(57)【要約】【課題】校正点の数を増加させることなく、スパン内の誤差値を抑制する。【解決手段】非線形特性を持つ測定対象に対し、測定範囲内を複数の折点を持つ折線によって折線近似し、各折点毎に測定値を真値に整合させるための校正を施すと共に、各折点間のスパン内では所定の変換係数を定め、測定値に変換係数を乗算して表示値を求めるリニアライザを備えた測定装置において、折点の一部で校正点と変換係数の切替点とが不一致の関係に設定されていることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
非線形特性を持つ測定対象に対し、測定範囲を複数の折点を持つ折線によって折線近似し、各折点毎に測定値を真値に整合させるための校正を施すと共に、折点間のスパン内では所定の変換係数を定め、測定値に変換係数を乗算して表示値を求めるリニアライザを備えた測定装置において、
上記折点の一部で校正点と変換係数の切替点とが不一致の関係に設定されていることを特徴とするリニアライザを備えた測定装置。
【請求項２】
請求項１記載のリニアライザを備えた測定装置において、折線近似した各スパン内で許容誤差値に近い誤差値又は許容誤差値を越える値の誤差値を発生するスパン長を、変換係数の切替点で定められるスパン長より短くする方向に校正点を変位させた構成としたことを特徴とするリニアライザを備えた測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は例えばディジタルボルトメータ等と呼ばれている測定装置に関し、特に測定対象となる電圧値と表示値とのズレを整合させるためのリニアライザを備えた測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５にディジタルボルトメータの概略の構成を示す。図中１Ａは電圧測定端子、１Ｂは電流測定端子を示す。電圧測定時はスイッチ２は電圧測定端子１Ａを選択し、電流測定時はスイッチ２は電流測定端子１Ｂを選択する。電流測定時は被測定電流を電流−電圧変換器３に入力し、被測定電流を電圧値に変換し、その電圧値をレンジ切替回路４を通じてＡＤ変換器５に入力する。ＡＤ変換器５でＡＤ変換された測定電圧はリニアライザ６で測定値と表示値との整合をとり、整合がとられた値がディジタル表示器７に入力されて測定値として表示される。
【０００３】
ここでリニアライザの校正方法の一例を簡単に説明する。例えば交流電圧の実効値VRMSは
【０００４】
【数１】
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により求められる。
（１）式より、実効値変換後の値は図６図線Ａに示すように入力電圧V(t)に対して直線でなく、二次曲線Ａで表わされる。ここで仮に曲線Ａの各点を微細（ほぼ連続的）に分割し、各分割点毎に校正を施すことにより変換精度の高いリニアライザを得ることができる。
【０００５】
然し乍ら校正点を多数に採った場合は、校正に要する手間が多く掛りコストの上昇は避けられない。つまり、校正とは既知の値の電圧を発生することができる標準電圧源を用意し、基準電圧から曲線Ａ上の各点に対応する電圧を発生させ、その電圧の印加状態で表示値がその入力中の電圧値となるように、リニアライザの変換係数を調整する作業を指す。リニアライザの変換係数の調整は例えば半導体基板上の抵抗体をレーザービーム等により切除する等の作業で行われる。このため、校正点の数を多く採ると、製造コストが多く掛る不都合が生じる。更に、このようなリニアライザが実現できたとしても、測定装置に組み込んだ場合、各校正点の相互間（スパン）では変換係数を定め、スパン内の被測定電圧が入力された場合はその入力された電圧に変換係数を乗算し、表示値を求めなくてはならない。この場合、どの変換係数を用いて演算を行うかを判定しなければならないから校正点が多い程、その判定のための処理に時間が掛る欠点がある。
【０００６】
このため一般には曲線Ａ上の代表的な電圧位置を折点と定め、折線近似により曲線Ａに近い値の変換結果を得る校正方法が採られる。図６に示す曲線Ａに示す点FSはフルスケール点、１／１０FSはフルスケールFSの１／１０の値を示す折線１／１００FSはフルスケールFSの１／１００の値を示す折点、zeroはゼロ点を表わす。これらの各折点FS、１／１０FS、１／１００FS、zeroの４点で校正を行い曲線Ａを折線近似する。尚、zero点では入力電圧を０とした状態でAD変換器３から出力される測定値をオフセット電圧en（ノイズ成分）として求め記憶させ、そのオフセット電圧enを各折点毎に減算し、オフセット電圧の影響を除去する。曲線Ａ上の各折点１／１００FS、１／１０FS、FSで校正を行うことにより、折点で分割される各スパンＭ１、Ｍ２、Ｍ３で用いられる変換係数が決定される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上述したように校正点を多く採ると、リニアライザの変換精度は向上するが校正に要する手間が多く掛るため製造コストが上昇する不具合が生じる。従って、可能な限り折線近似する折点の数（校正点の数）を少なくできると都合がよい。然し乍ら、校正点相互間のスパンを広く採ると、そのスパンの範囲内で発生する誤差値が許容値に近づいたり、許容値を超えてしまう区間が発生する率が高くなる。
図７に校正点の相互間で発生する誤差の様子を示す。この種の測定装置ではフルスケールFSから約１／２０FSの間で所定の測定精度を満たせば「良し」とされている。Zero〜１／２０FS間の測定領域では誤差値は大きい値でも許容される。このため図６に示した曲線ＡにおいてフルスケールFSから１／１００FSまでの誤差の発生の様子を説明する。曲線ＡにおいてフルスケールFSと折点１／１０FSとの間の誤差の発生はわずかであることから、ここでは折点１／１０FS〜１／１００FSの間のスパンで発生する誤差について説明する。図７は折点１／１０FS〜１／１００FSの間のスパンＭ２で発生する誤差を示す。折点１／１０FSと１／１００FSでは校正により誤差はほぼ０の状態に固定されるが、スパンＭ２内では図７に曲線Ｂで示すように誤差（ズレ）が発生する。この誤差が１／２０FS付近で大きく膨らむため、許容値を超えるおそれがある。Zero〜１／２０FSの間で誤差が許容値を越えたとしても、これは許容される。然し乍ら、１／２０FSより大きい値の測定領域で許容値を越えることは許されない。曲線Ｂで示すように１／２０FS付近で許容値に近い状態にあると、量産品の中で許容値を越えてしまう製品が発生する率が高くなり、歩留が悪くなる不都合が生じる。
【０００８】
このため、１／２０FS付近の誤差を小さくするために例えば折点１／２０FSの点を校正点に設定することが考えられる。折点１／２０FSを校正点に選定すると、折点１／２０FSの点の誤差はゼロになるが今度は１／２０FS点からzeroの間の誤差が大きくなってしまう不都合が生じる。
図８にその様子を示す。図８に示す曲線Ｂはzeroと折点１／１００FSと１／１０FSを校正点とした場合の誤差曲線、曲線Ｃはzeroと、折点１／２０FSと、１／１０FSを校正点とした場合の誤差曲線、曲線Ｄはzeroと、折点１／４０FSと、１／１０FSを校正点とした場合の誤差曲線をそれぞれ示す。曲線ＣとＤから明らかなように、校正点を折点１／１００FSから折点１／４０FS又は折点１／２０FSに変更すると、折点１／１０FS〜１／２０FS間の誤差値は小さくできるが、折点１／２０FSより小さい観測領域の誤差値が異常に大きくなってしまうことになる。
【０００９】
Zero〜１／２０FS間の誤差値は大きくても「良し」とするものの、曲線Ｃはzeroと、折点１／２０FSと、１／１０FSを校正点とした場合の誤差曲線、曲線Ｄはzeroと、折点１／４０FSと、１／１０FSを校正点とした場合の誤差曲線をそれぞれ示す。曲線ＣとＤから明らかなように、校正点を折点１／１００FSから折点１／４０FS又は折点１／２０FSに変更すると、折点１／１０FS〜１／２０FS間の誤差値は小さくできるが、折点１／２０FSより小さい測定領域の誤差値が異常に大きくなってしまうことになる。
Zero〜１／２０FS間の誤差値は大きくても「良し」とするものの、曲線Ｃ及びＤで示す誤差値は大き過ぎる。従って、目標としては、１／１０FS〜１／２０FS間の誤差値は許容値より十分小さく、然もZero〜１／２０FS間の誤差値も程々に小さい値を示す誤差特性を呈することが望ましい。
【００１０】
この発明の目的は精度が要求される測定領域では誤差許容値より十分小さい誤差値に抑えられ、精度が要求されない測定領域でも程々に小さい誤差値に抑制することができるリニアライザを備えた測定装置を提案しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
この発明によるリニアライザを備えた測定装置は非線形特性を持つ測定対象に対し、測定範囲を複数の折点を持つ非線形によって折線近似し、各折毎に測定値を真値に整合させるための校正を施すと共に、折点間のスパン内では所定の変換係数を定め、測定値に変換係数を乗算して表示値を求めるリニアライザを備え、折点の一部で校正点と変換係数の切替点とが不一致の関数に設定されていることを特徴とする。
この発明によるリニアライザを備えた測定装置は更に、折線近似した各スパン内で許容誤差値に近い誤差値又は許容誤差値を越える値の誤差値を発生するスパン長を、変換係数の切替点で定められるスパン長より短くする方向に校正点を変位させた校正としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
この発明によるリニアライザを備えた測定装置によれば校正点の数を増やすことなく、比較的大きい誤差が発生するスパン内の誤差を小さい値に抑制することができる。この結果コストの上昇を抑えながら測定精度の向上を実現できる利点が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
この発明によるリニアライザを備えた測定装置はディジタルボルトメータに適用する実施形態が最良である。
【実施例１】
【００１４】
図１にこの発明によるリニアライザを備えた測定装置に用いるリニアライザ校正方法の一例を示す。図中FSは測定範囲のフルスケール値、１／１０FSはフルスケールFSの１／１０の値に設定した折点、１／４０FSはフルスケールFSの１／４０の値に設定した折点、１／１００FSはフルスケールFSの１／１００の値に設定した変換係数切替点、Zeroはゼロ点を表わす。
つまり、この発明では各折点１／１０FS〜１／１００FSで分割される各スパンＭ１、Ｍ２、Ｍ３内で特に１／１００FS〜１／１０FSの間の誤差の発生を小さく抑えるために、従来は折点１／１００FSを校正点としていたものを、誤差の発生を抑えたいスパンの長さを短くするために折点１／１００FSから、ここでは折点１／４０FSに校正点を移動させることを特徴とするものである。但し、折点１／１００FSでは校正は行われず、変換係数の切替点とするものである。つまり、Zero〜１／１００FSの間のスパンＭ１ではリニアライザの変換係数をＡ１、
１／１００FS〜１／１０FSの間のスパンＭ２では変換係数をＡ２、
１／１０FS〜FSの間のスパンＭ３では変換係数をＡ３、
とするように、各スパンの変換係数を設定する。
【００１５】
このようにして校正点と変換係数の切替点を設定すると、１／１００FS〜１／１０FSの間の誤差の発生は図２に曲線Ｅで示すように、１／４０FS〜１／１０FSの間の誤差値を許容値と比較して小さく抑えることができる。つまり、１／４０FSを校正点としてこの１／４０FSで誤差の発生をほぼゼロに抑え込むことと、１／１００FS〜１／１０FSのスパンが１／４０FS〜１／１０FSのスパンに短くなることから１／４０FS〜１／１０FSの間の誤差を小さくすることができる。これと共に１／１００FSは校正点としないから、誤差値は図２に示すように逆極性の正側に移る。これと共に、Zero〜１／１００FSの間の誤差は図７に示した従来の曲線Ｂの場合より大きくなるが、図８に示した曲線Ｃ及びＤの場合より小さくでき、１／２０FS以下の測定領域ではこの程度の誤差の発生は許容される。
【００１６】
図３に従来の校正方法と本発明で用いる校正点と折点（係数切替点）の関係を表にして示す。また、入力値と表示値との実測値を従来と本発明とを比較して図４に示す。
上述では実効値測定用のリニアライザを例示して説明したが、本発明はこれに限定されるものではく、他の測定用のリニアライザにも適用することができる。要は所定スパン内で誤差の発生が許容値に近い場合に、係数切替点をそのままにし、校正点のみをスパンが短くなる方向に移動させ、スパン内の誤差値を抑制した構成を備えていることを特徴とするものである。
【産業上の利用可能性】
【００１７】
この発明によるリニアライザ校正方法及びこの校正方法で構成したリニアライザを搭載した測定装置はディジタルボルトメータの分野で活用される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】この発明によるリニアライザを備えた測定装置に用いるリニアライザの校正方法を説明するためのグラフ。
【図２】図１に示したリニアライザ校正方法で構成したリニアライザの誤差発生特性を説明するためのグラフ。
【図３】本発明と従来技術で用いられる校正点と係数切替点の違いを説明するための図。
【図４】本発明と従来技術で得られる表示値の実測例を示す図。
【図５】ディジタルボルトメータの概要を説明するためのブロック図。
【図６】従来技術を説明するためのグラフ。
【図７】従来技術で発生する誤差の特性を説明するためのグラフ。
【図８】大きい誤差が発生するスパンにおいて校正点及び係数切替点の双方を短くした場合の不都合を説明するためのグラフ。
【符号の説明】
【００１９】
１／１０FS〜１／１００FS    折点                      ４    レンジ切替回路
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３    スパン                    ５    ＡＤ変換器
１Ａ    電圧測定端子              ６    リニアライザ
１Ｂ    電流測定端子              ７    ディジタル表示器
２    切替スイッチ          
３    電流−電圧変換器
【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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