JPS6111669A - 電圧差測定方法及びその測定装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 この発明は、２つの電圧の差を測定する方法及び装置に
関する。

〔技術的背景〕

測定技術において、２つの電圧の差を検出しなければな
らないことがかなり頻繁に起こる。

直流電圧の場合は一方の電圧を他方の電圧から差引くこ
とによって直ちに差が得られるから、一般に簡単である
。とζろが２つの電圧の内の少くとも一方が交流電圧の
場合は、まずこれを整流し、積分器によって平均値を形
成する。こうして交流電圧が直流電圧に変換される。使
用可能な平均値を得るには、多数の整流された交流電圧
半波を比較的高い時定数で積分する。従って公知の回路
動作はかなり緩慢である。

〔従来技術〕

交流電源で第１の交流電圧を無負荷時に、また第２の交
流電圧を負荷時に測定する、２つの交流電圧の差の測定
のための測定方法が雑誌ＥＴＺ　（電気技術雑誌（Ｅｌ
ｅｋｆｒｏｔｅｃｈｎｉｓｈｅＺｅｉｔｓｃｈｒｉｊｔ
　）　）　１０２巻（１９８１年）１４号７６２なＩ、
−ｈＬ７６４頁で公知である。この方法では時限制御測
定過程が取扱われ、まず第１の交流電圧の半波が正確に
積分され、それによって第１の平均値Ｕ１が形成され、
次に第２の平均値Ｕ２の決定のために第２の交流電圧で
同じ測定が繰返される。電圧Ｕノと電圧Ｕ２の値の差を
形成し、又はベクトルの和を求めることによって、必要
な差電圧ΔＵが得られる。

〔従来技術の問題点〕

この公知の差電圧検出法は在来の方法〕す遥かに迅速で
あるが、しかし種々の欠点がある。

差電圧が小さい場合は比較的大きな誤差が生じる。なぜ
なら差Ｕｌ−Ｕ２＝ΔＵが小さければ、Ｕノ又はＵ２の
測定誤差が本来の差ΔＵより大きく々ることかあるから
である。またこの方法は、積分の後に更にベクトルの和
を求めなければならないので面倒である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、順次続く所定の固定時間間隔の間にま
ず一方の電圧の少くとも半波を、次に他方の電圧の少く
とも半波を積分して、２つや電圧の差を形成せしめる時
限制御測定過程によって２つの交流電圧の差を検出する
測定方法及びこの方法の実施に適した測定装置において
、特に迅速な、かつ僅かな誤差しか伴なわな込測定を可
能にする電圧差測定方法及び装置を提供することである
。

〔発明の概要〕

逆の極性を有する２つの電圧の一方を同じ積分器に送り
、該積分器がまず２つの電圧の一方を増加方向に積分し
、次に他方の電圧を好ましくけ等しい時間間隔の間に減
少方向に積分し、上記の積分サイクルの終了の後に２つ
の電圧の差の平均値に相当する電圧を出力から送出し、
好ましくは他方の電圧において整流して減少方向に積分
するのと同数の複数個の半波を整流して増加方向に積分
することを特徴とする測定方法、及び制御と演算のため
の自動装置、好ましくはマイクロデロセ、すが、第１の
分圧器に接続された比較器及び中間に接続された論理回
路を介して交流電圧の零位点通過を検出し、この零位点
通過に応じて所定のプログラムに従って複数個のスイッ
チを制御し、その際、第１のスイッチ及びこれと並列の
第２のスイッチが第２の分圧器と積分器の入力を結合し
、これらの２個のスイッチの一方にインバータが前置さ
れ、積分器の出力が第３のスイッチによって橋絡される
ことを特徴とする測定装置によって、上記の目的が達成
される。

〔発明の効果〕

本発明に基づく方法は、差を形成するのにもはや２つの
値を別個に検出する必要がなく、求める差電圧を積分器
で直接取出すことができるので、大幅な簡素化をもたら
す。恐らく更に有意義であるのは、これによって測定誤
差が決定的に減少することである。本発明に基づく増加
及び減少方向積分法により差電圧の検出の際に１％の誤
差が発生するとすれば、別個の電圧Ｕ１．Ｕ２の差を後
で形成する場合は、この誤差が恐らく４０％以上に達す
ることになる。

差を測定しようとする２つの電圧の少くとも一方が交流
電圧である場合は、本方法が特に重要である。通常は第
２の電圧も交流電圧であり、その場合、本方法の好適な
実施態様は、他方の交流電圧で整流の上、減少方向に積
分するのと同数の第１ないし第ｎ半波を整流して増加方
向に積分することとする。１つの周期のそれぞれ２個の
（正及び負の）半波を積分するのが適当である・これに
よって増加方向の積分でも減少方向の積分でも電源の非
対称、例えば直流電圧分が削え除される。

本発明の別の好適な実施態様は、増加方向の積分が終了
するのと同じ時点（例えばゼロクロス通過）に減少方向
の積分が始まることとする。

それぞれ１周期にわたって増加方向及び減少方向の積分
が直接継続することによって、２つの交流電圧の検出の
間に休止時間が現れる方法の場合よねも、電源電圧の変
動が測定に入り込む危険が少い。

また１つの積分段階を構成する佇数個の積分サイクルに
わたって差電圧を検出するように、本方法を構成するこ
とが好ましい。この場合、各積分サイクルは１つの増加
方向及び減少方向積分を包含し、差電圧の平均値を得る
ために、積分器に発生する和電圧を積分サイクルの数で
割る。との処置によって２つの重要な利点が得られる。

すなわち多数回の増加方向及び減少方向積分によって測
定値の純統計的平均値が形成されるから、電源電圧の変
動の影響が大幅に低減される。更に複数個の測定す、イ
クルにわたる積分は、特に差電圧が小さい場合に一方で
は高い電圧絶対値をもたらし、他方では平均値の形成に
よって測定精度の向上をもたらす。各半波の後に直ちに
減少方向に積分することによって、積分器の出力電圧が
比較的低いから、後置のユニットは大きな駆動範囲を持
たないでより０積分段階の長さく積分サイクルの数）を
制限して、積分器の卸値が所定の限界値に到達したなら
ば、直ちに積分サイクルの反復が遮断されるように、本
方法を構成し、てもよい。例えば差電圧が大きい場合に
１つの積分段階に対して不必要に多数の積分サイクルを
厘備することがこうして回避される。

本方法の別の実施態様は、積分器に形成された和電圧を
転送する測定値゛転送段階が各積分段階に続き、新しい
積分段階の前に放電段階があって、ことで積分器がゼロ
にセットされるものである。

放電段階と積分段階の間にオフセット段階を置くことに
よって、本方法で得られる測定精度を一層改善すること
ができる。このオフセット段階の持続時間は積分段階と
等しく、この段階の間に積分器の入力が短絡され、そこ
で積分器に生じるオフセット電圧力Ｓ検出される。オン
セット段階に続くオフセット転送段階で逆の符号のオフ
セット電圧が、積分段階の間に形成された和電圧に加え
られる。

本方法は好適な実施態様として、測定サイクルがゼロ段
階、積分段階、測定値転送段階、放電段階及びオフセッ
ト転送段階から成ることとする。測定サイクルの終りに
測定値が直接に、叉はＡＤ変換と場合によってはコンピ
ュータ処理の後に記憶装置に転送され、限られた時間の
間、表示される。

複数個の積分サイクルとそれに続く平均値形成によって
測定精度を高めることができるように、複数個の測定サ
イクルの結果も同様にして表示することができる。この
場合、各測定サイクルの後に測定値が中間記憶され、別
の測定サイクルの測定値に加算され、そこから平均値が
形成される。

本発明に基づく測定方法の主要な用途の１つは電圧降下
の分野にある。この場合、交流電源に異なる負荷を与え
ることによって異なる交流電圧が発生する。その際、負
荷の変動は測定過程と同期するように制御される。公知
の電圧降下法と本発明に基づく増加及び減少方向積分の
原塊を組合わせることによって、交流電圧回路網におい
て接触電圧又は回路網の内部抵抗を簡単に測定すること
ができる。

最初の負荷状態が好ま４シ＜は無負荷状態に相当し、第
２の負荷状態を交流電圧に相当する等しｂ波形の定常（
印加）負荷電流により発生することによって、本方法が
更に改善される。従来慣用のオーム抵抗でなく、定電流
を電源に負荷することによって、負荷電流を別個に測定
することが不要になる。測定される差電圧はもちろん負
荷電流に関係するが、負荷電流を印加しなければ、当該
のルーゾ抵抗及び回路網の電圧と共に変化する。また電
流に正弦波形を取らせるから、負荷の接続の時に起こる
振動過程がほとんど無いことが好都合である。

本発明に基づく測定方法及びそれによってもたらされる
高い測定精度に関連して、印加負荷電流を公知の方法に
比して係数１０ないし１０００だけ低減することができ
る。本方法を電気設備の保安対策の検査の面で使用すれ
ば、この場合に現れる接触電圧は比較的低いから、小さ
な負荷電流で遥かに安全に測定することができる。また
これによって、比較的弱小なヒユーズを備えた電流回路
（１，５アン被ア以下）も検査することができる。

電気設備の保安対策の検査の面で、本発明に基づく測定
方法により更に別の量を検出することもできる。すなわ
ち差電圧と定常な負荷電流から交流電源の内部抵抗を直
ちに解析することができ、無負荷状態で測定された交流
電源の無負荷電圧と内部抵抗から短絡電流を決定するこ
とができる。

本測定方法を適用するための測定装置は交流電源に接続
された２個の分圧器を装備し、更に次のように構成され
ている。すなわち制御と演算のための自動装置が好まし
くはマイクロプロセッサによって実現され、該マイクロ
プロセッサは第１の分圧器に接続された比較器及び中間
に接続された論理回路を介して、交流電圧のゼロクロス
を検出する。上記自動装置はゼロクロス検出に応じて所
定のゾログラムに従って複数個のスイッチを制御する。

これらのスイッチの内、第１のスイッチ及びこれと並列
の第２のスイッチは第２の分圧器と積分器の入力を結合
する。その際、これらの２個のスイッチの一方にインバ
ータが前置され、また積分器の出力が第３のスイッチに
よって橋絡さレル。　　　　　゛積分器の出力に印加さ
れる電圧の解析のために、積分器はＡＤ変換器の入力と
結合され、−方、ＡＤ変換器は自動装置（マイクロプロ
セッサ）を介してディジタル表示器に接続される。

まずアナログで積分を行った後、測定値の再処理がディ
ゾタルで行われる。

積分器の領域で使用される第１及び第２のスイッチと、
積分器に対して放電段階を開始する第３のスイッチのほ
かに、更に第４のスイッチが設けられている。このスイ
ッチは第２の分圧器と第１及び第２スイッチの並列回路
との間にあって、積分器入力の短絡、それと共にオフセ
ット段階の遂行を可能にする。

最後に更に第５のスイ゛ッチ及びこれに直列の負荷抵抗
が設けられている。このスイッチは２個の分圧器を橋絡
し、それと共にマイクロプロセッサによって測定過程と
同期して制御され、無負荷電圧及び負荷時交流電圧の測
定を可能にする。

両方の電圧が直流電圧であるか、又は２つの電圧の一方
が交流電圧、他方が直流電圧であって、直流電圧が所定
の調整可能な値を有する場合には、本発明に基づく測定
方法が全く別様に適用される。この場合、直流電圧は他
方の被測定電圧の無関係な部分の抑制のために、基珈値
として利用することができる。測定の際に問題に々る残
留差電圧は、表示用アナログ目盛を適当に拡げれば、高
い読取り精度を可能にする。

基漁値を変えることによって、差電圧Ｕの延長範囲を任
意の測定範囲にずらせることができる。

特に２つの電圧が異なる電源から来ており、これらの電
源が異なる電位にあり、従って互いに接続することがで
きない場合には、差電圧の直接測定よりも増加及び減少
方向積分による２つの直流電圧の差測定が有利である。

〔実施例〕

第１図が示すように、相電圧ＩＷＬと中性線Ｎの間で２
個の分圧器Ｔノ及びＴ２が電源電圧に接続される。もち
ろん電源電圧を相電圧線りと接地線Ｎの間又は２つの相
電圧線の間で測定してもよい。分圧器Ｔノに印加される
交流電圧については、比較器にと論理回路Ｆによってゼ
ロクロスだけを検出し、正負すずれのゼロクロスもタイ
ミング信号としてマイクロプロセッサ１に送られる。そ
こでマイクロプロセッサ１はゼロクロス検出に応じて多
数の機能要素を制御する。第２の分圧器Ｔ２から取出さ
れた交流電圧は、２個のスイッチＳノ及びｓ２を介して
積分器ｖ２の入力に送られる。スイッチｓ２の前にイン
ベータｖノが挿入され、交流電圧を逆相で、ｆなわち１
８０℃回転して２個のスイッチ５１１Ｓ２に印加せしめ
る。積分器Ｖ２Ｃ１に２個の正半波、次１ｃ２個の負半
波が交互に送られるように、２個のスイッチのタイミン
グを定める。こうして各々２個の半波について増加方向
に積分され、次に各々２個の半波にっ−て減少方向に積
分される。積分器Ｖ２Ｃ１の出力に残る電圧ΔＵは差電
圧の平均値に比例する。積分器ＶＪ　ＣＪの出力電圧は
、測定値の再処理を可能にするアナログ・ディジタル変
換器に送られる。再処理はマイクロプロセッサ１によっ
て行われる。マイクｏ７°ロセッサｌｌ−１得た測定値
又は計算値をディスプレイ３にディジタルで表示する。

積分器Ｖ２Ｃ１の出力を橋絡する第３のスイ。

チＳ、？ｉｊ、各積分段階とこれに続く測定値転送段階
の後にコン°デンサＣノを放電するために使用される。

放電段階に更にオフセット段階が続き、その際、第４の
スイッチＳ４によって積分器Ｖ２Ｃ１の入力を更にイン
バータＶノの手前で短絡する°ことができる。それによ
ってオフセラ　　□ト段階の間に、交流電圧から導き出
される測定電圧は全く積分されず、回路内部の妨害電圧
だけが積分される。第５のスイッチｓ５を介して電源Ｌ
Ｎに抵抗ＲＬを負荷することができる。

第５のスイッチＳ５を介して制御される、負荷と無負荷
の間の変動は分圧器Ｔ−２に２つの異なる電圧をもたら
す。こうして生じる差電圧は測定装置によって検出され
、電圧値又は抵抗値若しくは短絡電流としてディスプレ
イ３に直接表示される。

電源内部抵抗の測定の際に生じる信号の経過を第２図に
示す。この場合、積分段階はそれぞれ１回の増加及び減
少方向積分を含む２個の測定サイクルに限定される。電
源交流電圧の信号、スタート信号、すべてのスイッチＳ
１ないしＳ５の切換信号、積分器出力で測定される差電
圧ΔＵ又はその平均値の信号及び積分器出力から取出さ
れた信号を転送するためのアナログ・ディソタル変換器
制御信号がある。図は交流電圧信号の１２周期にわたっ
ており、最初の周期ではスタート信号があるゼロ段階、
第２ないし第５周期ではそれぞれ１回の増加及び減少方
向積分を含む２個の積分サイクルから成る積分段階、第
６周期では測定値転送段階、第７周期では放電段階、第
８なりし第１１周期でオフセット段階、第１２段階でオ
フセット転送段階を記録する。

ゼロ段階の後に劫加方向の積分が始まる。論理回路Ｆは
マイクロプロセッサに正又は負の電圧ゼロクロスを送信
する。マイクロプロセッサは正のゼロクロスと共に増加
方向の積分をスタートし、その際、第３スイッチＳ　、
？が開放されている。分圧器Ｔ２によって整合させた測
定電圧は正半波にっｂては第１スイッチｓノを介し、負
半波につ−てはインバータＶ′″ノ及び第２スイッチＳ
２を介して積分器Ｖ２Ｃ１に送られる。積分コンデンサ
ＣＩＫ、印加された半波に比例する測定電圧平均値が現
れる。

減少方向の積分は増加方向の積分の後に直ちに行われる
。スタートは増加方向の場合と同じく、比較器にと論理
回路Ｆを介してゼロクロスから導き出される。第５スイ
ッチｓ５を介して負荷抵抗ＲＬを接続すると同時に、正
半波に対して第２スイッチＳ２が、負半波に対して第１
スイッチＳノが閉じられる。すなわち整流作用を行うス
イッチＳｌ及びＳ２が、増加方向の積分に対して反転し
て制御される。

増加及び減少方向に対して等しい時間間隔で電源内部抵
”抗に比例する差電圧ΔＵが、積分コンデンサＣノで形
成される。

測定電圧ΔＵ７３！積分コンデンサｃｉから取出される
と共に、アナログ・ディジタル変換器２で使用される。

積分サイクルの終期にマイクロプロセッサがアナログ・
ディジタル変換器の瞬時値を呼出す＠ 積分サイクルは単数側又は複数個の増加及び減少方向積
分から成る。本方法を電気設備の保安対策の検査に使用
する場合は、不当に高い接地抵抗又はループ抵抗で感電
の危険を回避するために、積分段階を０゜２秒に制限す
るのが適当である。他方、特に低オーム電源の場合に測
定範囲の拡張と測定誤差の低減のために、測定過程を数
個の積分サイクルに拡張することができる。持続時間０
．２秒の最初の積分サイクルは、同時に測定値又は接触
電圧の大きさを確かめるための予備検査を含む。この場
合、測定範囲が既に十分に制御され、、又は接触電圧が
余りに高ければ、以後の積分サイクルが遮断される。

マイクロプロセッサが測定値を有効とみなしたならば、
減少方向積分に続く電圧周期の初めに直ちに測定値の転
送が行われる。そこで引続く周期で第３スイッチＳ３を
介して積分コンデンサが放電される＠ 次に続くオフセット段階で積分器Ｖ２Ｃ１の入力が２個
のスイッチ８１．８２の手前で、第４スイッチＳ４によ
って短絡される。次に２個のスイッチＳ１及びＳ２が第
２ないし第５周期の積分段階と同じタイミングで、第８
ないし第１１周期の間に開閉される。こうして積分コン
デンサＣノに発生したオフセット電圧が第１２周期にマ
イクロプロセ、すによって、同じくアナログ・ディジタ
ル変換器を介して呼出され、測定値を適当に修正する。

測定経路がオフセット経路と正確に一致し、時間間隔も
全く等しく選定されるから、オフセット電圧は最適に調
整される。

マイクロプロセッサはこうして修正された測定値でディ
スプレイを駆動する。最終的に得られた測定値は約１５
秒の間、表示し続けられる。

前取とこの時間が経過した上で、スタートパルスによっ
て新しい測定段階を開始することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に基づく測定装置の基本回路図、そして
第２図は電源内部抵抗の測定の際の測定過程及び信号の
図を示す。 １・・・自動装置（マイクロプロセッサ）、Ｆ・・・論
理回路、Ｋ・・・比較器、Ｓｌ・・・第１スイッチ、Ｓ
２・・・第２スイッチ、Ｓ３・・・第３スイッチ、ＴＩ
・・・第１分圧器、Ｔ２・・・第２分圧器、ｖｌ・・・
インバータ、ｖ２０１・・・積分器。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）順次続く所定の固定時間間隔の間にまず一方の電
   圧の少くとも半波を、次に他方の電圧の少くとも半波を
   積分して、２つの電圧の差を形成せしめる時限制御測定
   過程によって２つの交流電圧の差を検出する測定方法に
   おいて、逆の極性を有する２つの電圧を同じ積分器に送
   り、該積分器がまず２つの電圧の一方を上昇方向に積分
   し、次に他方の電圧を好ましくは等しい時間間隔の間に
   減少方向に積分し、上記の積分サイクルの終了の後に２
   つの電圧の差の平均値に相当する電圧を出力から送出し
   、好ましくは他方の電圧において整流して減少方向に積
   分するのと同数の複数個の半波を整流して増加方向に積
   分することを特徴とする電圧差測定方法。
2. （２）２電圧の差を測定する電圧差測定装置において、
   交流電圧に接続される第１及び第２分圧器（Ｔ１、Ｔ２
   ）と、前記第１分圧器（Ｔ１）に接続される比較器（Ｋ
   ）と、この比較器（Ｋ）に接続され、制御及び演算機能
   を有する制御手段（１）とを具備し、前記制御手段（１
   ）は交流電圧のゼロクロスを検出し、このゼロクロス検
   出に応じて所定のプログラムに従って複数のスイッチ（
   Ｓ１ないしＳ３）を制御し、第１スイッチ（Ｓ１）及び
   この第１スイッチ（Ｓ１）に並列に接続される第２スイ
   ッチ（Ｓ２）が前記第２分圧器（Ｔ２）と積分器（Ｖ２
   Ｃ２）の入力を結合し、前記積分器（Ｖ２Ｃ１）に互い
   に逆極性の２つの電圧を供給するために前記第１及び第
   ２スイッチ（Ｓ１、Ｓ２）の一方にインバータ（Ｖ１）
   が前置接続され、前記積分器 （Ｖ２Ｃ１）は前記電圧の一方を増加する方向に積分し
   、他方電圧を等時間間隔にて減少方向に積分し、これに
   より２つの電圧の差の平均値に相当する電圧を出力し、
   オフセット電圧検出のため前記積分器（Ｖ２Ｃ１）の出
   力は第３スイッチ（Ｓ３）によって橋絡されることを特
   徴とする電圧差測定装置。