KR100974650B1 - 저항 측정장치 및 측정방법 - Google Patents

저항 측정장치 및 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 저항 측정장치 및 측정방법에 관한 것으로, 두 개의 고정 전압원으로 정전압을 공급하는 전원공급부, 상기 전원공급부와 병렬 연결되며, 포텐시오미터를 사이에 두고 직렬 연결된 두 개의 기준 저항을 포함하는 저항부, 상기 두 개의 고정 전압원의 연결 노드와 상기 포텐시오미터의 가변단자 노드 사이의 전압을 측정하는 전압계, 및 두 개의 기준 저항 중 어느 하나에 피측정저항을 병렬 연결할 수 있는 전기접속수단을 포함한다.
본 발명에 따르면, 저항 측정장치 및 측정방법은 검출기의 입력이 잘 정의된 공통 접지에 직접 연결되어 노이즈 영향을 감소시키고, 이에 따라 높은 절연저항의 측정이 가능하며, 측정 범위 선택 과정시 측정감도를 떨어트리지 않고 2개의 기준저항만 교환 선택하므로 회로 구성이 간단하고 신뢰성 있는 측정 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
절연저항, 듀얼 소스 브리지, 린덱(Lindeck), 누설효과, 포텐시오미터(potentionmeter)

Description

저항 측정장치 및 측정방법{Resistance Measuring Apparatus and Method}
본 발명은 내부 회로를 전기장 또는 자기장으로부터 보호하고, 브리지 회로의 누설효과를 응용하여 듀얼 소스 브리지 방식으로 절연저항에 대한 선택 범위를 다양하게 할 수 있도록 개선시킨 저항 측정장치에 관한 것이다.
절연저항 측정은 각종 평판 디스플레이장치, 터치패널, 비휘발성 메모리 반도체, 태양전지 등 전자소자 및 그 패키지, 전선, 스위치, 커넥터 등 전기기구의 성능 및 그 신뢰성 검사를 위해 광범위하게 사용되는 필수 측정항목이다.
그러나, 절연저항은 그 특성상 측정시 관여하는 전류의 크기가 매우 작아서, 직접 전압 또는 전류를 가하여 나타나는 전류 또는 전압을 측정하는 방식의 일반적인 저항 측정방법으로는 신뢰성 있는 측정이 어렵고, 노이즈를 제거하기 위하여 피측정 절연체에 대한 차폐가 필요하고 장시간의 측정이 요구되는 등 측정상의 곤란한 점이 존재한다.
더욱이, 신호크기를 측정 감도 이상으로 증대시키기 위하여 높은 전압을 사용하는 것이 요구되지만 반도체 소자 등 전자소자의 경우에 절연이 파괴될 우려가 있어 높은 전압을 적용하기 곤란한 문제점이 있다.
도 1은 종래의 누설효과를 응용한 저항 측정장치의 회로도를 도시한 것으로, 휘트스톤 브리지 회로(Wheatstone Bridge Circuit)의 각 브리지를 구성하는 저항(10, 12, 14, 16)값은 모두 같은 값이나, 실질적으로 미세한 저항값의 차이가 존재하며 검출기(V, 22)는 균형점(0)에서 벗어날 수 있다.
이러한 균형점에서 벗어난 검출기(22)의 영점을 맞추기 위해서, 린덱(Lindeck)형 회로의 가변저항값(26)을 조절하여 브리지 균형을 잡을 수 있다. 균형을 잡은 휘트스톤 브리지 회로의 한쪽 브리지 저항(16)에 피측정 절연저항(18)을 연결하면 각 브리지의 저항값의 균형이 깨지고 이로 인한 전류의 누설효과로 검출기(22)에 전압이 검지되며, 상기 검지전압과 회로 파라미터들로부터 피측정 절연저항을 계산할 수 있다.
이러한 종래의 절연체의 절연저항 측정장치는 다음과 같은 문제점이 존재한다. 첫째, 검출기의 입력이 접지로부터 일정한 저항을 통해 분리되어 있어서 노이즈 영향이 크게 나타나고, 둘째, 높은 절연저항을 측정할 경우 r1(10), r2(12), r3(14) 및 r4(16) 값도 큰 값을 선택해야 하므로 노이즈의 영향이 더욱 커지는 문제점이 있으며, 셋째, 최선의 측정 감도를 얻기 위해서 피측정 절연저항의 저항값 크기에 따라 측정 범위 선택 과정시 r1(10), r2(12), r3(14) 및 r4(16) 4개의 저항값을 동시에 바꿔 선택해야 하는 문제가 있다.
따라서 본 발명은 상기한 종래 기술에 따른 문제점을 해결하기 위한 것으로, 검출기의 입력이 잘 정의된 접지전위에 직접 연결되어 노이즈 영향을 감소시키고 이에 따라 보다 높은 절연저항값의 측정이 가능하고, 측정범위 선택 과정시 우수한 측정감도를 유지하며 2개의 저항만을 교환 선택함으로써 회로구성이 간단한 절연체의 절연저항 측정장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 저항 측정장치는 두 개의 고정 전압원으로 정전압을 공급하는 전원공급부, 상기 전원공급부와 병렬 연결되며, 포텐시오미터를 사이에 두고 직렬 연결된 두 개의 기준 저항을 포함하는 저항부, 상기 두 개의 고정 전압원의 연결 노드와 상기 포텐시오미터의 가변단자 노드 사이의 전압을 측정하는 전압계, 및 두 개의 기준 저항 중 어느 하나에 피측정저항을 병렬 연결할 수 있는 전기접속수단을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 저항 측정방법은 상기의 저항 측정장치를 이용하여 피측정 저항값을 측정하는 방법에 있어서, 포텐시오미터의 가변단자를 조정하여 전압계의 영점을 맞추는 단계, 피측정 저항을 전기접속수단에 전기적으로 접속시키는 단계, 상기 전압계의 전압 편이값을 읽는 단계, 및 상기 피측정 저항의 저 항값 Rx를 하기 수학식에 의하여 계산하는 단계를 포함한다.
Figure 112008075513159-pat00001
(여기서, Rx : 절연저항 값, R : 고정저항의 명목치(nominal value), U : 정전압값, V : 검출된 전압편이값)
상기한 바와 같이 본 발명에 따른 저항 측정장치 및 측정방법은 검출기의 입력이 잘 정의된 공통 접지에 직접 연결되어 노이즈 영향을 감소시키고, 이에 따라 높은 절연저항의 측정이 가능하며, 측정 범위 선택 과정시 측정감도의 희생이 없이 2개의 저항만 교환 선택함으로써 회로 구성이 간단하고 신뢰성 있는 측정 결과를 얻을 수 있는 효과가 있다.
이하, 본 발명에 따른 저항 측정장치 및 측정방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 절연체의 절연저항 측정장치의 회로도를 도시한 것으로, 듀얼 소스 브리지 회로의 균형조절 방식의 실시예를 포텐시오미터(potentiometer)형을 적용하여 구성한 것이다. 본 발명의 저항 측정장치는 공급 전원부(30, 32), 저항부(34, 38), 전압계(42) 및 전기접속수단을 포함하여 구성된다.
상기 공급전원부(30, 32)는 두 개의 고정 전압원으로 정전압을 공급하며, 상기 두 개의 고정 전압원의 전압값은 실질적으로 동일한 것을 사용하므로 저항부로 동일한 크기의 반대 전위의 전압을 제공한다. 즉, 크기가 "U"인 두 개의 고정전압이 직렬연결되고 상기 고정전압을 연결하는 노드를 기준으로 "+U" 볼트와 "-U" 볼트의 전압이 인가된다.
상기 저항부는 상기 전원공급부(30, 32)와 병렬 연결되며, 포텐시오미터(36)를 사이에 두고 직렬 연결된 두 개의 기준 저항(34, 38)을 포함하며, 상기 저항부를 구성하는 두 개의 기준 저항(34, 38)의 저항값은 실질적으로 동일한 것으로 선택된다.
상기 전압계(42)는 상기 두 개의 고정 전압원(30, 32)의 연결 노드(n23)와 상기 포텐시오미터(36)의 가변단자 노드(n24) 사이에 전위차를 측정하며, 상기 전기접속수단은 두 개의 기준 저항(34, 38) 중 어느 하나에 피측정저항(40)을 병렬 연결할 수 있는 스위칭 수단으로 구성될 수 있다. 상기 저항 측정장치의 각 구성부분은 전자기 차폐 케이스에 내장되도록 구성될 수 있고, 상기 두 개의 기준저항(34, 38)과 상기 전압계(42)에 직렬로 연결되어 전류를 조정하는 원점 밸런스부를 더 포함할 수 있다.
상기 전압계(42)는 DVM(Digital Voltage Meter)와 같이 입력저항이 큰 것을 사용하는 경우 전압 편이량 "V"를 직접 검출기로부터 읽을 수 있으며, 상기 원점 밸런스부가 린덱(Lindeck)형 고분할 비저항 가변 분할기로 구성되는 경우 검출기를 통과하는 전류가 항상 "0"이 되도록 조정함으로써 전압 편이량을 측정할 수 있다.
상기 두 개의 고정 전압원(30, 32)의 연결노드(n23)와 상기 전압계(42)는 공통 접지됨으로써 노이즈 영향을 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 두 개의 기준 저항(34, 38)은 연동되는 측정범위 선택 스위치에 의하여 교체 가능하므로 두 개의 저항만을 교환하여 측정 범위를 선택할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 측정장치의 회로도를 도시한 것으로, 기준저항 "R" 값의 범위가 "10R" 또는 "100R" 등으로 연동하여 교체된 회로도이다.
두 개의 고정 전압원으로 정전압을 공급하는 전원공급부, 상기 전원공급부와 병렬 연결되며, 포텐시오미터를 사이에 두고 직렬 연결된 두 개의 기준 저항을 포함하는 저항부, 상기 두 개의 고정 전압원의 연결 노드와 상기 포텐시오미터의 가변단자 노드 사이의 전압을 측정하는 전압계, 및 두 개의 기준 저항 중 어느 하나에 피측정저항을 병렬 연결할 수 있는 전기접속수단을 포함하는 저항 측정장치를 이용하여 피측정 저항값을 측정하는 방법은 포텐시오미터의 가변단자를 조정하여 전압계의 영점을 맞추는 단계, 피측정 저항을 전기접속수단에 전기적으로 접속시키는 단계, 상기 전압계의 전압 편이값을 읽는 단계, 및 상기 피측정 저항의 저항값 Rx를 하기 수학식에 의하여 계산하는 단계를 포함하여 구성된다.
Figure 112008075513159-pat00002
(여기서, Rx : 절연저항 값, R : 고정저항의 명목치(nominal value), U : 정전압값, V : 검출된 전압편이값)
상기 포텐시오미터의 가변단자를 조정하여 전압계의 영점을 맞추는 단계는 두 개의 전압원을 직렬로 연결하고 그 연결 노드를 공통접지(n23)로 정의하고, 실질적으로 동일한 저항값을 같는 두 개의 기준저항 r1(R), r2(R)를 상기 전압원에 병렬로 연결하고, 상기 두 개의 기준저항 사이에 포텐시오미터를 배치하고 상기 포텐시오미터의 가변접점과 공통접지 사이에 전압계를 연결한다.
먼저, 상기 두 개의 기준저항이 실질적으로 동일한 저항값을 갖는 저항이 배치되더라도 미세한 저항값의 차이로 인해 미세 전류가 흐르게 되므로 상기 포텐시오미터의 저항값을 조정하여 전압계의 영점을 맞추어야 한다.
그리고, 상기 피측정 저항을 전기접속수단에 전기적으로 접속시키는 단계는 피측정 저항을 두 개의 기본저항 중 한 개의 저항과 피측정 저항을 병렬 연결시키고, 상기 피측정 저항의 전기적 접속(예를 들어, 스위치를 이용하여 피측정 저항 연결)으로 인하여 발생된 전압 편이값을 전압계로부터 읽은 후, 피측정 저항의 저항값 Rx를 하기 수학식에 의하여 계산한다.
Figure 112008075513159-pat00003
(여기서, Rx : 절연저항 값, R : 고정저항의 명목치(nominal value), U : 정전압값, V : 검출된 전압편이값)
여기서, 상기 [수학식1]은 검출된 전압 편이값이 정전압값 U와 비교하여 무시할 수 있을 정도로 작은 수치를 나타내는 경우 아래의 [수학식3]으로 근사화될 수 있으며, R값을 아래 [수학식2]로 계산될 수 있다.
Figure 112008075513159-pat00004
(여기서, R : 고정저항의 명목치(nominal value), r : 포텐시오미터 가변저항값, r1 또는 r2 : 기본저항값)
Figure 112008075513159-pat00005
즉, 도 3에 도시된 실시예에 따르면, 측정범위를 기본 범위외에 기본 범위의 10배 및 100배 측정 범위를 갖는 것을 나타내며, 다른 저항을 병렬 연결함으로써 측정범위를 다양하게 변화시킬 수 있다.
따라서, 공급된 정전압 U, 전압 편이량 V, 각 브리지의 저항값을 이용하여 절연저항값(Rx)을 계산할 수 있다. 상기 공급된 정전압 U, 전압 편이량 V, 각 브리지의 저항값은 레지스터에 저장될 수 있다.
즉, 상기 저항 측정장치는 제 1 내지 제 3 레지스터가 내장되며, 상기 전원공급부로부터 공급된 정전압값 및 검출된 전압편이값을 상기 제 1 레지스터와 제 2 레지스터에 각각 저장하고, 상기 제 1부하 저항값과 상기 제 1부하 측에 연결된 가변저항값의 합을 제 3 레지스터에 저장시킨 후, 하기 [수학식1]에 의하여 절연저항 값을 계산할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실기예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
도 1은 종래의 누설효과를 응용한 절연체의 절연저항 측정장치의 회로도.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저항 절연체의 절연저항 측정장치의 회로도.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 절연체의 절연저항 측장장치의 회로도.

Claims (8)

  1. 두 개의 고정 전압원으로 정전압을 공급하는 전원공급부;
    상기 전원공급부와 병렬 연결되며, 포텐시오미터를 사이에 두고 직렬 연결된 두 개의 기준 저항을 포함하는 저항부;
    상기 두 개의 고정 전압원의 연결 노드와 상기 포텐시오미터의 가변단자 노드 사이의 전압을 측정하는 전압계; 및
    두 개의 기준 저항 중 어느 하나에 피측정저항을 병렬 연결할 수 있는 전기접속수단을 포함하는 저항 측정장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 두 개의 고정 전압원의 전압값은 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 저항 측정장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 두 개의 기준 저항의 저항값을 실질적으로 동일한 것으로 하는 저항 측정장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 두 개의 기준 저항 사이와, 상기 전압계에 직렬로 연결되어 전류를 조 정하는 원점 밸런스부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저항 측정장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 원점 밸런스부는 린덱(Lindeck)형 고분할 비저항 가변 분할기로 구성되는 것을 특징으로 하는 저항 측정장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 두 개의 고정 전압원의 연결노드와 상기 전압계는 공통 접지됨으로써 연결되는 것을 특징으로 하는 저항 측정장치.
  7. 제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 두 개의 기준 저항은 연동되는 측정범위 선택 스위치에 의하여 교체 가능한 것을 특징으로 하는 저항 측정장치.
  8. 제 1항의 저항 측정장치를 이용하여 피측정 저항값을 측정하는 방법에 있어서,
    포텐시오미터의 가변단자를 조정하여 전압계의 영점을 맞추는 단계;
    피측정 저항을 전기접속수단에 전기적으로 접속시키는 단계;
    상기 전압계의 전압 편이값을 읽는 단계; 및
    상기 피측정 저항의 저항값 Rx를 하기 수학식에 의하여 계산하는 단계를 포함하는 저항 측정방법.
    Figure 112008075513159-pat00006
    (여기서, Rx : 절연저항 값, R : 고정저항의 명목치(nominal value), U : 정전압값, V : 검출된 전압편이값)
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