(57)【要約】【課題】対象電圧の測定誤差を、より抑制することが可能なプローブ及びそれを用いた電圧測定装置を提供する。【解決手段】プローブ１００は、互いに電気的に絶縁された第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄを有する電極２を備える。第１電極２Ａは、容量値が既知である第１コンデンサ３Ａに接続される。第２電極２Ｂは、容量値が既知である第２コンデンサ３Ｂに接続される。第３電極２Ｃは、第１電極２Ａと同電位に構成される。第４電極２Ｄは、第２電極２Ｂと同電位に構成される。第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間には、第３電極２Ｃと第４電極２Ｄとが配置される。第３電極２Ｃは、第１電極２Ａの隣に配置される。第４電極２Ｄは、第２電極２Ｂの隣に配置される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電線の導体に印加された交流電圧を、電圧測定用の電極と前記導体との間に生じる結合容量を利用して測定する電圧測定装置に用いられ、
互いに電気的に絶縁された第１電極、第２電極、第３電極及び第４電極を有する前記電極を備え、
前記第１電極は、容量値が既知である第１コンデンサに接続され、
前記第２電極は、容量値が既知である第２コンデンサに接続され、
前記第３電極は、前記第１電極と同電位に構成され、
前記第４電極は、前記第２電極と同電位に構成され、
前記第１電極と前記第２電極との間には、前記第３電極と前記第４電極とが配置され、
前記第３電極は、前記第１電極の隣に配置され、
前記第４電極は、前記第２電極の隣に配置されている
ことを特徴とするプローブ。
【請求項２】
前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極の各々は、円筒の一部をなす曲面状の導電部材により形成され、
前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極は、前記電線の軸方向に沿った方向に並び、かつ、前記電線の外周面に沿って配置され、
前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極を覆う絶縁体をさらに備え、
前記絶縁体の厚み方向の少なくとも一面は、前記円筒の一部をなす曲面状に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のプローブ。
【請求項３】
前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極の各々は、可撓性を有する板状の導電部材により形成され、
前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極を覆う絶縁体をさらに備え、
前記絶縁体は、可撓性を有する
ことを特徴とする請求項１記載のプローブ。
【請求項４】
前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極の各々は、板状の導電部材により形成され、
前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極を覆う絶縁体をさらに備え、
前記絶縁体の厚み方向の少なくとも一面は、平面状に形成されている
ことを特徴とする請求項１記載のプローブ。
【請求項５】
前記絶縁体は、前記電線の外周面と対向する部位に、前記第１電極と前記第２電極との少なくとも一方と前記外周面との間に気体層を形成するスペーサが設けられている
ことを特徴とする請求項２ないし請求項４のいずれか１項に記載のプローブ。
【請求項６】
前記第１電極及び前記第２電極は、前記第１電極及び前記第２電極の前記電線側の一面が同一面に位置するように、構成されている
ことを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のプローブ。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載のプローブと、前記第１コンデンサと、前記第２コンデンサと、第１電圧測定部と、第２電圧測定部と、演算処理部とを備え、
前記第１電極は、間隔を空けて前記導体と対向し、かつ前記導体との間に第１結合容量が生じるように構成され、
前記第２電極は、間隔を空けて前記導体と対向し、かつ前記導体との間に第２結合容量が生じるように構成され、
前記第１コンデンサは、第１端子と第２端子とを有し、前記第１端子を前記第１電極と電気的に接続し、かつ前記第２端子を前記第２電極と電気的に接続するように構成され、
前記第２コンデンサは、一対の端子を有し、一方の端子を前記第２電極と電気的に接続し、かつ他方の端子を基準電位と電気的に接続するように構成され、
前記第１電圧測定部は、前記第１電極の電位と前記基準電位との電位差である第１電圧を測定するように構成され、
前記第２電圧測定部は、前記第２電極の電位と前記基準電位との電位差である第２電圧を測定するように構成され、
前記演算処理部は、前記第１電圧及び前記第２電圧を用いて、前記導体の電位と前記基準電位との電位差である対象電圧を演算するように構成されている
ことを特徴とする電圧測定装置。
【請求項８】
前記演算処理部は、前記第１電圧及び前記第２電圧に加えて、第３電圧を用いて、前記対象電圧を演算するように構成され、
前記第３電圧は、前記基準電位と、前記第２端子の電位との電位差である
ことを特徴とする請求項７記載の電圧測定装置。
【請求項９】
前記第３電圧を測定する第３電圧測定部をさらに備えている
ことを特徴とする請求項８記載の電圧測定装置。
【請求項１０】
前記演算処理部は、前記第２電圧から前記第３電圧を演算するように構成されている
ことを特徴とする請求項８記載の電圧測定装置。
【請求項１１】
切替部をさらに備え、
前記切替部は、前記第２端子を前記第２コンデンサと電気的に接続する第１接続状態と、前記第２端子を前記第２コンデンサから切り離して前記基準電位と電気的に接続する第２接続状態とを切り替えるように構成され、
前記演算処理部は、少なくとも、前記第１接続状態における前記第１電圧及び前記第２電圧と、前記第２接続状態における前記第１電圧及び前記第２電圧とを用いて、前記対象電圧を演算するように構成されている
ことを特徴とする請求項７ないし請求項１０のいずれか１項に記載の電圧測定装置。
【請求項１２】
前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサは、前記第１コンデンサの静電容量と前記第１結合容量の比率と、前記第２コンデンサの静電容量と前記第２結合容量の比率とが等しくなるように構成されている
ことを特徴とする請求項７ないし請求項１１のいずれか１項に記載の電圧測定装置。
【請求項１３】
前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサは、互いの静電容量を等しくするように構成され、
前記第１電極及び前記第２電極は、前記第１結合容量と前記第２結合容量を等しくするように構成されている
ことを特徴とする請求項１２記載の電圧測定装置。
【請求項１４】
ボルテージフォロワ回路をさらに備え、
前記ボルテージフォロワ回路の入力端子が前記第２電極と電気的に接続され、かつ前記ボルテージフォロワ回路の出力端子が前記第２端子と電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項７ないし請求項１３のいずれか１項に記載の電圧測定装置。
【請求項１５】
反転増幅回路をさらに備え、
前記反転増幅回路の入力端子が前記第２電極と電気的に接続され、かつ前記反転増幅回路の出力端子が前記第２端子と電気的に接続されている
ことを特徴とする請求項７ないし請求項１３のいずれか１項に記載の電圧測定装置。
【請求項１６】
前記演算処理部は、前記第１電極と前記基準電位との間に生じる第１浮遊容量、及び前記第２電極と前記基準電位との間に生じる第２浮遊容量を用いて、前記対象電圧の演算結果を補正するように構成されている
ことを特徴とする請求項７ないし請求項１５のいずれか１項に記載の電圧測定装置。
【請求項１７】
前記演算処理部は、電圧値が既知である電圧が前記導体に印加されている状態において、前記第１電圧、前記第２電圧及び前記電圧値を用いて、前記第１浮遊容量及び前記第２浮遊容量をそれぞれ演算するように構成されている
ことを特徴とする請求項１６記載の電圧測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、プローブ及びそれを用いた電圧測定装置に関し、より詳細には、電線の導体に印加された交流電圧を非接触で測定するプローブ及びそれを用いた電圧測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、交流電圧が印加された電線の導体に直接接続することなく、電極と導体との間に生じる結合容量を利用して交流電圧を測定する非接触電圧測定装置が知られている（特許文献１）。
【０００３】
上記非接触電圧測定装置は、第１電極と導体との間の結合容量と第１コンデンサとで分圧された電圧、上記結合容量と第２コンデンサとで分圧された電圧、及び第２電極と導体との間の結合容量と第３コンデンサとで分圧された電圧を用いて、交流電圧を算出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−８４３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記非接触電圧測定装置に限らず、測定対象である交流電圧（対象電圧）を非接触で測定する電圧測定装置に用いられるプローブでは、対象電圧の測定誤差を、より抑制することが望まれている。
【０００６】
本発明は、上述の事由に鑑みてなされ、本発明の目的は、対象電圧の測定誤差を、より抑制することが可能なプローブ及びそれを用いた電圧測定装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のプローブは、電線の導体に印加された交流電圧を、電圧測定用の電極と前記導体との間に生じる結合容量を利用して測定する電圧測定装置に用いられる。前記プローブは、互いに電気的に絶縁された第１電極、第２電極、第３電極及び第４電極を有する前記電極を備えている。前記第１電極は、容量値が既知である第１コンデンサに接続される。前記第２電極は、容量値が既知である第２コンデンサに接続される。前記第３電極は、前記第１電極と同電位に構成されている。前記第４電極は、前記第２電極と同電位に構成されている。前記第１電極と前記第２電極との間には、前記第３電極と前記第４電極とが配置されている。前記第３電極は、前記第１電極の隣に配置されている。前記第４電極は、前記第２電極の隣に配置されている。
【０００８】
このプローブにおいて、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極の各々は、円筒の一部をなす曲面状の導電部材により形成され、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極は、前記電線の軸方向に沿った方向に並び、かつ、前記電線の外周面に沿って配置され、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極を覆う絶縁体をさらに備え、前記絶縁体の厚み方向の少なくとも一面は、前記円筒の一部をなす曲面状に形成されていることが好ましい。
【０００９】
このプローブにおいて、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極の各々は、可撓性を有する板状の導電部材により形成され、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極を覆う絶縁体をさらに備え、前記絶縁体は、可撓性を有することが好ましい。
【００１０】
このプローブにおいて、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極の各々は、板状の導電部材により形成され、前記第１電極、前記第２電極、前記第３電極及び前記第４電極を覆う絶縁体をさらに備え、前記絶縁体の厚み方向の少なくとも一面は、平面状に形成されていることが好ましい。
【００１１】
このプローブにおいて、前記絶縁体は、前記電線の外周面と対向する部位に、前記第１電極と前記第２電極との少なくとも一方と前記外周面との間に気体層を形成するスペーサが設けられていることが好ましい。
【００１２】
このプローブにおいて、前記第１電極及び前記第２電極は、前記第１電極及び前記第２電極の前記電線側の一面が同一面に位置するように、構成されていることが好ましい。
【００１３】
本発明の電圧測定装置は、前記プローブと、前記第１コンデンサと、前記第２コンデンサと、第１電圧測定部と、第２電圧測定部と、演算処理部とを備えている。前記第１電極は、間隔を空けて前記導体と対向し、かつ前記導体との間に第１結合容量が生じるように構成されている。前記第２電極は、間隔を空けて前記導体と対向し、かつ前記導体との間に第２結合容量が生じるように構成されている。前記第１コンデンサは、第１端子と第２端子とを有し、前記第１端子を前記第１電極と電気的に接続し、かつ前記第２端子を前記第２電極と電気的に接続するように構成されている。前記第２コンデンサは、一対の端子を有し、一方の端子を前記第２電極と電気的に接続し、かつ他方の端子を基準電位と電気的に接続するように構成されている。前記第１電圧測定部は、前記第１電極の電位と前記基準電位との電位差である第１電圧を測定するように構成されている。前記第２電圧測定部は、前記第２電極の電位と前記基準電位との電位差である第２電圧を測定するように構成されている。前記演算処理部は、前記第１電圧及び前記第２電圧を用いて、前記導体の電位と前記基準電位との電位差である対象電圧を演算するように構成されている。
【００１４】
この電圧測定装置において、前記演算処理部は、前記第１電圧及び前記第２電圧に加えて、第３電圧を用いて、前記対象電圧を演算するように構成され、前記第３電圧は、前記基準電位と、前記第２端子の電位との電位差であることが好ましい。
【００１５】
この電圧測定装置において、前記第３電圧を測定する第３電圧測定部をさらに備えていることが好ましい。
【００１６】
この電圧測定装置において、前記演算処理部は、前記第２電圧から前記第３電圧を演算するように構成されていることが好ましい。
【００１７】
この電圧測定装置において、切替部をさらに備え、前記切替部は、前記第２端子を前記第２コンデンサと電気的に接続する第１接続状態と、前記第２端子を前記第２コンデンサから切り離して前記基準電位と電気的に接続する第２接続状態とを切り替えるように構成され、前記演算処理部は、少なくとも、前記第１接続状態における前記第１電圧及び前記第２電圧と、前記第２接続状態における前記第１電圧及び前記第２電圧とを用いて、前記対象電圧を演算するように構成されていることが好ましい。
【００１８】
この電圧測定装置において、前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサは、前記第１コンデンサの静電容量と前記第１結合容量の比率と、前記第２コンデンサの静電容量と前記第２結合容量の比率とが等しくなるように構成されていることが好ましい。
【００１９】
この電圧測定装置において、前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサは、互いの静電容量を等しくするように構成され、前記第１電極及び前記第２電極は、前記第１結合容量と前記第２結合容量を等しくするように構成されていることが好ましい。
【００２０】
この電圧測定装置において、ボルテージフォロワ回路をさらに備え、前記ボルテージフォロワ回路の入力端子が前記第２電極と電気的に接続され、かつ前記ボルテージフォロワ回路の出力端子が前記第２端子と電気的に接続されていることが好ましい。
【００２１】
この電圧測定装置において、反転増幅回路をさらに備え、前記反転増幅回路の入力端子が前記第２電極と電気的に接続され、かつ前記反転増幅回路の出力端子が前記第２端子と電気的に接続されていることが好ましい。
【００２２】
この電圧測定装置において、前記演算処理部は、前記第１電極と前記基準電位との間に生じる第１浮遊容量、及び前記第２電極と前記基準電位との間に生じる第２浮遊容量を用いて、前記対象電圧の演算結果を補正するように構成されていることが好ましい。
【００２３】
この電圧測定装置において、前記演算処理部は、電圧値が既知である電圧が前記導体に印加されている状態において、前記第１電圧、前記第２電圧及び前記電圧値を用いて、前記第１浮遊容量及び前記第２浮遊容量をそれぞれ演算するように構成されていることが好ましい。
【発明の効果】
【００２４】
本発明のプローブにおいて、前記第３電極は、前記第１電極と同電位に構成され、前記第４電極は、前記第２電極と同電位に構成されている。前記第１電極と前記第２電極との間には、前記第３電極と前記第４電極とが配置され、前記第３電極が前記第１電極の隣に配置され、前記第４電極が前記第２電極の隣に配置されている。これにより、本発明のプローブでは、前記第１電極と前記第３電極との間に生じる静電容量、及び前記第２電極と前記第４電極との間に生じる静電容量に電流が流れず、前記第３電極と前記第４電極との間に生じる静電容量に電流が流れる。つまり、前記第３電極と前記第４電極との間の静電容量に流れる電流は、前記第１コンデンサ及び前記第２コンデンサを経由しない。したがって、本発明のプローブでは、対象電圧の測定誤差を、より抑制することが可能になる。
【００２５】
本発明の電圧測定装置は、前記プローブと、前記第１コンデンサと、前記第２コンデンサと、第１電圧測定部と、第２電圧測定部と、演算処理部とを備えている。これにより、本発明の電圧測定装置では、対象電圧の測定誤差を、より抑制することが可能なプローブを備えた電圧測定装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】図１は、実施形態１に係るプローブを備えた電圧測定装置のブロック図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る電圧測定装置の使用状態を説明するための概念図である。
【図３】図３Ａは、実施形態１に係るプローブの平面図である。図３Ｂは、図３ＡのＸ−Ｘ断面図である。図３Ｃは、図３ＡのＹ−Ｙ断面図である。
【図４】図４Ａは、実施形態１に係る電圧測定装置の一部を示す模式図である。図４Ｂは、実施形態１に係る電圧測定装置の等価回路の一部を示す回路図である。
【図５】図５Ａは、比較例の電圧測定装置の一部を示す模式図である。図５Ｂは、比較例の電圧測定装置の等価回路の一部を示す回路図である。
【図６】図６は、実施形態２に係るプローブの断面図である。
【図７】図７は、実施形態３に係る電圧測定装置のブロック図である。
【図８】図８は、実施形態３に係る電圧測定装置の動作を示すフローチャートである。
【図９】図９は、実施形態４及び実施形態５に係る電圧測定装置の等価回路の一部を示す回路図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態に係るプローブ１００について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する各実施形態のプローブ１００を用いた電圧測定装置１は、図１に示すように、系統電源（商用交流電源）から負荷へ交流電力を供給するための電線１０の電圧を測定する用途に用いられる。つまり、各実施形態の電圧測定装置１は、電線１０の導体１１に印加される、５０［Ｈｚ］又は６０［Ｈｚ］の交流電圧を対象電圧Ｖｍとする。ただし、電圧測定装置１は、交流電圧を対象電圧Ｖｍとする構成であればよく、対象電圧Ｖｍを系統電源から供給される交流電圧に限定する趣旨ではない。また、電圧測定装置１は、交流電力を供給するための一対の電線の線間電圧ではなく、基準電位（例えば、グランド電位）に対する、一方の電線１０の導体１１の電位、すなわち、導体１１の電位と基準電位との電位差を対象電圧Ｖｍとする。
【００２８】
（実施形態１）
以下、本実施形態のプローブ１００について、図１〜図４を参照しながら説明する。プローブ１００は、電圧測定装置１に用いられる。電圧測定装置１は、電線１０の導体１１に印加された対象電圧Ｖｍを測定するように構成されている。なお、電圧測定装置１の詳細については、後述する。
【００２９】
プローブ１００は、電圧測定用の電極２を備えている。電極２は、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄを有している。第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、互いに電気的に絶縁されている。
【００３０】
第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの各々は、円筒の一部をなす曲面状の導電部材（例えば、銅など）により形成されている（図１，２参照）。要するに、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの各々は、電線１０の外周面に沿って湾曲するように構成されている。
【００３１】
第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂは、同じ大きさに形成されている。第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、同じ大きさに形成されている。また、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂよりも小さく形成されている（図３Ａ，３Ｂ参照）。
【００３２】
第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂの長さ寸法Ｌ（図３Ｃ参照）は、同じ寸法に設定されている。第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの長さ寸法Ｌは、同じ寸法に設定されている。また、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの長さ寸法Ｌは、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂの長さ寸法Ｌと同じ寸法に設定されているが、異なる寸法に設定されていてもよい。
【００３３】
第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、図２に示すように、電線１０の軸方向に沿った方向に並び、かつ、電線１０の外周面に沿って配置されている。なお、図２中の一点鎖線は、電線１０の軸方向を表している。
【００３４】
第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、導体１１が被覆１２にて覆われた構造の電線１０を対象に、被覆１２を取り除くことなく、被覆１２越しに導体１１と対向するように配置される。したがって、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄから導体１１までの距離は、被覆１２の厚み寸法にほぼ等しくなる。このように、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、導体１１に対して被覆１２の厚み寸法の分だけ間隔を空けて配置されることにより、導体１１に対して容量結合される。
【００３５】
ここで、第１電極２Ａと導体１１との間に形成される静電容量成分を第１結合容量２０Ａと呼び、第２電極２Ｂと導体１１との間に形成される静電容量成分を第２結合容量２０Ｂと呼ぶ。また、第３電極２Ｃと導体１１との間に形成される静電容量成分を第３結合容量２０Ｃと呼び、第４電極２Ｄと導体１１との間に形成される静電容量成分を第４結合容量２０Ｄと呼ぶ。
【００３６】
第１結合容量２０Ａ及び第２結合容量２０Ｂの大きさ（容量値）は、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂから導体１１の表面までの距離や、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂと導体１１との間に介在する介在物（被覆１２など）の誘電率によって決まる。また、第３結合容量２０Ｃ及び第４結合容量２０Ｄの大きさ（容量値）は、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄから導体１１の表面までの距離や、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄと導体１１との間に介在する介在物（被覆１２など）の誘電率によって決まる。つまり、各結合容量２０Ａ〜２０Ｄの容量値は一定ではなく、被覆１２の厚み寸法や被覆１２の材質（誘電率）などによって変化する。
【００３７】
なお、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂと導体１１との間には、第１結合容量２０Ａ及び第２結合容量２０Ｂが形成される程度の間隔が設けられていればよい。また、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄと導体１１との間には、第３結合容量２０Ｃ及び第４結合容量２０Ｄが形成される程度の間隔が設けられていればよい。
【００３８】
また、プローブ１００は、絶縁体１３をさらに備えている。絶縁体１３は、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄを覆うように構成されている（図３Ａ〜図３Ｃ参照）。なお、図２では、絶縁体１３の図示を省略している。
【００３９】
絶縁体１３の厚み方向の両面は、円筒の一部をなす曲面状に形成されている。本実施形態のプローブ１００では、絶縁体１３の厚み方向の両面が、上記円筒の一部をなす曲面状に形成されているが、絶縁体１３の厚み方向の電線１０側の一面だけが、上記円筒の一部をなす曲面状に形成されてもよい。要するに、絶縁体１３の厚み方向の少なくとも一面は、上記円筒の一部をなす曲面状に形成されていればよい。これにより、本実施形態のプローブ１００では、電線１０の外周面にフィットしやすくなり、各電極２Ａ〜２Ｄと導体１１との間に生じる各結合容量２０Ａ〜２０Ｄを増加させることができる。その結果、本実施形態のプローブ１００では、対象電圧Ｖｍの測定精度の向上を図ることが可能になる。なお、絶縁体１３の厚み方向とは、例えば、図３Ｃに示すように、第１電極２Ａの厚み方向に沿った方向を意味する。
【００４０】
絶縁体１３は、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄを、完全に覆う必要はなく、例えば、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの一部（図３Ｂでは、下面）が露出するように構成されていてもよい。
【００４１】
第１電極２Ａは、電圧測定装置１に含まれる第１コンデンサ３Ａと電気的に接続される。
【００４２】
第２電極２Ｂは、電圧測定装置１に含まれる第２コンデンサ３Ｂと電気的に接続される。
【００４３】
第３電極２Ｃは、第１電極２Ａと同電位に構成されている。具体的に説明すると、第３電極２Ｃは、電圧測定装置１に含まれるバッファ１４を介して、第１電極２Ａと電気的に接続されている。
【００４４】
第４電極２Ｄは、第２電極２Ｂと同電位に構成されている。具体的に説明すると、第４電極２Ｄは、電圧測定装置１に含まれるバッファ１５を介して、第２電極２Ｂと電気的に接続されている。
【００４５】
第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間には、第３電極２Ｃと第４電極２Ｄとが配置されている。第３電極２Ｃは、第１電極２Ａの隣に配置されている。第４電極２Ｄは、第２電極２Ｂの隣に配置されている。
【００４６】
本実施形態では、第１電極２Ａと第３電極２Ｃとの間の距離と、第２電極２Ｂと第４電極２Ｄとの間の距離とが、同じ値に設定されているが、異なる値に設定されていてもよい。また、本実施形態では、第１電極２Ａと第３電極２Ｃとの間の距離と、第３電極２Ｃと第４電極２Ｄとの間の距離とが、異なる値に設定されているが、同じ値に設定されていてもよい。
【００４７】
以下、本実施形態の電圧測定装置１について、図１〜図４を参照しながら詳細に説明する。
【００４８】
電圧測定装置１は、図１に示すように、プローブ１００、第１コンデンサ３Ａ、第２コンデンサ３Ｂ、第１電圧測定部４Ａ、第２電圧測定部４Ｂ、第３電圧測定部４Ｃ、演算処理部５、バッファ６、出力部７、バッファ１４及びバッファ１５などを備えている。なお、以下では、説明の便宜上、バッファ６、バッファ１４、バッファ１５を、第１バッファ６、第２バッファ１４、第３バッファ１５と呼ぶ。
【００４９】
電圧測定装置１は、電線１０の導体１１に印加された対象電圧Ｖｍを、電極２（各電極２Ａ〜２Ｄ）と導体１１との間に生じる結合容量を利用して測定するように構成されている。そのため、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、導体１１に直接接触しない状態で使用される。電線１０は、例えば、銅又は銅合金などの金属製の単線（導体１１）と、導体１１を覆う絶縁体（被覆１２）とで構成される。なお、被覆１２は、例えば、ビニル樹脂などの電気絶縁性を有する合成樹脂材料で形成されることが好ましい。
【００５０】
第１コンデンサ３Ａは、図１に示すように、第１端子３０Ａと第２端子３１Ａとを有し、容量値が既知である回路素子としての電解コンデンサ、フィルムコンデンサ、セラミックコンデンサなどで構成されている。
【００５１】
第１コンデンサ３Ａの第１端子３０Ａは、第１電極２Ａ及び第１電圧測定部４Ａと電気的に接続されている。また、第１コンデンサ３Ａの第１端子３０Ａは、第２バッファ１４の入力端子と電気的に接続されている。第２バッファ１４の出力端子は、第３電極２Ｃと電気的に接続されている。第１コンデンサ３Ａの第２端子３１Ａは、第１バッファ６の出力端子及び第３電圧測定部４Ｃと電気的に接続されている。
【００５２】
第２コンデンサ３Ｂは、第１端子（一方の端子）３０Ｂと第２端子（他方の端子）３１Ｂとを有し、容量値が既知である回路素子としての電解コンデンサ、フィルムコンデンサ、セラミックコンデンサなどで構成されている。
【００５３】
第２コンデンサ３Ｂの第１端子３０Ｂは、第２電極２Ｂ及び第２電圧測定部４Ｂと電気的に接続されている。また、第２コンデンサ３Ｂの第１端子３０Ｂは、第３バッファ１５の入力端子と電気的に接続されている。第３バッファ１５の出力端子は、第４電極２Ｄと電気的に接続されている。第２コンデンサ３Ｂの第２端子３１Ｂは、基準電位と電気的に接続されている（接地されている）。
【００５４】
第１電圧測定部４Ａは、基準電位と第１電極２Ａとの電位差である第１電圧Ｖ１を測定するように構成されている。同様に、第２電圧測定部４Ｂは、基準電位と第２電極２Ｂとの電位差である第２電圧Ｖ２を測定するように構成されている。第３電圧測定部４Ｃは、第１コンデンサ３Ａの第２端子３１Ａの電位と基準電位との電位差（第３電圧Ｖ３）を測定するように構成されている。
【００５５】
第１バッファ６は、ボルテージフォロワ回路、反転増幅回路、若しくは非反転増幅回路のいずれかで構成されることが好ましい。第１バッファ６の入力端子が第２電極２Ｂと電気的に接続され、第１バッファ６の出力端子が第１コンデンサ３Ａの第２端子３１Ａと電気的に接続されている。なお、以下の説明においては、第１バッファ６がボルテージフォロワ回路で構成されていることとする。
【００５６】
第２バッファ１４及び第３バッファ１５の各々は、ボルテージフォロワ回路で構成されている。第２バッファ１４の入力端子が第１コンデンサ３Ａの第１端子３０Ａ、第１電圧測定部４Ａ及び第１電極２Ａと電気的に接続され、第２バッファ１４の出力端子が第３電極２Ｃと電気的に接続されている。第３バッファ１５の入力端子が第２コンデンサ３Ｂの第１端子３０Ｂ、第２電圧測定部４Ｂ及び第２電極２Ｂと電気的に接続され、第３バッファ１５の出力端子が第４電極２Ｄと電気的に接続されている。なお、以下の説明においては、第２バッファ１４及び第３バッファ１５がボルテージフォロワ回路で構成されていることとする。
【００５７】
演算処理部５は、例えば、マイクロコントローラと、このマイクロコントローラで実行されるプログラムとで構成されている。演算処理部５は、マイクロコントローラでプログラムを実行することにより、第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２及び第３電圧Ｖ３それぞれの測定値から対象電圧Ｖｍを演算するように構成されている。
【００５８】
出力部７は、例えば、液晶表示器などの表示デバイスを有し、演算処理部５に制御されて対象電圧Ｖｍの測定値を表示するように構成されている（図２参照）。ただし、対象電圧Ｖｍは交流電圧であるから、出力部７に表示される値は、例えば、対象電圧Ｖｍの実効値、瞬時値、振幅値などである。
【００５９】
以下、比較例の電圧測定装置について、図５Ａ，５Ｂに基づいて説明する。
【００６０】
比較例の電圧測定装置の基本構成は、本実施形態の電圧測定装置１と同じ構成である。比較例の電圧測定装置は、第３電極２Ｃ、第４電極２Ｄ、第２バッファ１４及び第３バッファ１５を備えていない点が、電圧測定装置１と相違する。なお、比較例の電圧測定装置では、電圧測定装置１と共通する構成要素に同一の符号を付して説明を省略する。
【００６１】
比較例の電圧測定装置では、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間に静電容量Ｃxが生じない場合、第１電極２Ａの電位ｖ１及び第２電極２Ｂの電位ｖ２が下記の式１及び式２で表される。なお、対象電圧Ｖｍが交流電圧の場合、電位ｖ１，ｖ２は、ともに同位相の交流電圧となる。また、式１のＣs1は、第１結合容量２０Ａの容量値を表している。式１のＣin1は、第１コンデンサ３Ａの容量値を表している。式２のＣs2は、第２結合容量２０Ｂの容量値を表している。式２のＣin2は、第２コンデンサ３Ｂの容量値を表している。
【００６２】
ｖ１＝Ｖｍ×Ｃs1／（Ｃs1＋Ｃin1）  …（式１）
ｖ２＝Ｖｍ×Ｃs2／（Ｃs2＋Ｃin2）  …（式２）
各結合容量２０Ａ，２０Ｂの容量値Ｃs1，Ｃs2が同じ値で、かつ、第２コンデンサ３Ｂの容量値Ｃin2が第１コンデンサ３Ａの容量値Ｃin1よりも大きい場合は、上記式１及び式２より下記の式３の関係式が得られる。
【００６３】
｜ｖ１｜＞|ｖ２|  …（式３）
まず、比較例の電圧測定装置において、ｖ１＞０，ｖ２＞０である場合を考える。比較例の電圧測定装置では、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間に静電容量Ｃxが生じる場合、ｖ１＞ｖ２の関係式により、第１電極２Ａから第２電極２Ｂへ電流が流れる。この電流の一部は、第１コンデンサ３Ａを基準電位側から第１電極２Ａ側に流れる。また、この電流の一部は、第２コンデンサ３Ｂを第２電極２Ｂ側から基準電位側に流れる。これにより、比較例の電圧測定装置では、第１コンデンサ３Ａに蓄積された電荷が放電され、かつ、第２コンデンサ３Ｂが充電されるので、第１電極２Ａの電位ｖ１が低下し、第２電極２Ｂの電位ｖ２が上昇する。
【００６４】
次に、比較例の電圧測定装置において、ｖ１＜０，ｖ２＜０である場合を考える。この場合、比較例の電圧測定装置では、上記電流が、ｖ１＞０，ｖ２＞０である場合とは逆向きに流れるので、第１電極２Ａの電位ｖ１が上昇し、第２電極２Ｂの電位ｖ２が低下する。
【００６５】
したがって、比較例の電圧測定装置では、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間に静電容量Ｃxが生じる（存在する）場合、式１及び式２を用いて対象電圧Ｖｍを算出するときに、対象電圧Ｖｍの測定誤差が生じるおそれがある。なお、本実施形態では、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間に静電容量Ｃxが生じる場合として、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間の距離が短い場合を想定している。
【００６６】
以下、本実施形態の電圧測定装置１について、図４Ａ，４Ｂに基づいて説明する。
【００６７】
本実施形態の電圧測定装置１では、第１電極２Ａと第３電極２Ｃの間、第２電極２Ｂと第４電極２Ｄの間、及び第３電極２Ｃと第４電極２Ｄの間に静電容量Ｃx1，Ｃx2，Ｃx3が生じない場合、各電極２Ａ〜２Ｄの電位ｖ１〜ｖ４が下記の式４〜式７で表される。なお、式４のＣs1は、第１結合容量２０Ａの容量値を表している。式４のＣin1は、第１コンデンサ３Ａの容量値を表している。また、式５のＣs2は、第２結合容量２０Ｂの容量値を表している。式５のＣin2は、第２コンデンサ３Ｂの容量値を表している。
【００６８】
ｖ１＝Ｖｍ×Ｃs1／（Ｃs1＋Ｃin1）  …（式４）
ｖ２＝Ｖｍ×Ｃs2／（Ｃs2＋Ｃin2）  …（式５）
ｖ３＝ｖ１  …（式６）
ｖ４＝ｖ２  …（式７）
各結合容量２０Ａ，２０Ｂの容量値Ｃs1，Ｃs2が同じ値で、かつ、第２コンデンサ３Ｂの容量値Ｃin2が第１コンデンサ３Ａの容量値Ｃin1よりも大きい場合は、上記式４〜７より下記の式８の関係式が得られる。
【００６９】
｜ｖ１｜＝｜ｖ３｜＞｜ｖ４｜＝|ｖ２|  …（式８）
本実施形態の電圧測定装置１では、第１電極２Ａの電位ｖ１と第３電極２Ｃの電位ｖ３とが常に同電位であるため、第１電極２Ａと第３電極２Ｃとの間に生じる静電容量Ｃx1に電流が流れない。同様に、電圧測定装置１では、第２電極２Ｂの電位ｖ２と第４電極２Ｄの電位ｖ４とが常に同電位であるため、第２電極２Ｂと第４電極２Ｄとの間に生じる静電容量Ｃx3に電流が流れない。また、電圧測定装置１では、｜ｖ３｜＞｜ｖ４｜の関係式より、第３電極２Ｃと第４電極２Ｄとの間に生じる静電容量Ｃx2に電流が流れる。この電流は、各静電容量Ｃx1，Ｃx3を経由せず、電流経路は、第３結合容量２０Ｃ、第２バッファ１４の出力端子、第４結合容量２０Ｄ、第３バッファ１５の出力端子のいずれかとなる。
【００７０】
よって、電圧測定装置１では、第１コンデンサ３Ａと第１結合容量２０Ａで分圧された電圧、及び第２コンデンサ３Ｂと第２結合容量２０Ｂで分圧された電圧を用いて対象電圧Ｖｍを算出する際、静電容量Ｃx2に流れる電流が各コンデンサ３Ａ，３Ｂを経由しない。これにより、電圧測定装置１では、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間に静電容量Ｃx1，Ｃx2，Ｃx3が生じる（存在する）場合であっても、式４及び式５を用いて対象電圧Ｖｍを算出するとき、対象電圧Ｖｍの測定誤差が生じるのを抑制することが可能になる。つまり、本実施形態のプローブ１００では、対象電圧Ｖｍの測定誤差を、より抑制することが可能である。
【００７１】
ところで、特許文献１記載の非接触電圧測定装置では、第１電極と導体との間の結合容量、及び第２電極と導体との間の結合容量を考慮する一方で、第１電極と第２電極との間の静電容量を考慮しておらず、この静電容量が対象電圧の測定誤差の要因となりうる。また、特許文献１記載の非接触電圧測定装置では、この静電容量を低減するために、第１電極と第２電極との間の距離を十分に確保する必要があるため、電線の被覆に接触する接触部（プローブ）全体の小型化を図ることが難しい。
【００７２】
一方、本実施形態のプローブ１００を備えた電圧測定装置１は、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間に生じる容量結合を第３電極２Ｃと第４電極２Ｄとで分割し、第３電極２Ｃを第１電極２Ａと同電位にし、かつ、第４電極２Ｄを第２電極２Ｂと同電位にする。これにより、本実施形態の電圧測定装置１では、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間に静電容量が存在する（第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの間の距離が短くなる）場合であっても、対象電圧Ｖｍの測定誤差が生じるのを抑制可能である。その結果、電圧測定装置１では、プローブ１００の小型化を図ることも可能となる。
【００７３】
第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂは、図４Ａに示すように、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂの電線１０側の一面（図４Ａでは、下面）が同一面に位置するように構成されていることが好ましい。これにより、本実施形態のプローブ１００では、第１電極２Ａと導体１１との間の第１結合容量２０Ａと、第２電極２Ｂと導体１１との間の第２結合容量２０Ｂとを略同じ値にすることが可能になる。その結果、本実施形態のプローブ１００では、電圧測定用のプローブとして扱い易くなる。
【００７４】
本実施形態の電圧測定装置１の一部を示す回路構成は、図４Ｂに示す等価回路で表すことができる。第１コンデンサ３Ａの第１端子３０Ａは、第１電極２Ａ及び第１結合容量２０Ａを介して導体１１と容量結合される。第２コンデンサ３Ｂの第１端子３０Ｂは、第２電極２Ｂ及び第２結合容量２０Ｂを介して導体１１と容量結合される。つまり、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂが、第１結合容量２０Ａ及び第２結合容量２０Ｂを介して導体１１とそれぞれ容量結合されるため、第１電極２Ａの電位及び第２電極２Ｂの電位が、導体１１の電位（対象電圧Ｖｍ）に対応して正弦波状に変化する。
【００７５】
第１電圧測定部４Ａは、第１電極２Ａの電位と基準電位との電位差（第１電圧Ｖ１）を標本化（サンプリング）し、かつ各標本値（サンプリング値）を量子化することによって、第１電圧Ｖ１の測定値（瞬時値）を求めるように構成されている。なお、第１電圧測定部４Ａは、複数の瞬時値から第１電圧Ｖ１の実効値を算出することも可能である。
【００７６】
第２電圧測定部４Ｂは、第２電極２Ｂの電位と基準電位との電位差（第２電圧Ｖ２）を標本化（サンプリング）し、かつ各標本値（サンプリング値）を量子化することによって、第２電圧Ｖ２の測定値（瞬時値）を求めるように構成されている。なお、第２電圧測定部４Ｂは、複数の瞬時値から第２電圧Ｖ２の実効値を算出することも可能である。
【００７７】
第３電圧測定部４Ｃは、第１コンデンサ３Ａの第２端子３１Ａの電位と基準電位との電位差（第３電圧Ｖ３）を標本化（サンプリング）し、かつ各標本値（サンプリング値）を量子化することで、第３電圧Ｖ３の測定値（瞬時値）を求めるように構成されている。なお、第３電圧測定部４Ｃは、複数の瞬時値から第３電圧Ｖ３の実効値を算出することも可能である。
【００７８】
第１電圧測定部４Ａ、第２電圧測定部４Ｂ及び第３電圧測定部４Ｃは、それぞれの測定値（第１電圧Ｖ１の測定値、第２電圧Ｖ２の測定値及び第３電圧Ｖ３の測定値）を演算処理部５に出力する。
【００７９】
演算処理部５は、第１電圧Ｖ１の測定値、第２電圧Ｖ２の測定値及び第３電圧Ｖ３の測定値を、マイクロコントローラのメモリに格納した後、それらの測定値をメモリから読み出して、対象電圧Ｖｍを演算するように構成されている。
【００８０】
次に、演算処理部５における対象電圧Ｖｍの演算処理について、詳しく説明する。ただし、以下の数式中の「Ｖ１」、「Ｖ２」、「Ｖ３」は、それぞれ第１電圧Ｖ１の測定値、第２電圧Ｖ２の測定値、第３電圧Ｖ３の測定値を表す。また、第１コンデンサ３Ａの容量値をＣin1、第２コンデンサ３Ｂの容量値をＣin2、第１結合容量２０Ａの容量値をＣs1、第２結合容量２０Ｂの容量値をＣs2とする。なお、第１バッファ６が反転増幅回路で構成され、かつ測定値が振幅値又は実効値である場合においては、以下の数式中の「Ｖ３」を「−Ｖ３」に置き換える必要がある。
【００８１】
第２電圧Ｖ２は、対象電圧Ｖｍを第２コンデンサ３Ｂ及び第２結合容量２０Ｂで分圧した値に一致し、下記の式９で表される。
【００８２】
Ｖ２＝β２×Ｖｍ  …（式９）
ただし、β２＝Ｃs2／（Ｃin2＋Ｃs2）
また、第１電圧Ｖ１は、対象電圧Ｖｍと第３電圧Ｖ３の差分を第１コンデンサ３Ａ及び第１結合容量２０Ａで分圧した値と、第３電圧Ｖ３との和に一致し、下記の式１０で表される。
【００８３】
Ｖ１＝β１×（Ｖｍ−Ｖ３）＋Ｖ３＝β１×Ｖｍ＋（１−β１）×Ｖ３  …（式１０）
ただし、β１＝Ｃs1／（Ｃin1＋Ｃs1）
ここで、第１コンデンサ３Ａの容量値Ｃin1及び第２コンデンサ３Ｂの容量値Ｃin2を適当に設定することにより、β１＝β２の関係を満足させることができる。例えば、２つの容量値Ｃin1とＣin2とを等しい値とし、さらに、第１結合容量２０Ａの容量値Ｃs1と第２結合容量２０Ｂの容量値Ｃs2を等しい値とすればよい。なお、第１結合容量２０Ａの容量値Ｃs1と第２結合容量２０Ｂの容量値Ｃs2は、第１電極２Ａと第２電極２Ｂの形状、大きさ、材料などを揃えることでほぼ等しい値となる。
【００８４】
β１＝β２＝βとして、式９から式１０を減算して対象電圧Ｖｍを消去すると、下記の式１１が得られる。
【００８５】
Ｖ１＝Ｖ２＋（１−β）×Ｖ３  …（式１１）
上記式１１より、
β＝１−｛（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ３｝  …（式１２）
上記式１２を式９に代入して整理すると、下記の式１３が得られる。
【００８６】
Ｖｍ＝Ｖ２／β＝Ｖ２×Ｖ３／（Ｖ２−Ｖ１＋Ｖ３）  …（式１３）
したがって、演算処理部５は、第１電圧Ｖ１の測定値と、第２電圧Ｖ２の測定値と、第３電圧Ｖ３の測定値とを上記式１３に代入することにより、対象電圧Ｖｍを演算することができる。ただし、第１バッファ６に使用される非反転増幅回路や反転増幅回路、あるいはボルテージフォロワ回路の増幅度（利得）αが既知であるから、演算処理部５は、下記の式１４を用いて、第２電圧Ｖ２の測定値から第３電圧Ｖ３の測定値を演算することができる。
【００８７】
Ｖ３＝α×Ｖ２  …（式１４）
したがって、演算処理部５は、少なくとも第１電圧Ｖ１の測定値及び第２電圧Ｖ２の測定値を用いて、対象電圧Ｖｍを演算することができる。ゆえに、本実施形態の電圧測定装置１は、第３電圧測定部４Ｃを備えていなくても構わない。
【００８８】
ここで、第１バッファ６がボルテージフォロワ回路で構成される場合と、第１バッファ６が反転増幅回路で構成される場合とで、それぞれ異なる利点がある。
【００８９】
ボルテージフォロワ回路は、オペアンプの出力端子がオペアンプの反転入力端子に電気的かつ直接に接続されるため、オペアンプの入力端子と出力端子との間に帰還抵抗などを接続する反転増幅回路と比較して、増幅度αの誤差が低減される。ゆえに、ボルテージフォロワ回路が第１バッファ６に用いられる場合、反転増幅回路が第１バッファ６に用いられる場合と比較して、第２電圧Ｖ２から第３電圧Ｖ３を演算する際の精度の向上を図ることができる。
【００９０】
一方、反転増幅回路が第１バッファ６に用いられる場合は、ボルテージフォロワ回路及び非反転増幅回路が第１バッファ６に用いられる場合と比較して、対象電圧Ｖｍの測定範囲の上限（最大値）を高くすることができる。つまり、反転増幅回路の出力の極性が反転し、式１１の右辺第２項の符号がマイナスとなるので、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２よりも低くなる。ゆえに、対象電圧Ｖｍの測定範囲の上限は、第２電圧Ｖ２を測定する第２電圧測定部４Ｂの測定範囲の上限によって決まる。第２電圧測定部４Ｂの測定範囲の上限値をＶx2とすれば、対象電圧Ｖｍの測定範囲の上限値は、式９から、Ｖｍ＝Ｖx2／βとなる。
【００９１】
一方、第１バッファ６がボルテージフォロワ回路又は非反転増幅回路の場合、第１電圧Ｖ１が第２電圧Ｖ２よりも高くなる。ゆえに、対象電圧Ｖｍの測定範囲の上限は、第１電圧Ｖ１を測定する第１電圧測定部４Ａの測定範囲の上限によって決まる。第１電圧測定部４Ａの測定範囲の上限値をＶx1とすれば、対象電圧Ｖｍの測定範囲の上限値は、式１０と式１４から、Ｖｍ＝Ｖx1／（１＋α）βとなり、反転増幅回路が第１バッファ６に用いられる場合よりも低くなる。
【００９２】
上述のように本実施形態の電圧測定装置１は、導体１１に対象電圧Ｖｍが印加されている状態において、第１電圧測定部４Ａ及び第２電圧測定部４Ｂで第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２をそれぞれ測定する。そして、演算処理部５は、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２を用いて、対象電圧Ｖｍを演算する。したがって、本実施形態の電圧測定装置１は、交流試験電圧を導体１１に印加した状態で第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２を測定する必要がない。そのため、本実施形態の電圧測定装置１は、交流試験電圧を発生する構成が不要であるから、小型化が図り易くなる。
【００９３】
また、本実施形態の電圧測定装置１では、演算処理部５が、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２に加えて、第３電圧Ｖ３（基準電位と、第１コンデンサ３Ａの第２端子３１Ａの電位との電位差）を用いて、対象電圧Ｖｍを演算するように構成されている。なお、第３電圧Ｖ３は、演算処理部５が第２電圧Ｖ２から演算するようにしてもよいし、第３電圧測定部４Ｃで測定されるようにしてもよい。
【００９４】
さらに、本実施形態の電圧測定装置１において、第１コンデンサ３Ａ及び第２コンデンサ３Ｂは、第１コンデンサ３Ａの静電容量Ｃin1と第１結合容量２０Ａ（の容量値Ｃs1）の比率β１と、第２コンデンサ３Ｂの静電容量Ｃin2と第２結合容量２０Ｂ（の容量値Ｃs2）の比率β２とが等しくなるように構成されることが好ましい。特に、第１コンデンサ３Ａ及び第２コンデンサ３Ｂは、互いの静電容量Ｃin1、Ｃin2を等しくするように構成されることが好ましい。第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂは、第１結合容量２０Ａ（の容量値Ｃs1）と第２結合容量２０Ｂ（の容量値Ｃs2）を等しくするように構成されることが好ましい。
【００９５】
本実施形態の電圧測定装置１が上述のように構成されれば、対象電圧Ｖｍを演算する演算式を簡略化することができるので、演算処理部５の処理時間を短縮し、かつ対象電圧Ｖｍの測定精度の向上を図ることができる。
【００９６】
なお、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄと導体１１との間に被覆１２及び絶縁体１３の両方が介在することは必須でない。第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄと導体１１との間に被覆１２及び絶縁体１３の一方が介在してもよい。
【００９７】
第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの各々は、合成樹脂製のクランプの内側に配置され、このクランプで電線１０を挟み込むことで被覆１２の近傍に配置されるように構成されていてもよい。
【００９８】
第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、電圧測定装置１の本体２００（図２参照）とは別に設けられて本体２００とケーブル（同軸ケーブル）で電気的に接続されているが、本体２００と一体的に設けられていてもよい。
【００９９】
第１電極２Ａ及び第３電極２Ｃは、１本の同軸ケーブルを介して本体２００と電気的に接続され、第２電極２Ｂ及び第４電極２Ｄは、１本の同軸ケーブルを介して本体２００と電気的に接続されている。要するに、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄは、２本の同軸ケーブルを介して、本体２００と電気的に接続されている。本実施形態では、第１電極２Ａが一方の同軸ケーブルの芯線と電気的に接続され、第３電極２Ｃがこの同軸ケーブルのシールド線と電気的に接続されている。また、本実施形態では、第２電極２Ｂが他方の同軸ケーブルの芯線と電気的に接続され、第４電極２Ｄがこの同軸ケーブルのシールド線と電気的に接続されている。
【０１００】
第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの各々は、可撓性を有する板状の導電部材により形成されていてもよい。この場合、絶縁体１３は、可撓性を有することが望ましい。これにより、本実施形態のプローブ１００では、電線１０の形状や外径に関わらず、プローブ１００を電線１０に密着させることが可能となり、各電極２Ａ〜２Ｄと導体１１との間に生じる各結合容量２０Ａ〜２０Ｄを増加させることができる。その結果、本実施形態のプローブ１００では、対象電圧Ｖｍの測定精度の向上を図ることが可能になる。なお、本実施形態のプローブ１００では、絶縁体１３の形状を特に限定しないが、絶縁体１３は、プローブ１００を電線１０に密着させるために、板状に形成されていることが好ましい。
【０１０１】
第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第３電極２Ｃ及び第４電極２Ｄの各々は、板状の導電部材により形成されていてもよい。この場合、絶縁体１３の厚み方向の少なくとも一面は、平面状に形成されていることが望ましい。これにより、本実施形態のプローブ１００では、電線１０の形状や外径に関わらず、プローブ１００を電線１０の表面に接触させる（押し当てる）ことが可能となり、各電極２Ａ〜２Ｄと導体１１との間に生じる各結合容量２０Ａ〜２０Ｄを増加させることができる。その結果、本実施形態のプローブ１００では、対象電圧Ｖｍの測定精度の向上を図ることが可能になる。
【０１０２】
本実施形態のプローブ１００の応用例は、上述の説明に用いた回路構成に限定されず、２つの電極と２つ以上のコンデンサ（容量値が既知であるコンデンサ）とを用いて分圧を行う回路構成すべてに応用できる。
【０１０３】
（実施形態２）
本実施形態のプローブ１００は、図６に示すように、絶縁体１３は、電線１０の外周面と対向する部位に、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂと電線１０の外周面との間に気体層１６を形成するスペーサ１７が設けられる点が、実施形態１のプローブ１００と相違する。なお、気体層１６及びスペーサ１７以外の構成は、実施形態１のプローブ１００の構成と共通するので、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０４】
気体層１６は、空気層を含む。この気体層１６は、スペーサ１７が、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂにおける電線１０との対向面よりも電線１０側へ突出することによって、形成されている。
【０１０５】
本実施形態のプローブ１００では、気体層１６が、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂと電線１０の外周面との間に設けられているが、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの少なくとも一方と電線１０の外周面との間に設けられてもよい。すなわち、絶縁体１３は、電線１０の外周面と対向する部位に、第１電極２Ａと第２電極２Ｂとの少なくとも一方と電線１０の外周面との間に気体層１６を形成するスペーサ１７が設けられている。
【０１０６】
これにより、本実施形態のプローブ１００では、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂと電線１０の外周面との間に気体層１６が存在するので、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂと電線１０の外周面との間に存在する絶縁体１３の誘電正接を低減させることが可能になる。よって、本実施形態のプローブ１００では、対象電圧Ｖｍの測定精度の向上を図ることが可能となる。
【０１０７】
（実施形態３）
本実施形態の電圧測定装置１は、図７に示すように、制御部８と切替部９とを備える点が実施形態１の電圧測定装置１と相違する。ただし、制御部８及び切替部９以外の回路構成は、実施形態１の電圧測定装置１の回路構成と共通するので、共通の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。
【０１０８】
切替部９は、例えば、１つの共通接点９０と、２つの切替接点９１，９２とを有するアナログスイッチからなる。ただし、切替部９は、アナログスイッチに限定されず、例えば、電磁リレーなどのメカニカルリレーや半導体リレーなどで構成されてもよい。
【０１０９】
共通接点９０は、第１コンデンサ３Ａの第２端子３１Ａと電気的に接続されている。一方の切替接点（第１切替接点）９１は、第１バッファ６の出力端子と電気的に接続されている。他方の切替接点（第２切替接点）９２は、基準電位と電気的に接続されている（接地されている）。
【０１１０】
切替部９は、共通接点９０を第１切替接点９１に接続する状態（第１接続状態）と、共通接点９０を第２切替接点９２に接続する状態（第２接続状態）とを切替可能に構成されている。
【０１１１】
制御部８は、演算処理部５からの指示を受けて切替部９を制御し、切替部９を第１接続状態と第２接続状態に相互に切り替えるように構成されている。なお、制御部８は、演算処理部５を構成するマイクロコントローラで構成されてもよいし、演算処理部５とは独立した論理回路などで構成されてもよい。また、図７では、出力部７が制御部８を介して演算処理部５に接続されているが、出力部７が演算処理部５に直接接続されても構わない。
【０１１２】
次に、図８のフローチャートを参照しつつ、本実施形態の電圧測定装置１の動作を説明する。ただし、図８のフローチャートは、演算処理部５の処理を示している。
【０１１３】
まず、演算処理部５は、制御部８に指示して切替部９を第２接続状態に切り替える（ステップＳ１）。そして、第２接続状態において、演算処理部５は、第１電圧測定部４Ａ及び第２電圧測定部４Ｂに第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２を測定させ、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２の測定値を取り込む（ステップＳ２）。なお、演算処理部５は、取り込んだ測定値をメモリに記憶する。
【０１１４】
続いて、演算処理部５は、制御部８に指示して切替部９を第１接続状態に切り替える（ステップＳ３）。そして、第１接続状態において、演算処理部５は、第１電圧測定部４Ａ、第２電圧測定部４Ｂ及び第３電圧測定部４Ｃに第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２及び第３電圧Ｖ３を測定させ、第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２及び第３電圧Ｖ３の測定値を取り込む（ステップＳ４）。なお、演算処理部５は、取り込んだ測定値をメモリに記憶する。
【０１１５】
演算処理部５は、メモリに記憶した測定値を読み出し、以下の演算によって、対象電圧Ｖｍを算出する（ステップＳ５）。
【０１１６】
第２接続状態における対象電圧Ｖｍ、第１電圧Ｖ１の測定値、第２電圧Ｖ２の測定値を、それぞれＶｍｂ、Ｖ１ｂ、Ｖ２ｂとすると、以下の式１５及び式１６が成り立つ。ただし、β１＝Ｃs1／（Ｃin1＋Ｃs1）、β２＝Ｃs2／（Ｃin2＋Ｃs2）とする。
【０１１７】
Ｖ１ｂ＝β１×Ｖｍｂ  …（式１５）
Ｖ２ｂ＝β１×Ｖｍｂ  …（式１６）
式１５及び式１６からＶｍｂを消去すると、下記の式１７が得られる。
【０１１８】
β２＝β１×Ｖ２ｂ／Ｖ１ｂ  …（式１７）
一方、第１接続状態における対象電圧Ｖｍ、第１電圧Ｖ１の測定値、第２電圧Ｖ２の測定値を、それぞれＶｍａ、Ｖ１ａ、Ｖ２ａとすると、下記の式１８及び式１９が成り立つ。
【０１１９】
Ｖ１ａ＝β１×Ｖｍａ＋（１−β１）×Ｖ３  …（式１８）
Ｖ２ａ＝β２×Ｖｍａ  …（式１９）
式１７を式１９に代入して整理すると、下記の式２０が得られる。
【０１２０】
Ｖｍａ＝Ｖ２ａ／β２＝（Ｖ２ａ×Ｖ１ｂ）／（β１×Ｖ２ｂ）  …（式２０）
式２０を式１８に代入して整理すると、下記の式２１が得られる。
【０１２１】
【数１】
2016223818.tif 000003
【０１２２】
したがって、第１接続状態における対象電圧Ｖｍａ、並びに第２接続状態における対象電圧Ｖｍｂは、式２１を式１９及び式１５に代入して整理した、下記の式２２、式２３からそれぞれ求められる。
【０１２３】
【数２】
2016223818.tif 000004
【０１２４】
【数３】
2016223818.tif 000005
【０１２５】
上記式２２及び式２３には、第１コンデンサ３Ａの容量値Ｃin1や第２コンデンサ３Ｂの容量値Ｃin2、並びに第１結合容量２０Ａの容量値Ｃs1や第２結合容量２０Ｂの容量値Ｃs2が含まれず、第１電圧Ｖ１、第２電圧Ｖ２及び第３電圧Ｖ３の測定値のみが含まれる。したがって、演算処理部５が上記式２２及び式２３から対象電圧Ｖｍａ、Ｖｍｂを演算することにより、β１＝β２の関係を満足することが困難である場合においても、対象電圧Ｖｍの測定精度の低下を抑制することができる。ただし、本実施形態の電圧測定装置１においても、第２電圧Ｖ２の測定値に第１バッファ６の増幅度αを乗算した値を、第３電圧Ｖ３の測定値に用いれば、第３電圧測定部４Ｃを備えなくともよい。
【０１２６】
（実施形態４）
本実施形態の電圧測定装置１は、実施形態１の電圧測定装置１と共通の回路構成を有するので、共通の構成要素には同一の符号を付して図示及び説明を省略する。
【０１２７】
実施形態１の電圧測定装置１において、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂとグランド（グランド電位）との間、若しくは、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂを本体２００に接続する配線（ケーブル）とグランドとの間に浮遊容量が生じることがある。第１電極２Ａ又は第１電極２Ａから本体２００への配線と基準電位との間に生じる浮遊容量を第１浮遊容量２１Ａと呼ぶ。同様に、第２電極２Ｂ又は第２電極２Ｂから本体２００への配線と基準電位との間に生じる浮遊容量を第２浮遊容量２１Ｂと呼ぶ（図９参照）。これらの浮遊容量２１Ａ，２１Ｂが、第１コンデンサ３Ａや第２コンデンサ３Ｂの容量値、並びに第１結合容量２０Ａや第２結合容量２０Ｂの容量値に対して無視できない値を持つ場合、実施形態１及び実施形態３で説明した演算では、測定精度の低下を招く。
【０１２８】
そこで、本実施形態の電圧測定装置１は、第１浮遊容量２１Ａ及び第２浮遊容量２１Ｂを考慮して対象電圧Ｖｍを演算することにより、測定精度の低下を抑制するように構成される。
【０１２９】
次に、演算処理部５における対象電圧Ｖｍの演算処理について、詳しく説明する。ただし、以下の説明においては、第１浮遊容量２１Ａの容量値をＣf1とし、第２浮遊容量２１Ｂの容量値をＣf2とする。また、第１浮遊容量２１Ａの容量値Ｃf1と、第２浮遊容量２１Ｂの容量値Ｃf2とが等しいと仮定する。
【０１３０】
図９は、本実施形態の電圧測定装置１の等価回路のうち、第１電極２Ａ、第２電極２Ｂ、第１コンデンサ３Ａ、第２コンデンサ３Ｂ、第１結合容量２０Ａ、第２結合容量２０Ｂ、第１浮遊容量２１Ａ及び第２浮遊容量２１Ｂのみを含む部分を示している。図９の等価回路から判るように、対象電圧Ｖｍは、第２コンデンサ３Ｂと第２浮遊容量２１Ｂの並列回路と第２結合容量２０Ｂとで分圧されるので、その分圧比βｍは、下記の式２４で表される。
【０１３１】
【数４】
2016223818.tif 000006
【０１３２】
一方、第３電圧Ｖ３は、第１結合容量２０Ａと第１浮遊容量２１Ａの並列回路と第１コンデンサ３Ａとで分圧されるので、その分圧比を１−βｒとすると、βｒは、下記の式２５で表される。
【０１３３】
【数５】
2016223818.tif 000007
【０１３４】
また、第１電圧Ｖ１及び第２電圧Ｖ２は、上記分圧比βｍ，βｒを用いて、下記の式２６、式２７のように表される。
【０１３５】
Ｖ１＝βｍ×Ｖｍ＋（１−βｒ）×Ｖ３  …（式２６）
Ｖ２＝βｍ×Ｖｍ  …（式２７）
さらに、式２６から式２７を除算して整理すると、下記の式２８が得られる。
【０１３６】
Ｖ１＝Ｖ２＋（１−βｒ）×Ｖ３  …（式２８）
上記式２８より、下記の式２９が得られる。
【０１３７】
βｒ＝１−（Ｖ１−Ｖ２）／Ｖ３  …（式２９）
βｍは、式２４及び式２５からＣs1を消去し、かつ式２９を代入することにより、下記の式３０のように表される。
【０１３８】
【数６】
2016223818.tif 000008
【０１３９】
さらに、式２７及び式３０より、対象電圧Ｖｍは、下記の式３１より求まる。
【０１４０】
【数７】
2016223818.tif 000009
【０１４１】
上記式３１において、第１浮遊容量２１Ａの容量値Ｃf1さえ判れば、演算処理部５は、対象電圧Ｖｍを算出することができる。
【０１４２】
そこで、本実施形態の電圧測定装置１において、演算処理部５を構成するマイクロコントローラのメモリに、容量値Ｃf1（又はＣf2）を算出するための処理を行うプログラム（補正プログラム）を記憶しておくことが好ましい。例えば、電圧測定装置１の製造工場において、電圧値（対象電圧Ｖｍ）が既知である交流の基準電圧を導体１１に印加した状態で、演算処理部５のマイクロコントローラに補正プログラムを実行させる。そして、演算処理部５は、第１電圧Ｖ１の測定値、第２電圧Ｖ２の測定値、第３電圧Ｖ３の測定値及び第１コンデンサ３Ａの容量値Ｃin1と、対象電圧Ｖｍの電圧値とから、上記式３１を用いて、容量値Ｃf1を算出する。演算処理部５（のマイクロコントローラ）は、算出した容量値Ｃf1をマイクロコントローラのメモリに格納した後、補正プログラムの実行を終了する。
【０１４３】
本実施形態の電圧測定装置１は、上述のようにして、あらかじめ第１浮遊容量２１Ａの容量値Ｃf1を算出しておくことにより、第１浮遊容量２１Ａ及び第２浮遊容量２１Ｂが存在する場合でも、対象電圧Ｖｍの測定精度の低下を抑制することができる。
【０１４４】
（実施形態５）
本実施形態の電圧測定装置１は、実施形態３の電圧測定装置１と共通の回路構成を有するので、共通の構成要素には同一の符号を付して図示及び説明を省略する。
【０１４５】
実施形態３の電圧測定装置１においても、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂとグランドとの間、若しくは、第１電極２Ａ及び第２電極２Ｂを本体２００に接続する配線とグランドとの間に第１浮遊容量２１Ａ及び第２浮遊容量２１Ｂが生じることがある。
【０１４６】
そこで、本実施形態の電圧測定装置１は、第１浮遊容量２１Ａ及び第２浮遊容量２１Ｂを考慮して、第１接続状態における対象電圧Ｖｍａ及び第２接続状態における対象電圧Ｖｍｂを演算することにより、測定精度の低下を抑制するように構成される。
【０１４７】
次に、演算処理部５における対象電圧Ｖｍａ，Ｖｍｂの演算処理について、詳しく説明する。ただし、以下の説明においては、第１浮遊容量２１Ａの容量値をＣf1とし、第２浮遊容量２１Ｂの容量値をＣf2とする。
【０１４８】
分圧比β１ｍは、下記の式３２で表される。
【０１４９】
【数８】
2016223818.tif 000010
【０１５０】
同様に、分圧比β２ｍは、下記の式３３で表される。
【０１５１】
【数９】
2016223818.tif 000011
【０１５２】
一方、分圧比βｒは、下記の式３４で表される。
【０１５３】
【数１０】
2016223818.tif 000012
【０１５４】
実施形態３で説明したように、第２接続状態における対象電圧Ｖｍ、第１電圧Ｖ１の測定値、第２電圧Ｖ２の測定値を、それぞれＶｍｂ、Ｖ１ｂ、Ｖ２ｂとすると、下記の式３５及び式３６が成り立つ。
【０１５５】
Ｖ１ｂ＝β１ｍ×Ｖｍｂ  …（式３５）
Ｖ２ｂ＝β２ｍ×Ｖｍｂ  …（式３６）
式３５及び式３６からＶｍｂを消去すると、下記の式３７が得られる。
【０１５６】
β２ｍ＝β１ｍ×Ｖ２ｂ／Ｖ１ｂ  …（式３７）
一方、第１接続状態における対象電圧Ｖｍ、第１電圧Ｖ１の測定値、第２電圧Ｖ２の測定値を、それぞれＶｍａ、Ｖ１ａ、Ｖ２ａとすると、下記の式３８及び式３９が成り立つ。
【０１５７】
Ｖ１ａ＝β１ｍ×Ｖｍａ＋（１−βｒ）×Ｖ３  …（式３８）
Ｖ２ａ＝β２ｍ×Ｖｍａ  …（式３９）
式３７を式３９に代入して整理すると、下記の式４０が得られる。
【０１５８】
Ｖｍａ＝Ｖ２ａ／β２ｍ＝（Ｖ２ａ×Ｖ１ｂ）／（β１ｍ×Ｖ２ｂ）  …（式４０）
式４０を式３８に代入して整理すると、下記の式４１が得られる。
【０１５９】
【数１１】
2016223818.tif 000013
【０１６０】
β１ｍは、式３２及び式３４からＣs1を消去し、かつ式４１を代入することにより、下記の式４２のように表される。
【０１６１】
【数１２】
2016223818.tif 000014
【０１６２】
したがって、第１接続状態における対象電圧Ｖｍａは、式３７及び式４２を式３９に代入して整理した、下記の式４３から求められる。
【０１６３】
【数１３】
2016223818.tif 000015
【０１６４】
同様に、第２接続状態における対象電圧Ｖｍｂは、式３５に式４２を代入して整理した、下記の式４４から求められる。
【０１６５】
【数１４】
2016223818.tif 000016
【０１６６】
上記式４３及び式４４において、第１浮遊容量２１Ａの容量値Ｃf1さえ判れば、演算処理部５は、対象電圧Ｖｍａ，Ｖｍｂをそれぞれ算出することができる。ただし、実施形態４と同様に、演算処理部５が、補正プログラムを実行することによって、あらかじめ第１浮遊容量２１Ａの容量値Ｃf1を算出しておくことが好ましい。
【符号の説明】
【０１６７】
１  電圧測定装置
２  電極
２Ａ  第１電極
２Ｂ  第２電極
２Ｃ  第３電極
２Ｄ  第４電極
３Ａ  第１コンデンサ
３Ｂ  第２コンデンサ
４Ａ  第１電圧測定部
４Ｂ  第２電圧測定部
４Ｃ  第３電圧測定部
５  演算処理部
６  バッファ（ボルテージフォロワ回路又は反転増幅回路）
９  切替部
１０  電線
１１  導体
１３  絶縁体
１６  気体層
１７  スペーサ
２０Ａ  第１結合容量
２０Ｂ  第２結合容量
２１Ａ  第１浮遊容量
２１Ｂ  第２浮遊容量
１００  プローブ
【図１】
2016223818.tif 000017
【図２】
2016223818.tif 000018
【図３】
2016223818.tif 000019
【図４】
2016223818.tif 000020
【図５】
2016223818.tif 000021
【図６】
2016223818.tif 000022
【図７】
2016223818.tif 000023
【図８】
2016223818.tif 000024
【図９】
2016223818.tif 000025
【手続補正書】
【提出日】平成28年6月27日(2016.6.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１１７】
Ｖ１ｂ＝β１×Ｖｍｂ  …（式１５）
Ｖ２ｂ＝β２×Ｖｍｂ  …（式１６）
式１５及び式１６からＶｍｂを消去すると、下記の式１７が得られる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１３５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１３５】
Ｖ１＝βｍ×Ｖｍ＋（１−βｒ）×Ｖ３  …（式２６）
Ｖ２＝βｍ×Ｖｍ  …（式２７）
さらに、式２６から式２７を減算して整理すると、下記の式２８が得られる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０１６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０１６１】
【数１２】
2016223818.tif 000026