JPS6312263B2 - - Google Patents

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JPS6312263B2
JPS6312263B2 JP1627880A JP1627880A JPS6312263B2 JP S6312263 B2 JPS6312263 B2 JP S6312263B2 JP 1627880 A JP1627880 A JP 1627880A JP 1627880 A JP1627880 A JP 1627880A JP S6312263 B2 JPS6312263 B2 JP S6312263B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
voltage
capacitive element
circuit
measured
multiplier
Prior art date
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Expired
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JP1627880A
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English (en)
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JPS56112663A (en
Inventor
Seijiro Nosaka
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
KUWANO ELECTRIC INSTR
Original Assignee
KUWANO ELECTRIC INSTR
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Publication date
Application filed by KUWANO ELECTRIC INSTR filed Critical KUWANO ELECTRIC INSTR
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Publication of JPS56112663A publication Critical patent/JPS56112663A/ja
Publication of JPS6312263B2 publication Critical patent/JPS6312263B2/ja
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Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R27/00Arrangements for measuring resistance, reactance, impedance, or electric characteristics derived therefrom
    • G01R27/02Measuring real or complex resistance, reactance, impedance, or other two-pole characteristics derived therefrom, e.g. time constant
    • G01R27/26Measuring inductance or capacitance; Measuring quality factor, e.g. by using the resonance method; Measuring loss factor; Measuring dielectric constants ; Measuring impedance or related variables
    • G01R27/2688Measuring quality factor or dielectric loss, e.g. loss angle, or power factor
    • G01R27/2694Measuring dielectric loss, e.g. loss angle, loss factor or power factor

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • 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、容量素子の損失測定装置に関する。
容量素子の損失測定装置として従来、第1図に
つき以下述べる構成のものが提案されている。
即ち、 e0=E0sinωt …(1) で表わされる(但しE0は振幅、ωは角周波数、
tは時間)交流定電流e0の得られる交流定電圧源
1を有し、それに、静電容量CSと抵抗RSとの直
列等価回路で表わされる被測定容量素子2が、こ
れに i0=I0sinωt …(1)′ で表わされる定電流i0(但しI0は振幅)が流れて、
被測定容量素子2にて e1=i0Z=I0R0sinωt+I0/ωCSsin(ωt−π/2) =I0(RSsinωt−1/ωCScosωt) …(2) で表わされる被測定容量素子2の静電容量CSに逆
比例した交流電圧及び抵抗RSに比例した交流電
圧の和の交流電圧e1が得られる様に、定電流用抵
抗R0を介して接続されている。
又定電流用抵抗R0の両端に、移相回路5の入
力側が接続され、而してこの定電流用抵抗R0
両端にて得られる交流定電圧源1より得られる交
流定電圧e0に基く e0′=−i0R0=−I0R0sinωt …(1)″ で表わされる降下電圧e0′に基き、移相回路5の
出力側より、 e3=e0′ωC1R1=−I0R0ωC1R1sin(ωt+π/2)…(3
) で表わされる、降下交流電圧e0′に対して90゜の位
相差を有する交流電圧e3が得られる様になされて
いる。この場合移相回路5は、入力端子aと、接
地に接続されている入力端子aとは逆極性の入力
端子bと、入力端子aとは同極性の出力端子cと
を有する演算増幅器6と、一端が演算増幅器6の
入力端子aに、他端が極性反転回路INを介して
定電流用抵抗R0の接地側に接続されてなる容量
C1と、演算増幅器6の出力端子c及び入力端子
a間に接続せる抵抗R1とよりなる。
而して被測定容量素子2の両端より得られる交
流電圧e1が必要に応じて増幅器7を通じて乗算回
路8の一方の入力端子に供給され、一方乗算回路
8の他方の入力端子に移相回路5より得られる交
流電圧e3が必要に応じて増幅器9を通じて供給さ
れ、依つて乗算回路8より交流電圧e1及びe3に基
き E1=K1K3I0 2R0C1R1/2CS …(4) で表わされる、被測定容量素子2の静電容量CS
逆比例した直流電圧E1が得られるようになされ
ている。この場合乗算回路8は e4=K1e1・K3e3 =K1I0(RSsinωt−1/ωCScosωt)×{−K3I0R0ω
C1R1sin(ωt+π/2)} =−K1K3I0 2RSR0ωC1R1sin2ωt/2+K1K3I0 2R0C1R1
(1+cos2ωt)/2CS =K1K3I0 2R0C1R1/2CS−K1K3I0 2R0ωC1R1/2(RSsin
2ωt−1/ωCScos2ωt)…(5) で表わされる(但しK1及びK3は定数)、交流電圧
e1に基く電圧と交流電圧e3に基く電圧との積の出
力e4の得られる様に構成された乗算回路本体10
と、その出力側に接続された出力e4に基き(4)式で
表わされる直流電圧E1の得られる様に構成され
た低域波器11とよりなる。
又被測定容量素子2の両端より得られる交流電
圧e1が必要に応じて上述せる増幅器7を通じて他
の乗算回路12の一方の入力端子に供給され、一
方乗算回路12の他方の入力端子に定電流用抵抗
R0の両端より得られる降下交流電圧e0′が必要に
応じて極性反転を伴う増幅器13を通じて供給さ
れ、依つて乗算回路12より交流電圧e0′及びe1
に基き、 E2=K0K1I0 2RSR0/2 …(6) で表わされる被測定容量素子2の抵抗RSに比例
した直流電圧E2が得られる様になされている。
この場合乗算回路12は e5=K0e0′・K1e1=K0I0R0sinωt・K1I0(RSsinωt−1
/ωCScosωt) =K0K1I0 2RSR0(1−cos2ωt)/2−K0K1I0 2R0sin2
ωt/2ωCS =K0K1I0 2RSR0/2−K0K1I0 2R0/2(RScos2ωt+1
/ωCSsin2ωt)…(7) で表わされる(但しK0及びK1は定数)、交流電圧
e0′に基く出力及び交流電圧e1に基く出力の積の
出力e5の得られる様に構成された乗算回路本体1
4と、その出力側に接続された出力e5に基き(6)式
で表わされる直流電圧E2の得られる様に構成さ
れた低域波器15とよりなる。
更に乗算回路8及び12より得られる直流電圧
E1及びE2が演算回路23の除算回路24に供給
され、これにより直流電圧E1及びE2に基き、 E2/E1=K0K1I0 2RSR0/2・2CS/K1K3I0 2R0C1R1 =K0/K3C1R1・RSCS=ω0RSCS=tanδ=D …(8) で表わされる被測定容量素子2の損失Dを表わす
出力Qが得られる様になされている。
以上が従来提案されている容量素子の損失測定
装置であるが、斯る容量素子の損失測定装置の場
合、演算回路23の除算回路24より得られる出
力Qにより被測定容量素子2の直列等価回路でみ
たω0RSCS=Dで表わされる損失Dを判知し得る
ものであるが、出力Qが直流電圧E1及びE2の除
算により得られる出力であり、而してその直流電
圧E1及びE2の得られる乗算回路8及び12に対
する夫々交流電圧e3及びe0′と乗算される交流電
圧が、被測定容量素子2の静電容量CS及び抵抗
RSの値に応じたレベルをとる交流電圧e1である
為、乗算回路8及び12より直流電圧E1及びE2
を被測定容量素子2の静電容量CS及び抵抗RS
値に関せず高分解能で得るに困難を伴い、依つて
判知し得る損失Dを被測定容量素子2の静電容量
CS及び抵抗RSの値に関せず高分解能で得ること
が出来ないという欠点を有していた。
依つて本発明は斯る欠点のない新規な容量素子
の損失測定装置を提案せんとするもので、以下詳
述する所より明らかとなるであろう。
第2図には本発明による容量素子の損失測定装
置の一例を示し、第1図との対応部分には同一符
号を附して示すも、第1図にて前述せる(1)式で表
わされる交流定電圧e0の得られる交流定電圧源1
を有し、それに静電容量CSと抵抗RSとの直列等
価回路で表わされる被測定容量素子2が、これに
第1図にて前述せる如く前述せる(1)′式で表わさ
れる定電流i0が流れて被測定容量素子2にて前述
せる(2)式で表わされる交流電圧e1が得られる様
に、定電流用抵抗R0を介して接続されている。
又定電流用抵抗R0の両端に、第1図にて前述
せると同様に演算増幅器6、抵抗R1及び容量C1
よりなる移相回路5の入力側が接続され、而して
定電流用抵抗R0の両端にて得られる(1)″式で表わ
される降下電圧e0′に基き、移相回路5の出力側
より、第1図にて前述せると同様に前述せる(3)式
で表わされる交流電圧e0′に対して90゜の位相差を
有する交流電圧e3が得られる様になされている。
而して被測定容量素子2の両端より得られる交
流電圧e1が必要に応じて増幅器7を通じて、入力
電圧のレベルの変化によるも略々一定レベルを有
する出力電圧の得られる様になされた増幅回路3
1に供給され、依つてこの増幅回路31より、交
流電圧e1に基き、 e2=K2I0(RSsinωt−1/ωCScosωt) …(9) で表わされる(但しK2は係数)略々一定レベル
を有する交流電圧e2が得られる様になされてい
る。この場合交流電圧e2が略々一定レベルを有す
るということは、 で表わされる交流電圧e2の絶対値|e2|が略々一
定のレベルを有するということであるが、斯る交
流電圧e2が得られる様になされた増幅回路31
は、被測定容量素子2の静電容量CS及び抵抗RS
が予定の範囲内で変化しても、即ち(9)式中のCS
びRSが予定の範囲内で変化しても、これに応じ
て係数K2(増幅度)が変化して、交流電圧e2
略々一定レベルで得られる様になされた所謂
AGC機能を有する増幅回路の構成でなる。
又上述せる如くに増幅回路31より得られる
略々一定レベルを有する交流電圧e2が、第1図に
て前述せると同様の乗算回路本体10及び低域
波器11よりなる乗算回路8の一方の入力側に供
給され、一方乗算回路8の他方の入力側に移相回
路5より得られる前述せる(3)式で表わされる交流
電圧e3が第1図にて前述せると同様に必要に応じ
て増幅器9を通じて供給され、依つて乗算回路8
より交流電圧e2及びe3に基き、第1図にて前述せ
る(4)式に準じた E1′=K2K3I0 2R0C1R1/2CS …(4)′ で表わされる、被測定容量素子2の静電容量CS
逆比例した直流電圧E1′が得られる様になされて
いる。この場合乗算回路8の乗算回路本体10よ
りは第1図にて前述せる(5)式に準じた e4′=e2・K3e3 =K2I0(RSsinωt−1/ωCScosωt)×{−K3I0R0ω
C1R1sin(ωt+π/2)} =K2K3I0 2RSR0ωC1R1sin2ωt/2+K2K3I0 2R0C1R1
1+cos2ωt)/2CS =K2K3I0 2R0C1R1/2CS−K2K3I0 2R0ωC1R1/2(RSsin
2ωt−1/ωCScos2ωt)…(5)′ で表わされる交流電圧e4′が得られる様になされ、
これに応じて低域波器11より上述せる(4)′式
で表わされる直流電圧E1′が得られる様になされ
ているものである。
更に増幅回路31より得られる略々一定レベル
を有する交流電圧e2が、第1図にて上述せると同
様の乗算回路本体14及び低域波器15よりな
る乗算回路12の一方の入力側に供給され、一方
乗算回路12の他方の入力側に定電流用抵抗R0
の両端より得られる前述せる(1)″式で表わされる
交流電圧e0′が第1図にて前述せると同様に必要
に応じて極性反転を伴う増幅器13を通じて供給
され、依つて乗算回路12より、交流電圧e2及び
e0′に基き第1図にて前述せる(6)式に準じた E2′=K0K2I0 2RSR0/2 …(6)′ で表わされる、被測定容量素子2の抵抗RSに比
例した直流電圧E2′が得られる様になされている。
この場合乗算回路12の乗算回路本体14よりは
第1図にて前述せる(7)式に準じた e5′=e2・K0e0′=K2I0(RSsinωt−1/ωCScosωt)
・K0I0R0sinωt =K0K2I0 2RSR0(1−cos2ωt)/2−K0K2I0 2R0sinω
t/2ωCS =K0K2I0 2RSR0/2−K0K2I0 2R0/2(RScos2ωt+1
/ωCSsin2ωt)…(7)′ で表わされる交流電圧e5′が得られる様になされ、
これに応じて低域波器15より上述せる(6)′式
で表わされる直流電圧E2′が得られる様になされ
ているものである。
又乗算回路8及び12より得られる直流電圧
E1′及びE2′が第1図の場合と同様に演算回路23
の除算回路24に供給され、これより直流電圧
E1′及びE2′に基き E1′/E1′=K0K2I0 2RSR0/2・2CS/K2K3I0 2R0C1R1 =K0/K3C1R1・RSCS=ω0RSCS=tanδ=D (8)′ で表わされる、第1図の場合の被測定容量素子2
の損失Dを表わす出力Qと同じ、被測定容量素子
2の損失Dを表わす出力Q′が得られる様になさ
れている。
以上が本発明による容量素子の損失測定装置の
一例構成であるが、斯る構成によればその演算回
路23の除算回路24から直流電圧E1′及びE2′の
除算により得られる出力Q′が、第1図の場合の
出力Qと同じであるので、その出力Q′により第
1図の場合と同様に被測定容量素子2の直列等価
回路でみたω0RSCS=Dで表わされる損失Dを判
知し得ること明らかである。
然し乍ら第2図にて上述せる本発明による容量
素子の損失測定装置の場合、出力Q′が直流電圧
E1′及びE2′の除算により得られる出力であり、而
してその直流電圧E1′及びE2′の得られる乗算回路
8及び12に対する夫々交流電圧e3及びe0′と乗
算される交流電圧が被測定容量素子2の静電容量
CS及び抵抗RSの値に関せず略々一定レベルをと
る交流電圧e2である為、乗算回路8及び12より
夫々直流電圧E1′及びE2′を被測定容量素子2の静
電容量CS及び抵抗RSの値に関せず高分解能で得
る様になすことが、乗算回路8及び12に対する
夫々交流電圧e3及びe0と乗算される交流電圧が、
被測定容量素子2の静電容量CS及び抵抗RSの値
に応じて変化するレベルをとる交流電圧e1である
第1図にて上述せる従来の場合に比し、容易であ
り、依つて出力Q′を被測定容量素子2の静電容
量CS及び抵抗RSの値に関せず、第1図にて上述
せる従来の場合の出力Qに比し、高分解能で得る
様になすこと容易であるものである。
依つて第2図にて上述せる本発明による容量素
子の損失測定装置の場合、出力Q′より判知し得
る被測定容量素子2の損失Dを、被測定容量素子
2の静電容量CS及び抵抗RSの値に関せず、第1
図にて上述せる従来の場合に比し高分解能を有す
るものとすることが出来るという大なる特徴を有
するものである。
尚上述に於ては本発明の1つの例を示したに留
まり、例えば乗算回路8及び12の夫々と除算回
路24との間に必要に応じて増幅回路を介挿する
ことも出来、又乗算回路8及び12をその乗算回
路本体10及び14をして同期検波回路本体に代
えた同期検波回路に置換せる構成とすることも出
来、その他本発明の精神を脱することなしに種々
の変型変更をなし得るであろう。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来の容量素子の損失測定装置を示す
系統図、第2図は本発明による容量素子の損失測
定装置の一例を示す系統図である。 図中1は交流電圧源、2は被測定容量素子、CS
は静電容量、RSは抵抗、R0は定電流用抵抗、5
は移相回路、8及び12は乗算回路、10及び1
4は乗算回路本体、11及び15は低域波器、
31は増幅回路を夫々示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 交流電圧源と、 該交流電圧源より得られる交流電圧に基き、こ
    れに対して90゜の位相差を有する第3の交流電圧
    を得る様になされた移相回路と、 上記交流電圧源に当該交流電圧源側より定電流
    が流れるべく接続された被測定容量素子に於ける
    降下交流電圧でなる第1の交流電圧に基き、その
    レベルが変化しても略々一定レベルを有する第2
    の交流電圧を得る様になされたAGC機能を有す
    る増幅回路と、 上記第2及び第3の交流電圧に基き、上記被測
    定容量素子の静電容量に逆比例した第1の直流電
    圧を得る様になされた第1の乗算回路又は同期検
    波回路と、 上記交流電圧源より得られる交流電圧と上記第
    2の交流電圧とに基き、上記被測定容量素子の抵
    抗に比例した第2の直流電圧を得る様になされた
    第2の乗算回路又は同期検波回路と、 上記第1及び第2の直流電圧に基き、その第2
    の直流電圧を第1の直流電圧で除算してなる上記
    被測定容量素子の損失を表す出力を得る様になさ
    れた演算回路とを具備することを特徴とする容量
    素子の損失測定装置。
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