JPS6032142B2 - 局所鉄損測定器 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、サーミスタを用いた局所部分の鉄損測定器に
関する。

局所部分の鉄損を測定する方法として、熱電対を鉄損に
よる温度上昇検出のためのセンサーとする方法はよく知
られている。

又サーミス夕を温度検出に用いる方法もよく知られてい
る。しかしながら熱電対と高利得直流増中器による鉄損
の測定は｛１）直流増中器は零点のドリフトを生じやす
く不安定であり、又■直流法は回路の熱起電力の変化が
ドリフトとなり安定化し‘こくい、等の欠点がある。温
度検出の為のセンサーとしてサーミスタを用いて鉄損を
測定する場合には次のような欠点及び利点がある。

【１’一鼻史にサーミスタの感温素子としての感度は温
度に対する直線性がわるし、が抵抗温度係数が非常に大
きく高感度である為に、周囲温度の変化に対して敏感で
感度の変化やドリフトの原因となりやすい。■サーミス
タは鉄損の測定（毎秒１／１０００〜１／１００ご０の
温度上昇）には十分な感度であるが、サーミスタブリッ
ジによって鉄損を測定する場合には、ブリッジの測定感
度が極力周囲温度の変化に対して鈍感にならなければ安
定した測定ができない。｛３’サーミスタブリッジの測
定感度の安定性を向上させるには感温特性の同一なサー
ミスタによって温度補償することもできるが、同一特性
のものを得るのは技術的に困難である。一方サーミスタ
プリツジによって鉄損を測定する場合、鉄損によるサー
ミスタの抵抗変化量が、ブリッジの印加電圧端子側から
みて、サーミスタと直列に入っている抵抗にくらべて非
常に小さいときは「ブリッジの不平衡電圧がサーミスタ
の微少抵抗変化に比例した量として取りだすことができ
る。

又、このように不平衡電圧の検出の為に抵抗変化を利用
する場合は変調方式を採用することによって増幅に高利
得増幅器が使用でき、Ｓ／Ｎを大きくすることができる
。本発明は前記のような周囲温度の影響等に起因するド
リフトによる測定誤差を極力小さくするため、及び測定
感度が周囲温度の変化に対し鈍感になるように、又セン
サーの特性差の測定感度に与える影響を除去できるよう
に、差働動作する鉄損測定用、周囲温度補償用の２個の
交流サーミスタブリッジと、変調方式による高利得増中
器を用いて、局部鉄損を測定する新しい装置を提供する
ものである。

以下図面を用いて本発明を説明する。第１図は本発明に
よる測定装置の構成図である。第１図において１００は
交流ダブルブリッジ回路（以下単にダブルブリッジ回路
と云う）。で、その１０１は被測定試料を励磁すること
によって生ずる熱損失すなわち鉄損による温度上昇を検
出し、これを電圧に変換するためのブリッジ回路、１０
２はブリッジ回路１０１と差働的に動作して周囲温度の
変化によって生ずるドリフトを極力小さくするための前
記ブリッジ回路１０１と逆極性同一感度を有する周囲温
度補償用ブリッジ回路である。１１は被測定試料の表面
に設置されているブリッジ回路１０１のサーミスタ、１
２はサーミスタ１１と類似周囲条件でその近傍に設置さ
れているブリッジ回路１０２のサーミス夕、Ｒａ，Ｒｂ
，Ｒｃ及びＲａ′，Ｒｂ′，Ｒｃ′はブリッジ回路１０
１と１０２を構成する抵抗である。

これらの抵抗のうちＲａ及びＲａ′は、各ブリッジの、
平衡調整用の可変抵抗である。Ｒ，はブリッジ回路１０
２の印加電圧を可変して、ブリッジ回路１０２の測定感
度をブリッジ回路１０１の測定感度と一致させるために
用いる可変抵抗、１は試料を励磁することによってブリ
ッジ１０１が検出した信号によって生じたダブルブリッ
ジ回路１００の不平衡出力を変調方式で増幅、位相検波
するロックィンアンプ、２はブリッジ回路１０１及び１
０２のＢ−Ｄ間、Ｂ′−〇間に逆極性の搬送波周波数の
電圧を加えて両ブリッジ回路を差働動作させるための絶
縁トランス、３はロックィンアンプ１の出力を記録し、
その出力特性（温度上昇曲線）から温度上昇率を求める
ためのペンレコーダ、４はロックィンアンプ１の出力を
微分することによって、温度上昇率の大きさを求めるた
めの微分回路、５はブリッジ回路ｉＱＩの平衡をモニタ
ーするための高感度高入力抵抗の電圧計、６及び７はブ
リッジ回路１０１と１０２の平衡を調整するためのモニ
ター端子である。１０川ま被測定試料と共に外気の直接
的影響を避けるため密閉された箱に収めている。

本法でドリフトを極力小さくするにはブリッジ回路１０
１と１０２のドリフト量が同一で逆極性でなければなら
ないので、モニター端子６にロックィンアンプ１の入力
を薮栓してブリッジ回路１０１のドリフト量を測定し、
次にモニター端子７にさしかえてブリッジ回路１０２の
ドリフト量を１０１と同じになるように可変抵抗Ｒ．で
ブリッジの印加電圧を調整する。

この調整后、結線を元にもどして、ダブルブリッジ回路
１００の平衡調整を可変抵抗ＲａとＲａ′で行う。これ
で両ブリッジが差働状態になり周囲温度の影響によるド
リフトがおさえられる。ダブルブリッジ回路１００が平
衡になった状態で試料が励磁されると鉄損により試料の
温度が上昇し（毎秒１／１０００ｑＣ〜１／１００℃程
度の微少温度上昇率）、その結果サーミスタ１１の抵抗
ＲＴが減少して出力電圧が生じる。これをロックィンア
ンプーで変調増中、位相検波し、レコーダ３に記録され
た温度上昇曲線から温度上昇率を測定する。また、この
上昇率は、微分回路４をペンレコーダの代りに使用すれ
ば直読することができる。この上昇率と別に求めた既知
の直流電流を試料に流すことによって生ずるジュール熱
とそれによる上昇率の鮫正直線から鉄損が求められてお
り、この上昇率と上記測定上昇率とを比較してこの測定
上昇率の鉄損を求めることができる。又、本法では同一
試料の異なる個所にサーミス夕１１と１２を、設置すれ
ば、両個所の鉄損差を測定することができる。サーミス
タを温度検出のためにセンサーとしてブリッジに使用し
た場合、ブリッジの測定感度が周囲温度に対してできる
だけ鈍感である必要がある。

その為に本装置では、ブリッジ印加電圧端子側からみて
サーミスタを含まぬ側の２辺の抵抗比Ｒｃ／Ｒｂ及びＲ
ｃ′／Ｒｂ′を一定にし可変抵抗Ｒａ及びＲａ′でブリ
ッジの平衡をとることによって周囲温度の測定感度に与
える影響を極力小さくすることを特徴としている。又、
ダブルブリッジにおいて両ブリッジの測定感度を同じに
しないとドリフトを生じ不安定になる。この場合両ブリ
ッジのサーミスタ特性が同じであることが重要であるが
特性の同じサーミスタを得ることは技術的にむずかしい
。そこで本装置では、可変抵抗Ｒ，によってブリッジ回
路１０２に印加する電圧を調整することによってブリッ
ジ回路１０１と１０２の測定感度を合わせることをもう
一つの特徴としている。上記の二つの特徴の得られる理
由を以下に説明する。先ず前者の特徴について説明する
。一般にサーミスタの抵抗変化は次式で与えられること
が知られている。ＲＴｉＲＴ。 ｅｘｐＢ（１／Ｔ−１
／Ｔ。），．．，．．‘１｝Ｂ：サーミスタ定数ＲＴ，
ＲＴｏ：絶対温度Ｔ、Ｔ。

〔Ｋ〕におけるそれぞれのサー サーミスタ
抵抗値。

ＲＴの温度による変化はｍ式をＴで微分すると群＝−鳥
・ＲＴ ．・・．・・．・峨次にサーミスタの抵
抗変化によるブリッジの不平衡電圧△ｅはＲａ＞＞△Ｒ
Ｔの場合、次式で与えられる。

Ｅ：ブリッジの印加電圧 Ｒ丁。

：ブリッジ平衡をとったときの温度Ｔｏにおけるサーミ
スタ抵抗値△ＲＴ：鉄損による温度上昇のためのサーミ
スタ抵抗変化又抵抗ＲｂとＲｃの比を一定にしているの
で抵抗戊ａを調整してブリッジの平衡をとったときはＲ
ａ／ＲＴｏ ＝Ｃ（一定）・・・・・・｛４）が成立つ
。

■式を（３’式に代入すると△ｅ＝Ｃ（．；葦手２Ｒ，
。

‐Ｅ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐【５’となる。従ってブリ
ッジの測定感度は拝＝ｃ中古・鍔・Ｒ三。

・Ｅ・・・・・・・・船となる。ここで、鉄損測定時の
温度上昇は最大１／１００℃であるのでＲＴｏ ＝ＲＴ
とみなすことができる。そこで｛６ー式に【２’式を代
入すると全景：Ｃ；戸主ヌ‐基‐Ｅ …べ７１とな
る。

一例として周囲温度が２９ゴＫより２９ぱＫへ５℃変化
したときの測定感度の変化は｛７｝式においてＴ＝Ｔ，
＝２９ゴＫまたはＴ＝Ｔ２＝２斑Ｋとおき、サーミスタ
定数Ｂ＝３５０ぴＫとおくことによってもとめられる。
その結果は３．６％の違いとなる。本発明のように抵抗
虫ｂとＲｃの比を一定にして抵抗Ｒａを調整して平衡を
とらずに、たとえば抵抗Ｒｃを調整して平衡をとったと
すればこの場合の測定感度は次のようになる。制式に（
２ー式を代入するととならる。

前例と同様に周囲温度が５℃変化したとし、ブリッジの
測定感度の変化をもとめてみる。００式に Ｔ＝Ｔｉ＝２９３Ｋ、ＲＴ。

＝ＲＴ＝ＲＴ，＝１１５０〇、Ｒａ＝１００００〇、Ｂ
：３５０びＫを代入した場合と Ｔ＝ｒ２＝２９８Ｋ、ＲＴｏ ＝Ｒ↑＝ＲＴ２ ＝９４
１〇（｛１１式より）、Ｒａ＝１００００Ｑ、Ｂ＝３５
０びＫ を代入した場合の測定感度の違いは約２２％となり、本
発明の場合に〈らべて大きいことが分る。

ブリッジの平衡を抵抗Ｒａ，Ｒａ′でとったときと、抵
抗Ｒｃ，Ｒｃ′でとったときの比較の実施例を第２図に
示す。この図で白丸は抵抗Ｒａ，Ｒａ′によってブリッ
ジの平衡をとった合、黒丸は抵抗Ｒｃ，Ｒｃ′によって
ブリッジの平衡をとった場合の特性を示し、基準の感度
には２５ｏ０の感度をとっている。このグラフをみれば
、略々計算例と一致し、本発明の方法によると、周囲温
度による測定感度の変化を小さくおさえられることが分
る。後者の特徴は次の理由による。

ブリッジ回路１０１の測定感度を（７｝式とする。ブリ
ッジ回路１０２で特性の異なるサーミスタを用いたと仮
定したときのブリッジの測定感度は次式になる。洋＝あ
す０事・Ｅ′ ．・・．・・（１１）ここで、可変抵
抗Ｒ，を調整してブリッジ回路１０２の印加電圧を変え
ることによってＢ′Ｅ′＝ＢＥの関係が得られるように
すると△ｅ／△Ｔ：△ｅ′／△Ｔとなり、両ブリッジの
サーミスタの特性差に影響されることなく測定感度を同
じにすることができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の構成を示す概略回路図、第２図は
周囲温度対感度変化率の関係を示す図表である。 １・・・ロックィンアンプ、２・・・絶縁トランス、３
・・・ベンレコーダー、４・・・微分回路、５・・・高
感度電圧計、６・・・モニター端子、７…モニター端子
、１１・・・鉄損測定用サーミスタ、１２・・・周囲温
度補償用サーミスタ、１００…交流ダブルブリッジ回路
、１０１・・・鉄損検出用ブＩＪツジ回路、１０２・・
・周囲温度補償用ブリッジ回路、Ｒ．・・・測定感度調
整用可変抵抗。 第１図 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 平衡状態に調整したサーミスターを有する第１およ
   び第２の交流ブリツジよりなるダブルブリツジ回路と該
   第１の交流ブリツジのサーミスターが設置される被測定
   試料を励磁することによつて、該第１交流ブリツジが検
   出した信号により生じた前記ダブルブリツジ回路の不平
   衡出力を増巾および位相検波する増巾器と、該増巾長の
   出力特性から温度上昇率を求め、該温度上昇率によつて
   上記被測定試料の鉄損を測定することを特徴とする局所
   鉄損測定器。 ２ 第１および第２の交流ブリツジがサーミスターと３
   個の抵抗とからなり、該ブリツジの交流電圧印加端子側
   から見てサーミスターを含まぬ側の２辺の抵抗比が一定
   にされ、サーミスタを含む側の抵抗が可変抵抗にされて
   該可変抵抗によりブリツジの平衡がとられることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の局所鉄損測定器。 ３ 第１の交流ブリツジが測定用、第２の交流ブリツジ
   が周囲温度補償用であり、該第２の交流ブリツジにその
   印加電圧を調整する調整器が接続され、該調整器によ印
   加電圧を調整して両ブリツジの測定感度が合わされるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記
   載の局所鉄損測定器。