(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の電極間に高電圧を印加し放電を発生させて放電電圧を取得し、この放電電圧に基づいてガス圧力を算定するガス圧力計測方法であって、
前記電極間の静電容量を取得し、この静電容量から電極間隔を算定して、前記放電電圧と電極間隔からガス圧力を算定する
ガス圧力計測方法。
【請求項２】
前記電極間に印加する高電圧を上昇する直流高電圧となして放電開始電圧を取得または／および放電発生後は一定直流高電圧を印加し放電を維持して放電維持電圧を取得し、
取得した放電開始電圧または／および放電維持電圧と、電極間隔からガス圧力を算定する
請求項１記載のガス圧力計測方法。
【請求項３】
前記放電電圧を、少なくとも２回以上繰返し放電を発生させて取得した２回目以降の放電電圧またはその平均値とした
請求項１記載のガス圧力計測方法。
【請求項４】
前記放電開始電圧または／および放電維持電圧を、少なくとも２回以上放電を発生させて取得した２回目以降の放電開始電圧または／および放電維持電圧、またはその平均値とした
請求項２記載のガス圧力計測方法。
【請求項５】
離間配置した一対の電極と、上記電極間に高電圧を印加する高電圧印加手段と、前記電極に高電圧を印加して放電が発生したときの放電電圧を取得する放電電圧取得手段とを備え、取得した放電電圧に基づいてガス圧力を算定するガス圧力計測装置であって、
前記電極間の静電容量を取得する静電容量取得手段と、
上記取得した静電容量から前記電極間の間隔を算定し、この電極間隔と前記放電電圧とからガス圧力を算定する算定手段とを備えた
ガス圧力計測装置。
【請求項６】
前記高電圧印加手段の印加高電圧を、上昇する直流高電圧または／および放電発生後を一定直流高電圧に設定し、
前記放電電圧取得手段を、上記上昇する直流高電圧の印加で放電する放電開始電圧の取得または／および放電発生後の一定直流高電圧の印加で放電を維持したときの放電維持電圧の取得に設定し、
前記算出手段を、取得した放電開始電圧または／および放電維持電圧と、電極間隔からガス圧力を算定するように設定した
請求項５記載のガス圧力計測装置。
【請求項７】
前記算出手段を、少なくとも２回以上繰返し放電を発生させて取得した２回目以降の放電電圧またはその平均値に基づいて算出するように設定した
請求項５記載のガス圧力計測装置。
【請求項８】
前記算出手段を、少なくとも２回以上放電を発生させて取得した２回目以降の放電開始電圧または／および放電維持電圧、またはその平均値に基づいて算出するように設定した
請求項６記載のガス圧力計測装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
この発明は、例えば、ガス封入リレースイッチのようなガス封入機器内のガス圧力を計測することができるガス圧力計測方法およびその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、一対の電極間に高電圧を印加して放電を発生させ、この発生した放電の放電電圧に基づいて、ガス圧力の異常の検知、ガス圧力の計測、あるいは絶縁診断をする装置がある（例えば、特開昭５５−１６０８３２号公報、特開平３−３７５３８号公報、特開平７−１５１８１２号公報）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
これらの従来装置は、電極間隔が一定であることが前提条件であったため、多量生産される電極を持った機器（例えば、ガス封入開閉器）のガス圧力を計測する場合、電極の加工精度、組立て精度によって生じる電極間隔のバラツキの影響により、ガス圧力の計測精度が悪くなる問題点があり、殊の外、電極間隔が変動するガス封入リレースイッチのようなガス封入開閉器の封入ガス圧力を精度良く計測することは困難である。
【０００４】
また、上述例のガス封入開閉器のガス圧力は、設定したガス圧力範囲より以下では初期の目的を達することがてぎず、また、設定圧力範囲を越えると、開閉器の部品およびその構造の耐久性が低下する問題点を有するので、工場出荷時の検査にあっては、設定圧力範囲に封入ガス圧力があるか否か、高精度でのガス圧力の計測が要求される。
【０００５】
この発明は、電極間隔にバラツキがあるガス封入機器、あるいは電極間隔が変動するガス封入機器に対して、封入ガス圧力を高精度で計測することができることを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明は、一対の電極間に高電圧を印加し放電を発生させて放電電圧を取得し、この放電電圧に基づいてガス圧力を算定するガス圧力計測であって、前記電極間の静電容量を取得し、この静電容量から電極間隔を算定して、前記放電電圧と電極間隔からガス圧力を算定する。
【０００７】
上述のように、電極間隔を算定して、この電極間隔と放電電圧とからガス圧力を算定することにより、ガス封入機器内の電極間にバラツキがあっても、また、電極間隔が変動しても、電極間隔を配慮して計測しているので、その電極間の実態で計測が誤ることなく、高精度のガス圧力を算定することができる。
また、電極間隔は、該電極間の静電容量を取得することにより、該静電容量から容易に算定ができる。
【０００８】
上述の電極間隔の算定は、予め求めた算定式に代入して算定することができる。また、静電容量のそれぞれの階層ごとに予め求めた電極間隔テーブルを利用するもよい。
【０００９】
さらに、前述した放電電圧と電極間隔によるガス圧力の算定も、予め求めた算定式に代入して算定することができる。また、放電電圧のそれぞれの階層ごとに予め求めたガス圧力テーブルを利用するもよい。
【００１０】
この発明の好ましい一実施態様は、前記電極間に印加する高電圧を上昇する直流高電圧となして放電開始電圧を取得、または、放電発生後は一定直流高電圧を印加し放電を維持して放電維持電圧を取得、またはこれら両方の電圧を取得して、取得した放電開始電圧と電極間隔から、または、放電維持電圧と電極間隔から、または放電開始電圧および放電維持電圧と電極間隔からガス圧力を算定する。
【００１１】
すなわち、放電開始電圧、放電維持電圧のいずれか１つと電極間隔とでガス圧力を算定することができ、例えば、上昇する高電圧を印加し放電を発生させ放電開始電圧を取得し、その放電開始電圧と電極間隔からガス圧力を算定する方法としても、また、一定の直流高電圧を印加して放電を維持して放電維持電圧を取得し、その放電維持電圧と電極間隔からガス圧力を算定するようにしても良い。
【００１２】
上述した上昇する直流高電圧は、一定上昇でも、多段ステップ状でも、任意の上昇波形でも良い。例えば、放電開始電圧が比較的高いと予測できる場合は、その電圧値以下まで急激に電圧を上昇させ、次いで緩やかに上昇する電圧を印加しても良い。
【００１３】
前述の一定の直流高電圧は、放電維持電圧より高ければ、放電開始電圧りより高くても、低くてもよい。また、所定の電圧値として定める必要はなく、ガス封入機器の封入ガス圧力によって変動してもよい。また、印加する直流高電圧は、正極性、負極性、および正負両極性のいずれでもよい。
【００１４】
前述した放電開始電圧、放電維持電圧および電極間隔によるガス圧力の算定は、予め求めた算定式に代入して算定することができる。また、算定式は、放電開始電圧、放電維持電圧および電極間隔による値から直接算定する方式としても、また、放電開始電圧、放電維持電圧から基準電極間隔での圧力を算定し、計測した電極間隔でのガス圧力に補正する方式としてもよい。また、算定式によらずとも、放電開始電圧、放電維持電圧、電極間隔のそれぞれの階層ごとに予め求めたガス圧力のテーブルを利用する方式としても良い。
【００１５】
また、放電開始電圧、放電維持電圧、電極間隔を計測する順序はいずれからでも良い。
【００１６】
さらに、電極に対する直流電圧の印加・停止を繰返して、少なくとも２回以上繰返し放電を実行し、その２回目以降の放電開始電圧の値、またはそれらの平均値、もしくは２回目以降の放電維持電圧の値、またはそれらの平均値を、放電開始電圧および放電維持電圧の値とすることができる。この場合、１回目の放電による電極表面のコンディショニング効果によって電極表面の汚れの影響が低減され、また、電極表面温度の安定化や電極間の放電路の形成によって安定した放電が発生し、この安定した放電電圧データでガス圧力を計測することにより、計測精度がより向上する。
【００１７】
【発明の実施の形態】
この発明の実施の形態を以下図面と共に説明する。
図面は、ガス封入機器の例としてのガス封入リレースイッチにおけるガス圧力計測方法およびその装置を示し、図１において、上述のガス封入リレースイッチ１０は、天井付き底部開放の形状に形成したセラミックケース１１の天井部に２個の固定端子１２，１２を固定し、この固定端子１２，１２の付け根部にはコバール丸リング１３，１３を装着し、これら固定端子１２，１２およびコバール丸リング１３，１３はろう付けによって気密状に接合固定している。そして固定端子１２，１２の内端は固定接点１４，１４を形成している。
【００１８】
上述のセラミックケース１１内側の固定接点１４，１４には可動接点１５が対向して、リレースイッチの開閉接点を形成すると共に、一方の固定接点１４と可動接点１５とを、ガス圧力計測装置の１対の電極として利用する。
【００１９】
上述の可動接点１５は、作動軸１６の上端に挿通されて、上下方向に移動可能であり、上端のＥリング１７により抜け止めされると共に、下部に固定された平座金１８とスプリング１９によりＥリング１７側に押圧付勢されている。
【００２０】
上述の作動軸１６の下部側は、封止板２０の貫通孔２１を挿通して下部に延出しており、該延出部には径大にした摺動部２２を形成し、この摺動部２２には封止リング２３が挿嵌され、この封止リング２３で摺動部２２がガイドされて摺動部２２が上下方向に摺動する。
【００２１】
前述の封止板２０は、セラミックケース１１の下部開口縁に、コバール角リング２４を介してろう付けまたはレーザ溶接によって気密状に接合固定され、また、封止リング２３も封止板２０に対してろう付けまたはレーザ溶接によって気密状に接合固定されている。
【００２２】
前述の作動軸１６の摺動部２２および封止リング２３の外周部にはコイル２５が嵌着されており、このコイル２５で発生する起電力により作動軸１６の摺動部２２が摺動して、固定接点１４，１４と可動接点１５とを閉成、開離する。また、コイル２５の外周部にはヨークの役目を兼ねたカバー２６を嵌着し、これを封止板２０に対してろう付けまたはレーザ溶接によって接合固定されている。
【００２３】
上述のようにして形成されるガス封入リレースイッチ１０は、セラミックケース１１、固定端子１４、コバール丸リング１３、コバール角リング２４、封止板２０、封止リング２３によって気密室２７が形成され、この気密室２７に水素ガスと窒素ガスの混合ガスを、圧力０．２ＭＰａで、＋０．０５ＭＰａ〜−０．０ＭＰａの範囲で封入している。
【００２４】
この封入ガスのガス圧力を計測するめために電極を必要とするが、この電極は専用の電極を形成することなく、一方の固定接点１４と可動接点１５とを１対の電極として利用する。
【００２５】
また、上述のようにして形成されるガス封入リレースイッチ１０は、可動接点１５の孔径と作動軸１６の軸径との差により、可動接点１５に位置ずれや傾きが生じる構造であり、このため、固定接点１４と可動接点１５とによる電極の電極間隔ＣＧに変動が生じる。
【００２６】
また、固定接点１４側の取り付け構造、および可動接点１５側の取り付け構造を構成する各部品の加工精度、組立て精度によって、製品ごとに前述の電極間隔ＣＧが変化する。
そのため、これらの電極間隔ＣＧが異なると、これらの電極間で放電を発生させたとき、放電電圧がそれぞれ異なることになり、放電電圧のみのデータでガス圧力を測定しても正確な測定は不可能となる。
【００２７】
この発明の一実施形態として図１に示すガス圧力計測装置３０は、上述の電極間隔ＣＧを計測するための静電容量計測装置３１と、電極の放電電圧Ｖを計測するための直流高圧電源３２および高圧プローブ３３と、これらを計測制御しガス圧力を算定する計測制御パソコン（パーソナルコンピュータで構成）３４を備えている。
【００２８】
静電容量計測装置３１は、固定接点１４と可動接点１５とで構成する電極間の静電容量を計測し、この計測値から計測制御パソコン３４で電極間隔を算定する。
【００２９】
上述の静電容量計測装置３１は、例えば、ＬＣＲメータで構成し、４端子対構造テストリード３５をガス封入リレースイッチ１０の固定端子１４側とカバー２６側とに接続して固定接点１４と可動接点１５とで形成した電極間の静電容量を計測して取得する。計測条件は、並列等価回路（Ｃｐ−Ｄ）、周波数１ＭＨｚ、印加電圧５Ｖとなし、浮遊容量の影響を極力なくするために４端子対測定法としないしている。
【００３０】
上述の静電容量の計測値は計測制御パソコン３４に入力されて取得され、その取得値を電極間隔の算定式（式１）に代入することにより、電極間隔ＣＧが算定される。
【００３１】
電極間隔［ｍｍ］＝ａ×静電容量＾ｂ［ｐＦ］……………（式１）
この式１は、予め求めた静電容量と固定接点１４、可動接点１５の間隔の関係を数式化したもので、ａ，ｂは定数である。
【００３２】
図２は、静電容量と電極間隔との近似曲線を示している。該図２においてプロットは、電極間隔ＣＧ、固定接点１４の寸法、表面粗さ、および可動接点１５の寸法、表面粗さ、位置ずれ、傾き、さらにガス圧力を変化させて静電容量を取得した結果を示しており、この結果を数式化して式１としている。
【００３３】
図１において、電極の放電電圧Ｖを計測するための直流高圧電源３２は計測制御パソコン３４で制御され、任意の直流高電圧波形を電流制限抵抗器３６、保護抵抗器３７、ガス封入リレースイッチ１０に印加する。
【００３４】
なお、印加する直流電圧を、この例では、最大２０ｋＶ，５ｍＡとしている。また、ガス封入リレースイッチ１０に対する接続を、一方の固定端子１４側とカバー２６側とに接続して固定接点１４と可動接点１５で形成した電極間の放電電圧Ｖを計測して取得する。
【００３５】
ガス封入リレースイッチ１０に印加された高電圧波形は高圧プローブ３３で分圧されて計測制御パソコン３４で放電電圧波形として計測される。アース３８は高電圧回路のグランド、および感電事故防止として設けている。
【００３６】
さらに詳しくは、一対の電極である固定接点１４と可動接点１５との間に、固定接点１４を正極、可動接点１５をグランドとして、直流高圧電源３２から一定上昇する直流高電圧を印加し放電を発生させ、その放電電圧を高圧プローブ３３で分圧し、放電電圧波形として計測制御パソコン３４が取得する。
【００３７】
図３に示すように、上述の放電電圧波形の立ち下がりを検出して放電の発生を検知し、この波高値を放電開始電圧Ｖｓとする。
放電の発生後には、印加する直流高電圧を一定電圧として放電を維持させて、放電維持電圧波形を取得し、その平均値を放電維持電圧Ｖｋとする。
直流高電圧の印加開始から一定時間経過後、電圧の印加を停止する。一定の直流高電圧値は放電開始電圧に一定値を加えた電圧値とした。
【００３８】
ガス封入リレースイッチ１０のガス圧力Ｐを算定するには、上述した放電開始電圧Ｖｓと、放電維持電圧Ｖｋと、電圧間隔ＣＧとを、予め求めた算定式（式２）に代入することにより行なえる。
【００３９】
0003664002.tif 000002
ｃ，ｄ，ｅ，ｆはそれぞれ定数である。
【００４０】
上述の式２で算定されるガス圧力Ｐと、放電開始電圧Ｖｓ、放電維持電圧Ｖｋとの関係を図４に示す。該図４においてプロットは、電極間隔ＣＧ、固定接点１４の寸法、表面粗さ、および可動接点１５の寸法、表面粗さ、位置ずれ、傾き、さらにガス圧力を変化させて、放電開始電圧Ｖｓ、放電維持電圧Ｖｋを取得した結果を示しており、この結果を数式化して式２としている。また、図４の直線は、電極間ＣＧが中心値である場合のガス圧力と放電開始電圧Ｖｓ、放電維持電圧Ｖｋの関係を示している。
【００４１】
このように構成されたガス圧力計測装置３０により、ガス封入リレースイッチ１０に封入されたガスのガス圧力Ｐの計測を、図５のフローチャートを参照して説明する。
【００４２】
先ず、計測の対象であるガス封入リレースイッチ１０を静電容量計測装置３１に接続して、電極を構成する固定接点１４と可動接点１５との間の静電容量Ｃｐを取得する（ステップｎ１）。
【００４３】
計測制御パソコン３４の処理で取得した静電容量Ｃｐを算定式（式１）に代入して、電極間隔ＣＧを算定し取得する（ステップｎ２）。
【００４４】
次ぎに、電極間隔ＣＧの取得が完了したガス封入リレースイッチ１０を、静電容量計測装置３１から外し、次ぎに放電電圧を取得するために直流高圧電源３２に接続して、電極を構成する固定接点１４と可動接点１５との間に、上昇する直流高電圧を印加して放電を発生させる。
【００４５】
このように電圧を印加すると、図６に示すようにパッシェンの法則により、
ガス圧力Ｐ×電極間隔ＣＧに対応した放電開始電圧Ｖｓで放電が発生する。
【００４６】
計測制御パソコン３４は高圧プローブ３３から入力される放電電圧波形からその立ち下がりを検出して、放電開始電圧Ｖｓの値を取得する（ステップｎ３）。
【００４７】
放電の発生後は、電極に対して一定の直流高電圧を印加して放電が維持するように、計測制御パソコン３４は直流高電圧電源３２を制御し、高圧プローブ３３から入力される放電電圧波形から放電維持電圧Ｖｋの値を取得する（ステップｎ４）。その後、直流高電圧の印加を停止する。計測制御パソコン３４には、電極間隔ＣＧ、放電開始電圧Ｖｓ、放電維持電圧Ｖｋの値が取得されているので、次ぎにこれらの値でガス圧力Ｐを算定する。
この例では、基準電極間隔を設定して、この基準電極間隔と、放電開始電圧Ｖｓ、放電維持電圧Ｖｋで、基準となるガス圧力Ｐｔｍｐを算定式（式２）の一部
Ｐｔｍｐ＝ｃ×Ｖｓ＋ｄ×Ｖｋ＋ｆ
に代入して算定する（ステップｎ５）。
【００４８】
次ぎに、取得した実際の電極間隔ＣＧで補正したガス圧力Ｐを
Ｐ＝Ｐｔｍｐ＋ｅ×ＣＧ
の式で算定する（ステップｎ６）。
【００４９】
このようにして計測したガス圧力Ｐの計測精度と、電極間隔ＣＧのバラツキ、および電極間隔補正の有無との関係を図７に示す。
この図７で明らかなように、電極間隔ＣＧで補正をしない場合、ガス圧力Ｐの算定式（式２）は、電極間隔ＣＧにその中心値を代入した式となる。このため電極間隔ＣＧが中心値から外れるほどガス圧力Ｐの計測誤差が増大する。
一方、計測対象の電極間隔ＣＧを取得して、その計測値により補正項をガス圧力Ｐの算定式に加えたときは、ガス圧力Ｐの計測精度が向上し、電極間隔が変動する場合でも、精度良くガス圧力Ｐを計測することができる。
【００５０】
上述した計測例では、先にステップｎ１，ｎ２で電極間隔ＣＧを取得してから、ステップｎ３，ｎ４で放電電圧Ｖｓ，Ｖｋを取得しているが、これらの取得は逆であるもよい。
【００５１】
また、上述の計測例では、直流高電圧の印加を１回の場合として説明しているが、他の計測例としては、電極に対して直流高電圧の印加、停止を少なくとも２回以上繰返して放電させ、２回目以降の放電開始電圧Ｖｓの平均値、および放電維持電圧Ｖｋの平均値を取得してこれを算定式（式２）に代入してガス圧力Ｐを計測することができる。
【００５２】
図８は、５回繰返し放電を発生させて取得した放電開始電圧と、繰返し放電回数の関係を示す。１回目の放電開始電圧Ｖｓは、無放電状態からの放電であること、および、組調による電極表面の汚れの影響があることにより、取得値のバラツキが大きく出る。
【００５３】
しかし、２回目以降の放電は一定間隔の繰返し放電であるため、電極表面の安定化や電極間放電路の形成が起こり、また、１回目の放電による電極表面のコンディショニング効果によって、電極の表面の汚れの影響が低減されるため、放電開始電圧のバラツキが小さくなり安定する。そのため、２回目以降のいずれかの回数目の値、または、これらの平均値を放電開始電圧Ｖｓとして使用するとガス圧力Ｐの計測精度がより向上する。
【００５４】
さらに、放電維持電圧Ｖｋにおいても、上述の放電開始電圧Ｖｓの場合と同様に、２回目以降の取得値が安定しているため、２回目以降の放電維持電圧を取得値とするも、また、これらの平均値を取得値とするもよい。しかし、その効果は、放電開始電圧Ｖｓの場合に比べて小さいため、平均値は１回目を含めた平均値であるもよい。
【００５５】
この発明の構成と、上述の実施例との対応において、
この発明の電極は、実施例の固定接点１４、可動接点１５に対応し、
以下同様に、
高電圧印加手段は、直流高圧電源３２に対応し、
放電電圧取得手段は、高圧プローブ３３に対応し、
静電容量取得手段は、静電容量計測装置３１に対応し、
算定手段は、計測制御パソコン３４に対応するも、
この発明は上述の実施例の構成のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の技術的思想に沿って応用することができる。
【００５６】
【発明の効果】
この発明によれば、ガスを封入した機器の電極間の間隔が、加工精度、組立て精度によってバラツキがあっても、また、開閉器のように間隔が変動する電極であっても、ガス封入機器の個々の電極間隔に対応させてガス圧力を測定することができ、封入ガス圧力を高精度で計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  ガス圧力計測装置の概略構成図。
【図２】  静電容量と電極間隔との関係を示す図。
【図３】  放電電圧の計測波形の例を示す図。
【図４】  放電電圧とガス圧力との関係を示す図。
【図５】  ガス圧力測定処理のフローチャート。
【図６】  パッシェンの法則を示す図。
【図７】  電極間隔バラツキとガス圧力計測精度との関係を示す図。
【図８】  繰返し放電回数と放電開始電圧との関係を示す図。
【符号の説明】
１０…ガス封入リレースイッチ
１４…固定接点
１５…可動接点
３０…ガス圧力計測装置
３１…静電容量計測装置
３２…直流高圧電源
３３…高圧プローブ
３４…計測制御パソコン
【図１】
0003664002.tif 000003
【図２】
0003664002.tif 000004
【図３】
0003664002.tif 000005
【図４】
0003664002.tif 000006
【図５】
0003664002.tif 000007
【図６】
0003664002.tif 000008
【図７】
0003664002.tif 000009
【図８】
0003664002.tif 000010