(57)【要約】【課題】従来の電圧電流測定装置は、入力端子の一端が接地されていた。このため、入力信号にコモンモード電圧が重畳すると、電圧を測定することができなかった。本発明はコモンモード電圧が重畳しても、正確に電圧を測定することができる電圧電流測定装置を提供することを目的にする。【解決手段】差動増幅器１７の入力を切り替えるアナログスイッチ３９および４０と、電流検出抵抗３８を入力端子３１ａ、３１ｂから切り離すＭＯＳＦＥＴ３４および３５を具備した。入力端子が直接接地されないので、コモンモード電圧が重畳しても、電圧を測定できる。【選択図】図１
2011220699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電圧信号および電流信号を測定することができる電圧電流測定装置において、
電圧信号あるいは電流信号が印加される第１、第２の入力端子と、
前記第１の入力端子にその一端が接続される第１のスイッチと、
前記第２の入力端子にその一端が接続される第２のスイッチと、
前記第１のスイッチおよび第２のスイッチの他端にその両端が接続される電流検出抵抗と、
前記第１の入力端子に印加される信号、および前記電流検出抵抗の一端の信号が入力され、これらの信号を選択して出力する第１の選択スイッチと、
前記第２の入力端子に印加される信号、および前記電流検出抵抗の他端の信号が入力され、これらの信号を選択して出力する第２の選択スイッチと、
前記第１、第２の選択スイッチによって選択された信号が入力され、これら入力された信号の差電圧に関連する電圧を出力する差動増幅器と、
を備えたことを特徴とする電圧電流測定装置。
【請求項２】
前記差動増幅器の出力信号が入力され、この入力された信号をデジタル値に変換するＡＤ変換器を備えたことを特徴とする請求項１記載の電圧電流測定装置。
【請求項３】
前記第１の入力端子と前記第１のスイッチの一端との間に配置された第１のダイオード、および前記第２の入力端子と前記第２のスイッチの一端との間に配置された第２のダイオードを備えたことを特徴とする請求項１若しくは請求項２記載の電圧電流測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電圧と電流の両方を測定できる測定装置に関し、特に工業計器の出力信号を測定する用途に用いて好適な電圧電流測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
工業計器の出力信号は統一されており、１〜５Ｖの電圧信号あるいは４〜２０ｍＡの電流信号が用いられている。このため、工業計器の出力信号をチェックするためには、電圧と電流の両方を測定できる測定装置が必要になる。
【０００３】
図４および図５に、このような電圧と電流の両方を測定できる電圧電流測定装置の構成を示す。図４は電圧を測定する場合、図５は電流を測定する場合の構成である。
【０００４】
図４において、１０は電圧電流測定装置であり、入力端子１１および１２、ＭＯＳＦＥＴ１３、このＭＯＳＦＥＴ１３のオンオフを制御する制御部１４、抵抗１５、アナログスイッチ１６、差動増幅器１７、ＡＤ変換器１８で構成される。２０は電圧信号を出力する工業計器であり、入力端子１１、１２に接続される。
【０００５】
入力端子１１にはＭＯＳＦＥＴ１３の一端、およびアナログスイッチ１６のａ接点が接続される。入力端子１２は接地される。
【０００６】
アナログスイッチ１６のｂ接点にはＭＯＳＦＥＴ１３の他端、および抵抗１５の一端が接続される。この抵抗１５の他端は接地される。
【０００７】
アナログスイッチ１６のｃ接点は差動増幅器１７の一方の入力端子に接続される。この差動増幅器１７の他方の入力端子は接地される。差動増幅器１７の出力信号はＡＤ変換器１８に入力され、デジタル値に変換される。このデジタル値は図示しない表示器に表示される。
【０００８】
電圧を測定するときはアナログスイッチ１６を操作してａ接点をｃ接点に接続し、ＭＯＳＦＥＴ１３をオフにする。図４ではＮチャンネルＭＯＳＦＥＴを用いているので、制御部１４は低レベル信号を出力して、ＭＯＳＦＥＴ１３をオフにする。
【０００９】
アナログスイッチ１６のｂ接点は開放されており、かつＭＯＳＦＥＴ１３はオフなので、抵抗１５は工業計器２０とは切り離される。工業計器２０の出力電圧はアナログスイッチ１６のａ、ｃ接点を経由して差動増幅器１７に入力されて増幅され、ＡＤ変換器１８でデジタル値に変換される。
【００１０】
図５は電流を測定するときの構成図である。なお、図３と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００１１】
図５において、２１は電流信号を出力する工業計器であり、入力端子１１と１２に接続される。また、アナログスイッチ１６のｂ接点とｃ接点を接続し、ａ接点は開放にする。さらに、ＭＯＳＦＥＴ１３をオンにする。図４では、制御部１４は高レベル信号を出力し、ＭＯＳＦＥＴ１３をオンにする。
【００１２】
工業計器２１の出力電流はＭＯＳＦＥＴ１３を経由して抵抗１５に流れ、電圧信号に変換される。抵抗１５の抵抗値をＲ１５、工業計器２１の出力電流をＩＩＮとすると、抵抗１５の両端電圧はＩＩＮ×Ｒ１５になる。
【００１３】
抵抗１５の両端電圧はアナログスイッチ１６を経由して差動増幅器１７に入力されて増幅され、ＡＤ変換器１８でデジタル値に変換される。
【００１４】
このように、電圧電流測定装置１０で電圧と電流の両方を測定することができるので、１台の装置で工業計器の出力信号を評価することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００９−２８２０５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しなしながら、このような電圧電流測定装置には次のような課題があった。
図４の電圧電流測定装置は入力端子１２が接地されている。このため、工業計器２０の出力信号にコモンモード電圧が重畳していると測定することができず、工業計器２０を評価することができないという課題があった。
【００１７】
本発明の目的は、入力端子に入力される電圧信号にコモンモード電圧が重畳していても、入力された電圧を正確に測定することができる電圧電流測定装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
電圧信号および電流信号を測定することができる電圧電流測定装置において、
電圧信号あるいは電流信号が印加される第１、第２の入力端子と、
前記第１の入力端子にその一端が接続される第１のスイッチと、
前記第２の入力端子にその一端が接続される第２のスイッチと、
前記第１のスイッチおよび第２のスイッチの他端にその両端が接続される電流検出抵抗と、
前記第１の入力端子に印加される信号、および前記電流検出抵抗の一端の信号が入力され、これらの信号を選択して出力する第１の選択スイッチと、
前記第２の入力端子に印加される信号、および前記電流検出抵抗の他端の信号が入力され、これらの信号を選択して出力する第２の選択スイッチと、
前記第１、第２の選択スイッチによって選択された信号が入力され、これら入力された信号の差電圧に関連する電圧を出力する差動増幅器と、
を備えたものである。測定する電圧信号にコモンモード電圧が重畳していても、電圧を測定することができる。
【００１９】
請求項２記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記差動増幅器の出力信号が入力され、この入力された信号をデジタル値に変換するＡＤ変換器を備えたものである。測定値の処理が簡単になる。
【００２０】
請求項３記載の発明は、請求項１若しくは請求項２に記載の発明において、
前記第１の入力端子と前記第１のスイッチの一端との間に配置された第１のダイオード、および前記第２の入力端子と前記第２のスイッチの一端との間に配置された第２のダイオードを備えたものである。第１、第２のスイッチに寄生ダイオードがあっても、正確に測定することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば以下のような効果がある。
請求項１、２、および３の発明によれば、電流を測定する抵抗を第１、第２のスイッチを介して入力端子に接続し、第１、第２の選択スイッチを用いて入力端子に印加される電圧と電流検出抵抗両端の電圧を選択して差動増幅器に入力するようにした。
【００２２】
第１、第２のスイッチを介して電流検出抵抗を入力端子に接続、切り離すようにしたので、入力端子が直接接地されることはなく、入力端子が接地に対して絶縁されているように動作する。このため、測定する電圧信号にコモンモード電圧が重畳していても、正確に電圧を測定することができるという効果がある。
【００２３】
また、入力端子と第１、第２のスイッチとの間に第１、第２のダイオードを配置することにより、第１、第２のスイッチとしてＭＯＳＦＥＴのような寄生ダイオードを有する素子を用いても、スイッチのオフ時に電流が流れることがないという効果がある。
【００２４】
さらに、差動増幅器の出力をＡＤ変換器でデジタル値に変換することにより、その後の信号処理を簡単にすることができるという効果もある。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図２】本発明の一実施例を示した構成図である。
【図３】本発明の他の実施例を示した構成図である。
【図４】従来の電圧電流測定装置の構成図である。
【図５】従来の電圧電流測定装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下本発明を、図面を用いて詳細に説明する。図１および図２は本発明に係る電圧電流測定装置の一実施例を示した構成図である。なお、図３と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。図１は電圧を測定する場合の構成、図２は電流を測定する場合の構成である。
【００２７】
図１において、３０は電圧電流測定装置であり、入力端子３１ａおよび３１ｂ、ダイオード３２および３３、ＭＯＳＦＥＴ３４および３５、制御部３６、抵抗３７および３８、アナログスイッチ３９および４０、差動信号を入力しまた出力する差動増幅器１７、ＡＤ変換器１８で構成される。アナログスイッチ３９、４０はａ〜ｃの３つの接点を有し、ｃ接点をａ、ｂいずれかの接点に選択して接続する。
【００２８】
入力端子３１ａ、３１ｂはそれぞれ第１、第２の入力端子に相当し、ＭＯＳＦＥＴ３４、３５はそれぞれ第１、第２のスイッチに相当する。また、アナログスイッチ３９、４０はそれぞれ第１、第２の選択スイッチに相当し、ダイオード３２、３３はそれぞれ第１、第２のダイオードに相当する。さらに、抵抗３８は電流検出抵抗に相当する。
【００２９】
４１は電圧信号を出力する工業計器であり、４２はコモンモード電圧を表す。工業計器４１は入力端子３１ａおよび３１ｂに接続される。コモンモード電圧４２は入力端子３１ｂと接地との間に発生する。
【００３０】
入力端子３１ａはアナログスイッチ３９のａ接点、およびダイオード３２のアノードに接続される。入力端子３１ｂはアナログスイッチ４０のａ接点およびダイオード３３のカソードに接続される。
【００３１】
ＭＯＳＦＥＴ３４の一端はダイオード３２のカソードに接続され、他端はアナログスイッチ３９のｂ接点に接続される。ＭＯＳＦＥＴ３５の一端はダイオード３３のアノードに接続され、他端はアナログスイッチ４０のｂ接点に接続される。
【００３２】
入力端子３１ｂと接地との間には、抵抗３７が接続される。抵抗３７の抵抗値は高抵抗が用いられる。また、ＭＯＳＦＥＴ３４、３５のアナログスイッチ３８、３９に接続されている側の間には、抵抗３８が接続される。抵抗３８のＭＯＳＦＥＴ３５が接続されている側は接地される。
【００３３】
制御部３６の出力信号はＭＯＳＦＥＴ３４、３５のゲートに出力される。制御部３６はこの出力信号によりＭＯＳＦＥＴ３４、３５のオン、オフを制御する。
【００３４】
アナログスイッチ３９、４０のｃ接点は差動増幅器１７の２つの入力端子に接続される。この差動増幅器１７の差動出力信号はＡＤ変換器１８に入力され、デジタル値に変換される。なお、測定値を表示する表示器、あるいは電圧測定と電流測定を切り替えるスイッチなどがあるが、記載を省略している。
【００３５】
電圧測定では、アナログスイッチ３９、４０は、いずれもｃ接点をａ接点に接続するようにされる。また、ＭＯＳＦＥＴ３４、３５はいずれもオフにされる。図１ではＭＯＳＦＥＴ３４としてＮチャンネル素子を用いているので、制御部３６はＭＯＳＦＥＴのゲートに低レベル信号を印加してオフにする。また、ＭＯＳＦＥＴ３５としてＰチャンネル素子を用いているので、制御部３６はＭＯＳＦＥＴ３５のゲートを高レベルにしてオフにする。
【００３６】
次に、電圧測定の際の動作を説明する。ＭＯＳＦＥＴ３４、３５はいずれもオフであり、かつアナログスイッチ３９、４０のｂ接点は開放になっているので、抵抗３８は工業計器４１から切り離される。このため、抵抗３８には電流が流れない。工業計器４１の出力電圧はアナログスイッチ３９、４０を経由して差動増幅器１７に入力される。
【００３７】
なお、抵抗３７は入力端子３１ｂと接地間に接続されているので、コモンモード電圧４２に起因する電流が流れる。しかし抵抗３７は高抵抗なので、この電流は無視することができる。
【００３８】
図４従来例では工業計器が接続される入力端子の１つは接地されていたために、工業計器の出力電圧にコモンモード電圧が重畳すると、測定することができなかった。この実施例では入力端子は直接接地されず、抵抗３７を介して接地されるのみであるので、コモンモード電圧が重畳していても、工業計器４１の出力電圧を測定することができる。
【００３９】
また、工業計器４１の出力電圧は差動増幅器１７に入力されるので、出力電圧に重畳しているコモンモード電圧４２は差動増幅器１７で除去される。このため、ＡＤ変換器１８には工業計器４１の出力電圧のみが印加され、正確に出力信号の電圧を測定することができる。
【００４０】
図２に電流測定の構成を表したものである。この図２に基づいて、電流測定について説明する。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００４１】
図２において、３０は電圧電流測定装置であり、図１の電圧電流測定装置３０と同じ構成を有している。４３は電流信号を出力する工業計器であり、入力端子３１ａ、３１ｂに接続される。
【００４２】
アナログスイッチ３９、４０はいずれもｃ接点とｂ接点が接続され、ａ接点は開放にされる。また、制御部３６はＭＯＳＦＥＴ３４、３５がオンになるように制御する。具体的には、ＭＯＳＦＥＴ３４はＮチャンネル素子なのでそのゲート電圧を高レベルにし、ＭＯＳＦＥＴ３５はＰチャンネル素子なのでそのゲート電圧を低レベルにする。
【００４３】
工業計器４３の出力電流はダイオード３２、ＭＯＳＦＥＴ３４を経由して抵抗３８を流れ、ＭＯＳＦＥＴ３５、ダイオード３３を経由して工業計器４３に戻る。
【００４４】
このため、抵抗３８両端には、工業計器４３の出力電流に比例する電圧が発生する。抵抗３８の抵抗値をＲ３８、工業計器４３の出力電流をＩＩＮとすると、抵抗３８両端に発生する電圧は、ＩＩＮ×Ｒ３８になる。
【００４５】
抵抗３８両端の電圧は、アナログスイッチ３９、４０を経由して差動増幅器１７に入力される。差動増幅器１７の出力電圧はＡＤ変換器１８でデジタル値に変換される。このデジタル値は工業計器４３の出力電流に比例するので、工業計器４３の出力電流の値を測定することができる。工業計器４３の出力電流の一部は抵抗３７を経由して接地に流れるが、抵抗３７の抵抗値は大きいので、この電流は無視できる。
【００４６】
図３に、本発明の他の実施例を示す。なお、図１と同じ要素には同一符号を付し、説明を省略する。
【００４７】
図３において、５０は電圧電流測定装置であり、入力端子３１ａおよび３１ｂ、ダイオード３２および３３、ＭＯＳＦＥＴ３４および３５、制御部３６、抵抗３７および３８、アナログスイッチ３９および４０、差動増幅器１７、ＡＤ変換器１８で構成される。なお、入力端子に接続される工業計器は記載を省略している。
【００４８】
この実施例では、ダイオード３２と３３の極性を図１とは逆にし、ＭＯＳＦＥＴ３４と３５を交換している。また、抵抗３８のアナログスイッチ３９に接続されている側を接地している。すなわち、ダイオード３２のカソードを入力端子３１ａに接続し、アノードをＭＯＳＦＥＴ３５の一端に接続する。また、ダイオード３３のアノードを入力端子３１ｂに接続し、カソードをＭＯＳＦＥＴ３４の一端に接続する。
【００４９】
電圧測定のときは、アナログスイッチ３９と４０のｃ接点をａ接点に接続し、ＭＯＳＦＥＴ３４、３５をオフにする。入力端子３１ａ、３１ｂに印加された電圧は、アナログスイッチ３９、４０を経由して差動増幅器１７に入力される。動作は図１と同じである。
【００５０】
電流測定のときはアナログスイッチ３９、４０のｃ接点をｂ接点に接続し、ＭＯＳＦＥＴ３４、３５をオンにする。入力端子３１ｂから流入した電流はダイオード３３、ＭＯＳＦＥＴ３４、抵抗３８、ＭＯＳＦＥＴ３５、ダイオード３２の経路を流れ、抵抗３８の両端には入力電流の値に比例する電圧が発生する。この電圧はアナログスイッチ３９、４０を経由して差動増幅器１７に入力される。電流の向きを除くと、動作は図２と同じである。
【００５１】
なお、これらの実施例では抵抗３８を入力端子３１ａ、３１ｂから切り離すスイッチとしてＭＯＳＦＥＴ３４、３５を用いたが、必ずしもＭＯＳＦＥＴでなくてもよい。トランジスタ等のスイッチ素子や機械的なスイッチを用いることもできる。
【００５２】
また、アナログスイッチ３９、４０を用いたが、これも他のスイッチ素子、あるいは機械的なスイッチに置き換えることができる。
【００５３】
また、差動増幅器１７として差動出力信号を出力する増幅器を用いたが、シングルエンド出力の増幅器でもよい。この場合、ＡＤ変換器１８もシングルエンド入力のものを用いる。
【００５４】
また、差動増幅器１７は入力された２つの信号の差電圧に関連する出力信号を出力するものであればよく、必ずしも信号を増幅するものでなくてもよい。利得１の差動バッファ、あるいは１未満の利得のものを用いてもよい。差動増幅器１７の利得は、入力信号の大きさ、およびＡＤ変換器１８の特性によって決定する。
【００５５】
また、ダイオード３２、３３は、ＭＯＳＦＥＴ３４、３５がオフのときに、ＭＯＳＦＥＴ３４、３５の寄生ダイオードにコモンモード電圧に起因する電流が流れないようにするためのものである。ＭＯＳＦＥＴ３４、３５の代わりに寄生ダイオードが発生しないスイッチを用いると、ダイオード３２、３３を省略することができる。この場合、入力端子３１ａ、３１ｂとＭＯＳＦＥＴ３４、３５を直結する。
【００５６】
また、これらの実施例ではＡＤ変換器１８を用いてデジタル値に変換するようにしたが、デジタル値に変換しないで処理することもできる。
【００５７】
さらに、これらの実施例では工業計器の出力信号を測定するようにしたが、他の信号の電圧あるいは電流を測定する装置として用いることもできる。
【符号の説明】
【００５８】
１７  差動増幅器
１８  ＡＤ変換器
３０、５０  電圧電流測定装置
３１ａ、３１ｂ  入力端子
３２、３３  ダイオード
３４、３５  ＭＯＳＦＥＴ
３６  制御部
３７、３８  抵抗
３９、４０  アナログスイッチ
４１、４３  工業計器
４２  コモンモード電圧
【図１】
2011220699.tif 000003
【図２】
2011220699.tif 000004
【図３】
2011220699.tif 000005
【図４】
2011220699.tif 000006
【図５】
2011220699.tif 000007