JPS6151576A - 誘電体損失測定装置 - Google Patents

誘電体損失測定装置

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JPS6151576A
JPS6151576A JP17482184A JP17482184A JPS6151576A JP S6151576 A JPS6151576 A JP S6151576A JP 17482184 A JP17482184 A JP 17482184A JP 17482184 A JP17482184 A JP 17482184A JP S6151576 A JPS6151576 A JP S6151576A
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JP
Japan
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sample
standard capacitor
capacitor
dielectric loss
fundamental wave
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JP17482184A
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Inventor
Takanori Tsunoda
孝典 角田
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Nissin Electric Co Ltd
Original Assignee
Nissin Electric Co Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は電気絶縁物の絶縁性能を評価するための誘電
正接(tanδ)を求める誘電体損失測定装置に関する
ものである。
従来例の構成とその問題点 一般に、電気絶縁物の絶縁性能を評価するために、試料
に交流電圧を印加し、その誘電体損失を測定する、すな
わちtanδを測定するタンデルタ法が用いられている
タンデルタ法とは、つぎのようにして誘電体の損失を評
価するものである。すなわち、誘電体に交流電圧を印加
したとき、全< ti失のない誘電体ではその充電電流
の位相が印加交流電圧の位相より90度進んでいるとい
えるが、一般には多少の損失をもつために電流の進みは
90度より小となる。
誘電体が例えば第8図のような等価回路(コンデンサC
および抵抗Rの並列回路)で表わされると考えれば、本
来損失のない誘電体なら、第9図に示すように交流印加
電圧Eに対して90度進んだ位相の電流iが流れるべき
であるが、損失のために交流印加電圧已に対して90度
より小なる進み角θをもった電流が流れる訳で、この9
0−〇という角度をδとし、この正接、Ianδをもっ
て誘電体の損失を評価しようとするものである。このt
anδは、材料の大きさ、形状に無関係に絶縁性能を評
価することができ、従来からシェーリンダブリッジ、電
流比較型変成器ブリッジおよび位相差法タンデルタ針な
どを用いた種々の方法によってtanδを求めるように
していた。
しかしながら、シェーリングブリフジや電流比較型変成
器ブリッジによってtanδを求める方法では、ブリッ
ジの平衡操作が多く繁雑で時間がかかって不便であり、
かつ人為的測定誤差が含まれるとともに、温度や電圧の
変動や高調波等の波形歪による測定誤差が含まれる危険
性があった。
また、位相差法タンデルタ計を用いた方法では、零クロ
ス点の検出精度にtanδの測定精度が大きく影響を受
け、また温度や電圧の変動や高調波等の波形歪による測
定誤差も含まれ、測定精度が低かった。
発明の目的 この発明は、簡単かつ高速に、しかも高精度に試料のt
anδを求めることができる誘電体損失測定装置を提供
することを目的とする。
発明の構成 この発明の誘電体損失測定装置は、標準コンデンサおよ
び試料と、この標準コンデンサおよび試料に交流電圧を
印加する交流電源と、この交流電源の電圧、前記標準コ
ンデンサに流れる電流および前記試料に流れる電流のい
ずれかの基本波に同期しかつその基本波の整数倍の周波
数のクロック信号を作成する位相同期回路と、前記標準
コンデンサおよび試料に流れる電流をそれぞれ前記クロ
7り信号に応じてサンプルボールドするサンプルホール
ド回路と、このサンプルホールド回路の出力を前記クロ
ック信号に応じてA/D変換するA/D変換器と、この
A/D変換器の出力をフーリエ変換して前記標準コンデ
ンサおよび試料に流れる電流の基本波のSIN成分およ
びCO3成分をそれぞれ求めるフーリエ変換手段と、こ
のフーリエ変換手段によって求めた前記標準コンデンサ
および試料に流れる電流の基本波のSIN成分およびC
OS成分をもとにして前記試料の誘電正接を求める誘電
正接演算手段とを備える構成にしたことを特徴とする。
このように、標準コンデンサおよび試料に流れる電流を
サンプリングおよびA/D変換し、さらにフーリエ変換
することにより標準コンデンサおよび試料に流れる電流
の基本波のSIN成分およびCO3成分を求め、これを
もとに試料のtanδを演算するようにしたため、使用
部品の精度や温度による変化などのIM> 響を受ける
ことなく高精度にtanδを求めることができる。また
、同期サンプリング手法による離散的フーリエ変換を行
づているため、直流オフセットおよび高調波の影響を受
けず、基本波のみで高積度に口nδを求めることができ
る。また、ブリッジ手法のような平衡をとりながらの測
定ではないため、測定が簡単で、高速に―δを求めるこ
とができ、人為的な測定誤差が入らないため、高精度で
ある。また、低インピーダンスの信号源と考えられるた
め、対地インピーダンスの影響がなく、ワグナ−接地系
は不要である。
実施例の説明 この発明の一実施例を第1図ないし第5図に基づいて説
明する。この誘電体損失測定装置は、第1図に示すよう
に、標準コンデンサCsおよび試料CXに交流電源によ
り交流電圧Eを印加し、標準コンデンサCsおよび試料
Cxに流れる電流IS、lxを電流電圧変換増幅器IA
、IBでそれぞれ電圧に変換し、電流電圧変換増幅器I
A。
IBの出力をサンプルホールド回路2A、2Bでそれぞ
れサンプリングし、サンプルボールド回路2A、2Bの
出力をA/D変換器3でA/D変換して、CPU5へ送
っている。
位相同期回路4は、電流電圧変換増幅器IAの出力の基
本波、すなわち標準コンデンサCsに流れる電流1.の
基本波(同期信号)に同期しかつその基本波のn倍(正
整数)の周波数のクロック信号を発生し、サンプルボー
ルド回路2A、2BおよびA/D変換器3のサンプルタ
イミングおよびΔ/D変換タイミングを規定し、かつC
I) U 5のデータ取り込みタイミングを規定してい
る。なお、位相同期回路4は、交流電圧Eまたは電流I
Xの基本波を同期信号としてクロック信号を作成しても
よい。
つぎに、cpusの動作を説明するが、最初に数IXI
は、離散的フーリエ変換手法により、基本波isl、I
XIのSIN成分をaSI+”Xl、COS成分をbs
l、bXlとしたときに、それぞれ次式のように複S数
表現することができる。
Is + =as + + j bs 1−−(1)l
x + =ax 1+ j tax 1−(21そして
、SIN成分as1.aXlおよびCOS成分bsI、
bXlはそれぞれ次式で表わされることになる。
ただし、isj、ixjは第2図(A)、  (B)に
示した各タイミングのデータである。
つぎに−aSI+  bSl−aXI・ bXlの各値
から−6を求める演算方法について説明するが、2種類
の方法があるので、これを順次説明する。
まず、第1の方法について第3図により説明する。
ixtの位相角θSl、  aXI(第3図)はそれぞ
れ次式で表わされることになる。
sl aXI 標準コンデンサCsは損失がないと考えると、試料Cx
の損失角δは、 δ=θS1−θXI         ・・・・・・(
9)となり、この損失角δについて三角関数による演算
を行えばtanδを求めることができる。
つぎに、第2の方法を第4図により説明する。
ISIから■χ1に垂線を立て、その交点を(α。
β)とすると、”IXIのベクトル方程式はaXI となり、これに垂直のベクトル方程式は(A:定数) となる。第(11)式は(as l+  bSl)を通
るので、これを第(11)式に代入すると、となり、し
たがって、 となる。これより、交点(α、β)は、cr=3   
 ax  1                   
 −  (14ンβ=B  bx s        
   =−−(15)となる。ここで、 である、したがって、距F4(IX、Yはそれぞれx 
= p        −−・−(17)Y=  (a
s + −α) 2+ (bs(−β)2・・・・・・
(18) となる。これより、tanδは tanδ=− ・・・・・・(19) となる。この場合、第1の方法とは異なり三角関数の演
算は不要である。
ここで、CPU5の動作を第5図に基づいて説明する。
cpusは、位相同期回路4のクロ、り信号のタイミン
グで電流1s、ixの1サイクル分のデータ列is+〜
iS口・ ix+〜ixnをA/D変換器3から取り込
む。ついで、電流Isをそのlサイクル分のデータ列i
s+−1snをもとにして離散的フーリエ変換を行い(
第(31,(41式の演算を行う)、電流i Sの基本
波islのSIN成分a51およびcos成分bslを
求め、ついで、電流1xをそのlサイクル分のデータ列
iχ1〜ixnをもとにして離散的フーリエ変換を行い
(第f51. +61式の演算を行う)、電流Iχの基
本波’IXIのSIN成分aXlおよびcos成分bX
lを求める。
ついで、各成分as1.bSl・ axl・ bxlを
もとにしてtanδを求める演算を行う。具体的には、
第(71,+81.191式の演算および三角関数によ
る演算を行うか、または第(14)〜(19)式の演算
を行うことによりtanδを求める。
ついで、求めた一ロδをディスプレイおよびプリントア
ウトして終了する。
このようにこの実施例は、標準コンデンサcSおよび試
料CXに流れる電流iS、lxをサンプリングおよびA
/D変換し、さらにMlt lf&的フーリエ変換する
ことにより標準コンデンサC3および試料Cxに流れる
電流1s、I、(の基本波l5IiXlのSIN成分a
sl、aXlおよびcos成分bs1.bxIを求め、
これをもとに誦δを演算するようにしたため、使用部品
の精度や温度による変化などの影響を受けることなく高
精度にtanδを求めることができる。また、同期サン
プリング手法による離散的フーリエ変換を行っているた
め、直流オフセットおよび高調波の影響を受けず、基本
波のみで高精度にtanδを求めることができる。また
、プリフジ手法のような平衡をとりながらの測定ではな
いため、測定が簡単で、高速にI2nδを求めることが
でき、人為的な測定誤差が入らないため、高粘度である
。また、低インピーダンスの信号源と考えられるため、
対地インピーダンスの影響がなく、ワグナ−接地系は不
要である。
この発明の他の実施例を第6図および第7図に基づいて
説明する。この誘電体損失測定装置は、CPU5が電流
is、ixのmサイクル分(mは正整数)のデータ列i
so〜is+n、・・・・・・ 。
is   m+  〜 is   mn     ; 
  ix   u 〜 ix   +n    、  
 =−。
ixn++”ixmn  を取り込み、同じ位相のデー
タを次式により加算(同期加算)して新しいデータ列i
s+ ′〜isn ’、ix1′〜ixn ′を作り、
このデータ列is+  ′〜isn  ’、ix I 
’〜ixn ′をもとにして前述の実施例における離散
的フーリエ変換以降の処理を行うようにしたものである
ist  ′=胃is+az       ・・・・・
・(20)ixz  ’−に4. 1xkL     
 ・・・・・−(21)なお、第7図はislについて
のみ図示しているが、ix+についても同様である。
このように、mサイクル分のデータ列を取り込んで同期
加算により新しいデータ列is+ ′〜isn ’、i
x l’〜ixn ′を作り、このデータにもとづいて
処理を行うと、A/D変換器3のピント分解能による不
確定のVita+が緩和され、さらに高精度の測定を行
うことができる。
発明の効果 この発明の誘電体損失測定装置は、標準コンデンサおよ
び試料に流れる電流をデジタル化してフーリエ変換を施
し、標準コンデンサおよび試料に流れる電流のSIN成
分およびCOS成分を求め、これをもとにしてtanδ
を求めるようにしたため、使用部品の粘度や温度による
変化などの影響ならびに直流オフセットや高調波の影響
を受けることなく高精度にtanδを測定することがで
きる。また、人為的なME MPA作が不要であるため
、人為的誤差は入らず、一層高精度に測定できるととも
に簡単かつ高速に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例のブロック図、第2図ない
し第4図はフーリエ変換およびtanδ演算の説明図、
第5図はCPUのフローチャート、第6図はこの発明の
他の実施例におけるCPUの要部のフローチャート、第
7図はその動作説明のだめの波形図、第8図および第9
図はtanδの説明図である。 Cs・・・標準コンデンサ、Cx・・・試料、2A、2
B・・・サンプルボールド回路、3・・・A/D変換器
、4・・・位相同期回路、5・・・CPU (フーリエ
変換手段。 誘電正接♂算手段) 第2121 x 第3図 ixl (ax α、β) 第4図 クル フイ 第 第6図 1 、 bXl ) □X クル      寸イグル 7図 第8図 第9図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 標準コンデンサおよび試料と、この標準コンデンサおよ
    び試料に交流電圧を印加する交流電源と、この交流電源
    の電圧、前記標準コンデンサに流れる電流および前記試
    料に流れる電流のいずれかの基本波に同期しかつその基
    本波の整数倍の周波数のクロック信号を作成する位相同
    期回路と、前記標準コンデンサおよび試料に流れる電流
    をそれぞれ前記クロック信号に応じてサンプルホールド
    するサンプルホールド回路と、このサンプルホールド回
    路の出力を前記クロック信号に応じてA/D変換するA
    /D変換器と、このA/D変換器の出力をフーリエ変換
    して前記標準コンデンサおよび試料に流れる電流の基本
    波のSIN成分およびCOS成分をそれぞれ求めるフー
    リエ変換手段と、このフーリエ変換手段によって求めた
    前記標準コンデンサおよび試料に流れる電流の基本波の
    SIN成分およびCOS成分をもとにして前記試料の誘
    電正接を求める誘電正接演算手段とを備えた誘電体損失
    測定装置。
JP17482184A 1984-08-20 1984-08-20 誘電体損失測定装置 Pending JPS6151576A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0439899U (ja) * 1990-07-31 1992-04-03
JP2011216429A (ja) * 2010-04-02 2011-10-27 Toyota Motor Corp 燃料電池システム

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JPH0439899U (ja) * 1990-07-31 1992-04-03
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