(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１、第２、第３点のそれぞれに３抵抗器の一端が接続されるとともに３抵抗器の他端が共通接続されるようにして該３抵抗器により第１の抵抗Ｙ回路を構成し、第２点‐第３点間に比例辺の抵抗器を、第４点‐第１点間に被測定抵抗を、第４点‐第３点間に基準抵抗を、第１点‐第３点間に電源を接続し、第４点を接地電位となるように回路を平衡させた後、第２点と第４点とを平衡させることにより被測定抵抗の抵抗値を求めることを特徴とする高抵抗測定方法。
【請求項２】
第１の抵抗Ｙ回路を構成する抵抗器の内、第１点に接続される抵抗器が第１の可変抵抗回路により構成されていることを特徴とする請求項１に記載の高抵抗測定方法。
【請求項３】
前記第１の可変抵抗回路の可変範囲が４桁であることを特徴とする請求項２に記載の高抵抗測定方法。
【請求項４】
前記基準抵抗の抵抗値が可変であることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の高抵抗測定方法。
【請求項５】
前記基準抵抗の抵抗値がＲ〜２．１１１Ｒ（但し、Ｒは１０ｋΩ〜１ＭΩの任意の抵抗値）の範囲で可変であって、その最小可変幅がＲ／１０００であることを特徴とする請求項４に記載の高抵抗測定方法。
【請求項６】
第２点‐第３点間に第１の補助抵抗器が接続されることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の高抵抗測定方法。
【請求項７】
第４点を接地することなく、第４点の電位が接地電位になるように調整して測定を行うことを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の高抵抗測定方法。
【請求項８】
第１、第２、第３点のそれぞれに３抵抗器の一端が接続されるとともに３抵抗器の他端が共通接続されるようにして該３抵抗器により第１の抵抗Ｙ回路を構成し、第２点‐第３点間に比例辺の抵抗器を、第４点‐第１点間に被測定抵抗を、第４点‐第３点間に基準抵抗を、第１点‐第３点間に電源を、第４点に平衡検出器の一端を接続し、該平衡検出器の他端を第２点と接地点とに切り替え接続できるように構成し、第４点を接地電位となるように回路を平衡させた後、第２点と第４点とを平衡させることにより被測定抵抗の抵抗値を求めることを特徴とする高抵抗測定装置。
【請求項９】
第１の抵抗Ｙ回路を構成する抵抗器の内、第１点に接続される抵抗器が第１の可変抵抗回路により構成されていることを特徴とする請求項８に記載の高抵抗測定装置。
【請求項１０】
前記第１の可変抵抗回路が、可変範囲が異なる複数個の可変抵抗器によって構成されていることを特徴とする請求項９に記載の高抵抗測定装置。
【請求項１１】
前記基準抵抗が基準固定抵抗と第２の可変抵抗回路とにより構成され、該第２の可変抵抗回路の可変範囲が前記基準固定抵抗の抵抗値程度であることを特徴とする請求項８から１０のいずれかに記載の高抵抗測定装置。
【請求項１２】
前記第２の可変抵抗回路が、可変範囲が異なる複数個の可変抵抗器によって構成されていることを特徴とする請求項１１に記載の高抵抗測定装置。
【請求項１３】
第２点‐第３点間に第１の補助抵抗器が接続されていることを特徴とする請求項８から１２のいずれかに記載の高抵抗測定装置。
【請求項１４】
前記第１の補助抵抗器が２本の固定抵抗器によって構成されていることを特徴とする請求項１３に記載の高抵抗測定装置。
【請求項１５】
接地点、第１点および第３点のそれぞれに３抵抗器の一端が接続されるようにして該３抵抗器により第２の抵抗Ｙ回路を構成したことを特徴とする請求項８から１４のいずれかに記載の高抵抗測定装置。
【請求項１６】
第２の抵抗Ｙ回路を構成する抵抗器の内、第１点に接続される抵抗器が第３の可変抵抗回路により構成されていることを特徴とする請求項１５に記載の高抵抗測定装置。
【請求項１７】
前記第３の可変抵抗回路が、可変範囲が異なる複数個の可変抵抗器によって構成されていることを特徴とする請求項１６に記載の高抵抗測定装置。
【請求項１８】
第２の抵抗Ｙ回路を構成する抵抗器の内、接地点に接続される抵抗器が接地回路固定抵抗と第４の可変抵抗回路とにより構成され、該第４の可変抵抗回路の可変範囲が前記接地回路固定抵抗の抵抗値程度であることを特徴とする請求項１５から１７のいずれかに記載の高抵抗測定装置。
【請求項１９】
前記第４の可変抵抗回路が、可変範囲が異なる複数個の可変抵抗器によって構成されていることを特徴とする請求項１８に記載の高抵抗測定装置。
【請求項２０】
接地点‐第３点間に第２の補助抵抗器が接続されていることを特徴とする請求項１５から１９のいずれかに記載の高抵抗測定装置。
【請求項２１】
前記第２の補助抵抗器が２本の固定抵抗器によって構成されていることを特徴とする請求項２０に記載の高抵抗測定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高抵抗測定方法および高抵抗測定装置に関し、特にツェナー標準電圧発生器の端子−ケース間絶縁抵抗のような、１０１０〜１０１４Ω程度の極めて高い抵抗値を有する抵抗体の抵抗値の測定方法と測定装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、製造メーカ等において行われる計測器や電圧計の校正には、図５に示すような、電圧値が正確に知られているツェナー標準電圧発生器が用いられている。図５において、Ｅ１、Ｅ２は、電圧源、Ｒ１〜Ｒ９は抵抗器、ＺＤはツェナーダイオード、１は電圧制御回路、２は増幅器、３はツェナー標準電圧発生器のケースである。この標準電圧発生器において、増幅器２の二つの入力端子間の電圧差がなくなるように回路を動作させて定電圧を発生させ、端子Ｌを基準電位端子として、端子Ｈから例えば１０Ｖが、端子Ｔ１から例えば１．０１８Ｖが、端子Ｔ２から例えば１．０Ｖが得られるようになっている。このツェナー標準電圧発生器のユーザは、被校正電子機器、例えば電圧計の２端子をツェナー標準電圧発生器の端子Ｌと例えば端子Ｈに接続して校正を行う。このとき、ツェナー標準電圧発生器の電圧値は、この絶縁抵抗Ｒｘの大きさによって、その値が変化してしまう。したがって、絶縁抵抗の値を正確に測定して誤差の大きさを明確にしないと、計測器や電圧計の校正が不正確となってしまう。而して、この絶縁抵抗の測定は、一般に容易ではない。それは、この絶縁抵抗が極めて高抵抗であることと、回路上、いたるところに存在する、漏れ電流の影響を除去しなければならないことによる。
【０００３】
この種の抵抗値を測定する技術としては、従来から微小電流測定法が一般的に用いられている。この方法は、図６に示すように、既知の電圧値Eと絶縁抵抗Rxを流れる微小電流Iを電流計Aで求めて、Rx=E/Iとして算出する方法である。このとき、図６に示すように、絶縁物の表面や内部を通過して漏れ電流と呼ばれるIrgとIegが流れる。Irgは、余分の電流として電流計に流れるため、絶縁抵抗Rxを流れる電流Iの測定値に影響を及ぼし、また、Iegは、電源から余分の電流をとるため電圧値Eの値を下げてしまう。これを防ぐには、内部抵抗の小さい電源を使用し、図７に示すように、シールドと呼ばれる遮蔽板4を設けることが一般的に行われている。通常、この遮蔽板4によって、漏れ電流Irgは、外側のシールドを流れることとなり電流計を通過しないため正確な測定ができるようになる。
また、抵抗測定法としては、被測定抵抗器を１辺とするホイートストン・ブリッジを組み、ブリッジの平衡条件を求めることにより抵抗値を測定する方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
図６に示す従来の測定法を、図５に示すような、ツェナー標準電圧発生器の測定端子とケース間との絶縁抵抗Rxの測定に使用すると、図８に示すように、外側のケース部分が電流計の測定端子に接続されるため、電気回路の正電圧部分からケースに対して漏れ電流Irgが流れる。この漏れ電流は当然、余分の電流として電流計に流れるため測定値に影響を及ぼす。これには、シールドを施すのが有効であるが、ツェナー標準電圧発生器をシールドするためには、図９に示すように、ケース全体と測定端子を絶縁材料5でおおってから遮蔽板4を設けなければならず、極めて複雑なシールドとなってしまう。
また、ホイートストン・ブリッジの平衡条件により抵抗値を求める方法では、絶縁抵抗のような高抵抗を測定するためには被測定抵抗以外の辺に絶縁抵抗に匹敵する高抵抗の抵抗器を接続しなければならないが、そのような高抵抗の抵抗器の抵抗値を正確に求めることは一般に困難である。また、安定な高抵抗の抵抗器を得ることも容易ではない。
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、第１に、高抵抗を用いることなく高抵抗測定用のブリッジを構成することができるようにすることであり、第２に、複雑なシールドを用いることなく漏れ電流の影響を除去することであって、もって高抵抗抵抗体の抵抗値を高い精度において測定できるようにすることである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、第１、第２、第３点のそれぞれに３抵抗器の一端が接続されるとともに３抵抗器の他端が共通接続されるようにして該３抵抗器により第１の抵抗Ｙ回路を構成し、第２点‐第３点間に比例辺の抵抗器を、第４点‐第１点間に被測定抵抗を、第４点‐第３点間に基準抵抗を、第１点‐第３点間に電源を接続し、第４点を接地電位となるように回路を平衡させた後、第２点と第４点とを平衡させることにより被測定抵抗の抵抗値を求めることを特徴とする高抵抗測定方法、が提供される。
そして、好ましくは、抵抗Ｙ回路を構成する抵抗器の内、第１点に接続される抵抗器が第１の可変抵抗回路により構成される。
【０００６】
また、上記の目的を達成するため、本発明によれば、第１、第２、第３点のそれぞれに３抵抗器の一端が接続されるとともに３抵抗器の他端が共通接続されるようにして該３抵抗器により第１の抵抗Ｙ回路を構成し、第２点‐第３点間に比例辺の抵抗器を、第４点‐第１点間に被測定抵抗を、第４点‐第３点間に基準抵抗を、第１点‐第３点間に電源を、第４点に平衡検出器の一端を接続し、該平衡検出器の他端を第２点と接地点とに切り替え接続できるように構成し、第４点を接地電位となるように回路を平衡させた後、第２点と第４点とを平衡させることにより被測定抵抗の抵抗値を求めることを特徴とする高抵抗測定装置、が提供される。
そして、好ましくは、接地点、第１点および第３点のそれぞれに３抵抗器の一端が接続されるようにして該３抵抗器により第２の抵抗Ｙ回路を構成する。
【０００７】
【作用】
本発明においては、Y-Δ変換型のブリッジ回路を用いて抵抗測定を行う。比較的低抵抗の抵抗器を用いた抵抗Y回路であってもY-Δ変換により等価的に高抵抗を得ることができるため、低抵抗な抵抗器を用いて高抵抗測定用ブリッジを構成することが可能になる。さらに、Y-Δ変換型の接地装置を用いて等価的にブリッジ回路の１点を接地することによりブリッジ回路に存在する漏れ電流の除去を行う。この方法によれば、外側のケースが等価的に接地電位となるため、ケースと測定端子を絶縁材料でおおうことなく、外側のケースを遮蔽板として兼用できる。そして、この方法により、Y-Δ変換型の接地装置のもつ低抵抗回路による漏れ電流の補償が可能となる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の一実施例を示す回路図である。図１において、上半分の回路は抵抗値測定用の主回路であり、下半分の回路は接地装置を構成する回路である。図１において、Rao、RboおよびRcoは、O点を中心として、a点、b点およびc点間にY接続される比較的低抵抗の抵抗器、Rxは、a点‐d点間に接続される、被測定抵抗器であるツェナー標準電圧発生器の絶縁抵抗、Rsとrsは、c点‐d点間に接続される、値が既知の基準抵抗器、R1とr1は、ｂ点‐c点間に接続される、比例辺の抵抗器、Dは平衡検出用の検出器であって、その一端はd点に接続され、その他端はスイッチSWを介してb点と接地点に切り替えし接続されるようになっている。
Rw2とrw2、Rw3およびRw4は、a点、c点およびe点間にY接続されて第２のY回路を構成する抵抗器、Rw1とrw1は、c点‐e点間に接続される、比例辺の抵抗器、Eは電圧源である。e点は、接地されている。Rw1、rw1、Rw2、rw2、Rw3およびRw4は、漏れ電流の影響を除去するためのY-Δ変換型の接地装置を構成している。
【０００９】
上記抵抗器のうち、抵抗器Rao、rs、Rw4およびrw2は可変抵抗器であって、Rao、rsは主回路のブリッジを平衡させるために用いる補償回路を、Rw4、rw2は漏れ抵抗との平衡をとるための補償回路を構成している。図２（ａ）、（ｂ）は抵抗器Raoと抵抗器rsの可変範囲を示す。補償回路１の補償抵抗器Raoは、４個の可変抵抗器からなり各レンジの可変範囲は、1kΩ〜10kΩ、次に、10kΩ〜100kΩ、100kΩ〜1MΩ、最後に、1MΩ〜10MΩとなる。つまり、1kΩ〜10MΩまでの任意の値を設定することができる。補償回路２の抵抗器rsは、3個の可変抵抗器からなり各レンジの可変範囲は、100Ω〜1kΩ、次に、1kΩ〜10kΩ、最後に、10kΩ〜100kΩとなる。ただし、Rsは100kΩである。
接地装置の可変抵抗器Rw4とrw2は、Rw4がRaoに、またrw2がrsに対応しており、それぞれの可変範囲は図２（ａ）、（ｂ）に示すとおりである。
【００１０】
Rao、RboおよびRcoによって構成されるY型回路は、等価的に抵抗器R2、RacおよびRcbのΔ型回路を形成している。ここで、Rao、Rbo≫Rcoに設定されている。この条件で、特に、ブリッジの比例辺の一辺となる抵抗器R2は等価的に極めて高い抵抗器となる。抵抗器R1も同様に比例辺の一辺となるが、Y-Δ変換による抵抗Rcbが並列に加わると、その並列抵抗値はR1の公称値からずれるため調整用の抵抗器r1を直列接続してある。
【００１１】
Y-Δ変換により等価抵抗値R2は、次式となる。
R2＝Rao+Rbo+Rao・Rbo/Rco  [Ω]                 (1)
となる。ここで、Rao・Rbo/Rco≫Rao、Rboであるので、
R2≒Rao・Rbo/Rco      [Ω]                   (１′)
(1′)式より、R2は等価的に高抵抗となる。このR2を用いると絶縁抵抗Rxは、
Rx=(Rs＋rs)・R2/Rp     [Ω]            (2)
となる。ただしRpは、Rp=(R1+r1)・Rcb/（R1+r1+Rcb）である。(2)式から、絶縁抵抗Rxの値によって等価抵抗R2の大きさが決まることになる。つまり、(1′)式の補償抵抗器Raoの設定値が決定される。このとき、例えば、可変範囲の最大値10MΩを設定値とすると、残りの三つの可変抵抗器で、上位からあと３桁を設定できるが、最小値１ｋΩを設定値とすると、数値は上位から１桁のみとなってしまう。このような問題点を解決するために、補償回路２を別途用いることにした。つまり、最上位の桁は、補償抵抗器Raoのみで求めておいて、その次の桁からは、補償抵抗器rsを用いる。この手法は、(1′)式と(2)式からも原理的に可能なことが明らかである。この補償方法を用いることにより、任意の絶縁抵抗値を1/1000の桁まで求めることが可能となった。ただし、測定精度は、１％程度であると推定される。
同様に、可変抵抗器Rw4は上１桁を設定するのに使用され、可変抵抗器rw2は上位からあと３桁を設定するのに用いられる。
【００１２】
以下に測定手順を述べる。まず始めにスイッチSWを接地側にし、検出器Dを接地する。このときのブリッジ構成は図３のようになる。漏れ電流の原因となる漏れ抵抗Rh1およびRh2は、すべて接地装置側の対地電位であるe点に集中して分布するようになり、見かけ上、接地装置の一部であるかのように構成される。この状態において、ブリッジ回路が平衡するように補償抵抗器Rw4とrw2を調整する。平衡時における検出器Dの両端e点とd点は同電位となる。次に、スイッチSWを切り替えて、検出器Dをb点側にすると、ブリッジ構成は図４のようになる。この主回路を用いて、ツェナー標準電圧発生器の絶縁抵抗測定を実施する。ｄ点は見かけ上、対地から浮いた状態になっているが、前の平衡操作により、等価的に対地電位を保持しているため、ツェナー標準電圧発生器のケースは強制的に対地電位となり、遮蔽板の役割を果たすことになる。主回路の平衡は、補償抵抗器Rao、rsを調整して得、検出器Dで検出する。このときの平衡条件式は(1′)式と(2)式から、次式となる。
Rx=(Rs+rs)・RaoRbo/RcoRp     [Ω]                  (3)
ここで、Rbo=100kΩ、Rp=1kΩおよびRco=1Ωと選定しているものとすると、Rbo/Rp・Rco=10２となる。これより(3)式は、
Rx=(Rs+rs)Rao×10２   [Ω]                           (4)
で与えられる。よって、ツェナー標準電圧発生器の絶縁抵抗Rxが求められることになる。
【００１３】
なお、rsを調節することにより、主回路と接地装置との平衡が崩れることになる。したがって、rsがRsに比較して大きく、主回路の調整時にrsの可変量が大きい場合には再度ｄ点を接地電位に調整した後に再び主回路の平衡条件を求める必要がある。rsがRsに比較して小さい場合やrsの変化量が小さい場合には再調整を行わなくても十分高い精度の測定が可能である。
【００１４】
以上好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜の変更が可能なものである。たとえば、抵抗器Rao、rsは、必ずしも４個ないし３個の可変抵抗器によって構成するのではなく他の個数であっても良く、またその可変範囲も実施例のとおりである必要はない。また、抵抗器Rw4、rw２の可変範囲は抵抗器Rao、rsのそれと同じである必要はない。また、本発明はツェナー標準電圧発生器の絶縁抵抗の測定に有利に用いられるが、この用途に限定されず、他の標準器や計測器の絶縁抵抗やその他の高抵抗の測定にも適用できる。
【００１５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明は、Y-Δ変換型の主回路ブリッジを用いて絶縁抵抗のような高抵抗の値を測定するものであるので、低抵抗を用いたY型回路により、1010〜1014Ω程度の高抵抗を上位３桁程度の高い精度をもって測定することができる。また、Y-Δ変換型の接地装置を用いて、主回路ブリッジの１点を等価的に接地することにより、回路的に接地から浮いた主回路に係る漏れ電流の影響を低抵抗の補償回路をもつ接地装置で除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施例を示す回路図。
【図２】  抵抗器Raoと抵抗器rsの構成を説明するための図。
【図３】  本発明の一実施例の動作説明図（その１）。
【図４】  本発明の一実施例の動作説明図（その２）。
【図５】  ツェナー標準電圧発生装置の概略の構成を示す図。
【図６】  従来の抵抗測定方法を示す図（その１）。
【図７】  従来の抵抗測定方法を示す図（その２）。
【図８】  従来例の問題点を説明するための図（その１）。
【図９】  従来例の問題点を説明するための図（その２）。
【符号の説明】
１  電圧制御回路
２  増幅器
３  ケース
４  遮蔽板
５  絶縁材料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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