JPH11513798A - 間接測定目的用に絶縁破壊を利用する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 高電圧の存在下で絶縁破壊を測定し、例えばコロナ放電原理を使用してオゾン発生装置内のオゾン生成を測定する装置が開示されている。オゾン発生装置におけるコロナ放電パルスは容量的に検出される。低周波数はその検出された信号からフィルター処理される。変換器回路からの電気的ノイズは絶縁された直流電源との光学的カップラーにより絶縁される。次に、そのフィルター処理された信号が増幅され、直流電圧に変換される。生成されている実際のオゾンに対する更正後に、直流出力は発生装置内にて生成されているオゾンに直接関連付けられ且つそのオゾン生成の表示及び／又は制御を目的に使用される。

Description

【発明の詳細な説明】 間接測定目的用に絶縁破壊を利用する方法及び装置 技術分野 本発明は、間接測定目的（indirect measurement purposes）用の高電圧の存 在において絶縁破壊を利用する装置及び方法に関するものであり、更に詳細には 、コロナ放電の原理を使用してオゾン発生装置によるオゾンの生産を間接的に測 定する装置及び方法に関するものである。 背景技術 多くの適用分野においては、絶縁破壊により発生される生成物を効果的に測定 する目的から絶縁破壊を評価することが望ましい。例えば高電圧の存在下におけ るガス絶縁破壊は、元の誘電作用に化学的に関係がある絶縁破壊の生成物を作り 出す。その一例は、典型的なコロナ放電オゾン発生装置内での酸素（Ｏ₂）の高 電圧絶縁破壊によるオゾン（Ｏ₃）の生成である。 オゾンの多くの適用分野においては、オゾン濃度とオゾン生成が正確に測定さ れることが肝要である。直接的紫外線吸収法を使用しての分光分析計がオゾン濃 度測定の最も一般的手段である。使用される他の計器には、水中の多数の異なる 化学的染料を使用する熱量計器具、オゾンに起因する誘電定数の変化を測定する 計器、ＣＯ₂レーザー、ルミネッセント方法（luminescent methods）、定量ガス 分析器、ポーラログラフ計器（polarographic instuments）、熱量計器及び全粒 滴定計器が含まれる。大部分の適用例のおけるオゾン測定のため使用される計器 は、経済的でなければならず、また、時間経過に対して著しいドリフト（drift ）を伴わずにオゾンの絶対濃度値を連続的に測定できなければならない。その結 果、先に掲記した計器は多数の欠点を伴う。 先に掲記した計器の諸欠点の１つは、これらの計器が経済的考察内容を原因と して小型のオゾン発生装置の据え付けにおいては実行不能の点にある。また、こ うした分光分析計を含めた従前の計器は、参考となる計器の比較した際その出力 が時間と共に変動する。同様に、こうした従前の計器は、物理的に悪い状態に感 応性がある。更に、比較的重量が重く、物理的寸法が大きい大部分のこうした従 前の計器は、スペースと携帯性が重要な意味のある据え付け中には問題となる。 更に、こうしたオゾン検出器においては、化学的、光学的、熱的等の入力を線状 の電気的出力信号に変換する目的上、複雑なインターフェイスを必要とすること が普通になっている。 従って、先に述べた多くの難点を回避するためコロナ放電原理を使用してオゾ ン発生測定手段をオゾン発生装置内に提供することが望ましいであろう。 発明の要約 本発明によれば、高電圧存在下での絶縁破壊は関連あるパラメーターの測定に 利用される。誘電体は気体、液体又は固体にすることができる。その測定の目的 は、誘電体の絶縁破壊を測定するか又は誘電体の物理的若しくは化学的諸特性を 測定できることにある。本発明の好適局面においては、絶縁破壊の測定はコロナ 放電原理を使用しているコロナ発生装置内のオゾンの発生を測定する手段を提供 するものである。 本発明によれば、高電圧放電装置に電気的充電パルスを提供する電圧変圧器に おける巻線（winding）からのコロナの放電パルスが検出され、その検出された パルスに電気信号が発生される。この電気信号は直流（Ｄ．Ｃ）電圧に変換され 、そのレベルは前記検出された放電パルスの発生周波数とその大きさの関数、従 って、前記高電圧放電装置内での絶縁破壊生成の測定の関数である。この直流電 圧レベルは、測定された直流電圧レベルから実際の絶縁破壊生成物の測定を可能 にすべく装置における測定された絶縁破壊生成物に対して更正可能である。 本発明は、容量性変換器（capacitive tranasducer）、第１高域フィルター（ high pass filter）、絶縁された直流電源により電力を受ける光学カップラー（ optical coupler）、２段無線周波（ＲＦ:radio frequency）増幅器、第２高域 フィルター、増幅器／ダイオード・ポンプ（diode pump）、リニアライザー（li nearizer）、低域フィルター（low pass filter）及びスケーリング（scaling） 増幅器からなる絶縁破壊回路で実現可能である。容量性変換器は、高圧変圧 器の２次巻線に接続され、この変圧器は、高電圧パルスをコロナ放電オゾン発生 装置に提供する目的で使用される。容量性変換器は、こうして高圧変圧器の２次 巻線の電圧信号に加えられる個々のコロナ放電パルスを容量的に検出する。高電 圧駆動周波数の如き低周波数は、第１高域フィルター内で容量性変換器信号外に フィルター処理される。光学カップラーは、処理回路を高電圧変圧器カプリング から分離させる。分離された直流電源は、光学カップラーの電源を処理回路に対 して使用された電源から分離し、かくして変圧器回路で誘因された電気的ノイズ を低減化する。次に容量性変換器信号は、２段ＲＦ増幅器内で増幅される。低周 波数は、更に第２高域フィルター内で低減化される。直流電圧は増幅され、電圧 リップルは増幅器／ダイオード・ポンプ内へ低減化される。リニアライザーは、 電圧依存型調節を増幅器／ダイオード・ポンプの利得に提供してリニア電圧出力 値を発生させる。直流電圧内の残りの電圧リップルは、低域フィルター内で低減 化され、次にアナログ−デジタル変換器へ入力され、次にマイクロプロセッサー に入力されるようスケーリング増幅器内で増幅される。分光分析計又は他の装置 がその生産されているオゾンの実際のレベルに関連付けて直流電圧値を更正する 目的に使用される。直流電圧が次に直接高電圧の存在下でその絶縁破壊生成物の 形成に関連付けられる。 要約すれば、好適実施態様においては、コロナ発生器におけるコロナ放電パル スは容量的に検出される。最初に、低周波数がその検出された信号からフィルタ ー処理される。次に、その検出された信号は光学カップラーにより電気的に絶縁 され、増幅され、整流され、リニアライズされ、フィルター処理され、再びリッ プル・フリー（ripple-free）の直流電圧信号に増幅される。発生されている実 際のオゾンに対して更正後に、この直流電圧信号は直接そのオゾン発生装置内で のオゾン発生に関連付けられる。 前掲の説明による要約から、本発明が先に述べた先行技術の欠点を如何に克服 しているかが明らかである。 従って、本発明の目的は、高電圧の存在下で絶縁破壊を測定して極めてコスト 的に効果のある測定回路と信号調整回路を提供するコスト的に効果のある装置と 方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、絶縁破壊により発生される絶縁破壊生成物を測定する装 置と方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、コロナ放電原理を使用してオゾン発生装置内でのオゾン 発生を測定する装置及び方法を提供することにある。 本発明の他の目的は、ソリッド・ステートのエレクトロニクスで完全に更正さ れ、従って、極めて堅硬な前述した諸目的に使用する計器を提供することにある 。 本発明の他の目的は、前述した諸目的に対してスペースと携帯可能性が重要な 据え付けに適しているような極めて計量でコンパクトな計器を提供することにあ る。 本発明の他の目的は、前述の諸目的に対してリニア出力信号を備えた完全にソ リッド・ステートの計器を提供することにある。 本発明の他の諸目的と諸利点については、本明細書に添付の添付図面に関連付 けて以下の詳細な説明と請求の範囲を読むことにより当技術の熟知者には明らか となろう。 図面の簡単な説明 本発明の一層更なる理解を容易にする目的から、ここで添付の図面を参照する 。これらの図面は、本発明の範囲を限定するものとして解釈すべきではなく、例 示的なもののみとして意図されている。 第１図は、オゾン発生の測定用に使用可能とされる本発明による絶縁破壊測定 回路の模式的ブロック図であり、 第２図は、本発明に従って固定された容量性変換器を有する高電圧変圧器の模 式的ブロック図である。 発明を実施するための最良な形態 第１図を参照すると、この図には本発明による絶縁破壊測定回路１０の模式的 ブロック図が示してある。この絶縁破壊測定回路１０は、容量性変換器アッセン ブリ１２、第１高域フィルター１４、絶縁直流電源１８で動力を受ける光学カッ プラー１６、２段無線周波（ＲＦ）増幅器２０、第２高域フィルター２２、増幅 器／ダイオード・ポンプ２４、リニアライザー２６、低域フィルター２８及びス ケーリング増幅器３０を含む。増幅器３０からの出力は、アナログ−デジタル（ Ａ／Ｄ）変換器３２に供給可能とされ、この変換器３２は、逆にマイクロプロセ ッサー３４に信号を提供する。 容量性変換器アッセンブリ１２は、高電圧変圧器の２次巻線に接続される容量 性のものであり、この高電圧変圧器は、高電圧パルスをコロナ放電オゾン発生装 置に提供するために使用される。こうしたコロナ放電オゾン発生装置については 、１９９２年３月１０日に発行されたオゾン発生装置と題する米国特許第５，０ ９４，８８２号に開示されており、こうした高電圧変圧器については、１９９５ 年８月２２日に発行されたオゾン発生手段の制御のためのパルス列発生回路と題 する米国特許第５，４４３，８００号に開示されている。本発明の発明者と同じ 発明者によるこれらの特許の開示内容をここでは参考として導入してある。 容量性変換器アッセンブリ１２は、高電圧変圧器の２次巻線の電圧信号に与え られる個々のコロナ放電パルスを容量的に検出する。高電圧駆動周波数といった 更に低い周波数が第１高域フィルター１４内の変換器信号外にフィルター処理さ れる。光学カップラーは、変換器信号の通過を可能にすると共に、一方では高電 圧変圧器回路内に存在する電気的ノイズを絶縁する。絶縁された直流電源１８は 、この電気的絶縁の達成を助ける。光学カップラー１６は、例えばＬＥＤ光源と 隔置されている発光ダイオード・センサーに基付く慣用的な形式のものにできる 。変換器信号は、次に２段ＲＦ増幅器２０内で増幅される。低周波数は、更に第 ２高域フィルター２２内で低減化される。電圧パルスは、増幅され、増幅器／ダ イオード・ポンプ２４内のダイオード・ポンプ回路により変調され、このポンプ は、そのパルスの大きさと周波数の測定をもたらす。リニアライザー２８は、線 状電圧出力値を発生する目的で電圧依存調節を増幅器／ダイオード・ポンプ２４ の利得に提供する。直流電圧内の残りの電圧リップルは、低域フィルター２８内 で低減化される。直流電圧は、スケーリング増幅器３０内で増幅される。生成中 の例えばオゾンの如き実際の誘電生成物に対して更正を行った後、現時点では直 流電圧が高電圧の存在下で絶縁破壊に直接関連しており、そこでＡ／Ｄ変換器３ ２によりデジタル形態に変換可能とされる。マイクロプロセッサー３４は、次に 本実 施態様においてそのオゾン発生装置により生成されている途中のオゾンの量であ る絶縁破壊の表示を提供するようデジタル・データを処理できる。次に、マイク ロプロセッサー３４は、例えばオゾンといった誘電性生成物の割合、高電圧オゾ ン発生装置内での生成を制御できる。 スケーリング増幅器３０から提供された直流電圧レベルは、慣用的な分光分析 計により測定される如く、その生成されているオゾンの実際のレベルに更正され る。これは、測定された電圧レベルを測定されたオゾン濃度に関連付ける一連の 点を確立することにより行われる。この確立された関係は、こうしてオゾン濃度 の用語にてその読み出された電圧レベルの直接的更正を可能にする。 先に述べた信号条件付けの順序は変えることができ、実際先に述べた信号条件 付け機能の一部は最適化できることに注目すべきである。 絶縁破壊測定回路１０内での変換器信号条件付けの全体的機能は、検出された コロナ放電パルスをこれらコロナ放電パルスの周波数と大きさを表している直流 電圧に変換する手段を提供することにある。オゾン発生装置の物理的寸法（即ち 、ギャップ寸法）が固定状態に保持され、オゾン発生装置を貫流するガスの組成 と流量が適切に調整されれば、コロナ放電パルスの発生は比較的均一のものとな る。しかしながら、オゾン発生装置におけるオゾン生成の実際の量は、コロナ放 電パルスの周波数と大きさに依存している。従って、本発明はコロナ放電パルス を検出し、次に検出されたコロナ放電パルスの周波数と大きさを表すことにより 直接オゾン発生装置内のオゾン生成に関連がある電圧レベルを備えた直流電圧に その検出されたコロナ放電パルスを変換することに向けられている。 アルミニウム板で構成されている容量性変換器アッセンブリー１２は、高電圧 変圧器内の２次巻線の周りにある絶縁材料に実際上固定する必要は無くむしろ個 々のコロナ放電パルスを検出する目的から高電圧変圧器内の２次巻線に単に隣接 する状態でなければならないことに注目すべきである。 第２図を参照すると、この図には本発明による、高電圧変圧器４０とコロナ放 電パルス容量性変換器４２の間の典型的な物理的関係を明らかにしている模式図 が示されている。高電圧変圧器４０は、１次巻線（図示せず）と高電圧２次巻線 ４４を含む。 この特定の実施態様において、容量性変換器４２は、高電圧２次巻線４４を包 囲する絶縁材料に固定されている大略１０×１０平方ｍｍのアルミニウム板を含 む。高電圧２次巻線４４は、高電圧パルスをオゾン発生装置（図示せず）に提供 する。これら高電圧パルスは、オゾン発生装置内にコロナ放電を発生する。容量 性変換器４２は、これらのコロナ放電を高電圧２次巻線４４からの電荷のパルス として容量的に検出する。次に、これらの検出されたコロナ放電パルスは、本発 明による絶縁破壊測定回路で条件付けられる信号になる得る。 以上完全に説明した本発明により、先に述べた諸目的は本発明の範囲から逸脱 せずに一部の変更を前述の諸実施態様において行うことができるため、効率的に 達成されたものであることが理解でき、また前掲の説明に含まれる若しくは添付 図面に示されている事項は全て例示的なものとして解釈すべきであり、限定的な 意味に解釈すべきではない。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高電圧放電装置内で絶縁破壊生成物を測定する装置であって： 電気的充電パルスを前記高電圧放電装置に提供する電圧変圧器内の巻線からの コロナ放電パルスを検出し、その検出されたパルスに応じて電気信号を発生する 手段； 値のレベルが前記検出された放電パルスの発生周波数と大きさの関数となって いる直流電圧に前記電気信号を変換し、かくして前記高電圧放電装置内の絶縁破 壊生成の測定を行う手段；及び 測定された直流電圧レベルから実際の絶縁破壊生成の測定を可能にすべく前記 装置内の測定された絶縁破壊生成に対して前記直流電圧レベルを更正する手段か らなる装置。 ２．前記検出手段が前記変圧器内の前記巻線に対する容量性変換器接続を含む ようにした請求の範囲第１項記載の装置。 ３．前記巻線が２次巻線になっている請求の範囲第２項記載の装置。 ４．前記変換手段が前記検出手段から生成された電気信号から低周波数をフィ ルター処理する第１高域フィルターを含むようにした請求の範囲第１項記載の装 置。 ５．前記変換手段が更に信号を前記第１高域フィルターから受信し、一方、処 理回路を高電圧変圧器接続から絶縁させるよう絶縁直流電源により動力を受ける 光学カップラーを含むようにした請求の範囲第４項記載の装置。 ６．前記変換手段が更にフィルター処理された信号を前記光学カップラーから 受信し、増幅する第１の２段増幅器を含むようにした請求の範囲第５項記載の装 置。 ７．前記第１の２段増幅器がＲＦ増幅器である請求の範囲第６項記載の装置。 ８．前記変換手段が更に、前記増幅された信号内の低周波数をフィルター処理 すべく前記２段増幅器の出力に接続された第２高域フィルターを含むようにした 請求の範囲第６項記載の装置。 ９．前記変換手段が前記直流電圧信号を増幅するよう前記第２高域フィルター の出力に接続された第２増幅器を含むようにした請求の範囲第８項記載の装置。 １０．前記変換手段が更に、前記直流電圧信号の振幅と周波数の測定値を提供 するダイオード・ポンプを含むようにした請求の範囲第９項記載の装置。 １１．前記変換手段が更に前記直流信号の実際の値を直線状範囲に調節するリ ニアライザーを含むようにした請求の範囲第１０項記載の装置。 １２．前記変換手段が更に前記リニアライザーから信号を受信し、直流電圧信 号において高周波数をフィルター処理する低域フィルターを含むようにした請求 の範囲第１１項記載の装置。 １３．前記変換手段が更に前記直流電圧信号を受信し増幅するスケーリング増 幅器を含むようにした請求の範囲第１２項記載の装置。 １４．変換器内の巻線から電気的パルスを検出し、次に、前記検出された電気 的パルスをそのレベルが前記検出された電気的パルスの大きさを表す直流電圧に 変換することにより高電圧の存在下において絶縁破壊を測定する装置であって、 変換器内の巻線からの電気的パルスを検出する手段； 前記検出された電気的パルスを前記検出された電気的パルスの大きさを表す直 流電圧に変換する手段からなる装置。 １５．変換器内の巻線から電気的パルスを検出し、次に、前記検出された電気 的パルスをそのレベルが前記検出された電気的パルスの発生周波数と大きさを表 す直流電圧に変換することにより高電圧の存在下において絶縁破壊を測定する装 置であって、 変換器内の巻線からの電気的パルスを検出する手段； 前記検出された電気的パルスを前記検出された電気的パルスの大きさと発生周 波数を表す直流に変換する手段からなる装置。 １６．前記検出された電気的パルスの発生周波数と大きさを表す高電圧の存在 下において絶縁破壊を測定する装置であって、前記方法が； 変換器内の巻線から電気的パルスを検出し、次に変換器内の巻線からの電気的 パルスを検出する手段； 前記検出された電気的パルスを前記検出された電気的パルスの発生周波数と大 きさを表す直流電圧に変換する手段からなる装置。 １７．変換器内の巻線から電気的パルスを検出し、次に、前記検出された電気 的パルスをそのレベルが前記検出された電気的パルスの周波数と大きさを示す直 流電圧に変換することにより高電圧の存在下において絶縁破壊を測定する方法で あって、 変換器内の巻線からの電気的パルスを検出する段階； 前記検出された電気的パルスを前記検出された電気的パルスの周波数及び大き さを表す直流電圧に変換する段階からなる方法。 １８．コロナ放電原理を使用してコロナ発生装置内におけるオゾン生成を測定 する方法であって、前記方法が、 電圧変圧器内の巻線からの電気的放電パルスを検出すう段階、前記電圧変圧器 がコロナ放電発生装置に充電パルスを提供すること； 前記検出された放電パルスの周波数と大きさを表し、かくして直接前記コロナ 放電オゾン発生装置内のオゾン生成に関係があるレベルの直流電圧に前記検出さ れた放電パルスを変換する段階からなる方法。 １９．前記電圧変圧器が充電パルスを前記コロナ放電オゾン発生装置に提供す る割合を変えることにより前記直流電圧のレベルに基付く状態で前記コロナ放電 オゾン発生装置内のオゾン生成を制御する段階からなる請求の範囲第１８項記載 の方法。 ２０．前記直流電圧のレベルに基付き前記コロナ放電オゾン発生装置内のオゾ ン生成の量を示す表示を提供する段階からなる請求の範囲第１９項記載の方法。 ２１．高電圧放電装置におけるコロナ生成を測定する方法であって； 充電パルスを前記高電圧放電装置に提供し、検出されたパルスに従って電気信 号を発生する電圧変圧器内の巻線からコロナ放電パルスを検出すること； レベルが前記検出された放電パルスの発生周波数と大きさの関数で且つかくし て前記高電圧放電装置内のオゾン生成の測定の関数となっている直流電圧に前記 電気信号を変換すること；及び 測定された直流電圧レベルから実際のオゾン生成の測定を可能にすべく前記装 置内の測定されたオゾン生成に対して前記直流電圧レベルを更正することからな る方法。 ２２．前記放電パルスが容量性カップリングで検出されるようにした請求の範 囲第２１項記載の方法。 ２３．前記検出される巻線が、２次巻線である請求の範囲第２２項記載の方法 。 ２４．低周波数をフィルター処理し且つ高電圧変圧器カップリングからその処 理されている信号を絶縁するよう絶縁直流電源で駆動される光学カップラーを通 じて当該信号を通すことにより前記直流信号に変換されている前記電気信号が条 件付けられるようにした請求の範囲第２１項記載の方法。