JP6608234B2 - 接触判定装置および測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、被接触部に接触させた接触端子を介して測定用信号を供給している状態で被測定量を測定する測定装置における接触端子と被接触部との接触状態を判定可能な接触判定装置、およびその接触判定装置を備えた測定装置に関するものである。

この種の測定装置として、下記特許文献１に開示された２端子回路素子測定装置（以下、単に「測定装置」ともいう）が知られている。この測定装置は、電流計、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を発生する直流電圧発生回路、およびＣＰＵ等を備えて、測定対象（ＤＵＴ）の絶縁抵抗を測定可能に構成されている。ここで、測定対象に電圧を供給するケーブルと測定対象との接触状態が不良のときには、絶縁抵抗を正しく測定することができないため、この測定装置には、ケーブルと測定対象との接触状態を判定する機能が搭載されている。この場合、ケーブルと測定対象との接触状態が良好なときには測定対象の容量を介して電流の交流成分が流れ、接触状態が不良のときには電流の直流成分および交流成分の双方が流れないため、この測定装置では、電流計によって測定された電流の直流成分および交流成分の双方が０Ａのときには接触状態が不良と判定し、電流の交流成分が０Ａではないときには接触状態が良好と判定している。

特開２００４−２４５５８４号公報（第６−７頁、第１図）

ところが、上記の測定装置には、以下の問題点がある。すなわち、上記の測定装置では、直流電圧に交流電圧を重畳した電圧を出力したときに流れる電流の直流成分や交流成分の値に基づいてケーブルと測定対象との接触状態の良否を判定している。ここで、出力する電圧の交流成分（交流電圧）は、０Ｖの状態から出力が開始されるとは限らず、立ち上がりの状態で出力が開始されるのか、立ち下がりの状態で出力が開始されるのかも決まっていない。また、０Ｖの状態で出力が停止されるとは限らず、立ち上がりの状態で出力が停止されるのか、立ち下がりの状態で出力が停止されるのかも決まっていない。このため、電圧の交流成分（交流電圧）は、通常、出力開始期間および出力停止期間において、０Ｖを中心とするプラス側の波形とマイナス側の波形とが対称となることは極めて希である。この場合、０Ｖを中心とするプラス側の波形とマイナス側の波形とが非対称のときには、測定対象に電荷が残留することとなる。このため、上記の測定装置には、この残留した電荷によって測定精度が低下するおそれがあるという問題点が存在する。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、接触端子と測定対象の被接触部との接触状態の判定に用いる交流信号に起因する測定対象の被測定量の測定精度の低下を防止し得る接触判定装置および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記載の接触判定装置は、容量で構成された測定対象の一対の被接触部に接触させた一対の接触端子を介して測定用信号を供給している状態で当該測定対象の被測定量を測定する測定装置における当該各接触端子と当該各被接触部との接触状態を判定可能な接触判定装置であって、前記接触状態の判定用の交流信号を出力する交流信号源と、前記交流信号の出力に伴って生じる前記接触状態を判定可能な物理量を検出する検出部とを備え、前記交流信号源は、前記交流信号の出力を停止する際に当該交流信号の振幅を徐々に減少させる。この場合、「接触状態」には、測定用信号を供給するケーブルと接触端子との接続状態も含まれるものとし、「接触状態を判定する」ことには、ケーブルの断線の有無を判定することが含まれるものとする。

また、請求項２記載の接触判定装置は、請求項１記載の接触判定装置において、前記交流信号源は、前記交流信号の周波数を変更可能に構成されている。

また、請求項３記載の測定装置は、請求項１または２記載の接触判定装置と、前記測定用信号を出力する測定用信号源と、前記接触端子と前記測定用信号源との間を流れる前記測定用信号の電流値を検出する電流計とを備え、当該電流計によって検出される電流値に基づいて前記測定対象の前記被測定量を測定する。

請求項１記載の接触判定装置、および請求項３記載の測定装置では、交流信号源が、交流信号の出力を停止する際に交流信号の振幅を徐々に減少させる。このため、この接触判定装置および測定装置によれば、被測定量の０の値を中心とするプラス側の波形とマイナス側の波形とが交流信号の出力を停止する際において非対称であったとしても、非対称部分の振幅が十分に小さいため、非対称部分による電荷の残留を十分に少なく抑えることができる。したがって、この接触判定装置および測定装置によれば、残留した電荷による測定精度の低下を確実に防止することができる。

また、請求項２記載の接触判定装置、および請求項３記載の測定装置によれば、交流信号の周波数を変更可能に交流信号源を構成したことにより、例えば、同種類の他の測定装置を用いた測定を隣接した箇所で同時に行うような測定環境において、各測定装置における各交流信号源から出力される交流信号の周波数を互いに異ならせることで、各交流信号源から出力される各交流信号同士の干渉によって、接触状態の判定が不正確となる事態を確実に防止することができる。

抵抗測定装置１の構成を示す構成図である。 測定部２の回路構成を示す構成図である。 交流電圧Ｖａの波形を示す波形図である。

以下、本発明に係る接触判定装置および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、図１に示す抵抗測定装置１の構成について説明する。抵抗測定装置１は、測定装置の一例であって、測定対象５０の絶縁抵抗Ｒｉ（被測定量の一例）を測定可能に構成されている。具体的には、抵抗測定装置１は、同図に示すように、測定部２、操作部３、表示部４および処理部５を備えて構成されている。

測定部２は、図２に示すように、直流電源２１（測定用信号源）、交流電源２２（交流信号源）、電流計２３、インダクタ２４、抵抗２５、および差動アンプ２６を備えて構成されている。なお、交流電源２２、インダクタ２４、抵抗２５および差動アンプ２６によって接触判定装置が構成される。

また、測定部２には、交流電圧Ｖａ（交流信号）および直流電圧Ｖｄを測定対象５０に供給するためのシールド線６０および導線７０（図２参照）を接続するための図外の接続端子が配設されている。

ここで、シールド線６０は、図２に示すように、芯線６１と、絶縁体を介して芯線６１を取り囲むように配設されたシールド６２とを備えた同軸ケーブルで構成されている。また、シールド線６０における芯線６１の先端部６１ａには、測定対象５０の被接触部５１に接触させる接触端子６３が接続されている。また、シールド線６０における芯線６１の基端部６１ｂおよびシールド６２の基端部６２ｂには、測定部２の接続端子に接続可能な図外の接続端子が接続されている。この場合、各接続端子同士が接続された状態では、芯線６１の基端部６１ｂが、交流電源２２、電流計２３、インダクタ２４および抵抗２５によって構成される回路Ｐｃ（接触端子６３と交流電源２２とを結ぶ回路）を介して直流電源２１の負極２１ａに接続され、シールド６２の基端部６２ｂが、基準電位（同図に示す位置Ａ２の電圧Ｖ２）に接続される。また、導線７０の先端部７０ａには、測定対象５０の被接触部５１に接触させる接触端子７１が接続され、導線７０の基端部７０ｂには、測定部２の接続端子に接続可能な図外の接続端子が接続されている。この場合、各接続端子同士が接続された状態では、同図に示すように、導線７０の基端部７０ｂが直流電源２１の正極２１ｂに接続される。

直流電源２１は、処理部５の制御に従い、絶縁抵抗測定用の直流電圧Ｖｄ（測定用信号）を出力する。

交流電源２２は、図２に示すように、直流電源２１に直列に接続されて、処理部５の制御に従い、接触端子６３，７１と測定対象５０の各被接触部５１との接触状態の良否を判定する際に用いる交流電圧Ｖａ（接触状態の判定用の交流信号）を出力する。また、交流電源２２は、図３に示すように、交流電圧Ｖａの出力を開始する際に（同図に示す開始期間Ｔｓにおいて）、交流電圧Ｖａの振幅を規定の大きさまで徐々に増加させる第１処理を実行すると共に、交流電圧Ｖａの出力を停止する際に（同図に示す停止期間Ｔｅにおいて）、交流電圧Ｖａの振幅を徐々に減少させる第２処理を実行する。また、交流電源２２は、処理部５の制御に従って交流電圧Ｖａの周波数を変更することが可能に構成されている。この場合、この抵抗測定装置１では、予め設定された複数の周波数の中から、操作部３の操作によって任意の１つの周波数を選択することによって周波数を変更する構成が採用されている。

電流計２３は、図２に示すように、シールド線６０における芯線６１の基端部６１ｂと直流電源２１の負極２１ａとを結ぶ回路Ｐｃに設けられて、回路Ｐｃに流れる電流Ｉ１の直流成分を検出する。

インダクタ２４は、図２に示すように、回路Ｐｃにおいて電流計２３に対して直列に接続されている。このインダクタ２４は、回路Ｐｃを流れる電流Ｉ１を電圧に変換するための変換素子として機能すると共に、高周波から電流計２３を保護する機能を有している。この抵抗測定装置１では、一例として、１０００μＨのインダクタ２４が用いられている。

抵抗２５は、電流計２３の保護用の抵抗であって、図２に示すように、回路Ｐｃにおいて電流計２３およびインダクタ２４に対して直列に接続されている。この場合、この抵抗測定装置１では、一例として、１ｋΩの抵抗２５が用いられている。

差動アンプ２６は、検出部に相当し、図２に示すように、回路Ｐｃにおけるインダクタ２４と抵抗２５との間の位置Ａ１の電圧Ｖ１（インダクタ２４によって電流電圧変換された電圧）と、位置Ａ２の電圧Ｖ２（基準電位）との電圧差Ｖｓ（交流電圧Ｖａの出力に伴って生じる接触状態を判定可能な物理量）を出力（検出）する。

操作部３は、各種のスイッチを備えて構成され、これらが操作されたときに操作信号を出力する。表示部４は、処理部５の制御に従って各種の値や文字情報を表示する。具体的には、表示部４は、処理部５によって測定される絶縁抵抗Ｒｉの値、測定部２の差動アンプ２６から出力される電圧差Ｖｓの値、および後述する文字情報等を表示する。

処理部５は、操作部３から出力される操作信号に従って各種の処理を実行する。具体的には、処理部５は、測定部２の電流計２３によって検出される電流値および直流電源２１から出力される直流電圧Ｖｄの電圧値に基づいて測定対象５０の絶縁抵抗Ｒｉを測定し、絶縁抵抗Ｒｉの値を表示部４に表示させる。

次に、抵抗測定装置１を用いて測定対象５０の絶縁抵抗Ｒｉ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３を操作して、交流電源２２から出力させる交流電圧Ｖａの周波数を、予め設定された複数の周波数の中から選択して設定する。次いで、図２に示すように、接触端子６３，７１を測定対象５０の各被接触部５１に接触させる操作を行う。続いて、操作部３を操作して、接触端子６３，７１と被接触部５１との接触状態の判定を指示する。

次いで、処理部５が、操作部３から出力された操作信号に従って交流電源２２を制御して交流電圧Ｖａを出力させる。この際に、交流電源２２は、図３に示すように、交流電圧Ｖａの出力を開始する開始期間Ｔｓにおいて、交流電圧Ｖａの振幅を規定の大きさまで徐々に増加させる第１処理を実行し、続いて、予め決められた期間（以下、この期間を「定常期間Ｔｒ」ともいう）だけ交流電圧Ｖａを規定の大きさ（または、ほぼ規定の大きさ）に維持し、次いで、交流電圧Ｖａの出力を停止する停止期間Ｔｅにおいて、交流電圧Ｖａの振幅を徐々に減少させる第２処理を実行する。

この場合、図２に示すように、測定対象５０の各被接触部５１に接触端子６３，７１が接触しているときには、測定対象５０の容量を介して電流Ｉ１が流れるため、位置Ａ１の電圧Ｖ１と位置Ａ２の電圧Ｖ２とが異なる値となる結果、差動アンプ２６によって電圧Ｖ１と電圧Ｖ２との電圧差Ｖｓが出力（検出）され、処理部５が、出力された電圧差Ｖｓの値を表示部４に表示させる。

一方、測定対象５０の各被接触部５１に接触端子６３，７１の少なくとも一方が接触していないときには、電流Ｉ１が流れないため、位置Ａ１の電圧Ｖ１と位置Ａ２の電圧Ｖ２とが等しくなる結果、差動アンプ２６によって電圧差Ｖｓが出力されず（または、０Ｖの電圧差Ｖｓが出力され）、処理部５が、０Ｖの電圧差Ｖｓの値を表示部４に表示させる。したがって、０Ｖの電圧差Ｖｓの値が表示部４に表示されたときには、測定対象５０の各被接触部５１に接触端子６３，７１が接触していない（接触状態が不良である）ことを把握することができる。この際には、測定対象５０の各被接触部５１に接触させる操作を再度行う。

続いて、接触端子６３，７１と被接触部５１との接触状態が良好であると判定したときには、操作部３を操作して、接触状態の判定の終了を指示し、次いで、操作部３を操作して測定の実行を指示する。続いて、処理部５は、操作部３から出力された操作信号に従い、直流電源２１を制御して直流電圧Ｖｄを出力させる。この際に、直流電圧Ｖｄが接触端子６３，７１を介して測定対象５０の各被接触部５１に供給される。これに伴い、図２に示すように、測定対象５０の絶縁抵抗Ｒｉに応じた電流Ｉ１１が第１回路Ｐｃ１を流れ、電流計２２が、その電流Ｉ１１を検出する。

続いて、処理部５は、電流計２２によって検出される電流Ｉ１１の電流値と、直流電源２１から出力される直流電圧Ｖｄの電圧値とに基づいて測定対象５０の絶縁抵抗Ｒｉを測定し、次いで、絶縁抵抗Ｒｉの値を表示部４に表示させる。以上により、絶縁抵抗Ｒｉの測定が終了する。この場合、絶縁抵抗Ｒｉが予め決められたしきい値以上のときには、測定対象５０の絶縁状態が良好と判定し、絶縁抵抗Ｒｉがしきい値未満のときには、測定対象５０の絶縁状態が不良と判定する。

この抵抗測定装置１では、上記したように、接触端子６３，７１と測定対象５０の各被接触部５１との接触状態の判定用の交流電圧Ｖａの出力を開始する開始期間Ｔｓにおいて、交流電圧Ｖａの振幅を規定の大きさまで徐々に増加させる第１処理を実行すると共に、交流電圧Ｖａの出力を停止する停止期間Ｔｅにおいて、交流電圧Ｖａの振幅を徐々に減少させる第２処理を実行する。この場合、交流電圧Ｖａは、０Ｖから出力が開始されるとは限らず、出力が開始されるときに立ち上がりの状態か立ち下がりの状態かも決まっていない。また、０Ｖで出力が停止されるとは限らず、出力が停止されるときに立ち上がりの状態か立ち下がりの状態かも決まっていない。このため、交流電圧Ｖａは、通常、０Ｖを中心とするプラス側の波形とマイナス側の波形とが対称となることが極めて希である。この場合、振幅が一定（または、ほぼ一定）の交流電圧Ｖａを供給して接触状態を判定する構成において、プラス側の波形とマイナス側の波形とが非対称であるときには、測定対象５０に電荷が残留し、残留した電荷によって絶縁抵抗Ｒｉの測定精度が低下するおそれがある。これに対して、上記した第１処理および第２処理を実行する抵抗測定装置１では、開始期間Ｔｓおよび停止期間Ｔｅにおけるプラス側の波形とマイナス側の波形とが非対称であったとしても、非対称部分の振幅が十分に小さいため、電荷の残留を十分に少なく抑えることが可能となっている。このため、この抵抗測定装置１では、残留した電荷による測定精度の低下を確実に防止することが可能となっている。

また、この抵抗測定装置１では、上記したように、接触端子６３，７１と測定対象５０の各被接触部５１との接触状態の良否を判定することができるため、接触状態が良好のときにのみ絶縁抵抗Ｒｉの測定を行うことができる。このため、この抵抗測定装置１では、接触状態が不良であるときに絶縁抵抗Ｒｉの測定を行った結果、測定対象５０の絶縁抵抗Ｒｉが実際には小さい（絶縁状態が不良）にも拘わらず、絶縁抵抗Ｒｉが大きい値として測定され、これによって絶縁状態が実際には不良の測定対象５０が良好と誤判定される事態を確実に防止することが可能となっている。

このように、この接触判定装置および抵抗測定装置１では、交流電源２２が、交流電圧Ｖａの出力を開始する際に交流電圧Ｖａの振幅を規定の大きさまで徐々に増加させる第１処理、および交流電圧Ｖａの出力を停止する際に交流電圧Ｖａの振幅を徐々に減少させる第２処理を実行する。このため、この接触判定装置および抵抗測定装置１によれば、０Ｖを中心とするプラス側の波形とマイナス側の波形とが開始期間Ｔｓおよび停止期間Ｔｅにおいて非対称であったとしても、非対称部分の振幅が十分に小さいため、非対称部分による電荷の残留を十分に少なく抑えることができる。したがって、この接触判定装置および抵抗測定装置１によれば、残留した電荷による測定精度の低下を確実に防止することができる。

また、この接触判定装置および抵抗測定装置１によれば、交流電源２２が第１処理および第２処理の双方を実行することにより、第１処理および第２処理のいずれか一方のみを実行する構成と比較して、非対称部分による電荷の残留をさらに少なく抑えることができるため、残留した電荷による測定精度の低下をより確実に防止することができる。

また、この接触判定装置および抵抗測定装置１によれば、交流電圧Ｖａの周波数を変更可能に交流電源２２を構成したことにより、例えば、同種類の他の抵抗測定装置１を用いた測定を隣接した箇所で同時に行うような測定環境において、各抵抗測定装置１における各交流電源２２から出力される交流電圧Ｖａの周波数を互いに異ならせることで、各交流電源２２から出力される各交流電圧Ｖａ同士の干渉によって、接触状態の判定が不正確となる事態を確実に防止することができる。

なお、接触判定装置および測定装置の構成は、上記した構成に限定されない。例えば、交流電源２２が第１処理および第２処理の双方を実行する例について上記したが、第１処理および第２処理のいずれか一方のみを実行する構成を採用することもできる。また、接触状態の判定の際に、直流電圧Ｖｄを出力させずに交流電圧Ｖａだけを出力させる構成例について上記したが、直流電圧Ｖｄおよび交流電圧Ｖａの双方を出力させて、直流電圧Ｖｄに交流電圧Ｖａを重畳させた重畳電圧を用いて接触状態の判定を行う構成を採用することもできる。また、この重畳電圧を用いて絶縁抵抗Ｒｉの測定を行う構成を採用することもできる。

また、接触状態の判定と絶縁抵抗Ｒｉの測定とを操作部３の操作で切り替えて行う構成例について上記したが、接触状態が良好であるか否かの判定を処理部５が実行し、接触状態が良好であるとの判定をしたときに絶縁抵抗Ｒｉの測定を処理部５が自動的に実行する構成を採用することもできる。この場合、接触状態が良好であるか否かの判定を開始させる指示については、操作部３を操作することによる指示であってもよいし、外部機器からの信号による指示であってもよい。

また、被測定量として絶縁抵抗Ｒｉを測定する例について上記したが、被測定量は絶縁抵抗Ｒｉに限定されない。例えば、電流計２３によって検出された電流値を測定対象５０の被測定量として測定する構成を採用することもできる。

また、インダクタ２４に代えて抵抗を用いる構成を採用することもできる。また、抵抗２５は、回路Ｐｃを構成する他の構成要素の内容に応じて、適宜省略することもできる。

また、シールド線６０として同軸ケーブルを用いる例について上記したが、同軸ケーブル以外のシールド線を用いることもできるし、シールドを有していない導線を用いることができる。

１ 抵抗測定装置
５ 処理部
２２ 交流電源
２６ 差動アンプ
５０ 測定対象
５１ 被接触部
６３，７１ 接触端子
Ｉ 電流
Ｐｃ 回路
Ｒｉ 絶縁抵抗
Ｔｅ 停止期間
Ｔｓ 開始期間
Ｖａ 交流電圧
Ｖｄ 直流電圧
Ｖｓ 電圧差

Claims (3)

1. 容量で構成された測定対象の一対の被接触部に接触させた一対の接触端子を介して測定用信号を供給している状態で当該測定対象の被測定量を測定する測定装置における当該各接触端子と当該各被接触部との接触状態を判定可能な接触判定装置であって、
   前記接触状態の判定用の交流信号を出力する交流信号源と、前記交流信号の出力に伴って生じる前記接触状態を判定可能な物理量を検出する検出部とを備え、
   前記交流信号源は、前記交流信号の出力を停止する際に当該交流信号の振幅を徐々に減少させる接触判定装置。
2. 前記交流信号源は、前記交流信号の周波数を変更可能に構成されている請求項１記載の接触判定装置。
3. 請求項１または２記載の接触判定装置と、前記測定用信号を出力する測定用信号源と、前記接触端子と前記測定用信号源との間を流れる前記測定用信号の電流値を検出する電流計とを備え、当該電流計によって検出される電流値に基づいて前記測定対象の前記被測定量を測定する測定装置。

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