(57)【要約】【課題】  寄生容量が本質的に電圧演算の誤差要因とならない非接触電圧測定装置を実現する。【解決手段】  被測定電圧が印加された芯線に対して結合容量を介して検出容量を接続し、この検出容量の端子間電圧を測定して前記被測定電圧を演算する電圧演算手段を有する非接触電圧測定装置において、  寄生容量を含めた前記検出容量を測定する容量検出手段を備える。【選択図】                    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定電圧が印加された芯線に対して結合容量を介して検出容量を接続し、この検出容量の端子間電圧を測定して前記被測定電圧を演算する電圧演算手段を有する非接触電圧測定装置において、
寄生容量を含めた前記検出容量を測定する容量検出手段を備えたことを特徴とする非接触電圧測定装置。
【請求項２】
前記容量検出手段は、自己の寄生容量を測定することを特徴とする請求項１に記載の非接触電圧測定装置。
【請求項３】
前記容量検出手段は、これに並列接続される参照容量と前記自己の寄生容量の和を測定することを特徴とする請求項２に記載の非接触電圧測定装置。
【請求項４】
前記参照容量と前記容量検出手段の寄生容量の和の測定値及び前記容量検出手段の寄生容量の測定値より前記参照容量を演算する参照容量演算手段を備えたことを特徴とする請求項３に記載の非接触電圧測定装置。
【請求項５】
前記参照容量演算手段の演算値と前記参照容量の予め設定されている校正値に基づき誤差係数を演算する誤差係数演算手段を備えたことを特徴とする請求項４に記載の非接触電圧測定装置。
【請求項６】
前記容量検出手段による前記検出容量の測定値から前記容量検出手段の寄生容量の測定値を除く検出容量演算手段を備えることを特徴とする請求項５に記載の非接触電圧測定装置。
【請求項７】
前記検出容量演算手段の演算結果と前記誤差係数に基づき寄生容量を含む前記可変検出容量を演算して前記電圧演算手段に与える検出容量補正手段を備えることを特徴とする請求項６に記載の非接触電圧測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被測定電圧が印加された芯線に対して結合容量を介して検出容量を接続し、この検出容量の端子間電圧を測定して前記被測定電圧を演算する電圧演算手段を有する非接触電圧測定装置に関する。
本発明の対象となる非接触による電圧測定装置では、測定対象に接触せず、もしくは絶縁物を介して間接的接触することで、被測定対象の金属部分と測定電極間に結合容量を形成し、容量分圧により電圧を取り出して測定する手法によって、感電の危険がなく安全に電圧を測定するものである。
【背景技術】
【０００２】
非接触電圧測定に関連する先行技術文献としては次のようなものがある。
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−２５５３４２号公報
【０００４】
図２は、特許文献１に開示されている非接触電圧測定装置の基本構成を示す機能ブロック図である。１は被測定電圧Ｖｘが印加された芯線、２はこの芯線の絶縁被覆である。３はこの絶縁被覆の外周に設けられた電極、４はこの電極に一端が接続された検出容量である。
【０００５】
５は電圧検出手段であり、検出容量の両端に発生する分圧電圧Ｖｓを測定する。６は演算手段であり、検出容量４の容量値を変化させて得られる分圧電圧の測定値と未知の容量による連立方程式を演算し、被測定電圧Ｖｘを推定する。
【０００６】
図３は被測定電圧Ｖｘを分圧する容量の等価回路である。Ｃｃは結合容量であり、芯線１と絶縁被覆の外周に設けられた電極３の間に形成される。Ｃｖは電極３に一端が接続された検出容量４の既知の容量値であり、この容量値が可変とされている。Ｃｆは検出容量４の他端と大地間に形成される浮遊容量である。
【０００７】
被測定電圧Ｖｘは、結合容量Ｃｃ、検出容量Ｃｖ、浮遊容量Ｃｆで分圧され、電圧検出手段５は、検出容量Ｃｖの両端の分圧電圧Ｖｓを測定する。この測定電圧Ｖｓから被測定電圧Ｖｘを推定するために、検出容量Ｃｖを変化させてキルヒホッフの法則に基づき２個の未知数Ｃｃ，Ｃｆを含む連立方程式を立て、これを解くことでＶｘを推定する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
検出容量Ｃｖを可変する場合、容量の可変手段（切換えスイッチ等）を構成する回路パターンや部品並びに結合される電圧検出手段には寄生容量が存在する。図４はこれら寄生容量の合計Ｃｐが検出容量Ｃｖに加算された等価回路を示す。検出容量Ｃｖが既知であっても、この寄生容量Ｃｐが分圧比に影響することから誤差要因となり、正確な測定を損ねる。このような寄生容量は温度で変化しやすいため、校正して値付けしても影響をなくすことは困難であった。
【０００９】
特許文献１においても寄生容量についての言及があり、これを未知数として連立方程式の次数を増加して演算処理する手法が述べられている。しかしながら検出容量の切換え操作によっても環境が変化して寄生容量が変動するので、連立方程式の次数を増加しても、誤差を排除できないため、測定精度や信頼性の低下要因となっている。
【００１０】
従って本発明が解決しようとする課題は、寄生容量が本質的に電圧演算の誤差要因とならない非接触電圧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】
【００１１】
このような課題を達成するために、本発明の構成は次の通りである。
（１）被測定電圧が印加された芯線に対して結合容量を介して検出容量を接続し、この検出容量の端子間電圧を測定して前記被測定電圧を演算する電圧演算手段を有する非接触電圧測定装置において、
寄生容量を含めた前記検出容量を測定する容量検出手段を備えたことを特徴とする非接触電圧測定装置。
【００１２】
（２）前記容量検出手段は、自己の寄生容量を測定することを特徴とする（１）に記載の非接触電圧測定装置。
【００１３】
（３）前記容量検出手段は、これに並列接続される参照容量と前記自己の寄生容量の和を測定することを特徴とする（２）に記載の非接触電圧測定装置。
【００１４】
（４）前記参照容量と前記容量検出手段の寄生容量の和の測定値及び前記容量検出手段の寄生容量の測定値より前記参照容量を演算する参照容量演算手段を備えたことを特徴とする（３）に記載の非接触電圧測定装置。
【００１５】
（５）前記参照容量演算手段の演算値と前記参照容量の予め設定されている校正値に基づき誤差係数を演算する誤差係数演算手段を備えたことを特徴とする（４）に記載の非接触電圧測定装置。
【００１６】
（６）  前記容量検出手段による前記検出容量の測定値から前記容量検出手段の寄生容量の測定値を除く検出容量演算手段を備えることを特徴とする（５）に記載の非接触電圧測定装置。
【００１７】
（７）前記検出容量演算手段の演算結果と前記誤差係数に基づき寄生容量を含む前記可変検出容量を演算して前記電圧演算手段に与える検出容量補正手段を備えることを特徴とする（６）に記載の非接触電圧測定装置。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したことから明らかなように、本発明によれば次のような効果がある。
（１）寄生容量を含めた検出容量を測定する容量検出手段を設けたことにより、寄生容量を未知数とする演算が不要となる。従って、連立方程式の次数を増やすことなく、高精度の電圧演算を実現することができ、信頼性を格段に向上せしめることができる。
【００１９】
（２）検出容量に加算される寄生容量は、被測定対象の結合容量よりも大きな場合があるため、無視して演算すると測定電圧の誤差が100％以上となる可能性があった。本発明を適用することで線径が細く、結合容量が小さな場合でも正確な電圧測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図面により詳細に説明する。図１は本発明を適用した非接触電圧測定装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図２乃至図４で説明した要素と同一要素には同一符号を付し、説明を省略する。以下、本発明の特徴部につき説明する。
【００２１】
本発明の特徴は、検出容量Ｃｖに寄生容量Ｃｐを加算した状態でその容量を正確に把握できれば、寄生容量による誤差の影響をなくすことが可能となることに着目した点にある。図１において、１００はスイッチＳ１を介して検出容量Ｃｖに接続される容量検出手段である。
【００２２】
２００は演算手段であり、変化させた検出容量４に基づく電圧検出手段５の測定電圧Ｖｓ及び容量検出手段１００の容量測定値Ｃｓを入力し、所定の演算を実行して芯線１の印加電圧Ｖｘを推定して出力する。
【００２３】
Ｃｏは、容量検出手段１００を接続したことにより発生する寄生容量である。Ｃｒｅｆは、スイッチＳ２を介して容量検出手段１００に接続される参照容量であり、電源電圧変動や測定環境の変化により発生する容量測定値の誤差を検出し、後述の補正手段により、容量検出手段１００の自己校正を実行するためのものである。
【００２４】
演算手段２００において、２０１は電圧演算手段であり、電圧検出手段５の測定電圧Ｖｓ及び容量検出手段１００の容量測定値Ｃｓを演算して得た検出容量Ｃｖと寄生容量Ｃｐの和（Ｃｖ＋Ｃｐ）を入力して演算処理し、芯線１の印加電圧Ｖｘを推定して出力する。
ここで、寄生容量Ｃｐは、例えば、検出容量Ｃｖを可変する場合の容量の可変手段（切換えスイッチ等）を構成する回路パターンや部品並びに結合される電圧検出手段などに存在する寄生容量である。
【００２５】
２０２はスイッチ制御手段であり、電圧演算手段２０１の指令によりスイッチＳ１及びＳ２の開閉操作を行うと共に、後述の各演算手段２０３，２０４，２０８に容量測定のステータス信号を発信する。
【００２６】
容量測定の第１ステップでは、スイッチＳ１及びＳ２は開に操作され、容量検出手段１００は、自身の寄生容量Ｃｏの測定値ＣｓをＣｏ演算手段２０３に入力する。容量測定手段１００として、例えば充放電することで周波数を変更するような回路を応用した場合、自分自身の寄生容量Ｃｏでその発振周波数が決定されるため、Ｃｏ演算手段２０３は周波数信号に基づいて自身の寄生容量Ｃｏを演算出力することができる。
【００２７】
容量測定の第２ステップでは、スイッチＳ２が閉に操作され、容量検出手段１００は、参照容量Ｃｒｅｆの実測値Ｃｒｅｆ´と自身の寄生容量Ｃｏとの和の測定値Ｃｓを、（Ｃｒｅｆ´＋Ｃｏ）演算手段２０４に入力し、第１ステップと同様な処理で（Ｃｒｅｆ´＋Ｃｏ）を演算出力する。
【００２８】
２０５は、参照容量演算手段であり、（Ｃｒｅｆ´＋Ｃｏ）演算手段２０４の出力とＣｏ演算手段２０３の出力の差を演算し、容量検出手段１００の寄生容量Ｃｏを除いた参照容量Ｃｒｅｆの実測値Ｃｒｅｆ´を演算出力する。
【００２９】
２０６は校正値保持手段であり、所定の環境条件の下で予め値付けされた安定した参照容量Ｃｒｅｆを測定した校正値がユーザにより設定保持されている。この校正値に基づいて容量検出手段１００の測定誤差を補正する自己校正を行なう。
【００３０】
２０７は、自己校正を行なうための誤差係数演算手段であり、参照容量演算手段２０５からの実測値Ｃｒｅｆ´と校正値Ｃｒｅｆとを入力し、両者の比を誤差係数Ｋとして演算出力する。
【００３１】
容量測定の第３ステップでは、スイッチＳ２が開に、スイッチＳ１が閉に操作され、容量検出手段１００は、検出容量Ｃｖと寄生容量Ｃｐとの合計の実測値と寄生容量Ｃｏの和、（（Ｃｖ＋Ｃｐ）´＋Ｃｏ）の測定値Ｃｓを、検出容量演算手段２０８に入力する。
【００３２】
検出容量演算手段２０８は、Ｃｏ演算手段２０３から入力される寄生容量Ｃｏを除いた（Ｃｖ＋Ｃｐ）´を出力する。
【００３３】
２０９は検出容量補正手段であり、検出容量演算手段２０８の演算出力（Ｃｖ＋Ｃｐ）´に誤差係数演算手段２０７からの誤差係数Ｋを入力し、Ｋ・（Ｃｖ＋Ｃｐ）´＝Ｃｖ＋Ｃｐを演算して（Ｃｖ＋Ｃｐ）を出力し、これを電圧演算手段２０１に与える。
【００３４】
このように演算されて求められた容量（Ｃｖ＋Ｃｐ）は、容量検出手段１００自身の寄生容量Ｃｏを含まず、かつ自己校正された測定値であり、高精度で信頼性の高いデータとして計算式に使用することができる。
【００３５】
本発明によれば、未知の数値は結合容量Ｃｃと浮遊容量Ｃｆと測定電圧Ｖｘの３個であるから、Ｃｖの容量を変えて３回の測定を実行し、得られる３個の分圧測定電圧Ｖｓを含む３元１次の連立方程式を解くことにより、芯線１の印加電圧Ｖｘを高精度で計算することができる。
【００３６】
実用上は、浮遊容量Ｃｆが不安定であるため検出容量Ｃｖの容量を変えて測定する際にも変化して測定精度に影響を与える。
このため、検出容量４，電圧検出手段５を含む電圧センサにシールドを設けてこのシールドを接地する必要がある。シールドにより、電圧センサと大地間の浮遊容量は短絡されるため、測定に影響を与えなくなる。
シールドと電圧センサ間の容量は本発明の寄生容量Ｃｐに含まれるため、結合容量Ｃｃと測定電圧Ｖｘの２個が未知数となり、検出容量Ｃｖの容量を２回変えて測定し、２個の分圧測定電圧Ｖｓを含む２元１次の連立方程式を解くことによりＶｘを計算できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明を適用した非接触電圧測定装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】非接触電圧測定装置の基本構成を示す機能ブロック図である。
【図３】被測定電圧Ｖｘを分圧する容量の等価回路図である。
【図４】寄生容量Ｃｐが検出容量Ｃｖに加算された等価回路図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  芯線
４  検出容量
５  電圧検出手段
１００  容量検出手段
２００  演算手段
２０１  電圧演算手段
２０２  スイッチ制御手段
２０３  Ｃｏ演算手段
２０４  （Ｃｒｅｆ´＋Ｃｏ）演算手段
２０５  参照容量演算手段
２０６  Ｃｒｅｆ構成値保持手段
２０７  補正係数演算手段
２０８  検出容量演算手段
２０９  検出容量補正手段
Ｃｃ  結合容量
Ｃｖ  検出容量
Ｃｆ  浮遊容量
Ｃｐ、Ｃｏ  寄生容量
Ｃｒｅｆ  参照容量
Ｓ１，Ｓ２  スイッチ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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