(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
測定対象電線をクランプ可能に構成されると共に当該測定対象電線を取り囲む磁路形成部を有するクランプ部と、前記磁路形成部を通過する磁束の変化に基づいて前記測定対象電線に流れる電流を検出する電流検出部と、前記クランプ部に配設されて前記測定対象電線の電圧を検出するための検出電極と、前記電流検出部が内部に配設されたセンサ本体部とを備えているクランプ式センサであって、
前記クランプ部は、一端部が前記センサ本体部に固定された固定センサアームと、一端部が前記センサ本体部に回動自在に取り付けられて他端部が前記固定センサアームの他端部に対して接離可能に構成された可動センサアームと、一端部が前記可動センサアームの前記一端部と共に前記センサ本体部に回動自在に取り付けられて前記固定センサアームと前記可動センサアームとの間に配設された押さえアームとを備え、
前記検出電極は、前記可動センサアームおよび前記押さえアームのいずれかの内部に配設され、
前記押さえアームは、前記固定センサアームと前記可動センサアームとによってクランプされた前記測定対象電線を他端部で当該固定センサアームおよび当該可動センサアームのいずれか一方に押さえ付けることにより、当該測定対象電線を前記検出電極の配設位置の近傍に押さえ付けるクランプ式センサ。
【請求項２】
前記検出電極は、前記可動センサアームの内部に配設され、
前記押さえアームは、前記測定対象電線を前記他端部で前記可動センサアームにおける前記検出電極の配設位置の近傍に押さえ付ける請求項１記載のクランプ式センサ。
【請求項３】
前記検出電極は、前記押さえアームの内部に配設され、
前記押さえアームは、前記測定対象電線を前記他端部で前記固定センサアームおよび前記可動センサアームのいずれか一方に押さえ付ける請求項１記載のクランプ式センサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定対象電線に流れる電流と測定対象電線の電圧とを検出し得るクランプ式センサに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本願出願人は、特開２００６−３４３１０９号公報において、測定対象電線に流れる電流および電圧を測定する装置を提案している。この装置は、測定対象電線をクランプすると共に容量結合を介して非接触でその電圧を検出して誘導電圧を出力する電圧測定プローブ（クランプ式電圧センサ）と、略円形に形成されると共に先端が開閉自在に構成され、かつ内部に磁性コア（鉄心）が配設されたクランプ部を有してこのクランプ部でクランプした測定対象電線に流れる電流の電流値に振幅が比例する電流対応信号を出力する電流測定プローブ（クランプ式電流センサ）とを備え、誘導電圧および電流対応信号に基づいて、測定対象電線から供給される電力を測定する電力測定装置として構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４３１０９号公報（第４−５頁、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、上記の電力測定装置には、以下のような解決すべき課題がある。すなわち、この電力測定装置では、電圧測定プローブと電流測定プローブとが別々になっているため、測定に際して電圧測定プローブと電流測定プローブとをそれぞれ測定対象電線にクランプさせる必要があり、測定作業が煩雑であるという解決すべき課題が存在している。
【０００５】
本発明は、上記の課題を解決すべくなされたものであり、測定作業を簡略化し得るクランプ式センサを提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成すべく請求項１記載のクランプ式センサは、測定対象電線をクランプ可能に構成されると共に当該測定対象電線を取り囲む磁路形成部を有するクランプ部と、前記磁路形成部を通過する磁束の変化に基づいて前記測定対象電線に流れる電流を検出する電流検出部と、前記クランプ部に配設されて前記測定対象電線の電圧を検出するための検出電極と、前記電流検出部が内部に配設されたセンサ本体部とを備えているクランプ式センサであって、前記クランプ部は、一端部が前記センサ本体部に固定された固定センサアームと、一端部が前記センサ本体部に回動自在に取り付けられて他端部が前記固定センサアームの他端部に対して接離可能に構成された可動センサアームと、一端部が前記可動センサアームの前記一端部と共に前記センサ本体部に回動自在に取り付けられて前記固定センサアームと前記可動センサアームとの間に配設された押さえアームとを備え、前記検出電極は、前記可動センサアームおよび前記押さえアームのいずれかの内部に配設され、前記押さえアームは、前記固定センサアームと前記可動センサアームとによってクランプされた前記測定対象電線を他端部で当該固定センサアームおよび当該可動センサアームのいずれか一方に押さえ付けることにより、当該測定対象電線を前記検出電極の配設位置の近傍に押さえ付ける。
【０００９】
また、請求項２記載のクランプ式センサは、請求項１記載のクランプ式センサにおいて、前記検出電極は、前記可動センサアームの内部に配設され、前記押さえアームは、前記測定対象電線を前記他端部で前記可動センサアームにおける前記検出電極の配設位置の近傍に押さえ付ける。
【００１０】
また、請求項３記載のクランプ式センサは、請求項１記載のクランプ式センサにおいて、前記検出電極は、前記押さえアームの内部に配設され、前記押さえアームは、前記測定対象電線を前記他端部で前記固定センサアームおよび前記可動センサアームのいずれか一方に押さえ付ける。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１，２，３記載のクランプ式センサでは、測定対象電線をクランプ可能に構成されてこの測定対象電線に流れる電流を検出するためのクランプ部に、測定対象電線の電圧を測定するための検出電極が配設されている。したがって、このクランプ式センサによれば、電圧測定プローブと電流測定プローブとが別々になっている構成とは異なり、１回のクランプ操作で測定対象電線に流れる電流および電圧、さらには電力を測定することができるため、測定作業を大幅に簡略化することができる。
【００１２】
また、これらのクランプ式センサでは、測定対象電線を取り囲む磁路形成部を有してクランプ部が構成され、磁路形成部を通過する磁束の変化に基づいて電流を検出する電流検出部を備えている。したがって、これらのクランプ式センサによれば、クランプ部の磁路形成部によって漏れの少ない状態で磁束を電流検出部へ誘導できるため、電流検出部において磁束の変化に基づいて高精度で電流を検出することができる。
【００１３】
また、これらのクランプ式センサでは、一端部が可動センサアームの一端部と共にセンサ本体部に回動自在に取り付けられた状態で、固定センサアームと可動センサアームとの間に押さえアームが配設されている。したがって、これらのクランプ式センサによれば、固定センサアームと可動センサアームとによってクランプされた測定対象電線を押さえアームの他端部で固定センサアームおよび可動センサアームのいずれか一方に押さえ付けることができる。このため、可動センサアームおよび押さえアームのいずれかの測定対象電線が押さえ付けられる部位に検出電極を配設しておくことにより、測定対象電線を検出電極の配設位置の近傍に確実に押さえ付けることができる。このため、固定センサアームと可動センサアームと間で測定対象電線が自由に移動可能な状態で測定対象電線をクランプする構成と比較して、測定対象電線の電圧を非接触で測定するときに重要となる測定対象電線と検出電極との間に形成される静電容量の容量値の変動を低減することができ、これにより、測定対象電線の電圧を非接触で精度良く測定できる結果、電力についても高精度で測定することができる。なお、本明細書において、「非接触で測定」とは、検出電極が測定対象電線の絶縁被覆には接触するが、導体には接触しない状態で測定することを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】電力測定装置１の構成図である。
【図２】電力測定装置１の可変容量回路３３、電流検出器３４およびプリアンプ３５の回路図である。
【図３】電力測定装置１における容量変化機能体４１の回路図である。
【図４】容量変化機能体４１の動作を説明するための駆動信号Ｓ２と静電容量Ｃ２との関係図である。
【図５】電圧Ｖ１および参照電位信号Ｓ７の関係を示す波形図である。
【図６】クランプ式センサ２の構造を説明するための一部切欠き正面図である（閉状態（クランプ状態））。
【図７】クランプ式センサ２の構造を説明するための正面図である（開状態（非クランプ状態））。
【図８】クランプ式センサ２Ａの構造を説明するための正面図である。
【図９】クランプ式センサ２Ｂの構造を説明するための正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付図面を参照して、クランプ式センサの実施の形態について、一例として電力測定装置に適用した例を挙げて説明する。
【００１６】
最初に、電力測定装置１について、図面を参照して説明する。
【００１７】
電力測定装置１は、図１に示すように、クランプ式センサ２および本体ユニット３を備え、測定対象電線４に流れる電流Ｉ１および測定対象電線４の電圧Ｖ１を測定すると共に、測定した電流Ｉ１および電圧Ｖ１に基づいて測定対象電線４を介して送られている電力Ｗ１を非接触で測定可能に構成されている。
【００１８】
クランプ式センサ２は、図１に示すように、クランプ部５およびセンサ本体部６を備えている。この場合、クランプ部５は、測定対象電線４をクランプ可能に構成されて、測定対象電線４に流れる電流Ｉ１を測定する機能を有している。また、クランプ部５は、測定対象電線４に流れる電流Ｉ１を非接触で測定するための磁気コア１１ａ，１１ｂと、測定対象電線４の電圧Ｖ１を非接触で測定するための平板状の検出電極１２とが内部に配設されて構成されている。また、各磁気コア１１ａ，１１ｂは、本発明における磁路形成部であって、同図に示すように、クランプ部５が測定対象電線４をクランプしたときに、測定対象電線４を取り囲んで閉磁路を形成して、測定対象電線４に電流Ｉ１が流れることに起因して測定対象電線４の周囲に発生する磁束を効率よく後述の検出コイル１４に誘導する。
【００１９】
具体的には、クランプ部５は、一端部（同図中の右端部）がセンサ本体部６に固定されると共に、磁気コア１１ａおよび検出電極１２が内部に配設された固定センサアーム１３と、磁気コア１１ｂおよびこの磁気コア１１ｂに巻回された検出コイル１４が内部に配設されると共に一端部（同図中の右端部）がセンサ本体部６に回動自在に取り付けられて他端部（同図中の左端部）が固定センサアーム１３の他端部（同図中の左端部）に対して接離可能に構成された可動センサアーム１５と、一端部が可動センサアーム１５の一端部と共にセンサ本体部６に回動自在に取り付けられて固定センサアーム１３と可動センサアーム１５との間に配設された押さえアーム１６とを備えている。この場合、検出コイル１４は、後述の電流検出回路３２と共に本発明における電流検出部を構成する。固定センサアーム１３、可動センサアーム１５および押さえアーム１６は、電気的絶縁性を有する合成樹脂材料で形成されている。また、押さえアーム１６は、固定センサアーム１３および可動センサアーム１５よりも全長が短く形成されて、固定センサアーム１３および可動センサアーム１５の内側領域において回動することにより、固定センサアーム１３と可動センサアーム１５とによってクランプされた測定対象電線４をその他端部で固定センサアーム１３における検出電極１２の配設位置の近傍に押さえ付ける機能を有している。
【００２０】
さらに詳細に、センサ本体部６、可動センサアーム１５および押さえアーム１６の構造について図６，７を参照して説明する。可動センサアーム１５の一端部には、可動センサアーム１５とは逆方向に延出する第１操作レバー１７が取り付けられて両者が一体的に構成されている。また、押さえアーム１６の一端部には、押さえアーム１６とは逆方向に延出する第２操作レバー１８が取り付けられて両者が一体的に構成されている。この場合、第１操作レバー１７および第２操作レバー１８は、センサ本体部６の一の側壁（図６，７中の上側の側壁）に設けられた開口部６ａに、開口部６ａを閉塞するようにして配設されている。また、第２操作レバー１８は、第１操作レバー１７を覆った状態で配設されている。
【００２１】
また、第１操作レバー１７は、図６に示すように、センサ本体部６に配設されたバネ（一例として捻りコイルバネ）１９によって、常時、センサ本体部６の開口部６ａから突出する方向に付勢されている。この結果、第１操作レバー１７が取り付けられた可動センサアーム１５は、このバネ１９により、固定センサアーム１３方向に回動するように常時付勢されている。一方、第２操作レバー１８は、図６に示すように、第１操作レバー１７と第２操作レバー１８との間に配設されたバネ（一例としてコイルスプリング）２０によって、常時、第１操作レバー１７から離反する方向（開口部６ａから突出する方向）に付勢されている。この結果、第２操作レバー１８が取り付けられた押さえアーム１６は、このバネ２０により、固定センサアーム１３方向に回動するように常時付勢されている。
【００２２】
センサ本体部６は、図１に示すように、ケース３１、電流検出回路３２、可変容量回路３３、電流検出器３４およびプリアンプ３５を備えている。ケース３１は、導電性材料（例えば金属材料）を用いて構成されている。また、ケース３１は、その表面が絶縁被膜ＲＥ１で覆われて、その内部に可変容量回路３３、電流検出器３４およびプリアンプ３５が配設されている。電流検出回路３２は、同図に示すようにクランプ部５が測定対象電線４をクランプしたとき（クランプ部５が閉状態となったとき）に各磁気コア１１ａ，１１ｂによって測定対象電線４を取り囲むように形成される閉磁路内の磁束の変化、すなわち検出コイル１４内を通過する磁束の変化を検出して、測定対象電線４に流れる電流Ｉ１の電流値に応じて振幅が変化する（一例として、電流値に比例して振幅が変化する）電流検出信号Ｓ９を出力する。
【００２３】
可変容量回路３３は、図１，２に示すように、１つの容量変化機能体４１および１つの駆動回路４２を備えている。また、容量変化機能体４１は、第１の構成単位５１、第２の構成単位５２、第３の構成単位５３および第４の構成単位５４がこの順に環状（ブリッジ状）に接続されて、いわゆるブリッジ回路に構成されている。具体的には、各構成単位５１，５２，５３，５４は、図３に示すように、第１電気的要素Ｅ１１，Ｅ１２，Ｅ１３，Ｅ１４（以下、特に区別しないときには「第１電気的要素Ｅ１」ともいう）をそれぞれ１つずつ含んで構成されている。
【００２４】
この場合、各第１電気的要素Ｅ１は、一端が他端に対して高電位のときに抵抗体として機能し、かつ他端が一端に対して高電位のときに容量体としてそれぞれ機能する一対の第１素子６１ａ，６１ｂ（以下、特に区別しないときには第１素子６１ともいう）をそれぞれ１つずつ含み、各第１素子６１が互いに逆向きに直列接続されて構成されている。これにより、各第１電気的要素Ｅ１は、直流信号の通過を阻止しつつ印加電圧の絶対値の大きさに応じて容量が変化するように構成されている。本例では、一例として、各第１素子６１は、互いに接合されたＰ型半導体およびＮ型半導体を有して構成され、具体的には１つのダイオード（一例として可変容量ダイオード。バリキャップやバラクタダイオードともいう。）で構成され、各第１電気的要素Ｅ１は、これら２つのダイオードが逆向きに直列接続されて（アノード端子同士が接続されて）構成されている。また、各第１素子６１ａ，６１ｂには同一またはほぼ同一の特性の可変容量ダイオードが使用されて、第１の構成単位５１および第３の構成単位５３の各インピーダンスの積と、第２の構成単位５２および第４の構成単位５４の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一（一例として数％程度の範囲内で相違する状態）に設定されている。
【００２５】
なお、図３に示す容量変化機能体４１では、各第１電気的要素Ｅ１は、一対の第１素子６１ａ，６１ｂの一端同士を接続して（一対のダイオードのアノード端子同士を接続して）構成されているが、一対の第１素子６１ａ，６１ｂの他端同士を接続して（一対のダイオードのカソード端子同士を接続して）、各第１電気的要素Ｅ１を構成することもできる。また、可変容量ダイオードは、電圧を逆方向に印加したときにダイオードのＰＮ接合における空乏層の厚みが変化することによる静電容量（接合容量）の変化を利用したものであり、この静電容量の変化を大きくしたものをいう。他方、ＰＮ接合で構成される一般的なダイオード（シリコンダイオード）においても、可変容量ダイオードと比べて少ないものの、上記した静電容量（接合容量）の変化は発生する。このため、図３に示す容量変化機能体４１におけるすべての第１素子６１ａ，６１ｂを、一般的なダイオードで置き換えることもできる。また、容量変化機能体４１における第２の構成単位５２および第３の構成単位５３については、第１電気的要素Ｅ１２，Ｅ１３を、交流信号の通過を許容する第２電気的要素Ｅ２２，Ｅ２３で置き換えることもできる。この場合、第２電気的要素Ｅ２２，Ｅ２３は、コイル、抵抗およびコンデンサのうちの少なくとも１つを含んで構成される。一例として、図３では、第２電気的要素Ｅ２２，Ｅ２３が、１つのコイル６２ａ，６３ａ（インダクタンス値が同一）、１つの抵抗６２ｂ，６３ｂ（抵抗値が同一）、または１つのコンデンサ６２ｃ，６３ｃ（静電容量値が同一）で構成される例を示している。
【００２６】
また、可変容量回路３３は、図１，２に示すように、検出電極１２と参照電位Ｖｒとなる部位（本例ではケース３１）との間に、容量変化機能体４１における第１の構成単位５１および第４の構成単位５４の接続点Ａが検出電極１２側に位置すると共に第２の構成単位５２および第３の構成単位５３の接続点Ｃがケース３１側に位置するように配設されている。具体的には、可変容量回路３３は、図１，２に示すように、容量変化機能体４１の接続点Ａが検出電極１２に接続されると共に、容量変化機能体４１の接続点Ｃが電流検出器３４を介してケース３１に接続されている。また、第１の構成単位５１および第２の構成単位５２の接続点Ｂと、第３の構成単位５３および第４の構成単位５４の接続点Ｄとが駆動回路４２に接続されている。
【００２７】
駆動回路４２は、例えば、トランスおよびフォトカプラなどの絶縁用電子部品を用いて構成されて、本体ユニット３から入力した駆動信号Ｓ１を、この駆動信号Ｓ１と電気的に絶縁されると共に駆動信号Ｓ１と同一の周波数ｆ１の駆動信号Ｓ２に変換して容量変化機能体４１に出力（印加）する。本例では、一例として、駆動回路４２は、図２に示すように、一次巻線４２ｂおよび二次巻線４２ｃを備えた絶縁型のトランス４２ａを用いて構成されている。この場合、二次巻線４２ｃの各端部が容量変化機能体４１の接続点Ｂ，Ｄに接続されている。駆動回路４２では、入力した駆動信号Ｓ１に基づいて一次巻線４２ｂが励磁されることで、トランス４２ａが二次巻線４２ｃに駆動信号Ｓ２を発生させる。この構成により、駆動回路４２は、駆動信号Ｓ１を低歪みで駆動信号Ｓ２に変換し、この駆動信号Ｓ２を容量変化機能体４１の各接続点Ｂ，Ｄ間に印加する。本例では、後述するように一例として駆動信号Ｓ１として正弦波信号を用いているため、駆動信号Ｓ２も正弦波信号として出力される。また、なお、上記の駆動回路４２に代えて、単独で（本体ユニット３から駆動信号Ｓ１を入力せずに）駆動信号Ｓ２を出力するフローティング信号源（図示せず）をクランプ式センサ２内に配設することもできる。
【００２８】
電流検出器３４は、一例として抵抗で構成されて、可変容量回路３３（具体的には可変容量回路３３の容量変化機能体４１）とケース３１との間に接続されている。これにより、電流検出器３４は、可変容量回路３３と直列に接続された状態で検出電極１２とケース３１との間に配設されて、可変容量回路３３の容量変化機能体４１に流れている電流ｉ（物理量）を検出すると共に、この電流ｉの電流値に比例した値で、かつ電流ｉの向きに対応した極性の電圧Ｖ２をその両端間に発生させる。なお、電流検出器３４として、絶縁型のトランスを使用してもよいのは勿論である。プリアンプ３５は、不図示の直流遮断用の一対のコンデンサ、不図示の増幅回路（演算増幅器など）、および不図示の絶縁用電子部品（トランスおよびフォトカプラなど）を備えて構成されている。また、プリアンプ３５は、コンデンサを介して入力した電圧Ｖ２を増幅回路で増幅すると共に、増幅した電圧を絶縁用電子部品によって増幅回路に対して電気的に絶縁された検出信号Ｓ３に変換して出力する。この場合、電圧Ｖ２は電流ｉの値に比例して変化するため、この電圧Ｖ２を増幅して生成された検出信号Ｓ３も電流ｉの値に比例して変化する。
【００２９】
本体ユニット３は、図１に示すように、発振回路７１、フィルタ回路７２、増幅回路７３、検波回路７４、極性判定回路７５、電圧生成回路７６、トランス７７、電圧計７８、Ａ／Ｄ変換回路７９、ＣＰＵ８０および表示装置８１を備えている。この場合、発振回路７１、フィルタ回路７２、増幅回路７３、検波回路７４、極性判定回路７５、電圧生成回路７６、トランス７７および電圧計７８は、クランプ式センサ２と共に電圧検出系回路群を構成し、Ａ／Ｄ変換回路７９およびＣＰＵ８０は、クランプ式センサ２と共に電流検出系回路群を構成する。
【００３０】
電圧検出系回路群を構成する発振回路７１は、一定の周期Ｔ１（周波数ｆ１）の駆動信号Ｓ１を生成してクランプ式センサ２に出力する。また、発振回路７１は、周期Ｔ１の二分の一の周期Ｔ２（周波数ｆ２＝２×ｆ１）の検波用信号Ｓ１０を駆動信号Ｓ１に同期させて生成して極性判定回路７５に出力する。この場合、本例では、発振回路７１は、駆動信号Ｓ１および検波用信号Ｓ１０として正弦波信号を生成する。フィルタ回路７２は、クランプ式センサ２から入力した検出信号Ｓ３に含まれている容量変化機能体４１の容量変調周波数ｆ２と同じ周波数の信号Ｓ３ａを選択的に通過させる。
【００３１】
増幅回路７３は、フィルタ回路７２から入力した信号Ｓ３ａを予め設定された電圧レベルまで増幅して、検出信号Ｓ４として出力する。本例では、容量変化機能体４１の容量変調周波数は、駆動信号Ｓ２の周波数ｆ１の２倍であるため、容量変化機能体４１の静電容量Ｃ１の変化によって生じる電流ｉの周波数も駆動信号Ｓ１の周波数ｆ１の２倍となり、プリアンプ３５で生成される検出信号Ｓ３中には周波数ｆ１，ｆ２の各信号成分が含まれるものの、増幅回路７３から出力される検出信号Ｓ４の周波数はフィルタ回路７２によるフィルタリングによってｆ２となる。検波回路７４は、例えば包絡線検波方式によって検出信号Ｓ４を検波することにより、アナログ信号Ｓ５を生成する。この場合、アナログ信号Ｓ５は、その振幅（電圧値）が可変容量回路３３を流れる電流ｉの電流値に比例して変化する。極性判定回路７５は、検波用信号Ｓ１０および検出信号Ｓ４を入力して検波用信号Ｓ１０に対する検出信号Ｓ４の位相（極性）を検出する。また、極性判定回路７５は、検出した位相に基づいて、測定対象電線４およびケース３１の各電圧Ｖ１，Ｖｒの電位差（Ｖ１−Ｖｒ）の極性を判定すると共に、この極性を示す極性信号Ｓ８を生成して出力する。一例として、本例では、極性判定回路７５は、電位差（Ｖ１−Ｖｒ）の極性と同じ極性で極性信号Ｓ８を出力する。
【００３２】
電圧生成回路７６は、電圧信号Ｓ６を生成して出力する。この場合、電圧生成回路７６は、出力している電圧信号Ｓ６の電圧を、入力したアナログ信号Ｓ５の振幅（電圧値）に比例した量だけ、入力した極性信号Ｓ８の極性が「正」のときには増加させ、逆に「負」のときには減少させる。トランス７７は、絶縁型のトランスであって、一次巻線７７ａ（巻数：ｎ１）および二次巻線７７ｂ（巻数：ｎ２＞ｎ１）を備えて昇圧トランスとして構成されている。この場合、一次巻線７７ａおよび二次巻線７７ｂは、それぞれの一端部が接地（グランドに接続）されている。また、一次巻線７７ａの他端部は電圧生成回路７６に、二次巻線７７ｂの他端部はクランプ式センサ２のケース３１にそれぞれ接続されている。この構成により、トランス７７は、一次巻線７７ａに入力した電圧信号Ｓ６を昇圧して、参照電位信号Ｓ７として二次巻線７７ｂの他端部に出力すると共に、クランプ式センサ２のケース３１に印加する。このようにしてケース３１は、その電位（参照電位）Ｖｒが参照電位信号Ｓ７の電圧に規定される。電圧計７８は、参照電位信号Ｓ７の電圧（参照電位Ｖｒ）を測定して、その電圧値を示すディジタルデータＤ３をＣＰＵ８０へ出力する。
【００３３】
電流検出系回路群を構成するＡ／Ｄ変換回路７９は、電流検出回路３２から出力される電流検出信号Ｓ９を入力して、電流検出信号Ｓ９の振幅を示すディジタルデータＤ４に変換してＣＰＵ８０に出力する。ＣＰＵ８０は、ディジタルデータＤ３で示される測定対象電線４の電圧値を表示装置８１に表示させると共に、ディジタルデータＤ４に基づいて測定対象電線４に流れている電流Ｉ１の電流値を算出（測定）する電流算出処理を実行して、算出した電流値を表示装置８１に表示させる。また、ＣＰＵ８０は、算出した電流Ｉ１の電流値と、電圧計７８から出力された参照電位信号Ｓ７の電圧（参照電位Ｖｒ）の電圧値（ディジタルデータＤ３で示される値）とに基づいて、後述するようにして、測定対象電線４に供給されている電力Ｗ１を算出（測定）して表示装置８１に表示させる。
【００３４】
次いで、電力測定装置１による測定対象電線４の電圧Ｖ１、電流Ｉ１および電力Ｗ１の測定動作について説明する。なお、発明の理解を容易にするため、一例として、電圧生成回路７６は、電力測定装置１の測定動作開始時（時刻ｔ０）は、ゼロボルトの電圧信号Ｓ６を生成し、その後、その電圧を増加または減少させるものとする。したがって、トランス７７は、図５において実線で示すように、参照電位信号Ｓ７をゼロボルトから生成し始めるものとする。
【００３５】
まず、測定対象電線４にクランプ式センサ２のクランプ部５をクランプさせる。この際に、クランプ式センサ２を手で掴んで、測定対象電線４にクランプ部５をクランプさせるが、指（例えば親指）を第２操作レバー１８に掛ける前の状態では、図６に示すように、バネ１９によって第１操作レバー１７がセンサ本体部６から突出する方向に付勢され、かつバネ２０によって第２操作レバー１８が第１操作レバー１７から離反する方向に付勢されている。このため、バネ１９の付勢力により、可動センサアーム１５が固定センサアーム１３方向に回動して、その他端部（同図中の左端部）が固定センサアーム１３の他端部（同図中の左端部）と接触した状態となっている。また、バネ２０の付勢力により、押さえアーム１６も固定センサアーム１３方向に回動して、その他端部（同図中の左端部）が固定センサアーム１３の内周面における中間部位と接触した状態となっている。
【００３６】
このため、指を第２操作レバー１８に掛けて、開口部６ａから突出している第２操作レバー１８および第１操作レバー１７をセンサ本体部６の内部に押し込む。これにより、各バネ１９，２０の付勢力に抗して、可動センサアーム１５および押さえアーム１６が固定センサアーム１３から離反する方向に回動して、クランプ部５は、図７に示す状態、すなわち、固定センサアーム１３および可動センサアーム１５の他端部同士が離間し、かつ固定センサアーム１３と押さえアーム１６とが離間して、測定対象電線４をクランプ可能な状態（開状態）に移行する。
【００３７】
次いで、測定対象電線４を固定センサアーム１３および可動センサアーム１５間に導入し、第２操作レバー１８に掛けていた指を第２操作レバー１８から離す。これにより、バネ１９から第１操作レバー１７に加わる付勢力により、可動センサアーム１５が固定センサアーム１３方向に回動して、可動センサアーム１５の他端部が固定センサアーム１３の他端部と当接する（クランプ部５が開状態から閉状態に移行する）。また、バネ２０から第２操作レバー１８に加わる付勢力により、押さえアーム１６が固定センサアーム１３方向に回動する。この際に、固定センサアーム１３および可動センサアーム１５間に導入された測定対象電線４は、図１に示すように、押さえアーム１６によって固定センサアーム１３における検出電極１２の配設位置の近傍に押し付けられる。このように、測定対象電線４を常に固定センサアーム１３における検出電極１２の配設位置の近傍に押さえアーム１６で押し付けることができるため、固定センサアーム１３と可動センサアーム１５と間で測定対象電線４が自由に移動可能な状態と比較して、測定対象電線４の電圧Ｖ１を測定する際に重要となる測定対象電線４と検出電極１２との間、具体的には測定対象電線４の芯線４ａと検出電極１２との間に形成される静電容量Ｃ０の容量値が大きく変動する事態が十分に回避されている。
【００３８】
次いで、電力測定装置１の起動状態において、電圧検出系回路群では、本体ユニット３の発振回路７１が駆動信号Ｓ１および検波用信号Ｓ１０の生成を開始して、駆動信号Ｓ１をクランプ式センサ２に、また検波用信号Ｓ１０を極性判定回路７５に出力する。クランプ式センサ２では、可変容量回路３３の駆動回路４２が、入力した駆動信号Ｓ１を駆動信号Ｓ２に変換して容量変化機能体４１の各接続点Ｂ，Ｄ間に印加（出力）する。
【００３９】
容量変化機能体４１では、各接続点Ｂ，Ｄ間に印加された駆動信号Ｓ２が分圧されて、第１の構成単位５１、第２の構成単位５２、第３の構成単位５３および第４の構成単位５４にそれぞれ印加される。この場合、図４に示すように、駆動信号Ｓ２の１周期Ｔ１のうちの期間Ｔａ（接続点Ｄを基準として接続点Ｂの電位が高電位になり、かつ相互間の電位差が徐々に大きくなる期間）では、各第１電気的要素Ｅ１における逆電圧が印加されて（逆バイアスされて）コンデンサとして機能する各第１素子６１の各静電容量が徐々に減少する。具体的には、各第１電気的要素Ｅ１１，Ｅ１４では、逆バイアスされている各第１素子６１ｂの静電容量が、また各第１電気的要素Ｅ１２，Ｅ１３では、逆バイアスされている各第１素子６１ａの静電容量が徐々に減少する。また、駆動信号Ｓ２の１周期Ｔ１のうちの期間Ｔｂ（接続点Ｄを基準として接続点Ｂの電位が高電位になり、かつ相互間の電位差が徐々に小さくなる期間）では、逆バイアスされている各第１素子６１、具体的には各第１電気的要素Ｅ１１，Ｅ１４では各第１素子６１ｂ、また各第１電気的要素Ｅ１２，Ｅ１３では各第１素子６１ａの各静電容量が徐々に増加する。
【００４０】
また、駆動信号Ｓ２の１周期Ｔ１のうちの期間Ｔｃ（接続点Ｄを基準として接続点Ｂの電位が低電位になり、かつ相互間の電位差が徐々に大きくなる期間）では、逆バイアスされてコンデンサとして機能する各第１素子６１、具体的には各第１電気的要素Ｅ１１，Ｅ１４では各第１素子６１ａ、また各第１電気的要素Ｅ１２，Ｅ１３では各第１素子６１ｂの各静電容量が徐々に減少する。また、駆動信号Ｓ２の１周期Ｔ１のうちの期間Ｔｄ（接続点Ｄを基準として接続点Ｂの電位が低電位になり、かつ相互間の電位差が徐々に小さくなる期間）では、逆バイアスされている各第１素子、具体的には各第１電気的要素Ｅ１１，Ｅ１４では各第１素子６１ａ、また各第１電気的要素Ｅ１２，Ｅ１３では各第１素子６１ｂの各静電容量が徐々に増加する。なお、各第１電気的要素Ｅ１に含まれている第１素子６１ａ，６１ｂのうちの順電圧が印加されている（順バイアスされている）第１素子６１ａ，６１ｂは等価的に抵抗として機能している。このため、各第１電気的要素Ｅ１の静電容量は、駆動信号Ｓ２の１周期Ｔ１内において、減少および増加を２回繰り返す。
【００４１】
このようにして、駆動信号Ｓ２の１周期Ｔ１内において、各構成単位５１〜５４に含まれている各第１電気的要素Ｅ１の静電容量が増加および減少を２回ずつ繰り返すため、これらの静電容量を合成してなる容量変化機能体４１の静電容量Ｃ１（接続点Ａ，Ｂ間の静電容量）も増加および減少を２回繰り返す。つまり、可変容量回路３３は、入力した駆動信号Ｓ２の周期Ｔ１に同期して、かつ周期Ｔ１の二分の一の周期Ｔ２（周波数ｆ２＝２×ｆ１）でその静電容量Ｃ１を連続的（本例では周期的）に変化させる動作を実行する。この場合、上記したように、可変容量回路３３は電流検出器３４を介在させた状態でケース３１および検出電極１２の間に直列に接続されているため、その静電容量Ｃ１と、測定対象電線４および検出電極１２の間に形成される静電容量Ｃ０とは、測定対象電線４とケース３１との間に直列に接続された状態になっている。このため、静電容量Ｃ１が周波数ｆ２（容量変調周波数）で周期的に変化することにより、測定対象電線４とケース３１との間の静電容量Ｃ２（各静電容量Ｃ０，Ｃ１の直列合成容量）も、図４に示すように、駆動信号Ｓ２の周期Ｔ１に同期して、かつ周期Ｔ１の二分の一の周期Ｔ２（周波数ｆ２）で変化する。
【００４２】
また、可変容量回路３３では、上記したように、容量変化機能体４１の各第１素子６１には同一またはほぼ同一の特性の可変容量ダイオード（または一般的なダイオード）が使用され、この結果、第１の構成単位５１および第３の構成単位５３の各インピーダンスの積と、第２の構成単位５２および第４の構成単位５４の各インピーダンスの積とが同一またはほぼ同一に設定されている。したがって、ブリッジ回路でもある容量変化機能体４１は、ブリッジ回路としての平衡条件を満足しているため、駆動信号Ｓ２の電圧成分（駆動信号Ｓ１と同じ周波数ｆ１の電圧信号）が各接続点Ａ，Ｃ間にほとんど発生しない状態で、その静電容量Ｃ１を周期Ｔ２で変化させている。また、接続点Ａに接続されている各構成単位５１，５４に含まれている各第１電気的要素Ｅ１１，Ｅ１４の組、および接続点Ｃに接続されている各構成単位５２，５３に含まれている各第１電気的要素Ｅ１２，Ｅ１３の組のうちの少なくとも一方の組に含まれている２つの第１電気的要素Ｅ１が共に常時コンデンサとして機能しているため、検出電極１２とケース３１とは、可変容量回路３３を介して交流的に接続されているものの直流的には短絡されない状態に維持されている。
【００４３】
このため、静電容量Ｃ１の周期Ｔ２での周期的な変化に基づいて測定対象電線４とケース３１との間の静電容量Ｃ２が周期Ｔ２で周期的に変化することにより、可変容量回路３３には、測定対象電線４およびケース３１の各電圧Ｖ１，Ｖｒの電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じた振幅の電流ｉ（周期Ｔ２）が流れる。具体的には、電流ｉは、電位差（Ｖ１−Ｖｒ）が大きいときにはその振幅（電流値）が大きくなり、電位差（Ｖ１−Ｖｒ）が小さいときにはその電流値が小さくなる。
【００４４】
したがって、図５に示すように、測定対象電線４の電圧Ｖ１が正の電圧のとき（時刻ｔ０）に、電力測定装置１が測定動作を開始したときには、電位差（Ｖ１−Ｖｒ）は正の電圧となり、電流ｉは、図示はしないが、その周期がＴ２であって、その振幅が電位差（Ｖ１−Ｖｒ）に応じて変化する交流信号として流れる。プリアンプ３５は、この電流ｉに起因して電流検出器３４に発生する電圧Ｖ２を増幅して、検出信号Ｓ３として出力する。この場合、検出信号Ｓ３には、電流ｉの周波数ｆ２と同一の周波数成分が主として含まれると共に、駆動信号Ｓ２の周波数ｆ１と同一の周波数成分も含まれている。
【００４５】
本体ユニット３では、フィルタ回路７２が、検出信号Ｓ３に含まれている周波数ｆ２の信号成分を信号Ｓ３ａとして選択的に出力し、増幅回路７３は、この信号Ｓ３ａを増幅して検出信号Ｓ４を生成して検波回路７４に出力する。次いで、検波回路７４は、入力した検出信号Ｓ４を検波してアナログ信号Ｓ５を生成して電圧生成回路７６に出力する。この場合、アナログ信号Ｓ５は、その振幅が電位差（Ｖ１−Ｖｒ）の値に比例して変化する信号となる。また、極性判定回路７５は、検波用信号Ｓ１０および検出信号Ｓ４を入力して検波用信号Ｓ１０に対する検出信号Ｓ４の位相を検出することにより、電位差（Ｖ１−Ｖｒ）の極性と同じ極性となる極性信号Ｓ８を生成して電圧生成回路７６に出力する。
【００４６】
電圧生成回路７６は、出力している電圧信号Ｓ６の電圧を、入力したアナログ信号Ｓ５の振幅（電圧値）に比例した量だけ、入力した極性信号Ｓ８の極性が「正」のときには増加させ、逆に「負」のときには減少させる。したがって、図５に示すように、測定対象電線４の電圧Ｖ１が正の電圧のとき（時刻ｔ０）に、電力測定装置１が測定動作を開始したときには、電圧信号Ｓ６は当初ゼロボルトであるため、参照電位信号Ｓ７もゼロボルトである。この結果、電位差（Ｖ１−Ｖｒ）は正の電圧となり、これによって極性信号Ｓ８の極性も正となる。このため、電圧生成回路７６は、入力したアナログ信号Ｓ５の振幅に比例した量だけ、電圧値を増加させて電圧信号Ｓ６を出力する。次いで、トランス７７が電圧信号Ｓ６を昇圧して参照電位信号Ｓ７を出力してケース３１に印加する。この結果、電流検出器３４、プリアンプ３５、フィルタ回路７２、増幅回路７３、検波回路７４、電圧生成回路７６およびトランス７７で構成されるフィードバックループ内で、測定対象電線４とケース３１との間の電位差（Ｖ１−Ｖｒ）が徐々に低下（減少）するように負のフィードバックが行われる。
【００４７】
したがって、電流ｉは、電流値（振幅）が徐々に低下（減少）していく。一般的には、電力測定装置１では、参照電位Ｖｒの測定対象電線４の電圧Ｖ１への収束が短時間で完了するように、その過渡特性が設定される。このため、参照電位信号Ｓ７は、図５に示すように、電圧Ｖ１に対してオーバーシュートしつつ時刻ｔ１において収束する。なお、オーバーシュートして、参照電位Ｖｒが測定対象電線４の電圧Ｖ１を上回ったときには、電位差（Ｖ１−Ｖｒ）は負の電圧となり、これによって極性信号Ｓ８の極性も負となる。このため、電圧生成回路７６は、入力したアナログ信号Ｓ５の振幅に比例した量だけ、電圧値を減少させて電圧信号Ｓ６を出力する。その後は、電力測定装置１は、上記のフィードバック動作を継続することにより、変化する測定対象電線４の電圧Ｖ１に対して一定の偏差内に収まるように参照電位信号Ｓ７の電圧値（参照電位Ｖｒ）を変化させる。この場合、参照電位信号Ｓ７（および電圧信号Ｓ６）は、測定対象電線４の電圧Ｖ１に同期して変化する交流信号となる。したがって、所定時間経過後（本例では測定開始から時間（ｔ１−ｔ０）だけ経過した後）において、電圧計７８で測定される電圧値（参照電位Ｖｒ）は、測定対象電線４の電圧Ｖ１となる。また、電圧計７８は、参照電位信号Ｓ７の電圧をリアルタイムで計測して、その電圧値（参照電位Ｖｒ）をディジタルデータＤ３としてＣＰＵ８０へ出力する。
【００４８】
一方、電流検出系回路群では、クランプ式センサ２の電流検出回路３２が、測定対象電線４をクランプしているクランプ部５の各磁気コア１１ａ，１１ｂ内（測定対象電線４を取り囲む閉磁路内）の磁束の変化、すなわち検出コイル１４内を通過する磁束の変化を検出して、測定対象電線４に流れる電流Ｉ１の電流値と振幅が比例する電流検出信号Ｓ９の生成を開始する。Ａ／Ｄ変換回路７９は、電流検出回路３２から出力される電流検出信号Ｓ９を入力して、電流検出信号Ｓ９の振幅を示すディジタルデータＤ４に変換してＣＰＵ８０に出力する。
【００４９】
ＣＰＵ８０は、電圧検出系回路群の電圧計７８から出力されるディジタルデータＤ３で示される測定対象電線４の電圧値Ｖ１を表示装置８１に表示させると共に、電流検出系回路群のＡ／Ｄ変換回路７９から出力されるディジタルデータＤ４に基づいて電流算出処理を実行して測定対象電線４に流れている電流Ｉ１の電流値を算出（測定）し、算出した電流値を表示装置８１に表示させる。また、ＣＰＵ８０は、算出した電流Ｉ１の電流値と、電圧計７８から出力された参照電位信号Ｓ７の電圧（参照電位Ｖｒ）の電圧値（ディジタルデータＤ３で示される値）とに基づいて、測定対象電線４に供給されている電力Ｗ１を算出（測定）して表示装置８１に表示させる。以上により、測定対象電線４の電圧Ｖ１、電流Ｉ１および電力Ｗ１の測定が完了する。
【００５０】
このように、このクランプ式センサ２では、測定対象電線４をクランプ可能に構成されてこの測定対象電線４に流れる電流Ｉ１を検出するためのクランプ部５に、測定対象電線４の電圧Ｖ１を非接触で測定するための検出電極１２が配設されている。したがって、このクランプ式センサ２によれば、電圧測定プローブと電流測定プローブとが別々になっている構成とは異なり、１回のクランプ操作で測定対象電線４に流れる電流Ｉ１および電圧Ｖ１を測定するための電流検出信号Ｓ９および検出信号Ｓ３を検出して本体ユニット３に出力することができるため、測定作業を大幅に簡略化することができる。
【００５１】
また、このクランプ式センサ２では、測定対象電線４を取り囲む閉磁路を形成する磁気コア１１ａ，１１ｂを有してクランプ部５が構成され、磁気コア１１ａ，１１ｂ（閉磁路）を通過する磁束の変化に基づいて電流Ｉ１を検出する電流検出回路３２を備えている。したがって、このクランプ式センサ２によれば、クランプ部５の磁気コア１１ａ，１１ｂによって漏れの少ない状態で磁束を検出コイル１４へ誘導できるため、検出コイル１４において磁束の変化に基づいて高精度で電流を検出することができる。
【００５２】
また、このクランプ式センサ２では、一端部が可動センサアーム１５の一端部と共にセンサ本体部６に回動自在に取り付けられた状態で、固定センサアーム１３と可動センサアーム１５との間に押さえアーム１６が配設されている。したがって、このクランプ式センサ２によれば、固定センサアーム１３と可動センサアーム１５とによってクランプされた測定対象電線４を押さえアーム１６の他端部で固定センサアーム１３における検出電極１２の配設位置の近傍に押さえ付けることができる。このため、固定センサアーム１３と可動センサアーム１５と間で測定対象電線４が自由に移動可能な状態で測定対象電線４をクランプする構成と比較して、測定対象電線４の電圧Ｖ１を非接触で測定するときに重要となる測定対象電線４（具体的には測定対象電線４の芯線４ａ）と検出電極１２との間に形成される静電容量Ｃ０の容量値の変動を低減することができ、これにより、測定対象電線４の電圧Ｖ１を非接触で精度良く測定できる結果、電力Ｗ１についても高精度で測定することができる。
【００５３】
なお、上記の構成に限定されない。例えば、上記したクランプ式センサ２では、検出コイル１４を磁気コア１１ｂに巻回して可動センサアーム１５内に配設しているが、磁気コア１１ａに巻回して固定センサアーム１３内に配設することもできる。また、一対のセンサアームのうちの一方を固定センサアーム１３としてセンサ本体部６に固定する構成としたが、図示はしないが、一対のセンサアームの双方を可動センサアーム１５と同様の構成の可動センサアームとすることもできる。また、一端部がセンサ本体部６に固定されると共に検出電極１２が内部に配設された固定センサアーム１３と、一端部がセンサ本体部６に回動自在に取り付けられて他端部が固定センサアーム１３の他端部に対して接離可能に構成された可動センサアーム１５とを備えた例について説明したが、図示はしないが、一端部がセンサ本体部６に固定されると共に磁気コア１１ａが内部に配設された固定センサアーム１３と、磁気コア１１ｂおよび検出電極１２が内部に配設されると共に一端部がセンサ本体部６に回動自在に取り付けられて他端部が固定センサアーム１３の他端部に対して接離可能に構成された可動センサアーム１５と、一端部が可動センサアーム１５の一端部と共にセンサ本体部６に回動自在に取り付けられて固定センサアーム１３と可動センサアーム１５との間に配設され、固定センサアーム１３と可動センサアーム１５とによってクランプされた測定対象電線４を他端部で可動センサアーム１５における検出電極１２の配設位置の近傍に押さえ付ける押さえアーム１６とを備えてクランプ部５を構成することもできる。また、各磁気コア１１ａ，１１ｂによって測定対象電線４を取り囲むように形成される閉磁路内の磁束の変化を検出コイル１４で検出する構成に代えて、ホール素子などの磁電変換素子を本発明における電流検出部の一部として使用して検出する構成とすることもできる。また、磁気コア１１ａ，１１ｂを使用せずに、検出コイル１４を空芯コイルとして構成して、両センサアーム１３，１５内に配設する構成とすることもできる。
【００５４】
また、検出電極１２を固定センサアーム１３および可動センサアーム１５のいずれか一方に配設する例について説明したが、図示はしないが、一端部がセンサ本体部６に固定されると共に磁気コア１１ａが内部に配設された固定センサアーム１３と、磁気コア１１ｂが内部に配設されると共に一端部がセンサ本体部６に回動自在に取り付けられて他端部が固定センサアーム１３の他端部に対して接離可能に構成された可動センサアーム１５と、検出電極１２が内部に配設されると共に一端部が可動センサアーム１５の一端部と共にセンサ本体部６に回動自在に取り付けられて固定センサアーム１３と可動センサアーム１５との間に配設され、固定センサアーム１３と可動センサアーム１５とによってクランプされた測定対象電線４を他端部で固定センサアーム１３および可動センサアーム１５のいずれか一方に押さえ付ける押さえアーム１６とを備えてクランプ部５を構成することもできる。
【００５５】
また、上記のクランプ式センサ２では、測定対象電線４のクランプおよび開放を容易に行えるようにするため、分割された２つの磁気コア１１ａ，１１ｂを用いて、クランプ部５を閉状態から開状態へ、また開状態から閉状態へ移行可能な構成としたが、２つの分割された磁気コア１１ａ，１１ｂに代えて、図８に示すクランプ式センサ２Ａのように、１つのトロイダル型の磁気コア９１を使用して磁路形成部としてのクランプ部５Ａを構成してもよいし、図９に示すクランプ式センサ２Ｂのように、一部にギャップが存在する磁気コア９２（例えばＵ字状のコア）を使用して磁路形成部としてのクランプ部５Ｂを構成することもできる。なお、クランプ式センサ２と同一の構成については同一の符号を付して重複する説明を省略する。
【００５６】
また、検出電極１２を用いて測定対象電線４の電圧Ｖ１を非接触で測定可能な回路構成の一例として、ダイオードで構成された容量変化機能体４１を使用することで、電圧Ｖ１が直流電圧および交流電圧のいずれであっても測定し得る構成としたが、電圧Ｖ１が交流電圧の場合においては、例えば、特許第３３０２３７７号公報、特開平１０−３１０３７号公報、特開２００２−７１７２６号公報および特開２００３−２８９００号公報などに開示されたような種々の公知の回路構成を採用することもできる。
【符号の説明】
【００５７】
１  電力測定装置
２，２Ａ，２Ｂ  クランプ式センサ
４  測定対象電線
５，５Ａ，５Ｂ  クランプ部
６  センサ本体部
１１ａ，１１ｂ，９１，９２  磁気コア
１２  検出電極
１３  固定センサアーム
１５  可動センサアーム
１６  押さえアーム
３２  電流検出回路
Ｉ１  電流
Ｓ９  電流検出信号
【図１】
0004995993.tif 000002
【図２】
0004995993.tif 000003
【図３】
0004995993.tif 000004
【図４】
0004995993.tif 000005
【図５】
0004995993.tif 000006
【図６】
0004995993.tif 000007
【図７】
0004995993.tif 000008
【図８】
0004995993.tif 000009
【図９】
0004995993.tif 000010