JP6331453B2 - Voltage measuring device and voltage measuring method - Google Patents
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Description
本発明は、絶縁物によって被覆された導体に印加されている交流の電圧を計測する電圧計測装置および電圧計測方法に関する。 The present invention relates to a voltage measuring device and a voltage measuring method for measuring an alternating voltage applied to a conductor covered with an insulator.
従来、特許文献1,2に示されているように、計測電極を絶縁電線の導体に接触させることなく、絶縁電線に印加されている電圧を計測する技術が知られている。
Conventionally, as disclosed in
特許文献1,2に記載の構成は、絶縁電線の絶縁被覆の一部の表面を覆うことが可能な検出電極および検出電極を覆うシールド電極を備えた検出プローブと、所定の周波数の信号を出力する発振器とを用いている。具体的には、発振器から所定の周波数の信号を出力し、その信号を検出プローブの検出電極に供給し、検出電極と導体との間のインピーダンスを計測している。さらに、絶縁電線の導体に印加された電圧に起因して検出電極から流出する電流を計測し、この電流と上記インピーダンスとから導体に印加されている電圧を計測している。
The configurations described in
ここで、絶縁電線(計測電線)の各絶縁被覆の特性は、温度および湿度によって大きく変化する。例えば、周波数が60Hz、規定電圧がAC200Vである計測電線の計測電圧は、図10に示すように、湿度が45%程度から100%程度まで変化した場合、200V程度から600V程度まで、3倍程度変化する。すなわち、計測電線の計測電圧は湿度によって大幅に変化する。 Here, the characteristic of each insulation coating of an insulated wire (measurement wire) varies greatly depending on temperature and humidity. For example, as shown in FIG. 10, the measurement voltage of the measurement wire having a frequency of 60 Hz and a specified voltage of AC200V is about three times as high as about 200V to about 600V when the humidity changes from about 45% to about 100%. Change. That is, the measurement voltage of the measurement wire varies greatly with humidity.
また、上記と同じく、周波数が60Hz、規定電圧がAC200Vである計測電線の計測電圧は、図11に示すように、温度が−5℃程度から60℃程度まで変化した場合、155V程度から250V程度まで、1.6倍程度変化する。すなわち、計測電線の計測電圧は温度によって大幅に変化する。
Similarly to the above, the measurement voltage of the measurement wire having a frequency of 60 Hz and a specified voltage of
また、計測電線の絶縁被覆の比誘電率は周波数特性を有し、しかも周波数特性は、図12に示すように、絶縁被覆の材質によって異なる。特に、絶縁被覆として多用されているPVC(ポリ塩化ビニル)は、周波数の違いに対する比誘電率の違いが顕著である。 Further, the relative dielectric constant of the insulation coating of the measurement wire has frequency characteristics, and the frequency characteristics vary depending on the material of the insulation coating as shown in FIG. In particular, PVC (polyvinyl chloride), which is frequently used as an insulating coating, has a remarkable difference in relative dielectric constant with respect to a difference in frequency.
上記のような要因によって計測電線の計測電圧が大きく左右される状況下において、上記従来の構成では、図13に示すように、計測電線の計測電圧(例えば周波数60Hz)とは周波数が大きく異なる高周波信号(例えば周波数6kHz)を計測電線に印加することにより、計測電線の導体と検出電極との間のインピーダンスを計測し、そのインピーダンスに基づいて、導体の電圧(計測電圧)を求めている。このため、上記従来の構成では、計測電線の電圧を正確に計測することができないという問題点を有している。
In a situation where the measurement voltage of the measurement wire is greatly influenced by the factors as described above, in the conventional configuration, as shown in FIG. 13, the frequency is greatly different from the measurement voltage (for example,
したがって、本発明は、計測対象の被覆電線である計測電線の電圧を正確に計測することができる電圧計測装置および電圧計測方法の提供を目的としている。 Therefore, an object of the present invention is to provide a voltage measurement device and a voltage measurement method that can accurately measure the voltage of a measurement electric wire that is a covered electric wire to be measured.
本発明の電圧計測装置は、電線の交流電圧を当該電線を構成する導体に非接触で計測する電圧計測装置であって、前記電線との間に第1の静電容量を形成する第1の電極と、前記電線との間に、前記第1の静電容量との関係が既知である第2の静電容量を形成する第2の電極と、前記第1の電極に一端が電気的に接続された抵抗と、前記電線の交流電圧によって前記第2の電極に生じた誘起電圧の位相を遷移させた印加電圧を前記抵抗の他端に印加する電圧印加手段と、前記電線の交流電圧および前記印加電圧によって前記第1の電極に生じた混合電圧から、前記印加電圧によって前記第1の電極に生じた電圧を、前記誘起電圧を参照することにより分離する電圧分離手段と、前記印加電圧と、前記印加電圧によって前記第1の電極に生じた電圧とに基づいて前記第1の静電容量を求め、前記第1の静電容量から前記既知の関係を用いて前記第2の静電容量を求め、前記第2の静電容量と前記誘起電圧とに基づいて前記電線の交流電圧を求める演算手段と、を備えていることを特徴としている。 The voltage measuring device of the present invention is a voltage measuring device that measures an AC voltage of a wire in a non-contact manner with a conductor constituting the wire, and a first capacitance that forms a first capacitance with the wire. A second electrode forming a second capacitance whose relation to the first capacitance is known between the electrode and the electric wire, and one end electrically connected to the first electrode A voltage applying means for applying to the other end of the resistor an applied voltage obtained by shifting the phase of the induced voltage generated in the second electrode by the AC voltage of the wire; and the AC voltage of the wire; Voltage separating means for separating the voltage generated in the first electrode by the applied voltage from the mixed voltage generated in the first electrode by the applied voltage by referring to the induced voltage; and the applied voltage Caused in the first electrode by the applied voltage The first capacitance is obtained based on the pressure, the second capacitance is obtained from the first capacitance using the known relationship, and the second capacitance and the induction are obtained. And an arithmetic means for obtaining an AC voltage of the electric wire based on the voltage.
上記の構成によれば、電線に第1および第2の電極が対向配置された状態にて、第1の電極と電線との間に生じる第1の静電容量と、第2の電極と電線との間に生じる第2の静電容量とは、既知の関係を有する。このために、第1および第2の電極は、上記の既知の関係が生じるように製造される。 According to said structure, in the state by which the 1st and 2nd electrode was opposingly arranged by the electric wire, the 1st electrostatic capacity produced between a 1st electrode and an electric wire, a 2nd electrode, and an electric wire The second capacitance generated between the two and the second capacitor has a known relationship. For this purpose, the first and second electrodes are manufactured so that the above-described known relationship occurs.
電圧印加手段は、電線の交流電圧によって第2の電極に誘起された誘起電圧の位相を遷移させた印加電圧を、第1の電極に一端が電気的に接続された抵抗の他端に印加する。電圧分離手段は、電線の交流電圧および前記印加電圧によって第1の電極に生じた混合電圧から、前記印加電圧によって第1の電極に生じた電圧を、第2の電極の誘起電圧を参照することにより分離する。演算手段は、分離された、前記印加電圧によって第1の電極に生じた電圧と前記印加電圧とに基づいて、第1の静電容量を求める。次に、求めた第1の静電容量から、第1の静電容量と第2の静電容量との既知の関係を用いて、第2の静電容量を求める。さらに、求めた第2の静電容量と第2の電極の誘起電圧とに基づいて電線の交流電圧を求める。 The voltage applying means applies an applied voltage obtained by shifting the phase of the induced voltage induced in the second electrode by the AC voltage of the electric wire to the other end of the resistor whose one end is electrically connected to the first electrode. . The voltage separation means refers to the voltage generated in the first electrode by the applied voltage and the induced voltage of the second electrode from the mixed voltage generated in the first electrode by the AC voltage of the electric wire and the applied voltage. To separate. The calculation means obtains the first capacitance based on the separated voltage generated in the first electrode by the applied voltage and the applied voltage. Next, the second capacitance is obtained from the obtained first capacitance using a known relationship between the first capacitance and the second capacitance. Further, the AC voltage of the electric wire is obtained based on the obtained second capacitance and the induced voltage of the second electrode.
このように電圧計測装置では、第2の電極から第1の電極に、電線の電圧と周波数が同じ電圧を印加電圧として供給し、電線の心線と第1の電極との間の第1の静電容量を求めている。さらに、第1の静電容量と第2の静電容量との既知の関係を用いて、第2の静電容量を求め、電線の電圧を求めている。したがって、周波数の違いに起因する電線の絶縁被覆の比誘電率の違いの影響を受けなくなり、電線の電圧を、温度、湿度変化の影響を受けることなく、正確に計測することができる。 As described above, in the voltage measuring device, a voltage having the same frequency as that of the electric wire is supplied as an applied voltage from the second electrode to the first electrode, and the first electrode between the core of the electric wire and the first electrode is supplied. I'm looking for capacitance. Furthermore, the second capacitance is obtained by using a known relationship between the first capacitance and the second capacitance, and the voltage of the electric wire is obtained. Therefore, it is not affected by the difference in the relative dielectric constant of the insulation coating of the electric wire due to the difference in frequency, and the voltage of the electric wire can be accurately measured without being affected by changes in temperature and humidity.
本発明の電圧計測方法は、電線の交流電圧を当該電線を構成する導体に非接触で計測する電圧計測方法であって、前記電線との間に第1の静電容量を形成する第1の電極を配置し、前記電線との間に、前記第1の静電容量との関係が既知である第2の静電容量を形成する第2の電極を配置する工程と、前記電線の交流電圧によって前記第2の電極に生じた誘起電圧の位相を遷移させた印加電圧を前記第1の電極に一端が電気的に接続された抵抗の他端に印加する電圧印加工程と、前記電線の交流電圧および前記印加電圧によって前記第1の電極に生じた混合電圧から、前記印加電圧によって前記第1の電極に生じた電圧を、前記誘起電圧を参照することにより分離する電圧分離工程と、前記印加電圧と、前記印加電圧によって前記第1の電極に生じた電圧とに基づいて前記第1の静電容量を求め、前記第1の静電容量から前記既知の関係を用いて前記第2の静電容量を求め、前記第2の静電容量と前記誘起電圧とに基づいて前記電線の交流電圧を求める演算工程と、を備えていることを特徴としている。 The voltage measurement method of the present invention is a voltage measurement method for measuring an AC voltage of an electric wire in a non-contact manner with a conductor constituting the electric wire, wherein a first capacitance is formed between the electric wire and the electric wire. A step of disposing an electrode, disposing a second electrode forming a second capacitance between the electric wire and the first electrostatic capacitance, and an AC voltage of the electric wire Applying a voltage applied to the other end of the resistor, one end of which is electrically connected to the first electrode, and an alternating current of the electric wire. A voltage separation step of separating a voltage generated in the first electrode by the applied voltage by referring to the induced voltage from a mixed voltage generated in the first electrode by the voltage and the applied voltage; and the application The first electrode according to the voltage and the applied voltage. The first capacitance is obtained based on the generated voltage, the second capacitance is obtained from the first capacitance using the known relationship, and the second capacitance A calculation step of obtaining an AC voltage of the electric wire based on the induced voltage.
上記の構成によれば、上記電圧計測装置と同様の作用効果を奏する。 According to said structure, there exists an effect similar to the said voltage measuring device.
本発明の電圧計測装置は、電線の交流電圧を当該電線を構成する導体に非接触で計測する電圧計測装置であって、前記電線との間に第1の静電容量を形成する第1の電極と、前記電線との間に第2の静電容量を形成する第2の電極と、前記第1の電極に一端が電気的に接続された抵抗と、前記電線の交流電圧によって前記第2の電極に生じた第2の誘起電圧の位相を遷移させた印加電圧を前記抵抗の他端に印加する電圧印加手段と、前記電線の交流電圧および前記印加電圧によって前記第1の電極に生じた混合電圧から、前記電線の交流電圧によって生じた第1の誘起電圧と前記印加電圧によって生じた第3の誘起電圧とを前記第2の誘起電圧を参照することにより分離する電圧分離手段と、前記印加電圧と前記第3の誘起電圧とに基づいて前記第1の静電容量を求め、前記第1の静電容量と前記第1の誘起電圧または前記第2の誘起電圧とに基づいて前記電線の交流電圧を求める演算手段と、を備えていることを特徴としている。 The voltage measuring device of the present invention is a voltage measuring device that measures an AC voltage of a wire in a non-contact manner with a conductor constituting the wire, and a first capacitance that forms a first capacitance with the wire. A second electrode forming a second capacitance between the electrode and the electric wire; a resistor having one end electrically connected to the first electrode; and an AC voltage of the electric wire A voltage applying means for applying to the other end of the resistor an applied voltage obtained by shifting the phase of the second induced voltage generated in the electrode of the first electrode, and an AC voltage of the wire and the applied voltage generated on the first electrode. Voltage separating means for separating, from the mixed voltage, a first induced voltage generated by the AC voltage of the electric wire and a third induced voltage generated by the applied voltage by referring to the second induced voltage; Based on the applied voltage and the third induced voltage Calculating means for obtaining the first capacitance and obtaining an AC voltage of the electric wire based on the first capacitance and the first induced voltage or the second induced voltage. It is characterized by that.
上記の構成によれば、電線に第1および第2の電極が対向配置された状態にて、第1および第2の電極には、電線の電圧により絶縁被覆を介してそれぞれ第1および第2の誘起電圧が誘起される。電圧印加手段は、電線の交流電圧によって第2の電極に生じた第2の誘起電圧の位相を遷移させた印加電圧を、第1の電極に一端が電気的に接続された抵抗の他端に印加する。電圧分離手段は、電線の交流電圧および前記印加電圧によって第1の電極に生じた混合電圧から、電線の交流電圧によって生じた第1の誘起電圧と前記印加電圧によって生じた第3の誘起電圧とを第2の誘起電圧を参照することにより分離する。演算手段は、前記印加電圧と第3の誘起電圧とに基づいて第1の静電容量を求め、第1の静電容量と第1の誘起電圧または第2の誘起電圧とに基づいて電線の交流電圧を求める。 According to said structure, in the state by which the 1st and 2nd electrode was opposingly arranged by the electric wire, the 1st and 2nd electrode was respectively provided via the insulation coating by the voltage of the electric wire. Is induced. The voltage applying means applies an applied voltage obtained by shifting the phase of the second induced voltage generated in the second electrode by the AC voltage of the electric wire to the other end of the resistor whose one end is electrically connected to the first electrode. Apply. The voltage separating means includes a first induced voltage generated by the AC voltage of the electric wire and a third induced voltage generated by the applied voltage from the mixed voltage generated in the first electrode by the AC voltage of the electric wire and the applied voltage. Are separated by referring to the second induced voltage. The calculation means obtains a first capacitance based on the applied voltage and the third induced voltage, and based on the first capacitance and the first induced voltage or the second induced voltage, Find AC voltage.
このように電圧計測装置では、第2の電極から第1の電極に、電線の電圧と周波数が同じ電圧を印加電圧として供給し、電線の心線と第1の電極との間の静電容量を求め、電線の電圧を求めている。したがって、周波数の違いに起因する電線の絶縁被覆の比誘電率の違いの影響を受けなくなり、電線の電圧を、温度、湿度変化の影響を受けることなく、正確に計測することができる。 As described above, in the voltage measuring apparatus, a voltage having the same frequency as that of the electric wire is supplied as an applied voltage from the second electrode to the first electrode, and the capacitance between the core of the electric wire and the first electrode is supplied. The voltage of the electric wire is obtained. Therefore, it is not affected by the difference in the relative dielectric constant of the insulation coating of the electric wire due to the difference in frequency, and the voltage of the electric wire can be accurately measured without being affected by changes in temperature and humidity.
本発明の電圧計測方法は、電線の交流電圧を当該電線を構成する導体に非接触で計測する電圧計測方法であって、前記電線に第1の電極および第2の電極を対向配置する工程と、前記電線の交流電圧によって前記第2の電極に生じた第2の誘起電圧の位相を遷移させた印加電圧を前記第1の電極に一端が電気的に接続された抵抗の他端に印加する電圧印加工程と、前記電線の交流電圧および前記印加電圧によって前記第1の電極に生じた混合電圧から、前記電線の交流電圧によって生じた第1の誘起電圧と前記印加電圧によって生じた第3の誘起電圧とを前記第2の誘起電圧を参照することにより分離する電圧分離工程と、前記印加電圧と前記第3の誘起電圧とに基づいて前記第1の静電容量を求め、前記第1の静電容量と前記第1の誘起電圧または前記第2の誘起電圧とに基づいて前記電線の交流電圧を求める演算工程と、を備えていることを特徴としている。 The voltage measurement method of the present invention is a voltage measurement method for measuring an AC voltage of an electric wire in a non-contact manner with a conductor constituting the electric wire, and a step of disposing the first electrode and the second electrode opposite to the electric wire; And applying an applied voltage obtained by shifting the phase of the second induced voltage generated in the second electrode by the AC voltage of the electric wire to the other end of the resistor electrically connected to the first electrode at one end. From the voltage application step, the AC voltage of the electric wire and the mixed voltage generated in the first electrode by the applied voltage, the first induced voltage generated by the AC voltage of the electric wire and the third voltage generated by the applied voltage A voltage separation step of separating an induced voltage by referring to the second induced voltage; and determining the first capacitance based on the applied voltage and the third induced voltage; and Capacitance and the first induced current Or it is characterized in that it comprises a and a calculation step of obtaining an AC voltage of the electric wire based on said second induced voltage.
上記の構成によれば、上記電圧計測装置と同様の作用効果を奏する。 According to said structure, there exists an effect similar to the said voltage measuring device.
上記の電圧計測装置において、前記電圧印加手段は、前記電圧印加手段は、前記第2の誘起電圧の位相を90°遷移させて前記印加電圧を生成する位相シフト手段を備え、前記電圧分離手段は第1および第2の積分手段を備え、前記第1の積分手段は、前記混合電圧から前記第3の誘起電圧のみが残るように積分動作を行い、前記第2の積分手段は、前記混合電圧から前記第1の誘起電圧のみが残るように積分動作を行い、前記演算手段は、前記印加電圧と前記第1の積分手段の出力電圧とに基づいて前記第1の静電容量を求め、前記第1の静電容量と前記第2の積分手段の出力電圧とに基づいて前記電線の交流電圧を求める構成としてもよい。 In the voltage measuring apparatus, the voltage applying means includes phase shift means for generating the applied voltage by causing the voltage applying means to shift the phase of the second induced voltage by 90 °, and the voltage separating means includes: First and second integrating means, wherein the first integrating means performs an integration operation so that only the third induced voltage remains from the mixed voltage, and the second integrating means comprises the mixed voltage The integration unit performs an integration operation so that only the first induced voltage remains, and the calculation unit obtains the first capacitance based on the applied voltage and the output voltage of the first integration unit, It is good also as a structure which calculates | requires the alternating voltage of the said electric wire based on the 1st electrostatic capacitance and the output voltage of the said 2nd integration means.
上記の構成によれば、電圧印加手段の位相シフト手段は、第2の誘起電圧の位相を90°遷移させて前記印加電圧を生成する。電圧分離手段の第1の積分手段は、第1の電極に生じた混合電圧から第3の誘起電圧のみが残るように積分動作を行い、電圧分離手段の第2の積分手段は、第1の電極に生じた混合電圧から第1の誘起電圧のみが残るように積分動作を行う。演算手段は、前記印加電圧と第1の積分手段の出力電圧とに基づいて、電線と第1の電極との間に形成される第1の静電容量を求める。さらに、演算手段は、第1の静電容量と第2の積分手段の出力電圧とに基づいて電線の交流電圧を求める。
According to said structure, the phase shift means of a voltage application means changes the phase of a 2nd induced
したがって、簡単な構成により、容易かつ正確に電線の電圧を求めることができる。 Therefore, the voltage of the electric wire can be easily and accurately obtained with a simple configuration.
上記の電圧計測装置において、前記電圧印加手段は、前記第2の誘起電圧の位相を90°遷移させて前記印加電圧を生成する位相シフト手段を備え、前記電圧分離手段は第1および第2のピーク電圧取得手段を備え、前記第1のピーク電圧取得手段は、前記混合電圧から前記第1の誘起電圧のピーク電圧を取得して出力し、前記第2のピーク電圧取得手段は、前記混合電圧から前記第3の誘起電圧のピーク電圧を取得して出力し、前記演算手段は、前記印加電圧と前記第2のピーク電圧取得手段の出力電圧とに基づいて前記第1の静電容量を求め、前記第1の静電容量と前記第1のピーク電圧取得手段の出力電圧とに基づいて前記電線の交流電圧を求める構成としてもよい。 In the voltage measuring apparatus, the voltage applying means includes phase shift means for generating the applied voltage by causing the phase of the second induced voltage to shift by 90 °, and the voltage separating means includes first and second voltage separators. Peak voltage acquisition means, wherein the first peak voltage acquisition means acquires and outputs the peak voltage of the first induced voltage from the mixed voltage, and the second peak voltage acquisition means includes the mixed voltage. The calculation means obtains the first capacitance based on the applied voltage and the output voltage of the second peak voltage acquisition means. The AC voltage of the electric wire may be obtained based on the first capacitance and the output voltage of the first peak voltage acquisition means.
上記の構成によれば、電圧印加手段の位相シフト手段は、第2の誘起電圧の位相を90°遷移させて前記印加電圧を生成する。電圧分離手段の第1のピーク電圧取得手段は、第1の電極に生じた混合電圧から第1の誘起電圧のピーク電圧を取得して出力し、電圧分離手段の第2のピーク電圧取得手段は、第1の電極に生じた混合電圧から第3の誘起電圧のピーク電圧を取得して出力する。演算手段は、前記印加電圧と第2のピーク電圧取得手段の出力電圧とに基づいて、電線と第1の電極との間に形成される第1の静電容量を求める。さらに、演算手段は、第1の静電容量と第1のピーク電圧取得手段の出力電圧とに基づいて電線の交流電圧を求める。
According to said structure, the phase shift means of a voltage application means changes the phase of a 2nd induced
したがって、簡単な構成により、容易かつ正確に電線の電圧を求めることができる。 Therefore, the voltage of the electric wire can be easily and accurately obtained with a simple configuration.
上記の電圧計測装置において、前記電圧印加手段は、前記第1の電極に供給される前記印加電圧の位相を前記第2の誘起電圧の位相と一致するように遷移させる位相調整手段を備え、前記電圧分離手段は、前記混合電圧から前記第2の誘起電圧を減算して、前記第3の誘起電圧を出力する減算手段を備え、前記演算手段は、前記印加電圧と前記減算手段の出力電圧とに基づいて前記第1の静電容量を求め、前記第1の静電容量と前記第2の誘起電圧とに基づいて前記電線の交流電圧を求める構成としてもよい。 In the voltage measuring apparatus, the voltage applying unit includes a phase adjusting unit that shifts the phase of the applied voltage supplied to the first electrode so as to coincide with the phase of the second induced voltage, The voltage separating means includes subtracting means for subtracting the second induced voltage from the mixed voltage and outputting the third induced voltage, and the computing means includes the applied voltage and the output voltage of the subtracting means. It is good also as a structure which calculates | requires said 1st electrostatic capacitance based on 1st, and calculates | requires the alternating voltage of the said electric wire based on said 1st electrostatic capacitance and said 2nd induced voltage.
上記の構成によれば、電圧印加手段の位相調整手段は、第1の電極に供給される前記印加電圧の位相を第2の誘起電圧の位相と一致するように遷移させる。電圧分離手段の減算手段は、第1の電極の電圧から第2の誘起電圧すなわち第1の誘起電圧を減算して、第3の誘起電圧を出力する。演算手段は、前記印加電圧と減算手段の出力電圧とに基づいて、電線と第1の電極との間に形成される第1の静電容量を求める。さらに、演算手段は、第1の静電容量と第2の誘起電圧とに基づいて電線の交流電圧を求める。 According to said structure, the phase adjustment means of a voltage application means is changed so that the phase of the said applied voltage supplied to a 1st electrode may correspond with the phase of a 2nd induced voltage. The subtracting means of the voltage separating means subtracts the second induced voltage, that is, the first induced voltage from the voltage of the first electrode, and outputs a third induced voltage. The calculation means obtains a first capacitance formed between the electric wire and the first electrode based on the applied voltage and the output voltage of the subtraction means. Further, the calculation means obtains an AC voltage of the electric wire based on the first electrostatic capacity and the second induced voltage.
したがって、簡単な構成により、容易かつ正確に電線の電圧を求めることができる。 Therefore, the voltage of the electric wire can be easily and accurately obtained with a simple configuration.
本発明の構成によれば、周波数の違いに起因する電線の絶縁被覆の比誘電率の違いの影響を受けなくなり、電線の電圧を、温度、湿度変化の影響を受けることなく、正確に計測することができるという効果を奏する。 According to the configuration of the present invention, it is not affected by the difference in the relative dielectric constant of the insulation coating of the wire due to the difference in frequency, and the voltage of the wire is accurately measured without being affected by changes in temperature and humidity. There is an effect that can be.
〔実施の形態1〕
本発明の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。本実施の形態の電圧計測装置1では、計測電線11の電圧を求めるための信号の処理に積分法を使用している。
[Embodiment 1]
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the
(電圧計測装置1の構成)
図1は、積分法を使用して計測電圧(交流電圧)VLを計測する電圧計測装置1の構成を示すブロック図である。図1に示すように、電圧計測装置1は、電圧計測対象の被覆電線である計測電線(電線)11の電圧を計測するものである。
(Configuration of voltage measuring device 1)
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a
このために、電圧計測装置1は、第1電極(第1の電極)21、第2電極(第2の電極)22、第1抵抗R1、第2抵抗R2、第1バッファ23、第2バッファ24、第1積分回路(第1の積分手段、電圧分離手段)25、第2積分回路(第2の積分手段、電圧分離手段)26、位相シフト回路(位相シフト手段、電圧印加手段)27、第1コンパレータ28、第2コンパレータ29および計算部(演算手段)30を備えている。
For this purpose, the
第1電極21は、計測電線11に電圧を印加し、また、計測電線11の電圧すなわち計測電圧VLに応じた電圧を検出するためのプローブとしての機能を有する。なお、計測電線11の心線と第1電極21との間の結合容量(第1の静電容量)はCsである。
The
第1電極21は、第1抵抗R1を介して位相シフト回路27の出力部と接続されている。また、第1電極21は、第1バッファ23の入力部と接続され、第1バッファ23の出力部は、第1積分回路25の入力部および第2積分回路26の入力部と接続されている。第1および第2積分回路25,26の出力部は、計算部30の入力部と接続されている。
The
第2電極22は、計測電線11の計測電圧VLに応じた電圧を検出するためのプローブとしての機能を有する。計測電線11の心線と第2電極22との間の結合容量(第2の静電容量)は、第1電極21の場合と同様、Csである。なお、本実施の形態では、第1電極21および第2電極22についての上記結合容量は、同じでなくても良く、結合容量の存在により第1電極21および第2電極22に所定レベルの信号が得られれば良い。
The
第2電極22は、第2抵抗R2を介して接地されている。また、第2電極22は、第2バッファ24の入力部と接続され、第2バッファ24の出力部は、第2コンパレータ29を介して第2積分回路26の入力部と接続されている。また、第2バッファ24の出力部は、位相シフト回路27の入力部と接続されている。位相シフト回路27の出力部は、計算部30の入力部と接続されている。また、位相シフト回路27の出力部は、第1コンパレータ28を介して第1積分回路26の入力部と接続されている。第1電極21および第2電極22は、計測電線11の周りに、計測電線11と対向して配置される。
The
位相シフト回路27は、第2バッファ24から入力された電圧の位相をシフトさせて位相シフト電圧(印加電圧、電圧Vin)34を生成し、生成した位相シフト電圧34を第1コンパレータ28および計算部30に出力する。本実施の形態では、位相シフト回路27は、入力された電圧の位相を90°進める。
The
計算部30は、第1積分回路25から出力される電圧V1、第2積分回路26から出力される電圧V2、および位相シフト回路27から出力される位相シフト電圧34に基づいて、計測電線11の電圧(計測電圧VL)を計算する。
Based on the voltage V1 output from the
第1コンパレータ28および第2コンパレータ29は、入力された信号を矩形波に成形し、それぞれCOMP1およびCOMP2として出力する。
The
上記の構成において、電圧計測装置1の動作について以下に説明する。図2は図1に示した電圧計測装置1の各部の電圧波形および位相を示す説明図である。
In the above configuration, the operation of the
第1電極21を計測電線11の周りに配置すると、計測電線11の心線と第1電極21との間の結合容量Csにより、第1電極21には計測電圧VLに応じた信号が誘起され、第1抵抗R1に電流Ix1が流れる。これにより、第1抵抗R1の両端には、第1の誘起電圧31(図2の(c)参照)が生じる。第1の誘起電圧31は、第1抵抗R1を結合容量Csのインピーダンスよりも十分小さい値にすることにより、位相が計測電圧VLの位相に対して90°進んだものとなる。
When the
第2電極22を計測電線11の周りに配置すると、計測電線11の心線と第2電極22との間の結合容量Csにより、第2電極22には計測電圧VLに応じた信号が誘起され、第2抵抗R2に電流Ix2が流れる。これにより、第2抵抗R2の両端には、第2の誘起電圧32(図1参照)が生じる。第2の誘起電圧32は、第1の誘起電圧31の場合と同様に、第2抵抗R2を結合容量Csのインピーダンスよりも十分小さい値にすることにより、位相が計測電圧VLの位相に対して90°進んだものとなる。
When the
第2の誘起電圧32は、第2バッファ24を介して位相シフト回路27へ入力される。位相シフト回路27は、入力された第2の誘起電圧32の位相を90°進めることにより、計測電圧VLに対して位相がほぼ180°進んだ位相シフト電圧(印加電圧、電圧Vin)34を出力する。
The second induced
位相シフト電圧34が、第1抵抗R1を介して、第1電極21に印加されると、第1電極21と計測電線11の心線との間の結合容量Csにより、第1電極21には位相シフト電圧に応じた信号が誘起され、第1抵抗R1に電流Isが流れる。これにより、第1抵抗R1の両端には、第3の誘起電圧33(図2の(c)参照)が生じる。第3の誘起電圧33は、第1抵抗R1を結合容量Csのインピーダンスより十分小さい値にすることにより、位相シフト電圧とほぼ同位相となる。すなわち、第3の誘起電圧33は、計測電圧VLに対して位相がほぼ180°進み、第1の誘起電圧31に対して位相が90°進むことになる。
When the
したがって、第1電極21すなわち第1バッファ23の入力側の点Aの電圧(以下、第1電極電圧と称する)は、図2の(c)に示すように、第1の誘起電圧31と第3の誘起電圧33とが混合された混合電圧となる。この第1電極電圧は、第1バッファ23を介して第1積分回路25および第2積分回路26に入力される。
Accordingly, the voltage at the point A on the input side of the
第1積分回路25には、位相シフト回路27から出力された位相シフト電圧34が、第1コンパレータ28を介して、COMP1として入力される。また、第2積分回路26には、第2の誘起電圧32が、第2バッファ24および第2コンパレータ29を介して、COMP2として入力される。COMP1、COMP2は、それぞれ図2の(a)(b)に示すものである。
The
第1積分回路25は、第1電極電圧をCOMP1のオンの期間について積分することにより、第1電極電圧から第3の誘起電圧33のみを取り出し、第3の誘起電圧33の積分値である電圧値V1を計算部30に出力する。
The first integrating
第2積分回路26は、第1電極電圧をCOMP2のオンの期間について積分することにより、第1電極電圧から第1の誘起電圧31のみを取り出し、第1の誘起電圧31の積分値である電圧値V2を計算部30に出力する。
The second integrating
次に、第2積分回路26での電圧値V2の求め方、および第1積分回路25での電圧値V1の求め方について説明する。
Next, how to determine the voltage value V2 in the
第1電極電圧(図2の(c))をV11とすると、
V11=A・sin(ωt)+B・cos(ωt) …… (1)
A・sin(ωt):第3の誘起電圧33
B・cos(ωt):第1の誘起電圧31
となる。
When the first electrode voltage ((c) in FIG. 2) is V11,
V11 = A · sin (ωt) + B · cos (ωt) (1)
A · sin (ωt): third induced
B · cos (ωt): first induced
It becomes.
ここで、第1電極電圧V11において、第1の誘起電圧31は、第1電極電圧V11をCOMP1のオンの期間について積分すれば消去される。これにより、第3の誘起電圧33みを取り出すことができる。
Here, in the first electrode voltage V11, the first induced
また、第1電極電圧V11において、第3の誘起電圧33は、第1電極電圧V11をCOMP2のオンの期間について積分すれば消去される。これにより、第1の誘起電圧31のみを取り出すことができる。
Further, in the first electrode voltage V11, the third induced
そこで、下記の式(3)のように、V11(第1電極電圧)を0〜πまで積分して電圧V1を取得し、下記の式(4)のように、V11(第1電極電圧)をπ/2〜3π/2まで積分して電圧V2を取得する。この場合、電圧V1,V2は振幅のみとなる。 Therefore, V11 (first electrode voltage) is integrated from 0 to π as in the following equation (3) to obtain voltage V1, and V11 (first electrode voltage) is obtained as in the following equation (4). Is integrated to π / 2 to 3π / 2 to obtain the voltage V2. In this case, the voltages V1 and V2 have only amplitude.
次に、計算部30での計測電圧VLの求め方について説明する。図1の回路Gを等価回路にて示すと、図3のようになる。図3から、電圧V1は、電圧Vin(印加電圧)を結合容量Csおよび第1抵抗R1にて分圧したものであるから、式(5)のようになる。
Next, how to calculate the measurement voltage VL in the
式(5)において、分数部分の分母および分子にjωCsをかけると、式(6)のようになる。 In Expression (5), when jωCs is applied to the denominator and numerator of the fractional part, Expression (6) is obtained.
式(6)からV1の振幅を求めると、式(7)となる。 If the amplitude of V1 is calculated | required from Formula (6), it will become Formula (7).
式(7)を結合容量Csについて解くと、式(8)となる。 When Expression (7) is solved for the coupling capacitance Cs, Expression (8) is obtained.
式(8)では、右辺が計算部30において全て既知の変数となるから、結合容量Csを算出することができる。
In Expression (8), since the right side is all known variables in the
さらに、別に求めた電圧V2より、計測電圧VLに関して、式(9)が成立する。 Furthermore, Formula (9) is materialized regarding measurement voltage VL from voltage V2 calculated | required separately.
そこで、式(9)のCsに式(8)のCsを代入することにより、計測電圧VLを求めることができる。 Therefore, the measurement voltage VL can be obtained by substituting Cs in the equation (8) for Cs in the equation (9).
(電圧計測装置1の実体的な形態例)
図4は、電圧計測装置1の実体的な形態例を示す縦断面図、図5は図4に示した検出ユニットの斜視図である。なお、図4および図5に示した構成は、他の実施の形態の電圧計測装置についても同様である。
(Substantial form example of the voltage measuring device 1)
FIG. 4 is a longitudinal sectional view showing a substantial form of the
図4に示すように、電圧計測装置1は、検出ユニット41と計算部30とを備えている。検出ユニット41は、上筐体部43と下筐体部44とに分離された筐体部42を備えている。上筐体部43と下筐体部44とはヒンジ45によって連結され、上筐体部43は下筐体部44に対して開閉可能となっている。また、筐体部42の内面には、シールド板46が設けられている。
As shown in FIG. 4, the
下筐体部44の上面部には第2電極22が配置され、上筐体部43の下面部には、第2電極22と対向して第1電極21が配置されている。これら第1電極21および第2電極22は、円筒を縦割りした形状の半円筒形に形成されている。したがって、下筐体部44に対して上筐体部43を閉じた場合に、第1電極21と第2電極22とにより円筒が形成され、第1電極21と第2電極22との間に計測電線11を配置できるようになっている。なお、図4において、符号12は計測電線11の心線、符号13は計測電線11の絶縁被覆を示している。
The
下筐体部44の内部には、検出回路基板47が配置されている。検出回路基板47には、図1に示した電圧計測装置1における第1電極21、第2電極22および計算部30以外の回路が設けられている。検出回路基板47は、下筐体部44に設けられたコネクタ48、およびケーブル49を介して筐体部42の外部に配置される計算部30と接続されている。
A
なお、図1および図4に示した電圧計測装置1は、計測電線11が単層2線の場合には1セット使用する。また、計測電線11が三相3線の場合には3セット使用してもよい。この点は、以下の他の実施の形態の電圧計測装置においても同様である。
The
上記のように、電圧計測装置1では、第2電極22によって計測電線11から取得した信号、すなわち計測電線11の電圧と周波数が同じ信号を第1電極21から計測電線11に印加することにより、計測電線11の心線12と第1電極21との間の結合容量Csを求め、計測電線11の電圧すなわち計測電圧VLを求めている。これにより、周波数の違いに起因する計測電線11の絶縁被覆13の比誘電率の違いの影響を受けなくなり、計測電圧VLを、温度、湿度変化の影響を受けずに、正確に計測することができる。
As described above, in the
〔実施の形態2〕
本発明の他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。本実施の形態の電圧計測装置101では、計測電線11の電圧(計測電圧VL)を求めるための信号の処理にピークホールド法を使用している。なお、前記の実施の形態に示した手段と同一の機能を有する手段には同一の符号を付記し、説明を省略している。
[Embodiment 2]
Another embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the
(電圧計測装置101の構成)
図6は、ピークホールド法を使用して計測電圧VLを計測する電圧計測装置101の構成を示すブロック図である。図6に示すように、電圧計測装置101は、第1電極21、第2電極22、第1抵抗R1、第2抵抗R2、第1バッファ23、第2バッファ24、位相シフト回路27、第1サンプルホールド回路(第1のピーク電圧取得手段、電圧分離手段)111、第2サンプルホールド回路(第2のピーク電圧取得手段、電圧分離手段)112および計算部(演算手段)30を備えている。
(Configuration of Voltage Measuring Device 101)
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of the
第1電極21は、第1抵抗R1を介して位相シフト回路27の出力部と接続されている。また、第1電極21は、第1バッファ23の入力部と接続され、第1バッファ23の出力部は、第1サンプルホールド回路111および第2サンプルホールド回路112の入力部と接続されている。第1サンプルホールド回路111および第2サンプルホールド回路112の出力部は、計算部30の入力部と接続されている。
The
第2電極22は、第2抵抗R2を介して接地されている。また、第2電極22は、第2バッファ24の入力部と接続され、第2バッファ24の出力部は、第2サンプルホールド回路112の入力部と接続されている。また、第2バッファ24の出力部は、位相シフト回路27の入力部と接続されている。位相シフト回路27の出力部は、計算部30の入力部および第1サンプルホールド回路111の入力部と接続されている。
The
位相シフト回路27は、第2バッファ24から入力された電圧の位相を90°進め、位相シフト電圧(印加電圧)とする。この位相シフト電圧は、電圧Vinとして第1サンプルホールド回路111および計算部30に入力される。
The
計算部30は、第1サンプルホールド回路111から出力される電圧V2、第2サンプルホールド回路112から出力される電圧V1、および位相シフト回路27から出力される位相シフト電圧(電圧Vin、印加電圧)に基づいて、計測電線11の電圧(計測電圧VL)を計算する。なお、計測電線11の心線と第1電極21および第2電極22との間の結合容量は、同様に、Csである。なお、本実施の形態では、第1電極21および第2電極22についての上記結合容量は、同じでなくても良く、結合容量の存在により第1電極21および第2電極22に所定レベルの信号が得られれば良い。
The
上記の構成において、電圧計測装置101の動作について以下に説明する。図7は図6に示した電圧計測装置101の各部の電圧波形および位相を示す説明図である。
In the above configuration, the operation of the
第1電極21を計測電線11の周りに配置すると、計測電線11の心線と第1電極21との間の結合容量Csにより、第1電極21には計測電圧VLに応じた信号が誘起され、第1抵抗R1に電流Ix1が流れる。これにより、第1抵抗R1の両端には、第1の誘起電圧31(図7の(c)参照)が生じる。第1の誘起電圧31は、第1抵抗R1を結合容量Csのインピーダンスよりも十分小さい値にすることにより、位相が計測電圧VLの位相に対して90°進んだものとなる。
When the
第2電極22を計測電線11の周りに配置すると、計測電線11の心線と第2電極22との間の結合容量Csにより、第2電極22には計測電圧VLに応じた信号が誘起され、第2抵抗R2に電流Ix2が流れる。これにより、第2抵抗R2の両端には、第2の誘起電圧32(図7の(a1)参照)が生じる。第2の誘起電圧32は、第1の誘起電圧31の場合と同様に、第2抵抗R2を結合容量Csのインピーダンスよりも十分小さい値にすることにより、位相が計測電圧VLの位相に対して90°進んだものとなる。
When the
この第2の誘起電圧32は、第2バッファ24を介して、位相シフト回路27の入力部、および第2サンプルホールド回路112の入力部に入力される。
The second induced
位相シフト回路27は、入力された第2の誘起電圧32の位相を90°進めることにより、計測電圧VLに対して位相がほぼ180°進んだ位相シフト電圧(印加電圧、電圧Vin)34を出力する(図7の(b1)参照)。この位相シフト電圧34は、第1サンプルホールド回路111に入力され、また電圧Vinとして計算部30に入力される。
The
位相シフト電圧34を、第1抵抗R1を介して、第1電極21に印加すると、第1電極21と計測電線11の心線との間の結合容量Csにより、第1電極21には位相シフト電圧34に応じた信号が誘起され、第1抵抗R1に電流Isが流れる。これにより、第1抵抗R1の両端には、第3の誘起電圧33(図7の(c)参照)が生じる。第3の誘起電圧33は、第1抵抗R1を結合容量Csのインピーダンスよりも十分小さい値にすることにより、位相シフト電圧34とほぼ同位相となる。したがって、第3の誘起電圧33は、計測電圧VLに対して位相がほぼ180°進み、第1の誘起電圧31に対して90°進むことになる。
When the
したがって、第1電極21すなわち第1バッファ23の入力側の点Aの電圧(第1電極電圧)は、図7の(c)に示すように、第1の誘起電圧31と第3の誘起電圧33とが混合された電圧となる。この第1電極電圧は、第1バッファ23を介して第1サンプルホールド回路111および第2サンプルホールド回路112へ入力される。
Accordingly, the voltage at the point A on the input side of the
第1サンプルホールド回路111は、位相シフト電圧34(図7の(b1))から位相シフト電圧34のゼロクロス点に対応するサンプルタイミング信号(図7の(b2)参照)を生成する。さらに、第1サンプルホールド回路111は、生成したサンプルタイミング信号にて、第1電極電圧(図7の(c))をサンプリングする。これにより、第1サンプルホールド回路111は、第1の誘起電圧31のピークtoピーク電圧を取得し、その電圧を電圧V2として計算部30へ出力する。
The first
同様に、第2サンプルホールド回路112は、第2の誘起電圧32(図7の(a1))から第2の誘起電圧32のゼロクロス点に対応するサンプルタイミング信号(図7の(a2)参照)を生成する。さらに、第2サンプルホールド回路112は、生成したサンプルタイミング信号にて、第1電極電圧(図7の(c))をサンプリングする。これにより、第2サンプルホールド回路112は、第3の誘起電圧33のピークtoピーク電圧を取得し、その電圧を電圧V1として計算部30へ出力する。
Similarly, the second sample-and-
計算部30では、入力された電圧V1,V2,Vinが既知となるので、これら電圧V1,V2,Vinおよび前記の式(5)〜式(9)から、前述のようにして、計測電圧VLを計算する。
Since the input voltage V1, V2, Vin is known in the
上記のように、電圧計測装置101では、第2電極22によって計測電線11から取得した信号、すなわち計測電線11の電圧と周波数が同じ電圧を第1電極21から計測電線11に印加することにより、計測電線11の心線12と第1電極21との間の結合容量Csを求め、計測電線11の電圧すなわち計測電圧VLを求めている。これにより、周波数の違いに起因する計測電線11の絶縁被覆13の比誘電率の違いの影響を受けなくなり、計測電圧VLを、温度、湿度変化の影響を受けずに、正確に計測することができる。
〔実施の形態3〕
本発明のさらに他の実施の形態を図面に基づいて以下に説明する。本実施の形態の電圧計測装置102では、計測電線11の電圧(計測電圧VL)を求めるための信号の処理に減算法を使用している。なお、前記の実施の形態に示した手段と同一の機能を有する手段には同一の符号を付記し、説明を省略している。
As described above, in the
[Embodiment 3]
Still another embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. In the
(電圧計測装置102の構成)
図8は、減算法を使用して計測電圧VLを計測する電圧計測装置102の構成を示すブロック図である。図8に示すように、電圧計測装置102は、第1電極21、第2電極22、第1抵抗R1、第2抵抗R2、第1バッファ23、第2バッファ24、位相調整回路(位相調整手段、電圧印加手段)121、減算回路(減算手段、電圧分離手段)122および計算部(演算手段)30を備えている。なお、本実施の形態では、計測電線11の心線と第1電極21との間の結合容量(第1の静電容量)、および計測電線11の心線と第2電極22との間の結合容量(第2の静電容量)は、同じ値Csである。また、第1抵抗R1および第2抵抗R2は同じ値とする。
(Configuration of voltage measuring device 102)
FIG. 8 is a block diagram illustrating a configuration of the
第1電極21は、第1抵抗R1を介して位相調整回路121の出力部と接続されている。また、第1電極21は、第1バッファ23の入力部と接続され、第1バッファ23の出力部は、減算回路122の入力部と接続されている。減算回路122の出力部は、計算部30の入力部と接続されている。
The
第2電極22は、第2抵抗R2を介して接地されている。また、第2電極22は、第2バッファ24の入力部と接続され、第2バッファ24の出力部は、位相調整回路121の入力部、減算回路122の入力部および計算部30の入力部と接続されている。
The
位相調整回路121は、第2バッファ24から入力された電圧の位相を第1の誘起電圧31(図9の(b)参照)の位相と一致するように調整し、位相調整済電圧(印加電圧)51(図8参照)として出力する。この位相調整済電圧51は、電圧Vinとして計算部30に入力される。
The
なお、位相調整回路121は、第2電極22の信号(第2の誘起電圧32)の位相が第2電極22から位相調整回路121の出力部までの経路においてシフトした場合に、その位相が元の位相に戻るように調整するものである。また、位相調整回路121での位相の調整量(位相のシフト量)は、例えば工場からの電圧計測装置102の出荷時に、調整して設定される。
Note that the
減算回路122は、第1電極21の第1電極電圧から第2の誘起電圧32を減算して得られた第3の誘起電圧33を電圧V1として計算部30に出力する。
The
計算部30は、減算回路122から出力される電圧V1、第2バッファ24から出力される電圧V2、および位相調整回路121から出力される第1位相調整済電圧(電圧Vin)51に基づいて、計測電線11の電圧(計測電圧VL)を計算する。
The
上記の構成において、電圧計測装置102の動作について以下に説明する。図9は図8に示した電圧計測装置102の各部の電圧波形および位相を示す説明図である。
In the above configuration, the operation of the
第1電極21を計測電線11の周りに配置すると、計測電線11の心線と第1電極21との間の結合容量Csにより、第1電極21には計測電圧VLに応じた信号が誘起され、第1抵抗R1に電流Ix1が流れる。これにより、第1抵抗R1の両端には、第1の誘起電圧31(図9の(b)参照)が生じる。第1の誘起電圧31は、第1抵抗R1を結合容量Csのインピーダンスよりも十分小さい値にすることにより、計測電圧VLの位相に対して90°進んだものとなる。
When the
第2電極22を計測電線11の周りに配置すると、計測電線11の心線と第2電極22との間の結合容量Csにより、第2電極22には計測電圧VLに応じた信号が誘起され、第2抵抗R2に電流Ix2が流れる。これにより、第2抵抗R2の両端には、図9の(a)に示す第2の誘起電圧32が生じる。第2の誘起電圧32は、第1電極21の場合と同様に、第2抵抗R2を結合容量Csのインピーダンスよりも十分小さい値にすることにより、計測電圧VLの位相に対して90°進んだものとなる。なお、本実施の形態では、第1電極21および第2電極22についての上記結合容量が同じ、かつ第1抵抗R1と第2抵抗R2とが同じ値であるので、第1の誘起電圧31と第2の誘起電圧32との振幅は等しくなる。
When the
第2の誘起電圧32は、第2バッファ24を介して、位相調整回路121の入力部、および減算回路122の入力部に入力される。また、第2の誘起電圧32は、電圧V2として、計算部30の入力部に入力される。
The second induced
位相調整回路121は、第2の誘起電圧32の位相が第2電極22に誘起されたときの第2の誘起電圧32の元の位相とずれている場合に、元の位相と一致するように調整し、位相調整済電圧51として出力する。位相調整済電圧51は、電圧Vinとして計算部30に入力される。
When the phase of the second induced
位相調整済電圧51を、第1抵抗R1を介して、第1電極21に印加すると、第1電極21と計測電線11の心線との間の結合容量Csにより、第1電極21には位相調整済電圧51に応じた信号が誘起され、第1抵抗R1に電流Isが流れる。これにより、第1抵抗R1の両端には、第3の誘起電圧33(図9の(b)参照)が生じる。第3の誘起電圧33は、第1抵抗R1を結合容量Csのインピーダンスよりも十分小さい値にすることにより、位相調整済電圧51とほぼ同位相になり、計測電圧VLに対して、位相がほぼ90°進み、第1の誘起電圧31とほぼ同位相になる。
When the phase-adjusted
したがって、第1電極21すなわち第1バッファ23の入力側の点Aの電圧(第1電極電圧)は、図9の(b)に示すように、第1の誘起電圧31と第3の誘起電圧33とが混合された電圧となる。この第1電極電圧は、第1バッファ23を介して減算回路122へ入力される。
Therefore, the voltage at the point A on the input side of the
減算回路122は、第1電極電圧(図9の(b))から第2の誘起電圧32(図9の(a)、第1の誘起電圧31と等しい電圧)を減算することにより、第3の誘起電圧33を算出し、図9の(c)に示す減算回路出力電圧(第3の誘起電圧33)を電圧V1として計算部30へ出力する。
The
計算部30では、入力された電圧V1,V2,Vinが既知となるので、これら電圧V1,V2,Vinおよび前記の式(5)〜式(9)から、前述のようにして、計測電圧VLを計算する。
Since the input voltage V1, V2, Vin is known in the
上記のように、電圧計測装置102では、第2電極22によって計測電線11から取得した信号、すなわち計測電線11の電圧と周波数が同じ信号を第1電極21から計測電線11に印加することにより、計測電線11の心線12と第1電極21との間の結合容量Csを求め、計測電線11の電圧すなわち計測電圧VLを求めている。これにより、周波数の違いに起因する計測電線11の絶縁被覆13の比誘電率の違いの影響を受けなくなり、計測電圧VLを、温度、湿度変化の影響を受けずに、正確に計測することができる。
As described above, in the
なお、以上の実施の形態では、計測電線11と第1電極21との間に形成される第1の静電容量と、計測電線11と第2電極22との間に形成される第2の静電容量とが同一の場合について説明しているが、これら両静電容量は互いに異なる値であってもよい。この場合、第1の静電容量と第2の静電容量とは既知の関係を有するようにしておく。このために、第1および第2の電極は、上記の既知の関係が生じるように製造される。
In the above embodiment, the first capacitance formed between the
また、この場合の電圧計測装置1の構成は、第1電極21および第2電極22に加えて、第1電極21に一端が電気的に接続された第1抵抗R1と、計測電線11の交流電圧によって第2電極22に生じた誘起電圧の位相を遷移させた印加電圧を第1抵抗R1の他端に印加する電圧印加手段と、計測電線11の交流電圧および前記印加電圧によって第1電極21に生じた混合電圧から、前記印加電圧によって第1電極21に生じた電圧を、前記誘起電圧を参照することにより分離する電圧分離手段と、前記印加電圧と、前記印加電圧によって第1電極21に生じた電圧とに基づいて第1の静電容量を求め、第1の静電容量から前記既知の関係を用いて第2の静電容量を求め、第2の静電容量と前記誘起電圧とに基づいて前記電線の交流電圧を求める演算手段とを備えた構成とすることができる。
In addition, the configuration of the
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications are possible within the scope shown in the claims, and embodiments obtained by appropriately combining technical means disclosed in different embodiments. Is also included in the technical scope of the present invention.
本発明は、各種機器に供給されている商用電源等の交流電圧の測定機器として利用することができる。 The present invention can be used as an AC voltage measuring device such as a commercial power source supplied to various devices.
1 電圧計測装置
11 計測電線(電線)
12 心線
13 絶縁被覆
21 第1電極(第1の電極)
22 第2電極(第2の電極)
23 第1バッファ
24 第2バッファ
25 第1積分回路(第1の積分手段、電圧分離手段)
26 第2積分回路(第2の積分手段、電圧分離手段)
27 位相シフト回路(位相シフト手段、電圧印加手段)
28 第1コンパレータ
29 第2コンパレータ
30 計算部(演算手段)
31 第1の誘起電圧
32 第2の誘起電圧
33 第3の誘起電圧
34 位相シフト電圧(印加電圧)
41 検出ユニット
42 筐体部
43 上筐体部
44 下筐体部
51 位相調整済電圧
101 電圧計測装置
102 電圧計測装置
111 第1サンプルホールド回路(第1のピーク電圧取得手段、電圧分離手段)
112 第2サンプルホールド回路(第2のピーク電圧取得手段、電圧分離手段)
121 位相調整回路(位相調整手段、電圧分離手段)
122 減算回路(減算手段、電圧印加手段)
1
12
22 Second electrode (second electrode)
23
26 Second integration circuit (second integration means, voltage separation means)
27 Phase shift circuit (phase shift means, voltage application means)
28
31 First induced
41
112 Second sample hold circuit (second peak voltage acquisition means, voltage separation means)
121 Phase adjustment circuit (phase adjustment means, voltage separation means)
122 Subtraction circuit (subtraction means, voltage application means)
Claims (7)
前記電線との間に第1の静電容量を形成する第1の電極と、
前記電線との間に、前記第1の静電容量との関係が既知である第2の静電容量を形成する第2の電極と、
前記第1の電極に一端が電気的に接続された抵抗と、
前記電線の交流電圧によって前記第2の電極に生じた誘起電圧の位相を遷移させた印加電圧を前記抵抗の他端に印加する電圧印加手段と、
前記電線の交流電圧および前記印加電圧によって前記第1の電極に生じた混合電圧から、前記印加電圧によって前記第1の電極に生じた電圧を、前記誘起電圧を参照することにより分離する電圧分離手段と、
前記印加電圧と、前記印加電圧によって前記第1の電極に生じた電圧とに基づいて前記第1の静電容量を求め、前記第1の静電容量から前記既知の関係を用いて前記第2の静電容量を求め、前記第2の静電容量と前記誘起電圧とに基づいて前記電線の交流電圧を求める演算手段と、
を備えていることを特徴とする電圧計測装置。 A voltage measuring device that measures an AC voltage of a wire in a non-contact manner with a conductor constituting the wire,
A first electrode forming a first capacitance with the electric wire;
A second electrode that forms a second capacitance between the wire and a known relationship with the first capacitance;
A resistor having one end electrically connected to the first electrode;
Voltage application means for applying to the other end of the resistor an applied voltage obtained by shifting the phase of the induced voltage generated in the second electrode by the AC voltage of the wire;
Voltage separation means for separating the voltage generated in the first electrode by the applied voltage from the mixed voltage generated in the first electrode by the AC voltage of the wire and the applied voltage by referring to the induced voltage When,
The first capacitance is obtained based on the applied voltage and the voltage generated in the first electrode by the applied voltage, and the second capacitance is obtained from the first capacitance using the known relationship. Computing means for obtaining an AC voltage of the electric wire based on the second capacitance and the induced voltage;
A voltage measuring device comprising:
前記電線との間に第1の静電容量を形成する第1の電極と、
前記電線との間に第2の静電容量を形成する第2の電極と、
前記第1の電極に一端が電気的に接続された抵抗と、
前記電線の交流電圧によって前記第2の電極に生じた第2の誘起電圧の位相を遷移させた印加電圧を前記抵抗の他端に印加する電圧印加手段と、
前記電線の交流電圧および前記印加電圧によって前記第1の電極に生じた混合電圧から、前記電線の交流電圧によって生じた第1の誘起電圧と前記印加電圧によって生じた第3の誘起電圧とを前記第2の誘起電圧を参照することにより分離する電圧分離手段と、
前記印加電圧と前記第3の誘起電圧とに基づいて前記第1の静電容量を求め、前記第1の静電容量と前記第1の誘起電圧または前記第2の誘起電圧とに基づいて前記電線の交流電圧を求める演算手段と、
を備えていることを特徴とする電圧計測装置。 A voltage measuring device that measures an AC voltage of a wire in a non-contact manner with a conductor constituting the wire,
A first electrode forming a first capacitance with the electric wire;
A second electrode forming a second capacitance with the electric wire;
A resistor having one end electrically connected to the first electrode;
Voltage application means for applying to the other end of the resistor an applied voltage obtained by shifting the phase of the second induced voltage generated in the second electrode by the AC voltage of the wire;
From the mixed voltage generated in the first electrode by the AC voltage of the wire and the applied voltage, the first induced voltage generated by the AC voltage of the wire and the third induced voltage generated by the applied voltage are Voltage separating means for separating by referring to the second induced voltage;
The first capacitance is obtained based on the applied voltage and the third induced voltage, and based on the first capacitance and the first induced voltage or the second induced voltage, the first capacitance is obtained. An arithmetic means for obtaining the AC voltage of the electric wire;
A voltage measuring device comprising:
前記電圧分離手段は第1および第2の積分手段を備え、
前記第1の積分手段は、前記混合電圧から前記第3の誘起電圧のみが残るように積分動作を行い、
前記第2の積分手段は、前記混合電圧から前記第1の誘起電圧のみが残るように積分動作を行い、
前記演算手段は、前記印加電圧と前記第1の積分手段の出力電圧とに基づいて前記第1の静電容量を求め、前記第1の静電容量と前記第2の積分手段の出力電圧とに基づいて前記電線の交流電圧を求める、
ことを特徴とする請求項2に記載の電圧計測装置。 The voltage application means includes phase shift means for generating the applied voltage by causing the phase of the second induced voltage to shift by 90 °,
The voltage separating means comprises first and second integrating means;
The first integration means performs an integration operation so that only the third induced voltage remains from the mixed voltage,
The second integration means performs an integration operation so that only the first induced voltage remains from the mixed voltage,
The calculation means obtains the first capacitance based on the applied voltage and the output voltage of the first integration means, and the first capacitance and the output voltage of the second integration means Obtaining the AC voltage of the wire based on
The voltage measuring device according to claim 2, wherein
前記電圧分離手段は第1および第2のピーク電圧取得手段を備え、
前記第1のピーク電圧取得手段は、前記混合電圧から前記第1の誘起電圧のピーク電圧を取得して出力し、
前記第2のピーク電圧取得手段は、前記混合電圧から前記第3の誘起電圧のピーク電圧を取得して出力し、
前記演算手段は、前記印加電圧と前記第2のピーク電圧取得手段の出力電圧とに基づいて前記第1の静電容量を求め、前記第1の静電容量と前記第1のピーク電圧取得手段の出力電圧とに基づいて前記電線の交流電圧を求める、
ことを特徴とする請求項2に記載の電圧計測装置。 The voltage application means includes phase shift means for generating the applied voltage by causing the phase of the second induced voltage to shift by 90 °,
The voltage separation means includes first and second peak voltage acquisition means,
The first peak voltage obtaining unit obtains and outputs the peak voltage of the first induced voltage from the mixed voltage,
The second peak voltage acquisition means acquires and outputs the peak voltage of the third induced voltage from the mixed voltage,
The calculation means obtains the first capacitance based on the applied voltage and the output voltage of the second peak voltage acquisition means, and the first capacitance and the first peak voltage acquisition means. Obtaining the AC voltage of the wire based on the output voltage of
The voltage measuring device according to claim 2 , wherein
前記電圧分離手段は、前記混合電圧から前記第2の誘起電圧を減算して、前記第3の誘起電圧を出力する減算手段を備え、
前記演算手段は、前記印加電圧と前記減算手段の出力電圧とに基づいて前記第1の静電容量を求め、前記第1の静電容量と前記第2の誘起電圧とに基づいて前記電線の交流電圧を求める、
ことを特徴とする請求項2に記載の電圧計測装置。 The voltage applying means includes phase adjusting means for making a transition so that the phase of the applied voltage supplied to the first electrode matches the phase of the second induced voltage,
The voltage separating means includes subtracting means for subtracting the second induced voltage from the mixed voltage and outputting the third induced voltage,
The computing means obtains the first capacitance based on the applied voltage and the output voltage of the subtracting means, and based on the first capacitance and the second induced voltage, Find AC voltage,
The voltage measuring device according to claim 2 , wherein
前記電線との間に第1の静電容量を形成する第1の電極を配置し、前記電線との間に、前記第1の静電容量との関係が既知である第2の静電容量を形成する第2の電極を配置する工程と、
前記電線の交流電圧によって前記第2の電極に生じた誘起電圧の位相を遷移させた印加電圧を前記第1の電極に一端が電気的に接続された抵抗の他端に印加する電圧印加工程と、
前記電線の交流電圧および前記印加電圧によって前記第1の電極に生じた混合電圧から、前記印加電圧によって前記第1の電極に生じた電圧を、前記誘起電圧を参照することにより分離する電圧分離工程と、
前記印加電圧と、前記印加電圧によって前記第1の電極に生じた電圧とに基づいて前記第1の静電容量を求め、前記第1の静電容量から前記既知の関係を用いて前記第2の静電容量を求め、前記第2の静電容量と前記誘起電圧とに基づいて前記電線の交流電圧を求める演算工程と、
を備えていることを特徴とする電圧計測方法。 A voltage measurement method for measuring an AC voltage of a wire in a non-contact manner with a conductor constituting the wire,
A first electrode that forms a first capacitance between the electric wire and a second capacitance that has a known relationship with the first capacitance between the electric wire and the electric wire. Disposing a second electrode to form
A voltage applying step of applying an applied voltage obtained by shifting the phase of the induced voltage generated in the second electrode by the AC voltage of the electric wire to the other end of the resistor electrically connected to the first electrode at one end; ,
A voltage separation step of separating a voltage generated in the first electrode by the applied voltage by referring to the induced voltage from a mixed voltage generated in the first electrode by the AC voltage of the wire and the applied voltage. When,
The first capacitance is obtained based on the applied voltage and the voltage generated in the first electrode by the applied voltage, and the second capacitance is obtained from the first capacitance using the known relationship. And calculating the AC voltage of the wire based on the second capacitance and the induced voltage;
A voltage measurement method comprising:
前記電線に第1の電極および第2の電極を対向配置する工程と、
前記電線の交流電圧によって前記第2の電極に生じた第2の誘起電圧の位相を遷移させた印加電圧を前記第1の電極に一端が電気的に接続された抵抗の他端に印加する電圧印加工程と、
前記電線の交流電圧および前記印加電圧によって前記第1の電極に生じた混合電圧から、前記電線の交流電圧によって生じた第1の誘起電圧と前記印加電圧によって生じた第3の誘起電圧とを前記第2の誘起電圧を参照することにより分離する電圧分離工程と、
前記印加電圧と前記第3の誘起電圧とに基づいて前記電線と前記第1の電極との間に形成される第1の静電容量を求め、前記第1の静電容量と前記第1の誘起電圧または前記第2の誘起電圧とに基づいて前記電線の交流電圧を求める演算工程と、
を備えていることを特徴とする電圧計測方法。 A voltage measurement method for measuring an AC voltage of a wire in a non-contact manner with a conductor constituting the wire,
Arranging the first electrode and the second electrode opposite to the electric wire;
Voltage applied to the other end of the resistor, one end of which is electrically connected to the first electrode, by applying a phase shift of the second induced voltage generated in the second electrode by the AC voltage of the electric wire Applying step;
From the mixed voltage generated in the first electrode by the AC voltage of the wire and the applied voltage, the first induced voltage generated by the AC voltage of the wire and the third induced voltage generated by the applied voltage are A voltage separation step of separating by referring to the second induced voltage;
A first capacitance formed between the electric wire and the first electrode is obtained based on the applied voltage and the third induced voltage, and the first capacitance and the first capacitance are obtained. A calculation step of obtaining an AC voltage of the electric wire based on an induced voltage or the second induced voltage;
A voltage measurement method comprising:
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