KR20150110717A - 전압 측정 장치 - Google Patents

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KR20150110717A
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switch
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capacitor
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KR1020157022763A
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타케오 스즈키
시게히코 마츠다
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도시바 미쓰비시덴키 산교시스템 가부시키가이샤
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Abstract

측정 대상에 대해, 비접촉으로 직류 전압을 측정할 수 있는 전압 측정 장치를 제공한다. 이를 위해, 전압 측정 장치는, 측정 대상의 도전체에 대향할 수 있도록 마련된 유전체와, 상기 유전체에 마련된 전극과, 상기 전극과 접속된 때에 상기 전극의 전위와 1대1로 상관하는 전위를 유지하는 콘덴서와, 상기 전극과 상기 콘덴서를 접속할 수 있도록 마련되고, 상기 전극과 상기 콘덴서와의 접속을 절리한 때에 상기 콘덴서의 양단 전압을 출력할 수 있도록 마련된 스위치를 구비하였다.

Description

전압 측정 장치{VOLTAGE MEASUREMENT DEVICE}
본 발명은, 전압 측정 장치에 관한 것이다.
검출 전극과 제1∼제4 가변 용량 요소와 전압 생성 회로를 구비한 전압 측정 장치가 제안되어 있다. 당해 전압 측정 장치에서, 검출 전극은, 측정 대상과 용량 결합한다. 각 가변 용량 요소의 용량은, 제1 가변 용량 요소와 제3 가변 용량 요소의 각 임피던스의 곱과 제2 가변 용량 요소와 제4 가변 용량 요소의 각 임피던스의 곱이 동일하게 되도록 변화한다. 전압 생성 회로는, 검출 전극으로부터 제2 가변 용량 요소와 제4 가변 용량 요소와의 접합점을 경유하여 접지점에 흐르는 전류가 0이 되도록 전압을 생성한다. 당해 전압이 측정 대상의 전압으로 된다. 당해 전압 측정 장치에 의하면, 측정 대상에 대해, 비접촉으로 전압을 측정할 수 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
특허 문헌 1 : 일본 특허 제4607752호 공보
그러나, 당해 전압 측정 장치에서는, 전류가 최종적으로 0이 될 때까지, 검출 전극에 접속된 회로의 입력 임피던스는 유한하다. 이 때문에, 직류 전압을 측정할 수가 없다.
본 발명은, 상술한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로, 그 목적은, 측정 대상에 대해, 비접촉으로 직류 전압을 측정할 수 있는 전압 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 관한 전압 측정 장치는, 측정 대상의 도전체에 대향할 수 있도록 마련된 유전체와, 상기 유전체에 마련된 전극과, 상기 전극과 접속된 때에 상기 전극의 전위와 1대1로 상관(相關)하는 전위를 유지하는 콘덴서와, 상기 전극과 상기 콘덴서를 접속할 수 있도록 마련되고, 상기 전극과 상기 콘덴서와의 접속을 절리(切離)한 때에 상기 콘덴서의 양단 전압을 출력할 수 있도록 마련된 스위치를 구비한 것이다.
본 발명에 의하면, 측정 대상에 대해, 비접촉으로 직류 전압을 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에서의 전압 측정 장치의 회로도.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에서의 전압 측정 장치의 전압 측정 회로의 도면.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에서의 전압 측정 장치를 포함하는 등가 회로의 도면.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 2에서의 전압 측정 장치의 회로도.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 4에서의 전압 측정 장치의 회로도.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 5에서의 전압 측정 장치의 회로도.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 7에서의 전압 측정 장치의 회로도.
본 발명을 실시하기 위한 형태에 관해 첨부한 도면에 따라 설명한다. 또한, 각 도면 중, 동일 또는 상당하는 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 그 중복 설명은 적절하게 간략화 내지 생략한다.
실시의 형태 1.
도 1은 본 발명의 실시의 형태 1에서의 전압 측정 장치의 회로도이다.
도 1에서, 측정 대상의 도전체(1)는, 전자 장치를 제어하는 전자 제어 장치 등의 배선이다. 예를 들면, 도전체(1)는, 전자 제어 장치의 제어 전원선, 제어 신호선, 어스선 등이다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 전압 측정 장치는, 유전체(2), 전극(3), 콘덴서(4), 스위치(5), 스위치(6), 신호 커먼(7), 전압 측정 회로(8)를 구비한다.
유전체(2)는, 도전체(1)에 대향하도록 마련된다. 전극(3)은, 유전체(2)에 접속된다. 전극(3)은, 도전체(1)와 유전체(2)를 통하고 있기 때문에 도전체(1)와는 접촉하지 않는다. 콘덴서(4)는, 정전 용량(Ca)을 갖는다. 스위치(5)의 전단측의 일방은, 전극(3)에 접속된다. 스위치(5)의 후단측은, 콘덴서(4)의 전단측에 접속된다. 스위치(6)의 전단측은, 콘덴서(4)의 후단측에 접속된다. 신호 커먼(7)은, 스위치(6)의 후단측의 일방에 접속된다. 전압 측정 회로(8)는, 차동 앰프 등을 구비한다. 전압 측정 회로(8)의 전단측의 일방은, 스위치(5)의 전단측의 타방에 접속된다. 전압 측정 회로(8)의 전단측의 타방은, 스위치(6)의 후단측의 타방에 접속된다.
도전체(1)가 전위(V)를 갖고 있을 때, 도전체(1)와 유전체(2)와 전극(3)은, 콘덴서(9)로서 기능한다. 콘덴서(9)는, 정전 용량(C)을 갖는다. 전압 측정 장치에서는, 스위치(5)의 전단이 전극(3)측으로 이동된다. 이와 동시에, 스위치(6)의 후단이 신호 커먼(7)측으로 이동된다. 이 때, 도전체(1)의 전위(V)는, 콘덴서(9)와 신호 커먼(7)과의 사이에 형성된 회로에 의해 분압(分壓)된다.
예를 들면, 도 1에 도시하는 바와 같이, 회로가 직렬의 콘덴서(4, 9)만으로 형성되어 있는 경우는, 콘덴서(4, 9)의 전위는, 정전 용량(C)과 정전 용량(Ca)의 비로 분압된다. 즉, 콘덴서(4, 9)의 전위는, 도전체(1)의 전위(V)와 1대1의 상관을 갖는다.
콘덴서(4)가 분압의 일부를 전위(Va)로서 유지하고 있을 때, 스위치(5)의 전단이 전압 측정 회로(8)측으로 이동된다. 이와 동시에, 스위치(6)의 후단이 전압 측정 회로(8)측으로 이동된다. 이 때, 콘덴서(4)는, 전압 측정 회로(8)를 향하여 전하를 방출한다. 전압 측정 회로(8)는, 당해 전하에 의거하여 전위(Va)를 측정한다. 전압 측정 회로(8)는, 전위(Va)에 의거하여 도전체(1)의 전위(V)를 연산(演算)한다.
이 때, 전위(Va)의 변화는, 전압 측정 회로(8)의 시정수(Ca*)의 입력 임피던스에 응하여 정하여진다. 예를 들면, 도 1에 도시하는 바와 같이, 전압 측정 회로(8)에 차동 앰프를 이용하는 경우는, 입력 임피던스가 높아진다. 이 경우, 전위(Va)의 변화는 작아진다.
다음에, 도 2를 이용하여, 전압 측정 회로(8)의 예를 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에서의 전압 측정 장치의 전압 측정 회로의 도면이다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 전압 측정 회로(8)는, 차동 앰프(8a), 스위치(8b), 홀드 콘덴서(8c), 버퍼 앰프(8d)를 구비한다.
차동 앰프(8a)의 전단측의 일방은, 스위치(5)의 전단측의 타방에 접속된다. 차동 앰프(8a)의 전단측의 타방은, 스위치(6)의 후단측의 타방에 접속된다. 스위치(8b)의 전단측은, 차동 앰프(8a)의 후단측에 접속된다. 홀드 콘덴서(8c)의 전단측은, 스위치(8b)의 후단측에 접속된다. 홀드 콘덴서(8c)의 후단측은, 전압 측정 회로(8)의 커먼에 접속된다. 버퍼 앰프(8d)의 전단측은, 스위치(8b)의 후단측에 접속된다.
전압 측정 회로(8)에서는, 스위치(5)의 전단과 스위치(6)의 후단이 동시에 전압 측정 회로(8)측으로 이동된 후, 스위치(8b)가 닫혀진다. 이 때, 버퍼 앰프(8d)는, 차동 앰프(8a)의 후단의 전위(Va)를 출력한다. 이 때, 홀드 콘덴서(8c)는, 차동 앰프(8a)의 후단의 전위(Va)를 유지한다. 그 후, 스위치(8b)가 열린다. 이 때, 버퍼 앰프(8d)는, 홀드 콘덴서(8c)에 유지된 전위(Va)를 출력한다. 즉, 버퍼 앰프(8d)의 출력이 부정(不定)으로 되는 일은 없다. 이 때에, 스위치(5)의 전단이 전극(3)측에 접속된다. 이와 동시에, 스위치(6)의 후단이 신호 커먼(7)측으로 이동된다.
다음에, 도 3을 이용하여, 정전 용량(Ca)과 측정 대상 전체의 등가 회로를 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에서의 전압 측정 장치를 포함하는 등가 회로의 도면이다.
도 3에서, R'은 측정 대상(10)의 회로의 임피던스이다. C'는 콘덴서(4)와 콘덴서(9)를 합성한 콘덴서(11)의 정전 용량이다. r은 선로 저항(12)의 임피던스이다. V는 전압 레귤레이터를 갖는 DC 전원, 디지털 신호를 출력하는 로직 소자 등, 전압 발생원의 출력 전위이다.
교류의 출력 전위(V)에서 본 때, 임피던스(Z)는, r+R'/(1+jωR'C')가 된다. 즉, 출력 전위(V)는, 측정 대상(10)의 회로의 부하와 콘덴서(11)로부터 영향을 받는다.
전압 측정 장치에서는, 스위치(5)의 전단이 전극(3)측으로 이동된다. 이와 동시에, 스위치(6)의 후단이 신호 커먼(7)측에 접속된다. 이 상태가 시간(t1)만큼 계속한다. 이 때에, 콘덴서(4)와 콘덴서(9)가 전하를 축적한다. 그 후, 스위치(5)의 전단이 전압 측정 회로(8)측으로 이동된다. 이와 동시에, 스위치(6)의 후단이 전압 측정 회로(8)측으로 이동된다. 이 상태가 시간(t2)만큼 계속한다. 이 때에, 전압 측정 회로(8)가 출력 전위(Va)를 측정한다.
전하의 비축과 출력 전위(Va)의 측정과의 간격은, 시간(t3)으로 설정된다. 즉, 시간(t3)의 사이에, 스위치(5)의 전단과 스위치(6)의 후단은 시간(t3)만큼 계속해서 개방된다.
전압 측정 장치에서, 시간(t1)과 시간(t2)은, 시간(t3)보다도 충분히 짧게 설정된다. 이 때문에, 출력 전위(Va)는, 미시적으로 직류로서 취급할 수 있다. 즉, 출력 전위(Va)의 변화는 작다.
예를 들면, 측정 대상 신호가 수10㎒의 고주파의 노이즈 신호인 경우, 시간(t3)을 10수㎱ 이상으로 하고, 시간(t1)과 시간(t2)을 수㎱ 이하로 하면 좋다. 이 경우, 정전 용량(C')이 수 ㎊ 정도이면, 전압 측정 장치는 충분한 측정 성능을 갖는다.
이상으로 설명한 실시의 형태 1에 의하면, 콘덴서(4)는, 도전체(1)의 전위(V)와 1대1로 상관하는 전위(Va)를 유지한다. 콘덴서(4)와 콘덴서(9)와의 접속을 절리한 후, 콘덴서(4)의 전위(Va)가 측정된다. 이 때, 측정 회로의 임피던스를 고려하지 않아도 좋다. 이 때문에, 주파수 의존이 없는 전압 측정을 비접촉으로 행할 수 있다. 즉, 도전체(1)에 대해, 비접촉으로 직류 전압을 측정할 수 있다.
또한, 측정 전위는 연속치가 아니다. 이 때, 측정 전위의 분해능은, 스위치(5, 6, 8b)의 동작 속도로 정하여진다. 노이즈 측정에 요구되는 수10㎒의 응답 속도라면, 교류 전압을 측정할 때에도 충분한 응답성능을 얻을 수 있다.
또한, 수V 정도가 낮은 전압을 측정하는 경우, 도전체(1)와 전극(3)과의 사이에 대해 실드를 행하면 좋다. 즉, 충분한 면적으로 도전체(1)를 다른 도전체 등으로 둘러싸면 좋다. 이 경우, 주위의 전계로부터의 영향이 억제된다. 그 결과, 도전체(1)의 전위(V)로부터 발하여지는 전계를 전극(3)에서 정밀도 좋게 받을 수 있다.
또한, 스위치(5)와 스위치(6)가 전압 측정 회로(8)측으로 이동된 때, 콘덴서(4)에서 유지된 전위(Va)의 값을 AD 컨버터(도시 생략)에 의해 직접 판독하여도 좋다. 이 경우, 스위치(5)가 전극(3)측으로 이동되는 동시에 스위치(6)가 신호 커먼(7)측으로 이동되어 있을 때에, AD 변환하지 않으면 좋다. 이 경우도, 버퍼 앰프(8d)의 출력이 부정(不定)으로 되는 일은 없다.
실시의 형태 2.
도 4는 본 발명의 실시의 형태 2에서의 전압 측정 장치의 회로도이다. 또한, 실시의 형태 1과 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
실시의 형태 2에서는, 가장 간소한 전압 측정 회로(13)가 사용된다. 전압 측정 회로(13)에서는, 스위치(6)가 사용되지 않는다. 즉, 콘덴서(4)의 후단은, 신호 커먼(7)에 직접 접속된다. 전압 측정 회로(13)의 커먼(14)은, 신호 커먼(7)과 동일하다. 커먼(14)의 전위는, 전압 측정 장치를 접촉시킴에 의해 얻어진다.
전압 측정 장치에서는, 스위치(5)가 전극(3)측으로 이동된다. 이 경우, 콘덴서(4)와 콘덴서(9)와의 직렬 회로가 형성된다. 이 때, 콘덴서(4)의 전위(Va)는, VC/(C+Ca)가 된다. 그 후, 스위치(5)가 전압 측정 회로(13)측으로 이동된다. 이 경우, 전압 측정 회로(13)가 콘덴서(4)의 전위(Va)를 측정한다.
도전체(1)의 형상, 도전체(1)의 피복, 유전체(2)의 부착 등, 측정 상황이 변화하지 않는 경우, 정전 용량(C)은 고정치이다. 이 경우, 전압 측정 회로(13)는, Va(1+Ca/C)를 도전체(1)의 전위(V)로서 일률적으로 연산한다.
이상으로 설명한 실시의 형태 2에 의하면, 스위치(6)는 사용되지 않는다. 즉, 측정 상황이 변화하지 않는 경우, 간소한 전압 측정 회로(13)로 도전체(1)의 전위(V)를 일의적으로 구할 수 있다.
실시의 형태 3.
실시의 형태 3의 전압 측정 장치는, 실시의 형태 2의 전압 측정 장치와 거의 동등하다. 또한, 실시의 형태 2와 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
실시의 형태 3에서는, 유전체(2)와 전극(3)이 충분히 크게 형성된다. 그 결과, 정전 용량(C)은, 정전 용량(Ca)보다도 충분히 커진다. 이 경우, Va(1+Ca/C)는, Va와 거의 동등하게 된다. 즉, 도전체(1)의 전위(V)는, 콘덴서(4)의 전위(Va)와 거의 동등하게 된다.
이상으로 설명한 실시의 형태 3에 의하면, 정전 용량(C)은, 정전 용량(Ca)보다도 충분히 크다. 이 때문에, 실시의 형태 2와는 달리, 측정 상황이 변화하는 경우에도, 도전체(1)의 전위(V)의 측정 오차를 미리 설정된 값보다도 작게 할 수 있다.
또한, 실시의 형태 1에서 설명한 바와 같이, 정전 용량(C)과 정전 용량(Ca)은, 측정 대상의 부하에 의해 측정 대상의 전압 자신에게 영향을 준다. 이 때문에, 예를 들면, 전자 장치의 DC 전원 전압을 관측하는 경우에는, DC 전원의 출력측의 평활 콘덴서와 비교하여, 정전 용량(C)과 정전 용량(Ca)이 충분히 작다고 간주할 수 있는 범위에서, 정전 용량(C)을 크게 하면 좋다.
실시의 형태 4.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 4에서의 전압 측정 장치의 회로도이다. 또한, 실시의 형태 2와 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
실시의 형태 4에서는, 전극(3)과 전압 측정 회로(13) 사이의 회로가 실시의 형태 2의 회로와 다르다. 구체적으로는, 전극(3)과 전압 측정 회로(13) 사이에는, 스위치(15), 스위치(16), 콘덴서(17), 스위치(18), 콘덴서(19), 스위치(20)가 마련된다.
스위치(15)의 전단측은, 전극(3)의 후단측에 접속된다. 스위치(16)의 전단측의 일방은, 스위치(15)의 후단측의 일방에 접속된다. 콘덴서(17)는, 정전 용량(Ca)을 갖는다. 콘덴서(17)의 전단측은, 스위치(16)의 후단측에 접속된다. 콘덴서(17)의 후단측은, 신호 커먼(7)에 접속된다. 스위치(18)의 전단측의 일방은, 스위치(15)의 후단측의 타방에 접속된다. 콘덴서(19)는, 정전 용량(Cb)을 갖는다. 콘덴서(19)의 전단측은, 스위치(18)의 후단측에 접속된다. 콘덴서(19)의 후단측은, 신호 커먼(7)에 접속된다. 스위치(20)의 전단측의 일방은, 스위치(16)의 전단측의 타방에 접속된다. 스위치(20)의 전단측의 타방은, 스위치(18)의 전단측의 타방에 접속된다. 스위치(20)의 후단측은, 전압 측정 회로(13)의 전단측에 접속된다.
전압 측정 장치에서, 스위치(15)가 콘덴서(17)측으로 이동된 경우는, 콘덴서(17)의 전위(Va)는, VC/(C+Ca)이다. 이에 대해, 스위치(15)가 콘덴서(19)측으로 이동된 경우는, 콘덴서(19)의 전위(Vb)는, VC/(C+Cb)이다.
전압 측정 회로(13)는, 콘덴서(17)의 전위(Va)와 콘덴서(19)의 전위(Vb)로부터 정전 용량(C)을 소거(消去)한다. 즉, 전압 측정 회로(13)는, Va(1+Ca(Vb-Va)/(Va·Ca-Vb·Cb)를 도전체(1)의 전위(V)로서 연산한다.
이상으로 설명한 실시의 형태 4에 의하면, 도전체(1)의 전위(V)는, 정전 용량(C)을 포함하지 않고서 연산된다. 이 때문에, 콘덴서(9)의 정전 용량(C)이 변화하거나 불안정하거나 하여도, 도전체(1)의 전위(V)는 정확하게 연산된다. 즉, 실시의 형태 2와 달리, 측정 상황이 변화하는 경우에도, 도전체(1)의 전위(V)를 정확하게 측정할 수 있다.
실시의 형태 5.
도 6은 본 발명의 실시의 형태 5에서의 전압 측정 장치의 회로도이다. 또한, 실시의 형태 1과 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
실시의 형태 5의 전압 측정 장치는, 신호 커먼의 도전체(21)의 전위도 비접촉으로 측정하는 것이다. 구체적으로는, 실시의 형태 5의 전압 측정 장치는, 실시의 형태 1의 전압 측정 장치에, 유전체(22), 전극(23)을 부가한 것이다. 유전체(22)는, 도전체(21)에 대향하도록 마련된다. 전극(23)은, 유전체(22)에 접속된다. 전극(23)은, 도전체(21)와 유전체(22)를 통하고 있기 때문에 도전체(21)와는 접촉하지 않는다. 전극(23)의 전단측은, 스위치(6)의 후단측의 타방에 접속된다.
실시의 형태 5에서, 도전체(1)와 유전체(2)와 전극(3)은, 콘덴서(9)로서 기능한다. 콘덴서(9)는, 정전 용량(C1)을 갖는다. 이에 대해, 도전체(21)와 유전체(22)와 전극(23)은, 콘덴서(24)로서 기능한다. 콘덴서(24)는, 정전 용량(C2)을 갖는다.
도 6에서는, 도전체(1)의 전위는 Vp이다. 도전체(21)의 전위는 Vg이다. 이 상태에서, 스위치(5)가 전극(3)측으로 이동된다. 이와 동시에, 스위치(6)가 전극(23)측으로 이동된다. 이 경우, 전위(Vp)부터 전위(Vg) 사이의 임피던스는 1/(ωC1)+1/(ωCa)+1/(ωC2)이다.
이 경우, 콘덴서(4)에 흐르는 전류는, (Vp-Vg)/(1/(ωC1)+1/(ωCa)+1/(ωC2))가 된다.
이 경우, 콘덴서(4)의 양단 전압(Va)은, ((Vp-Vg)/(1/(ωC1)+1/(ωCa)+1/(ωC2)))·(1/jωCa)가 된다. 양단 전압(Va)은, (Vp-Vg)·(1/jωCa)/(1/jωC1+ 1/jωCa + 1/jωC2)로 정리된다. 양단 전압(Va)은, (Vp-Vg)/(Ca/C1+1+Ca/C2)로 정리된다. 즉, 양단 전압(Va)은, 주파수에 의존하지 않는다.
그 후, 스위치(5)가 전압 측정 회로(8)측으로 이동된다. 이와 동시에, 스위치(6)가 전압 측정 회로(8)측으로 이동된다. 이 때, 전압 측정 회로(8)는, 콘덴서(4)의 양단 전압(Va)을 측정한다. 전압 측정 회로(8)는, Va(Ca/C1+1+Ca/C2)를 측정 대상의 전위차(Vp-Vg)로서 연산한다.
이상으로 설명한 실시의 형태 5에 의하면, 신호 커먼측에도, 유전체(22)와 전극(23)이 마련된다. 이 때문에, 신호 커먼 측의 도전체(21)의 전위(Vg)도 비접촉으로 측정할 수 있다.
실시의 형태 6.
실시의 형태 6의 전압 측정 장치는, 실시의 형태 5의 전압 측정 장치와 거의 동등하다. 또한, 실시의 형태 5와 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
실시의 형태 6에서는, 유전체(2)와 전극(3)이 충분히 크게 형성된다. 유전체(22)와 전극(23)이 충분히 크게 형성된다. 그 결과, 정전 용량(C1)과 정전 용량(C2)은, 정전 용량(Ca)보다도 충분히 커진다. 이 경우, 측정 대상의 전위차(Vp-Vg)는, 콘덴서(4)의 전위(Va)와 거의 동등하게 된다.
이상으로 설명한 실시의 형태 6에 의하면, 정전 용량(C1)과 정전 용량(C2)은, 정전 용량(Ca)보다도 충분히 크다. 이 때문에, 실시의 형태 3과 마찬가지로, 측정 상황이 변화한 경우에도, 측정 대상의 전위차(Vp-Vg)의 측정 오차를 미리 설정된 값보다도 적게 할 수 있다.
또한, 실시의 형태 1에서 설명한 바와 같이, 정전 용량(C1)과 정전 용량(C2)과 정전 용량(Ca)은, 측정 대상의 부하에 의해 측정 대상의 전압 자신에게 영향을 준다. 이 때문에, 예를 들면, 전자 장치의 DC 전원 전압을 관측하는 케이스 등에서는, DC 전원의 출력측의 평활 콘덴서에 비하여, 정전 용량(C)과 정전 용량(Ca)이 충분히 작다고 간주할 수 있는 범위에서, 정전 용량(C1)과 정전 용량(C2)을 크게 하면 좋다.
실시의 형태 7.
도 7은 본 발명의 실시의 형태 7에서의 전압 측정 장치의 회로도이다. 또한, 실시의 형태 4와 실시의 형태 5와 동일 또는 상당 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
실시의 형태 7의 전압 측정 장치는, 실시의 형태 4의 전압 측정 장치의 특징과 실시의 형태 5의 전압 측정 장치의 특징을 조합시킨 것이다. 실시의 형태 7에서는, 스위치(25), 스위치(26), 스위치(27), 스위치(28), 스위치(29)가 마련된다.
스위치(25)의 전단측의 일방은, 스위치(15)의 후단측의 일방에 접속된다. 스위치(25)의 전단측의 타방은, 전압 측정 회로(8)의 전단측에 접속된다. 스위치(25)의 후단측은, 콘덴서(17)의 전단측에 접속된다. 스위치(26)의 전단측은, 콘덴서(17)의 후단측에 접속된다. 스위치(26)의 후단측의 타방은, 전압 측정 회로(8)의 전단측에 접속된다.
스위치(27)의 전단측의 일방은, 스위치(15)의 후단측의 타방에 접속된다. 스위치(27)의 전단측의 타방은, 전압 측정 회로(8)의 전단측에 접속된다. 스위치(27)의 후단측은, 콘덴서(19)의 전단측에 접속된다. 스위치(28)의 전단측은, 콘덴서(19)의 후단측에 접속된다. 스위치(28)의 후단측의 타방은, 전압 측정 회로(8)의 전단측에 접속된다.
스위치(29)의 전단측의 일방은, 스위치(26)의 후단측의 일방에 접속된다. 스위치(29)의 전단측의 타방은, 스위치(28)의 후단측의 일방에 접속된다. 스위치(29)의 후단측은, 전극(23)의 전단측에 접속된다.
전압 측정 장치에서는, 스위치(15)가 스위치(25)측으로 이동된다. 이와 동시에, 스위치(25)가 스위치(15)측으로 이동된다. 이와 동시에, 스위치(26)가 스위치(29)측으로 이동된다. 이와 동시에, 스위치(29)가 스위치(26)측으로 이동된다.
이 때, 콘덴서(17)는, 전위(Vp)와 전위(Vg)에 의해 전위(Va)를 갖는다. 그 후, 스위치(25)와 스위치(26)가 전압 측정 회로(8)측으로 이동된다. 이 때, 전압 측정 회로(8)는, (Vp-Vg)/(Ca/C1+1+Ca/C2)를 전위(Va)로서 연산한다.
전압 측정 장치에서는, 스위치(15)가 스위치(27)측으로 이동된다. 이와 동시에, 스위치(27)가 스위치(15)측으로 이동된다. 이와 동시에, 스위치(28)가 스위치(29)측으로 이동된다. 이와 동시에, 스위치(29)가 스위치(28)측으로 이동된다.
이 때, 콘덴서(19)는, 전위(Vp)와 전위(Vg)에 의해 전위(Vb)를 갖는다. 그 후, 스위치(27)와 스위치(28)가 전압 측정 회로(8)측으로 이동된다. 이 때, 전압 측정 회로(8)는, (Vp-Vg)/(Cb/C1+1+Cb/C2)를 전위(Vb)로서 연산한다.
그 후, 전압 측정 회로(8)는, 전위(Va)와 전위(Vc)로부터 정전 용량(C1)과 정전 용량(C2)을 소거한다. 구체적으로는, 전압 측정 회로(8)는, Va/(Ca((1/Vb-1/Va)/(Ca/Va-Cb/Vb))+1)를 측정 대상의 전위차(Vp-Vg)로서 연산한다.
이상으로 설명한 실시의 형태 7에 의하면, 신호 커먼 측의 전위(Vp)도 비접촉으로 측정하면서, 실시의 형태 3과 마찬가지로, 측정 상황이 변화하는 경우에도, 측정 대상의 전위차(Vp-Vg)의 측정 오차를 작게 할 수 있다.
또한, 전압 측정 회로(8)는, 실시례 1과 마찬가지로 구성하고, 스위치(도시 생략)를 전환하여, 전위(Va)와 전위(Vb)를 교대로 측정하여도 좋다. 또한, 콘덴서(17)와 콘덴서(19)와의 각각에 대응하여, 2개의 전압 측정 회로(8)를 마련하여도 좋다.
[산업상의 이용 가능성]
이상과 같이, 본 발명에 관한 전압 측정 장치는, 측정 대상에 대해, 비접촉으로 직류 전압을 측정할 때에 이용할 수 있다.
1 : 도전체 2 : 유전체
3 : 전극 4 : 콘덴서
5 : 스위치 6 : 스위치
7 : 신호 커먼 8 : 전압 측정 회로
8a : 차동 앰프 8b : 스위치
8c : 홀드 콘덴서 8d : 버퍼 앰프
9 : 콘덴서 10 : 측정 대상
11 : 콘덴서 12 : 선로 저항
13 : 전압 측정 회로 14 : 커먼
15 : 스위치 16 : 스위치
17 : 콘덴서 18 : 스위치
19 : 콘덴서 20 : 스위치
21 : 도전체 22 : 유전체
23 : 전극 24 : 콘덴서
25 : 스위치 26 : 스위치
27 : 스위치 28 : 스위치
29 : 스위치

Claims (4)

  1. 측정 대상의 도전체에 대향할 수 있도록 마련된 유전체와,
    상기 유전체에 마련된 전극과,
    상기 전극과 접속된 때에 상기 전극의 전위와 1대1로 상관하는 전위를 유지하는 제1 콘덴서와,
    상기 전극과 접속된 때에 상기 전극의 전위와 1대1로 상관하는 전위를 유지하는 제2 콘덴서와,
    전단측과 한 쌍의 후단측을 가지며, 전단측이 상기 전극에 접속된 제1 스위치와,
    한 쌍의 전단측과 후단측을 가지며, 전단측의 일방이 상기 제1 스위치의 후단측의 일방에 접속되고, 후단측이 상기 제1 콘덴서에 접속된 제2 스위치와,
    한 쌍의 전단측과 후단측을 가지며, 전단측의 일방이 상기 제1 스위치의 후단측의 타방에 접속되고, 후단측이 상기 제2 콘덴서에 접속된 제3 스위치와,
    한 쌍의 전단측과 후단측을 가지며, 전단측의 일방이 상기 제2 스위치의 전단측의 타방에 접속되고, 전단측의 타방이 상기 제3 스위치의 전단측의 타방에 접속된 제4 스위치를 구비한 것을 특징으로 하는 전압 측정 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제4 스위치의 후단측이 접속된 전압 측정 회로를 구비한 것을 특징으로 하는 전압 측정 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 유전체는, 측정 대상의 2개의 도전체에 각각 대향할 수 있도록 마련된 2개의 유전체를 가지며,
    상기 전극은, 상기 2개의 유전체에 각각 마련된 2개의 전극을 가지며,
    상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치와 상기 제3 스위치와 상기 제4 스위치는, 상기 2개의 전극의 각각에 대응하여 마련된 것을 특징으로 하는 전압 측정 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제1 콘덴서와 상기 제2 콘덴서란, 상기 2개의 도전체의 전위차와 당해 콘덴서의 양단 전압과의 차가 미리 설정된 값 이하가 되도록, 상기 2개의 도전체의 일방과 상기 유전체의 일방과 상기 전극의 일방으로 정하여지는 용량 및 상기 2개의 도전체의 타방과 상기 유전체의 타방과 상기 전극의 타방으로 정하여지는 용량보다도 작은 용량을 갖는 것을 특징으로 하는 전압 측정 장치.
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