(57)【要約】【課題】  高電圧の交流を印加した被測定素子のインピーダンスを、簡単に、安価に、かつ正確に測定することができるインピーダンス測定方法及び装置を提供する。【解決手段】  スイッチ７をオフしたときの電圧測定器６による電圧側指示値と電流側指示値、スイッチ７をオンしたときの電圧測定器６による電圧側指示値と電流側指示値の合計４つの測定値を求め、これら測定値と既知の素子３のインピーダンスＺｒにより、被測定素子２のインピーダンスＺを求める。【選択図】      図１
2007003407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被測定素子とインピーダンスが既知の素子を直列接続した直列回路と、
交流電圧を発生し、該交流電圧を前記直列回路に印加する電圧発生手段と、
前記既知の素子に並列に設けられ、該既知の素子の短絡又は開放を切換え可能とした切換え手段と、
前記直列回路に印加される交流電圧及び前記直列回路に流れる交流電流をそれぞれ測定する測定手段と、を備えたインピーダンス測定回路に適用され、
前記切換え手段により前記既知の素子を短絡した状態で前記測定手段により交流電圧と交流電流を測定する第１のステップと、
前記切換え手段により前記既知の素子を開放した状態で前記測定手段により交流電圧と交流電流を測定する第２のステップと、
これら第１及び第２のステップによりそれぞれ取得された交流電圧及び交流電流の指示値と前記既知の素子のインピーダンスにより前記被測定素子のインピーダンスを求める第３のステップと
を具備したことを特徴とするインピーダンス測定方法。
【請求項２】
前記第３のステップは、第１のステップにより取得された電圧側指示値をｅv(on)、電流側指示値をｅi(on)、第２のステップにより取得された電圧側指示値をｅv(off)、電流側指示値をｅi(off)、前記既知の素子のインピーダンスをＺｒとしたとき、
【数１】
2007003407.tif 000023
により前記被測定素子のインピーダンスＺを求めることを特徴とする請求項１記載のインピーダンス測定方法。
【請求項３】
前記インピーダンス測定回路は、前記直列回路にさらにある値のインピーダンスを有する電流検出用素子を直列接続したことを特徴とする請求項１又は２記載のインピーダンス測定方法。
【請求項４】
前記インピーダンス測定回路は、前記直列回路にさらに電流−電圧変換機能を有する電流検出器を直列接続したことを特徴とする請求項１又は２記載のインピーダンス測定方法。
【請求項５】
前記インピーダンス測定回路は、前記直列回路に印加される交流電圧を分圧する電圧分圧器を有することを特徴とする請求項１又は２記載のインピーダンス測定方法。
【請求項６】
前記インピーダンス測定回路は、前記直列回路に並列にある値のインピーダンスを有する電圧−電流変換素子と電流−電圧変換機能を有する電流検出器の直列回路を接続したことを特徴とする請求項１又は２記載のインピーダンス測定方法。
【請求項７】
前記インピーダンス測定回路は、前記測定手段の交流電圧及び交流電流の測定にベクトル電圧計を用いることを特徴とする請求項１又は２記載のインピーダンス測定方法。
【請求項８】
前記インピーダンス測定回路は、前記測定手段の交流電圧及び交流電流の測定にスカラー電圧計を用いることを特徴とする請求項１又は２記載のインピーダンス測定方法。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のインピーダンス測定方法を用いたことを特徴とするインピーダンス測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、実使用される高電圧により被測定素子のインピーダンスを測定するインピーダンス測定方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ある周波数における抵抗、コンデンサ、コイルなどの素子のインピーダンス（Ｚ）を測定するには、例えば、図４に示すように交流電圧Ｖを発生する電圧発生器１０１に被測定素子（Ｚ）１０２と電流検出用素子（Ｚｉ）１０３の直列回路を接続し、これら被測定素子１０２と電流検出用素子１０３のそれぞれの端子電圧Ｖ１、Ｖ２を電圧測定器（Ｖ１／Ｖ２）１０４に入力し、被測定素子１０２にかかる電圧値と、流れる電流値を測定し、電圧÷電流によってインピーダンスを測定する方法が知られている。この場合、１０５（Ｚｏ）は、電圧発生器１０１の出力インピーダンスで、この出力インピーダンス１０５を流れる電流による電圧降下により、上述した直列回路にかかる電圧はＥとなっている。
【０００３】
このようなインピーダンス測定方法において、電圧測定器１０４で測定する電圧と電流が絶対値（スカラー値）であれば、素子のインピーダンス（Ｚ）の絶対値を知ることができ、また、電圧と電流がベクトル値、すなわち絶対値と位相、あるいは実部と虚部により測定できれば、インピーダンス（Ｚ）のベクトル値を知ることもできる。
【０００４】
ところで、実使用される抵抗、コンデンサ、コイルなどの素子は、周波数や印加される電圧によってインピーダンスが変化する性質をもっている。このため、正確なインピーダンスを測定するには、実際に使用するときの周波数や電圧を印加した状態で測定する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、一般に市販されている素子インピーダンスを測定するのに用いられるＬＣＲメータは、多くの場合１Ｖで測定されており、最大測定電圧でも１０Ｖ程度までである。
【０００６】
また、市販されている周波数特性分析器（Frequency Response Analyzer：FRA）は、発生できる測定信号レベルが最大で１０Ｖ程度であるが、ベクトル電圧の測定入力部では、最大数百Ｖ程度の電圧を測定でき、さらに増幅器を使用して測定信号レベルを数百Ｖにして測定すれば、上述した図４の測定方法で素子に数百Ｖを印加した状態でインピーダンスを測定することができる。しかし、このような周波数特性分析器を用いても、直接測定できる電圧は数百Ｖ程度でしかない。
【０００７】
さらに、通常用いられる電圧計でも、より高電圧を測定可能なものがあるが、これら電圧計は、電圧の絶対値（スカラー値）しか知ることができず、位相まで知ることができない。このため、周波数が高い領域では被測定素子の浮遊容量や残留インダクタンスなどによって位相が変化することにより、正確なインピーダンス測定を行なうことができないことが多い。
【０００８】
そこで、従来、図４と同一部分には、同符号を付した図５に示すように被測定素子１０２と電流検出用素子１０３の直列回路と電圧測定器１０４との間の電圧測定入力側に電圧分圧器（ＡＴＴ）１０６を挿入し、この電圧分圧器１０６で分圧された電圧を電圧測定器１０４に入力することにより、高電圧での素子インピーダンスの測定を可能にした方法も考えられている。この場合、電圧分圧器１０６としては、２個の抵抗により電圧分割を行うものや、抵抗とコンデンサの組み合わせによるものがあるが、高電圧の交流では２個のコンデンサにより電圧分割を行うものも一般的に用いられている。
【０００９】
このような電圧分圧器１０６を用いた場合、正確なインピーダンス測定を行うために、実際の電圧と周波数が印加された状態における電圧分圧器１０６の分圧比と位相を、あらかじめ校正値として知っておく必要がある。
【００１０】
しかし、電圧分圧器１０６について、実際の電圧と周波数で校正することは、困難である。例えば日本電気計器検定所の特定校正試験における交流電圧計量器の校正可能範囲は、「１ｋＶ以下（１ＭＨz以下）」に限定されている。  
（http://www.jemic.go.jp/kousei/tokutei.html 参照。）
また、財団法人 日本品質保証機構における校正証明書発行可能範囲は、交流電圧計測器および発生器において、「１０Ｈｚ〜１ＭＨｚで、１０ｍＶ〜１０００Ｖ（周波数により校正可能な範囲が異なる）」に限定されている。  
（http://www.jqa.jp/14pamphlet/pdf/ninteihani041118.pdf 参照。）
つまり、電圧分圧器１０６を校正するには、正確な電圧が必要となるが、上述したように交流電圧を校正できる電圧範囲は、１ｋＶ程度が限界であり、これ以上での印加電圧における測定では電圧分圧器１０６を校正することができない。このことから上述した図５に示す電圧分圧器１０６を用いたものの測定限界も１ｋＶまでということになる。
【００１１】
また、実際に市販されている１ｋＶ以上を対象とした高電圧・高周波用の電圧分圧器では、確度が５％程度しか保証しておらず、正確な測定に最低必要な１％、望ましくは０．１％以上の確度を得るのは程遠いのが現状である。
【００１２】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、高電圧の交流を印加した被測定素子のインピーダンスを、簡単に、安価に、かつ正確に測定することができるインピーダンス測定方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
請求項１記載の発明は、被測定素子とインピーダンスが既知の素子を直列接続した直列回路と、交流電圧を発生し、該交流電圧を前記直列回路に印加する電圧発生手段と、前記既知の素子に並列に設けられ、該既知の素子の短絡又は開放を切換え可能とした切換え手段と、前記直列回路に印加される交流電圧及び前記直列回路に流れる交流電流をそれぞれ測定する測定手段と、を備えたインピーダンス測定回路に適用され、前記切換え手段により前記既知の素子を短絡した状態で前記測定手段により交流電圧と交流電流を測定する第１のステップと、前記切換え手段により前記既知の素子を開放した状態で前記測定手段により交流電圧と交流電流を測定する第２のステップと、これら第１及び第２のステップによりそれぞれ取得された交流電圧及び交流電流の指示値と前記既知の素子のインピーダンスにより前記被測定素子のインピーダンスを求める第３のステップとを具備したことを特徴としている。
【００１４】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第３のステップは、第１のステップにより取得された電圧側指示値をｅv(on)、電流側指示値をｅi(on)、第２のステップにより取得された電圧側指示値をｅv(off)、電流側指示値をｅi(off)、前記既知の素子のインピーダンスをＺｒとしたとき、
【数２】
2007003407.tif 000003
【００１５】
により前記被測定素子のインピーダンスＺを求めることを特徴としている。
【００１６】
請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記インピーダンス測定回路は、前記直列回路にさらにある値のインピーダンスを有する電流検出用素子を直列接続したことを特徴としている。
【００１７】
請求項４記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記インピーダンス測定回路は、前記直列回路にさらに電流−電圧変換機能を有する電流検出器を直列接続したことを特徴としている。
【００１８】
請求項５記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記インピーダンス測定回路は、前記直列回路に印加される交流電圧を分圧する電圧分圧器を有することを特徴としている。
【００１９】
請求項６記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記インピーダンス測定回路は、前記直列回路に並列にある値のインピーダンスを有する電圧−電流変換素子と電流−電圧変換機能を有する電流検出器の直列回路を接続したことを特徴としている。
【００２０】
請求項７記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記インピーダンス測定回路は、前記測定手段の交流電圧及び交流電流の測定にベクトル電圧計を用いることを特徴としている。
【００２１】
請求項８記載の発明は、請求項１又は２記載の発明において、前記インピーダンス測定回路は、前記測定手段の交流電圧及び交流電流の測定にスカラー電圧計を用いることを特徴としている。
【００２２】
請求項９記載の発明は、請求項１乃至請求項８のいずれかに記載のインピーダンス測定方法を用いたことを特徴とするインピーダンス測定装置である。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、高電圧の交流を印加した被測定素子のインピーダンスを、簡単に、安価に、かつ正確に測定することができるインピーダンス測定方法及び装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態のインピーダンス測定方法が適用されるインピーダンス測定回路の概略構成を示している。
【００２６】
図１において、１（Ｖ）は、電圧発生手段として交流電圧Ｖを発生する電圧発生器で、この電圧発生器１には、被測定素子（Ｚ）２、インピーダンスが既知の素子（Ｚｒ）３及び電流検出用素子（Ｚｉ）４を直列に接続した直列回路が接続されている。ここで、被測定素子２は、抵抗、コンデンサ、コイルなどのインピーダンス素子である。既知の素子３は、インピーダンスＺｒとして、例えば、｜Ｚｒ｜≦｜Ｚ｜÷１０程度のものが用いられている。電流検出用素子４は、ある値のインピーダンスＺｉを有するもので、流れる電流を電圧Ｖ２として出力する。
【００２７】
被測定素子２、既知の素子３及び電流検出用素子４の直列回路には、並列に電圧分圧器（ＡＴＴ）５が接続されている。電圧分圧器５には、２個のコンデンサにより電圧分割を行うものが用いられている。
【００２８】
電圧分圧器５で分圧された電圧Ｖ１と電流検出用素子４の出力電圧Ｖ２は、それぞれ測定手段としての電圧測定器（Ｖ１／Ｖ２）６に入力される。電圧測定器６は、電圧用電圧計及び電流用電圧計を有するもので、これら電圧Ｖ１、Ｖ２から、それぞれ交流電圧と交流電流を測定するようにしている。
【００２９】
既知の素子３には、切換え手段としてのスイッチ（ＳＷ）７が並列に接続されている。このスイッチ７は、オン、オフ動作により、既知の素子３の短絡又は開放状態を切換えできるようになっている。これにより、電圧測定器６は、スイッチ７をオンにしたときの交流電圧と交流電流、スイッチ７をオフにしたときの交流電圧と交流電流をそれぞれ測定するようにしている。これら４つの測定値は、既知の素子３のインピーダンスＺｒとともに被測定素子２のインピーダンスＺを求めるための演算に用いられる。
【００３０】
なお、８（Ｚｏ）は、電圧発生器１の出力インピーダンスで、この出力インピーダンス８を流れる電流による電圧降下により、被測定素子（Ｚ）２、素子（Ｚｒ）３及び電流検出用素子（Ｚｉ）４の直列回路にかかる電圧はＥとなっている。
【００３１】
ここで、電圧分圧器５の電圧分割比や位相特性、および測定電圧は、後述のように演算によりキャンセルするので、正確である必要はない。また、電圧測定器６には、電圧用電圧計及び電流用電圧計として、それぞれベクトル電圧計を使用している。これにより、ベクトル電圧を求めるため、電圧分圧器５の分圧された電圧Ｖ１を電圧用電圧計からなるベクトル電圧計に与え、また、ベクトル電流を求めるため、電流検出用素子４により出力される電圧Ｖ２を電流用電圧計からなるベクトル電圧計に与えるようにしている。
【００３２】
次に、本発明によるインピーダンス測定方法を説明する。  
まず、インピーダンス測定を行なう際の前提を説明する。
【００３３】
（１）スイッチ７をオン、オフし、既知の素子３のインピーダンスＺｒを短絡／開放させると、電圧発生器１から流れ出る電流が変化するため、電圧発生器１の出力インピーダンス（Ｚｏ）８の影響により、交流電圧Ｅはベクトル的に変動する。ここで、スイッチ７がオン時の交流電圧ＥをＥon、スイッチ７がオン時の交流電圧ＥをＥoffとする。
【００３４】
（２）被測定素子２のインピーダンスＺと既知の素子３のインピーダンスＺｒを、上述したように｜Ｚｒ｜≦｜Ｚ｜÷１０程度に選んでおけば、Ｅon、Ｅoffの電圧変動を１０％以下と小さくできる。例えば、出力インピーダンス（Ｚｏ）８がゼロであれば、Ｅon＝Ｅoffであり、また、出力インピーダンス（Ｚｏ）８が十分に大きく、且つ｜Ｚｒ｜＝｜Ｚ｜÷１０であれば、Ｅoff＝１．１×Ｅonとなり、電圧が１０％変動することになる。しかし、通常、出力インピーダンス（Ｚｏ）８は、被測定素子２のインピーダンスＺよりも小さいので、電圧変動は１０％よりもかなり小さい。したがって、このような小さな電圧変動においては、電圧分圧器５の伝達関数（分圧比や位相特性）はほとんど変化しないとみなすことができる。ここでの電圧分圧器５の伝達関数は、複素数（ベクトル値）で表され、Ｋｖとする。
【００３５】
（３）電圧測定器６として用いられるベクトル電圧計には、入力電圧によって測定レンジを自動的に切り替えるものがあるが、測定レンジ間の特性の差異を避けることは困難であり、レンジ間誤差（減衰誤差、位相誤差）を生じる。このため、Ｅon、Ｅoffの電圧変動は十分に小さいが、この変動により測定レンジが切り替わらないよう、電圧発生器１の電圧Ｖを微調整しておき、レンジ間誤差を避けるようにする。
【００３６】
同一レンジで測定できるように設定すれば、Ｅon、Ｅoffの電圧変動が十分に小さいため、レンジ係数は同一とみなすことができる。ここで、電圧用電圧計のレンジ係数をＲｖ、電流用電圧計のレンジ係数をＲｉとする。
【００３７】
このような前提に基づいて、まず、スイッチ７をオフした状態で、電圧測定器６により交流電圧と交流電流をそれぞれ測定する。このときの電圧側指示値と電流側指示値は、下式で表わされる。
【数３】
2007003407.tif 000004
【００３８】
次に、スイッチ７をオンにして、電圧測定器６により交流電圧と交流電流をそれぞれ測定する。この場合、Ｚｒ＝０となるので、電圧側指示値と電流側指示値は、それぞれ下式で表わされる。
【数４】
2007003407.tif 000005
【００３９】
次に、Ｅoffを消去するため、（１）式÷（２）式を演算する。
【数５】
2007003407.tif 000006
【００４０】
同様に、Ｅonを消去するため、（３）式÷（４）式を演算する。
【数６】
2007003407.tif 000007
【００４１】
さらに、（５）式÷（６）式を求める。
【数７】
2007003407.tif 000008
【００４２】
そして、（７）式を書き換え、下記の（８）式より被測定素子２のインピーダンスＺを求める。つまり、スイッチ７をオフしたときの電圧測定器６による電圧側指示値と電流側指示値及びスイッチ７をオンしたときの電圧測定器６による電圧側指示値と電流側指示値の合計４つの測定値と、既知の素子３のインピーダンスＺｒにより、下記の（８）式に示すように被測定素子２のインピーダンスＺを求めることができる。
【数８】
2007003407.tif 000009
【００４３】
この場合、Ｅon、Ｅoffは、キャンセルされるので、被測定素子２のインピーダンスＺに影響しない。また、ＥonとＥoffの電圧変動が小さいので、Ｋｖ、Ｒｖ、Ｒｉは変化しないとみなすことができるが、これらは演算によりキャンセルされ、被測定素子２のインピーダンスＺに影響しない。
【００４４】
したがって、このようにすれば、スイッチ７をオフしたときの電圧測定器６による電圧側指示値と電流側指示値、スイッチ７をオンしたときの電圧測定器６による電圧側指示値と電流側指示値の合計４つの測定値を求め、これら測定値と既知の素子３のインピーダンスＺｒにより、被測定素子２のインピーダンスＺを求めことができる。
【００４５】
つまり、被測定素子２のインピーダンスＺは、印加される周波数や電圧によって、インピーダンス値が変化するが、本発明によれば、被測定素子２に対し、実際に使用するときと同じ高電圧交流が印加された状態でインピーダンス測定ができるので、実使用状態における正確なインピーダンスＺを知ることができる。また、電圧や周波数を変更して測定を繰り返すことにより、電圧や周波数によるインピーダンスＺの変化を知ることもできる。
【００４６】
また、電圧が高いために直接電圧を測定できない場合は、電圧分圧器５が用いられ、電圧を変換して測定するが、本発明では、電圧分圧器５に誤差が含まれていても、この誤差も演算でキャンセルできるので、電圧分圧器５の誤差の影響を受けずに被測定素子２のインピーダンスＺを測定することができる。
【００４７】
さらに、スイッチ７をオンオフすると、電圧発生器１の出力インピーダンスＺｏがゼロでなければ交流電圧Ｅが変動するが、この変動も演算でキャンセルできるので、交流電圧Ｅの変動の影響をほとんど受けずに被測定素子２のインピーダンスＺを測定することができる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００４９】
第１の実施の形態では、電圧測定器６の電圧用電圧計及び電流用電圧計としてベクトル電圧計を使用していたが、この第２の実施の形態では、電圧の絶対値（スカラー値）を測定する通常の電圧計を用いるものである。このような通常の電圧計は、ベクトル電圧計と比べて、低価格でかつ高確度を得られるという特長を有している。
【００５０】
通常の電圧計を用いるため、被測定素子２と既知の素子３には同一種類の素子を用いることとする。例えば、同種の抵抗や、同種のコンデンサの組み合わせを用いる（コンデンサには、セラミックコンデンサ、電解コンデンサ、フィルムコンデンサ等、様々な種類があるが、ここでは互いに同種類の素子を用いるべきである。同種類の素子を使用することにより、被測定素子２及び既知の素子３のそれぞれのインピーダンスＺ、Ｚｒの位相差が小さいことが期待できる。）。
【００５１】
次に、このような通常の電圧計を用いたインピーダンス測定方法を説明する。
【００５２】
まず、測定可能な範囲の電圧で、被測定素子２及び既知の素子３のそれぞれのインピーダンスＺ、Ｚｒを測定し、それぞれのベクトルを評価しておく。ここで、これらインピーダンスＺ、Ｚｒを振幅と位相で表わすと、
【数９】
2007003407.tif 000010
【００５３】
となり、これらを（７）式の右辺に代入すると、下記のように書き換えることができる。
【数１０】
2007003407.tif 000011
【００５４】
ここで、両辺の絶対値の自乗を取ると、
【数１１】
2007003407.tif 000012
【００５５】
なので、下式が得られる。
【数１２】
2007003407.tif 000013
【００５６】
そして、後述の（１１）式を条件として近似を行ない  
【数１３】
2007003407.tif 000014
【００５７】
さらに（１１）式を条件として近似を行なう。
【数１４】
2007003407.tif 000015
【００５８】
次に、この近似による誤差を見積もる。この場合、（１０）式が近似的に成立するための条件を、（１１）式のＡに数値を入れて検討する。ここでは実用的な値として、被測定素子２及び既知の素子３のそれぞれのインピーダンスＺ、Ｚｒの比が
【数１５】
2007003407.tif 000016
【００５９】
の場合を例として検討を行う。この値を（１１）式に適用すると、
【数１６】
2007003407.tif 000017
【００６０】
となり、Ａを変数として位相差を求めると、表１のようになる。この表１により被測定素子２及び既知の素子３のそれぞれのインピーダンスＺ、Ｚｒの位相差を基に、近似式の誤差を知ることができる。
【表１】
2007003407.tif 000018
【００６１】
このように、予め直接測定できる電圧により被測定素子２及び既知の素子３のそれぞれのインピーダンスＺ、Ｚｒを測定し、その位相差を求めて表１に適用することにより、誤差の評価を行うことができる。例えば、位相差が約９°のときは、近似による誤差は ０．１％程度で、また、位相差が約２．８°のときは、近似による誤差は ０．０１％程度となる。
【００６２】
従来技術において、正確な測定と考える確度は、最低でも１％、できれば０．１％以上の確度が望ましいと述べたが、周波数や配線にもよるが、被測定素子２と既知の素子３に同一種類の素子を用いることで、位相差を数度以内に抑えることが可能になる。ここでは、前述のように、位相差が数度であれば、近似による誤差は０．１％以下となり、正確な測定が可能となる。
【００６３】
（１０）式の近似が成り立つ範囲で（７）式の絶対値をとり、（１１）式の関係を反映させると、
【数１７】
2007003407.tif 000019
【００６４】
となる。つまり、予め直接測定できる程度の電圧で、被測定素子２及び既知の素子３のそれぞれのインピーダンスＺ、Ｚｒを予め測定し、その位相差が表１程度であれば、（１２）（１３）式で近似することができる。このため、被測定素子２と既知の素子３に同一種類の素子を使用して、あらかじめ位相差を確認して測定誤差を見積もっておけば、電圧測定器６として安価な通常の電圧計を使用しても、正確に被測定素子２のインピーダンスＺを測定することができる。
【００６５】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００６６】
第２の実施の形態では、被測定素子２と既知の素子３に同一種類の素子を使用し、測定周波数における位相差を規定内に抑えることによって誤差の発生を抑制した。また、第２の実施の形態の方法を用いる際の実用的な値として、既知の素子３と被測定素子２のそれぞれのインピーダンスＺｒ、Ｚの比が１：１０の場合を例として述べた。
【００６７】
インピーダンスＺｒ、Ｚの比が１：１０の場合、既知の素子３にかかる電圧は、被測定素子２にかかる電圧の１／１０になる。一方、既知の素子３のインピーダンスＺｒの値は、実際に印加される電圧まであらかじめ測定されていることが前提になっている。このことは、スイッチ７がオフの場合、既知の素子３のインピーダンスＺｒをあらかじめ測定した最大電圧の１０倍の電圧Ｅまで被測定素子２に印加して測定できることになる。つまり、被測定素子２を、より高電圧で測定するためには、既知の素子３と被測定素子２のそれぞれのインピーダンスＺｒ、Ｚの比をより大きく取ればよいことになる。
【００６８】
ところが、被測定素子２と既知の素子３に同一種類の素子を使用したとしても、インピーダンス比が大きいと位相差を規定内に抑えることが困難な場合が生じ、第２の実施の形態で述べたように通常の電圧計でインピーダンスを測定することが困難になる場合がある。また、インピーダンスＺｒ、Ｚの比をあまり大きく取り過ぎると、電流検出用素子４で検出する電圧差が小さくなり、電圧測定器６の測定精度との関係で演算誤差が大きくなってしまう。一方、この比を小さく取り過ぎると、スイッチ７のオンオフによって被測定素子２にかかる電圧の変化が大きくなるので、スイッチ７のオンオフによる交流電圧Ｅの変化が大きくなり過ぎて、同一レンジ内で測定する、あるいは電圧分圧器の特性変化が起こらないなどの前提条件が破綻する場合が考えられる。
【００６９】
第３の実施の形態は、このような問題点を解決するための方法で、あるインピーダンス比で測定を繰り返すことによって、より高い電圧でインピーダンス測定を可能としたものである。例えば、あらかじめ１０Ｖで直接測定したインピーダンスＺ10を、既知の素子３のインピーダンスＺｒとして用いて、被測定素子２のインピーダンスＺ100を１００Ｖまで試験し、許容範囲内の誤差で電圧依存性のないことを評価する。
【００７０】
ここで、横軸に概略の印加電圧、縦軸に（｜Ｚｒ｜／｜Ｚ｜）をプロットすると、電圧依存性が少なければ、横軸に平行な直線上にばらつき、そのばらつく範囲が小さい。このばらつきを評価して、許容誤差範囲内ならば、次の既知の素子３として使用する。
【００７１】
次に、１００Ｖで測定したインピーダンスＺ100を既知のインピーダンスＺｒとして用いて、被測定素子２のインピーダンスＺ1000を１０００Ｖまで試験し、許容範囲内の誤差で電圧依存性のないことを評価する。
【００７２】
このようにして繰り返し測定を行えば、既知の素子３と被測定素子２のインピーダンスＺｒとＺの比を１：１０に保ったままで、さらに高電圧における測定を行うことができる。（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態を説明する。
【００７３】
この第４の実施の形態は、より現実的な例として、高圧・高周波用コンデンサの評価について説明する。
【００７４】
一般に高圧高周波用コンデンサと称されているものは、元々誘電損失tanδの値が小さく、高電圧分圧用に使用する応用がメーカーカタログ等に記載されている。そして、tanδが小さいので、上述した（１２）（１３）式で近似することができ、通常の電圧計でインピーダンスを測定することができる。しかし、tanδ値のカタログ公称値は、例えば１ＭＨｚにおいて、５Ｖ程度の低電圧印可時の測定値しか記述されていない等、十分なデータが示されていない場合が多い。また、容量値の電圧依存性、周波数依存性については記述されていないことが多いので、実際に使用した場合に信頼して良いものか否か判断が付かない。
【００７５】
そこで、この第４の実施の形態では、事前に、周波数又は印加電圧を変えて、（１２）式の｜Ｚｒ｜／｜Ｚ｜の値が許容誤差範囲内で一定値を示せば、被測定素子２のインピーダンスＺ値の周波数特性あるいは電圧依存特性が許容誤差範囲内で一定値であると評価するようにしている。（使用目的の許容誤差範囲を超えていたならば、被測定素子２は使用することができない。）
いま、損失係数tanδの小さいとされるコンデンサの具体的な代表的な値として、例えばtanδが０．０１以下（角度では０．５７°以下）のコンデンサを使用するものとする。このtanδの値は、上述した表１の記載範囲外であり、ほとんど誤差なく（１２）式の近似が成り立つというものである。また、この場合、コンデンサであるから、被測定素子２のインピーダンスＺと既知の素子３のインピーダンスＺｒは、下記のように表すことができる。この場合、tanδの値が０．０１以下なので両インピーダンスＺ、Ｚｒの絶対値は
【数１８】
2007003407.tif 000020
【００７６】
となり、これを（１２）式に適用すると、下式のようになる。
【数１９】
2007003407.tif 000021
【００７７】
この場合、既知のコンデンサＣｒには分圧された小電圧しか印可されないことから、電圧依存性の小さい評価されたものを使用できるので、低電圧から高電圧まで順次測定し、（１４）式のＣ／Ｃｒ値のばらつきを評価することにより、被評価コンデンサＣの電圧依存性が評価でき、又周波数を変えて測定すれば、周波数依存性を定量的に評価することができる。
【００７８】
したがって、このようにして評価したコンデンサＣを用いて、図２に示すような２つのコンデンサＣ、Ｃｏからなるコンデンサ分圧器１１を構成すると、実際の高電圧で校正できなくても、予め直接測定可能な電圧で分圧比を求めておけば、上述したように評価した高電圧までは、その分圧比は許容誤差で信頼して良いことになる。すなわち、定量的に評価された、高圧・高周波用の分圧器を構成することができる。
【００７９】
（第５の実施の形態）
次に、本発明の第５の実施の形態を説明する。
【００８０】
図３は、第５の実施の形態の概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。
【００８１】
この場合、図１では、電流検出用素子４は、ある値のインピーダンスＺｉを有するもので、ここに流れる電流を電圧Ｖ２に変換して電圧測定器６に入力していた。このため、（７）式において、
【数２０】
2007003407.tif 000022
【００８２】
と近似していた。
【００８３】
図３では、図１の電流検出用素子４に代えて、電流−電圧変換機能を有する電流検出器２１を用い、この電流検出器２１により検出された電流Ｉを電圧Ｖに変換して電圧測定器６に入力するようにしている。このようすれば、上述の近似は必要がなくなり、（７）式がそのまま成立する。ここで、電流検出器２１としては、電流トランスによるものやホール素子を用いたもの等が市販されており、さらにクランプ式のものを使用すれば接続の自由度も上がるので、測定がより容易になる。
【００８４】
また、図３において、図１の電圧分圧器（ＡＴＴ）５に代えてある値のインピーダンスを有する電圧−電流変換素子（Ｚｖ）２２と電流−電圧変換機能を有する電流検出器２３を使用している。第１の実施の形態において、電圧分圧器５の誤差は演算でキャンセルされ、被測定素子２のインピーダンスを測定できたのと同様に、電圧−電流変換素子２２のインピーダンスＺｖや電流検出器２３の電流−電圧変換係数の誤差も演算でキャンセルされ、被測定素子２のインピーダンスを測定できる。
【００８５】
この場合、電圧−電流変換素子２２のインピーダンスＺｖが既知で、さらに電流検出器２３の電流−電圧変換係数が既知であれば、これら２つの値を元に、電圧測定器６の指示値から測定電圧を知ることもできる。
【００８６】
なお、電圧−電流変換素子２２のインピーダンスＺｖをあらかじめ測定しておくためには、本発明の測定方法を含む様々な方法が適用できることは言うまでもない。
【００８７】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。
【００８８】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明の第１の実施の形態のインピーダンス測定方法が適用されるインピーダンス測定回路の概略構成を示す図。
【図２】本発明の第４の実施の形態に適用されるコンデンサ分圧器の概略構成を示す図。
【図３】本発明の第５の実施の形態が適用されるインピーダンス測定回路の概略構成を示す図。
【図４】従来のインピーダンス測定方法が適用されるインピーダンス測定回路の概略構成を示す図。
【図５】従来のインピーダンス測定方法が適用される他のインピーダンス測定回路の概略構成を示す図。
【符号の説明】
【００９０】
１…電圧発生器
２…被測定素子
３…既知の素子
４…電流検出用素子
５…電圧分圧器
６…電圧測定器
７…スイッチ
８…電圧発生器の出力インピーダンス
１１…コンデンサ分圧器
２１…電流検出器
２２…電圧−電流変換素子
２３…電流検出器
【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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