電流測定装置および絶縁抵抗測定装置
【課題】微少な測定対象電流であっても測定レンジ切り替えを正確に行い得る電流測定装置を提供する。
【解決手段】複数の測定レンジのうちの１つに切替制御されると共にその１つの測定レンジに応じた変換率で電流Ｉを電圧変換する測定レンジ切替部５と、測定レンジ切替部５に電流Ｉを供給するダイオード４と、ダイオード４の順方向電圧Ｖｄを検出する電圧検出部６と、複数の測定レンジに対応させて予め設定された複数の電圧範囲のいずれに順方向電圧Ｖｄが含まれるかを特定すると共に測定レンジ切替部５を制御することにより特定した電圧範囲に対応する測定レンジに切り替える演算制御部９とを備えている。
【解決手段】複数の測定レンジのうちの１つに切替制御されると共にその１つの測定レンジに応じた変換率で電流Ｉを電圧変換する測定レンジ切替部５と、測定レンジ切替部５に電流Ｉを供給するダイオード４と、ダイオード４の順方向電圧Ｖｄを検出する電圧検出部６と、複数の測定レンジに対応させて予め設定された複数の電圧範囲のいずれに順方向電圧Ｖｄが含まれるかを特定すると共に測定レンジ切替部５を制御することにより特定した電圧範囲に対応する測定レンジに切り替える演算制御部９とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定レンジの自動切替機能を有する電流測定装置および絶縁抵抗測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電流レンジや電圧レンジなどの測定レンジの自動切替機能は、電流や電圧などの測定値の読取精度を向上させるべく、複数の測定レンジから読取りに最適な測定レンジを自動的に選択してこの測定レンジに切り替えるものであり、多くの測定装置に搭載されている。搭載されているこの種の測定装置として、例えば特開平５−３４３８１号公報に開示された測定装置が知られている。この測定装置では、負荷に流れる電流を電流検出抵抗での電圧降下として検出し、検出した電流量（電圧降下値）に基づいて電流レンジ切り替え動作を自動的に行っている。
【特許文献１】特開平５−３４３８１号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した従来の測定装置には、次のような問題点が存在する。すなわち、この測定装置では、電流検出抵抗を用いて負荷に流れる電流を検出している。このため、この測定装置には、絶縁抵抗測定時において測定する漏れ電流などのように微少な電流が測定対象電流のときには、電流検出抵抗での電圧降下も電流に比例して小さくなるため、測定しにくくなる結果、正確な電流レンジ切り替え動作が困難になるという問題点が存在している。
【０００４】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、微少な測定対象電流であっても測定レンジ切り替えを正確に行い得る電流測定装置を提供することを主目的とする。また、測定対象の電流のレベルが小さいときであっても測定レンジ切り替えを正確に行うことで適切な測定レンジで測定対象の電流を正確に測定して正確な絶縁抵抗を測定し得る絶縁抵抗測定装置を提供することを他の主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成すべく請求項１記載の電流測定装置は、複数の測定レンジのうちの１つに切替制御されると共に当該１つの測定レンジに応じた変換率で測定対象電流を電圧変換する測定レンジ切替部と、前記測定レンジ切替部に前記測定対象電流を供給するダイオードと、前記ダイオードの順方向電圧を検出する電圧検出部と、前記複数の測定レンジに対応させて予め設定された複数の電圧範囲のいずれに前記順方向電圧が含まれるかを特定すると共に前記測定レンジ切替部を制御することにより前記特定した電圧範囲に対応する前記測定レンジに切り替える制御部とを備えている。
【０００６】
また、請求項２記載の絶縁抵抗測定装置は、測定対象体の一端に印加する測定用電圧を生成する電圧生成部と、複数の測定レンジのうちの１つに切替制御されると共に前記測定用電圧の印加時において前記測定対象体に流れる電流を当該１つの測定レンジに応じた変換率で電圧に変換する測定レンジ切替部と、前記測定レンジ切替部に前記電流を供給するダイオードと、前記ダイオードの順方向電圧を検出する電圧検出部と、前記複数の測定レンジに対応させて予め設定された複数の電圧範囲のいずれに前記順方向電圧が含まれるかを特定すると共に前記測定レンジ切替部を制御することにより前記特定した電圧範囲に対応する前記測定レンジに切り替える制御部と、前記測定レンジ切替部で変換された前記電圧と前記測定用電圧とに基づいて前記測定対象体の絶縁抵抗を算出する演算部とを備えている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の電流測定装置によれば、制御部が、複数の測定レンジに対応させて予め設定された複数の電圧範囲のいずれに、測定対象電流が流れることに起因してダイオードに発生する順方向電圧が含まれるかを特定して、その特定した電圧範囲に対応する測定レンジに切り替えることにより、流れる電流が小さいとき程、順方向電圧の上昇率が大きくなるというダイオードの非線形な電流／電圧特性と、十分に高速なダイオードの応答特性とを利用して、測定対象電流の電流値が小さなときであっても、より正確で、しかも迅速に測定対象電流の測定に適した測定レンジに設定することができる。
【０００８】
請求項２記載の絶縁抵抗測定装置によれば、制御部が、複数の測定レンジに対応させて予め設定された複数の電圧範囲のいずれに、電流が流れることに起因してダイオードに発生する順方向電圧が含まれるかを特定して、その特定した電圧範囲に対応する測定レンジに切り替えることにより、流れる電流が小さいとき程、順方向電圧の上昇率が大きくなるというダイオードの非線形な電流／電圧特性と、十分に高速なダイオードの応答特性とを利用して、電流の電流値が小さなときであっても、より正確で、しかも迅速に電流の測定に適した測定レンジに設定することができる。したがって、測定対象の電流のレベルが小さいときであっても測定レンジ切り替えを正確に行うことができる結果、適切な測定レンジで測定対象の電流を正確に測定して絶縁抵抗を正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電流測定装置および絶縁抵抗測定装置の最良の形態について説明する。一例として、測定対象体の絶縁抵抗Ｒを測定すると共に本発明に係る電流測定装置として測定対象体に生じる漏れ電流を測定する絶縁抵抗測定装置を例に挙げて説明する。
【００１０】
最初に、絶縁抵抗測定装置１の構成について説明する。
【００１１】
絶縁抵抗測定装置１は、図１に示すように、電圧生成部３、ダイオード４、測定レンジ切替部５、電圧検出部６、Ａ／Ｄ変換部７，８、演算制御部（本発明における制御部および演算部）９、記憶部１０および表示部１１を備え、測定対象体２の漏れ電流Ｉ（本発明における測定対象電流および測定対象体に流れる電流。以下、電流Ｉともいう）および絶縁抵抗Ｒを測定可能に構成されている。この場合、電圧生成部３は、演算制御部９によって制御されて、測定対象体２の一方の端子（本発明における一端）２ａに印加する測定用電圧Ｖ１（既知の値。例えば５０００Ｖ）を生成する。ダイオード４は、測定対象体２の他方の端子２ｂと測定レンジ切替部５（後述する演算増幅器２１の反転入力端子）との間に、他方の端子２ｂから測定レンジ切替部５への電流Ｉ（漏れ電流）の流れを許容するように介装されている。
【００１２】
測定レンジ切替部５は、図１に示すように、演算増幅器２１、第１〜第３の直列回路２２，２３，２４、抵抗２５およびコンデンサ２６を備え、ダイオード４から供給される電流Ｉを電圧Ｖｉに変換して出力するＩ／Ｖ変換回路を構成し、複数の測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４のうちの１つに切替制御されると共に測定用電圧Ｖ１の印加時において測定対象体２に流れる電流Ｉをその１つの測定レンジに応じた変換率で電圧Ｖｉに変換する。この場合、第１の直列回路２２は、直列に接続された抵抗２７とスイッチ３０とで構成されている。また、第２の直列回路２３は、直列に接続された抵抗２８とスイッチ３１とで構成されている。また、第３の直列回路２４は、直列に接続された抵抗２９とスイッチ３２とで構成されている。また、各直列回路２２，２３，２４、抵抗２５およびコンデンサ２６は、互いに並列接続された状態で、演算増幅器２１の出力端子と反転入力端子との間に、演算増幅器２１の負帰還回路としてそれぞれ接続されている。また、演算増幅器２１は、非反転入力端子が基準電位（グランド電位）に接続されている。また、この測定レンジ切替部５では、各スイッチ３０，３１，３２は、演算制御部９により、いずれか一つがオンになる状態、およびすべてがオフになる状態の４つの状態のいずれかに切替制御される。本例の測定レンジ切替部５では、一例として、各抵抗２５，２７，２８，２９がこの順で抵抗値が小さくなるように設定されている。このため、演算制御部９によって各スイッチ３０，３１，３２が共にオフに切替制御されたときに、測定レンジ切替部５は、Ｉ／Ｖ変換率（以下、変換率ともいう）が最も大きい第１の測定レンジＲＡ１（レンジ定格電流Ｉ１。図２参照）に切り替わり、スイッチ３０のみがオンに切替制御されたときに、変換率が次に大きい第２の測定レンジＲＡ２（レンジ定格電流Ｉ２。図２参照）に切り替わり、スイッチ３１のみがオンに切替制御されたときに、変換率がその次に大きい第３の測定レンジＲＡ３（レンジ定格電流Ｉ３。図２参照）に切り替わり、スイッチ３２のみがオンに切替制御されたときに、変換率が最も小さい第４の測定レンジＲＡ４（レンジ定格電流Ｉ４。図２参照）に切り替わる。
【００１３】
電圧検出部６は、一例としてボルテージフォロワであって、その非反転入力端子がダイオード４のアノード側に接続された演算増幅器で構成されている。本例では、演算増幅器２１の非反転入力端子が基準電位（グランド電位）に接続されているため、ダイオード４のカソード端子の電位がグランド電位となっている。したがって、電圧検出部６は、ダイオード４の順方向電圧Ｖｄを検出して低インピーダンスで出力する。Ａ／Ｄ変換部７は、測定レンジ切替部５から出力される電圧Ｖｉの値をディジタルデータＤｉに変換して演算制御部９に出力する。一方、Ａ／Ｄ変換部８は、電圧検出部６から出力される順方向電圧Ｖｄの値をディジタルデータＤｄに変換して演算制御部９に出力する。
【００１４】
演算制御部９は、ＣＰＵなどで構成されて、電圧生成部３を制御する。また、演算制御部９は、ディジタルデータＤｄ，Ｄｉに基づいて測定レンジ切替部５を制御することにより、測定レンジの切替処理を実行する。具体的には、演算制御部９は、ディジタルデータＤｄに基づいて、測定レンジの１次切替処理を最初に実行し、その後は、ディジタルデータＤｉに基づいて、具体的にはこのディジタルデータＤｉを用いて算出した電流Ｉの値に基づいて、測定レンジの２次切替処理を連続して実行する。また、演算制御部９は、ディジタルデータＤｉに基づいて電流Ｉの値を算出すると共に、算出した電流Ｉの値と測定用電圧Ｖ１とに基づいて測定対象体２の絶縁抵抗Ｒの値を算出する算出処理を実行する。また、演算制御部９は、算出した電流Ｉおよび絶縁抵抗Ｒを表示部１１に表示させる。
【００１５】
記憶部１０には、上記した１次測定レンジ切替処理において、ディジタルデータＤｄと比較するための１次レンジ特定用データが、測定レンジ切替部５の測定レンジ数と同数予め記憶されている。具体的には、図２に示すように、各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４に対応する各電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２，Ｖｄ３，Ｖｄ４（本発明における各電圧範囲を規定するための電圧）を示す各レンジデータＤｄ１，Ｄｄ２，Ｄｄ３，Ｄｄ４が、１次レンジ特定用データとして記憶されている。また、記憶部１０には、各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４についての各レンジ定格電流Ｉ１〜Ｉ４が予め記憶されている。なお、レンジ定格電流Ｉ４は、絶縁抵抗測定装置１の最大定格電流を意味する。表示部１１は、液晶パネル等で構成されている。
【００１６】
次に、絶縁抵抗測定装置１についての電流Ｉおよび絶縁抵抗Ｒの測定動作について、測定レンジの切替処理を中心に説明する。
【００１７】
まず、不図示のプローブを使用して、図１に示すように、電圧生成部３を測定対象体２の一方の端子２ａに接続すると共に、ダイオード４のアノード端子を測定対象体２の他方の端子２ｂに接続し、次いで、絶縁抵抗測定装置１を作動させる。
【００１８】
絶縁抵抗測定装置１では、まず、演算制御部９が、測定レンジ切替部５の各スイッチ３０，３１，３２のオン・オフ状態を初期状態に切替制御する（イニシャライズ処理）。一例として、演算制御部９は、各スイッチ３０，３１，３２をすべてオフ状態に制御することにより、変換率が最も大きい第１の測定レンジＲＡ１に測定レンジ切替部５を切り替える。続いて、演算制御部９は、電圧生成部３を制御して、測定対象体２に対する測定用電圧Ｖ１の印加を開始させる。この場合、測定用電圧Ｖ１の印加に起因して測定対象体２に電流Ｉが流れ、この電流Ｉは、ダイオード４を介して測定レンジ切替部５に供給される。その際に、ダイオード４のアノードには、電流Ｉの電流値に対応した順方向電圧Ｖｄが瞬時に現れる。このため、電圧検出部６はこの順方向電圧Ｖｄを検出してＡ／Ｄ変換部８に出力し、Ａ／Ｄ変換部８はこの順方向電圧ＶｄをディジタルデータＤｄに変換して演算制御部９に出力する。
【００１９】
次いで、演算制御部９は、入力したディジタルデータＤｄに基づいて、電流Ｉについての測定レンジの１次切替処理を実行する。この測定レンジの１次切替処理では、演算制御部９は、ディジタルデータＤｄと、記憶部１０に記憶されている各レンジデータＤｄ１，Ｄｄ２，Ｄｄ３，Ｄｄ４とを比較することにより、現在の電流Ｉが各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４のいずれに含まれるかを特定するレンジ特定処理と、特定した測定レンジになるように測定レンジ切替部５の各スイッチ３０〜３２を切替制御する切替処理とを実行する。
【００２０】
まず、レンジ特定処理では、演算制御部９は、各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４に対応させて予め設定された複数の電圧範囲のいずれに順方向電圧Ｖｄが含まれるかを特定する。具体的には、演算制御部９は、順方向電圧Ｖｄの値を示すディジタルデータＤｄがレンジデータＤｄ１以下のとき（つまり、順方向電圧Ｖｄが図２中の電圧範囲Ｗ（電圧Ｖｄ１以下）に含まれるとき）には、第１の測定レンジＲＡ１を測定レンジとして特定し、ディジタルデータＤｄがレンジデータＤｄ１を超えレンジデータＤｄ２以下のとき（つまり、順方向電圧Ｖｄが図２中の電圧範囲Ｘ（電圧Ｖｄ１を超え電圧Ｖｄ２以下）に含まれるとき）には、第２の測定レンジＲＡ２を測定レンジとして特定し、ディジタルデータＤｄがレンジデータＤｄ２を超えレンジデータＤｄ３以下のとき（つまり、順方向電圧Ｖｄが図２中の電圧範囲Ｙ（電圧Ｖｄ２を超え電圧Ｖｄ３以下）に含まれるとき）には、第３の測定レンジＲＡ３を測定レンジとして特定し、ディジタルデータＤｄがレンジデータＤｄ３を超えレンジデータＤｄ４以下のとき（つまり、順方向電圧Ｖｄが図２中の電圧範囲Ｚ（電圧Ｖｄ３を超え電圧Ｖｄ４以下）に含まれるとき）には、第４の測定レンジＲＡ４を測定レンジとして特定する。
【００２１】
この場合、ダイオード４の電流Ｉに対する順方向電圧Ｖｄの特性（電流／電圧変換特性）は、図２の実線で示すように、ダイオード４を抵抗で置き換えたときの電流／電圧変換特性（同図中の一点鎖線で示す特性）と比較して、電流Ｉの増加に伴って順方向電圧Ｖｄも上昇するという点では共通するが、電流Ｉが小さいとき程、順方向電圧Ｖｄの上昇率が大きいという非線形特性を示す点で相違している。このため、同図に示すように、第４の測定レンジＲ４のレンジ定格電流Ｉ４が流れたときに検出される電圧がダイオード４の電流／電圧変換特性（実線）での電圧に一致するように抵抗値を設定したときの抵抗の電流／電圧変換特性（一点鎖線）と、ダイオード４の電流／電圧変換特性とを比較したときに、電流Ｉが小さくノイズなどの影響を受け易い電流領域において、ダイオード４を用いたときの方が、検出される電圧が大きくなる。例えば、電流Ｉの電流値が値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３のときに検出される電圧は、抵抗による電流／電圧変換では電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２，Ｖｒ３となるのに対して、ダイオード４による電流／電圧変換では電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２，Ｖｒ３よりもそれぞれ大きい値の電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２，Ｖｄ３となる。したがって、ダイオード４を使用して電流Ｉを検出することにより、演算制御部９は、漏れ電流のように電流値が非常に小さい電流Ｉをノイズなどの影響の少ない状態で検出することができるため、各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４のいずれに切り替えるべきかをより正確に特定することができる。
【００２２】
続いて、切替処理では、演算制御部９は、特定した測定レンジが第１の測定レンジＲＡ１のときには、各スイッチ３０，３１，３２を共にオフにする。また、演算制御部９は、特定した測定レンジが第２の測定レンジＲＡ２のときにはスイッチ３０のみをオンにし、特定した測定レンジが第３の測定レンジＲＡ３のときにはスイッチ３１のみをオンにし、特定した測定レンジが第４の測定レンジＲＡ４のときにはスイッチ３２のみをオンにする。演算制御部９が上記の１次切替処理を実行することにより、測定レンジ切替部５は、電流Ｉの電流量にほぼ対応する測定レンジ（最適な測定レンジまたはその前後の測定レンジ）に切り替えられる。したがって、測定レンジ切替部５は、Ａ／Ｄ変換部７の定格入力電圧範囲を有効に使用可能なレベルの電圧Ｖｉとなるように電流Ｉを変換してＡ／Ｄ変換部７に出力する。したがって、Ａ／Ｄ変換部７は、精度良く電圧ＶｉをディジタルデータＤｉに変換して演算制御部９に出力する。
【００２３】
次いで、演算制御部９は、入力したディジタルデータＤｉ（つまり電流Ｉの電流値）に基づいて、電流Ｉの値を算出すると共に、算出した電流Ｉの値と測定用電圧Ｖ１とに基づいて測定対象体２の絶縁抵抗Ｒの値を算出し（算出処理）、算出した電流Ｉおよび絶縁抵抗Ｒを表示部１１に表示させる。また、演算制御部９は、電流Ｉの値を算出する都度（または所定回数毎に）、電流Ｉについての測定レンジの２次切替処理を実行する。この測定レンジの２次切替処理では、演算制御部９は、記憶部１０に記憶されている各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４の各レンジ定格電流Ｉ１〜Ｉ４に基づき各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４毎の下限値および上限値（測定レンジを切り替える目安とする電流値）を算出すると共に、算出した各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４毎の下限値および上限値と、電流Ｉの値とを比較することにより、電流Ｉの値がその下限値から上限値までの間に入るような最適な測定レンジを特定し、特定した測定レンジになるように測定レンジ切替部５の各スイッチ３０〜３２のオン・オフを切替制御する。
【００２４】
具体的には、演算制御部９は、現在の測定レンジ切替部５の測定レンジについてのレンジ定格電流を記憶部１０から読み出すと共に、このレンジ定格電流の９％および１００％に相当する電流値をそれぞれ算出して、現在の測定レンジについての下限値および上限値とする。次いで、演算制御部９は、現在の電流Ｉの値が現在の測定レンジの下限値を下回るか、または現在の測定レンジの上限値を上回るかを判別する。この判別の結果、電流Ｉの値が下限値を下回るときには、演算制御部９は、現在の測定レンジよりも下の測定レンジがあるか否かを判別し、下の測定レンジがあるときには、測定レンジ切替部５の各スイッチ３０〜３２を制御することにより、現在の測定レンジから１つ下の測定レンジにレンジダウンさせ、下の測定レンジがないときにはその測定レンジを維持させる。一方、電流Ｉの値が上限値を上回るときには、演算制御部９は、現在の測定レンジよりも上の測定レンジがあるか否かを判別し、上の測定レンジがあるときには、測定レンジ切替部５の各スイッチ３０〜３２を制御することにより、現在の測定レンジから１つ上の測定レンジにレンジアップさせ、上の測定レンジがないときにはその測定レンジを維持させる。
【００２５】
この測定レンジの２次切替処理を実行することにより、実際に測定される電流Ｉの値に基づいて、測定レンジ切替部５が最適な測定レンジに切替制御される。したがって、演算制御部９は、電流Ｉの値を正確に測定することができ、その結果、絶縁抵抗Ｒを正確に算出することができる。また、測定レンジの２次切替処理に先立って、演算制御部９が測定レンジの１次切替処理を実行しているため、測定レンジの２次切替処理を開始し始めたときの測定レンジは、この２次切替処理によって特定される最適な測定レンジと同じか、若しくは最適な測定レンジの前後の測定レンジに既に設定されている。したがって、測定レンジの２次切替処理における測定レンジの切替動作が１回となる。この場合、測定レンジの２次切替処理において、演算制御部９が各スイッチ３０〜３２を制御して測定レンジを切り替えたときには、コンデンサ２６が負帰還回路の一部を構成しているために、測定レンジ切替後において、電圧Ｖｉは、この測定レンジ切替後に演算増幅器２１の負帰還回路を構成している抵抗（抵抗２７〜２９のいずれかと抵抗２５）の合成抵抗値と、コンデンサ２６の静電容量値とで決定される応答時間だけ遅れて正規な値に到達する。このため、測定レンジの１次切替処理を行わずに、最初から測定レンジの２次切替処理を繰り返して、最適な測定レンジに切り替える構成では、最大で３回、測定レンジの２次切替処理を繰り返す必要がある。例えば、第４の測定レンジＲＡ４で測定すべき電流Ｉを第１の測定レンジＲＡ１で測定し始めた場合では、測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４のそれぞれの応答時間の和が絶縁抵抗値Ｒを測定するまでに要する時間となる。この場合、一般的に、微少な電流を測定する測定装置では、Ｓ／Ｎ比を大きくとるために抵抗２７〜２９および抵抗２５を大きな値に規定し、かつ、定常状態での測定値のふらつきを小さくするためにコンデンサ２６の静電容量を大きく規定する必要がある。したがって、１次切替処理を行わないときには、測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４の各応答時間は、ダイオード４のアノードに現れる順方向電圧ＶｄをディジタルデータＤｄに変換するのに要する時間と比べて長くなるため、現在の測定レンジを最適な測定レンジに切り替えるまでに要する時間が長くなる。この点、この絶縁抵抗測定装置１では、上記したように、長い時間を要する測定レンジの２次切替処理を１回行えばよいため、短時間で最適な測定レンジに切り替わる。
【００２６】
以後、演算制御部９は、電流Ｉおよび絶縁抵抗Ｒの算出処理と、測定レンジについての２次切替処理とを繰り返し実行する。これにより、絶縁抵抗測定装置１では、電流Ｉの値に応じた最適な測定レンジで測定された電流Ｉと、この電流Ｉに基づいて算出された絶縁抵抗Ｒとが表示部１１にリアルタイムで表示される。
【００２７】
このように、この絶縁抵抗測定装置１によれば、演算制御部９が、複数の測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４に対応させて予め設定された複数の電圧範囲Ｗ〜Ｚのいずれに、電流Ｉが流れることに起因してダイオード４に発生する順方向電圧Ｖｄが含まれるかを特定して、その特定した電圧範囲Ｗ〜Ｚのいずれに対応する測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４のいずれかに切り替えることにより、電流Ｉが小さいとき程、順方向電圧Ｖｄの上昇率が大きくなるというダイオード４の非線形な電流／電圧特性と、抵抗（抵抗２５など）およびコンデンサ２６が負帰還回路を構成している演算増幅器２１と比較して十分に高速なダイオード４の応答特性とを利用して、電流Ｉの電流値が小さなときであっても、より正確で、しかも迅速に電流Ｉの測定に適した測定レンジに設定することができる。したがって、電流Ｉのレベルが小さいときであっても測定レンジ切り替えを正確に行うことができる結果、適切な測定レンジで電流Ｉを正確に測定して絶縁抵抗Ｒを正確に測定することができる。また、その後に行う測定レンジの２次切替処理に要する時間を短縮することができる結果、電流Ｉおよび絶縁抵抗Ｒの値を迅速に測定することができ、これにより、絶縁抵抗測定装置１全体としての応答性を十分に向上させることができる。
【００２８】
なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、ダイオード４を使用した構成について上記したが、バイポーラ型トランジスタを使用してそのダイオード特性を利用することもできるし、電界効果型トランジスタを使用してその寄生（内部）ダイオードのダイオード特性を利用することもできる。また、ボルテージフォロワの演算増幅器で電圧検出部６を構成したが、これに限らず、順方向電圧Ｖｄを所定の増幅率で増幅してＡ／Ｄ変換部８に出力する各種の構成を採用することもできる。また、演算制御部９が測定対象体２の電流Ｉのみを測定するように適宜変更を加えることにより、絶縁抵抗測定装置１を電流測定装置として構成することもできる。また、絶縁抵抗測定装置１では、電圧Ｖｉおよび順方向電圧Ｖｄを専用のＡ／Ｄ変換部７，８でディジタルデータＤｉ，Ｄｄに変換する構成が採用されているが、Ａ／Ｄ変換部を１つにすると共にスキャナを追加し、このスキャナで電圧Ｖｉおよび順方向電圧Ｖｄを切り替えて１つのＡ／Ｄ変換部に入力する構成を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】絶縁抵抗測定装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４と、各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４を特定するため順方向電圧Ｖｄと比較される各電圧Ｖｄ１〜Ｄｄ４（電圧範囲を規定する電圧）との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ 絶縁抵抗測定装置
２ 測定対象体
２ａ 測定対象体の一端
３ 電圧生成部
４ ダイオード
５ 測定レンジ切替部
６ 電圧検出部
９ 演算制御部
Ｉ１ 電流
Ｒ 絶縁抵抗
ＲＡ１〜ＲＡ４ 測定レンジ
Ｖ１ 測定用電圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、測定レンジの自動切替機能を有する電流測定装置および絶縁抵抗測定装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電流レンジや電圧レンジなどの測定レンジの自動切替機能は、電流や電圧などの測定値の読取精度を向上させるべく、複数の測定レンジから読取りに最適な測定レンジを自動的に選択してこの測定レンジに切り替えるものであり、多くの測定装置に搭載されている。搭載されているこの種の測定装置として、例えば特開平５−３４３８１号公報に開示された測定装置が知られている。この測定装置では、負荷に流れる電流を電流検出抵抗での電圧降下として検出し、検出した電流量（電圧降下値）に基づいて電流レンジ切り替え動作を自動的に行っている。
【特許文献１】特開平５−３４３８１号公報（第２頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記した従来の測定装置には、次のような問題点が存在する。すなわち、この測定装置では、電流検出抵抗を用いて負荷に流れる電流を検出している。このため、この測定装置には、絶縁抵抗測定時において測定する漏れ電流などのように微少な電流が測定対象電流のときには、電流検出抵抗での電圧降下も電流に比例して小さくなるため、測定しにくくなる結果、正確な電流レンジ切り替え動作が困難になるという問題点が存在している。
【０００４】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、微少な測定対象電流であっても測定レンジ切り替えを正確に行い得る電流測定装置を提供することを主目的とする。また、測定対象の電流のレベルが小さいときであっても測定レンジ切り替えを正確に行うことで適切な測定レンジで測定対象の電流を正確に測定して正確な絶縁抵抗を測定し得る絶縁抵抗測定装置を提供することを他の主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成すべく請求項１記載の電流測定装置は、複数の測定レンジのうちの１つに切替制御されると共に当該１つの測定レンジに応じた変換率で測定対象電流を電圧変換する測定レンジ切替部と、前記測定レンジ切替部に前記測定対象電流を供給するダイオードと、前記ダイオードの順方向電圧を検出する電圧検出部と、前記複数の測定レンジに対応させて予め設定された複数の電圧範囲のいずれに前記順方向電圧が含まれるかを特定すると共に前記測定レンジ切替部を制御することにより前記特定した電圧範囲に対応する前記測定レンジに切り替える制御部とを備えている。
【０００６】
また、請求項２記載の絶縁抵抗測定装置は、測定対象体の一端に印加する測定用電圧を生成する電圧生成部と、複数の測定レンジのうちの１つに切替制御されると共に前記測定用電圧の印加時において前記測定対象体に流れる電流を当該１つの測定レンジに応じた変換率で電圧に変換する測定レンジ切替部と、前記測定レンジ切替部に前記電流を供給するダイオードと、前記ダイオードの順方向電圧を検出する電圧検出部と、前記複数の測定レンジに対応させて予め設定された複数の電圧範囲のいずれに前記順方向電圧が含まれるかを特定すると共に前記測定レンジ切替部を制御することにより前記特定した電圧範囲に対応する前記測定レンジに切り替える制御部と、前記測定レンジ切替部で変換された前記電圧と前記測定用電圧とに基づいて前記測定対象体の絶縁抵抗を算出する演算部とを備えている。
【発明の効果】
【０００７】
請求項１記載の電流測定装置によれば、制御部が、複数の測定レンジに対応させて予め設定された複数の電圧範囲のいずれに、測定対象電流が流れることに起因してダイオードに発生する順方向電圧が含まれるかを特定して、その特定した電圧範囲に対応する測定レンジに切り替えることにより、流れる電流が小さいとき程、順方向電圧の上昇率が大きくなるというダイオードの非線形な電流／電圧特性と、十分に高速なダイオードの応答特性とを利用して、測定対象電流の電流値が小さなときであっても、より正確で、しかも迅速に測定対象電流の測定に適した測定レンジに設定することができる。
【０００８】
請求項２記載の絶縁抵抗測定装置によれば、制御部が、複数の測定レンジに対応させて予め設定された複数の電圧範囲のいずれに、電流が流れることに起因してダイオードに発生する順方向電圧が含まれるかを特定して、その特定した電圧範囲に対応する測定レンジに切り替えることにより、流れる電流が小さいとき程、順方向電圧の上昇率が大きくなるというダイオードの非線形な電流／電圧特性と、十分に高速なダイオードの応答特性とを利用して、電流の電流値が小さなときであっても、より正確で、しかも迅速に電流の測定に適した測定レンジに設定することができる。したがって、測定対象の電流のレベルが小さいときであっても測定レンジ切り替えを正確に行うことができる結果、適切な測定レンジで測定対象の電流を正確に測定して絶縁抵抗を正確に測定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る電流測定装置および絶縁抵抗測定装置の最良の形態について説明する。一例として、測定対象体の絶縁抵抗Ｒを測定すると共に本発明に係る電流測定装置として測定対象体に生じる漏れ電流を測定する絶縁抵抗測定装置を例に挙げて説明する。
【００１０】
最初に、絶縁抵抗測定装置１の構成について説明する。
【００１１】
絶縁抵抗測定装置１は、図１に示すように、電圧生成部３、ダイオード４、測定レンジ切替部５、電圧検出部６、Ａ／Ｄ変換部７，８、演算制御部（本発明における制御部および演算部）９、記憶部１０および表示部１１を備え、測定対象体２の漏れ電流Ｉ（本発明における測定対象電流および測定対象体に流れる電流。以下、電流Ｉともいう）および絶縁抵抗Ｒを測定可能に構成されている。この場合、電圧生成部３は、演算制御部９によって制御されて、測定対象体２の一方の端子（本発明における一端）２ａに印加する測定用電圧Ｖ１（既知の値。例えば５０００Ｖ）を生成する。ダイオード４は、測定対象体２の他方の端子２ｂと測定レンジ切替部５（後述する演算増幅器２１の反転入力端子）との間に、他方の端子２ｂから測定レンジ切替部５への電流Ｉ（漏れ電流）の流れを許容するように介装されている。
【００１２】
測定レンジ切替部５は、図１に示すように、演算増幅器２１、第１〜第３の直列回路２２，２３，２４、抵抗２５およびコンデンサ２６を備え、ダイオード４から供給される電流Ｉを電圧Ｖｉに変換して出力するＩ／Ｖ変換回路を構成し、複数の測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４のうちの１つに切替制御されると共に測定用電圧Ｖ１の印加時において測定対象体２に流れる電流Ｉをその１つの測定レンジに応じた変換率で電圧Ｖｉに変換する。この場合、第１の直列回路２２は、直列に接続された抵抗２７とスイッチ３０とで構成されている。また、第２の直列回路２３は、直列に接続された抵抗２８とスイッチ３１とで構成されている。また、第３の直列回路２４は、直列に接続された抵抗２９とスイッチ３２とで構成されている。また、各直列回路２２，２３，２４、抵抗２５およびコンデンサ２６は、互いに並列接続された状態で、演算増幅器２１の出力端子と反転入力端子との間に、演算増幅器２１の負帰還回路としてそれぞれ接続されている。また、演算増幅器２１は、非反転入力端子が基準電位（グランド電位）に接続されている。また、この測定レンジ切替部５では、各スイッチ３０，３１，３２は、演算制御部９により、いずれか一つがオンになる状態、およびすべてがオフになる状態の４つの状態のいずれかに切替制御される。本例の測定レンジ切替部５では、一例として、各抵抗２５，２７，２８，２９がこの順で抵抗値が小さくなるように設定されている。このため、演算制御部９によって各スイッチ３０，３１，３２が共にオフに切替制御されたときに、測定レンジ切替部５は、Ｉ／Ｖ変換率（以下、変換率ともいう）が最も大きい第１の測定レンジＲＡ１（レンジ定格電流Ｉ１。図２参照）に切り替わり、スイッチ３０のみがオンに切替制御されたときに、変換率が次に大きい第２の測定レンジＲＡ２（レンジ定格電流Ｉ２。図２参照）に切り替わり、スイッチ３１のみがオンに切替制御されたときに、変換率がその次に大きい第３の測定レンジＲＡ３（レンジ定格電流Ｉ３。図２参照）に切り替わり、スイッチ３２のみがオンに切替制御されたときに、変換率が最も小さい第４の測定レンジＲＡ４（レンジ定格電流Ｉ４。図２参照）に切り替わる。
【００１３】
電圧検出部６は、一例としてボルテージフォロワであって、その非反転入力端子がダイオード４のアノード側に接続された演算増幅器で構成されている。本例では、演算増幅器２１の非反転入力端子が基準電位（グランド電位）に接続されているため、ダイオード４のカソード端子の電位がグランド電位となっている。したがって、電圧検出部６は、ダイオード４の順方向電圧Ｖｄを検出して低インピーダンスで出力する。Ａ／Ｄ変換部７は、測定レンジ切替部５から出力される電圧Ｖｉの値をディジタルデータＤｉに変換して演算制御部９に出力する。一方、Ａ／Ｄ変換部８は、電圧検出部６から出力される順方向電圧Ｖｄの値をディジタルデータＤｄに変換して演算制御部９に出力する。
【００１４】
演算制御部９は、ＣＰＵなどで構成されて、電圧生成部３を制御する。また、演算制御部９は、ディジタルデータＤｄ，Ｄｉに基づいて測定レンジ切替部５を制御することにより、測定レンジの切替処理を実行する。具体的には、演算制御部９は、ディジタルデータＤｄに基づいて、測定レンジの１次切替処理を最初に実行し、その後は、ディジタルデータＤｉに基づいて、具体的にはこのディジタルデータＤｉを用いて算出した電流Ｉの値に基づいて、測定レンジの２次切替処理を連続して実行する。また、演算制御部９は、ディジタルデータＤｉに基づいて電流Ｉの値を算出すると共に、算出した電流Ｉの値と測定用電圧Ｖ１とに基づいて測定対象体２の絶縁抵抗Ｒの値を算出する算出処理を実行する。また、演算制御部９は、算出した電流Ｉおよび絶縁抵抗Ｒを表示部１１に表示させる。
【００１５】
記憶部１０には、上記した１次測定レンジ切替処理において、ディジタルデータＤｄと比較するための１次レンジ特定用データが、測定レンジ切替部５の測定レンジ数と同数予め記憶されている。具体的には、図２に示すように、各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４に対応する各電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２，Ｖｄ３，Ｖｄ４（本発明における各電圧範囲を規定するための電圧）を示す各レンジデータＤｄ１，Ｄｄ２，Ｄｄ３，Ｄｄ４が、１次レンジ特定用データとして記憶されている。また、記憶部１０には、各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４についての各レンジ定格電流Ｉ１〜Ｉ４が予め記憶されている。なお、レンジ定格電流Ｉ４は、絶縁抵抗測定装置１の最大定格電流を意味する。表示部１１は、液晶パネル等で構成されている。
【００１６】
次に、絶縁抵抗測定装置１についての電流Ｉおよび絶縁抵抗Ｒの測定動作について、測定レンジの切替処理を中心に説明する。
【００１７】
まず、不図示のプローブを使用して、図１に示すように、電圧生成部３を測定対象体２の一方の端子２ａに接続すると共に、ダイオード４のアノード端子を測定対象体２の他方の端子２ｂに接続し、次いで、絶縁抵抗測定装置１を作動させる。
【００１８】
絶縁抵抗測定装置１では、まず、演算制御部９が、測定レンジ切替部５の各スイッチ３０，３１，３２のオン・オフ状態を初期状態に切替制御する（イニシャライズ処理）。一例として、演算制御部９は、各スイッチ３０，３１，３２をすべてオフ状態に制御することにより、変換率が最も大きい第１の測定レンジＲＡ１に測定レンジ切替部５を切り替える。続いて、演算制御部９は、電圧生成部３を制御して、測定対象体２に対する測定用電圧Ｖ１の印加を開始させる。この場合、測定用電圧Ｖ１の印加に起因して測定対象体２に電流Ｉが流れ、この電流Ｉは、ダイオード４を介して測定レンジ切替部５に供給される。その際に、ダイオード４のアノードには、電流Ｉの電流値に対応した順方向電圧Ｖｄが瞬時に現れる。このため、電圧検出部６はこの順方向電圧Ｖｄを検出してＡ／Ｄ変換部８に出力し、Ａ／Ｄ変換部８はこの順方向電圧ＶｄをディジタルデータＤｄに変換して演算制御部９に出力する。
【００１９】
次いで、演算制御部９は、入力したディジタルデータＤｄに基づいて、電流Ｉについての測定レンジの１次切替処理を実行する。この測定レンジの１次切替処理では、演算制御部９は、ディジタルデータＤｄと、記憶部１０に記憶されている各レンジデータＤｄ１，Ｄｄ２，Ｄｄ３，Ｄｄ４とを比較することにより、現在の電流Ｉが各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４のいずれに含まれるかを特定するレンジ特定処理と、特定した測定レンジになるように測定レンジ切替部５の各スイッチ３０〜３２を切替制御する切替処理とを実行する。
【００２０】
まず、レンジ特定処理では、演算制御部９は、各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４に対応させて予め設定された複数の電圧範囲のいずれに順方向電圧Ｖｄが含まれるかを特定する。具体的には、演算制御部９は、順方向電圧Ｖｄの値を示すディジタルデータＤｄがレンジデータＤｄ１以下のとき（つまり、順方向電圧Ｖｄが図２中の電圧範囲Ｗ（電圧Ｖｄ１以下）に含まれるとき）には、第１の測定レンジＲＡ１を測定レンジとして特定し、ディジタルデータＤｄがレンジデータＤｄ１を超えレンジデータＤｄ２以下のとき（つまり、順方向電圧Ｖｄが図２中の電圧範囲Ｘ（電圧Ｖｄ１を超え電圧Ｖｄ２以下）に含まれるとき）には、第２の測定レンジＲＡ２を測定レンジとして特定し、ディジタルデータＤｄがレンジデータＤｄ２を超えレンジデータＤｄ３以下のとき（つまり、順方向電圧Ｖｄが図２中の電圧範囲Ｙ（電圧Ｖｄ２を超え電圧Ｖｄ３以下）に含まれるとき）には、第３の測定レンジＲＡ３を測定レンジとして特定し、ディジタルデータＤｄがレンジデータＤｄ３を超えレンジデータＤｄ４以下のとき（つまり、順方向電圧Ｖｄが図２中の電圧範囲Ｚ（電圧Ｖｄ３を超え電圧Ｖｄ４以下）に含まれるとき）には、第４の測定レンジＲＡ４を測定レンジとして特定する。
【００２１】
この場合、ダイオード４の電流Ｉに対する順方向電圧Ｖｄの特性（電流／電圧変換特性）は、図２の実線で示すように、ダイオード４を抵抗で置き換えたときの電流／電圧変換特性（同図中の一点鎖線で示す特性）と比較して、電流Ｉの増加に伴って順方向電圧Ｖｄも上昇するという点では共通するが、電流Ｉが小さいとき程、順方向電圧Ｖｄの上昇率が大きいという非線形特性を示す点で相違している。このため、同図に示すように、第４の測定レンジＲ４のレンジ定格電流Ｉ４が流れたときに検出される電圧がダイオード４の電流／電圧変換特性（実線）での電圧に一致するように抵抗値を設定したときの抵抗の電流／電圧変換特性（一点鎖線）と、ダイオード４の電流／電圧変換特性とを比較したときに、電流Ｉが小さくノイズなどの影響を受け易い電流領域において、ダイオード４を用いたときの方が、検出される電圧が大きくなる。例えば、電流Ｉの電流値が値Ｉ１，Ｉ２，Ｉ３のときに検出される電圧は、抵抗による電流／電圧変換では電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２，Ｖｒ３となるのに対して、ダイオード４による電流／電圧変換では電圧Ｖｒ１，Ｖｒ２，Ｖｒ３よりもそれぞれ大きい値の電圧Ｖｄ１，Ｖｄ２，Ｖｄ３となる。したがって、ダイオード４を使用して電流Ｉを検出することにより、演算制御部９は、漏れ電流のように電流値が非常に小さい電流Ｉをノイズなどの影響の少ない状態で検出することができるため、各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４のいずれに切り替えるべきかをより正確に特定することができる。
【００２２】
続いて、切替処理では、演算制御部９は、特定した測定レンジが第１の測定レンジＲＡ１のときには、各スイッチ３０，３１，３２を共にオフにする。また、演算制御部９は、特定した測定レンジが第２の測定レンジＲＡ２のときにはスイッチ３０のみをオンにし、特定した測定レンジが第３の測定レンジＲＡ３のときにはスイッチ３１のみをオンにし、特定した測定レンジが第４の測定レンジＲＡ４のときにはスイッチ３２のみをオンにする。演算制御部９が上記の１次切替処理を実行することにより、測定レンジ切替部５は、電流Ｉの電流量にほぼ対応する測定レンジ（最適な測定レンジまたはその前後の測定レンジ）に切り替えられる。したがって、測定レンジ切替部５は、Ａ／Ｄ変換部７の定格入力電圧範囲を有効に使用可能なレベルの電圧Ｖｉとなるように電流Ｉを変換してＡ／Ｄ変換部７に出力する。したがって、Ａ／Ｄ変換部７は、精度良く電圧ＶｉをディジタルデータＤｉに変換して演算制御部９に出力する。
【００２３】
次いで、演算制御部９は、入力したディジタルデータＤｉ（つまり電流Ｉの電流値）に基づいて、電流Ｉの値を算出すると共に、算出した電流Ｉの値と測定用電圧Ｖ１とに基づいて測定対象体２の絶縁抵抗Ｒの値を算出し（算出処理）、算出した電流Ｉおよび絶縁抵抗Ｒを表示部１１に表示させる。また、演算制御部９は、電流Ｉの値を算出する都度（または所定回数毎に）、電流Ｉについての測定レンジの２次切替処理を実行する。この測定レンジの２次切替処理では、演算制御部９は、記憶部１０に記憶されている各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４の各レンジ定格電流Ｉ１〜Ｉ４に基づき各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４毎の下限値および上限値（測定レンジを切り替える目安とする電流値）を算出すると共に、算出した各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４毎の下限値および上限値と、電流Ｉの値とを比較することにより、電流Ｉの値がその下限値から上限値までの間に入るような最適な測定レンジを特定し、特定した測定レンジになるように測定レンジ切替部５の各スイッチ３０〜３２のオン・オフを切替制御する。
【００２４】
具体的には、演算制御部９は、現在の測定レンジ切替部５の測定レンジについてのレンジ定格電流を記憶部１０から読み出すと共に、このレンジ定格電流の９％および１００％に相当する電流値をそれぞれ算出して、現在の測定レンジについての下限値および上限値とする。次いで、演算制御部９は、現在の電流Ｉの値が現在の測定レンジの下限値を下回るか、または現在の測定レンジの上限値を上回るかを判別する。この判別の結果、電流Ｉの値が下限値を下回るときには、演算制御部９は、現在の測定レンジよりも下の測定レンジがあるか否かを判別し、下の測定レンジがあるときには、測定レンジ切替部５の各スイッチ３０〜３２を制御することにより、現在の測定レンジから１つ下の測定レンジにレンジダウンさせ、下の測定レンジがないときにはその測定レンジを維持させる。一方、電流Ｉの値が上限値を上回るときには、演算制御部９は、現在の測定レンジよりも上の測定レンジがあるか否かを判別し、上の測定レンジがあるときには、測定レンジ切替部５の各スイッチ３０〜３２を制御することにより、現在の測定レンジから１つ上の測定レンジにレンジアップさせ、上の測定レンジがないときにはその測定レンジを維持させる。
【００２５】
この測定レンジの２次切替処理を実行することにより、実際に測定される電流Ｉの値に基づいて、測定レンジ切替部５が最適な測定レンジに切替制御される。したがって、演算制御部９は、電流Ｉの値を正確に測定することができ、その結果、絶縁抵抗Ｒを正確に算出することができる。また、測定レンジの２次切替処理に先立って、演算制御部９が測定レンジの１次切替処理を実行しているため、測定レンジの２次切替処理を開始し始めたときの測定レンジは、この２次切替処理によって特定される最適な測定レンジと同じか、若しくは最適な測定レンジの前後の測定レンジに既に設定されている。したがって、測定レンジの２次切替処理における測定レンジの切替動作が１回となる。この場合、測定レンジの２次切替処理において、演算制御部９が各スイッチ３０〜３２を制御して測定レンジを切り替えたときには、コンデンサ２６が負帰還回路の一部を構成しているために、測定レンジ切替後において、電圧Ｖｉは、この測定レンジ切替後に演算増幅器２１の負帰還回路を構成している抵抗（抵抗２７〜２９のいずれかと抵抗２５）の合成抵抗値と、コンデンサ２６の静電容量値とで決定される応答時間だけ遅れて正規な値に到達する。このため、測定レンジの１次切替処理を行わずに、最初から測定レンジの２次切替処理を繰り返して、最適な測定レンジに切り替える構成では、最大で３回、測定レンジの２次切替処理を繰り返す必要がある。例えば、第４の測定レンジＲＡ４で測定すべき電流Ｉを第１の測定レンジＲＡ１で測定し始めた場合では、測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４のそれぞれの応答時間の和が絶縁抵抗値Ｒを測定するまでに要する時間となる。この場合、一般的に、微少な電流を測定する測定装置では、Ｓ／Ｎ比を大きくとるために抵抗２７〜２９および抵抗２５を大きな値に規定し、かつ、定常状態での測定値のふらつきを小さくするためにコンデンサ２６の静電容量を大きく規定する必要がある。したがって、１次切替処理を行わないときには、測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４の各応答時間は、ダイオード４のアノードに現れる順方向電圧ＶｄをディジタルデータＤｄに変換するのに要する時間と比べて長くなるため、現在の測定レンジを最適な測定レンジに切り替えるまでに要する時間が長くなる。この点、この絶縁抵抗測定装置１では、上記したように、長い時間を要する測定レンジの２次切替処理を１回行えばよいため、短時間で最適な測定レンジに切り替わる。
【００２６】
以後、演算制御部９は、電流Ｉおよび絶縁抵抗Ｒの算出処理と、測定レンジについての２次切替処理とを繰り返し実行する。これにより、絶縁抵抗測定装置１では、電流Ｉの値に応じた最適な測定レンジで測定された電流Ｉと、この電流Ｉに基づいて算出された絶縁抵抗Ｒとが表示部１１にリアルタイムで表示される。
【００２７】
このように、この絶縁抵抗測定装置１によれば、演算制御部９が、複数の測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４に対応させて予め設定された複数の電圧範囲Ｗ〜Ｚのいずれに、電流Ｉが流れることに起因してダイオード４に発生する順方向電圧Ｖｄが含まれるかを特定して、その特定した電圧範囲Ｗ〜Ｚのいずれに対応する測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４のいずれかに切り替えることにより、電流Ｉが小さいとき程、順方向電圧Ｖｄの上昇率が大きくなるというダイオード４の非線形な電流／電圧特性と、抵抗（抵抗２５など）およびコンデンサ２６が負帰還回路を構成している演算増幅器２１と比較して十分に高速なダイオード４の応答特性とを利用して、電流Ｉの電流値が小さなときであっても、より正確で、しかも迅速に電流Ｉの測定に適した測定レンジに設定することができる。したがって、電流Ｉのレベルが小さいときであっても測定レンジ切り替えを正確に行うことができる結果、適切な測定レンジで電流Ｉを正確に測定して絶縁抵抗Ｒを正確に測定することができる。また、その後に行う測定レンジの２次切替処理に要する時間を短縮することができる結果、電流Ｉおよび絶縁抵抗Ｒの値を迅速に測定することができ、これにより、絶縁抵抗測定装置１全体としての応答性を十分に向上させることができる。
【００２８】
なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、ダイオード４を使用した構成について上記したが、バイポーラ型トランジスタを使用してそのダイオード特性を利用することもできるし、電界効果型トランジスタを使用してその寄生（内部）ダイオードのダイオード特性を利用することもできる。また、ボルテージフォロワの演算増幅器で電圧検出部６を構成したが、これに限らず、順方向電圧Ｖｄを所定の増幅率で増幅してＡ／Ｄ変換部８に出力する各種の構成を採用することもできる。また、演算制御部９が測定対象体２の電流Ｉのみを測定するように適宜変更を加えることにより、絶縁抵抗測定装置１を電流測定装置として構成することもできる。また、絶縁抵抗測定装置１では、電圧Ｖｉおよび順方向電圧Ｖｄを専用のＡ／Ｄ変換部７，８でディジタルデータＤｉ，Ｄｄに変換する構成が採用されているが、Ａ／Ｄ変換部を１つにすると共にスキャナを追加し、このスキャナで電圧Ｖｉおよび順方向電圧Ｖｄを切り替えて１つのＡ／Ｄ変換部に入力する構成を採用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】絶縁抵抗測定装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４と、各測定レンジＲＡ１〜ＲＡ４を特定するため順方向電圧Ｖｄと比較される各電圧Ｖｄ１〜Ｄｄ４（電圧範囲を規定する電圧）との関係を示す説明図である。
【符号の説明】
【００３０】
１ 絶縁抵抗測定装置
２ 測定対象体
２ａ 測定対象体の一端
３ 電圧生成部
４ ダイオード
５ 測定レンジ切替部
６ 電圧検出部
９ 演算制御部
Ｉ１ 電流
Ｒ 絶縁抵抗
ＲＡ１〜ＲＡ４ 測定レンジ
Ｖ１ 測定用電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の測定レンジのうちの１つに切替制御されると共に当該１つの測定レンジに応じた変換率で測定対象電流を電圧変換する測定レンジ切替部と、
前記測定レンジ切替部に前記測定対象電流を供給するダイオードと、
前記ダイオードの順方向電圧を検出する電圧検出部と、
前記複数の測定レンジに対応させて予め設定された複数の電圧範囲のいずれに前記順方向電圧が含まれるかを特定すると共に前記測定レンジ切替部を制御することにより前記特定した電圧範囲に対応する前記測定レンジに切り替える制御部とを備えている電流測定装置。
【請求項２】
測定対象体の一端に印加する測定用電圧を生成する電圧生成部と、
複数の測定レンジのうちの１つに切替制御されると共に前記測定用電圧の印加時において前記測定対象体に流れる電流を当該１つの測定レンジに応じた変換率で電圧に変換する測定レンジ切替部と、
前記測定レンジ切替部に前記電流を供給するダイオードと、
前記ダイオードの順方向電圧を検出する電圧検出部と、
前記複数の測定レンジに対応させて予め設定された複数の電圧範囲のいずれに前記順方向電圧が含まれるかを特定すると共に前記測定レンジ切替部を制御することにより前記特定した電圧範囲に対応する前記測定レンジに切り替える制御部と、
前記測定レンジ切替部で変換された前記電圧と前記測定用電圧とに基づいて前記測定対象体の絶縁抵抗を算出する演算部とを備えている絶縁抵抗測定装置。
【請求項１】
複数の測定レンジのうちの１つに切替制御されると共に当該１つの測定レンジに応じた変換率で測定対象電流を電圧変換する測定レンジ切替部と、
前記測定レンジ切替部に前記測定対象電流を供給するダイオードと、
前記ダイオードの順方向電圧を検出する電圧検出部と、
前記複数の測定レンジに対応させて予め設定された複数の電圧範囲のいずれに前記順方向電圧が含まれるかを特定すると共に前記測定レンジ切替部を制御することにより前記特定した電圧範囲に対応する前記測定レンジに切り替える制御部とを備えている電流測定装置。
【請求項２】
測定対象体の一端に印加する測定用電圧を生成する電圧生成部と、
複数の測定レンジのうちの１つに切替制御されると共に前記測定用電圧の印加時において前記測定対象体に流れる電流を当該１つの測定レンジに応じた変換率で電圧に変換する測定レンジ切替部と、
前記測定レンジ切替部に前記電流を供給するダイオードと、
前記ダイオードの順方向電圧を検出する電圧検出部と、
前記複数の測定レンジに対応させて予め設定された複数の電圧範囲のいずれに前記順方向電圧が含まれるかを特定すると共に前記測定レンジ切替部を制御することにより前記特定した電圧範囲に対応する前記測定レンジに切り替える制御部と、
前記測定レンジ切替部で変換された前記電圧と前記測定用電圧とに基づいて前記測定対象体の絶縁抵抗を算出する演算部とを備えている絶縁抵抗測定装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２００６−２５０８３１（Ｐ２００６−２５０８３１Ａ）
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−７０１８０（Ｐ２００５−７０１８０）
【出願日】平成１７年３月１４日（２００５．３．１４）
【出願人】（０００２２７１８０）日置電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年９月２１日（２００６．９．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年３月１４日（２００５．３．１４）
【出願人】（０００２２７１８０）日置電機株式会社 (982)
【Ｆターム（参考）】
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