JPH05149977A - 熱電型交直流変換器の交直差比較装置 - Google Patents

熱電型交直流変換器の交直差比較装置

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JPH05149977A
JPH05149977A JP3336094A JP33609491A JPH05149977A JP H05149977 A JPH05149977 A JP H05149977A JP 3336094 A JP3336094 A JP 3336094A JP 33609491 A JP33609491 A JP 33609491A JP H05149977 A JPH05149977 A JP H05149977A
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Genta Yonezaki
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Abstract

(57)【要約】 【構成】直列乃至並列に接続された2個の熱電型交直流
変換器TVC1、TVC2の交直差の比較装置において、上記2
個の変換器TVC1、TVC2に所定の交流電流(電圧)乃至直
流電流(電圧)を流したときに発生する熱起電力をそれ
ぞれ精密電源の基準電圧Es1、Es2とを比較し、その差
電圧を精密なプログラマブル増幅器VGC1、VGC2、精密な
電圧周波数変換器VFC1、VFC2、カウンターC1、C2を通し
て、交直差の差を計算する。 【効果】2個の熱電型交直流変換器TVC1、TVC2の交直差
の差をppm オーダで精密に測定することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】この発明は、交流電圧及び交流電
流等の精密測定を行う際に用いられる熱電型交直流変換
器の交直差比較装置に関する。
【0002】
【従来の技術】低周波交流電圧(電流)を精密に測定す
るには、直流電圧(電流)と比較する必要がある。
【0003】従来、この比較のために用いられている変
換器は、抵抗線(ヒータ)に電流を流し、その温度上昇
を熱電対で検出するものである。即ち、変換器に交流電
圧(電流)を印加し、その出力である熱起電力が同じと
なる直流電圧(電流)と比較することによって、交流電
圧(電流)の実効値を得るのである。
【0004】この比較時に、交流電圧と直流電圧に少し
違いが生じるが、これを変換器の交直差と称される。
【0005】この交直差を計測することにより、低周波
交流電圧(電流)を測定するが、この場合の低周波交流
電圧測定には熱電型交直流変換器と直列抵抗器を組み合
わせたもの、低周波交流電流測定には熱電型交直流変換
器のみが使用され、これらは低周波交流電圧乃至電流測
定用の標準器といわれている。
【0006】標準器の交直差は出来るだけ小さな値のも
のを選択することが低周波交流電圧(電流)の精密測定
の精度向上に必要であるが、標準器の交直差は測定雰囲
気等により微妙に異なり、一定の値が得られず、したが
って低周波交流電圧(電流)の精密測定に際しては複数
個(N個)の標準器を並列に接続した測定回路からなる
比較装置を用い、この装置のうちから任意の2組の標準
器を選び出し、これに精密電源を接続してこの2組の標
準器の交直差の差を測定し、この操作を全ての標準器に
ついて行うことにより、交流電圧(電流)の標準を維持
している。
【0007】図4に従来の低周波交流電圧の精密測定用
交直差比較測定装置を示す。熱電型交直流変換器と直列
抵抗器を接続した標準器をTVC1とTVC2で表わす。標準器
TVC1とTVC2を並列接続した測定回路には精密交流電源
(Va )、精密直流電源(Vd)より、Va 、Vd +、Vd
-、Va と切り替えスイッチで印加され、また両標準器
の熱起電力を精密デジタル電圧計DVM1、DVM2 で測定す
る。このときの電源切り換え並びにデータの取り込み、
交直差の差の計算処理はコントローラで行う。
【0008】いま、標準器TVC1とTVC2の交直差をδ1
δ2 、標準器TVC1とTVC2への直流入力をId とすると、
交直差の差(δ1 −δ2)は二電圧計法の原理に従って
近似的に下式により表わされる。
【0009】 δ1 −δ2 ={(E2a-E2d)/(E2H-E2L)- (E1a-E1d)/(E1H-E1L)}・ △Vd/Vd …(1)
【0010】ここで、E2a、E1aは実効値Ia なる交流
電流を標準器TVC2とTVC1に流したときに、標準器TVC2
TVC1で発生する熱起電力、E2dとE1dはId なる直流電
流を標準器TVC2とTVC1に流したときに、標準器TVC2とTV
C1で発生する熱起電力、(E2H-E2L) は直流電源回路に全
抵抗の1/1000程度の抵抗を入れたときの直流電圧の微小
変化△Vdに対する標準器TVC2の起電力の変化、(E1H-
E1L) は直流電源回路に全抵抗の1/1000程度の抵抗を入
れたときの直流電圧の微小変化△Vdに対する標準器TVC1
の起電力の変化を表わす。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】しかし、以上のような
従来の比較装置において上述のように標準器TVC2で発生
する熱起電力が等しくなるように、交流電流と直流電流
を流すが、精密交流電源(Va )の短期安定度は10分間
で0.007%程度であるので、この操作は極めて困難であ
る。
【0012】また、標準器の熱時定数は数秒であり、標
準器に電流(電圧)を流して熱起電力が安定するまでの
30秒以上経過した後、熱起電力を測定するが、交直差の
差の測定はppm(parts per million)程度で行われるか
ら、それと同程度に熱起電力を一致させることは極めて
困難である。
【0013】そこで、実際には精密デジタル電圧計に揺
らぎがあるので、精密デジタル電圧計の感度を落して両
者をほぼ等しくさせている。
【0014】
【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
め、直列乃至並列に接続された2個の標準器(熱電型交
直流変換器)の交直差の比較装置において、上記2個の
標準器に所定の交流電流(電圧)乃至直流電流(電圧)
を流したときに発生する熱起電力をそれぞれ精密電源の
基準電圧とを比較し、その差電圧を精密なプログラマブ
ル増幅器、精密な電圧周波数変換器、カウンターを通し
て、交直差の差を計算する比較装置を提案するものであ
る。
【0015】
【作用】この発明では標準器の熱起電力を精密デジタル
電圧計で計測するのでなく、精密な増幅器で増幅した
後、精密な電圧周波数変換器でこの起電力を周波数変換
し、カウンターで計測して交直差の差を計測するため、
ppm オーダーで精密な交直差の差を計測することができ
る。
【0016】また、この発明で使用する増幅器乃至電圧
周波数変換器は標準器の熱起電力の揺らぎよりその増幅
度の揺らぎが小さな精密なものが要求されるが、この発
明では標準器の熱起電力を精密電源の基準電圧と比較
し、その差電圧を精密な増幅器に入力するため、電圧周
波数変換器に要求される精密度が比較的緩やかなものと
なる。
【0017】なお、使用する増幅器乃至電圧周波数変換
器における増幅度の揺らぎに上記差電圧の揺らぎを対応
させるためには、精密電源に直列乃至並列に接続された
抵抗群から合成された分圧抵抗を基準電圧とすることが
好ましい。
【0018】また、精密な電源電圧でもppm オーダーの
ドリフトが存在するが、このドリフトを2つの回路に同
じように作用させるために、2つの標準器の測定回路の
基準電圧として共通な精密電源を分圧したものを使用す
ることが好ましい。
【0019】
【実施例】以下、この発明を図示の実施例に基づいて詳
細に説明する。図1はこの発明の一実施例を示す低周波
交流電圧の精密測定用交直差比較測定装置における標準
器TVC1とTVC2の測定回路1、2である。
【0020】測定回路1には標準器TVC1の熱起電力と逆
極性で安定な基準電圧Es1が挿入される。また、標準器
TVC1と基準電圧Es1の差電圧は利得制御増幅器VGC1で増
幅され、更に電圧周波数変換器VFC1に入力し、電圧周波
数変換器VFC1にはカウンターC1が接続される。
【0021】測定回路2には標準器TVC2の熱起電力と逆
極性で安定な基準電圧Es2が挿入される。また、標準器
TVC2と基準電圧Es2の差電圧は利得制御増幅器VGC2で増
幅され、更に電圧周波数変換器VFC2に入力し、電圧周波
数変換器VFC2にはカウンターC2が接続され、カウンター
C1とC2にはコントロラーが接続される。
【0022】なお、図1の測定回路には図示されていな
いが、図4に示すように測定回路には精密交流電源(V
a )、精密直流電源(Vd )から所定の交流電流、直流
電流の印加回路が付加されている。
【0023】なお、上記測定回路1において差電圧乃至
使用する増幅器TVC1は標準器TVC1の熱起電力の揺らぎd1
乃至増幅器VGC1と電圧周波数変換器VFC1の増幅度との関
係より次のようにして定められる。
【0024】即ち、標準器TVC1の熱起電力E1 、その揺
らぎをd1とすると、 E1 =Ei1(1+d1)・・・・・・(2)
【0025】更に増幅器VGC1と電圧周波数変換器VFC1
合わせた利得をK1 、その誤差をd3とすると、 K1 =K01(1+d3)・・・・・・・・・・・・・・(3) で表わされる。
【0026】また、測定回路1において出力電圧をE01
とすると、次の式が成立する。 E01=K1 (Ei1−Es1)+ε1 ・・・・・・・・・・(4)
【0027】ε1 は増幅器の雑音で標準器TVC1の熱起電
力E1 の揺らぎd1より小さな精密増幅器を使用すること
により、無視できる。そこで、上記(2)、(3)を
(4)式に代入すると、下記の式が得られる。
【0028】 E01=K 01(1+d3){E i1(1+d1)-Es1) =K01[Ei1-Es1+Ei1{d1+(Ei1-Es1)/Ei1d3}]・・・・・・・・(5)
【0029】ここで、熱起電力E1 の揺らぎd1は1ppmの
程度であるから、上記(5)式においてd3の係数(Ei1-E
s1)/Ei1 を1/10乃至1/100 に取ると、 増幅器の揺らぎd3
を1/1000乃至1/10000 とすれば、(Ei1-Es1)/Ei1d3 は熱
起電力E1 の揺らぎd1程度となる。
【0030】即ち、以上のように設定することにより、
揺らぎd3が1/1000乃至1/10000 程度の増幅器を使用する
ことができ、 増幅器VGC1と電圧周波数変換器VFC1に対す
る精密度の要求は軽減される。
【0031】また、測定回路2において増幅器VGC2と電
圧周波数変換器VFC2の合わせた利得をK2 とすると、上
記の関係は測定回路2についても成立する。
【0032】更に、上記(1)式から測定回路1と2に
より得られる交直差の差は下記の式で表わされる。
【0033】 δ1 −δ2 = {(K1E2a-K1E2d)/ (K1E2H-K1E2L)- (K2E2a-K2E2d)/ (K2E2H-K2E2L)}・ △V/V (6)
【0034】即ち、上記(6)式から明らかなように、
測定回路1と2の増幅度K1 とK2が異なっても交直差
の差の測定結果には変りがなく、また増幅器VGC1とVGC2
の増幅度には依存しない。
【0035】更に、(1)式より {E1a(1+d3)-E1d(1+d3)}/{E1H(1+d3)-E1L(1+d3)}=(E1a-E1d)/(E1H-E1L) (7) であるので、
【0036】測定回路1と2において、増幅器VGC1乃至
VGC2と電圧周波数変換器VFC1乃至VFC2の揺らぎd3が一定
の範囲内にあれば、測定結果には影響を与えない。
【0037】なお、測定回路1、2の製作例を測定回路
1について説明すると、先ず、増幅器VGC1の利得をある
一定の値に設定し、増幅器VGC1の出力電圧に対する電圧
周波数変換器VFC1の出力周波数fを測り、前以て電圧周
波数変換器VFC1の電圧周波数特性を測定する。
【0038】次に、標準器TVC1の熱起電力を測定する。
熱起電力が定まると、増幅器VGC1に入る電圧を上記
(5)式における(Ei1-Es1)/Ei1 が1/10乃至1/100 にな
るように調整する。
【0039】以上のようになる電圧Es1 は図2に示すよ
うな精密電源電圧Eに対する直列抵抗群r1〜rnの回路に
おけるスイッチS1〜Snを開閉して合成してもよい。ま
た、精密電源電圧Eに対する並列抵抗群r1〜rnの回路に
おける並列抵抗群r1〜rnを適宜選択して合成してもよ
い。この場合、スイッチS1〜Snは雑音の少ないものを使
用する。
【0040】一方、電源電圧はいくら精密なものでも、
ppm オーダで観測すればドリフトが存在するので、測定
回路1と2に各々別々の電源電圧を用いて基準電圧Es1
Es2を調整する場合には、ドリフトの影響は避けられな
い。
【0041】このような場合には、図3に示すように共
通な電源電圧Eを抵抗R1 とR2 で分圧し、更に図2に
示す方法で抵抗rs1 とrs2 を合成して図1の基準電圧E
s1とEs2を調整する。
【0042】このようにすると、共通電源電圧Eを使用
しているため、測定回路1と2では同じ様にドリフトが
作用するので、ドリフトの影響を避けることができる。
【0043】
【発明の効果】以上要するに、この発明によれば2個の
標準器の交直差の差をppm オーダで精密に測定すること
ができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の一実施例を示す熱電型交直流変換器
の交直差比較測定回路
【図2】基準電圧調整ための回路の一例を示す図
【図3】共通な精密電源から基準電圧を調整する回路の
一例を示す図
【図4】従来の熱電型交直流変換器の交直差比較測定回
【符号の説明】
1、2 測定回路 TVC1、TVC2 標準器(熱電型交直流変換器) Es1、Es2 基準電圧 VGC1、VGC2 増幅器 VFC1、VFC2 電圧周波数変換器 C1、C2 カウンター E 精密電源 r1〜rn 抵抗群

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 直列乃至並列に接続された2個の熱電型
    交直流変換器の交直差の比較装置において、上記2個の
    変換器に所定の交流電流(電圧)乃至直流電流(電圧)
    を流したときに発生する熱起電力をそれぞれ精密電源の
    基準電圧とを比較し、その差電圧を精密なプログラマブ
    ル増幅器、精密な電圧周波数変換器、カウンターを通し
    て、交直差の差を計算することを特徴とする熱電型交直
    流変換器の交直差比較装置。
  2. 【請求項2】 精密電源に直列乃至並列に接続された抵
    抗群から合成された分圧抵抗を基準電圧とする特許請求
    の範囲第1項記載の熱電型交直流変換器の交直差比較装
    置。
  3. 【請求項3】 共通な精密電源から基準電圧を調整する
    特許請求の範囲第1項又は第2項に記載の熱電型交直流
    変換器の交直差比較装置。
JP3336094A 1991-11-26 1991-11-26 熱電型交直流変換器の交直差比較装置 Expired - Lifetime JPH0750134B2 (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0772184A (ja) * 1993-09-01 1995-03-17 Agency Of Ind Science & Technol 熱電型交直流変換器の出力電圧測定装置
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