JPS632064B2 - - Google Patents
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- JPS632064B2 JPS632064B2 JP55030740A JP3074080A JPS632064B2 JP S632064 B2 JPS632064 B2 JP S632064B2 JP 55030740 A JP55030740 A JP 55030740A JP 3074080 A JP3074080 A JP 3074080A JP S632064 B2 JPS632064 B2 JP S632064B2
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- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 14
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims 1
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 24
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 11
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 11
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 6
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 2
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 2
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000009499 grossing Methods 0.000 description 1
- 238000002847 impedance measurement Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R27/00—Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
- G01R27/02—Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Resistance Or Impedance (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、被測定素子に流れる電流位相と該素
子に印加された電圧の位相を比較することによ
り、被測定素子のインピーダンスを求めるインピ
ーダンス・メータに関する。
子に印加された電圧の位相を比較することによ
り、被測定素子のインピーダンスを求めるインピ
ーダンス・メータに関する。
従来技術によるインピーダンス・メータにおい
て、被測定素子に流れる電流と印加電圧の位相差
を求めるため位相検波器（又は同相検波器とも呼
ばれる）が用いられてきた。しかし前記位相検波
器は一定の出力誤差（位相誤差）を有していた。
かかる出力誤差は位相検波器に導入される二つの
入力信号経路による位相のずれ、及び当該位相検
波器自身の有する測定誤差に起因するもので不可
避な測定誤差であつた。
て、被測定素子に流れる電流と印加電圧の位相差
を求めるため位相検波器（又は同相検波器とも呼
ばれる）が用いられてきた。しかし前記位相検波
器は一定の出力誤差（位相誤差）を有していた。
かかる出力誤差は位相検波器に導入される二つの
入力信号経路による位相のずれ、及び当該位相検
波器自身の有する測定誤差に起因するもので不可
避な測定誤差であつた。
また従来のインピーダンス・メータにおいて知
られる如く、損失係数Ｄ（Ｑの逆数；コンデンサ
ではtanδとなる）を求める際にその測定精度及び
測定分解能を向上させることは困難であつた。
られる如く、損失係数Ｄ（Ｑの逆数；コンデンサ
ではtanδとなる）を求める際にその測定精度及び
測定分解能を向上させることは困難であつた。
よつて本発明の目的は上記位相検波器の測定誤
差を減少させると共に、損失係数の測定精度及び
測定分解能を向上させたインピーダンス・メータ
を提供せんとするものである。
差を減少させると共に、損失係数の測定精度及び
測定分解能を向上させたインピーダンス・メータ
を提供せんとするものである。
以下、図面を用いて本発明を詳述する。
第１図は本発明の一実施例によるインピーダン
ス・メータを示したブロツク図、第２図は第１図
の動作を説明するためのベクトル図である。
ス・メータを示したブロツク図、第２図は第１図
の動作を説明するためのベクトル図である。
第１図において被測定素子２の一方端は基準発
振器（出力電圧E1）４及び第１入力端６に接続
される。被測定素子２の他方端は演算増幅器８の
反転入力端に接続される。前記反転入力端は抵抗
器１０を介して演算増幅器８の出力端に接続され
る。よつて演算増幅器８及び抵抗器１０は、被測
定素子２に流れる電流を電圧に変換するＩ⊂Ｖコ
ンバータとして働く。そして演算増幅器８の出力
端は第２入力端１２に接続される（出力電圧
E2）。
振器（出力電圧E1）４及び第１入力端６に接続
される。被測定素子２の他方端は演算増幅器８の
反転入力端に接続される。前記反転入力端は抵抗
器１０を介して演算増幅器８の出力端に接続され
る。よつて演算増幅器８及び抵抗器１０は、被測
定素子２に流れる電流を電圧に変換するＩ⊂Ｖコ
ンバータとして働く。そして演算増幅器８の出力
端は第２入力端１２に接続される（出力電圧
E2）。
スイツチSWは、第１入力端６又は第２入力端
１２のいずれかを選択して位相検波器１４の一方
の入力端に接続する。位相検波器１４の他方の入
力端と第１入力端６の間には、移相器１６が接続
される。ここで位相器１６とは、入力電圧（E1）
の位相ををシフト（０，π／２，π，3π／２）
し且つ方形波に整形して送り出す回路であつて従
来技術により構成することができる。位相検波器
１４の出力端には電圧計１８が接続されており、
その出力電圧をを測定する。なお被測定素子２の
インピーダンスを求めるためには、電圧計１８の
測定値に一定の演算をほどこす必要があるが、こ
れらはマイクロプロセツサ（図示されていない）
により行うことができる。
１２のいずれかを選択して位相検波器１４の一方
の入力端に接続する。位相検波器１４の他方の入
力端と第１入力端６の間には、移相器１６が接続
される。ここで位相器１６とは、入力電圧（E1）
の位相ををシフト（０，π／２，π，3π／２）
し且つ方形波に整形して送り出す回路であつて従
来技術により構成することができる。位相検波器
１４の出力端には電圧計１８が接続されており、
その出力電圧をを測定する。なお被測定素子２の
インピーダンスを求めるためには、電圧計１８の
測定値に一定の演算をほどこす必要があるが、こ
れらはマイクロプロセツサ（図示されていない）
により行うことができる。
第２図において、ベクトルE1は第１入力端６
に印加される電圧E1、ベクトルE2は第２入力端
１２に印加される電圧E2を表わす。ここでベク
トルE2は被測定素子２に流れる電流の大きさ及
びその位相に対応している。
に印加される電圧E1、ベクトルE2は第２入力端
１２に印加される電圧E2を表わす。ここでベク
トルE2は被測定素子２に流れる電流の大きさ及
びその位相に対応している。
また移相器１６の位相シフト量を零とした場
合、位相検波器１４に印加される電圧E1と移相
器１６の出力電圧の間には、等価的にθ1の位相差
が生じるものとする。即ちこの位相差θ1は、位相
検波器１４の動作が理想的であると仮定した場合
に、移相器１６を含む信号経路に起因して生じた
ものと考えることができる。そのため図示された
基準ベクトルＸは、ベクトルE1と位相差θ1をなす
よう描かれている。
合、位相検波器１４に印加される電圧E1と移相
器１６の出力電圧の間には、等価的にθ1の位相差
が生じるものとする。即ちこの位相差θ1は、位相
検波器１４の動作が理想的であると仮定した場合
に、移相器１６を含む信号経路に起因して生じた
ものと考えることができる。そのため図示された
基準ベクトルＸは、ベクトルE1と位相差θ1をなす
よう描かれている。
ベクトルEYは、ベクトルE1に対して90゜の位相
差を有する。いま被測定素子２がコンデンサとす
ると、ベクトルE2は該コンデンサに流れる電流
を表わすことになる。そして被測定コンデンサの
損失が零のとき（理想的なコンデンサの場合）、
ベクトルE2はベクトルEYと重なりあうことにな
る（90゜の進み電流が流れるため）。よつてベクト
ルE2とEYとの位相差θ4は、誘電損角δ（tanδ＝tan
θ4）を表わすことになる。被測定素子がコイルの
場合も同様であり、tan θ4は損失係数Ｄを表わす
ことになる。ここで損失係数Ｄは被測定素子を表
わす等価回路により、以下の通りの値を有する
（計算値の一例を示す）。
差を有する。いま被測定素子２がコンデンサとす
ると、ベクトルE2は該コンデンサに流れる電流
を表わすことになる。そして被測定コンデンサの
損失が零のとき（理想的なコンデンサの場合）、
ベクトルE2はベクトルEYと重なりあうことにな
る（90゜の進み電流が流れるため）。よつてベクト
ルE2とEYとの位相差θ4は、誘電損角δ（tanδ＝tan
θ4）を表わすことになる。被測定素子がコイルの
場合も同様であり、tan θ4は損失係数Ｄを表わす
ことになる。ここで損失係数Ｄは被測定素子を表
わす等価回路により、以下の通りの値を有する
（計算値の一例を示す）。
(1) 被測定素子がコンデンサ（Cp）と抵抗器
（Rp）の並列等価回路から成るものと仮定した
場合、 Ｄ＝１／ωCpRp＝１／Ｑ ω＝2πf である。
（Rp）の並列等価回路から成るものと仮定した
場合、 Ｄ＝１／ωCpRp＝１／Ｑ ω＝2πf である。
(2) 被測定素子がインダクタ（Ls）と抵抗器
（Rs）の直列等価回路から成るものと仮定した
場合、 Ｄ＝Rs／ωLs＝１／Ｑ である。
（Rs）の直列等価回路から成るものと仮定した
場合、 Ｄ＝Rs／ωLs＝１／Ｑ である。
第３図は、第１図に示された移相器１６及び位
相検波器１４の動作を説明した電圧波形図であ
る。図示された信号イは電圧E1を示し、信号ロ
は移相器１６の位相シフト量を零とし場合の移相
器出力信号を示している。これら信号イ，ロの間
には、第２図において説明した如く、位相差θ1が
生じている。そしてスイツチSWが第１入力端６
側に倒されているとき位相検波器１４からは、検
波信号ハが送り出される。これを第２図に示した
ベクトル図にあてはめてみると、移相器出力信号
ロは基準ベクトルＸに対応し、検波信号ハは基準
ベクトルＸのａ点（ａボルト）に対応する。
相検波器１４の動作を説明した電圧波形図であ
る。図示された信号イは電圧E1を示し、信号ロ
は移相器１６の位相シフト量を零とし場合の移相
器出力信号を示している。これら信号イ，ロの間
には、第２図において説明した如く、位相差θ1が
生じている。そしてスイツチSWが第１入力端６
側に倒されているとき位相検波器１４からは、検
波信号ハが送り出される。これを第２図に示した
ベクトル図にあてはめてみると、移相器出力信号
ロは基準ベクトルＸに対応し、検波信号ハは基準
ベクトルＸのａ点（ａボルト）に対応する。
移相器１６の位相シフト量をπ／２に設定する
と、移相器出力信号ニが得られる。そして信号イ
及び移相器出力信号ニを導入した位相検波器１４
は検波信号ホを送り出す。これを第２図に示した
ベクトル図にあてはめてみると、位相器出力信号
ニは直角基準ベクトルＹに対応し、検波信号ホは
直角基準ベクトルＹのｂ点（ｂボルト）に対応す
る。
と、移相器出力信号ニが得られる。そして信号イ
及び移相器出力信号ニを導入した位相検波器１４
は検波信号ホを送り出す。これを第２図に示した
ベクトル図にあてはめてみると、位相器出力信号
ニは直角基準ベクトルＹに対応し、検波信号ホは
直角基準ベクトルＹのｂ点（ｂボルト）に対応す
る。
第２図に示されたベクトルE2についても同様
に考えることができる。即ち基準ベクトルＸと同
相の成分ｃは； スイツチSWを第２入力端１２側に倒す。
に考えることができる。即ち基準ベクトルＸと同
相の成分ｃは； スイツチSWを第２入力端１２側に倒す。
移相器１６の位相シフト量を零とする。
ことにより検出される。
また直角基準ベクトルＹと同相の成分ｄは；
スイツチSWを第２入力端１２側に倒す。
移相器１６の位相シフト量をπ／２とする。
ことにより検出される。
次に第１図及び第２図を参照してインピーダン
ス測定の原理を説明する。
ス測定の原理を説明する。
いま
ｂ／ａ＝α
ｄ／ｃ＝β
ｄ／ａ＝γ
とする。ここでａ，ｂ，ｃ，ｄは基準ベクトルＸ
又は直角基準ベクトルＹの各点であり、既述の如
く測定される。
又は直角基準ベクトルＹの各点であり、既述の如
く測定される。
すると被測定素子の損失係数Ｄは、
Ｄ＝tan δ
＝tan θ4
＝tan（π／２−θ3）
＝１／tan θ3
また
tan θ3＝tan （θ2−θ1）
＝（tanθ2−tanθ1）
／（１＋tanθ2・tanθ1）
＝（β−α）／（１＋α・β） ……(1)
よつてＤ＝（１＋α・β）／（β−α） ……(2)
となる。
次に被測定素子のキヤパシタンス分（またはイ
ンダクタンス分）Ｘは、 Ｘ＝｜E2｜／｜E1｜sinθ3 ……(3) によつて表わすことができる。
ンダクタンス分）Ｘは、 Ｘ＝｜E2｜／｜E1｜sinθ3 ……(3) によつて表わすことができる。
ここで｜E1｜＝√2＋2
＝ａ√１＋2
また
ここでtanθ3は第(1)式により与えられる。
よつて第(4)式、第(5)式を第(3)式に代入すること
により Ｘ＝γ／β・β−α／１＋α2 ……(6) となる。
により Ｘ＝γ／β・β−α／１＋α2 ……(6) となる。
従つてインピーダンスの場合
Ｘ＝jωL （ω＝2πf）
キヤパシタンスの場合
Ｘ＝１／jωc
となる。
上述した如く第(2)式及び第(6)式により、被測定
素子のインピーダンスを求めることができる。こ
れら演算はマイクロプロセツサ（図示されていな
い）により行われる。
素子のインピーダンスを求めることができる。こ
れら演算はマイクロプロセツサ（図示されていな
い）により行われる。
第４図は本発明の他実施例によるインピーダン
ス・メータを示したブロツク図、第５図は第４図
の動作を説明するためのグラフである。本実施例
は第１図に示された電圧計１８のかわりにデユア
ル・スロープ型電圧計３０を用いたものである。
前記電圧計３０には、位相検波器の出力信号を平
滑するためのフイルタ４８、積分時間を調節する
ための第２スイツチSW２、演算増幅器及び積分
コンデンサＣから成る積分器４０、積分器４０の
出力端に接続された零出力検出器及びカウンタ５
０が含まれる。
ス・メータを示したブロツク図、第５図は第４図
の動作を説明するためのグラフである。本実施例
は第１図に示された電圧計１８のかわりにデユア
ル・スロープ型電圧計３０を用いたものである。
前記電圧計３０には、位相検波器の出力信号を平
滑するためのフイルタ４８、積分時間を調節する
ための第２スイツチSW２、演算増幅器及び積分
コンデンサＣから成る積分器４０、積分器４０の
出力端に接続された零出力検出器及びカウンタ５
０が含まれる。
第５図において、縦軸は積分器４０の出力電
圧、横軸は積分時間（秒）を表わしている。そし
て本実施例は、〔〕〔〕〔〕の各ステツプか
ら成るシーケンスにより作動される。各ステツプ
の動作は次の通りである。
圧、横軸は積分時間（秒）を表わしている。そし
て本実施例は、〔〕〔〕〔〕の各ステツプか
ら成るシーケンスにより作動される。各ステツプ
の動作は次の通りである。
§ 第〔〕ステツプ
第１スイツチSW１を第１入力端４２側に倒
す。
す。
移相器４６の位相シフト量をπ／２に設定す
る。
る。
第２スイツチSW２をONして、一定時間
（Tc秒）だけ積分を行う。即ちｂボルト（第２
図参照）を印加して積分を行うことになる。
（Tc秒）だけ積分を行う。即ちｂボルト（第２
図参照）を印加して積分を行うことになる。
その後直ちに、移相器４６の位相シフト量を
πに設定する。このことにより−ａボルト（第
２図参照）による積分が引き続いて行われる。
πに設定する。このことにより−ａボルト（第
２図参照）による積分が引き続いて行われる。
積分器４０の出力電圧が所定レベルに降下し
たとき第２スイツチSW２をOFFする（T1秒
後）。
たとき第２スイツチSW２をOFFする（T1秒
後）。
そしてT1／Tcを計算することによりｂ／ａ＝
αを求めることができる（∵ｂ／ａ＝T1／Tc）。
αを求めることができる（∵ｂ／ａ＝T1／Tc）。
§ 第〔〕ステツプ
第１スイツチSW１を第２入力端４４側に倒
す。
す。
移相器４６の位相シフト量をπ／２に設定す
る。
る。
第２スイツチSW２をONして、一定時間
（Tc秒）だけ積分を行う。即ちｄボルト（第２
図参照）を印加して積分を行うことになる。
（Tc秒）だけ積分を行う。即ちｄボルト（第２
図参照）を印加して積分を行うことになる。
その後直ちに、移相器４６の位相シフト量を
πに設定する。このことにより−ｃボルト（第
２図参照）による積分が引き続いて行われる。
πに設定する。このことにより−ｃボルト（第
２図参照）による積分が引き続いて行われる。
積分器４０の出力電圧が所定レベルに降下し
たとき第２スイツチをOFFする（T2秒後）。そ
してT2／Tcを計算することによりｄ／ｃ＝β
を求めることができる（∵ｄ／ｃ＝T2／Tc）。
たとき第２スイツチをOFFする（T2秒後）。そ
してT2／Tcを計算することによりｄ／ｃ＝β
を求めることができる（∵ｄ／ｃ＝T2／Tc）。
§ 第〔〕ステツプ
第１スイツチSW１を第２入力端４４側に倒
す。
す。
移相器４６の位相シフト量をπ／２に設定す
る。
る。
第２スイツチSW２をONして、一定時間
（Tc秒）だけ積分を行う。即ちｄボルト（第２
図参照）を印加して積分を行うことになる。
（Tc秒）だけ積分を行う。即ちｄボルト（第２
図参照）を印加して積分を行うことになる。
その後直ちに第１スイツチSW１を第１入力
端４２側に倒すと同時に、移相器４６の位相シ
フト量をπに設定する。このことにより−ａボ
ルト（第２図参照）による積分が引き続いて行
われる。
端４２側に倒すと同時に、移相器４６の位相シ
フト量をπに設定する。このことにより−ａボ
ルト（第２図参照）による積分が引き続いて行
われる。
積分器４０の出力電圧が所定レベルに降下し
たとき第２スイツチSW２をOFFする（T3秒
後）。
たとき第２スイツチSW２をOFFする（T3秒
後）。
そしてT3／Tcを計算することによりｄ／ａ＝
γを求めることができる（∵ｄ／ａ＝T3／Tc）。
γを求めることができる（∵ｄ／ａ＝T3／Tc）。
上記３ステツプによりα，β，γが求められる
ため、上記第(2)式及び第(6)式を用いて損失係数お
よびインピーダンスを計算することが可能となる
（マイクロプロセツサ使用）。
ため、上記第(2)式及び第(6)式を用いて損失係数お
よびインピーダンスを計算することが可能となる
（マイクロプロセツサ使用）。
以上詳述した如く、本発明に係るインピーダン
ス・メータは、位相検波器の有する固有誤差を除
去する為の手間が不要であり且つ損失係数をデジ
タル的に演算することができるので、高速且つ高
分解能を有するインピーダンス・メータを提供す
ることが可能となる。
ス・メータは、位相検波器の有する固有誤差を除
去する為の手間が不要であり且つ損失係数をデジ
タル的に演算することができるので、高速且つ高
分解能を有するインピーダンス・メータを提供す
ることが可能となる。
第１図は本発明の一実施例によるインピーダン
ス・メータを示したブロツク図、第２図は第１図
の動作を説明するためのベクトル図、第３図は第
１図に示された移相器１６及び位相検波器（同期
検波器）１４の動作を説明した電圧波形図、第４
図は本発明の他実施例によるインピーダンス・メ
ータを示したブロツク図、第５図は第４図の動作
を説明するためのグラフである。 ２：被測定素子、４：基準発振器、１４：位相
検波器（同期検波器）、１６：移相器、１８：電
圧計、３０：デユアル・スロープ型電圧計。
ス・メータを示したブロツク図、第２図は第１図
の動作を説明するためのベクトル図、第３図は第
１図に示された移相器１６及び位相検波器（同期
検波器）１４の動作を説明した電圧波形図、第４
図は本発明の他実施例によるインピーダンス・メ
ータを示したブロツク図、第５図は第４図の動作
を説明するためのグラフである。 ２：被測定素子、４：基準発振器、１４：位相
検波器（同期検波器）、１６：移相器、１８：電
圧計、３０：デユアル・スロープ型電圧計。
Claims (1)
- １ 被測定素子に印加される第１電圧に応じて流
れる電流を第２電圧に変換する変換回路と、前記
第１電圧又は前記第２電圧のいずれか一方を選択
的に導入するスイツチ回路と、前記第１電圧を所
定の位相量だけシフトし第３電圧を送出する移相
回路と、前記スイツチ回路の出力信号および前記
第３電圧を導入する位相検波回路と、前記スイツ
チ回路の選択を制御する制御回路と、前記位相検
波回路の出力信号を受信し、前記第３電圧を基準
とした前記第１電圧の90゜成分と0°成分との比、
前記第３電圧を基準とした前記第２電圧の90゜成
分と0゜成分との比、および前記第３電圧を基準と
した前記第２電圧の90゜成分と前記第１電圧の0゜
成分との比を求める検出回路と、前記検出回路の
出力信号を導入し所定の演算を行なう演算回路と
より成るインピーダンス・メータ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3074080A JPS56126769A (en) | 1980-03-11 | 1980-03-11 | Impedance meter |
| US06/240,719 US4409543A (en) | 1980-03-11 | 1981-03-05 | Impedance meter |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3074080A JPS56126769A (en) | 1980-03-11 | 1980-03-11 | Impedance meter |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS56126769A JPS56126769A (en) | 1981-10-05 |
| JPS632064B2 true JPS632064B2 (ja) | 1988-01-16 |
Family
ID=12312062
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3074080A Granted JPS56126769A (en) | 1980-03-11 | 1980-03-11 | Impedance meter |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4409543A (ja) |
| JP (1) | JPS56126769A (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4546441A (en) * | 1982-07-22 | 1985-10-08 | John Burch | Method and apparatus for time based measurement of impedance |
| JPS6028306A (ja) * | 1983-07-27 | 1985-02-13 | Yokogawa Hewlett Packard Ltd | 位相検波方法 |
| FR2565695B1 (fr) * | 1984-06-08 | 1986-09-26 | Europ Propulsion | Procede et dispositif de mesure de la composante reactive d'une impedance complexe |
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- 1980-03-11 JP JP3074080A patent/JPS56126769A/ja active Granted
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1981
- 1981-03-05 US US06/240,719 patent/US4409543A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS56126769A (en) | 1981-10-05 |
| US4409543A (en) | 1983-10-11 |
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