JPS6023308B2

JPS6023308B2 - 実効値測定装置

Info

Publication number: JPS6023308B2
Application number: JP3895378A
Authority: JP
Inventors: 博文原口
Original assignee: Takeda Riken Industries Co Ltd
Current assignee: Advantest Corp
Priority date: 1978-04-03
Filing date: 1978-04-03
Publication date: 1985-06-06
Also published as: JPS54131967A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は実効値測定装置に関する。

交番信号の実効値を測定するには各種の方法が考えられ
ている。

一般的には被測定信号をヒーターに供Ｖ給し、このヒー
ターの発熱を熱電対等の感温素子で測定する方法が広く
利用されている。然し乍らヒータを用いることにより時
間遅れが大きいこと、及び感温素子を用いることにより
精度が悪く、周囲温度による影響も大きい等の欠点があ
る。このため例えば電子通信学会論文誌１９７８王１月
ＶｏＬ５９一ＣＭ．１に見られるように三角波を用い
た実効値測定装置が考えられている。

この論文誌に発表された「広い動作範囲をもったディジ
タル実効値電圧計」を第１図に示す。第１図において１
は被測定信号入力端子、２は三角波入力端子である。こ
れら入力端子１と２に供Ｖ給された被測定信号と三角波
はそれぞれ絶対値回路３と４で負と及び正側に折返した
絶対値信号を得る。即ちこの例では被測定信号Ｖｉをゼ
ロ線に接して負側に折返し、三角波はゼロ線に接して正
側に折返し、これらの絶対値信号を加算回路５にて加算
し、加算値を低減フィル夕６で平猪し、このフィル夕６
の出力に被測定電圧Ｖｉの２乗平均値に対応した直流電
圧を得る。この直流電圧をこ）では電圧一周波数変換器
７に供給し、変換器７で周波数信号に変換し、その周波
数出力をカゥンタ８で計数し、その計数出力をディジタ
ルアナログ変換器９にてアナログ信号に変換し、低減フ
ィルター０を通じて再び電圧周波数変換器１１に供給し
、周波数信号に変換すると共にその変換出力の一部を分
周器１２を通じてカワンタ８のリセット端子に帰還させ
る。このように構成すれば電圧一周波数変換器１１から
出力される周波数はカウンタ７に供給された周波数の平
方根に比例し、この周波数を周波数カウンタ１３で測定
すれば被測定信号Ｖｉの実効値をディジタル表示するこ
とができる。この実効値測定装置によれば三角波を利用
して被測定信号Ｖｉを２乗平均しているものであり時間
遅れなく感温素子を用いる場合より精度よく実効値を測
定できる。

然し乍ら三角波のピークレベルが変動すると低減フィル
夕６から得られる被測定信号Ｖｉの２案平均値は変動し
てしまう大きな欠点がある。また開閉演算回路の規模が
大きくなり誤差要因が増え、精度を高くしようとすると
高値になってしまう欠点もある。更に最終的な出力が周
波数のため周波数カウンタを必要とし、このために時間
基準も必要となり時間基準の精度も誤差要因となってし
まう欠点がある。この発明の第１の目的はこのように三
角波を用いた２乗平均値回路によって被測定信号の実効
値を得るようにした実効値測定装置において三角波のピ
ークレベルが変動しても測定誤差が発生しない実効値測
定装置を提供するにある。

この発明の第２の目的は被測定信号Ｖｉのレベルが大中
に変動しても精度よくその実効値を測定できる実効値測
定装置を提供するにある。

この発明の第３の目的は安値に提供することができる実
効値測定装置を提供するにある。

以下にこの発明の一実施例を図面について詳細に説明す
る。

第２図はこの発明による実効値測定装置の概要を示す系
統図である。

この発明においては三角波を用いて被測定信号の２案平
均値を出力する一対の２泰平均値回路１４，１５と減算
回路１６とにより構成するものである。一対の２案平均
値回路１４と１５はそれぞれ同一の構成を持ち２つの入
力端子１７と１８を有し、一方の入力端子に三角波を他
方の入力端子に信号を供給して加算し、その加算した信
号の絶対値を求め、低減フィル夕を通じて被測定信号の
２乗平均値を出力する回路構成とされる。即ち２乗平均
値回路１４の一方の入力端子１７は被測定信号Ｖｉの入
力端子１に接続され、他方の入力端子１８は三角波入力
端子２に接続する。また２乗平均値回路１５の一方の入
力端子１７は三角波入力端子２に接続し、他方の入力端
子１８には減算回路１６の出力を帰還し、またその出力
を出力端子１９に導出する。減算回路１６は例えば差動
増幅器を用いることができ利得が大きいことが要求され
る。上述の構成によれば２乗平均値回路１４では被測定
信号Ｖｉの２案平均値と三角波の平均値との加算値が得
られる。

また２乗平均値回路１５では減算回路１６の出力の２乗
平均値と三角波の平均値との加算値が得られる。従って
減算回路１６の入力に供給される２つの２泰平均値には
共に三角波成分が入っているため減算回路１６において
三角波成分は相殺される。よって三角波成分に振中変動
があっても減算回路１６の出力電圧Ｖｏは変動しない。
よって三角波成分のレベル変動に影響されない測定を行
なうことができる。次にこの回路によってその出力電圧
Ｖｏが被測定信号Ｖｉの実効値に等しいことを説明する
。

即ち２乗平均値回路１４と１５では相似三角形の面積が
高さの２乗に比例することと応用するもので、第３図に
示すように入力信号ｆ（ｔ）と正負のピーク値が等しい
三角波を加算すると、図示する斜線の部分の面積を持つ
波形を得ることができる。こ）で入力信号ｆ（ｔ）と同
じ位相関係にある微少面積△Ｓを考える。この面積△Ｓ
が三角波内に含まれる確率Ｐは入力信号ｆ（ｔ）と三角
波が同期していなければ、Ｐは微少面積△Ｓのゼロ線０
一０からの位置ｕの関数としてＰ（ｕ）＝対
‘１）と考えることができる。

（但し、ｕは２Ｖｐ内に含まれること）これは入力信号
Ｖｉの各点が式‘１１で与えられる確率密度を持ってい
る。その１周期にわたって積分し平均値を求めると斜線
の部分を数多〈の周期にわたって平均した値と同じにな
る。つまり、字みＳＰ（ｕ）△Ｓ：壬さ．幻・・Ｐ（ｕ
）△ｕ・△ｔ
｛２，斜線の部分はゼロ線０一０より正の部分と負
の部分とに分けられる。

この正の部分と負の部分の総和の平均値をＶｏとすると
Ｖｏ＝正の部分の平均値＋負の部分の平均値千′机側）
２誌心ｄｔ十字肌３ｐ側２床ｄｕ．ｄｔ＝点；志〔ｖＰ
Ｈ（ｔ）〕２帆≠′さも〔ｖＰ−ｆ（ｔ）〕２ｄｔ＝宏
肌ｖＰ十等｝ｄｔ【３’｛３ー式より三角波成
分を差し引けば、ｖ。

＝泰三Ｊ；〔ｆ（ｔ）〕２ｄｔ【４１となり減算
回路１６の出力は入力信号ｆ（ｔ）の２乗平均値に比例
した値となる。従って第２図に示した系統図は第４図に
示す系統図に書換ることができる。第４図に示すように
２案平均値回路１４からは被測定信号Ｖｉの２乗平均値
Ｖｉ２が得られ、２泰平均値回路１５からは減算回路１
６の出力電圧Ｖｏの２案平均値Ｖｏ２（Ｖｏは直流電圧
）が得られる。よって減算回路１６の利得をＡとすれば
、一一【５１Ｖ
ｏ＝（Ｖｉ２一Ｖｏ２）ＡＶ。

＝−…豪ぷＶｉ２減算回路１６の利得Ａを充分大きくと
ると、一一 ‘６’
Ｖｏ≠±ノＶｉ２となりＶｏは回路で（十）と（一）の
何れか一方をとればＶｉの実効値が得られる。

第５図はこの発明の具体的な実施例である。

図中２０は三角波発生器を示し、これより出力された三
角波は入力端子２に供給され、入力端子１に供給された
被測定信号Ｖｉと共に２乗平均値回路１４の一方及び他
方の入力端子１７と１８とに供給される。入力端子１７
と１８に供給された被測定信号Ｖｉと三角波は抵抗器Ｒ
４とＲ５を通じて加算され、その加算値が演算増幅器Ａ
３の反転入力端子に供給される。演算増幅器へとダイオ
ードＤ，，Ｄ２及び帰還抵抗器Ｒ６，Ｒ７により絶対値
回路が構成され、その出力が平均化回路即ち演算増幅器
へと帰還コンデンサＣ２及び帰還抵抗器Ｒ９によって礎
成された低減フィル夕に供給されている。２案平均値回
路１５も同様に綾成され、これらの２案平均値回路１４
と１５の出力が抵抗器Ｒ，５とＲ，９を通じて差勅増幅
器にて構成された減算回路１６に供給され、その減算出
力をダイオード広を通じてェミッタフロワ構成のトラン
ジスタＱ，のベースに供給する。

従ってトランジスタＱ，のェミツタ則ち出力端子１９
にはダイオードＤ５によって一方の犠牲の実効値蟹圧が
得られる。ところで上述では三角波の振中は固定として
考えた。しかしながら先に説明したように微少面積△Ｓ
は常に三角波の振中内に含まれていることが要求される
。従って被測定信号Ｖｉの振中が大きくなり三角波の振
中を越えてしまうと測定値に誤差が発生する。このため
三角波の振中を予め充分大きく設定し被測定信号Ｖｉの
振中が三角波の振中を越えないようにすることも考えら
れるが、被測定信号Ｖｉの振中が微少の値の場合は三角
波の振中との比が大となり、このためにも誤差が大とな
る。結局理想的には被測定信号Ｖｉの振中と三角波の振
中とが常に一致していることが望ましい。第６図はこの
ための実施例を示す。

この例では被測定信号Ｖｉのピーク値を検出する第１ピ
ーク値検出回路２１と三角波のピーク値を検出する第１
ピーク値検出回路２２とを設け、これらピーク値検出回
路２１と２２の検出出力をピーク値比較器２３にて比較
し、その比較出力にて利得制御回路２４の利得を制御し
、三角波発生器２０から出力される三角波のピーク値を
被測定信号Ｖｉのピーク値と常に等しい状態となるよう
に制御するようにした場合を示す。このように構成すれ
ば被測定信号Ｖｉのレベルが大中に変化しても常に最良
の状態で測定することができダイナミックレンジを広く
とることができる利点がある。

第７図にその具体的な実施例を示す。

図においてコンデンサＣ６に被測定信号Ｖｉのピーク値
が保持され、コンデンサＣ８に三角波のピーク値が保持
される。これらのコンデンサＣＧとＣ８に保持された被
測定信号Ｖｉのピーク値と、三角波のピーク値を比較器
２３を構成する差動増幅器に供給し、その偏差値を利得
制御回路２４に供給し、三角波ピーク値を被測定信号の
ピーク値と等しくなるように制御する。この例では比較
器２３の出力を発光ダイオードＤ，２に供給し、発光ダ
イオードＤ，２の発光量によって光電変換素子ｃ船の抵
抗値を変化させ抵抗器Ｒ２，とによる分圧回路の分圧童
を変化させるようにした場合を示す。このようにして三
角波発生器２０から出力される三角波は利得制御回路２
４によって被測定信号Ｖｉの振中と等しい振中に制御さ
れて２案平均値回路１４と１５に供ｖ給される。

よってこの実施例によれば被測定信号Ｖｉの振中と三角
波の振中の関係が常に最良の状態で測定が行なわれ正確
な測定ができる。以上説明したようにこの発明によれば
、一対の２乗平均値回路１４と１５に三角波を供Ｖ給し
、その一方で被測定信号Ｖｉの２乗平均値を得ると共に
他方ではこれら一対の２秦平均値回路の出力の偏差値の
２泰平均値を得るようにし、これらの２泰平均値を減算
回路１６で減算するようにしたからこの減算回路におい
て三角波成分は相殺され、よって三角波の振中が変動し
ても測定値に誤差を生じるおそれは全くなく精度の高い
実効値の測定を行なうことができる。

また出力端子１９にはこの発明では被測定信号Ｖｉの実
効値に比例した道流離圧を得ることができるから、この
出力電圧をアナログ電圧計を読んでもよく、またデジタ
ルボルトメー夕で読めばディジタル表示型の実効値測定
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は先に提案されている三角波を用いた実効値測定
装置を説明するための系統図、第２図はこの発明による
実効値測定装置の概要を説明するための系統図、第３図
はその動作の説明に供する波形図、第４図は第２図に示
した本発明装置の動作を説明するために簡略化して表わ
した系統図、第５図は第２図で説明した本発明装置の具
体的実施例を示す度競図、第６図はこの発明の他の実施
例を示す系統図、第７図はその具体的実施例を示す接続
図である。１・・・・・・被測定信号入力端子、２・・・・・・三
角波入力端子、１４，１５・・・・・・２乗平均値回路
、１６・・・・・・減算回路、１９・・・・・・出力端
子、２０・・・・・・三角波発生器、２１，２２・・・
・・・ピーク値検出回路、２３・・・・・・比較器、２
４・・・・・・利得制御回路。第２図穿る図袋４図函舵目い舵農６図第７図

Claims

【特許請求の範囲】１三角波が一方の入力端子に供給されて他方の入力端
子に供給した信号の２乗平均値を得る一対の２乗平均値
回路と、該一対の２乗平均値回路の出力の偏差値を得る
減算回路とを具備して成り、上記一対の２乗平均値回路
のそれぞれの一方の入力端子に正と負に対称なピーク値
を持つ三角波を供給し、２乗平均値回路のそれぞれの他
方の入力端子に被測定信号と上記減算回路の出力を帰還
し上記減算回路の出力より上記被測定信号の実効値に対
応した直流電圧を得るようにしたことを特徴とする実効
値測定装置。２三角波が一方の入力端子に供給されて他方の入力端
子に供給した信号の２乗平均値を得る一対の２乗平均値
回路と、該一対の２乗平均値回路の出力の偏差値を得る
減算回路と、被測定信号のレベル変化を検出する回路と
、該検出回路の出力によつて上記一対の２乗平均値回路
に供給する三角波の振巾を変化させる可変利得制御回路
とを具備して成り、該可変利得制御回路から得られる三
角波を上記一対の２乗平均値回路のそれぞれの一方の入
力端子に供給し、２乗平均値回路のそれぞれの他方の入
力端子に被測定信号と上記減算回路の出力を供給し、上
記減算回路の出力より被測定信号の実効値を得るように
したことを特徴とする実効値測定装置。