JPH0465993B2 - - Google Patents

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JPH0465993B2
JPH0465993B2 JP12559884A JP12559884A JPH0465993B2 JP H0465993 B2 JPH0465993 B2 JP H0465993B2 JP 12559884 A JP12559884 A JP 12559884A JP 12559884 A JP12559884 A JP 12559884A JP H0465993 B2 JPH0465993 B2 JP H0465993B2
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resistor
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calibration
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Naoji Suzuki
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Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は微弱電流を測定したり或いは高抵抗
を測定する測定装置に関する。
「従来の技術」 電流測定モード及び抵抗測定モードを備えたデ
イジタル表示形測定器がある。この測定器では電
流測定モードでは入力回路に電流−電圧変換器を
配置し、被測定電流を電圧に変換し、その電圧を
AD変換して被測定電流値をデイジタル表示す
る。また抵抗測定モードでは入力回路に抵抗−電
圧変換器を配置し、被測定抵抗器の抵抗値を電圧
に変換し、この電圧をAD変換してデイジタル表
示する構造となつている。
第11図に従来の電流−電圧変換器を、第12
図に従来の抵抗−電圧変換器を示す。第11図に
示した電流−電圧変換器において出力電圧V0
V0=−IxR1となる。被測定電流Ixが微弱電流の場
合出力電圧V0をAD変換に適した適当なレベルの
電圧値にするには抵抗器R1の値を大きな値に選
定しなければならない。例えば1ピコアンペアの
電流を測定する場合に出力電圧V0として1ボル
トを得るためにはR1=1012Ωとなる。
一方、第12図に示した抵抗−電圧変換器では
V0=RxVr/R1となる。被測定抵抗器Rxが高抵抗の 場合、基準電圧Vrは一定値であるため抵抗器R1
の抵抗値を被測定抵抗器Rxの値に近い大きな抵
抗値のものとしなければならない。
「発明が解決しようとする課題」 このように測定条件によつて大きい抵抗値の抵
抗器を用いなければならないが、電流測定モード
及び抵抗測定モードでは上記した式から明らかな
ように使用する抵抗器R1の値が直接測定値に影
響を与える。特に抵抗値が大きい抵抗器は温度変
化、湿度の変化等に影響され易く経時変化も比較
的大きく現れる傾向がある。従つて高抵抗を用い
る測定モードの精度を初期の状態に維持すること
はむずかしいこととされている。
このため測定器内に基準電圧源と基準抵抗器を
設け、基準電圧源と基準抵抗器によつて測定値を
校正することが考えられるが、基準抵抗器の抵抗
値を大きい値に設定することは安定性を考慮すれ
ば明らかなように不利である。基準抵抗器として
採り得る抵抗値としてはIMΩ程度が限度とされ
ている。
IMΩの基準抵抗器によつて数100MΩ以上の高
抵抗を使つた回路を校正した場合、その校正精度
は低いものとなる。
「課題を解決するための手段」 この発明では電流測定モード及び抵抗測定モー
ドの何れにもレンジ切換回路を具備している点に
着目し、抵抗値が低い抵抗器を用いたレンジにお
いて基準抵抗器によつてこの抵抗値が低い抵抗器
の校正係数を求める。校正係数が求められた抵抗
器を用いて更に高い抵抗値を持つ抵抗器の校正係
数を求める。
第1図に電流−電圧変換器の校正モードの接続
状態を示す。この接続状態は基準抵抗器Rrによ
つて比較的抵抗値が低い例えば10MΩ程度の抵抗
値を持つ第1抵抗器R1の抵抗値(演算増幅器1
の利得と等価)の校正係数を求める状態を示して
いる。
第2図は第1図で校正係数を求めた第1抵抗器
R1より大きい抵抗値を持つ第2抵抗器R2を第1
抵抗器R1によつて校正している状態を示す。
このようにこの発明では基準抵抗器Rrによつ
て抵抗値が比較的小さい第1抵抗器R1の校正係
数を求めると共に、この第1抵抗器R1の校正係
数を使つて更に高い抵抗値を持つ第2抵抗器R2
の校正係数を求めることを特徴とするものであ
る。
その具体的な実施例は第8図及び第9図に示し
ている。
「作用」 第1図においてスイツチS0を接点aに接続し、
基準電圧源Vrを基準抵抗器Rrの一端に接続する。
この接続により基準電流源が構成され演算増幅器
1に基準電流Irが与えられる。基準電流Irが与え
られたときの出力電圧をV01とする。スイツチS0
を接点bに接続し基準抵抗器Rrの一端を共通電
位点2に接続する。このときの出力電圧をV02
する。このV02は演算増幅器1のオフセツト電圧
に相当し、V01−V02を演算してオフセツト電圧
を除去した値Vcを求める。経時ゼロのときのVc
の値(出荷時に求めメモリに記憶してある値)を
C01、T時間後(出荷から数ケ月乃至数年後)の
Vcの値をCT1とすると、 C01=Vr/Rr・R1 ……(1) CT1=R1(1+α1)/Rr(1+β)・Vr(1+γ)…
…(2) α1は抵抗器R1の経時変化分、βは基準抵抗器Rr
の経時変化分、γは基準電圧源Vrの経時変化分
を表す。
この回路の変化の比はCT1/C01となる。経時変
化分子α、β、γがゼロならばCT1/C01=1とな
る。
ここで第3図に示す測定モードでT時間後に電
流I1を与えたときの出力電圧V0の値をAT1とする
と、 AT1=−R1(1+α1)I1 ……(3) となる。
AT1をCT1/C01で除去した値X1を求めるとX1
経時変化を除去した校正された値となる。
つまり X1=AT1・C01/CT1 ……(4) =−R1I1・(1+α1)(1+β)/(1+α1)(1
+γ) =−R1・I1・1+β/1+γ ≒−R1・I1・(1+β−γ) となる。基準抵抗器Rrの経時変化βと基準電圧
源Vrの経時変化γは非常に小さいものとすれば
β及びγは無視することができる。よつて(4)式の
演算によつて求めたX1は抵抗器R1の経時変化α1
を含まない値となり抵抗器R1の経時変化α1は校
正されたことになる。結局、出荷時に求めたC01
と、現時点で求めたCT1の比C01/CT1が抵抗器R1
の校正係数となる。
次に抵抗値が大きい第2抵抗器R2の校正係数
を求めるには第2図に示す状態に切り換える。こ
の校正モードで経時ゼロのときのオフセツト電圧
を除去した測定値C02とT時間後の測定値CT2を得
る。
C02=R2/R1・Vr CT2=R2(1+α)2/R1(1+α1)・Vr(1+γ
) ここで第3図に示す測定モードにおいて、抵抗
器R1をR2に切り換えて被測定電流源I0から電流I2
を与えたときの測定値をAT2とすると、この測定
値AT2に X2=AT2・C02/CT2・C01/CT1 を乗算することにより、X2は抵抗器R1とR2の経
時変化に影響されない値に校正される。つまり X2=AT2・C02/CT2・C01/CT1 =−R2・I2・(1+α)2・ (1+α1)/(1+α2)(1+γ) (1+β)/
(1+α1)(1+γ) =−R2・I2・1+β/(1+γ)(1+γ) ≒−R2・I2・(1+β−2γ) となり、基準抵抗器Rrの経時変化βと、基準電
圧源Vrの経時変化2γだけとなり、第1、第2抵
抗器R1・R2の経時変化は除去される。従つて
C02・C01/CT2・CT1が第2抵抗器R2の校正係数と
なる。
以上の様な演算によつて低い抵抗から順次高い
抵抗を校正していくことによつて精度の高い校正
を行うことができる。上述では2段階の場合を証
明したが、n段階の校正を行うことができる。n
段階校正した場合の誤差ρはρ=β−nγとなる。
次に抵抗−電圧変換器の場合について説明す
る。
先ず第5図に示す校正モードに切り換える。こ
のときR1>>Rrであるから、分解能を高めるた
めに基準電圧源Vr2は第4図に示す測定モードで
使用する基準電圧源Vr1の電圧より例えば10倍程
度高い電圧を発生するものとする。スイツチS0
オンにして演算増幅器1のオフセツト電圧を測定
し、オフセツト電圧を除去した後の値V0の経時
ゼロのときの値をC01、T時間後の値をCT1とする
と、 C01=Rr/R1・Vr2 CT1=Rr(1+β)/R1(1+α1)・Vr2(1+γ2
) となり、校正係数C01/CT1を求める。この校正係
数が求められたことにより、第4図に示す測定モ
ードにおいて、被測定抵抗器Rxの値AT1を測定
し、この値AT1に校正係数を乗算した X1=AT1・C01/CT1 ……(5) を演算することによりX1は抵抗器R1の経時変化
に影響されない値に校正される。つまり X1=Rx・Vr1/R1・ (1+γ1)(1+α1)/(1+(1+α1)(1+β
)(1+γ2) ≒Rx・Vr1/R1・(1+γ1−β−γ2) γ1・γ2は基準電圧源Vr1、Vr2の経時変化であり、
これはγ1=γ2であればゼロとなる。またβは基準
抵抗器Rrの経時変化でありこれも充分小さいか
らX1は実質的にRx・Vr1/R1で決まる。従つて第
5式を演算することにより抵抗器R1の経時変化
α1を除去することができる。
次により高い抵抗器R2の校正係数を求めるに
は第7図に示すようにR1の位置にR2を接続し、
基準抵抗器Rrの位置にR1を接続する。この校正
モードで、 C02=R1/R2Vr2 CT2=R1(1+α1)Vr2(1+γ2)/R2(1+
α2) を測定し、校正係数C02/CT2を求める。この校正
係数C02/CT2が求められたことにより、第6図に
示す実測モードで測定した測定値AT2に X2=AT2・C02/CT2・C01/CT1 の乗算を行えば、X2は第1抵抗器R1と第2抵抗
器R2の経時変化に影響されない値に校正される。
X2=Rx・Vr1/R2・(1+γ1)/(1+α2) ・(1+α2)/(1+α1)(1+γ2)・(1+α1
)/(1+β)(1+γ2) ≒Rx・Vr1/R2・(1+γ1−β−2γ2) となり、R1・R2の経時変化による誤差要因はな
くなる。従つて抵抗器R2の校正係数はC02
C01/CT2・CT1となる。
低抵抗から順次この校正を行うと、n回目の誤
差ρは、 ρ=γ1−β−nγ2 γ1=γ2の時は ρ=−β−(n−1)γ2 となる。
「実施例」 第8図及び第9図に具体的な実施例を示す。第
8図は電流−電圧変換器の場合、第9図は抵抗−
電圧変換器の場合を示す。
第8図及び第9図において3はマイクロコンピ
ユータによつて構成した制御器を示す。この制御
器3によつてスイツチS1〜S9をオン、オフ操作
し、上述した校正係数を求める動作を実行する。
このとき演算増幅器1の出力電圧V0をAD変換器
4によつてAD変換して制御器3に取込み表示器
5に測定値を表示すると共に校正モードの場合
C01、CT1、C02、CT2を記憶し、校正のための演算
を行う。
第8図に示す電流−電圧変換器において、校正
を行う場合は先ずスイツチS8をオン、S9をオフと
し、スイツチS1をオン、S2,S3をオフにし、スイ
ツチS5を接点bに接続することにより第3図の測
定モードにすることができる。この状態で入力端
子に被測定電流源I0を接続し、AT1を求める。
次にスイツチS8をオフ、S9をオン、S1,S3をオ
ン、S2をオフ、スイツチS5を接点bに、S6を接点
aに接続することにより第1図に示した状態にす
ることができる。この状態でC01を出荷時に測定
し制御器3に記憶しておく。またスイツチS3をオ
フにし、S1,S2をオン、スイツチS4を接点bに接
触させ、スイツチS5を接点aに接触させることに
より第2図に示した状態にすることができる。
よつてこの状態でC02を測定することができる。
これらC01とC02は出荷時に制御器3に記憶して
おく、出荷時はCT1及びCT2はC01=CT1、C02=CT2
であるため校正のための演算は測定値を1で除す
こととなる。
時間が経過してR1、R2に経時変化が起きた場
合、ユーザにおいてCT1、CT2を測定し、これを制
御器3に記憶させる。この記憶値を使つてCT1
C01及びCT2/C02を演算し、その演算結果で測定
値AT1、AT2を除すことによりR1、R2の経時変化
を除去した測定値を表示器5に表示させることが
できる。
第9図に示す抵抗−電圧変換器の場合はスイツ
チS8をオフにし、スイツチS1,S3をオン、S2をオ
フ、スイツチS5を接点bに、スイツチS6を接点a
に、スイツチS7を接点bに接触させることにより
第5図に示した校正モードにすることができる。
この校正モードでスイツチS9をオン、オフ操作し
てオフセツト電圧を除去したC01を求め、出荷時
にC01の値を制御器3に記憶させる。スイツチS4
とS5の状態を切り換えることにより第7図に示す
校正モードに切り換わることができる。第7図の
状態でC02を測定する。このようにして出荷時に
C01、C02を測定して制御器3に記憶する。出荷後
時間の経過を見て第5図及び第7図の校正モード
で校正作業を行う。この校正作業によりCT1、CT2
を測定し、CT1/C01及びCT2/C02を演算し、この
演算値の逆数を校正係数C01/CT1及びC01・C02
CT1・CT2を第4図と第5図に示す実測モードで測
定した測定値AT1/AT2に乗算することにより抵
抗器R1とR2の経時変化を除去した正しい抵抗値
を表示することができる。
制御器3における制御のに様子を第10図にフ
ローチヤートで示す。
ステツプで外部校正が否かを判定する。外部
校正の場合は外部校正ルーチンL1に分岐する。
外部校正ルーチンL1ではステツプで第3図の
状態または第4図、第6図の状態に切り換えて
A01、A02を求める。ステツプでC01、C02を求
めこれらを記憶する。
外部校正が終了すると、ステツプで経時変化
を校正するモードか否かを判定する。経時変化を
校正するモードのときルーチンL2に分岐する。
ルーチンL2ではステツプでCT1、CT2を求め、ス
テツプでC01/CT1またはC02・C01/CT2・CT1
演算を行い、その演算結果を記憶する。
ステツプで測定モードと判定した場合はステ
ツプで測定値AT1またはAT2を求めその測定値
AT1、AT2にステツプにおいて演算により校正
された値X1、X2を求める。ステツプでその校
正された値X1とX2を表示器5に表示させる。
「発明の効果」 上述したように、この発明によれば抵抗値の低
い基準抵抗器Rrを用いて高抵抗を校正すること
ができる。この結果、基準抵抗器Rrの値は安定
性よく初期値を維持することができ、長期にわた
つて高い測定精度を維持することができる。
「変形実施例」 第13図はこの発明の変形実施例を示す。この
例ではスイツチS4,S5,S6を切り換えることによ
り第14図及び第15図に示す状態に切り換えて
抵抗器R1とR2の経時変化を校正するようにした
場合を示す。
なお、上述では電流−電圧変換器と抵抗−電圧
変換器を別々に図示したが実用上はスイツチの切
り換えにより演算増幅器1を何れにも共用するも
のであり、一体の測定装置として構成される。
【図面の簡単な説明】
第1図乃至第7図はこの発明の構成を説明する
ための接続図、第8図及び第9図はこの発明の実
施例を説明するための接続図、第10図は第8図
及び第9図に示した実施例の動作を説明するため
のフローチヤート、第11図及び第12図は従来
の測定装置を説明するための接続図、第13図乃
至第15図はこの発明の変形実施例を説明するた
めの接続図である。 1:演算増幅器、2:共通電位点、3:制御
器、4:AD変換器、5:表示器、R1,R2:レン
ジ切換用高抵抗器、Rr:基準抵抗器、Vr:基準
電圧源。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 抵抗値が比較的小さい基準抵抗器と、安定性
    が高い基準電圧源と、測定レンジ切替用の第1抵
    抗器及び上記第1抵抗器より抵抗値が大きい第2
    抵抗器とを有し、上記基準抵抗器と基準電圧源と
    第1抵抗器を使つて第1校正モードを構成し、こ
    の第1校正モードにより第1初期測定値を求める
    と共に、上記第1抵抗器と基準電圧源と第2抵抗
    器を使つて第2校正モードを構成し、この第2校
    正モードにより第2初期測定値を求め、 任意の時間経過後に上記第1校正モードにより
    第1測定値を求め、この第1測定値と上記第1初
    期測定値とから上記第1抵抗器の経時変化の比に
    対応した第1校正係数を求め、上記第2校正モー
    ドにより第2測定値を求め、この第2測定値と上
    記第2初期測定値及び上記第1校正係数とによつ
    て上記第1抵抗器及び第2抵抗器の双方の経時変
    化の比に対応した第2校正係数を求め、 実測中に各測定値にこれら第1校正係数及び第
    2校正係数をそれぞれ乗算することにより上記第
    1抵抗器及び第2抵抗器の経時変化の影響を除去
    した測定値を得ることを特徴とする測定装置。
JP12559884A 1984-06-18 1984-06-18 測定装置 Granted JPS613076A (ja)

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JP3851375B2 (ja) * 1996-04-18 2006-11-29 アジレント・テクノロジーズ・インク インピーダンス測定装置

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