TW202234075A - 電壓測定裝置 - Google Patents

Abstract

一種電壓測定裝置，包括：夾緊部2；電極E1、E2，與電纜CBL相向；穩定化部5，將電極E1經由電容器C1、C2接地；放大部A，能夠變更放大率並放大自電極E1獲得的電壓Vin；模式輸入部81，接收模式設定；基準電壓輸出部PS，輸出週期性變化的基準電壓Vs；測定部7，測定放大部A的輸出電壓Vout；切換開關SW，於測定模式時將電極E2連接於接地，於校正模式時將電極E2連接於基準電壓輸出部PS；及校正處理部82，於校正模式時基於測定部7的測定值Vm與基準電壓Vs及測定倍率M，以放大部A的輸出電壓Vout成為電纜電壓Vx的測定倍率M倍的方式，調節放大率G。

Description

電壓測定裝置

本發明是有關於一種將測定對象的電纜夾緊進行測定的電壓測定裝置。

自先前以來已知一種電壓檢測裝置，其包括與檢測對象體相向配設的檢測電極，且與檢測對象體電氣非接觸地對檢測對象體的電壓進行檢測（例如，參照專利文獻1）。 [現有技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本專利特開2010-25918號公報

[發明所欲解決之課題]

且說，於所述電壓檢測裝置中，若將檢測電極的面積設為S，將檢測對象體與檢測電極之間的距離設為d，將檢測對象體與檢測電極之間的介電常數設為ε，則檢測對象體與檢測電極之間的靜電電容C為C=εS/d。若使用所述電壓檢測裝置測定被覆電纜的電壓，則電纜被覆層的厚度為d，電纜被覆層的介電常數為ε。

因此，於所述電壓檢測裝置中，若測定的電纜發生變化，則電纜被覆層的厚度d及電纜被覆層的介電常數ε發生變化，檢測對象體與檢測電極之間的靜電電容C發生變化。其結果，電壓檢測因測定對象的電纜的特性而受到影響，電壓測定精度下降。

本發明的目的在於提供一種容易提高電壓測定精度的電壓測定裝置。 [解決課題之手段]

本發明的一例的電壓測定裝置包括：夾緊部，夾緊測定對象的電纜；第一電極及第二電極，配設為與由所述夾緊部夾緊的所述電纜相向；穩定化部，將所述第一電極經由電容器而連接於接地；放大部，能夠變更放大率並放大自所述第一電極獲得的電壓；模式輸入部，選擇性地接收測定模式及校正模式的設定作為模式設定，所述測定模式用於測定所述電纜的電壓，所述校正模式用於校正所述放大部的輸出電壓；基準電壓輸出部，輸出週期性變化的預先設定的基準電壓；測定部，測定所述放大部的輸出電壓；切換部，於所述測定模式時將所述第二電極連接於接地，於所述校正模式時將所述第二電極連接於所述基準電壓輸出部；以及校正處理部，於所述校正模式時基於所述測定部的測定值與所述基準電壓及預先設定的測定倍率，以所述放大部的輸出電壓成為所述電纜的電壓的所述測定倍率的方式，調節所述放大率。 [發明的效果]

此種結構的電壓測定裝置容易提高電壓測定精度。

以下，基於圖式說明本發明的實施形態。再者，各圖中標注相同符號的結構表示相同的結構，並省略其說明。各圖中，為了明確方向關係而適宜地示出XYZ正交座標軸。

圖1所示的夾緊式電壓測定裝置1大致包括：夾緊部2，夾緊測定對象的電纜CBL；以及大致箱狀形狀的框體3，與夾緊部2連結。框體3經由同軸電纜4而連接於示波器或資料記錄器等測定裝置。

夾緊部2包括一對夾緊臂21、22。夾緊臂21的基端部由安裝於框體3的軸體27軸支承。夾緊臂21能夠以軸體27為中心擺動。於夾緊臂21、夾緊臂22的相向面形成有供電纜CBL嵌入的保持槽211、保持槽221。

夾緊臂21藉由省略圖示的扭簧朝向夾緊臂22被施力。藉由扭簧的施力於夾緊臂21與夾緊臂22之間夾緊電纜CBL。

參照圖2，夾緊臂22相對於框體3固定地連結。再者，夾緊臂22亦能夠與夾緊臂21同樣地擺動。夾緊臂21、夾緊臂22及框體3由絕緣材料、例如樹脂材料構成。

於夾緊臂22的內部設置有收容空間28。收容空間28與框體3的內部空間連通。於收容空間28中配設有大致板狀形狀的電極E1（第一電極）及電極E2（第二電極）。

參照圖3，電極E1、電極E2以於電纜CBL延伸的方向上隔開間隔並與電纜CBL相向的方式配置。

電極E1、電極E2例如可於印刷配線基板上以導體圖案的形式形成，亦可為金屬板。電極E1、電極E2與夾緊臂22的保持槽221的內壁面相向或接觸地配置。藉此，電極E1、電極E2經由由絕緣材料構成的保持槽221的壁而與由夾緊部2夾緊的電纜CBL相向配置。

於框體3中收容有電路基板31。電路基板31的端子T3與電極E1經由配線W1連接，端子T4與電極E2經由配線W2連接。

於夾緊臂22的收容空間28及框體3的內壁面，至少除了位於由夾緊部2夾緊的電纜CBL與電極E1、電極E2之間的部分以外，形成有以影線表示的導電性的導電層32。

導電層32例如可為鋁箔等金屬箔，亦可為塗佈有導電性塗料的層，亦可為鍍敷層，亦可為金屬板。於圖2所示的例子中，於位於由夾緊部2夾緊的電纜CBL與電極E1之間的保持槽221的壁、以及電極E1的周邊部未形成導電層32。

藉此，夾緊式電壓測定裝置1的外壁面為絕緣性，框體3的內壁面以及夾緊臂22的內壁面的至少除了位於由夾緊部2夾緊的電纜CBL與電極E1、電極E2之間的部分以外的部分為導電性。

夾緊式電壓測定裝置1的外壁面為絕緣性，因此即使於例如電纜CBL的導體部分露出的情況下，電流自電纜CBL流向電極E1、電極E2或電路基板31，夾緊式電壓測定裝置1損傷的可能性亦減少。另外，操作夾緊式電壓測定裝置1的用戶的安全性提高。另外，藉由包括導電層32，可減少來自外部環境的電磁雜訊。

再者，電極E1、電極E2未必限定於配設於夾緊部2的內部且以經由絕緣材料而與電纜CBL相向的方式配置的例子。電極E1、電極E2例如亦可於保持槽221露出配置，於與電纜CBL接觸的狀態下相向配置。

如後述般，夾緊式電壓測定裝置1經由藉由將電纜CBL的芯線W與電極E1、電極E2相向配置而產生的靜電電容Cx ₁、靜電電容Cx ₂檢測作為芯線W的電壓的電纜電壓Vx。靜電電容Cx ₁、靜電電容Cx ₂和電纜CBL的芯線W與電極E1、電極E2的相向距離d成反比。因此，相向距離d越短，靜電電容Cx ₁、靜電電容Cx ₂越增大，電纜電壓Vx的檢測變得容易。另外，若相向距離d發生變化，則經由靜電電容Cx ₁、靜電電容Cx ₂獲得的電壓發生變動。

另一方面，夾緊臂21、夾緊臂22僅藉由省略圖示的扭簧的施力，電纜CBL的夾緊力不足，於電纜CBL與保持槽221之間產生間隙，相向距離d增大，靜電電容Cx ₁、靜電電容Cx ₂有減少的可能性。另外，電纜CBL擺動，相向距離d發生變動，靜電電容Cx ₁、靜電電容Cx ₂有發生變動的可能性。

然而，夾緊式電壓測定裝置1可利用螺釘25緊固夾緊臂21、夾緊臂22來牢固地夾緊電纜CBL，因此可減少產生由相向距離d的增大引起的靜電電容Cx ₁、靜電電容Cx ₂的減少或由電纜CBL的擺動引起的靜電電容Cx ₁、靜電電容Cx ₂的變動的可能性。

圖4、圖5所示的夾緊式電壓測定裝置1包括電極E1、電極E2、切換開關SW（切換部）、基準電壓輸出部PS、穩定化部5、放大部A、測定部7、模式開關9、端子T1、端子T2及控制部8。切換開關SW、基準電壓輸出部PS、穩定化部5、放大部A、測定部7、端子T1、端子T2及控制部8形成於電路基板31，並收容於框體3中。再者，測定部7、模式開關9及控制部8中的至少一個未必限於收容於框體3中的例子，亦可於框體3的外部構成。

關於電纜CBL，導體的芯線W由絕緣性的被覆層J被覆。圖4、圖5中，將藉由芯線W與電極E1相向而形成的靜電電容利用靜電電容Cx ₁表示，將藉由芯線W與電極E2相向而形成的靜電電容利用靜電電容Cx ₂表示。

穩定化部5包括並聯電路51、電阻R2及電容器C2。並聯電路51是電容器C1與電阻R1的並聯電路。電極E1經由圖2所示的端子T3及配線W1而連接於並聯電路51的一端P1及放大器A1的非反相輸入端子。並聯電路51的另一端P2經由電容器C2而連接於電路接地GND。另外，並聯電路51的另一端P2經由電阻R2而連接於電路接地GND。電路接地GND與導電層32連接。

穩定化部5具有使自電極E1輸入至放大器A1的非反相輸入端子的輸入電壓Vin的電位穩定的功能、以及作為後述的濾波器的功能。假設，於夾緊式電壓測定裝置1不包括穩定化部5的情況下，電極E1僅連接於高阻抗的放大器A1的非反相輸入端子，因此電極E1成為無基準電位的電浮動的狀態，自電極E1至非反相輸入端子的配線成為天線般。因此，輸入至放大器A1的非反相輸入端子的輸入電壓Vin變得不穩定。

因此，藉由包括穩定化部5，且將電極E1經由電容器C1、電容器C2連接於電路接地GND，可設置相對於輸入電壓Vin的基準電位，使輸入電壓Vin穩定化。

再者，穩定化部5未必需要具有作為後述的濾波器的功能，只要可使輸入電壓Vin穩定化即可。例如，穩定化部5可為僅電容器C2連接於電極E1的結構。

電容器C1、電容器C2的靜電電容C ₁、靜電電容C ₂相對於假定的靜電電容Cx ₁、靜電電容Cx ₂充分大，例如設為100倍～1000倍以上。藉此，相對於靜電電容Cx ₁、靜電電容Cx ₂的阻抗，電容器C1、電容器C2的阻抗變小至可忽略的程度。

放大部A包括放大器A1、反饋電阻Ra及可變電阻Rx。放大器A1是所謂的運算放大器。放大器A1的非反相輸入端子連接於並聯電路51的一端P1。反饋電阻Ra的一端連接於放大器A1的反相輸入端子，反饋電阻Ra的另一端連接於放大器A1的輸出端子。放大器A1的反相輸入端子經由可變電阻Rx而連接於電路接地GND。藉此，放大部A設為非反相放大器。作為可變電阻Rx，例如可使用數位電位計。再者，可變電阻Rx不限於數位電位計。作為可變電阻Rx，可使用能夠變更電阻值的各種零件或電路。

若將反饋電阻Ra的電阻值設為Ra、將可變電阻Rx的電阻值設為Rx，則放大部A的放大率G為G=1+Ra/Rx。因此，藉由使電阻值Rx變化，可調節放大率G。

再者，亦可藉由將反饋電阻Ra設為可變電阻且使反饋電阻Ra的電阻值Ra變化來調節放大部A的放大率G。然而，反饋電阻Ra影響放大部A的頻率特性，因此更佳為藉由使不影響頻率特性的可變電阻Rx變化來調節放大部A的放大率G的結構。

再者，放大部A可為反相放大器。然而，於將放大部A設為反相放大器的情況下，電極E1連接於與反饋電阻所連接的反相輸入端子相同的反相輸入端子。於所述情況下，洩漏電流於自電極E1經由反饋電阻到達放大器的輸出端子的電流路徑流通，有對輸入電壓Vin造成影響的可能性。

另一方面，若將放大部A設為非反相放大器，則電極E1連接於放大器A1的高阻抗的非反相輸入端子，不會產生經由反饋電阻Ra的洩漏電流。其結果，減少了洩漏電流對輸入電壓Vin造成影響的可能性。因此，更佳為將放大部A設為非反相放大器。

放大器A1的輸出端子連接於測定部7及端子T1。端子T2連接於電路接地GND。端子T1連接於同軸電纜4的芯線，端子T2連接於同軸電纜4的屏蔽線。藉此，放大器A1的輸出電壓Vout經由同軸電纜4而輸出至示波器或資料記錄器等測定裝置。即，放大器A1的輸出電壓Vout表示夾緊式電壓測定裝置1的測定結果。

夾緊式電壓測定裝置1輸出電纜電壓Vx的測定倍率M的電壓作為輸出電壓Vout。測定倍率M為已知，因此連接於夾緊式電壓測定裝置1的測定裝置可根據輸出電壓Vout正確地識別所測定的電纜電壓Vx。然而，若輸出電壓Vout未成為電纜電壓Vx的測定倍率M倍，則輸出電壓Vout不會正確地表示所測定的電纜電壓Vx。因此，藉由後述的校正模式，以輸出電壓Vout成為電纜電壓Vx的測定倍率M倍的方式，調節放大率G。測定倍率M例如設為1/100。

電纜CBL並無特別限定，例如假定為電動汽車的馬達驅動用電源電纜。於電動汽車的馬達驅動用電源電纜的情況下，作為自逆變器輸出的基於脈衝寬度調製（Pulse Width Modulation，PWM）的矩形波週期波形的交流電壓的電纜電壓Vx成為測定對象。

以下，對穩定化部5的作為濾波器的功能進行說明。芯線W的電纜電壓Vx經由靜電電容Cx ₁施加至並聯電路51的一端P1。例如於基於PWM的矩形波週期波形的情況下，矩形波的上升、下降中包含高頻成分，因此為了精度良好地測定芯線W的電壓波形，需要檢測與矩形波的週期對應的低頻成分及與矩形波的上升、下降對應的高頻成分此兩者。

因此，根據夾緊式電壓測定裝置1，構成電阻R1與電容器C2的串聯電路。電阻R1與電容器C2的串聯電路是所謂的積分電路，作為使低頻成分通過的低通濾波器而發揮功能。

將電容器C2的端子間電壓與電阻R1的端子間電壓相加並施加至放大器A1的輸入端子，因此根據電阻R1與電容器C2的串聯電路，可將與矩形波的週期對應的低頻成分輸入至放大器A1。

另外，根據夾緊式電壓測定裝置1，構成電容器C1與電阻R2的串聯電路。電容器C1與電阻R2的串聯電路是所謂的微分電路，作為使高頻成分通過的高通濾波器發揮功能。

將電阻R2的端子間電壓與電容器C1的端子間電壓相加並施加至放大器A1的輸入端子，因此根據電容器C1與電阻R2的串聯電路，可將與矩形波的上升、下降對應的高頻成分輸入至放大器A1。

即，與矩形波的週期對應的低頻成分、以及與矩形波的上升、下降對應的高頻成分此兩者重疊且被輸入至放大器A1的輸入端子。因此，能夠精度良好地利用放大器A1放大自芯線W檢測出的交流電壓波形，並輸出至測定裝置。

基準電壓輸出部PS輸出週期性變化的預先設定的基準電壓Vs。基準電壓Vs只要是週期性變化者即可，例如可為正弦波交流，亦可為矩形波脈衝，但較佳為與電纜CBL的檢測對象的電壓類似的訊號波形。例如如上所述般，於矩形波週期波形的交流電壓為測定對象的情況下，基準電壓輸出部PS較佳為輸出矩形波電壓作為基準電壓Vs。

切換開關SW是如下切換部：於測定模式時，將電極E2連接於電路接地GND，於校正模式時，將電極E2連接於基準電壓輸出部PS。切換開關SW例如根據來自控制部8的控制訊號，於測定模式與校正模式下切換連接。

模式開關9是例如用戶能夠操作的模式設定開關。藉由操作模式開關9，能夠選擇性地設定測定模式與校正模式。表示利用模式開關9設定的模式的訊號被輸出至控制部8。

測定部7測定放大部A的輸出電壓Vout。測定部7例如使用類比數位轉換器而構成。測定部7將輸出電壓Vout的測定值Vm輸出至控制部8。測定對象的電纜電壓Vx為交流，因此輸出電壓Vout亦成為交流波形。因此，測定部7較佳為測定輸出電壓Vout的峰間值（peak-to-peak value）作為測定值Vm。

控制部8例如使用執行規定的運算處理的中央處理單元（Central Processing Unit，CPU）、暫時存儲資料的隨機存取記憶體（Random Access Memory，RAM）、快閃記憶體（flash memory）等非揮發性存儲元件及該些的周邊電路等而構成。控制部8藉由執行存儲於所述存儲元件中的程式而作為模式輸入部81及校正處理部82發揮功能。

模式輸入部81基於自模式開關9輸出的訊號，選擇性地接收用於測定電纜CBL的芯線W的電壓、即電纜電壓Vx的測定模式以及用於校正放大部A的輸出電壓Vout的校正模式的設定來作為模式設定。模式輸入部81於所接收到的模式設定為測定模式時，藉由切換開關SW將電極E2連接於電路接地GND，於校正模式時，藉由切換開關SW將電極E2連接於基準電壓輸出部PS。

再者，未必限於模式輸入部81切換切換開關SW的例子。例如，亦可由雙極雙擲的開關構成模式開關9及切換開關SW。而且，亦可將雙極雙擲的開關的其中一極用作模式開關9，將另一極用作切換開關SW。如此，模式輸入部81即使不切換切換開關SW，亦可根據模式來切換切換開關SW。

另外，模式輸入部81只要可自外部接收表示模式設定的訊號即可，夾緊式電壓測定裝置1亦可不包括模式開關9。

校正處理部82於校正模式時，基於測定部7的測定值Vm與基準電壓Vs及預先設定的測定倍率M，以放大部A的輸出電壓Vout成為電纜電壓Vx的測定倍率M倍的方式，將放大部A的放大率G調節為放大率Gx。

具體而言，校正處理部82基於下述式（1），相對於目前的放大率G、即於校正模式下由測定部7測定輸出電壓Vout時的放大率G，計算可獲得測定倍率M的成為校正後的目標值的放大率Gx。

Gx={G×Vs×Cx ₂/（Cx ₁+Cx ₂）}×M/Vm···（1）

此處，若將電極E1、電極E2與芯線W的相向距離設為d、將被覆層J的介電常數設為ε、將電極E1的面積設為S ₁、將電極E2的面積設為S ₂，則靜電電容Cx ₁=εS ₁/d、靜電電容Cx ₂=εS ₂/d。因此，於夾緊式電壓測定裝置1中，藉由設為S ₁=S ₂，可使靜電電容Cx ₁與靜電電容Cx ₂大致相等。於靜電電容Cx ₁與靜電電容Cx ₂相等的情況下，式（1）成為下述式（2）。

Gx=（G×Vs/2）×M/Vm···（2）

因此，校正處理部82可基於式（2）計算放大率Gx。於基於式（1）計算放大率Gx的情況下，需要測定靜電電容Cx ₁、靜電電容Cx ₂，相對於此，根據式（2），無須測定靜電電容Cx ₁、靜電電容Cx ₂，因此放大率Gx的計算變得容易。

即，藉由使靜電電容Cx ₁與靜電電容Cx ₂相等，放大率Gx的計算變得容易。另外，藉由使電極E1的面積S ₁與電極E2的面積S ₂相等，容易使靜電電容Cx ₁與靜電電容Cx ₂相等。

即，為了使用式（2），只要靜電電容Cx ₁與靜電電容Cx ₂相等即可，未必限於面積S ₁與面積S ₂相等的例子。然而，若面積S ₁與面積S ₂相等，則藉由以電極E1、電極E2與芯線W的相向距離成為相同的相向距離d的方式配置電極E1、電極E2，可使靜電電容Cx ₁與靜電電容Cx ₂相等。因此，就可使用式（2）容易地計算放大率Gx的方面而言，更佳為使面積S ₁與面積S ₂相等。

校正處理部82藉由調節可變電阻Rx的電阻值，將放大部A的放大率調節為放大率Gx。

接著，對式（1）的導出進行說明。如圖4所示般，於在校正模式下電極E2連接於基準電壓輸出部PS的狀態下進行說明。於校正模式下，成為電壓不會自外部施加至電纜CBL的狀態。於所述狀態下，基於基準電壓輸出部PS的基準電壓Vs而向芯線W誘發的電壓成為電纜電壓Vx。

因此，電纜電壓Vx是基準電壓Vs由靜電電容Cx ₂與穩定化部5的串聯電路以及靜電電容Cx ₁分壓後的電壓。此處，如上所述般，穩定化部5的電容器C1、電容器C2的阻抗小至相對於靜電電容Cx ₁、靜電電容Cx ₂的阻抗可忽略的程度。因此，電纜電壓Vx成為基準電壓Vs由靜電電容Cx ₁、靜電電容Cx ₂分壓後的值，可利用下述式（3）來近似。

電纜電壓Vx≒Vs×Cx ₂/（Cx ₁+Cx ₂） ···（3）

此處，若將校正模式中的校正前的放大部A的放大率設為G，將要求出的校正後的放大部A的放大率設為Gx，則以下的式（4）成立。

電纜電壓Vx=Gx×Vin/M=Gx×（Vm/G）/M ···（4） 將式（4）變形，

放大率Gx=G×Vx×M/Vm ···（5） 若將式（3）代入式（5）的電纜電壓Vx，則可獲得所述式（1）。

為了將放大部A的放大率設為Gx，只要以滿足下述式（6）的方式調節電阻值Rx即可。

放大率Gx=1+Ra/Rx ···（6） 將式（6）變形，

電阻值Rx=Ra/（Gx-1） ···（7）

根據以上，校正處理部82藉由將利用式（1）或式（2）獲得的放大率Gx代入式（7）來計算出電阻值Rx，並將可變電阻Rx的電阻值設為利用式（7）獲得的電阻值Rx，藉此可將放大部A調節為放大率Gx。藉此，可以放大部A的輸出電壓Vout滿足下述式（8）的方式，對夾緊式電壓測定裝置1進行校正。

輸出電壓Vout=M×Vx ···（8）

接著，對如所述般構成的夾緊式電壓測定裝置1的動作的一例進行說明。參照圖6，於進行夾緊式電壓測定裝置1的校正時，用戶例如自裝置拆卸電纜CBL等，從而成為不對芯線W施加電壓的狀態。於所述狀態下，用戶利用夾緊部2夾緊電纜CBL，並操作模式開關9來設定校正模式。如此，自模式開關9向控制部8輸出表示校正模式的訊號。

於圖6所示的例子中，示出Cx ₁=Cx ₂時的動作。若自模式開關9輸出表示校正模式的訊號，則模式輸入部81接收校正模式的設定，並將切換開關SW切換為基準電壓輸出部PS側（步驟S1）。如此，參照圖4，自基準電壓輸出部PS輸出的基準電壓Vs被供給至電極E2，且自電極E2經由靜電電容Cx ₂、芯線W及靜電電容Cx ₁向電極E1誘發輸入電壓Vin。

輸入電壓Vin藉由放大部A以放大率G放大，作為輸出電壓Vout輸出至測定部7。如上所述般，輸出電壓Vout成為交流波形，因此利用測定部7測定輸出電壓Vout的峰間值電壓，並將所述測定值Vm輸出至控制部8。

參照圖6，校正處理部82基於利用測定部7測定的測定值Vm，並根據式（2）計算出放大率Gx（步驟S2）。再者，於並非Cx ₁=Cx ₂而是靜電電容Cx ₁、靜電電容Cx ₂已知的情況下，於步驟S2中，只要使用式（1）計算出放大率Gx即可。

接著，校正處理部82基於計算出的放大率Gx，並根據式（7）計算出電阻值Rx（步驟S3）。接著，校正處理部82將可變電阻Rx的電阻值設定為計算出的Rx（步驟S4）。藉此，將放大部A的放大率設定為Gx。

藉此，可以輸出電壓Vout成為電纜電壓Vx的測定倍率M的方式、即滿足式（8）的方式，對夾緊式電壓測定裝置1進行校正。

接著，對測定模式進行說明。於測定電纜CBL的使用狀態下的電纜電壓Vx時，用戶利用夾緊部2夾緊連接於裝置的電纜CBL，並操作模式開關9來設定測定模式。如此，自模式開關9向控制部8輸出表示測定模式的訊號。

參照圖7，若自模式開關9輸出表示測定模式的訊號，則模式輸入部81接收測定模式的設定，並將切換開關SW如圖5所示般切換為電路接地GND側（步驟S11）。如此，藉由供給至芯線W的測定對象的電纜電壓Vx，經由靜電電容Cx ₁向電極E1誘發輸入電壓Vin。

放大部A以校正完成的放大率Gx將輸入電壓Vin放大至輸出電壓Vout。輸出電壓Vout作為表示基於夾緊式電壓測定裝置1所得的測定結果的訊號被輸出至端子T1。

此處，如上所述般，靜電電容Cx ₁由εS ₁/d表示，若測定對象的電纜CBL發生變化，基於被覆層J的厚度的相向距離d、被覆層J的介電常數ε等發生變化，則靜電電容Cx ₁亦另外發生變化。因此，若電纜CBL發生變化，則由電纜電壓Vx誘發的輸入電壓Vin亦另外發生變化，因此無法獲得正確的輸出電壓Vout。

然而，根據夾緊式電壓測定裝置1，藉由利用夾緊部2夾緊測定對象的電纜CBL並進行基於校正模式的校正，可容易地獲得適合於測定對象的電纜CBL的正確的輸出電壓Vout。因此，夾緊式電壓測定裝置1容易提高電壓測定精度。

即，本發明的一例的電壓測定裝置包括：夾緊部，夾緊測定對象的電纜；第一電極及第二電極，以與由所述夾緊部夾緊的所述電纜相向的方式配設；穩定化部，將所述第一電極經由電容器而連接於接地；放大部，能夠變更放大率並放大自所述第一電極獲得的電壓；模式輸入部，選擇性地接收用於測定所述電纜的電壓的測定模式及用於校正所述放大部的輸出電壓的校正模式的設定作為模式設定；基準電壓輸出部，輸出週期性變化的預先設定的基準電壓；測定部，測定所述放大部的輸出電壓；切換部，於所述測定模式時將所述第二電極連接於接地，於所述校正模式時將所述第二電極連接於所述基準電壓輸出部；以及校正處理部，於所述校正模式時基於所述測定部的測定值與所述基準電壓及預先設定的測定倍率，以所述放大部的輸出電壓成為所述電纜的電壓的所述測定倍率的方式，調節所述放大率。

根據所述結構，第一電極及第二電極與電纜相向配置，因此於與電纜之間產生靜電電容。於校正模式時，預先設定的基準電壓被供給至第二電極，由於第一電極及第二電極與電纜之間的靜電電容而於第一電極產生電壓。於第一電極產生的電壓利用放大部增大，且利用測定部測定所述放大的輸出電壓。然後，藉由校正處理部，基於測定部的測定值與基準電壓及測定倍率，以放大部的輸出電壓成為電纜的電壓的測定倍率的方式，調節放大部的放大率。藉此，根據要測定的電纜來調節放大部的放大，因此容易提高電壓測定精度。

另外，所述放大部較佳為非反相放大器。

根據所述構造，可使用輸入阻抗高的非反相放大器作為放大部，因此可減小放大部的輸入阻抗對第一電極的電壓造成影響的可能性。

另外，所述放大部較佳為包括：放大器，向非反相輸入端子輸入自所述第一電極獲得的電壓；反饋電阻，連接所述放大器的反相輸入端子與輸出端子；以及可變電阻，連接所述放大器的反相輸入端子與接地，藉由變更所述可變電阻的電阻值，能夠變更所述放大率。

根據所述結構，於固定反饋電阻的電阻值的狀態下，藉由變更可變電阻的電阻值，可調節放大率。非反相放大器亦能夠藉由變更反饋電阻的電阻值來變更放大率。然而，反饋電阻亦會對頻率特性造成影響。因此，根據所述結構，可於固定反饋電阻的電阻值的狀態下調節放大率，因此可於減少對頻率特性的影響的同時變更放大率。

另外，較佳為所述電纜與所述第一電極之間的靜電電容和所述電纜與所述第二電極之間的靜電電容大致相等。

根據所述結構，即使不清楚電纜與第一電極之間的靜電電容、以及電纜與第二電極之間的靜電電容，亦能夠藉由校正處理部進行校正。

另外，較佳為所述第一電極的面積與所述第二電極的面積大致相等。

根據所述結構，容易使電纜與第一電極之間的靜電電容和電纜與第二電極之間的靜電電容大致相等。

另外，較佳為於將所述電纜與所述第一電極之間的靜電電容設為Cx ₁、將所述電纜與所述第二電極之間的靜電電容設為Cx ₂、將所述基準電壓設為Vs、將所述測定部的測定值設為Vm、將所述測定倍率設為M、將於所述校正模式下由所述測定部測定所述輸出電壓時的所述放大率設為G的情況下，所述校正處理部將所述放大率調節為下述式（1）中獲得的Gx。

Gx={G×Vs×Cx ₂/（Cx ₁+Cx ₂）}×M/Vm···（1）

根據所述結構，使用式（1），容易計算出應藉由校正來調節的適當的放大率Gx。

另外，較佳為所述靜電電容Cx ₁與所述靜電電容Cx ₂大致相等，所述式（1）由下述式（2）近似。

Gx=（G×Vs/2）×M/Vm···（2）

於靜電電容Cx ₁與靜電電容Cx ₂大致相等的情況下，式（1）由式（2）近似，因此即使不清楚靜電電容Cx ₁及靜電電容Cx ₂，亦使用式（2）計算出應藉由校正來調節的適當的放大率Gx。

1:夾緊式電壓測定裝置 2:夾緊部 3:框體 4:同軸電纜 5:穩定化部 7:測定部 8:控制部 9:模式開關 21、22:夾緊臂 23、24:螺釘孔 25:螺釘 26:螺母 27:軸體 28:收容空間 31:電路基板 32:導電層 51:並聯電路 81:模式輸入部 82:校正處理部 211、221:保持槽 A:放大部 A1:放大器 C1、C2:電容器 C、C ₁、C ₂、Cx ₁、Cx ₂:靜電電容 CBL:電纜 d:相向距離/距離/厚度 E1:電極（第一電極） E2:電極（第二電極） G、Gx:放大率 GND:電路接地 J:被覆層 M:測定倍率 P1:一端 P2:另一端 PS:基準電壓輸出部 R1、R2:電阻 Ra:反饋電阻/電阻值 Rx:可變電阻/電阻值 S、S ₁、S ₂:面積 SW:切換開關（切換部） T1～T4:端子 Vin:輸入電壓/電壓 Vm:測定值 Vout:輸出電壓 Vs:基準電壓 Vx:電纜電壓 W:芯線 W1、W2:配線 ε:介電常數 S1～S4、S11:步驟 XYZ：座標軸

圖1是表示本發明的一實施形態的夾緊式電壓測定裝置1的結構的一例的立體圖。 圖2是透視圖1所示的夾緊臂及框體的跟前側的壁而示出內部的正面圖。 圖3是自Z方向觀察圖2所示的電極E1、電極E2的正面圖。 圖4是表示圖1所示的夾緊式電壓測定裝置1的校正模式下的電氣結構的一例的電路圖。 圖5是表示圖1所示的夾緊式電壓測定裝置1的測定模式下的電氣結構的一例的電路圖。 圖6是表示校正模式下的夾緊式電壓測定裝置1的動作的一例的流程圖。 圖7是表示測定模式下的夾緊式電壓測定裝置1的動作的一例的流程圖。

1:夾緊式電壓測定裝置

5:穩定化部

7:測定部

8:控制部

9:模式開關

51:並聯電路

81:模式輸入部

82:校正處理部

A:放大部

A1:放大器

C1、C2:電容器

Cx₁、Cx₂:靜電電容

CBL:電纜

E1:電極(第一電極)

E2:電極(第二電極)

GND:電路接地

J:被覆層

P1:一端

P2:另一端

PS:基準電壓輸出部

R1、R2:電阻

Ra:反饋電阻/電阻值

Rx:可變電阻/電阻值

SW:切換開關(切換部)

T1、T2:端子

Vin:輸入電壓/電壓

Vm:測定值

Vout:輸出電壓

Vs:基準電壓

Vx:電纜電壓

W:芯線

Claims (7)

1. 一種電壓測定裝置，包括： 夾緊部，夾緊測定對象的電纜； 第一電極及第二電極，配設為與由所述夾緊部夾緊的所述電纜相向； 穩定化部，將所述第一電極經由電容器而連接於接地； 放大部，能夠變更放大率並放大自所述第一電極獲得的電壓； 模式輸入部，選擇性地接收測定模式及校正模式的設定作為模式設定，所述測定模式用於測定所述電纜的電壓，所述校正模式用於校正所述放大部的輸出電壓； 基準電壓輸出部，輸出週期性變化的預先設定的基準電壓； 測定部，測定所述放大部的輸出電壓； 切換部，於所述測定模式時將所述第二電極連接於接地，於所述校正模式時將所述第二電極連接於所述基準電壓輸出部；以及 校正處理部，於所述校正模式時基於所述測定部的測定值與所述基準電壓及預先設定的測定倍率，以所述放大部的輸出電壓成為所述電纜的電壓的所述測定倍率的方式，調節所述放大率。
2. 如請求項1所述的電壓測定裝置，其中 所述放大部是非反相放大器。
3. 如請求項2所述的電壓測定裝置，其中 所述放大部包括： 放大器，向非反相輸入端子輸入自所述第一電極獲得的電壓； 反饋電阻，連接所述放大器的反相輸入端子與輸出端子；以及 可變電阻，連接所述放大器的反相輸入端子與接地， 藉由變更所述可變電阻的電阻值，能夠變更所述放大率。
4. 如請求項1至請求項3中任一項所述的電壓測定裝置，其中 所述電纜與所述第一電極之間的靜電電容和所述電纜與所述第二電極之間的靜電電容大致相等。
5. 如請求項4所述的電壓測定裝置，其中 所述第一電極的面積與所述第二電極的面積大致相等。
6. 如請求項1至請求項5中任一項所述的電壓測定裝置，其中 於將所述電纜與所述第一電極之間的靜電電容設為Cx ₁、將所述電纜與所述第二電極之間的靜電電容設為Cx ₂、將所述基準電壓設為Vs、將所述測定部的測定值設為Vm、將所述測定倍率設為M、將於所述校正模式下由所述測定部測定所述輸出電壓時的所述放大率設為G的情況下，所述校正處理部將所述放大率調節為下述式（1）中獲得的Gx， Gx={G×Vs×Cx ₂/（Cx1+Cx ₂）}×M/Vm···（1）。
7. 如請求項6所述的電壓測定裝置，其中 所述靜電電容Cx ₁與所述靜電電容Cx ₂大致相等， 所述式（1）由下述式（2）近似， Gx=（G×Vs/2）×M/Vm···（2）。

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