JPS6021354B2 - インピ−ダンス測定装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、回路を切断することなくその回路網のインピ
ーダンスを測定することのできるインピーダンス測定装
置に関するものである。

本発明のインピーダンス測定装置は一対のクリップ式変
成器を用い、一方のクリップ式変成器により回路網に電
流を注入するとともに注入された電流を他方のクリップ
式変成器で検出し、この検出信号を同期整流器を介して
表示手段に与えることにより、活線状態のままでその回
路網の抵抗、キャパシタンス及びィンダクタンスの値を
それぞれ高精度で測定することができるようにしたもの
である。

以下、図面により本発明を詳細に説明する。第１図は活
線状態にある被測定の閉回路網ＣＣに本発明の実施例に
係るインピーダンス測定装置を使用した状態を示すもの
で、Ｚｘは被測定のインピーダンス素子を表わすもので
ある。

ＳＯは回路電源で、この回路電源ＳＯにより接続導線１
を介して被測定インピーダンス素子なに回路電源ｉタミ
供給されている。第１図において、ＣＴ，は電流注入用
クリップ式変成器、ＣＬは電流検出用のクリップ式変成
器である。

変成器にＴ，，ＣＴ２はそれぞれ一対の半円環状のコア
ＣＯ．，Ｃ０２を閉磁路となるように環状に配置して構
成したもので、回路網ＣＣの接続導線１をクリップする
ことが可能なように、コアＣＯ．，Ｃ０２はそれぞれの
一方の分割端１ １部分を支点として、又は一方の分割
端１１部分と共に他方の分割端１２が閉口できるように
なっている。ＮＰは注入用のコイル、ＮＣは注入レベル
検出コイル、ＮＤは注入電流検出コイルで、コイルＮＰ
．ＮＣは変成器ＣＴ，のコアＣＯ．，Ｃ０２に、コイル
ＮＤは変成器にＴ２のコアＣＯ．，ＣＱにそれぞれ巻菱
されている。ＯＳＣは発振器で、その発振周波数は測定
にあたって前記の回路網にＣにおける電源ＳＯの影響を
受けないようＳＯの周波数ｆ，と充分弁別しうるような
周波数ｆ２に選ばれている。Ｒは抵抗素子で、発振器Ｐ
ＳＣの出力端はこの抵抗素子Ｒを介してコイルＮＰに接
続されている。ＢＰＡ，，ＢＰＡ２はそれぞれ周波数選
択増幅器（ＢＡＮＤＰＡＳＳＡＭ円）、ＲＡは整流増幅
器、ＡＭは増幅器、ＲＤはコイルＮＤに並列に接続され
た抵抗素子、俺，，塔２，ＰＳ３はそれぞれ移相器で、
移相器Ｍ，は入力信号の位相を９００進めるもの、鞘２
は入力信号を同相のまま出力させるもの、また、門３は
入力信号の位相を９０ｏ遅相させるものである。ＳＷＴ
は端子１，２，３と切片４を有する切換スイッチ、ＷＳ
Ｃは波形整形回路、ＳＲＣは同期整流器、Ｍは可動コイ
ル形指示計器である。注入レベル検出コイルＮＣは周波
数選択増幅器ＢＰＡ，と整流増幅器ＲＡの直列回路を介
して割算器ＤＩＶの被除数入力端子Ｙに接続されている
。又、周波数選択増幅器ＢＰＡ，の出力端は移相器ＰＳ
，，塔２，Ｍ３の各入力端子に接続され、ＰＳ，，ＰＳ
２，凶３の出力端は切換スイッチＳＷＴの端子１，２，
３にそれぞれ接続されている。スイッチＳＷＴの切片４
は波形回路ＷＳＣを介して同期整流器ＳＲＣの同期信号
入力端子ＳＳに接続されている。注入電流検出コイルＮ
Ｄと抵抗素子ＲＤの俊綾も点の一端は周波数選択増幅器
ＢＰＡ２を介して同期整流器ＳＲＣの入力端子ＩＳに接
続され、ＳＲＣの出力様子は増幅器ＡＭを介して割算器
ＤＩＶの除数入力端子×に接続され、割算器ＤＩＶの出
力端Ｚは指示計器肌こ接続されている。このような構成
の本発明に係るインピーダンス測定装置の動作を説明す
ると次に通りである。電源ＳＯによりインピーダンス素
子Ｚｘが接続された被測定の回路網ＣＣにはその周波数
がｆ，の回路電流ｉｃが供給されている。

使用にあたって、この回路網における導線１に図示の如
く注入用変成器ＣＴ，と検出用変成器にＬとその分割端
１２によりそれぞれ挿入してこれをクリップする。一方
、発振器ＰＳＣの出力ｅは直列抵抗Ｒを介して注入用コ
イルＮＰに供給され、コイルＮＰには周波数ｆ２の電流
ｉｐが流れる。この電流により変成器ＣＴ，のコアＣＯ
．，Ｃ０２には磁束■が生じ、この磁束による鰭磁作用
によって変成器にＴ，の２次導体に相当する被測定回路
絹にＣには下式‘１１で示す周波数もの電流が注入され
る。． ｅ １ ｛１）１＝
師正広ＮＰ ｛１’式において、ｅ，Ｒ，Ｚｘ，ＮＰはそれぞれ発振
器ＰＳＣの出力電圧、抵抗素子Ｒの値、インピーダンス
Ｚｘの値、注入コイルＮＰの巻数を示すものである。

電源ＳＯによる回路電流ｉｃと変成器ＣＴ，によって回
路網ＣＣに注入された（１｝式で示される電流ｉは変成
器ＣＬによって検出される。注入電流ｉに対して変成器
ＣＬの２次巻線であるコイルＮＤに得られる検出電流を
ｉｄとすると、ｉｄは．１．ｅ ｌ ■ ｌ雨ｌ＝剛・帯広 で表わされる。

なお、【２１式においてＮＤは電流検出コイルＮＤの巻
数を表わすものである。第‘２’式において、ＮＤ，Ｎ
Ｐ，Ｒ，ｅはそれぞれ一定なので、検出電流ｉｄは被測
定インピーダンス素子Ｚｘの大きさのみに対応する。変
成器にＴ２で検出された電流ｊｄは抵抗ＲＤ‘こより電
圧に変換されたのち周波数選択増幅器ＢＰＡ２に与えら
れる。選択増幅器ＢＰＡ２は変成器ＣＴ２の検出電流の
うち周波数ｆ２の成分のみ、即ち第｛２｝式に示される
電流ｉｄに応じた電圧のみを取り世して増幅付勢する。
周波数選択増幅器ＢＰＡ２の出力電圧は周期整流器ＳＲ
の入力端子ＩＳに与えられる。一方、注入用変成器にＴ
，のコアＣＯ．，Ｃ０２に巻愛されている注入レベル検
出コイルＮＣにも発振器ＯＳＣの出力電流ｉｐによって
コアＣ○，，ＣＱに生じる磁束■に応じた周波数らの電
圧と電源ＳＯにより回路網ＣＣに流れている電流ｉｃに
応じた周波数ｆ，の電圧との和の電圧ＶＰが生じる。

この電圧ＶＰは周波数選択増幅器ＢＰＡ，に与えられ、
ＢＰＡ，はＶＰのうちの周波数ｆ２が成分のみを増幅す
る。選択増幅器ＢＰＡ，の出力は整流増幅器ＲＡに与え
られて増幅、整流され、電圧ＶＰとなって割算器ＤＩＶ
の被除数入力端子Ｙに与えられる。又、注入レベル検出
コイルＮＣに生じた電圧ＶＰは周波数選択増幅器ＢＰＡ
，を介して移相器ＰＳ，，ＰＳ２，凶３のそれぞれの入
力端子に与えられる。この場合、切換スイッチＳＷＴの
切片４が例えば固定端子２に接続されたとすると、電圧
ＶＰは移相器凶２を介して波形整形回路ＷＳＣに供給さ
れる。移相器俺２は移相しないものであるから、電圧Ｖ
Ｐはそままの位相で波形整形回路ＷＳＣに供給されて波
形整形され、同期整流器ＳＲＣの同期信号の入力端子Ｓ
Ｓに与えられる。端子ＳＳに与えられる同期信号によっ
て変成器にＴ２の検出コイルＮＤによって得られる電圧
は同期整流される。同期整流器ＳＲＣの出力は増幅器Ａ
Ｍ‘こよって増幅付勢されたのち割算器ＤＩＶの除数入
力端子Ｘに電圧ＶＤとして与えられる。割算器ＤＩＶは
その被除数入力端子Ｙに与えられる電圧ＶＰと除数入力
端子Ｘに与えられる電圧ＶＤを演算し、その出力端子Ｚ
よりＶＰ／ＶＤで表わされる電圧を出力する。この電圧
は電流ｌｍとなって指示計器Ｍに供給されて指示される
。ここで、電圧ＶＰは発振器ＯＳＣの出力電圧ｅによっ
て変成器ＣＴ，のコアＣＯ．，Ｃ０２に生じる磁束に応
じた電圧である。一方、発振器ＯＳＣの出力電圧ｅを注
入コイルＮＰに供給することによって回路網ＣＣの接続
導線１には電流ｉが注入される。この注入電流ｉは回路
網ＣＣに接続されたインピーダンスなの大きご‘こ比例
する。割算器ＤＩＶの除数入力端子×に与えられる電圧
ＶＤは、注入電流ｉの大きさに応じた電圧を同期整流器
ＳＲＣにおいて変成器にＴ，の注入レベル検出コイルＮ
Ｃに生じる電圧と同相の電圧で同期整流するようにして
いるので、同期整流器ＳＲＣの出力電圧ＶＤは被測定イ
ンピーダンス素子Ｚｘにおける純抵抗の大きさに応じた
ものである。したがって、この電圧ＶＤで被除数入力端
子Ｙに与えられる電圧ＶＰを割算する割算器ＤＩＶの出
力は被測定回路網ＣＣにおける抵抗値の大きさに応じた
ものとなり、指示計器Ｍはその抵抗値を指示する。この
場合、前記したように同期整流器ＳＲＣの出力電圧ｙＤ
は被測定インピーダンス素子なのうちの抵抗の大きさを
表わすものであるので、このＶＤの値を直接指示計器Ｍ
で指示させるようにしてもよい。

しかし、本発明においては割算器ＤＷにより、電圧ＶＤ
で変成器ＣＴ，に設けた注入レベル検出コイルＮＣに生
じる電圧ＶＰを割算し、その割算出力を指示計器Ｍで指
示させているのは次の理由による。即ち、この糧の装置
においては第１図で示される如く発振器ＯＳＣの出力電
圧ｅが与えられる変成器にＴ，で接続導線１をクリップ
して回路終にＣに電流ｉを注入し、その注入された電流
を検出することにより回路網のインピーダンスを求める
ようにしたものであるので、発振器ＯＳＣの出力電圧ｅ
のレベルが変動したり、或いは注入用変成器ＣＴ，の分
割端１ １，１２の噛合せが僅かに狂ってェアギヤツプ
が生じたりすると注入電流ｉのレベルが変動することに
なる。したがって、電圧ＶＤを直接指示させるものとす
ると、上記の原因により注入電流ｉのレベル変動がその
まま指示誤差となる。これに対して、本発明装置におい
ては注入用変成器ＣＴ，に注入レベル検出コイルＮＣを
巻袋し、コアＣＯ．，Ｃ０２を通る磁束■を直接この注
入レベル検出コイルで検出してその検出電圧ＶＰを注入
側レベルとし、割算器ＤＩＶにおいてＶＰ／ＶＤで表わ
せられる電圧を得るようにしている。この場合、発振器
ＯＳＣの出力電圧ｅが変動したり或いは注入用変成器Ｃ
Ｔ，のェアギャップが変動したりすると、前記したよう
に検出電圧ＶＤが変動するが、それと同時に変成器ＣＴ
，のコアＣＯ．，Ｃ０２に生じる磁束■も変化し、その
結果注入レベル検出コイルＮＣによって得られる電圧Ｖ
Ｐも変動する。このＶＰの変動は検出レベルＶＤの変動
の割合と同じとみなすことができる。即ち、発振器ＯＳ
Ｃの出力電圧ｅ或いは変成器ＣＴ，の変動に応じて割算
器ＤＩＶの出力端子Ｚより得られるＶＰ／ＶＤで表わさ
れる電圧の分母と分子は同じ比率で変動することになる
。したがって、指示計器Ｍに与えられる電流ｌｍは発振
器ＯＳＣの出力電圧ｅの変動或いは変成器ＣＴ，のェア
ギャップ等には影響されずに、正確に被測定インピーダ
ンス素子公における純抵抗の値を示すものとなる。次に
切換スイッチＳＷＴの切片４を端子１に接続した場合に
は位相器ＰＳ，によって注入用変成器ＣＴ，の注入コイ
ルＮＣに生じた電圧ＶＰの位相が９０ｏ進み、この９０
０位相が進んだ電圧が同期信号として同期整流器ＳＲＣ
の端子ＳＳに与えられ、この同期信号により電流検出用
変成器にＴ２の出力電圧が同期整流される。このため同
期整流器ＳＲＣの出力端からは被測定インピーダンス素
子Ｚｘのうちのキヤパシタンスの値に対応した電圧が取
り出され、この亀圧はＶＤとなって割算器ＤＩＶの除数
入力端子Ｘに与えられる。割算器ＤＩＶはこの電圧ＶＤ
で被除数入力端子Ｙに電圧ＶＰを割算し、その割算結果
は指示計器Ｍに与えられる。したがって、指示計器Ｍは
回路網ＣＣにおけるキヤパシタンスの値を指示する。同
様に切換スイッチＳＷＴの切片４を端子３に接続すると
、移相器Ｍ２は注入用変成器にＴ，の注入レベル検出コ
イルＮＣの出力ＶＰの位相を９０ｏ遅らせるものである
から、この９０ｏ位相が遅れた信号が同期整流器ＳＲＣ
の同期信号入力端子ＳＳに与えられる。このため、同期
整流器ＳＲＣの出力端からは回路網ＣＣにおけるィンダ
クタンスの大きさに対応した電圧が取り出され、電圧ｙ
Ｄとして割算器ＤＩＶのＸ端子に与えられる。割算器Ｄ
ＩＶはこの電圧ＶＤでＹ端子に与えられる電圧ＶＰを割
算し、その割算結果は指示計器Ｍに与えられ、指示計器
Ｍはィンダクタンスの大きさを指示する。これらのキャ
パシタンス或いはィンダクタンスの測定においても、抵
抗の測定と同様に発振器ＯＳＣの出力電圧ｅのレベル変
動、或いは変成器ＣＴ，のギャップ等に影響されずに正
確にその値が指示される。第１図に示す割算器ＤＩＶの
回路としては特に限定するものではないが、１図の回路
に用いられ割算器の一例を第２図に示す。

第２図において、Ｘ，ＹおよびＺはそれぞれ第１図に示
す割算器ＤＩＶの入、出力端子で、被除数入力端子Ｙか
らは注入レベル検出コイルＮＣによって得られる電圧Ｖ
Ｐが与えられ、除数入力端子Ｘからは注入電流検出用コ
イルＮＤによって得られる電圧ＶＰが与えられる。また
、Ｚ端子からはＶＰ／ＶＤに応じた計器電流ｌｍが取り
出される。ＩＧは増幅器Ａと入力抵抗友１，，Ｒ１２お
よび帰還コンデンサＣＩとで構成される積分器、ＣＯＭ
は入力抵抗ＲＧ，と帰還抵抗ＲＧ２およびＣ一ＭＯＳ（
Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａび ＭＯＳ）のナンドゲートＮ
Ｇ，とナンドゲートＮＧ２よりなる比較器である。ＩＶ
はィンバータ、ＳＷは端子Ｓ，．ＳＺ皮ぴ前記ナンドゲ
ートＮＧ２の出力によって駆動される切片Ｓを有する功
換スイッチである。被除数入力端子Ｙは切換スイッチＳ
Ｗの端子Ｓ，に直接接続されると共に、インバータＩＶ
を介して切換スイッチＳＷの端子Ｓ２に接続されている
。除数入力端子×は入力抵抗虫１，を介して積分器ＩＧ
の加算点に接続され、また前記切換スイッチＳＷの切片
Ｓは入力抵抗Ｒ１２を介して積分器ＩＣの加算点に接続
されている。積分器１０の出力端は比較器ＣＯＭを介し
て出力端子Ｚに接続されている。このような構成の割算
器の動作を説明すると次の如くなる。いま、積分器ＩＧ
の出力端、比較器ＣＯＭを構成するナンドゲートＮＧ，
の入力端、ナンドゲートＮＧ２の出力端の電位を図示の
如くそれぞれｅｏ，ｅ，，ｅ２とすると共に、ＶＳをナ
ンドゲートＮＧ，のスレッシュホールド亀圧とする。

スイッチＳＷの切片ＳはナンドゲートＮＧ２の出力の電
位ｅ２が“０”レベルのとき端子Ｓ，に接続され、“１
”レベルのとき様子Ｓ２に接続されるものとする。した
がって、ｅ２が“１”のとき積分器ＩＧには被除数入力
端子×より印加される電圧ＶＤによって抵抗Ｒ１，を流
れる電流１，と、除数入力端子Ｙより印加される電圧Ｖ
ＰがィンダバータＩＶを経て抵抗Ｒ１２を流れる負の極
性の電流１２とが加えられる。正常な動作状態では過変
調にならないようにｌ１，ｌ＜ｌ１２ｌになるように各
常数が選ばれているので、積分器ＩＧが−１２と１，を
積分している期間、積分器ＩＧの出力ｅｏは第３図（
）イのＴ，期間で示すごとく一定の傾斜で増加する電圧
となる。そして、このＴ，の期間、電圧ｅ，は抵抗素子
ＲＧ．とＲＧ２の比で定まる煩斜で第３図の口で示すご
とく上昇し、その電圧がＶＳに達するとナンドゲートＮ
Ｇ２の出力電圧ｅが“１”のレベルとなってｅ，は急激
に上昇する。積分器ＩＧの出力電圧ｅｏの上昇はＲ○，
，ＲＧ２，ＶＣ，ＶＳで定まる値で停止する。そしてそ
の後、スイッチＳＷの切片Ｓが端子Ｓ，に接続され、積
分器ＩＧは今度は電圧ＶＤによって抵抗Ｒ１，を流れる
電流１．と共に電圧ＶＰによって抵抗Ｒ１２を流れる正
の極性の電流１２を積分する。このため、積分器ＩＧの
出力電圧ｅｏは第３図イのＴ２期間で示す如く、Ｔ，よ
り急激な頃斜で下降する。積分器ＩＧの出力電圧ｅｏが
負の方向に向いはじめると電圧ｅ，も下がり、その値が
ＶＳになるとｅ．は急激に下降し出す。このような第３
図口に示す波形の鰭圧ｅ，がナンドゲートＮＯ．に加え
られるので、ナンドゲートＮＧ２の出力機の電圧ｅ２は
第３図′、に示すごとく矩形波となる。このように積分
器ＩＧの入力端には第３図ハに示すごとくＴ，の期間電
圧ＶＤと共に極性の電圧一ＶＰの和が与えられ、またＴ
２の期間電圧ＶＤと正の極性の電圧＋ＶＰの和の電圧が
与えられる。積分器ＩＧはその入力端に与えられる１周
期平均の直流電圧が零になるように動作するので、下式
‘１１カミ成立する。（ＶＤ−ＶＰ）Ｔ，十（ＶＤ＋Ｖ
Ｐ）Ｔ２＝０ ‘３｝ここでいま、電圧ＶＰに対す
る電圧ＶＤの比率をｚ＝港 ‘４１ただし、
０＜Ｚ＜１ とおく。

そうすると糊式は（ＶＤ−ａＶＤ）Ｔ，十（ＶＤ＋ａＶ
Ｄ）Ｔ２＝０ ｛５１となりＴ２：鯖Ｔ・
【６’ の関係が得られる。

割算器ＤＩＶの出力端Ｚには第１図に示す可動コイル形
指示計器Ｍが接続され、この指示計器Ｍにはナンドゲー
トＮＧ２が出力する第３図′・で示す矩形波電圧ｅ２が
加えられている。可動コイル形指示計器Ｍは電圧ｅ２の
平均値を指示するので、指示計器Ｍに流れる電流ｌｍは
Ｔ，，Ｔ２に関して、・ｍは王三宅 【７
１ で表わされる。

■式と｛７）式により・十暮三；−２ａ （８） １ｍ＝−−一「「＝ ａ ・−を； となる。

ａは‘４１式で定義したように電圧ＶＰを除数とし電圧
ＶＤを被除数とする割算となる。割算電流ｌｍは指示計
器Ｍに加えられて指示される。前記したように第１図の
回路における割算器ＤＩＶとしては種々の回路のものを
適用することができるが、第２図に示す如くのパルス幅
変調方式を使用した割算器は比較的簡単な回路構成であ
るにも拘わらず高精度のそのが得られる。また、第１図
の実施例においては被測定のインピーダンス公の値を示
す手段として指示計器Ｍを用いアナログ的にこれを表示
させるようにしているが、第２図の割算器を用いること
により、ディジタル的に被測定インピーダンスなの値を
表示させる場合に好適である。なお、第１図の回路にお
いて、周波数選択増幅器ＢＰＡ，に代えて同期整流器を
用いてもよい。以上説明したように、本発明によれば活
線状態のままで極めて正確にインピーダンスを測定する
ことのできる測定装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のインピーダンス測定装置の一実施例を
示すブ。 ック図、第２図は第１図装置に用いられる割算器の一例
の回路図、第３図は第２図回路の動作を説明するための
波形図である。Ｓ○・・・・・・回路電源、Ｒｘ・・・
・・・被測定インピーダンス、ＣＴ．・・・・・・注入
用クリップ式変成器、ＣＴ２・・・・・・検出用クリッ
プ式変成器、ＮＰ・・・・・・注入用コイル、ＮＣ．・
・・・・注入レベル検出コイル、ＮＤ・・・・・・注入
電流検出コイル、ＢＰＡ，，ＢＰん・・・・・・周波数
選択増幅器、ＰＳ，．ＰＳ２，ＰＳ３・・・・・・移相
器、ＲＡ・・・・・・整流増幅器、ＳＲＣ・・・・・・
同期整流器、ＶＳＣ・・・・・・波形整形回路、ＡＭ・
・・…増幅器、ＤＩＶ・・・・・・割算器、Ｍ…・・・
指示計器。第１図 第２図 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 活線状態にある被測定回路網の接続導線をクリツプ
   しこの回路網に在る周波数ｆ＿１の電流と弁別し得る周
   波数ｆ＿２の電流をこの回路網に注入する注入コイルを
   有する注入用変成器と、前記被測定回路網に流れている
   周波数ｆ＿１及び周波数ｆ＿２の電流を前記接続導線に
   クリツプして検出する電流検出コイルを有する検出用変
   成器と、前記回路網に注入された電流の注入レベルを検
   出しこの検出出力のうち周波数ｆ＿２の成分を取り出す
   第１の周波数選択器と、前記検出用変成器の出力のうち
   周波数ｆ＿２の成分を取り出す第２の周波数選択器と、
   前記第１の周波数選択器の出力を移相させる移相器と、
   この移相器の出力がその同期信号入力端子に与えられて
   前記第２の周波数選択器の出力を同期整流する同器整流
   器と、前記第１の周波数選択器の出力を被除数入力とし
   同期整流器の出力を除数入力とする割算器と、この割算
   器の出力を表示する表示手段を具備してなるインピーダ
   ンス測定装置。 ２ 前記注入用変成器に注入レベル検出コイルを巻装し
   、この注入レベル検出コイルで注入コイルの磁束を検出
   することによつて回路網に注入された電流のレベルを検
   出するようにした特許請求の範囲第１項記載のインピー
   ダンス測定装置。 ３ 前記割算器として前記除数入力を積分する積分器と
   この積分器の出力端子に接続された比較器、およびこの
   比較器の出力によつて駆動され前記被除数入力を直接又
   はインバータを介して前記積分器に導く切換スイツチで
   構成した特許請求の範囲第１項記載のインピーダンス測
   定装置。 ４ 表示手段として指示計器を用いた特許請求の範囲第
   １項記載のインピーダンス測定装置。 ５ 表示手段としてデイジタル電圧計を用いた特許請求
   の範囲第１項記載のインピーダンス測定装置。