WO2016189864A1 - プローブ及びそれを用いた電圧測定装置 - Google Patents

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WO2016189864A1
WO2016189864A1 PCT/JP2016/002525 JP2016002525W WO2016189864A1 WO 2016189864 A1 WO2016189864 A1 WO 2016189864A1 JP 2016002525 W JP2016002525 W JP 2016002525W WO 2016189864 A1 WO2016189864 A1 WO 2016189864A1
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capacitor
capacitance
terminal
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健一郎 野坂
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パナソニックＩｐマネジメント株式会社
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R15/00—Details of measuring arrangements of the types provided for in groups G01R17/00 - G01R29/00, G01R33/00 - G01R33/26 or G01R35/00
    • G01R15/04—Voltage dividers
    • G01R15/06—Voltage dividers having reactive components, e.g. capacitive transformer
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R15/14—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks
    • G01R15/16—Adaptations providing voltage or current isolation, e.g. for high-voltage or high-current networks using capacitive devices
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R19/00—Arrangements for measuring currents or voltages or for indicating presence or sign thereof

Definitions

  • the present disclosure generally relates to a probe and a voltage measurement device using the probe. More specifically, the present disclosure relates to a probe that measures an AC voltage applied to a conductor of an electric wire in a non-contact manner and a voltage measurement device using the probe.
  • Patent Document a non-contact voltage measuring device that measures an AC voltage using a coupling capacitance generated between an electrode and a conductor without being directly connected to a conductor of an electric wire to which an AC voltage is applied.
  • the non-contact voltage measuring device includes a voltage divided by a coupling capacitor between a first electrode and a conductor and a first capacitor, a voltage divided by the coupling capacitor and a second capacitor, and a second electrode.
  • the AC voltage is calculated using the voltage divided by the coupling capacitor between the first and second conductors and the third capacitor.
  • the probe of the present disclosure has a first electrode connected to a first capacitor having a known capacitance value, a second electrode connected to a second capacitor having a known capacitance value, and the same potential as the first electrode.
  • the first electrode, the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode are electrically insulated from each other, and the third electrode and the fourth electrode are disposed between the first electrode and the second electrode.
  • the third electrode is arranged next to the first electrode, and the fourth electrode is arranged next to the second electrode.
  • the voltage measuring device of the present disclosure includes the probe, the first capacitor, the second capacitor, the first voltage measuring unit, the second voltage measuring unit, and the arithmetic processing unit.
  • the first electrode is configured to face the conductor to be measured with a space therebetween and to generate a first coupling capacitance between the conductor.
  • the second electrode is configured to face the conductor with a space therebetween, and to generate a second coupling capacitance between the second electrode.
  • the first capacitor has a first terminal and a second terminal, the first terminal is electrically connected to the first electrode, and the second terminal is electrically connected to the second electrode.
  • the second capacitor has a third terminal and a fourth terminal, the third terminal is electrically connected to the second electrode, and the fourth terminal is configured to be electrically connected to the reference potential.
  • the first voltage measurement unit is configured to measure a first voltage that is a potential difference between the potential of the first electrode and the reference potential
  • the second voltage measurement unit is configured to measure a potential difference between the potential of the second electrode and the reference potential. It is configured to measure a certain second voltage.
  • the arithmetic processing unit is configured to calculate a target voltage, which is a potential difference between the potential of the conductor and the reference potential, using the first voltage and the second voltage.
  • FIG. 1 is a block diagram of a voltage measuring apparatus including the probe according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining a usage state of the voltage measuring apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 3A is a plan view of the probe according to Embodiment 1.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG. 3A.
  • 3C is a YY cross-sectional view of FIG. 3A.
  • FIG. 4A is a schematic diagram illustrating a part of the voltage measurement device according to the first embodiment.
  • FIG. 4B is a circuit diagram illustrating a part of an equivalent circuit of the voltage measurement device according to the first embodiment.
  • FIG. 5A is a schematic diagram illustrating a part of the voltage measurement device of the comparative example.
  • FIG. 5B is a circuit diagram showing a part of an equivalent circuit of the voltage measuring device of the comparative example.
  • FIG. 6 is a cross-sectional view of the probe according to the second embodiment.
  • FIG. 7 is a block diagram of the voltage measuring apparatus according to the third embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart illustrating the operation of the voltage measurement device according to the third embodiment.
  • FIG. 9 is a circuit diagram showing a part of an equivalent circuit of the voltage measuring device according to the fourth and fifth embodiments.
  • a probe used for a voltage measuring device that measures an AC voltage (target voltage) that is a measurement target in a non-contact manner including the conventional non-contact voltage measuring device described above, it is hoped that the measurement error of the target voltage is further suppressed. It is rare.
  • the voltage measuring apparatus 1 using the probe 100 of each embodiment described below, as shown in FIG. 1, determines the voltage of the electric wire 10 for supplying AC power from a system power supply (commercial AC power supply) to a load. Used for measuring purposes. That is, the voltage measuring device 1 of each embodiment sets the AC voltage of 50 [Hz] or 60 [Hz] applied to the conductor 11 of the electric wire 10 as the target voltage Vm. However, the voltage measuring device 1 may be configured to use an AC voltage as the target voltage Vm, and is not intended to limit the target voltage Vm to the AC voltage supplied from the system power supply.
  • the voltage measuring apparatus 1 is not the line voltage of a pair of electric wires for supplying alternating current power, but the electric potential of the conductor 11 of one electric wire 10 with respect to a reference electric potential (for example, ground electric potential), ie, the electric conductor 11 A potential difference between the potential and the reference potential is defined as a target voltage Vm.
  • a reference electric potential for example, ground electric potential
  • the probe 100 of the present embodiment will be described with reference to FIGS.
  • the probe 100 is used in the voltage measurement device 1.
  • the voltage measuring device 1 is configured to measure the target voltage Vm applied to the conductor 11 of the electric wire 10. The details of the voltage measuring device 1 will be described later.
  • the probe 100 includes an electrode 2 for voltage measurement.
  • the electrode 2 includes a first electrode 2A, a second electrode 2B, a third electrode 2C, and a fourth electrode 2D.
  • the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D are electrically insulated from each other.
  • Each of the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D is formed of a curved conductive member (eg, copper) that forms part of a cylinder (FIGS. 1 and 2). reference).
  • a curved conductive member eg, copper
  • each of the first electrode 2 ⁇ / b> A, the second electrode 2 ⁇ / b> B, the third electrode 2 ⁇ / b> C, and the fourth electrode 2 ⁇ / b> D is configured to be curved along the outer peripheral surface of the electric wire 10.
  • each of the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D is formed of a curved conductive member that forms a part of a cylindrical shape.
  • the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D are arranged in a direction along the axial direction of the cylindrical shape (region where the electric wire 10 is disposed). Further, each of the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D is disposed along the cylindrical outer peripheral surface thereof.
  • the probe 100 further includes an insulator 13 that covers the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D.
  • At least one surface in the thickness direction of the insulator is formed in a curved surface forming a part of a cylindrical shape.
  • the first electrode 2A and the second electrode 2B are formed in the same size.
  • the third electrode 2C and the fourth electrode 2D are formed in the same size.
  • the third electrode 2C and the fourth electrode 2D are formed smaller than the first electrode 2A and the second electrode 2B (see FIGS. 3A and 3B).
  • the length dimension L (see FIG. 3C) of the first electrode 2A and the second electrode 2B is set to the same dimension.
  • the length dimension L of the third electrode 2C and the fourth electrode 2D is set to the same dimension. Further, the length dimension L of the third electrode 2C and the fourth electrode 2D is set to the same dimension as the length dimension L of the first electrode 2A and the second electrode 2B, but may be set to a different dimension. Good.
  • the first electrode 2 ⁇ / b> A, the second electrode 2 ⁇ / b> B, the third electrode 2 ⁇ / b> C, and the fourth electrode 2 ⁇ / b> D are aligned in the direction along the axial direction of the electric wire 10 and along the outer peripheral surface of the electric wire 10.
  • has been placed. 2 represents the axial direction of the electric wire 10.
  • the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D are for the electric wire 10 having a structure in which the conductor 11 is covered with the covering 12, and the covering 12 is removed without removing the covering 12. It arrange
  • the capacitance component formed between the first electrode 2A and the conductor 11 is referred to as a first coupling capacitor 20A
  • the capacitance component formed between the second electrode 2B and the conductor 11 is referred to as a first capacitance.
  • This is called a two-coupling capacity 20B.
  • the capacitance component formed between the third electrode 2C and the conductor 11 is referred to as a third coupling capacitor 20C
  • the capacitance component formed between the fourth electrode 2D and the conductor 11 is the fourth. This is called a coupling capacitor 20D.
  • the sizes (capacitance values) of the first coupling capacitor 20A and the second coupling capacitor 20B are the distances from the first electrode 2A and the second electrode 2B to the surface of the conductor 11, the first electrode 2A, the second electrode 2B, and the conductor. 11 is determined by the dielectric constant of the inclusions (such as the coating 12) interposed between them. Further, the sizes (capacitance values) of the third coupling capacitor 20C and the fourth coupling capacitor 20D are the distances from the third electrode 2C and the fourth electrode 2D to the surface of the conductor 11, and the third electrode 2C and the fourth electrode 2D. And the dielectric constant of an inclusion (such as the coating 12) interposed between the conductor 11 and the conductor 11. That is, the capacitance values of the first coupling capacitor 20A to the fourth coupling capacitor 20D are not constant, but vary depending on the thickness dimension of the coating 12, the material (dielectric constant) of the coating 12, and the like.
  • first electrode 2 ⁇ / b> A and the second electrode 2 ⁇ / b> B and the conductor 11 may be provided with an interval enough to form the first coupling capacitor 20 ⁇ / b> A and the second coupling capacitor 20 ⁇ / b> B. Further, it is only necessary to provide an interval between the third electrode 2C and the fourth electrode 2D and the conductor 11 so that the third coupling capacitor 20C and the fourth coupling capacitor 20D are formed.
  • the probe 100 further includes an insulator 13.
  • the insulator 13 is configured to cover the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D (see FIGS. 3A to 3C). In FIG. 2, the insulator 13 is not shown.
  • Both surfaces in the thickness direction of the insulator 13 are formed in a curved surface forming a part of a cylindrical shape. Note that the cylindrical shape is not an actual component but is used as a description of the shape.
  • both surfaces in the thickness direction of the insulator 13 are formed in a curved surface forming a part of the cylinder, but only one surface on the wire 10 side in the thickness direction of the insulator 13 It may be formed in a curved surface forming a part of a cylindrical shape. In short, at least one surface in the thickness direction of the insulator 13 may be formed in a curved surface forming a part of the cylindrical shape.
  • the probe 100 of this embodiment it becomes easy to fit to the outer peripheral surface of the electric wire 10, and the first coupling capacitance 20A to the fourth coupling generated between each of the first electrode 2A to the fourth electrode 2D and the conductor 11.
  • the capacity 20D can be increased.
  • the thickness direction of the insulator 13 means a direction along the thickness direction of the first electrode 2A as shown in FIG. 3C, for example.
  • the insulator 13 does not have to completely cover the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D.
  • the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and A part of the fourth electrode 2D may be exposed.
  • the probe 100 used in the voltage measuring apparatus 1 of the present embodiment is connected to the first electrode 2A connected to the first capacitor 3A having a known capacitance value and the second capacitor 3B having a known capacitance value.
  • the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D are electrically insulated from each other.
  • a third electrode 2C and a fourth electrode 2D are disposed between the first electrode 2A and the second electrode 2B.
  • the third electrode 2C is arranged next to the first electrode 2A
  • the fourth electrode 2D is arranged next to the second electrode 2B.
  • the probe 100 more preferably further includes an insulator 13 that covers the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode, and the fourth electrode.
  • the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D are formed of a conductive member.
  • the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D are curved according to the shape of the cylindrical outer periphery.
  • the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D are arranged along the cylindrical axial direction (a chain line in FIG. 2), and at least one surface of the insulator 13 is A curved shape along the outer peripheral surface of the cylindrical shape.
  • the electric wire 10 used as the measuring object of the voltage measuring device 1 is arrange
  • the first electrode 2A is electrically connected to the first capacitor 3A included in the voltage measuring device 1.
  • the second electrode 2B is electrically connected to the second capacitor 3B included in the voltage measuring device 1.
  • the third electrode 2C is configured at the same potential as the first electrode 2A. More specifically, the third electrode 2C is electrically connected to the first electrode 2A via the buffer 14 included in the voltage measuring device 1.
  • the fourth electrode 2D is configured at the same potential as the second electrode 2B. More specifically, the fourth electrode 2D is electrically connected to the second electrode 2B via the buffer 15 included in the voltage measuring device 1.
  • a third electrode 2C and a fourth electrode 2D are arranged between the first electrode 2A and the second electrode 2B.
  • the third electrode 2C is disposed next to the first electrode 2A.
  • the fourth electrode 2D is disposed next to the second electrode 2B.
  • the distance between the first electrode 2A and the third electrode 2C and the distance between the second electrode 2B and the fourth electrode 2D are set to the same value, but are different from each other. It may be set. In the present embodiment, the distance between the first electrode 2A and the third electrode 2C and the distance between the third electrode 2C and the fourth electrode 2D are set to different values, but the same It may be set to a value.
  • the voltage measuring apparatus 1 includes a probe 100, a first capacitor 3A, a second capacitor 3B, a first voltage measuring unit 4A, a second voltage measuring unit 4B, a third voltage measuring unit 4C, and an arithmetic processing unit. 5, a buffer 6, an output unit 7, a buffer 14 and a buffer 15.
  • the buffer 6, the buffer 14, and the buffer 15 are referred to as the first buffer 6, the second buffer 14, and the third buffer 15.
  • the voltage measuring device 1 measures the target voltage Vm applied to the conductor 11 of the electric wire 10 by using the coupling capacitance generated between the electrode 2 (first electrode 2A to fourth electrode 2D) and the conductor 11. It is configured. Therefore, the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D are used in a state where they are not in direct contact with the conductor 11.
  • the electric wire 10 is composed of, for example, a single wire (conductor 11) made of metal such as copper or a copper alloy, and an insulator (cover 12) that covers the conductor 11.
  • cover 12 is formed with the synthetic resin material which has electrical insulation, such as a vinyl resin, for example.
  • the first capacitor 3A has a first terminal 30A and a second terminal 31A, and is composed of an electrolytic capacitor, a film capacitor, a ceramic capacitor, or the like as a circuit element having a known capacitance value. Yes.
  • the first terminal 30A of the first capacitor 3A is electrically connected to the first electrode 2A and the first voltage measuring unit 4A.
  • the first terminal 30 ⁇ / b> A of the first capacitor 3 ⁇ / b> A is electrically connected to the input terminal of the second buffer 14.
  • the output terminal of the second buffer 14 is electrically connected to the third electrode 2C.
  • the second terminal 31A of the first capacitor 3A is electrically connected to the output terminal of the first buffer 6 and the third voltage measuring unit 4C.
  • the second capacitor 3B has a first terminal (one terminal) 30B and a second terminal (the other terminal) 31B, and is an electrolytic capacitor, a film capacitor, a ceramic capacitor, or the like as a circuit element having a known capacitance value. It is configured.
  • the first terminal 30B of the second capacitor 3B is electrically connected to the second electrode 2B and the second voltage measurement unit 4B.
  • the first terminal 30 ⁇ / b> B of the second capacitor 3 ⁇ / b> B is electrically connected to the input terminal of the third buffer 15.
  • the output terminal of the third buffer 15 is electrically connected to the fourth electrode 2D.
  • the second terminal 31B of the second capacitor 3B is electrically connected to the reference potential (grounded).
  • the first voltage measuring unit 4A is configured to measure a first voltage V1 that is a potential difference between the reference potential and the first electrode 2A.
  • the second voltage measurement unit 4B is configured to measure a second voltage V2 that is a potential difference between the reference potential and the second electrode 2B.
  • the third voltage measuring unit 4C is configured to measure a potential difference (third voltage V3) between the potential of the second terminal 31A of the first capacitor 3A and the reference potential.
  • the first buffer 6 is preferably composed of any one of a voltage follower circuit, an inverting amplifier circuit, and a non-inverting amplifier circuit.
  • the input terminal of the first buffer 6 is electrically connected to the second electrode 2B, and the output terminal of the first buffer 6 is electrically connected to the second terminal 31A of the first capacitor 3A.
  • the first buffer 6 is configured by a voltage follower circuit.
  • Each of the second buffer 14 and the third buffer 15 is composed of a voltage follower circuit.
  • the input terminal of the second buffer 14 is electrically connected to the first terminal 30A of the first capacitor 3A, the first voltage measuring unit 4A, and the first electrode 2A, and the output terminal of the second buffer 14 is electrically connected to the third electrode 2C.
  • the input terminal of the third buffer 15 is electrically connected to the first terminal 30B of the second capacitor 3B, the second voltage measuring unit 4B, and the second electrode 2B, and the output terminal of the third buffer 15 is electrically connected to the fourth electrode 2D. Connected.
  • the second buffer 14 and the third buffer 15 are configured by a voltage follower circuit.
  • the arithmetic processing unit 5 includes, for example, a microcontroller and a program executed by the microcontroller.
  • the arithmetic processing unit 5 is configured to calculate the target voltage Vm from the measured values of the first voltage V1, the second voltage V2, and the third voltage V3 by executing a program with a microcontroller.
  • the output unit 7 has a display device such as a liquid crystal display, for example, and is configured to display the measured value of the target voltage Vm under the control of the arithmetic processing unit 5 (see FIG. 2).
  • the target voltage Vm is an AC voltage
  • the value displayed on the output unit 7 is, for example, an effective value, an instantaneous value, an amplitude value, or the like of the target voltage Vm.
  • FIGS. 5A and 5B a voltage measuring device of a comparative example will be described based on FIGS. 5A and 5B.
  • the basic configuration of the voltage measuring device of the comparative example is the same as that of the voltage measuring device 1 of the present embodiment.
  • the voltage measuring device of the comparative example is different from the voltage measuring device 1 in that the third electrode 2C, the fourth electrode 2D, the second buffer 14 and the third buffer 15 are not provided.
  • the same reference numerals are given to the same components as those of the voltage measurement device 1, and the description thereof is omitted.
  • the potential v1 of the first electrode 2A and the potential v2 of the second electrode 2B are expressed by the following formula 1. And represented by Formula 2.
  • the target voltage Vm is an AC voltage
  • the potentials v1 and v2 are both AC voltages having the same phase.
  • Cs1 in Expression 1 represents the capacitance value of the first coupling capacitor 20A.
  • Cin1 in Equation 1 represents the capacitance value of the first capacitor 3A.
  • Cs2 in Equation 2 represents the capacitance value of the second coupling capacitor 20B.
  • Cin2 in Equation 2 represents the capacitance value of the second capacitor 3B.
  • the electric charge accumulated in the first capacitor 3A is discharged and the second capacitor 3B is charged, so that the potential v1 of the first electrode 2A is lowered and the second electrode The potential v2 of 2B increases.
  • the target voltage Vm is calculated using Equation 1 and Equation 2.
  • a measurement error of the target voltage Vm may occur.
  • the capacitance Cx is generated between the first electrode 2A and the second electrode 2B, and that the distance between the first electrode 2A and the second electrode 2B is short. Yes.
  • Cx1, Cx2, and Cx3 do not occur
  • the potentials v1 to v4 of the first electrode 2A to the fourth electrode 2D are expressed by the following equations 4 to 7.
  • Cs1 in Expression 4 represents a capacitance value of the first coupling capacitor 20A.
  • Cin1 in Expression 4 represents the capacitance value of the first capacitor 3A.
  • Cs2 in Expression 5 represents the capacitance value of the second coupling capacitor 20B.
  • Cin2 in Expression 5 represents the capacitance value of the second capacitor 3B.
  • a current flows through the capacitance Cx2 generated between the third electrode 2C and the fourth electrode 2D from the relational expression
  • This current does not pass through the capacitances Cx1 and Cx3, and the current path is any one of the third coupling capacitor 20C, the output terminal of the second buffer 14, the fourth coupling capacitor 20D, and the output terminal of the third buffer 15. Become.
  • the target voltage Vm is calculated using the voltage divided by the first capacitor 3A and the first coupling capacitor 20A and the voltage divided by the second capacitor 3B and the second coupling capacitor 20B.
  • the current flowing through the capacitance Cx2 does not pass through the first capacitor 3A and the second capacitor 3B.
  • the expressions 4 and 5 are used.
  • the target voltage Vm it is possible to suppress a measurement error of the target voltage Vm. That is, in the probe 100 of the present embodiment, the measurement error of the target voltage Vm can be further suppressed.
  • the voltage measuring apparatus 1 including the probe 100 divides the capacitive coupling generated between the first electrode 2A and the second electrode 2B between the third electrode 2C and the fourth electrode 2D.
  • the electrode 2C is set to the same potential as the first electrode 2A
  • the fourth electrode 2D is set to the same potential as the second electrode 2B.
  • the first electrode 2A and the second electrode 2B are configured such that one surface (the lower surface in FIG. 4A) of the first electrode 2A and the second electrode 2B is located on the same surface. It is preferable. In other words, it is preferable that the surface of the first electrode 2A facing the electric wire 10 to be measured and the surface of the second electrode 2B facing the electric wire 10 are located on the same surface.
  • the first coupling capacitance 20A between the first electrode 2A and the conductor 11 and the second coupling capacitance 20B between the second electrode 2B and the conductor 11 are set to substantially the same value. It becomes possible to. As a result, the probe 100 of this embodiment can be easily handled as a voltage measurement probe.
  • a circuit configuration showing a part of the voltage measuring apparatus 1 of the present embodiment can be represented by an equivalent circuit shown in FIG. 4B.
  • the first terminal 30A of the first capacitor 3A is capacitively coupled to the conductor 11 via the first electrode 2A and the first coupling capacitor 20A.
  • the first terminal 30B of the second capacitor 3B is capacitively coupled to the conductor 11 via the second electrode 2B and the second coupling capacitor 20B. That is, since the first electrode 2A and the second electrode 2B are capacitively coupled to the conductor 11 via the first coupling capacitor 20A and the second coupling capacitor 20B, respectively, the potential of the first electrode 2A and the potential of the second electrode 2B. Changes in a sine wave shape corresponding to the potential of the conductor 11 (target voltage Vm).
  • the first voltage measurement unit 4A samples (samples) the potential difference (first voltage V1) between the potential of the first electrode 2A and the reference potential, and quantizes each sample value (sampling value). A measurement value (instantaneous value) of one voltage V1 is obtained. The first voltage measuring unit 4A can also calculate the effective value of the first voltage V1 from a plurality of instantaneous values.
  • the second voltage measurement unit 4B samples (samples) the potential difference (second voltage V2) between the potential of the second electrode 2B and the reference potential, and quantizes each sample value (sampling value). The measurement value (instantaneous value) of the two voltages V2 is obtained. The second voltage measuring unit 4B can also calculate the effective value of the second voltage V2 from a plurality of instantaneous values.
  • the third voltage measurement unit 4C samples (samples) the potential difference (third voltage V3) between the potential of the second terminal 31A of the first capacitor 3A and the reference potential, and quantizes each sample value (sampling value). Thus, the measurement value (instantaneous value) of the third voltage V3 is obtained. Note that the third voltage measurement unit 4C can also calculate the effective value of the third voltage V3 from a plurality of instantaneous values.
  • the first voltage measuring unit 4A, the second voltage measuring unit 4B, and the third voltage measuring unit 4C are respectively measured values (the measured value of the first voltage V1, the measured value of the second voltage V2, and the measured value of the third voltage V3). ) To the arithmetic processing unit 5.
  • the arithmetic processing unit 5 stores the measured value of the first voltage V1, the measured value of the second voltage V2, and the measured value of the third voltage V3 in the memory of the microcontroller, and then reads the measured values from the memory.
  • the target voltage Vm is calculated.
  • V1”, “V2”, and “V3” in the following formulas represent the measured value of the first voltage V1, the measured value of the second voltage V2, and the measured value of the third voltage V3, respectively.
  • the capacitance value of the first capacitor 3A is Cin1
  • the capacitance value of the second capacitor 3B is Cin2
  • the capacitance value of the first coupling capacitor 20A is Cs1
  • the capacitance value of the second coupling capacitor 20B is Cs2.
  • the second voltage V2 coincides with a value obtained by dividing the target voltage Vm by the second capacitor 3B and the second coupling capacitor 20B, and is represented by the following Expression 9.
  • V2 ⁇ 2 ⁇ Vm (Formula 9)
  • ⁇ 2 Cs2 / (Cin2 + Cs2)
  • the first voltage V1 is equal to the sum of the value obtained by dividing the difference between the target voltage Vm and the third voltage V3 by the first capacitor 3A and the first coupling capacitor 20A and the third voltage V3. It is represented by 10.
  • ⁇ 1 Cs1 / (Cin1 + Cs1)
  • the two capacitance values Cin1 and Cin2 may be equal to each other, and the capacitance value Cs1 of the first coupling capacitor 20A and the capacitance value Cs2 of the second coupling capacitor 20B may be equal to each other.
  • the capacitance value Cs1 of the first coupling capacitor 20A and the capacitance value Cs2 of the second coupling capacitor 20B become substantially equal values by aligning the shapes, sizes, materials, and the like of the first electrode 2A and the second electrode 2B.
  • the arithmetic processing unit 5 calculates the target voltage Vm by substituting the measured value of the first voltage V1, the measured value of the second voltage V2, and the measured value of the third voltage V3 into the above equation 13. be able to.
  • the arithmetic processing unit 5 uses the following equation (14): The measured value of the third voltage V3 can be calculated from the measured value of the second voltage V2.
  • the arithmetic processing unit 5 can calculate the target voltage Vm using at least the measured value of the first voltage V1 and the measured value of the second voltage V2. Therefore, the voltage measurement apparatus 1 of the present embodiment may not include the third voltage measurement unit 4C.
  • the first buffer 6 is configured by a voltage follower circuit and the case where the first buffer 6 is configured by an inverting amplifier circuit.
  • the output terminal of the operational amplifier is electrically and directly connected to the inverting input terminal of the operational amplifier. Therefore, compared to an inverting amplifier circuit that connects a feedback resistor between the input terminal and the output terminal of the operational amplifier. The error of the amplification degree ⁇ is reduced. Therefore, when the voltage follower circuit is used for the first buffer 6, the accuracy when calculating the third voltage V3 from the second voltage V2 is improved as compared with the case where the inverting amplifier circuit is used for the first buffer 6. Can be planned.
  • the first voltage V1 and the second voltage are measured by the first voltage measuring unit 4A and the second voltage measuring unit 4B in a state where the target voltage Vm is applied to the conductor 11.
  • Each V2 is measured.
  • the arithmetic processing unit 5 calculates the target voltage Vm using the first voltage V1 and the second voltage V2. Therefore, the voltage measuring apparatus 1 of the present embodiment does not need to measure the first voltage V1 and the second voltage V2 in a state where the AC test voltage is applied to the conductor 11. For this reason, the voltage measuring apparatus 1 of the present embodiment does not require a configuration for generating an AC test voltage, and thus can be easily downsized.
  • the arithmetic processing unit 5 includes the third voltage V3 (reference potential and the second terminal 31A of the first capacitor 3A) in addition to the first voltage V1 and the second voltage V2.
  • the target voltage Vm is calculated using the potential difference with respect to the potential.
  • the third voltage V3 may be calculated by the arithmetic processing unit 5 from the second voltage V2, or may be measured by the third voltage measuring unit 4C.
  • the first capacitor 3A and the second capacitor 3B are configured such that the ratio ⁇ 1 between the capacitance Cin1 of the first capacitor 3A and the first coupling capacitor 20A (capacitance value Cs1) is
  • the capacitance Cin2 of the two capacitors 3B and the ratio ⁇ 2 of the second coupling capacitor 20B (capacitance value Cs2 thereof) are preferably configured to be equal.
  • the first capacitor 3A and the second capacitor 3B are configured to have the same electrostatic capacitances Cin1 and Cin2.
  • the first electrode 2A and the second electrode 2B are preferably configured to make the first coupling capacitance 20A (the capacitance value Cs1) equal to the second coupling capacitance 20B (the capacitance value Cs2).
  • the voltage measuring device 1 of the present embodiment is configured as described above, an arithmetic expression for calculating the target voltage Vm can be simplified, so that the processing time of the arithmetic processing unit 5 is shortened and the target voltage Vm is calculated. The measurement accuracy can be improved.
  • both the coating 12 and the insulator 13 are interposed between the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, the fourth electrode 2D, and the conductor 11.
  • One of the coating 12 and the insulator 13 may be interposed between the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, the fourth electrode 2D, and the conductor 11.
  • Each of the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D is disposed inside the clamp made of synthetic resin, and is disposed in the vicinity of the covering 12 by sandwiching the electric wire 10 with this clamp. You may be comprised so that.
  • the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D are provided separately from the main body 200 (see FIG. 2) of the voltage measuring device 1, and are electrically connected to the main body 200 and a cable (coaxial cable). However, it may be provided integrally with the main body 200.
  • the first electrode 2A and the third electrode 2C are electrically connected to the main body 200 via a single coaxial cable, and the second electrode 2B and the fourth electrode 2D are connected to the main body 200 via a single coaxial cable. Electrically connected.
  • the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D are electrically connected to the main body 200 via two coaxial cables.
  • the first electrode 2A is electrically connected to the core wire of one coaxial cable
  • the third electrode 2C is electrically connected to the shield wire of this coaxial cable.
  • the second electrode 2B is electrically connected to the core wire of the other coaxial cable
  • the fourth electrode 2D is electrically connected to the shield wire of this coaxial cable.
  • Each of the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D may be formed of a flexible plate-like conductive member. In this case, it is desirable that the insulator 13 has flexibility.
  • the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D are flexible plates and are formed of a conductive member, and the insulator 13 is flexible. You may have.
  • the probe 100 can be brought into close contact with the electric wire 10 regardless of the shape and outer diameter of the electric wire 10, and each of the first electrode 2A to the fourth electrode 2D, the conductor 11, and the like.
  • the shape of the insulator 13 is not particularly limited, but the insulator 13 is preferably formed in a plate shape so that the probe 100 is in close contact with the electric wire 10.
  • Each of the first electrode 2A, the second electrode 2B, the third electrode 2C, and the fourth electrode 2D may be formed of a plate-like conductive member.
  • the probe 100 can be brought into contact with (pressed against) the surface of the electric wire 10 regardless of the shape and outer diameter of the electric wire 10, and the first electrode 2A to the fourth electrode 2D.
  • the first coupling capacitance 20A to the fourth coupling capacitance 20D generated between each of the first and second conductors 11 can be increased.
  • the application example of the probe 100 of the present embodiment is not limited to the circuit configuration used in the above description, and performs voltage division using two electrodes and two or more capacitors (capacitors whose capacitance values are known). Applicable to all circuit configurations.
  • the insulator 13 is disposed between the first electrode 2 ⁇ / b> A and the second electrode 2 ⁇ / b> B and the outer peripheral surface of the electric wire 10 at a portion facing the outer peripheral surface of the electric wire 10.
  • the point from which the spacer 17 which forms the gas layer 16 is provided differs from the probe 100 of Embodiment 1.
  • FIG. since structures other than the gas layer 16 and the spacer 17 are common to the structure of the probe 100 of Embodiment 1, the same code
  • the gas layer 16 includes an air layer.
  • the gas layer 16 is formed by the spacer 17 projecting toward the electric wire 10 side from the facing surfaces of the first electrode 2A and the second electrode 2B facing the electric wire 10.
  • the gas layer 16 is provided between the first electrode 2A and the second electrode 2B and the outer peripheral surface of the electric wire 10, but at least of the first electrode 2A and the second electrode 2B. It may be provided between one side and the outer peripheral surface of the electric wire 10. That is, the insulator 13 has a spacer 17 that forms a gas layer 16 between at least one of the first electrode 2 ⁇ / b> A and the second electrode 2 ⁇ / b> B and the outer peripheral surface of the electric wire 10 at a portion facing the outer peripheral surface of the electric wire 10. Is provided.
  • the 1st electrode 2A, the 2nd electrode 2B, and the electric wire 10 are present. It is possible to reduce the dielectric loss tangent of the insulator 13 existing between the outer peripheral surface of the insulator 13 and the insulator 13. Therefore, in the probe 100 of this embodiment, it is possible to improve the measurement accuracy of the target voltage Vm.
  • the voltage measuring apparatus 1 of the present embodiment is different from the voltage measuring apparatus 1 of the first embodiment in that the controller 8 and the switching unit 9 are provided.
  • the circuit configuration other than the control unit 8 and the switching unit 9 is common to the circuit configuration of the voltage measurement device 1 of the first embodiment, the same components are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted.
  • the switching unit 9 is composed of an analog switch having one common contact 90 and two switching contacts 91 and 92, for example.
  • the switching unit 9 is not limited to an analog switch, and may be configured by, for example, a mechanical relay such as an electromagnetic relay or a semiconductor relay.
  • the common contact 90 is electrically connected to the second terminal 31A of the first capacitor 3A.
  • One switching contact (first switching contact) 91 is electrically connected to the output terminal of the first buffer 6.
  • the other switching contact (second switching contact) 92 is electrically connected to the reference potential (grounded).
  • the switching unit 9 can switch between a state in which the common contact 90 is connected to the first switching contact 91 (first connection state) and a state in which the common contact 90 is connected to the second switching contact 92 (second connection state). It is configured.
  • the control unit 8 is configured to control the switching unit 9 in response to an instruction from the arithmetic processing unit 5 and to switch the switching unit 9 between the first connection state and the second connection state.
  • the control unit 8 may be configured by a microcontroller that constitutes the arithmetic processing unit 5, or may be configured by a logic circuit independent of the arithmetic processing unit 5.
  • the output unit 7 is connected to the arithmetic processing unit 5 via the control unit 8, but the output unit 7 may be directly connected to the arithmetic processing unit 5.
  • FIG. 8 shows processing of the arithmetic processing unit 5.
  • the arithmetic processing unit 5 instructs the control unit 8 to switch the switching unit 9 to the second connection state (step S1).
  • the arithmetic processing unit 5 causes the first voltage measuring unit 4A and the second voltage measuring unit 4B to measure the first voltage V1 and the second voltage V2, and the first voltage V1 and the second voltage V2. Are measured (step S2).
  • the arithmetic processing unit 5 stores the acquired measurement value in a memory.
  • the arithmetic processing unit 5 instructs the control unit 8 to switch the switching unit 9 to the first connection state (step S3).
  • the arithmetic processing unit 5 supplies the first voltage V1, the second voltage V2, and the third voltage V3 to the first voltage measurement unit 4A, the second voltage measurement unit 4B, and the third voltage measurement unit 4C. Measurement is performed, and measured values of the first voltage V1, the second voltage V2, and the third voltage V3 are captured (step S4).
  • the arithmetic processing unit 5 stores the acquired measurement value in a memory.
  • the calculation processing unit 5 reads the measurement value stored in the memory and calculates the target voltage Vm by the following calculation (step S5).
  • V1b ⁇ 1 ⁇ Vmb (Formula 15)
  • V2b ⁇ 2 ⁇ Vmb (Expression 16)
  • Equation 19 Substituting Equation 17 into Equation 19 and rearranging results in the following Equation 20.
  • the target voltage Vma in the first connection state and the target voltage Vmb in the second connection state can be obtained from the following formulas 22 and 23 obtained by substituting the formula 21 into the formulas 19 and 15, respectively.
  • the third voltage measurement is performed.
  • the portion 4C may not be provided.
  • the wiring (cable) connecting the first electrode 2A and the second electrode 2B and the ground (ground potential) or connecting the first electrode 2A and the second electrode 2B to the main body 200 Stray capacitance may occur between the ground and the ground.
  • the stray capacitance generated between the first electrode 2A or the wiring from the first electrode 2A to the main body 200 and the reference potential is referred to as a first stray capacitance 21A.
  • the stray capacitance generated between the second electrode 2B or the wiring from the second electrode 2B to the main body 200 and the reference potential is referred to as a second stray capacitance 21B (see FIG. 9).
  • the first stray capacitance 21A and the second stray capacitance 21B have non-negligible values with respect to the capacitance values of the first capacitor 3A and the second capacitor 3B and the capacitance values of the first coupling capacitance 20A and the second coupling capacitance 20B. If it has, the calculation described in the first and third embodiments causes a decrease in measurement accuracy.
  • the voltage measuring apparatus 1 of the present embodiment is configured to suppress a decrease in measurement accuracy by calculating the target voltage Vm in consideration of the first stray capacitance 21A and the second stray capacitance 21B.
  • the capacitance value of the first stray capacitance 21A is Cf1
  • the capacitance value of the second stray capacitance 21B is Cf2.
  • the capacitance value Cf1 of the first stray capacitance 21A is equal to the capacitance value Cf2 of the second stray capacitance 21B.
  • FIG. 9 shows an equivalent circuit of the voltage measuring apparatus 1 of the present embodiment, in which the first electrode 2A, the second electrode 2B, the first capacitor 3A, the second capacitor 3B, the first coupling capacitance 20A, the second coupling capacitance 20B, A portion including only the first stray capacitance 21A and the second stray capacitance 21B is shown.
  • the target voltage Vm is divided by the parallel circuit of the second capacitor 3B and the second stray capacitance 21B and the second coupling capacitor 20B. It is represented by Formula 24.
  • first voltage V1 and the second voltage V2 are expressed as the following Expression 26 and Expression 27 using the voltage dividing ratios ⁇ m and ⁇ r.
  • Equation 30 1 ⁇ (V1 ⁇ V2) / V3 (Formula 29) ⁇ m is expressed as Equation 30 below by eliminating Cs1 from Equation 24 and Equation 25 and substituting Equation 29.
  • the target voltage Vm is obtained from the following equation 31 from the equations 27 and 30.
  • the arithmetic processing unit 5 can calculate the target voltage Vm.
  • a program (correction program) for performing processing for calculating the capacitance value Cf1 (or Cf2) is stored in the memory of the microcontroller constituting the arithmetic processing unit 5. It is preferable.
  • the correction program is executed by the microcontroller of the arithmetic processing unit 5 in a state where an AC reference voltage having a known voltage value (target voltage Vm) is applied to the conductor 11.
  • the arithmetic processing unit 5 calculates the measured value of the first voltage V1, the measured value of the second voltage V2, the measured value of the third voltage V3, the capacitance value Cin1 of the first capacitor 3A, and the voltage value of the target voltage Vm.
  • the capacitance value Cf1 is calculated using the above equation 31.
  • the arithmetic processing unit 5 (microcontroller) stores the calculated capacitance value Cf1 in the memory of the microcontroller, and then ends the execution of the correction program.
  • the voltage measuring apparatus 1 of the present embodiment calculates the capacitance value Cf1 of the first stray capacitance 21A in advance as described above, so that even when the first stray capacitance 21A and the second stray capacitance 21B exist. Therefore, it is possible to suppress a decrease in measurement accuracy of the target voltage Vm.
  • the voltage measuring apparatus 1 of the third embodiment between the first electrode 2A and the second electrode 2B and the ground, or between the wiring connecting the first electrode 2A and the second electrode 2B to the main body 200 and the ground.
  • the first stray capacitance 21A and the second stray capacitance 21B may occur.
  • the voltage measuring apparatus 1 calculates the target voltage Vma in the first connection state and the target voltage Vmb in the second connection state in consideration of the first stray capacitance 21A and the second stray capacitance 21B. , Configured to suppress a decrease in measurement accuracy.
  • the capacitance value of the first stray capacitance 21A is Cf1
  • the capacitance value of the second stray capacitance 21B is Cf2.
  • the partial pressure ratio ⁇ 1m is expressed by the following equation 32.
  • V2b ⁇ 2m ⁇ Vmb (Formula 36)
  • Equation 40 Equation 40 below.
  • ⁇ 1m is expressed as the following Expression 42 by deleting Cs1 from Expression 32 and Expression 34 and substituting Expression 41.
  • the target voltage Vma in the first connection state is obtained from the following equation 43 obtained by substituting the equations 37 and 42 into the equation 39.
  • the target voltage Vmb in the second connection state is obtained from the following formula 44 obtained by substituting the formula 42 into the formula 35.
  • the arithmetic processing unit 5 can calculate the target voltages Vma and Vmb, respectively. However, similarly to the fourth embodiment, it is preferable that the arithmetic processing unit 5 calculates the capacitance value Cf1 of the first stray capacitance 21A in advance by executing the correction program.
  • the third electrode 2C is configured at the same potential as the first electrode 2A
  • the fourth electrode 2D is configured at the same potential as the second electrode 2B.
  • a third electrode 2C and a fourth electrode 2D are disposed between the first electrode 2A and the second electrode 2B.
  • the third electrode 2C is arranged next to the first electrode 2A
  • the fourth electrode 2D is arranged next to the second electrode 2B.
  • the current flowing through the electrostatic capacitance between the third electrode 2C and the fourth electrode 2D does not pass through the first capacitor 3A and the second capacitor 3B. Therefore, with the probe of the present disclosure, it is possible to further suppress the measurement error of the target voltage.
  • the voltage measuring device 1 includes the probe 100, the first capacitor 3A, the second capacitor 3B, the first voltage measuring unit 4A, the second voltage measuring unit 4B, and the arithmetic processing unit 5. . Thereby, in the voltage measurement apparatus 1 of this indication, the voltage measurement apparatus 1 which has the probe 100 which can suppress the measurement error of object voltage more can be provided.
  • the probe and voltage measuring device of the present disclosure are useful because they can further suppress measurement errors of the target voltage.

Abstract

本開示のプローブは、容量値が既知である第１コンデンサに接続される第１電極と、容量値が既知である第２コンデンサに接続される第２電極と、第１電極と同電位である第３電極と、第２電極と同電位である第４電極と、を有する。そして、第１電極、第２電極、第３電極及び第４電極は互いに電気的に絶縁されており、第１電極と第２電極との間には、第３電極と第４電極とが配置され、第３電極は、第１電極の隣に配置され第４電極は、第２電極の隣に配置されている。

Description

プローブ及びそれを用いた電圧測定装置
　本開示は、一般に、プローブ及びそれを用いた電圧測定装置に関する。本開示は、より詳細には、電線の導体に印加された交流電圧を非接触で測定するプローブ及びそれを用いた電圧測定装置に関する。
　従来、交流電圧が印加された電線の導体に直接接続することなく、電極と導体との間に生じる結合容量を利用して交流電圧を測定する非接触電圧測定装置が知られている（特許文献１）。
　上記非接触電圧測定装置は、第１電極と導体との間の結合容量と第１コンデンサとで分圧された電圧、上記結合容量と第２コンデンサとで分圧された電圧、及び第２電極と導体との間の結合容量と第３コンデンサとで分圧された電圧を用いて、交流電圧を算出する。
特開２００６－８４３８０号公報
　本開示のプローブは、容量値が既知である第１コンデンサに接続される第１電極と、容量値が既知である第２コンデンサに接続される第２電極と、第１電極と同電位である第３電極と、第２電極と同電位である第４電極と、を有する。そして、第１電極、第２電極、第３電極及び第４電極は互いに電気的に絶縁されており、第１電極と第２電極との間には、第３電極と第４電極とが配置され、第３電極は、第１電極の隣に配置され第４電極は、第２電極の隣に配置されている。
　本開示の電圧測定装置は、上記プローブと、第１コンデンサと、第２コンデンサと、第１電圧測定部と、第２電圧測定部と、演算処理部と、を有する。第１電極は、測定対象となる導体と間隔を空けて対向し、かつ、導体との間に第１結合容量が生じるように構成される。第２電極は、導体と間隔を空けて対向し、かつ、導体との間に第２結合容量が生じるように構成される。第１コンデンサは、第１端子と第２端子とを有し、第１端子は、第１電極と電気的に接続され、第２端子は、第２電極と電気的に接続するように構成される。第２コンデンサは、第３端子と第４端子を有し、第３端子は、第２電極と電気的に接続され、第４端子は、基準電位と電気的に接続するように構成される。第１電圧測定部は、第１電極の電位と基準電位との電位差である第１電圧を測定するように構成され、第２電圧測定部は、第２電極の電位と基準電位との電位差である第２電圧を測定するように構成される。演算処理部は、第１電圧及び第２電圧を用いて、導体の電位と基準電位との電位差である対象電圧を演算するように構成されている。
図１は、実施形態１に係るプローブを備えた電圧測定装置のブロック図である。 図２は、実施形態１に係る電圧測定装置の使用状態を説明するための概念図である。 図３Ａは、実施形態１に係るプローブの平面図である。 図３Ｂは、図３ＡのＸ－Ｘ断面図である。 図３Ｃは、図３ＡのＹ－Ｙ断面図である。 図４Ａは、実施形態１に係る電圧測定装置の一部を示す模式図である。 図４Ｂは、実施形態１に係る電圧測定装置の等価回路の一部を示す回路図である。 図５Ａは、比較例の電圧測定装置の一部を示す模式図である。 図５Ｂは、比較例の電圧測定装置の等価回路の一部を示す回路図である。 図６は、実施形態２に係るプローブの断面図である。 図７は、実施形態３に係る電圧測定装置のブロック図である。 図８は、実施形態３に係る電圧測定装置の動作を示すフローチャートである。 図９は、実施形態４及び実施形態５に係る電圧測定装置の等価回路の一部を示す回路図である。
　本開示の実施の形態の説明に先立ち、従来の装置における問題点を簡単に説明する。
　上述した従来の非接触電圧測定装置を含む、測定対象である交流電圧（対象電圧）を非接触で測定する電圧測定装置に用いられるプローブでは、対象電圧の測定誤差を、より抑制することが望まれている。
　以下、本開示の実施形態に係るプローブ１００について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各実施形態のプローブ１００を用いた電圧測定装置１は、図１に示すように、系統電源（商用交流電源）から負荷へ交流電力を供給するための電線１０の電圧を測定する用途に用いられる。つまり、各実施形態の電圧測定装置１は、電線１０の導体１１に印加される、５０［Ｈｚ］又は６０［Ｈｚ］の交流電圧を対象電圧Ｖｍとする。ただし、電圧測定装置１は、交流電圧を対象電圧Ｖｍとする構成であればよく、対象電圧Ｖｍを系統電源から供給される交流電圧に限定する趣旨ではない。また、電圧測定装置１は、交流電力を供給するための一対の電線の線間電圧ではなく、基準電位（例えば、グランド電位）に対する、一方の電線１０の導体１１の電位、すなわち、導体１１の電位と基準電位との電位差を対象電圧Ｖｍとする。
　（実施形態１）
　以下、本実施形態のプローブ１００について、図１～図４を参照しながら説明する。プローブ１００は、電圧測定装置１に用いられる。電圧測定装置１は、電線１０の導体１１に印加された対象電圧Ｖｍを測定するように構成されている。なお、電圧測定装置１の詳細については、後述する。
　プローブ１００は、電圧測定用の電極２を備えている。電極２は、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄを有している。第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、互いに電気的に絶縁されている。
　第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの各々は、円筒の一部をなす曲面状の導電部材（例えば、銅など）により形成されている（図１，２参照）。要するに、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの各々は、電線１０の外周面に沿って湾曲するように構成されている。
　つまり、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの各々は、円筒形の一部をなす曲面状の導電部材により形成されている。そして、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、その円筒形（電線１０が配置される領域）の軸方向に沿った方向に並んでいる。さらに、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの各々は、その円筒形の外周面に沿って配置されている。プローブ１００は、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄを覆う絶縁体１３をさらに有する。
　絶縁体の厚み方向の少なくとも一面は、円筒形の一部をなす曲面状に形成されている。
　第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂは、同じ大きさに形成されている。第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、同じ大きさに形成されている。また、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂよりも小さく形成されている（図３Ａ，図３Ｂ参照）。
　第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂの長さ寸法Ｌ（図３Ｃ参照）は、同じ寸法に設定されている。第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの長さ寸法Ｌは、同じ寸法に設定されている。また、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの長さ寸法Ｌは、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂの長さ寸法Ｌと同じ寸法に設定されているが、異なる寸法に設定されていてもよい。
　第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、図２に示すように、電線１０の軸方向に沿った方向に並び、かつ、電線１０の外周面に沿って配置されている。なお、図２中の一点鎖線は、電線１０の軸方向を表している。
　第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、導体１１が被覆１２にて覆われた構造の電線１０を対象に、被覆１２を取り除くことなく、被覆１２越しに導体１１と対向するように配置される。したがって、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄから導体１１までの距離は、被覆１２の厚み寸法にほぼ等しくなる。このように、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、導体１１に対して被覆１２の厚み寸法の分だけ間隔を空けて配置されることにより、導体１１に対して容量結合される。
　ここで、第１電極２Ａと導体１１との間に形成される静電容量成分を第１結合容量２０Ａと呼び、第２電極２Ｂと導体１１との間に形成される静電容量成分を第２結合容量２０Ｂと呼ぶ。また、第３電極２Ｃと導体１１との間に形成される静電容量成分を第３結合容量２０Ｃと呼び、第４電極２Ｄと導体１１との間に形成される静電容量成分を第４結合容量２０Ｄと呼ぶ。
　第１結合容量２０Ａ及び第２結合容量２０Ｂの大きさ（容量値）は、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂから導体１１の表面までの距離と、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂと導体１１との間に介在する介在物（被覆１２など）の誘電率によって決まる。また、第３結合容量２０Ｃ及び第４結合容量２０Ｄの大きさ（容量値）は、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄから導体１１の表面までの距離と、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄと導体１１との間に介在する介在物（被覆１２など）の誘電率によって決まる。つまり、第１結合容量２０Ａ～第４結合容量２０Ｄの容量値は一定ではなく、被覆１２の厚み寸法や被覆１２の材質（誘電率）などによって変化する。
　なお、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂと導体１１との間には、第１結合容量２０Ａ及び第２結合容量２０Ｂが形成される程度の間隔が設けられていればよい。また、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄと導体１１との間には、第３結合容量２０Ｃ及び第４結合容量２０Ｄが形成される程度の間隔が設けられていればよい。
　また、プローブ１００は、絶縁体１３をさらに備えている。絶縁体１３は、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄを覆うように構成されている（図３Ａ～図３Ｃ参照）。なお、図２では、絶縁体１３の図示を省略している。
　絶縁体１３の厚み方向の両面は、円筒形の一部をなす曲面状に形成されている。なお、円筒形は実在する構成要素ではなく、形状の説明として用いている。本実施形態のプローブ１００では、絶縁体１３の厚み方向の両面が、上記円筒の一部をなす曲面状に形成されているが、絶縁体１３の厚み方向の電線１０側の一面だけが、上記円筒形の一部をなす曲面状に形成されてもよい。要するに、絶縁体１３の厚み方向の少なくとも一面は、上記円筒形の一部をなす曲面状に形成されていればよい。これにより、本実施形態のプローブ１００では、電線１０の外周面にフィットしやすくなり、第１電極２Ａ～第４電極２Ｄの各々と導体１１との間に生じる第１結合容量２０Ａ～第４結合容量２０Ｄを増加させることができる。その結果、本実施形態のプローブ１００では、対象電圧Ｖｍの測定精度の向上を図ることが可能になる。なお、絶縁体１３の厚み方向とは、例えば、図３Ｃに示すように、第１電極２Ａの厚み方向に沿った方向を意味する。
　絶縁体１３は、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄを、完全に覆う必要はなく、例えば、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの一部（図３Ｂでは、下面）が露出するように構成されていてもよい。
　つまり、本実施の形態の電圧測定装置１に用いられるプローブ１００は、容量値が既知である第１コンデンサ３Ａに接続される第１電極２Ａと、容量値が既知である第２コンデンサ３Ｂに接続される第２電極２Ｂと、第１電極２Ａと同電位である第３電極２Ｃと、第２電極２Ｂと同電位である第４電極２Ｄと、を有する。そして、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは互いに電気的に絶縁されている。第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間には、第３電極２Ｃと第４電極２Ｄとが配置されている。第３電極２Ｃは、第１電極２Ａの隣に配置され、第４電極２Ｄは、第２電極２Ｂの隣に配置されている。
　そして、プローブ１００は、より好ましくは、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極及び第４電極を覆う絶縁体１３をさらに有する。第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、導電部材により形成されている。第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、円筒形の外周の形状に応じて湾曲している。第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、円筒形の軸方向（図２中の一点鎖線）に沿って並んでおり、絶縁体１３の少なくとも１つの面は、円筒形の外周面に沿った曲面形状である。
　なお、電圧測定装置１の測定対象となる電線１０が上述した円筒形の領域に配置される。
　次に、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極及び第４電極の電位について説明する。
　第１電極２Ａは、電圧測定装置１に含まれる第１コンデンサ３Ａと電気的に接続される。
　第２電極２Ｂは、電圧測定装置１に含まれる第２コンデンサ３Ｂと電気的に接続される。
　第３電極２Ｃは、第１電極２Ａと同電位に構成されている。具体的に説明すると、第３電極２Ｃは、電圧測定装置１に含まれるバッファ１４を介して、第１電極２Ａと電気的に接続されている。
　第４電極２Ｄは、第２電極２Ｂと同電位に構成されている。具体的に説明すると、第４電極２Ｄは、電圧測定装置１に含まれるバッファ１５を介して、第２電極２Ｂと電気的に接続されている。
　第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間には、第３電極２Ｃと第４電極２Ｄとが配置されている。第３電極２Ｃは、第１電極２Ａの隣に配置されている。第４電極２Ｄは、第２電極２Ｂの隣に配置されている。
　本実施形態では、第１電極２Ａと第３電極２Ｃとの間の距離と、第２電極２Ｂと第４電極２Ｄとの間の距離とが、同じ値に設定されているが、異なる値に設定されていてもよい。また、本実施形態では、第１電極２Ａと第３電極２Ｃとの間の距離と、第３電極２Ｃと第４電極２Ｄとの間の距離とが、異なる値に設定されているが、同じ値に設定されていてもよい。
　以下、本実施形態の電圧測定装置１について、図１～図４Ｂを参照しながら詳細に説明する。
　電圧測定装置１は、図１に示すように、プローブ１００、第１コンデンサ３Ａ、第２コンデンサ３Ｂ、第１電圧測定部４Ａ、第２電圧測定部４Ｂ、第３電圧測定部４Ｃ、演算処理部５、バッファ６、出力部７、バッファ１４及びバッファ１５などを備えている。なお、以下では、説明の便宜上、バッファ６、バッファ１４、バッファ１５を、第１バッファ６、第２バッファ１４、第３バッファ１５と呼ぶ。
　電圧測定装置１は、電線１０の導体１１に印加された対象電圧Ｖｍを、電極２（第１電極２Ａ～第４電極２Ｄ）と導体１１との間に生じる結合容量を利用して測定するように構成されている。そのため、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、導体１１に直接接触しない状態で使用される。電線１０は、例えば、銅又は銅合金などの金属製の単線（導体１１）と、導体１１を覆う絶縁体（被覆１２）とで構成される。なお、被覆１２は、例えば、ビニル樹脂などの電気絶縁性を有する合成樹脂材料で形成されることが好ましい。
　第１コンデンサ３Ａは、図１に示すように、第１端子３０Ａと第２端子３１Ａとを有し、容量値が既知である回路素子としての電解コンデンサ、フィルムコンデンサ、セラミックコンデンサなどで構成されている。
　第１コンデンサ３Ａの第１端子３０Ａは、第１電極２Ａ及び第１電圧測定部４Ａと電気的に接続されている。また、第１コンデンサ３Ａの第１端子３０Ａは、第２バッファ１４の入力端子と電気的に接続されている。第２バッファ１４の出力端子は、第３電極２Ｃと電気的に接続されている。第１コンデンサ３Ａの第２端子３１Ａは、第１バッファ６の出力端子及び第３電圧測定部４Ｃと電気的に接続されている。
　第２コンデンサ３Ｂは、第１端子（一方の端子）３０Ｂと第２端子（他方の端子）３１Ｂとを有し、容量値が既知である回路素子としての電解コンデンサ、フィルムコンデンサ、セラミックコンデンサなどで構成されている。
　第２コンデンサ３Ｂの第１端子３０Ｂは、第２電極２Ｂ及び第２電圧測定部４Ｂと電気的に接続されている。また、第２コンデンサ３Ｂの第１端子３０Ｂは、第３バッファ１５の入力端子と電気的に接続されている。第３バッファ１５の出力端子は、第４電極２Ｄと電気的に接続されている。第２コンデンサ３Ｂの第２端子３１Ｂは、基準電位と電気的に接続されている（接地されている）。
　第１電圧測定部４Ａは、基準電位と第１電極２Ａとの電位差である第１電圧Ｖ１を測定するように構成されている。同様に、第２電圧測定部４Ｂは、基準電位と第２電極２Ｂとの電位差である第２電圧Ｖ２を測定するように構成されている。第３電圧測定部４Ｃは、第１コンデンサ３Ａの第２端子３１Ａの電位と基準電位との電位差（第３電圧Ｖ３）を測定するように構成されている。
　第１バッファ６は、ボルテージフォロワ回路、反転増幅回路、若しくは非反転増幅回路のいずれかで構成されることが好ましい。第１バッファ６の入力端子が第２電極２Ｂと電気的に接続され、第１バッファ６の出力端子が第１コンデンサ３Ａの第２端子３１Ａと電気的に接続されている。なお、以下の説明においては、第１バッファ６がボルテージフォロワ回路で構成されていることとする。
　第２バッファ１４及び第３バッファ１５の各々は、ボルテージフォロワ回路で構成されている。第２バッファ１４の入力端子が第１コンデンサ３Ａの第１端子３０Ａ、第１電圧測定部４Ａ及び第１電極２Ａと電気的に接続され、第２バッファ１４の出力端子が第３電極２Ｃと電気的に接続されている。第３バッファ１５の入力端子が第２コンデンサ３Ｂの第１端子３０Ｂ、第２電圧測定部４Ｂ及び第２電極２Ｂと電気的に接続され、第３バッファ１５の出力端子が第４電極２Ｄと電気的に接続されている。なお、以下の説明においては、第２バッファ１４及び第３バッファ１５がボルテージフォロワ回路で構成されていることとする。
　演算処理部５は、例えば、マイクロコントローラと、このマイクロコントローラで実行されるプログラムとで構成されている。演算処理部５は、マイクロコントローラでプログラムを実行することにより、第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２及び第３電圧Ｖ３それぞれの測定値から対象電圧Ｖｍを演算するように構成されている。
　出力部７は、例えば、液晶表示器などの表示デバイスを有し、演算処理部５に制御されて対象電圧Ｖｍの測定値を表示するように構成されている（図２参照）。ただし、対象電圧Ｖｍは交流電圧であるから、出力部７に表示される値は、例えば、対象電圧Ｖｍの実効値、瞬時値、振幅値などである。
　以下、比較例の電圧測定装置について、図５Ａ，図５Ｂに基づいて説明する。
　比較例の電圧測定装置の基本構成は、本実施形態の電圧測定装置１と同じ構成である。比較例の電圧測定装置は、第３電極２Ｃ、第４電極２Ｄ、第２バッファ１４及び第３バッファ１５を備えていない点が、電圧測定装置１と相違する。なお、比較例の電圧測定装置では、電圧測定装置１と共通する構成要素に同一の符号を付して説明を省略する。
　比較例の電圧測定装置では、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間に静電容量Ｃxが生じない場合、第１電極２Ａの電位ｖ１及び第２電極２Ｂの電位ｖ２が下記の式１及び式２で表される。なお、対象電圧Ｖｍが交流電圧の場合、電位ｖ１，ｖ２は、ともに同位相の交流電圧となる。また、式１のＣs1は、第１結合容量２０Ａの容量値を表している。式１のＣin1は、第１コンデンサ３Ａの容量値を表している。式２のＣs2は、第２結合容量２０Ｂの容量値を表している。式２のＣin2は、第２コンデンサ３Ｂの容量値を表している。
　ｖ１＝Ｖｍ×Ｃs1／（Ｃs1＋Ｃin1）　…（式１）
　ｖ２＝Ｖｍ×Ｃs2／（Ｃs2＋Ｃin2）　…（式２）
　第１結合容量２０Ａ，第２結合容量２０Ｂの容量値Ｃs1，Ｃs2が同じ値で、かつ、第２コンデンサ３Ｂの容量値Ｃin2が第１コンデンサ３Ａの容量値Ｃin1よりも大きい場合は、上記式１及び式２より下記の式３の関係式が得られる。
　｜ｖ１｜＞|ｖ２|　…（式３）
　まず、比較例の電圧測定装置において、ｖ１＞０，ｖ２＞０である場合を考える。比較例の電圧測定装置では、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間に静電容量Ｃxが生じる場合、ｖ１＞ｖ２の関係式により、第１電極２Ａから第２電極２Ｂへ電流が流れる。この電流の一部は、第１コンデンサ３Ａを基準電位側から第１電極２Ａ側に流れる。また、この電流の一部は、第２コンデンサ３Ｂを第２電極２Ｂ側から基準電位側に流れる。これにより、比較例の電圧測定装置では、第１コンデンサ３Ａに蓄積された電荷が放電され、かつ、第２コンデンサ３Ｂが充電されるので、第１電極２Ａの電位ｖ１が低下し、第２電極２Ｂの電位ｖ２が上昇する。
　次に、比較例の電圧測定装置において、ｖ１＜０，ｖ２＜０である場合を考える。この場合、比較例の電圧測定装置では、上記電流が、ｖ１＞０，ｖ２＞０である場合とは逆向きに流れるので、第１電極２Ａの電位ｖ１が上昇し、第２電極２Ｂの電位ｖ２が低下する。
　したがって、比較例の電圧測定装置では、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間に静電容量Ｃxが生じる（存在する）場合、式１及び式２を用いて対象電圧Ｖｍを算出するときに、対象電圧Ｖｍの測定誤差が生じるおそれがある。なお、本実施形態では、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間に静電容量Ｃxが生じる場合として、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間の距離が短い場合を想定している。
　以下、本実施形態の電圧測定装置１について、図４Ａ，４Ｂに基づいて説明する。
　本実施形態の電圧測定装置１では、第１電極２Ａと第３電極２Ｃの間、第２電極２Ｂと第４電極２Ｄの間、及び第３電極２Ｃと第４電極２Ｄの間に静電容量Ｃx1，Ｃx2，Ｃx3が生じない場合、第１電極２Ａ～第４電極２Ｄの電位ｖ１～ｖ４が下記の式４～式７で表される。なお、式４のＣs1は、第１結合容量２０Ａの容量値を表している。式４のＣin1は、第１コンデンサ３Ａの容量値を表している。また、式５のＣs2は、第２結合容量２０Ｂの容量値を表している。式５のＣin2は、第２コンデンサ３Ｂの容量値を表している。
　ｖ１＝Ｖｍ×Ｃs1／（Ｃs1＋Ｃin1）　…（式４）
　ｖ２＝Ｖｍ×Ｃs2／（Ｃs2＋Ｃin2）　…（式５）
　ｖ３＝ｖ１　…（式６）
　ｖ４＝ｖ２　…（式７）
　第１結合容量２０Ａ，第２結合容量２０Ｂの容量値Ｃs1，Ｃs2が同じ値で、かつ、第２コンデンサ３Ｂの容量値Ｃin2が第１コンデンサ３Ａの容量値Ｃin1よりも大きい場合は、上記式４～７より下記の式８の関係式が得られる。
　｜ｖ１｜＝｜ｖ３｜＞｜ｖ４｜＝|ｖ２|　…（式８）
　本実施形態の電圧測定装置１では、第１電極２Ａの電位ｖ１と第３電極２Ｃの電位ｖ３とが常に同電位であるため、第１電極２Ａと第３電極２Ｃとの間に生じる静電容量Ｃx1に電流が流れない。同様に、電圧測定装置１では、第２電極２Ｂの電位ｖ２と第４電極２Ｄの電位ｖ４とが常に同電位であるため、第２電極２Ｂと第４電極２Ｄとの間に生じる静電容量Ｃx3に電流が流れない。また、電圧測定装置１では、｜ｖ３｜＞｜ｖ４｜の関係式より、第３電極２Ｃと第４電極２Ｄとの間に生じる静電容量Ｃx2に電流が流れる。この電流は、各静電容量Ｃx1，Ｃx3を経由せず、電流経路は、第３結合容量２０Ｃ、第２バッファ１４の出力端子、第４結合容量２０Ｄ、第３バッファ１５の出力端子のいずれかとなる。
　よって、電圧測定装置１では、第１コンデンサ３Ａと第１結合容量２０Ａで分圧された電圧、及び第２コンデンサ３Ｂと第２結合容量２０Ｂで分圧された電圧を用いて対象電圧Ｖｍを算出する際、静電容量Ｃx2に流れる電流が第１コンデンサ３Ａ，第２コンデンサ３Ｂを経由しない。これにより、電圧測定装置１では、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間に静電容量Ｃx1，Ｃx2，Ｃx3が生じる（存在する）場合であっても、式４及び式５を用いて対象電圧Ｖｍを算出するとき、対象電圧Ｖｍの測定誤差が生じるのを抑制することが可能になる。つまり、本実施形態のプローブ１００では、対象電圧Ｖｍの測定誤差を、より抑制することが可能である。
　ところで、特許文献１記載の非接触電圧測定装置では、第１電極と導体との間の結合容量、及び第２電極と導体との間の結合容量を考慮する一方で、第１電極と第２電極との間の静電容量を考慮しておらず、この静電容量が対象電圧の測定誤差の要因となりうる。また、特許文献１記載の非接触電圧測定装置では、この静電容量を低減するために、第１電極と第２電極との間の距離を十分に確保する必要があるため、電線の被覆に接触する接触部（プローブ）全体の小型化を図ることが難しい。
　一方、本実施形態のプローブ１００を備えた電圧測定装置１は、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間に生じる容量結合を第３電極２Ｃと第４電極２Ｄとで分割し、第３電極２Ｃを第１電極２Ａと同電位にし、かつ、第４電極２Ｄを第２電極２Ｂと同電位にする。これにより、本実施形態の電圧測定装置１では、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間に静電容量が存在する（第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間の距離が短くなる）場合であっても、対象電圧Ｖｍの測定誤差が生じるのを抑制可能である。その結果、電圧測定装置１では、プローブ１００の小型化を図ることも可能となる。
　第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂは、図４Ａに示すように、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂの電線１０側の一面（図４Ａでは、下面）が同一面に位置するように構成されていることが好ましい。言い換えれば、第１電極２Ａの測定対象となる電線１０に対向する面と、第２電極２Ｂの電線１０に対向する面とが、同一面に位置するように構成されていることが好ましい。これにより、本実施形態のプローブ１００では、第１電極２Ａと導体１１との間の第１結合容量２０Ａと、第２電極２Ｂと導体１１との間の第２結合容量２０Ｂとを略同じ値にすることが可能になる。その結果、本実施形態のプローブ１００では、電圧測定用のプローブとして扱い易くなる。
　本実施形態の電圧測定装置１の一部を示す回路構成は、図４Ｂに示す等価回路で表すことができる。第１コンデンサ３Ａの第１端子３０Ａは、第１電極２Ａ及び第１結合容量２０Ａを介して導体１１と容量結合される。第２コンデンサ３Ｂの第１端子３０Ｂは、第２電極２Ｂ及び第２結合容量２０Ｂを介して導体１１と容量結合される。つまり、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂが、第１結合容量２０Ａ及び第２結合容量２０Ｂを介して導体１１とそれぞれ容量結合されるため、第１電極２Ａの電位及び第２電極２Ｂの電位が、導体１１の電位（対象電圧Ｖｍ）に対応して正弦波状に変化する。
　第１電圧測定部４Ａは、第１電極２Ａの電位と基準電位との電位差（第１電圧Ｖ１）を標本化（サンプリング）し、かつ各標本値（サンプリング値）を量子化することによって、第１電圧Ｖ１の測定値（瞬時値）を求めるように構成されている。なお、第１電圧測定部４Ａは、複数の瞬時値から第１電圧Ｖ１の実効値を算出することも可能である。
　第２電圧測定部４Ｂは、第２電極２Ｂの電位と基準電位との電位差（第２電圧Ｖ２）を標本化（サンプリング）し、かつ各標本値（サンプリング値）を量子化することによって、第２電圧Ｖ２の測定値（瞬時値）を求めるように構成されている。なお、第２電圧測定部４Ｂは、複数の瞬時値から第２電圧Ｖ２の実効値を算出することも可能である。
　第３電圧測定部４Ｃは、第１コンデンサ３Ａの第２端子３１Ａの電位と基準電位との電位差（第３電圧Ｖ３）を標本化（サンプリング）し、かつ各標本値（サンプリング値）を量子化することで、第３電圧Ｖ３の測定値（瞬時値）を求めるように構成されている。なお、第３電圧測定部４Ｃは、複数の瞬時値から第３電圧Ｖ３の実効値を算出することも可能である。
　第１電圧測定部４Ａ、第２電圧測定部４Ｂ及び第３電圧測定部４Ｃは、それぞれの測定値（第１電圧Ｖ１の測定値、第２電圧Ｖ２の測定値及び第３電圧Ｖ３の測定値）を演算処理部５に出力する。
　演算処理部５は、第１電圧Ｖ１の測定値、第２電圧Ｖ２の測定値及び第３電圧Ｖ３の測定値を、マイクロコントローラのメモリに格納した後、それらの測定値をメモリから読み出して、対象電圧Ｖｍを演算するように構成されている。
　次に、演算処理部５における対象電圧Ｖｍの演算処理について、詳しく説明する。ただし、以下の数式中の「Ｖ１」、「Ｖ２」、「Ｖ３」は、それぞれ第１電圧Ｖ１の測定値、第２電圧Ｖ２の測定値、第３電圧Ｖ３の測定値を表す。また、第１コンデンサ３Ａの容量値をＣin1、第２コンデンサ３Ｂの容量値をＣin2、第１結合容量２０Ａの容量値をＣs1、第２結合容量２０Ｂの容量値をＣs2とする。なお、第１バッファ６が反転増幅回路で構成され、かつ測定値が振幅値又は実効値である場合においては、以下の数式中の「Ｖ３」を「－Ｖ３」に置き換える必要がある。
　第２電圧Ｖ２は、対象電圧Ｖｍを第２コンデンサ３Ｂ及び第２結合容量２０Ｂで分圧した値に一致し、下記の式９で表される。
　Ｖ２＝β２×Ｖｍ　…（式９）
　ただし、β２＝Ｃs2／（Ｃin2＋Ｃs2）
　また、第１電圧Ｖ１は、対象電圧Ｖｍと第３電圧Ｖ３の差分を第１コンデンサ３Ａ及び第１結合容量２０Ａで分圧した値と、第３電圧Ｖ３との和に一致し、下記の式１０で表される。
　Ｖ１＝β１×（Ｖｍ－Ｖ３）＋Ｖ３＝β１×Ｖｍ＋（１－β１）×Ｖ３　…（式１０）
　ただし、β１＝Ｃs1／（Ｃin1＋Ｃs1）
　ここで、第１コンデンサ３Ａの容量値Ｃin1及び第２コンデンサ３Ｂの容量値Ｃin2を適当に設定することにより、β１＝β２の関係を満足させることができる。例えば、２つの容量値Ｃin1とＣin2とを等しい値とし、さらに、第１結合容量２０Ａの容量値Ｃs1と第２結合容量２０Ｂの容量値Ｃs2を等しい値とすればよい。なお、第１結合容量２０Ａの容量値Ｃs1と第２結合容量２０Ｂの容量値Ｃs2は、第１電極２Ａと第２電極２Ｂの形状、大きさ、材料などを揃えることでほぼ等しい値となる。
　β１＝β２＝βとして、式９から式１０を減算して対象電圧Ｖｍを消去すると、下記の式１１が得られる。
　Ｖ１＝Ｖ２＋（１－β）×Ｖ３　…（式１１）
　上記式１１より、
　β＝１－｛（Ｖ１－Ｖ２）／Ｖ３｝　…（式１２）
　上記式１２を式９に代入して整理すると、下記の式１３が得られる。
　Ｖｍ＝Ｖ２／β＝Ｖ２×Ｖ３／（Ｖ２－Ｖ１＋Ｖ３）　…（式１３）
　したがって、演算処理部５は、第１電圧Ｖ１の測定値と、第２電圧Ｖ２の測定値と、第３電圧Ｖ３の測定値とを上記式１３に代入することにより、対象電圧Ｖｍを演算することができる。ただし、第１バッファ６に使用される非反転増幅回路や反転増幅回路、あるいはボルテージフォロワ回路の増幅度（利得）αが既知であるから、演算処理部５は、下記の式１４を用いて、第２電圧Ｖ２の測定値から第３電圧Ｖ３の測定値を演算することができる。
　Ｖ３＝α×Ｖ２　…（式１４）
　したがって、演算処理部５は、少なくとも第１電圧Ｖ１の測定値及び第２電圧Ｖ２の測定値を用いて、対象電圧Ｖｍを演算することができる。ゆえに、本実施形態の電圧測定装置１は、第３電圧測定部４Ｃを備えていなくても構わない。
　ここで、第１バッファ６がボルテージフォロワ回路で構成される場合と、第１バッファ６が反転増幅回路で構成される場合とで、それぞれ異なる利点がある。
　ボルテージフォロワ回路は、オペアンプの出力端子がオペアンプの反転入力端子に電気的かつ直接に接続されるため、オペアンプの入力端子と出力端子との間に帰還抵抗などを接続する反転増幅回路と比較して、増幅度αの誤差が低減される。ゆえに、ボルテージフォロワ回路が第１バッファ６に用いられる場合、反転増幅回路が第１バッファ６に用いられる場合と比較して、第２電圧Ｖ２から第３電圧Ｖ３を演算する際の精度の向上を図ることができる。
　一方、反転増幅回路が第１バッファ６に用いられる場合は、ボルテージフォロワ回路及び非反転増幅回路が第１バッファ６に用いられる場合と比較して、対象電圧Ｖｍの測定範囲の上限（最大値）を高くすることができる。つまり、反転増幅回路の出力の極性が反転し、式１１の右辺第２項の符号がマイナスとなるので、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２よりも低くなる。ゆえに、対象電圧Ｖｍの測定範囲の上限は、第２電圧Ｖ２を測定する第２電圧測定部４Ｂの測定範囲の上限によって決まる。第２電圧測定部４Ｂの測定範囲の上限値をＶx2とすれば、対象電圧Ｖｍの測定範囲の上限値は、式９から、Ｖｍ＝Ｖx2／βとなる。
　一方、第１バッファ６がボルテージフォロワ回路又は非反転増幅回路の場合、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２よりも高くなる。ゆえに、対象電圧Ｖｍの測定範囲の上限は、第１電圧Ｖ１を測定する第１電圧測定部４Ａの測定範囲の上限によって決まる。第１電圧測定部４Ａの測定範囲の上限値をＶx1とすれば、対象電圧Ｖｍの測定範囲の上限値は、式１０と式１４から、Ｖｍ＝Ｖx1／（１＋α）βとなり、反転増幅回路が第１バッファ６に用いられる場合よりも低くなる。
　上述のように本実施形態の電圧測定装置１は、導体１１に対象電圧Ｖｍが印加されている状態において、第１電圧測定部４Ａ及び第２電圧測定部４Ｂで第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２をそれぞれ測定する。そして、演算処理部５は、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２を用いて、対象電圧Ｖｍを演算する。したがって、本実施形態の電圧測定装置１は、交流試験電圧を導体１１に印加した状態で第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２を測定する必要がない。そのため、本実施形態の電圧測定装置１は、交流試験電圧を発生する構成が不要であるから、小型化が図り易くなる。
　また、本実施形態の電圧測定装置１では、演算処理部５が、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２に加えて、第３電圧Ｖ３（基準電位と、第１コンデンサ３Ａの第２端子３１Ａの電位との電位差）を用いて、対象電圧Ｖｍを演算するように構成されている。なお、第３電圧Ｖ３は、演算処理部５が第２電圧Ｖ２から演算するようにしてもよいし、第３電圧測定部４Ｃで測定されるようにしてもよい。
　さらに、本実施形態の電圧測定装置１において、第１コンデンサ３Ａ及び第２コンデンサ３Ｂは、第１コンデンサ３Ａの静電容量Ｃin1と第１結合容量２０Ａ（の容量値Ｃs1）の比率β１と、第２コンデンサ３Ｂの静電容量Ｃin2と第２結合容量２０Ｂ（の容量値Ｃs2）の比率β２とが等しくなるように構成されることが好ましい。特に、第１コンデンサ３Ａ及び第２コンデンサ３Ｂは、互いの静電容量Ｃin1、Ｃin2を等しくするように構成されることが好ましい。第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂは、第１結合容量２０Ａ（の容量値Ｃs1）と第２結合容量２０Ｂ（の容量値Ｃs2）を等しくするように構成されることが好ましい。
　本実施形態の電圧測定装置１が上述のように構成されれば、対象電圧Ｖｍを演算する演算式を簡略化することができるので、演算処理部５の処理時間を短縮し、かつ対象電圧Ｖｍの測定精度の向上を図ることができる。
　なお、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄと導体１１との間に被覆１２及び絶縁体１３の両方が介在することは必須でない。第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄと導体１１との間に被覆１２及び絶縁体１３の一方が介在してもよい。
　第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの各々は、合成樹脂製のクランプの内側に配置され、このクランプで電線１０を挟み込むことで被覆１２の近傍に配置されるように構成されていてもよい。
　第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、電圧測定装置１の本体２００（図２参照）とは別に設けられて本体２００とケーブル（同軸ケーブル）で電気的に接続されているが、本体２００と一体的に設けられていてもよい。
　第１電極２Ａ及び第３電極２Ｃは、１本の同軸ケーブルを介して本体２００と電気的に接続され、第２電極２Ｂ及び第４電極２Ｄは、１本の同軸ケーブルを介して本体２００と電気的に接続されている。要するに、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、２本の同軸ケーブルを介して、本体２００と電気的に接続されている。本実施形態では、第１電極２Ａが一方の同軸ケーブルの芯線と電気的に接続され、第３電極２Ｃがこの同軸ケーブルのシールド線と電気的に接続されている。また、本実施形態では、第２電極２Ｂが他方の同軸ケーブルの芯線と電気的に接続され、第４電極２Ｄがこの同軸ケーブルのシールド線と電気的に接続されている。
　第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの各々は、可撓性を有する板状の導電部材により形成されていてもよい。この場合、絶縁体１３は、可撓性を有することが望ましい。
　言い換えれば、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、可撓性を有する板状であり、かつ、導電部材により形成され、絶縁体１３は、可撓性を有していてもよい。これにより、本実施形態のプローブ１００では、電線１０の形状や外径に関わらず、プローブ１００を電線１０に密着させることが可能となり、第１電極２Ａ～第４電極２Ｄの各々と導体１１との間に生じる第１結合容量２０Ａ～第４結合容量２０Ｄを増加させることができる。その結果、本実施形態のプローブ１００では、対象電圧Ｖｍの測定精度の向上を図ることが可能になる。なお、本実施形態のプローブ１００では、絶縁体１３の形状を特に限定しないが、絶縁体１３は、プローブ１００を電線１０に密着させるために、板状に形成されていることが好ましい。
　第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの各々は、板状の導電部材により形成されていてもよい。この場合、絶縁体１３の少なくとも1つの面は、平面状に形成されていることが望ましい。これにより、本実施形態のプローブ１００では、電線１０の形状や外径に関わらず、プローブ１００を電線１０の表面に接触させる（押し当てる）ことが可能となり、第１電極２Ａ～第４電極２Ｄの各々と導体１１との間に生じる第１結合容量２０Ａ～第４結合容量２０Ｄを増加させることができる。その結果、本実施形態のプローブ１００では、対象電圧Ｖｍの測定精度の向上を図ることが可能になる。
　本実施形態のプローブ１００の応用例は、上述の説明に用いた回路構成に限定されず、２つの電極と２つ以上のコンデンサ（容量値が既知であるコンデンサ）とを用いて分圧を行う回路構成すべてに応用できる。
　（実施形態２）
　本実施形態のプローブ１００は、図６に示すように、絶縁体１３は、電線１０の外周面と対向する部位に、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂと電線１０の外周面との間に気体層１６を形成するスペーサ１７が設けられる点が、実施形態１のプローブ１００と相違する。なお、気体層１６及びスペーサ１７以外の構成は、実施形態１のプローブ１００の構成と共通するので、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
　気体層１６は、空気層を含む。この気体層１６は、スペーサ１７が、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂにおける電線１０との対向面よりも電線１０側へ突出することによって、形成されている。
　本実施形態のプローブ１００では、気体層１６が、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂと電線１０の外周面との間に設けられているが、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの少なくとも一方と電線１０の外周面との間に設けられてもよい。すなわち、絶縁体１３は、電線１０の外周面と対向する部位に、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの少なくとも一方と電線１０の外周面との間に気体層１６を形成するスペーサ１７が設けられている。
　これにより、本実施形態のプローブ１００では、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂと電線１０の外周面との間に気体層１６が存在するので、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂと電線１０の外周面との間に存在する絶縁体１３の誘電正接を低減させることが可能になる。よって、本実施形態のプローブ１００では、対象電圧Ｖｍの測定精度の向上を図ることが可能となる。
　（実施形態３）
　本実施形態の電圧測定装置１は、図７に示すように、制御部８と切替部９とを備える点が実施形態１の電圧測定装置１と相違する。ただし、制御部８及び切替部９以外の回路構成は、実施形態１の電圧測定装置１の回路構成と共通するので、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
　切替部９は、例えば、１つの共通接点９０と、２つの切替接点９１，９２とを有するアナログスイッチからなる。ただし、切替部９は、アナログスイッチに限定されず、例えば、電磁リレーなどのメカニカルリレーや半導体リレーなどで構成されてもよい。
　共通接点９０は、第１コンデンサ３Ａの第２端子３１Ａと電気的に接続されている。一方の切替接点（第１切替接点）９１は、第１バッファ６の出力端子と電気的に接続されている。他方の切替接点（第２切替接点）９２は、基準電位と電気的に接続されている（接地されている）。
　切替部９は、共通接点９０を第１切替接点９１に接続する状態（第１接続状態）と、共通接点９０を第２切替接点９２に接続する状態（第２接続状態）とを切替可能に構成されている。
　制御部８は、演算処理部５からの指示を受けて切替部９を制御し、切替部９を第１接続状態と第２接続状態に相互に切り替えるように構成されている。なお、制御部８は、演算処理部５を構成するマイクロコントローラで構成されてもよいし、演算処理部５とは独立した論理回路などで構成されてもよい。また、図７では、出力部７が制御部８を介して演算処理部５に接続されているが、出力部７が演算処理部５に直接接続されても構わない。
　次に、図８のフローチャートを参照しつつ、本実施形態の電圧測定装置１の動作を説明する。ただし、図８のフローチャートは、演算処理部５の処理を示している。
　まず、演算処理部５は、制御部８に指示して切替部９を第２接続状態に切り替える（ステップＳ１）。そして、第２接続状態において、演算処理部５は、第１電圧測定部４Ａ及び第２電圧測定部４Ｂに第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２を測定させ、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の測定値を取り込む（ステップＳ２）。なお、演算処理部５は、取り込んだ測定値をメモリに記憶する。
　続いて、演算処理部５は、制御部８に指示して切替部９を第１接続状態に切り替える（ステップＳ３）。そして、第１接続状態において、演算処理部５は、第１電圧測定部４Ａ、第２電圧測定部４Ｂ及び第３電圧測定部４Ｃに第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２及び第３電圧Ｖ３を測定させ、第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２及び第３電圧Ｖ３の測定値を取り込む（ステップＳ４）。なお、演算処理部５は、取り込んだ測定値をメモリに記憶する。
　演算処理部５は、メモリに記憶した測定値を読み出し、以下の演算によって、対象電圧Ｖｍを算出する（ステップＳ５）。
　第２接続状態における対象電圧Ｖｍ、第１電圧Ｖ１の測定値、第２電圧Ｖ２の測定値を、それぞれＶｍｂ、Ｖ１ｂ、Ｖ２ｂとすると、以下の式１５及び式１６が成り立つ。ただし、β１＝Ｃs1／（Ｃin1＋Ｃs1）、β２＝Ｃs2／（Ｃin2＋Ｃs2）とする。
　Ｖ１ｂ＝β１×Ｖｍｂ　…（式１５）
　Ｖ２ｂ＝β２×Ｖｍｂ　…（式１６）
　式１５及び式１６からＶｍｂを消去すると、下記の式１７が得られる。
　β２＝β１×Ｖ２ｂ／Ｖ１ｂ　…（式１７）
　一方、第１接続状態における対象電圧Ｖｍ、第１電圧Ｖ１の測定値、第２電圧Ｖ２の測定値を、それぞれＶｍａ、Ｖ１ａ、Ｖ２ａとすると、下記の式１８及び式１９が成り立つ。
　Ｖ１ａ＝β１×Ｖｍａ＋（１－β１）×Ｖ３　…（式１８）
　Ｖ２ａ＝β２×Ｖｍａ　…（式１９）
　式１７を式１９に代入して整理すると、下記の式２０が得られる。
　Ｖｍａ＝Ｖ２ａ／β２＝（Ｖ２ａ×Ｖ１ｂ）／（β１×Ｖ２ｂ）　…（式２０）
　式２０を式１８に代入して整理すると、下記の式２１が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　したがって、第１接続状態における対象電圧Ｖｍａ、並びに第２接続状態における対象電圧Ｖｍｂは、式２１を式１９及び式１５に代入して整理した、下記の式２２、式２３からそれぞれ求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　上記式２２及び式２３には、第１コンデンサ３Ａの容量値Ｃin1や第２コンデンサ３Ｂの容量値Ｃin2、並びに第１結合容量２０Ａの容量値Ｃs1や第２結合容量２０Ｂの容量値Ｃs2が含まれず、第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２及び第３電圧Ｖ３の測定値のみが含まれる。したがって、演算処理部５が上記式２２及び式２３から対象電圧Ｖｍａ、Ｖｍｂを演算することにより、β１＝β２の関係を満足することが困難である場合においても、対象電圧Ｖｍの測定精度の低下を抑制することができる。ただし、本実施形態の電圧測定装置１においても、第２電圧Ｖ２の測定値に第１バッファ６の増幅度αを乗算した値を、第３電圧Ｖ３の測定値に用いれば、第３電圧測定部４Ｃを備えなくともよい。
　（実施形態４）
　本実施形態の電圧測定装置１は、実施形態１の電圧測定装置１と共通の回路構成を有するので、共通の構成要素には同一の符号を付して図示及び説明を省略する。
　実施形態１の電圧測定装置１において、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂとグランド（グランド電位）との間、若しくは、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂを本体２００に接続する配線（ケーブル）とグランドとの間に浮遊容量が生じることがある。第１電極２Ａ又は第１電極２Ａから本体２００への配線と基準電位との間に生じる浮遊容量を第１浮遊容量２１Ａと呼ぶ。同様に、第２電極２Ｂ又は第２電極２Ｂから本体２００への配線と基準電位との間に生じる浮遊容量を第２浮遊容量２１Ｂと呼ぶ（図９参照）。これらの第１浮遊容量２１Ａ，第２浮遊容量２１Ｂが、第１コンデンサ３Ａや第２コンデンサ３Ｂの容量値、並びに第１結合容量２０Ａや第２結合容量２０Ｂの容量値に対して無視できない値を持つ場合、実施形態１及び実施形態３で説明した演算では、測定精度の低下を招く。
　そこで、本実施形態の電圧測定装置１は、第１浮遊容量２１Ａ及び第２浮遊容量２１Ｂを考慮して対象電圧Ｖｍを演算することにより、測定精度の低下を抑制するように構成される。
　次に、演算処理部５における対象電圧Ｖｍの演算処理について、詳しく説明する。ただし、以下の説明においては、第１浮遊容量２１Ａの容量値をＣf1とし、第２浮遊容量２１Ｂの容量値をＣf2とする。また、第１浮遊容量２１Ａの容量値Ｃf1と、第２浮遊容量２１Ｂの容量値Ｃf2とが等しいと仮定する。
　図９は、本実施形態の電圧測定装置１の等価回路のうち、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第１コンデンサ３Ａ、第２コンデンサ３Ｂ、第１結合容量２０Ａ、第２結合容量２０Ｂ、第１浮遊容量２１Ａ及び第２浮遊容量２１Ｂのみを含む部分を示している。図９の等価回路から判るように、対象電圧Ｖｍは、第２コンデンサ３Ｂと第２浮遊容量２１Ｂの並列回路と第２結合容量２０Ｂとで分圧されるので、その分圧比βｍは、下記の式２４で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　一方、第３電圧Ｖ３は、第１結合容量２０Ａと第１浮遊容量２１Ａの並列回路と第１コンデンサ３Ａとで分圧されるので、その分圧比を１－βｒとすると、βｒは、下記の式２５で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　また、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２は、上記分圧比βｍ，βｒを用いて、下記の式２６、式２７のように表される。
　Ｖ１＝βｍ×Ｖｍ＋（１－βｒ）×Ｖ３　…（式２６）
　Ｖ２＝βｍ×Ｖｍ　…（式２７）
　さらに、式２６から式２７を減算して整理すると、下記の式２８が得られる。
　Ｖ１＝Ｖ２＋（１－βｒ）×Ｖ３　…（式２８）
　上記式２８より、下記の式２９が得られる。
　βｒ＝１－（Ｖ１－Ｖ２）／Ｖ３　…（式２９）
　βｍは、式２４及び式２５からＣs1を消去し、かつ式２９を代入することにより、下記の式３０のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　さらに、式２７及び式３０より、対象電圧Ｖｍは、下記の式３１より求まる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　上記式３１において、第１浮遊容量２１Ａの容量値Ｃf1さえ判れば、演算処理部５は、対象電圧Ｖｍを算出することができる。
　そこで、本実施形態の電圧測定装置１において、演算処理部５を構成するマイクロコントローラのメモリに、容量値Ｃf1（又はＣf2）を算出するための処理を行うプログラム（補正プログラム）を記憶しておくことが好ましい。例えば、電圧測定装置１の製造工場において、電圧値（対象電圧Ｖｍ）が既知である交流の基準電圧を導体１１に印加した状態で、演算処理部５のマイクロコントローラに補正プログラムを実行させる。そして、演算処理部５は、第１電圧Ｖ１の測定値、第２電圧Ｖ２の測定値、第３電圧Ｖ３の測定値及び第１コンデンサ３Ａの容量値Ｃin1と、対象電圧Ｖｍの電圧値とから、上記式３１を用いて、容量値Ｃf1を算出する。演算処理部５（マイクロコントローラ）は、算出した容量値Ｃf1をマイクロコントローラのメモリに格納した後、補正プログラムの実行を終了する。
　本実施形態の電圧測定装置１は、上述のようにして、あらかじめ第１浮遊容量２１Ａの容量値Ｃf1を算出しておくことにより、第１浮遊容量２１Ａ及び第２浮遊容量２１Ｂが存在する場合でも、対象電圧Ｖｍの測定精度の低下を抑制することができる。
　（実施形態５）
　本実施形態の電圧測定装置１は、実施形態３の電圧測定装置１と共通の回路構成を有するので、共通の構成要素には同一の符号を付して図示及び説明を省略する。
　実施形態３の電圧測定装置１においても、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂとグランドとの間、若しくは、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂを本体２００に接続する配線とグランドとの間に第１浮遊容量２１Ａ及び第２浮遊容量２１Ｂが生じることがある。
　そこで、本実施形態の電圧測定装置１は、第１浮遊容量２１Ａ及び第２浮遊容量２１Ｂを考慮して、第１接続状態における対象電圧Ｖｍａ及び第２接続状態における対象電圧Ｖｍｂを演算することにより、測定精度の低下を抑制するように構成される。
　次に、演算処理部５における対象電圧Ｖｍａ，Ｖｍｂの演算処理について、詳しく説明する。ただし、以下の説明においては、第１浮遊容量２１Ａの容量値をＣf1とし、第２浮遊容量２１Ｂの容量値をＣf2とする。
　分圧比β１ｍは、下記の式３２で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　同様に、分圧比β２ｍは、下記の式３３で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　一方、分圧比βｒは、下記の式３４で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000010
　実施形態３で説明したように、第２接続状態における対象電圧Ｖｍ、第１電圧Ｖ１の測定値、第２電圧Ｖ２の測定値を、それぞれＶｍｂ、Ｖ１ｂ、Ｖ２ｂとすると、下記の式３５及び式３６が成り立つ。
　Ｖ１ｂ＝β１ｍ×Ｖｍｂ　…（式３５）
　Ｖ２ｂ＝β２ｍ×Ｖｍｂ　…（式３６）
　式３５及び式３６からＶｍｂを消去すると、下記の式３７が得られる。
　β２ｍ＝β１ｍ×Ｖ２ｂ／Ｖ１ｂ　…（式３７）
　一方、第１接続状態における対象電圧Ｖｍ、第１電圧Ｖ１の測定値、第２電圧Ｖ２の測定値を、それぞれＶｍａ、Ｖ１ａ、Ｖ２ａとすると、下記の式３８及び式３９が成り立つ。
　Ｖ１ａ＝β１ｍ×Ｖｍａ＋（１－βｒ）×Ｖ３　…（式３８）
　Ｖ２ａ＝β２ｍ×Ｖｍａ　…（式３９）
　式３７を式３９に代入して整理すると、下記の式４０が得られる。
　Ｖｍａ＝Ｖ２ａ／β２ｍ＝（Ｖ２ａ×Ｖ１ｂ）／（β１ｍ×Ｖ２ｂ）　…（式４０）
　式４０を式３８に代入して整理すると、下記の式４１が得られる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000011
　β１ｍは、式３２及び式３４からＣs1を消去し、かつ式４１を代入することにより、下記の式４２のように表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000012
　したがって、第１接続状態における対象電圧Ｖｍａは、式３７及び式４２を式３９に代入して整理した、下記の式４３から求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000013
　同様に、第２接続状態における対象電圧Ｖｍｂは、式３５に式４２を代入して整理した、下記の式４４から求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000014
　上記式４３及び式４４において、第１浮遊容量２１Ａの容量値Ｃf1さえ判れば、演算処理部５は、対象電圧Ｖｍａ，Ｖｍｂをそれぞれ算出することができる。ただし、実施形態４と同様に、演算処理部５が、補正プログラムを実行することによって、あらかじめ第１浮遊容量２１Ａの容量値Ｃf1を算出しておくことが好ましい。
　本開示のプローブにおいて、第３電極２Ｃは、第１電極２Ａと同電位に構成され、第４電極２Ｄは、第２電極２Ｂと同電位に構成されている。第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間には、第３電極２Ｃと第４電極２Ｄとが配置されている。第３電極２Ｃが第１電極２Ａの隣に配置され、第４電極２Ｄが第２電極２Ｂの隣に配置されている。この構成により、本開示のプローブ１００では、第１電極２Ａと第３電極２Ｃとの間に生じる静電容量、及び第２電極２Ｂと第４電極２Ｄとの間に生じる静電容量に電流が流れず、第３電極２Ｃと第４電極２Ｄとの間に生じる静電容量に電流が流れる。つまり、第３電極２Ｃと第４電極２Ｄとの間の静電容量に流れる電流は、第１コンデンサ３Ａ及び第２コンデンサ３Ｂを経由しない。したがって、本開示のプローブでは、対象電圧の測定誤差を、より抑制することが可能になる。
　また、本開示の電圧測定装置１は、プローブ１００と、第１コンデンサ３Ａと、第２コンデンサ３Ｂと、第１電圧測定部４Ａと、第２電圧測定部４Ｂと、演算処理部５とを有する。これにより、本開示の電圧測定装置１では、対象電圧の測定誤差を、より抑制することが可能なプローブ１００を有する電圧測定装置１を提供することができる。
　本開示のプローブおよび電圧測定装置は、対象電圧の測定誤差を、より抑制することができるので有用である。
　１　電圧測定装置
　２　電極
　２Ａ　第１電極
　２Ｂ　第２電極
　２Ｃ　第３電極
　２Ｄ　第４電極
　３Ａ　第１コンデンサ
　３Ｂ　第２コンデンサ
　４Ａ　第１電圧測定部
　４Ｂ　第２電圧測定部
　４Ｃ　第３電圧測定部
　５　演算処理部
　６，１４，１５　バッファ（ボルテージフォロワ回路又は反転増幅回路）
　９　切替部
　１０　電線
　１１　導体
　１３　絶縁体
　１６　気体層
　１７　スペーサ
　２０Ａ　第１結合容量
　２０Ｂ　第２結合容量
　２０Ｃ　第３結合容量
　２０Ｄ　第４結合容量
　２１Ａ　第１浮遊容量
　２１Ｂ　第２浮遊容量
　１００　プローブ

Claims (17)

  1. 　容量値が既知である第１コンデンサに接続される第１電極と、
    　容量値が既知である第２コンデンサに接続される第２電極と、
    　前記第１電極と同電位である第３電極と、
    　前記第２電極と同電位である第４電極と、
    を備え、
    　前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極は互いに電気的に絶縁されており、
    　前記第１電極と前記第２電極との間には、前記第３電極と前記第４電極とが配置され、
    　前記第３電極は、前記第１電極の隣に配置され、
    　前記第４電極は、前記第２電極の隣に配置されているプローブ。
  2. 　前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極を覆う絶縁体をさらに備え、
    　前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極は、導電部材により形成され、
    　前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極は、円筒形の外周面の形状に応じて湾曲しており、
    　前記第１電極、前記第３電極、前記第４電極及び前記第２電極は、前記円筒形の軸方向に沿って並んでおり、
    　前記絶縁体の少なくとも１つの面は、前記円筒形の外周面に沿った曲面形状である請求項１記載のプローブ。
  3. 　前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極を覆う絶縁体をさらに備え、
    　前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極は、可撓性を有する板状で、
    　前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極は、導電部材により形成され、
    　前記絶縁体は、可撓性を有する請求項１記載のプローブ。
  4. 　前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極を覆う絶縁体をさらに備え、
    　前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極は、板状であり、
    　前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極は、導電部材により形成され、
    　前記絶縁体の少なくとも1つの面は、平面状に形成されている請求項１記載のプローブ。
  5. 　前記絶縁体には、測定の対象となる電線の外周面と対向する部位に、前記第１電極と前記第２電極との少なくとも一方と前記電線の前記外周面との間に気体層を形成するスペーサが設けられている請求項２から請求項４のいずれか１項に記載のプローブ。
  6. 　前記第１電極の測定対象となる電線に対向する面と、前記第２電極の前記電線に対向する面とが、同一面に位置するように構成されている請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のプローブ。
  7. 　請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のプローブと、
    　前記第１コンデンサと、
    　前記第２コンデンサと、
    　第１電圧測定部と、
    　第２電圧測定部と、
    　演算処理部と
    を備え、
    　前記第１電極は、測定対象となる導体と間隔を空けて対向し、かつ、前記導体との間に第１結合容量が生じるように構成され、
    　前記第２電極は、前記導体と間隔を空けて対向し、かつ、前記導体との間に第２結合容量が生じるように構成され、
    　前記第１コンデンサは、第１端子と第２端子とを有し、
    　前記第１端子は、前記第１電極と電気的に接続され、
    　前記第２端子は、前記第２電極と電気的に接続するように構成され、
    　前記第２コンデンサは、第３端子と第４端子を有し、
    　前記第３端子は、前記第２電極と電気的に接続され、
    　前記第４端子は、基準電位と電気的に接続するように構成され、
    　前記第１電圧測定部は、前記第１電極の電位と前記基準電位との電位差である第１電圧を測定するように構成され、
    　前記第２電圧測定部は、前記第２電極の電位と前記基準電位との電位差である第２電圧を測定するように構成され、
    　前記演算処理部は、前記第１電圧及び前記第２電圧を用いて、前記導体の電位と前記基準電位との電位差である対象電圧を演算するように構成されている電圧測定装置。
  8. 　第３電圧は、前記基準電位と、前記第２端子の電位との電位差であって、
    　前記演算処理部は、前記第１電圧、前記第２電圧、前記第３電圧を用いて、前記対象電圧を演算するように構成されている請求項７記載の電圧測定装置。
  9. 　前記第３電圧を測定する第３電圧測定部をさらに備えている請求項８記載の電圧測定装置。
  10. 　前記演算処理部は、前記第２電圧から前記第３電圧を演算するように構成されている請求項８記載の電圧測定装置。
  11. 　切替部をさらに備え、
    　前記切替部は、
    　前記第２端子を前記第２コンデンサと電気的に接続する第１接続状態と、
    　前記第２端子を前記第２コンデンサから切り離して前記基準電位と電気的に接続する第２接続状態と、
    　を切り替えるように構成され、
    　前記演算処理部は、前記第１接続状態における前記第１電圧及び前記第２電圧と、前記第２接続状態における前記第１電圧及び前記第２電圧とを用いて、前記対象電圧を演算するように構成されている請求項７から請求項１０のいずれか１項に記載の電圧測定装置。
  12. 　前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサは、前記第１コンデンサの静電容量と前記第１結合容量の比率と、前記第２コンデンサの静電容量と前記第２結合容量の比率とが等しくなるように構成されている請求項７から請求項１１のいずれか１項に記載の電圧測定装置。
  13. 　前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサは、互いの静電容量を等しくするように構成され、
    　前記第１電極及び前記第２電極は、前記第１結合容量と前記第２結合容量を等しくするように構成されている請求項１２記載の電圧測定装置。
  14. 　ボルテージフォロワ回路をさらに備え、
    　前記ボルテージフォロワ回路の入力端子が前記第２電極と電気的に接続され、
    　前記ボルテージフォロワ回路の出力端子が前記第２端子と電気的に接続されている請求項７から請求項１３のいずれか１項に記載の電圧測定装置。
  15. 　反転増幅回路をさらに備え、
    　前記反転増幅回路の入力端子が前記第２電極と電気的に接続されており、
    　前記反転増幅回路の出力端子が前記第２端子と電気的に接続されている請求項７から請求項１３のいずれか１項に記載の電圧測定装置。
  16. 　前記演算処理部は、前記第１電極と前記基準電位との間に生じる第１浮遊容量、及び前記第２電極と前記基準電位との間に生じる第２浮遊容量を用いて、前記対象電圧の演算結果を補正するように構成されている請求項７から請求項１５のいずれか１項に記載の電圧測定装置。
  17. 　前記演算処理部は、電圧値が既知である電圧が前記導体に印加されている状態において、前記第１電圧、前記第２電圧及び前記電圧値を用いて、前記第１浮遊容量及び前記第２浮遊容量をそれぞれ演算するように構成されている請求項１６記載の電圧測定装置。
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