供給端子および低電位側電流供給端子を介して被測定抵抗体に直流の測定電流を供給する電流源と、高電位側電圧検出端子および低電位側電圧検出端子を介して前記被測定抵抗体の両端間電圧を測定する測定部と、前記高電位側電流供給端子および前記高電位側電圧検出端子を含む高電位側電流路に断線検出用の高電位側交流電流を供給すると共に当該高電位側電流供給端子および当該高電位側電圧検出端子間に発生する第１端子間電圧に基づいて前記被測定抵抗体に対する当該高電位側電流供給端子および当該高電位側電圧検出端子の接続状態を検出する高電位側断線検出部と、前記低電位側電流供給端子および前記低電位側電圧検出端子を含む低電位側電流路に断線検出用の低電位側交流電流を供給すると共に当該低電位側電流供給端子および当該低電位側電圧検出端子間に発生する第２端子間電圧に基づいて前記被測定抵抗体に対する当該低電位側電流供給端子および当該低電位側電圧検出端子の接続状態を検出する低電位側断線検出部とを備え、前記高電位側断線検出部および前記低電位側断線検出部の検出結果に基づいて、前記被測定抵抗体に対する前記高電位側電流供給端子および前記高電位側電圧検出端子の接続状態と当該被測定抵抗体に対する前記低電位側電流供給端子および前記低電位側電圧検出端子の接続状態を判別すると共に、前記測定電流および前記測定部で測定された前記両端間電圧に基づいて前記被測定抵抗体の抵抗値を算出する四端子抵抗測定装置であって、互いに逆極性の向きで並列接続した２つのダイオードで構成されると共に、前記電流源と前記高電位側電流供給端子との間、および当該電流源と前記低電位側電流供給端子との間の少なくとも一方に配設されたダイオード回路を備え、前記高電位側断線検出部は、前記高電位側交流電流を出力すると共に出力交流電圧の最大振幅が前記ダイオードのターンオン電圧未満に規定された高電位側交流電源を備え、前記低電位側断線検出部は、前記低電位側交流電流を出力すると共に出力交流電圧の最大振幅が前記ダイオードのターンオン電圧未満に規定された低電位側交流電源を備えている。

また、請求項２記載の四端子抵抗測定装置は、請求項１記載の四端子抵抗測定装置において、前記高電位側断線検出部は、前記第１端子間電圧を検出すると共に当該第１端子間電圧と予め規定された基準電圧とを比較して前記被測定抵抗体に対する前記高電位側電流供給端子および前記高電位側電圧検出端子の接続状態を検出する高電位側電圧検出部を備え、前記低電位側断線検出部は、前記第２端子間電圧を検出すると共に当該第２端子間電圧と予め規定された基準電圧とを比較して前記被測定抵抗体に対する前記低電位側電流供給端子および前記低電位側電圧検出端子の接続状態を検出する低電位側電圧検出部を備えている。

請求項１記載の四端子抵抗測定装置では、高電位側電流供給端子、低電位側電流供給端子、高電位側電圧検出端子および低電位側電圧検出端子のうちの高電位側電流供給端子のみが断線した場合においては、高電位側交流電流の出力がダイオード回路によって阻止され、また、低電位側電流供給端子のみが断線した場合においても、低電位側交流電流の出力がダイオード回路によって阻止される。また、高電位側電圧検出端子が断線した場合にも、高電位側交流電源から高電位側交流電流が出力されず、また、低電位側電圧検出端子が断線した場合にも、低電位側交流電源から低電位側交流電流が出力されない。これにより、高電位側電流供給端子および高電位側電圧検出端子の少なくとも一方が断線した場合には、第１端子間電圧が上昇し、また低電位側電流供給端子および低電位側電圧検出端子の少なくとも一方が断線した場合には、第２端子間電圧が上昇する。

したがって、この四端子抵抗測定装置によれば、２つのダイオードを使用したダイオード回路を配設するという簡単な構成でありながら、高電位側断線検出部において第１端子間電圧に基づいて高電位側電流供給端子および高電位側電圧検出端子の接続状態を確実に検出することができると共に、低電位側断線検出部において第２端子間電圧に基づいて低電位側電流供給端子および低電位側電圧検出端子の接続状態を確実に検出することができる。すなわち、高電位側電流供給端子、低電位側電流供給端子、高電位側電圧検出端子および低電位側電圧検出端子のすべての端子についての被測定抵抗体への接続状態を確実に検出することができる。

また、請求項２記載の四端子抵抗測定装置によれば、第１端子間電圧を検出すると共にこの第１端子間電圧と予め規定された基準電圧とを比較して被測定抵抗体に対する高電位側電流供給端子および高電位側電圧検出端子の接続状態を検出する高電位側電圧検出部を備えて高電位側断線検出部を構成し、また第２端子間電圧を検出すると共にこの第２端子間電圧と予め規定された基準電圧とを比較して被測定抵抗体に対する低電位側電流供給端子および低電位側電圧検出端子の接続状態を検出する低電位側電圧検出部を備えて低電位側断線検出部を構成したことにより、第１端子間電圧と基準電圧を比較し、第２端子間電圧と基準電圧を比較するという簡易な構成でありながら、第１端子間電圧に基づいて被測定抵抗体に対する高電位側電流供給端子および高電位側電圧検出端子の接続状態を検出することができると共に、第２端子間電圧に基づいて被測定抵抗体に対する低電位側電流供給端子および低電位側電圧検出端子の接続状態を確実に検出することができる。

四端子抵抗測定装置１の構成を示す構成図である。図１において、Ｈｉ側電流供給端子５が断線した場合の動作を説明するための説明図でもある。図１において、Ｌｏ側電流供給端子６が断線した場合の動作を説明するための説明図でもある。従来の四端子抵抗測定装置５１の構成を示す構成図である。図４において、Ｈｉ側電流供給端子５が断線した場合の動作を説明するための説明図でもある。図４において、Ｌｏ側電流供給端子６が断線した場合の動作を説明するための説明図でもある。

以下、四端子抵抗測定装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、四端子抵抗測定装置１の構成について、図面を参照して説明する。

図１に示す四端子抵抗測定装置１は、被測定抵抗体２の抵抗値を測定するものであって、定電流源３、ダイオード回路４、一対の電流供給端子（Ｈｉ側電流供給端子５およびＬｏ側電流供給端子６）、一対の電圧検出端子（Ｈｉ側電圧検出端子７およびＬｏ側電圧検出端子８）、電圧検出部９、Ａ／Ｄ変換部１０、Ｈｉ側交流電源１１、Ｌｏ側交流電源１２、Ｈｉ側電圧検出部１３、Ｌｏ側電圧検出部１４、処理部１５および出力部１６を備えている。

定電流源３は、電流源の一例であって、等価的に、図１に示すように、オペアンプで構成された電流バッファ２１、定電圧源（直流定電圧源）２２および抵抗２３で構成されている。この場合、定電圧源２２が、電流バッファ２１の非反転入力端子とグランドとの間に接続され、抵抗２３が、電流バッファ２１の反転入力端子とグランドとの間に接続されている。また、一対の出力端子２４，２５のうちの一方の出力端子２４は、電流バッファ２１の出力端子に接続され、他方の出力端子２５は、電流バッファ２１の反転入力端子に接続されている。この定電流源３では、オペアンプで構成された電流バッファ２１の非反転入力端子と反転入力端子とがバーチャルショートの状態にあるため、抵抗２３には、定電圧源２２から直流定電圧が常時印加された状態となっている。

この構成により、定電流源３は、一対の出力端子２４，２５間に接続された外部回路に対して、定電圧源２２が出力する直流定電圧の電圧値を抵抗２３の抵抗値で除算して得られる電流値（既知の電流値）の測定電流（直流定電流）Ｉｍを供給可能となっている。なお、定電流源３の出力端子２４から出力される電圧の電圧値は、被測定抵抗体２の抵抗値によって変化するものの、各端子５，６，７，８と被測定抵抗体２との間の接触抵抗がある程度ばらついたとしても、所望の電流値の測定電流Ｉｍを被測定抵抗体２に供給し得るように、ダイオード回路４を構成するダイオード４ａ，４ｂの順方向電圧なども考慮して、常にダイオード４ａ，４ｂのターンオン電圧Ｖｏｎを超える電圧値に規定されている。

ダイオード回路４は、図１に示すように、互いに逆極性の向きで並列接続した２つのダイオード４ａ，４ｂで構成されている。この場合、各ダイオード４ａ，４ｂは、電気的特性（例えば、ターンオン電圧Ｖｏｎ、順電圧および順電流など）の等しい同種のダイオードを使用するのが好ましい。このようにして構成されたダイオード回路４は、一例として、一端（本例ではダイオード４ａのアノード端子）が定電流源３の一方の出力端子２４に接続され、他端は後述するようにＨｉ側電流供給端子５に接続されて、定電流源３の出力端子２４とＨｉ側電流供給端子５との間に配設されている。

Ｈｉ側電流供給端子５は、ダイオード回路４の他端（本例ではダイオード４ａのカソード端子）に接続されている。Ｌｏ側電流供給端子６は、定電流源３の他方の出力端子２５に接続されている。Ｈｉ側電圧検出端子７は、電圧検出部９の一方の入力端子に接続され、Ｌｏ側電圧検出端子８は、電圧検出部９の他方の入力端子に接続されている。

電圧検出部９は、高入力インピーダンスの一対の入力端子に接続されたＨｉ側電圧検出端子７およびＬｏ側電圧検出端子８間に発生する電圧Ｖ１を検出して、この電圧Ｖ１の波形を示す電圧信号Ｓｖを出力する。Ａ／Ｄ変換部１０は、電圧信号Ｓｖを入力すると共に、予め規定されたサンプリング周期でサンプリングすることにより、電圧信号Ｓｖの電圧（振幅）を示す電圧データＤｖを生成して出力する。電圧検出部９およびＡ／Ｄ変換部１０は、処理部１５と共に測定部ＭＥを構成する。

Ｈｉ側交流電源１１は、Ｈｉ側電流供給端子５およびＨｉ側電圧検出端子７に接続されて、これらの端子５，７間にコンタクトチェック用のＨｉ側交流電流（交流定電流）Ｉｅ１を供給（出力）可能に構成されている。また、Ｈｉ側交流電源１１は、Ｈｉ側電圧検出部１３と共にＨｉ側断線検出部ＤＥ１を構成する。この構成により、Ｈｉ側断線検出部ＤＥ１は、Ｈｉ側電流供給端子５およびＨｉ側電圧検出端子７を含むＨｉ側電流路（経路Ｂ）に断線検出用のＨｉ側交流電流Ｉｅ１を供給すると共にこの両端子５，７間に発生する電圧（第１端子間電圧）Ｖ２に基づいて被測定抵抗体２に対する両端子５，７の接続状態を検出する。この場合、Ｈｉ側交流電源１１は、その最大出力振幅（電圧）Ｖｍａｘ１がダイオード４ａ，４ｂのターンオン電圧Ｖｏｎ未満となるように予め規定されている。つまり、最大出力振幅Ｖｍａｘ１は、Ｈｉ側交流電流Ｉｅ１の供給によってダイオード４ａ，４ｂがターンオンしない電圧値に規定されている。なお、ダイオードのターンオン電圧Ｖｏｎは、種類によって異なり、ゲルマニウムダイオードでは、０．２［Ｖ］程度、シリコンダイオードで０．７［Ｖ］程度である。

Ｌｏ側交流電源１２は、Ｌｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８に接続されて、これらの端子６，８間にコンタクトチェック用のＬｏ側交流電流（交流定電流）Ｉｅ２を供給（出力）可能に構成されている。また、Ｌｏ側交流電源１２は、Ｌｏ側電圧検出部１４と共にＬｏ側断線検出部ＤＥ２を構成する。この構成により、Ｌｏ側断線検出部ＤＥ２は、Ｌｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８を含むＬｏ側電流路（経路Ｃ）に断線検出用のＬｏ側交流電流Ｉｅ２を供給すると共にこの両端子６，８間に発生する電圧（第２端子間電圧）Ｖ３に基づいて被測定抵抗体２に対する両端子６，８の接続状態を検出する。この場合、Ｌｏ側交流電源１２は、その最大出力振幅（電圧）Ｖｍａｘ２がダイオード４ａ，４ｂのターンオン電圧Ｖｏｎ未満となるように予め規定されている。つまり、最大出力振幅Ｖｍａｘ２は、Ｌｏ側交流電流Ｉｅ２の供給によってダイオード４ａ，４ｂがターンオンしない電圧値に規定されている。

Ｈｉ側電圧検出部１３は、コンパレータ（不図示）を備えて構成されて、Ｈｉ側電流供給端子５およびＨｉ側電圧検出端子７が接続される各入力端子の入力インピーダンスが高インピーダンスに規定されている。また、Ｈｉ側電圧検出部１３は、Ｈｉ側電流供給端子５およびＨｉ側電圧検出端子７間に発生する電圧Ｖ２を検出すると共に、予め規定された基準電圧Ｖｒｅｆと比較することにより、被測定抵抗体２に対する両端子５，７の接続状態を検出する。具体的には、Ｈｉ側電圧検出部１３は、この比較の結果、電圧Ｖ２が基準電圧Ｖｒｅｆを超えているときには、Ｈｉ側電流供給端子５およびＨｉ側電圧検出端子７の少なくとも一方が被測定抵抗体２（具体的には、被測定抵抗体２の一方の端子）に正常に接続されていないという接続状態を示す検出信号Ｓ１を生成して出力する。

この場合、Ｈｉ側電流供給端子５および被測定抵抗体２の一方の端子間の接触抵抗とＨｉ側電圧検出端子７および被測定抵抗体２の一方の端子間の接触抵抗の合計抵抗値が増加するに伴い、電圧Ｖ２も上昇する。本例では、この合計抵抗値が予め規定された許容最大値となったときの電圧Ｖ２を基準電圧Ｖｒｅｆとして規定している。したがって、Ｈｉ側電圧検出部１３は、上記の各接触抵抗の合計抵抗値が許容最大値を超えたとき（Ｈｉ側電流供給端子５およびＨｉ側電圧検出端子７の少なくとも一方が被測定抵抗体２の一方の端子から離れたとき（非接触のとき）も含む）に、検出信号Ｓ１を生成して出力する。

Ｌｏ側電圧検出部１４も、Ｈｉ側電圧検出部１３と同様にして、コンパレータ（不図示）を備えて構成されて、Ｌｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８が接続される各入力端子の入力インピーダンスが高インピーダンスに規定されている。また、Ｌｏ側電圧検出部１４は、Ｌｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８間に発生する電圧Ｖ３を検出すると共に、予め規定された基準電圧Ｖｒｅｆと比較することにより、被測定抵抗体２に対する両端子６，８の接続状態を検出する。具体的には、Ｌｏ側電圧検出部１４は、この比較の結果、電圧Ｖ３が基準電圧Ｖｒｅｆを超えているときに、両端子６，８の少なくとも一方が被測定抵抗体２（具体的には、被測定抵抗体２の他方の端子）に正常に接続されていないという接続状態を示す検出信号Ｓ２を生成して出力する。

この場合、Ｌｏ側電圧検出部１４の基準電圧Ｖｒｅｆも、Ｈｉ側電圧検出部１３の場合と同様にして規定されている。したがって、Ｌｏ側電圧検出部１４は、Ｌｏ側電流供給端子６および被測定抵抗体２の他方の端子間の接触抵抗とＬｏ側電圧検出端子８および被測定抵抗体２の他方の端子間の接触抵抗の合計抵抗値が許容最大値を超えたとき（Ｌｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８の少なくとも一方が被測定抵抗体２の他方の端子から離れたとき（非接触のとき）も含む）に、検出信号Ｓ２を生成して出力する。

処理部１５は、ＣＰＵおよび内部メモリを備えて構成されて、被測定抵抗体２に対するＨｉ側電流供給端子５、Ｈｉ側電圧検出端子７、Ｌｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８のコンタクトチェック処理（接続判別処理）、および被測定抵抗体２の抵抗値測定処理を実行する。出力部１６は、一例として、ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）などの表示装置で構成されて、コンタクトチェック処理の結果、および抵抗値測定処理の結果を表示する。

次いで、四端子抵抗測定装置１の動作について説明する。なお、Ｈｉ側電流供給端子５およびＨｉ側電圧検出端子７の被測定抵抗体２における一方の端子への接続作業、およびＬｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８の被測定抵抗体における他方の端子への接続作業が予め完了しているものとする。

四端子抵抗測定装置１の作動状態において、上記の各接続作業が良好に行われた結果、図１に示すように、Ｈｉ側電流供給端子５およびＨｉ側電圧検出端子７が被測定抵抗体２の一方の端子に正常に接続され、かつＬｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８が被測定抵抗体２の他方の端子に正常に接続されているときには、定電流源３の出力端子２４から出力される電圧（直流電圧）の電圧値がダイオード４ａのターンオン電圧Ｖｏｎを超えているため、定電流源３が、同図に示す経路（つまり、出力端子２４、ダイオード回路４、Ｈｉ側電流供給端子５、被測定抵抗体２およびＬｏ側電流供給端子６を経由して出力端子２５に至る経路）Ａに測定電流Ｉｍを供給する動作を開始している。

また、Ｈｉ側交流電源１１が、Ｈｉ側電流供給端子５および被測定抵抗体２の一方の端子を経由してＨｉ側電圧検出端子７に至る経路ＢにＨｉ側交流電流Ｉｅ１を供給する動作を開始している。同様にして、Ｌｏ側交流電源１２も、Ｌｏ側電流供給端子６および被測定抵抗体２の他方の端子を経由してＬｏ側電圧検出端子８に至る経路ＣにＬｏ側交流電流Ｉｅ２を供給する動作を開始している。

また、Ｈｉ側電圧検出部１３が、入力される電圧Ｖ２（Ｈｉ側電流供給端子５とＨｉ側電圧検出端子７間の電圧）と基準電圧Ｖｒｅｆとの比較を開始し、Ｌｏ側電圧検出部１４が、入力される電圧Ｖ３（Ｌｏ側電流供給端子６とＬｏ側電圧検出端子８間の電圧）と基準電圧Ｖｒｅｆとの比較を開始している。

また、電圧検出部９は、Ｈｉ側電圧検出端子７およびＬｏ側電圧検出端子８間に発生している電圧Ｖ１を検出して、電圧Ｖ１の波形を示す電圧信号Ｓｖを出力する動作を開始し、Ａ／Ｄ変換部１０は、電圧信号Ｓｖを入力すると共に、予め規定されたサンプリング周期でサンプリングすることにより、電圧信号Ｓｖの電圧（振幅）を示す電圧データＤｖを生成して出力する動作を開始している。

このように、四端子抵抗測定装置１の各構成要素がそれぞれの動作を開始している状態において、処理部１５は、まず、コンタクトチェック処理を実行する。このコンタクトチェック処理では、処理部１５は、Ｈｉ側電圧検出部１３からの検出信号Ｓ１の出力の有無を検出することにより、被測定抵抗体２の一方の端子に対するＨｉ側電流供給端子５およびＨｉ側電圧検出端子７の接続状態を判別する。また、処理部１５は、Ｌｏ側電圧検出部１４からの検出信号Ｓ２の出力の有無を検出することにより、被測定抵抗体２の他方の端子に対するＬｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８の接続状態を判別する。

図１に示す状態において、Ｈｉ側電流供給端子５、Ｈｉ側電圧検出端子７、Ｌｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８が被測定抵抗体２の対応する端子に電気的にそれぞれ接続され、かつ被測定抵抗体２の端子との間の接触抵抗が小さいときには、電圧Ｖ２，Ｖ３が共に基準電圧Ｖｒｅｆ以下となるため、Ｈｉ側電圧検出部１３およびＬｏ側電圧検出部１４からは検出信号Ｓ１，Ｓ２は出力されない。したがって、処理部１５は、Ｈｉ側電流供給端子５〜Ｌｏ側電圧検出端子８の４つの端子すべてが正常に接続されていると判別して、その旨を出力部１６に表示させる。これにより、コンタクトチェック処理が完了する。このようにして、コンタクトチェック処理において、Ｈｉ側電流供給端子５〜Ｌｏ側電圧検出端子８の４つの端子すべてが正常に接続されていると判別したときには、処理部１５は、次いで、抵抗値測定処理に移行する。

この抵抗値測定処理では、処理部１５は、Ａ／Ｄ変換部１０から出力される電圧データＤｖに基づいて、被測定抵抗体２の両端間電圧である電圧Ｖ１の電圧値を算出し、この算出した電圧Ｖ１の電圧値と定電流源３から出力される測定電流Ｉｍの電流値（既知）とに基づいて、被測定抵抗体２の抵抗値を測定して、出力部１６に表示させる。これにより、抵抗値測定処理が完了する。

一方、Ｈｉ側電流供給端子５、Ｈｉ側電圧検出端子７、Ｌｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８が被測定抵抗体２の対応する端子に電気的にそれぞれ接続されているものの、被測定抵抗体２の端子との間の接触抵抗が大きいことに起因して、Ｈｉ側電流供給端子５およびＨｉ側電圧検出端子７側での接触抵抗の合計抵抗値が許容最大値を超えているときには、Ｈｉ側電圧検出部１３が検出信号Ｓ１を生成して出力する。また、Ｌｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８側での接触抵抗の合計抵抗値が許容最大値を超えているときには、Ｌｏ側電圧検出部１４が検出信号Ｓ２を生成して出力する。

また、Ｈｉ側電圧検出端子７が被測定抵抗体２に未接続のときには、Ｈｉ側交流電源１１におけるＨｉ側電圧検出端子７側の端子は、インピーダンスの高いＨｉ側電圧検出部１３および電圧検出部９の入力端子にのみ接続された状態となる。このため、Ｈｉ側交流電流Ｉｅ１の流れる経路Ｂは形成されない。また、Ｈｉ側電流供給端子５が被測定抵抗体２に未接続のときには、図２に示すように、Ｈｉ側電圧検出端子７の未接続のときと同様にして経路Ｂは形成されず、また、定電流源３の出力端子２４とＨｉ側電流供給端子５およびＨｉ側交流電源１１との間にダイオード回路４が配設され、かつＨｉ側交流電源１１の最大出力振幅Ｖｍａｘ１がダイオード４ｂのターンオン電圧Ｖｏｎ未満となるように規定されているため、従来の四端子抵抗測定装置５１とは異なり、経路Ｄも形成されない。また、Ｈｉ側交流電源１１のインピーダンスが高いために定電流源３からの測定電流Ｉｍも流れない。つまり、測定電流Ｉｍによる経路Ｄも形成されない。

このため、Ｈｉ側交流電源１１からＨｉ側交流電流Ｉｅ１が出力されない結果、Ｈｉ側交流電流Ｉｅ１を供給するためにＨｉ側交流電源１１が出力する電圧（電圧の振幅）が最大出力振幅Ｖｍａｘ１に達する、つまり電圧Ｖ２がＶｍａｘ１に達する。これにより、Ｈｉ側電圧検出部１３が、この電圧Ｖ２と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、検出信号Ｓ１を生成して出力する。

Ｌｏ側電流供給端子６またはＬｏ側電圧検出端子８が被測定抵抗体２に未接続のときにも、上記したＨｉ側電流供給端子５またはＨｉ側電圧検出端子７のときと同様にして、図３に示すように、Ｌｏ側交流電流Ｉｅ２が流れるための経路Ｃおよび経路Ｅが形成されない。また、Ｌｏ側電圧検出部１４のインピーダンスが高いために定電流源３からの測定電流Ｉｍも流れない。つまり、測定電流Ｉｍによる経路Ｅも形成されない。このため、Ｌｏ側交流電源１２からＬｏ側交流電流Ｉｅ２が出力されない結果、Ｌｏ側交流電流Ｉｅ２を供給するためにＬｏ側交流電源１２が出力する電圧（電圧の振幅）が最大出力振幅Ｖｍａｘ２に達する、つまり電圧Ｖ３がＶｍａｘ２に達する。これにより、Ｌｏ側電圧検出部１４が、この電圧Ｖ３と基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して、検出信号Ｓ２を生成して出力する。

以上のように、Ｈｉ側電圧検出部１３から検出信号Ｓ１が出力されたときには、処理部１５は、コンタクトチェック処理において検出信号Ｓ１を入力するため、Ｈｉ側電流供給端子５およびＨｉ側電圧検出端子７のうちの少なくとも一方に接続不良が発生していると判別して、その旨を出力部１６に表示させる。また、Ｌｏ側電圧検出部１４から検出信号Ｓ２が出力されたときには、処理部１５は、コンタクトチェック処理において検出信号Ｓ２を入力するため、Ｌｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８のうちの少なくとも一方に接続不良が発生していると判別して、その旨を出力部１６に表示させる。この場合、処理部１５は、この出力部１６に対する表示処理を完了した後に、コンタクトチェック処理を完了させて、抵抗値測定処理の実行を中止する。

このように、この四端子抵抗測定装置１では、互いに逆極性の向きで並列接続した２つのダイオード４ａ，４ｂで構成されたダイオード回路４が定電流源３の出力端子２４とＨｉ側電流供給端子５との間、および定電流源３の他の出力端子２５とＬｏ側電流供給端子６との間の少なくとも一方に配設され、Ｈｉ側断線検出部ＤＥ１におけるＨｉ側交流電源１１の出力交流電圧の最大振幅がダイオード４ａ，４ｂのターンオン電圧Ｖｏｎ未満に規定され、かつＬｏ側断線検出部ＤＥ２におけるＬｏ側交流電源１２の出力交流電圧の最大振幅がダイオード４ａ，４ｂのターンオン電圧Ｖｏｎ未満に規定されている。

このため、Ｈｉ側電流供給端子５、Ｌｏ側電流供給端子６、Ｈｉ側電圧検出端子７およびＬｏ側電圧検出端子８のうちのＨｉ側電流供給端子５のみが断線した場合（Ｈｉ側電流供給端子５のみが被測定抵抗体２と未接続となった場合）においては、経路ＤへのＨｉ側交流電流Ｉｅ１の出力がダイオード回路４によって阻止され、また、Ｌｏ側電流供給端子６のみが断線した場合（Ｌｏ側電流供給端子６のみが被測定抵抗体２と未接続となった場合）においても、経路ＥへのＬｏ側交流電流Ｉｅ２の出力がダイオード回路４によって阻止される。また、電圧検出部９、Ｈｉ側電圧検出部１３およびＬｏ側電圧検出部１４の各入力インピーダンスが高いため、Ｈｉ側電圧検出端子７が断線した場合にも、Ｈｉ側交流電源１１からＨｉ側交流電流Ｉｅ１が出力されず、また、Ｌｏ側電圧検出端子８が断線した場合にも、Ｌｏ側交流電源１２からＬｏ側交流電流Ｉｅ２が出力されない。これにより、Ｈｉ側電流供給端子５およびＨｉ側電圧検出端子７の少なくとも一方が断線した場合には、電圧Ｖ２が上昇し、またＬｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８の少なくとも一方が断線した場合には、電圧Ｖ３が上昇する。

したがって、この四端子抵抗測定装置１によれば、２つのダイオード４ａ，４ｂを使用したダイオード回路４を配設するという簡単な構成でありながら、Ｈｉ側電流供給端子５、Ｌｏ側電流供給端子６、Ｈｉ側電圧検出端子７およびＬｏ側電圧検出端子８のうちの、Ｈｉ側電圧検出端子７またはＬｏ側電圧検出端子８が断線した場合のみならず、Ｈｉ側電流供給端子５のみ、またはＬｏ側電流供給端子６のみが断線した場合についても、電圧Ｖ２，Ｖ３に基づいて、その断線の発生をＨｉ側断線検出部ＤＥ１（詳細にはＨｉ側電圧検出部１３）またはＬｏ側断線検出部ＤＥ２（詳細にはＬｏ側電圧検出部１４）が確実に検出して、検出信号Ｓ１，Ｓ２を処理部１５に出力することができる結果、各電流供給端子５，６および各電圧検出端子７，８のすべての端子についての被測定抵抗体２への未接続状態を確実に検出することができる。

また、この四端子抵抗測定装置１によれば、電圧Ｖ２を検出すると共にこの電圧Ｖ２と予め規定された基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して被測定抵抗体２に対するＨｉ側電流供給端子５およびＨｉ側電圧検出端子７の接続状態を検出するＨｉ側電圧検出部１３を備えてＨｉ側断線検出部ＤＥ１を構成し、また電圧Ｖ３を検出すると共にこの電圧Ｖ３と予め規定された基準電圧Ｖｒｅｆとを比較して被測定抵抗体２に対するＬｏ側電流供給端子６およびＬｏ側電圧検出端子８の接続状態を検出するＬｏ側電圧検出部１４を備えてＬｏ側断線検出部ＤＥ２を構成したことにより、電圧Ｖ２と基準電圧Ｖｒｅｆを比較し、電圧Ｖ３と基準電圧Ｖｒｅｆを比較するという簡易な構成でありながら、電圧Ｖ２に基づいて被測定抵抗体２に対する両端子５，７の接続状態を検出することができると共に、電圧Ｖ３に基づいて被測定抵抗体２に対する両端子６，８の接続状態を確実に検出することができる。

なお、ダイオード回路４を定電流源３の出力端子２４とＨｉ側電流供給端子５との間に配設する構成について上記したが、ダイオード回路４は、定電流源３の出力端子２４とＨｉ側電流供給端子５との間、および定電流源３の出力端子２５とＬｏ側電流供給端子６との間の少なくとも一方に配設されていればよいため、ダイオード回路４を定電流源３の出力端子２５とＬｏ側電流供給端子６との間にのみ配設する構成や、定電流源３の出力端子２４とＨｉ側電流供給端子５との間、および定電流源３の出力端子２５とＬｏ側電流供給端子６との間の双方にダイオード回路４をそれぞれ配設する構成を採用することもできる。

この場合、後者の構成のようにダイオード回路４を２カ所に配設する場合には、測定電流Ｉｍの経路Ａにダイオード回路４が２つ直列に配設されるため、定電流源３の出力端子２４から出力される電圧の電圧値をダイオード４ａ，４ｂのターンオン電圧Ｖｏｎの２倍を超える電圧値に規定する。また、この構成では、Ｈｉ側交流電源１１およびＬｏ側交流電源１２の出力振幅についても、ダイオード回路４が１つの場合の２倍にできるため、Ｈｉ側電流供給端子５、Ｌｏ側電流供給端子６、Ｈｉ側電圧検出端子７およびＬｏ側電圧検出端子８についてのコンタクトチェックをより高い電圧を用いて高精度で実施することができる。なお、ダイオード回路４のダイオード４ａを１つのダイオードで構成しているが、複数のダイオードを直列接続して構成することもできる。また、ダイオード４ｂについても同様にして、複数のダイオードを直列接続して構成することもできる。

また、Ｈｉ側電圧検出部１３およびＬｏ側電圧検出部１４における基準電圧Ｖｒｅｆを共通にした例について上記したが、Ｈｉ側交流電源１１およびＬｏ側交流電源１２の出力電圧（振幅）のばらつきに対応させて、それぞれの基準電圧Ｖｒｅｆを異なる電圧にしてもよいのは勿論である。また、測定電流Ｉｍを供給する電流源として、定電流源３を使用した例について上記したが、被測定抵抗体２に供給している測定電流Ｉｍの電流値を処理部１５にリアルタイムに出力する機能を有する電流源であれば、定電流源でなくても、測定電流Ｉｍを供給する電流源として使用することができる。

１四端子抵抗測定装置
２被測定抵抗体
３定電流源
４ダイオード回路
４ａ，４ｂダイオード
５Ｈｉ側電流供給端子
６Ｌｏ側電流供給端子
７Ｈｉ側電圧検出端子
８Ｌｏ側電圧検出端子
１１Ｈｉ側交流電源
１２Ｌｏ側交流電源
１３Ｈｉ側電圧検出部
１４Ｌｏ側電圧検出部
１５処理部
ＤＥ１Ｈｉ側断線検出部
ＤＥ２Ｌｏ側断線検出部
Ｉｍ測定電流
ＭＥ測定部
Ｖ１，Ｖ２電圧
Ｖｒｅｆ基準電圧

Claims

高電位側電流供給端子および低電位側電流供給端子を介して被測定抵抗体に直流の測定電流を供給する電流源と、
高電位側電圧検出端子および低電位側電圧検出端子を介して前記被測定抵抗体の両端間電圧を測定する測定部と、
前記高電位側電流供給端子および前記高電位側電圧検出端子を含む高電位側電流路に断線検出用の高電位側交流電流を供給すると共に当該高電位側電流供給端子および当該高電位側電圧検出端子間に発生する第１端子間電圧に基づいて前記被測定抵抗体に対する当該高電位側電流供給端子および当該高電位側電圧検出端子の接続状態を検出する高電位側断線検出部と、
前記低電位側電流供給端子および前記低電位側電圧検出端子を含む低電位側電流路に断線検出用の低電位側交流電流を供給すると共に当該低電位側電流供給端子および当該低電位側電圧検出端子間に発生する第２端子間電圧に基づいて前記被測定抵抗体に対する当該低電位側電流供給端子および当該低電位側電圧検出端子の接続状態を検出する低電位側断線検出部とを備え、
前記高電位側断線検出部および前記低電位側断線検出部の検出結果に基づいて、前記被測定抵抗体に対する前記高電位側電流供給端子および前記高電位側電圧検出端子の接続状態と当該被測定抵抗体に対する前記低電位側電流供給端子および前記低電位側電圧検出端子の接続状態を判別すると共に、前記測定電流および前記測定部で測定された前記両端間電圧に基づいて前記被測定抵抗体の抵抗値を算出する四端子抵抗測定装置であって、
互いに逆極性の向きで並列接続した２つのダイオードで構成されると共に、前記電流源と前記高電位側電流供給端子との間、および当該電流源と前記低電位側電流供給端子との間の少なくとも一方に配設されたダイオード回路を備え、
前記高電位側断線検出部は、前記高電位側交流電流を出力すると共に出力交流電圧の最大振幅が前記ダイオードのターンオン電圧未満に規定された高電位側交流電源を備え、
前記低電位側断線検出部は、前記低電位側交流電流を出力すると共に出力交流電圧の最大振幅が前記ダイオードのターンオン電圧未満に規定された低電位側交流電源を備えている四端子抵抗測定装置。
前記高電位側断線検出部は、前記第１端子間電圧を検出すると共に当該第１端子間電圧と予め規定された基準電圧とを比較して前記被測定抵抗体に対する前記高電位側電流供給端子および前記高電位側電圧検出端子の接続状態を検出する高電位側電圧検出部を備え、
前記低電位側断線検出部は、前記第２端子間電圧を検出すると共に当該第２端子間電圧と予め規定された基準電圧とを比較して前記被測定抵抗体に対する前記低電位側電流供給端子および前記低電位側電圧検出端子の接続状態を検出する低電位側電圧検出部を備えている請求項１記載の四端子抵抗測定装置。