JPH03197872A - 高電圧測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、接地された少なくともほぼ円筒形の外部電極
と、これと同軸になるように設けられ高圧電位を印加さ
れる少なくともほぼ円筒形の内部電極と、内部電極に対
し同軸に設けられてこれに接続され少なくとも外部電極
の近辺まで延びる非平面高電圧抵抗器より成る高電圧測
定装置に係る１３かかる装置は西独特許第２８３３０３
６号より知られている。

その高電圧抵抗は内部電極用の支持絶縁体として機能す
る絶縁体上の抵抗層より形成される。内部電極と外部電
極を向いたその両端で、絶縁体は、その表面が内部電極
に対して直角に延びまた内部電極に向かって漏斗のよう
な形でテーパを付けられた部分を介して相互接続された
部分より成る。

ＸｗＡ発生器はその応答曲線が周波数に対しできるだけ
独立である高圧測定装置を必要とする。既知の装置はこ
の必要を条件つきで満たすだけである。

本発明の目的は、上述の種類の装置を大きい応答帯域幅
を有するように構成することにある。

この目的は本発明により、高電圧抵抗が均一の厚さの円
錐状外被の形状をとり、高電圧抵抗を電流が通る際の電
位変化が少なくとも内部電極部分での静電電位変化に対
応するようにすることにより達成される。

本発明は、高電圧を印加される内部電極より成る同軸電
極システムでは静電電位は内部電極と外部電極の間の距
離の対数関数として減少するというと察に基づく。他方
、均一の厚さの円錐状外被の形状の抵抗層を通る電流は
抵抗器に、静電電位と同じように内部電極からの距離の
関数として変化する電■降下をもたらす。静電電位磁界
と電流により生じる電位電界のこの円滑な整合により、
奇生容量を充電するために高電圧抵抗から電流を流す必
要がなくなることが達成される。かくて、高電圧抵抗の
作動は最高の周波数に対しても周波数独立である。

Ｉ＠電圧抵抗は樟々の方法で実現しうる。本発明による
第一実施例では、高電圧抵抗は中空円錐形の自己支持型
抵抗体により形成される。本発明の他の実施例では、高
電圧抵抗は中空円錐形の絶縁担体上の均一な厚さの抵抗
層により形成される。

後者の実施例はより複雑であるが、より正確である。

２個の電極間の空間は、絶縁材（たとえば真空。

トランス油、ＳＦｓまたはプラスチック）で満たされ、
その比誘？ｔｉ率は高電圧抵抗の、そしておそらくは抵
抗層が設けられている担体のそれからずれる。したがっ
て、静電電位の変化は、内部電極と外部電極の間の均一
な誘電体の場合と同じでなく、静電電位変化と高電圧抵
抗を通る電流により生じる。このずれは変位電流、すな
わちより高い周波数依存性をもたらす。したがって、本
発明による他の実施例では、異なる比誘電率による静電
電位の変化のずれは、高圧抵抗器への接続部分を起点と
する内部Ｎ７極の形の連続的変化によって補償される。

絶縁材の比誘電率が抵抗器の、そしておそらく担体のそ
れよりも高い時、内部電極の径は接続部分を起点として
増大しなければならず、さもなければ、それは減少すべ
きである。。

既知の装置におけるように、高電圧抵抗は測定電圧分圧
器の一部をなす。しかし、これはまたたとえばそこを流
れる電流が測定される時の測定用に専ら用いることも可
能である１、これが測定電圧分圧器の一部として使用さ
れる時、本発明により達成される高周波数作用の改善は
、測定抵抗構成が最適でない時には十分活用されない。

この点についての改良は、内部電極から離れているＩ４
電圧抵抗の端が漏刈状の接触部材を介して、中空の円筒
の内面の測定抵抗を形成する抵抗層に接続され、この層
と接触部材の間の接続部分の内部導体に接続され、それ
から離れている測定抵抗の端は同軸ケーブルの外部導体
に接続される。

電圧分圧器のタップはかくて、中空円筒状測定抵抗内で
磁界が存在しない領域にシフトされる。

以下図面を参照しながら本発明の詳細な説明する。

接地された管状または中空円筒状の外部電極１は、それ
と同軸になるように配置され作動中に＾正電位を印加さ
れ少なくとも実質的に円筒状内部電極２を内包する。外
部電極の内径が内部電極の直径の約２，７倍になるとき
、最低可能電界強度が得られる（外部電極の寸法と高電
圧が所与のものであるとき）。

一定の壁厚と均一な特定の抵抗を有する自己支持抵抗体
は、内部電極に接続されてそれに対し同軸に配置される
。該抵抗体は中空の円錐の形状である。つまり、その外
被表面は装置の対称軸を含む断面を直線状に延びる。抵
抗体３中に突出する内部電極２部分の長さは抵抗体のそ
れと人体等しくなる。内部電極２の抵抗体３への接続部
分はレンズ状のメタルキャップ４によりシールドされ、
該１ヤツプの外面は抵抗体３の外面へと滑らかに連続す
る。

同軸装置１．２の長さがその直径に比して長いと仮定し
、キャリアー３を無視すると、２個の電極間に、対称軸
５からの距離の関数としてその電位が対数的に変化する
静電界が形成される。同様の電位変化が、その層を通っ
て内部電極から外部電極へ電流が流れる時に２個の電極
を相互接続する同軸外被表面のうちの一つに設けられた
均一の厚さを有する抵抗体の表面でも得られる１、高電
圧抵抗のこの構成では抵抗を介して充電電流は流れず、
高電圧抵抗のインピーダンスは周波数には依存しない。

これは図面に示される実施例にもあてはまり、そこでは
内部電極から離れた内側抵抗のエツジは外部電極１に接
触していないが、該エツジは以下に示されるように、高
電圧抵抗に比して電気的に小さな抵抗を介して外部電極
（接地）の電位に接続される。

抵抗体３が自己支持型であるとき、壁は通常−定の最小
厚を有さなければならない。しかし、抵抗体が比較的短
カベ、高電圧抵抗が非常に大きくなければならない（た
とえば１００メガオーム以上）ことを考慮すると、抵抗
体は極めて高い固有抵抗を有する材質でなければならな
い。この目的のため、わずかにドープされたセラミック
化合物が利用可能である。少なくとも実質的に均一な厚
さの自己支持型抵抗体がかかる材料で構成されうるとい
う利点は、同時にそのような材料が強い温度依存性を示
すという欠点も有する。

低い温度依存性を有する抵抗材料も存在するが、その固
有抵抗は実質的に小さくなる。それゆえ、同じ抵抗を実
現するためには、抵抗層の厚さは実質的に小さくなけれ
ばならず、かかる抵抗層より成る高電圧抵抗は自己支持
型に構成され得ない。

したがって、抵抗層は、中空の円錐形支持体で、たとえ
ば絶縁セラミック材のものに設けられなければならない
。指定された謂の厚さからのわずかに数μｍの局部誤差
が、寄生電流ひいては周波数依存型応答曲線を生じさせ
る電界歪みを起こす１゜結果的に層は単純なシルクスク
リーン処理によっては堆積されず、ＣＶＤ、スパッタリ
ング、その他の費用のかかる方法で設けられねばならず
、層の均一性は複雑な仕上げ操作により達成されなけれ
ばならない。かくて、より低い温度依存性は製造コスト
＾という代償のもとに達成される。

均一な厚さの抵抗層は中空円錐にではなく、他の回転対
称体に設けられる場合、抵抗層の厚さおよび／または固
有抵抗が半径に依存して変化するならば、抵抗表面に同
一の電位変化が、内部電極からの距離の関数として、達
成される。しかし、かかる層の製造は困難であり、均一
な厚さの均質な抵抗層を有する円錐形がより望ましい。

支持体が抵ｖ′Ｌ層に比べて比較的厚く、またその比誘
電率が絶縁材（真空、イオウ六弗化物、トランス油、プ
ラスチック）の比誘電率から実質的に逸脱するような材
料からなる時、静電位はもはや内部電極からの距離の対
数の関数として変化しなくなる。静電位変化と高電圧抵
抗を通る電流路により強いられる電位変化はかくて、も
はやこの場合に完全に適合しなくなる。

以下の式に従い、低抗体の内面と対称軸５の間の距１１
１１Ｓに依存する内部電極の半径ｒを選択することによ
り、適合性は改善される。

× ｒ＝ｒｏ　　（ｓ／　＜５−ｄ）ｃｏｓβ））　　　　
（１）ここでｄは抵抗体の厚さ、βは抵抗体の表面線が
対称軸５と交差する角度である。ｒｏは抵抗体３と隣接
する領域でのキャップ４の直径の半分であり、指数Ｘは
以下の関数にしたがって算出される。

Ｘ＝ｅ＋／Ｅｚ−１０ ここで、Ｅｌは２個の電極間の絶縁材の比誘電率、Ｅｌ
は抵抗体の比誘電率である。

式１および２は、内部電極の半径がＦ２がＥ＋より大で
ある時、高電圧抵抗の内部電極への接続部分より始まり
、増大しなければならないことを示している。この増大
は、内径の数パーセントにあたる。しかし、その代り外
部電極の内径は所望の電位適合を得るために変化されう
る。その場合、少なくともその内面は大体円筒形で、こ
の変化は式１および２にしたがって到算されたものと対
立する。

抵抗体の開放端は（導電圧抵抗が抵抗性材料製の自己支
持型中空円錐により形成されると仮定すると）、別の中
空円錐担体６の対応する端に機械的に接続される。担体
はかくて、接続部分を起点として一定の直径の中空筒体
７に転するまでテーパをつけられている。担体本体６は
セラミック材からなり、その外面は金属被覆され、金属
被覆は外部型ＶＭ１を介して接地される。担体本体６の
内面もまた金属被覆され、抵抗体３より成る高電圧抵抗
と中空円筒部７の内側の抵抗層８より成る測定抵抗との
間の導電接続の役割を果たす。測定抵抗８もまた中空円
錐抵抗体により形成されることが明らかとなろう。測定
抵抗器８はその内部電極２から＃１れた端で接地され、
内部電極に向いた端は導電性の環状円盤９で終了される
。この円盤の中心は同軸ケーブルの内部導体１０に接続
され、その外部導体は接地される。

導電「抵抗４と測定抵抗８は、高電圧を定率、たとえば
１　：　１０．０００で分割する測定電圧分圧器を形成
する。タップ（円盤９）から取出された電圧は測定また
は制御目的に使用されつる。この構成の結果、同軸ケー
ブル１１の内部導体１０は、特に外部７４極１の開放端
が破線により示される接地金属遮蔽１５によりシールド
される時には、干渉信号から相当程度保護される。この
金Ｉｉ！遮蔽が同軸ケーブルの第二遮蔽に接続される時
、二重遮蔽構成が得られる。測定電圧分圧器での高電圧
により測定抵抗で発生する測定電流は抵抗を通って軸方
向に対称的に流れ、特別低誘起測定構造となる。。

球面キャップの如き形状で担体本体３の端部に接続され
ている接地保護電極を使用すると、内部電極と円盤９と
の間のハツシュオーバーが防止できる。

図中破線で示す如く、内部電極と測定電圧分圧器タップ
の間の長手方向容量は完全には避けられない。結果とし
て生じる容１１３は高電圧抵抗３と並列である。容量は
８周波数で応答曲線の変化を生じさせる。この変化は必
要な場合には、測定抵抗８と並列に作用する容１１４に
より補償される。完全補償達成のため、この容量は浮遊
容量１３を、高電圧抵抗４が測定抵抗８を上回る量に等
しい量だけ上回らなければならない。この比較的高い容
量は、担体本体６．７の材料としての比較的高い比誘電
率（たとえば１００または１０００）を有するセラミッ
ク材の使用により達成しうる。第１図中の等価回路図に
あるように、２個のＲＣ部材３．１３と８．１４の時定
数が等しい時に周波数に依存しないＲＣ電圧分圧器が得
られる。

測定電圧は測定抵抗器により、高電圧のたとえば１／　
１０．０００にまで減少される。しかし、高圧抵抗の外
端での静電電位は、この部分での抵抗の直径が外部電極
の内径に数ミリ以内で合致しない場合には、実質的に高
くなる１、静電電位変化と電流により起こる電位変化と
の間のこのずれは、内部電極のまわりの高電圧強度にと
って重要なＳである抵抗部分において顕著にならず、ま
たこの部分で実質的電圧変化は住じないので、それによ
り相当影響を受けた周波数応答でもない。このずれは、
外部電極が担体本体の外部部分で径の大きい環状部分よ
り成り、外端が該環状部分に突出している時には充分回
避できる。ここで［円筒外部電極１なる語は非常に広い
意味に解釈されなければならないので、これはそのよう
な形状も含む。

高電圧は、装置がたとえば絶縁材で満たされた電話機内
部に取付けられるとき°には、単一高電圧導電体を介し
て内部電極へ印加されうる。しかし、それは高電圧ケー
ブルを介しても印加されうる。

同軸ケーブル１１と高電圧ケーブルの特性インピーダン
スが整合することが確実な時、進行波の場合には反射お
よび関連する過電圧が回避しうる。

第２図に示す実施例では、本発明による装置は２木の高
電圧ケーブルの間に設けられる。２本の高電圧ケーブル
２１および２２の接地された外部導体はそれぞれの接地
された中空円錐突起２３゜２４にそれぞれ接続され、外
部電極１は向き合った中空の円錐間に位置する。２木の
ケーブルの内部導体２５と２６は内部電極２を介して電
気的に相互接続され、円錐状に広がる中間部２７と２８
より成り、遷移部分での特性インピーダンスはステップ
されない。高電圧抵抗３の外端は外部電極１から絶縁箔
（図示せず）により電気的に絶縁され、適当な通路２９
を介して測定抵抗に接続される。該抵抗器はキャリア一
体３０に設けられた抵抗ＦＩ３１により形成される。担
体３０は円錐状突起２３を内包し、その背面に金属被覆
が設けられており、該被覆は突起２３に導電的に接続さ
れ、高電圧抵抗３から離れた測定抵抗３０．３１の端に
接触する。

第１図及び第２図に示した実施例では、測定抵抗は高電
圧抵抗を通る電流が適当な測定１置により測定される時
には不要となる。高電圧はこの測定値と高電圧抵抗の既
知の値から決定される。高電圧抵抗の端はその時外部電
極に接触（誘電接触）してもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は外部電極に対して同軸に配置された同軸ケーブ
ルにより測定が行なわれる、本発明による実施例を示す
図、 第２図は装置が高電圧ケーブルに挿入される実施例を示
す図である。 １・・・外部電極、２・・・内部電極、３・・・抵抗体
、４・・・メタルキャップ、５・・・対称軸、６・・・
担体、８・・・測定抵抗、９・・・環状円盤、１０．２
５．２６・・・内部導体、１１・・・同軸ケーブル、１
２・・・保護電極、１３．１４・・・容量、１５・・・
金属遮蔽、２１．２２・・１１圧ケーブル、２３．２４
・・・円錐状突起、２７゜２８・・・中間部分、２９・
・・通路、３０・・・担体、３１・・・抵抗層。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）接地された少なくともほぼ円筒形の外部電極と、
   これと同軸になるように設けられ高圧電位を印加される
   少なくともほぼ円筒形の内部電極と、内部電極に対し同
   軸に設けられてこれに接続され少なくとも外部電極の近
   辺まで延びる非平面高電圧抵抗とより成り、高電圧抵抗
   を電流が通る際の電位変化が少なくとも内部電極部分で
   の静電電位変化に対応するよう、高電圧抵抗（３）は均
   一の厚さの円錐形をなすことを特徴とする高圧測定装置
   。 （２）高電圧抵抗は中空の円錐形で自己支持型抵抗体（
   ３）により形成されることを特徴とする請求項１記載の
   装置。 （３）高電圧抵抗は、中空で円錐形の絶縁担体に設けら
   れた均一の厚さの抵抗層により形成されることを特徴と
   する請求項１記載の装置。 （４）高電圧抵抗の、そしておそらく担体の比誘電率は
   内部電極と外部電極の間の絶縁材の比誘電率からはずれ
   ており、異なる比誘電率による静電電位の変化のずれは
   、高圧抵抗器への接続部分を起点とし、内部電極の径の
   連続的変化によつて補償されることを特徴とする請求項
   １乃至３のうちいずれか一項記載の装置。 （５）高電圧抵抗（４）は測定抵抗（８）とともに、２
   個の電極（１、２）を相互接続する測定電圧分圧器を形
   成することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか
   一項記載の装置。 （６）内部電極（２）から離れている高電圧抵抗（４）
   の端が漏斗状の接触部材を介して、中空円筒（７）の内
   面の測定抵抗を形成する抵抗層（８）に接続され、この
   層と接触部材の間の接続部分は同軸ケーブル（１１）の
   内部導体 （１０）に接続され、それから離れている測定抵抗の端
   はその外部導体に接続されることを特徴とする請求項１
   乃至５記載の装置。 （７）高電圧抵抗（４）と測定抵抗は測定抵抗（８）の
   方向にテーパをつけられた導電性漏斗管によつて相互接
   続されることを特徴とする請求項６記載の装置。 （８）高電圧は高電圧ケーブルを介して内部電極に印加
   され、高電圧ケーブルと同軸ケーブルは少なくともほぼ
   同一の特性インピーダンスを有することを特徴とする請
   求項６記載の装置。 （９）内部電極（２）は両側（第２図）の高電圧ケーブ
   ル（２１、２２）に接続されることを特徴とする請求項
   １乃至７のうちいずれか一項記載の装置。 （１０）内部電極から離れた高電圧抵抗の端は、その半
   径が高電圧ケーブル（２２）の外径よりも大きい同軸測
   定抵抗（３１）に接続されることを特徴とする請求項９
   記載の装置。 （１１）高電圧ケーブル（２１、２２）の内部導体（２
   ５、２６）と外部導体は、特性インピーダンスに遷移部
   分が生じないよう、円錐中間部分を介して内部電極（２
   ）と外部電極（１）に適合されることを特徴とする請求
   項９または１０記載の装置。