JPS633272A

JPS633272A - コンデンサ測定器

Info

Publication number: JPS633272A
Application number: JP14909286A
Authority: JP
Inventors: Aisuke Shimizu; 清水　愛典
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1986-06-24
Filing date: 1986-06-24
Publication date: 1988-01-08

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】（Ａ）産業上の利用分野この発明は、コンデンサやケーブルの静電容量と誘電体
損失に関する測定を、特に、多量生産ラインで行う測定
器に関するものである０（Ｂ）従来の技術従来のコンデンサやケーブルの静電容量と、誘電体損失
に関する測定は、第２図に示す回路で行われていた。

従来の技術である第２図の回路について以下に説明する
。

電画ｌの一端から標準コンデ／す２を接続し、さらに、
これに直列に標準抵抗器３を接続して、電源の他の一端
に接りているＯさらに、もうひとつの回路は、電源の一
端から供試コンデンサｌＩ　（または供試ケーブル、ｒ
ｉｂ、以下の説明は供試コンデンサを代表として述へる
。）を接続Ｌ７、さらに、これに直列に既知抵抗器５を
接続して、電源の他の一端に接っている。

以下の説明を容易にするため、接続点を符号で、次のよ
うに示す。

（１）標準コンデンサと供試コンデンサと電源の一端と
の接続点を）ｌ（２）標準抵抗器と既知抵抗器と電源の他の一端との接
続点をｇ（３）標準コンデンサと標準抵抗器の接続点をｄ（４）供試コンデ／すと既知抵抗器の接続点をｂとする。

さらに、この回路には測定のため、接続点・１から、ス
イッチ１６を介して増幅回路１７の一端が接続されてい
る。スイッチは増幅回路に接続されている接点がコモン
で、一つの接点は・−に接続され、他の一つの接点はｇ
に接続されている。また、増幅回路の他の一端はｂに接
続されている０さらに、増幅回路の出力には測定のため
のメータ１８が接続されている。

このような、回路溝成で従来、コンデンサ等の静電容量
や誘電体損失に関する測定を行っていた０次に、従来の測定の原理について、電気理論的に説明す
る。その前に、回路の代数については、Ｖ：電源の実効電圧〔Ｖコげ：交流電源の角速度［ｒａｄ／３３げ＝２穴「　　ミニ円周率「：交流電源の周波数［Ｈｚ　］Ｃ３：標準コノテ゛ンサの静電容量［Ｆ］Ｒ８：標準抵
抗器の抵抗値［−Ｑ、］Ｃ：供試コンデンサの静電容ｆｆｉ［Ｆ１ａ：供試コン
デンサの電力損失に共するコノダクタンス［ＵコＲ：既知抵抗器の抵抗値〔立コである・囮今、第２Ｎの回路において、スイッチを接続点ｄ側に切
替えて、接続点ａ、ｌＪ間の電圧の式を求めると、次の
ようになる◇ この（１）式においてＪ：複素数　ｊ＝、ｆ：了ｖＱ：接続点ａ　ｂ間の電圧［■コである０この（１）式を回路設計上、代数を次のように
選ぶ。

Ｒ８くく　１　／　嘘ｃ、　　　　−−一−−−−−−
−（２）Ｒ＜（ｌ／、）、ｃ　　−−−−−−一−−−
−（３）Ｌ、目１δ：コンデンサの誘電体損失比であり
、−般的に０００１オーグの小さな（直であろ０とすると、（１）式は問題にならない項を無視して、Ｖ□　　＝Ｖ［Ｏ−Ｒ＋　ｊ　　ω（Ｃ−Ｒ−Ｃ３・Ｒ
５）コとなる◎（５）式より（）内をＯにするためＣ８
のダイアルを回して、メータの読みを最小にしたときの
ｖ□　　をＶ　□　ｍとするとｖ□ｍ＝Ｖ　−Ｇ−Ｒ−
一−−−−−一−（６）となる◎またＣ−Ｒ，＝　ａｓ−Ｒｓ　　−一−−−−−−−−（７
）となっている。この（７）式から、供試コンデンサの
静電容量はＣ＝−・Ｏ５−−−−−一−−−−（８）より計算で求
められる◇ 次にコンデンサの誘電体損失比の測定はスイッチを接続
点ｇ側に切替えて、メータで読む。その値は、ｖｒ　＝ｖ−ｗ−ｃ−ａ　−−−−−−−−−−（９）
となる。Ｖｒ　　は既知抵抗器の両端の電圧である。さ
て、先にメータの読み最少の値である（６）式と、前記
（９）式の値の比を求めると、Ｖ　ｒ　　　Ｖ−ｕ）−Ｃ−Ｒ１ａｄ−（：となり、（
ｌＯ）式は正に誘電体損失比を示している◎すなわち、
魯ｏｍとＶ「の読みの比で、計算で求められる。

（Ｃ）発明が解決し７ようとする問題点従来の測定器で
は、人手によって、スイッチを切替え、そして、標準コ
ンデンサのダイアルをメータに注意して回し、微妙な調
整が必要であった◇ また、供試コンデンサの静電容量や誘電体損失比を一求
めるため、単純ではあるが、計算をする必要があり、多
量に流れる製品の全数検査は困難であった。

（Ｄ）問題を解決するための手段前記の問題を解決するため、本発明は次のようにする０（１）あるロットのコンデンサの定格外ｔＭ、容量に相
当する標準コンデンサの値を前記（７）式から、Ｏ８に
ついて計算し、あらかじめ設定しておく。

（２）前述のごとく、あらかじめ設定した値に対し７、
実際齋ζは、静電容量はそのロフトに関して、少なくと
も±５％程度内で、任異にバラツクため、従来の方式に
よる測定方法だと、静電容量も誘電体損失比も求められ
ない◇ （３）従って、本発明は接続点ａ、ｂ間の電圧、ＶＯに
ついて、電源電圧の位相に合せて同期整流し、（９）式
に相当する値を求めて、既知抵抗器の両端の電圧Ｉζ相
当する値で除算して、誘電体損失比を測定する。

（４）また、本発明は前述のｖ□　について、電源電圧
より　′り７２〔ｒ　ａ　Ｌｌ］移相した電圧の位相に
合せて同期整流した値を、標■抵抗器の両端の電圧に相
当する値で除算して、定格静電容量に対する偏差を測定
できるようにしている◇ これらは、電子回路的に処理されで、数値が直読できる
ようにし、人手や、計算の国電をなくしている。

第１回は本発明の測定器の回路構成であるがこの構成の
ために、原理について、電気理論的に説明する〇前記（５）式について４１−０・Ｒ−−−−−−−−−（１１）１＋　＝　ｗ
（Ｃ−Ｒ−Ｃ５−Ｒｓ）　＋＋　−（１２）とおくと ”７０＝Ｖ（ａ÷、ｉ　　ｂ　　）　　−−−−−（１
３）と示すことが出来る◇ この（１３）式を、刻々５化する交流回路の瞬時値で示
すと ’１／”Ｏ二Ｊ”−Ｖ　（、し５ｉｎｕＪ４＋ｂ−Ｃｏ
ｓ　ｔＪ−Ｌ　）−−−−−（１・１）となる。たｔごし、電源電圧の瞬時値はν＝　ＪＹ　ｔ
　Ｖ　壷Ｓ　ｉ　ｎω、Ｌ　　　−−−−−−−（＋５
）とする０この式のＬは時間［Ｓ］である。

（１・１）式を変形するとＶＯ＝　　、ｆ”’：　−ｖ　ｌＪＪ７下＋　　ＩＩ”
　　・　Ｓ　ｉｎ　　（ｃｄ・ｔ　　＋　　６　　）と
なる０たｔごしｃｏｓ６　＝　＋１　／　、ｒ　−−−−−（１７）Ｓ
ｉｎ　ｅ　＝　ｂ　７　ｎ　−−−−−（１３）である
０（１６）式のω−ｔはｏ−２完［：　　ｒａｄコの間の
１直Ｉこ置いて良く５ρ＝ω、も　　　　−　　−−−−−−−−（１９）
とするとＶＯ＝、Ｊ下°、■−１ｒ；７：ニｂ’−Ｓｉｎ　（９
）　＋５　）と示せる。

このひ０を電源電圧に同期して整流する。

まず、電の電圧に同期（７てヂ＝０〜仝［ｒＬＬ　ｄ　
］まで、同期整流した平均値電圧力、は十〇）・（ｌデ π となる。また、テ＝筬〜２ｆｉ［ｒａｄ］　まで、同期
整流すると（２１）式と同じで負の値になるが、整流す
るのであるから絶対値となるため、全く、（２１）式と
同じ式になる。

次に、電源電圧よす”／　２［ｒ　Ｌｌ　ｄ：ｌ進んｔ
ご電圧に同期して、ヂ＝”／２〜３イ／２まで同期整流
した平均値電圧ｖＯ２は十〇）ｄｆとなる０また、　＝：３７ｊ／２〜大／２［ｒａ（１］
まで同期整流すると、絶対値となるため（２２）式と同
じ式になる◇ では、次に（２１）式に（１７）式を、そして、（２２
）式に（１８）式を代入し、さらに、（１１）式、（Ｉ
２）式を代入して、整理すると、一−−−−（２４）となる０一方、既知抵抗器の両端の電圧は供試コンデンサを流れ
る電流だから、電＃ｉ電圧Ｖよりも、　穴Ｉ２進んでい
る。従って、この電圧の１闘時値は、ＶＲ＝　Ｊ了ｆｃａ）−Ｃ−ＲＳ　ｉ　ｎ　　（ｆ　４
　）＝　Ｊｉ、ｖｕａ−ｃ−Ｒ−Ｃｏ５９’　　＋−−
−（２５）となる０まな、単に整流した平均値は、とな
る。

また、−方、標準抵抗器の両端電圧も標準コンデンサを
流れる電流だから、電源電圧Ｖよりも　′〜２進んでい
る・従・で、この電圧の瞬時値はＶＲ８＝　Ｊｉ　ｖ−ｗ、ｃｓ　・Ｒ８Ｓｉｎ　（ｙ　
＋　−）＝　５　Ｖ−Ｃ４）、Ｃ８−Ｒ８−Ｃ０８ＣＰ
−（２７）となる。また整流した平均値は、となる。

さて、コンデンサの誘電体損失比は（２３）式を（２６
）式で除すとＯＩＧ □　＝　−−−−−−−−−（２９ンｖＲＬ４）・Ｃとなり、（１０）式と同様に誘電体損失比となる◇ また、コンデンサの静電容量は定格値ＣＣのコンデンサ
で、標準コンデンサを調整してた後は、固定しておく、
この場合、定格値のコンデンサと同一ロットの任異のコ
ンデンサを接続するとき、（２４）式のＣが（福Ｘｌ：
ＩＣ，）Ｃ＝　ＣＣ＋　ムＣ−−一　−−−−１３０）
とすることになり、（２４）式は０にならない、（３０
）式を（２４）式に代入すると・Ｒｓ　　　−−−−−
−−−−−−（３１）＄冬ため、ＣＣ−Ｒ＝Ｃ５−Ｒ８
となっており、ｖ０２は次のようになる・この（３２）式を（２８）式で除すとｑ　０２　　ΔＣ−Ｒ ’ｌ／’ＲＳＩ　　Ｃｓ、Ｒｓ　　　−−−−−”””
もとなる。更に、Ｃ８は勢の時に調整し７たから、Ｃ３−Ｒ８＝ＣＧ−Ｒ−−−（３４）であり、（３３）式を（３−１）式に代入すると ’Ｌ／’Ｒｓ　　　　　Ｃｃ−Ｒｃｃなり、コンデンサの製造偏差比が求められる０以上の、
本項の始めに記述した測定方法が証明された。

（Ｆ２）問題を解決するための測定器の回路前記（Ｄ）
によって問題を解決するための理論的証明に基き、本発
明の測定器の回路を第１図に示す０第２図と同一部分の
回路構成郵以外について、説明を進める。

誘電体損失比の測定は接続点ａ、ｂ間の電圧をＡ増幅回
路６を通し、また、接続点１１．０間の電圧をＢ増幅回
路７を通す０そして、Ａ、Ｂそれぞれの増幅回路の出カー！−へ同期
整流回路１０の入力とする０なお、ＢｂＢ幅回路から入
力された信号はＡ同期整流回路でスミ形波に整形され、
Ａ増幅回路から入力された信号を、この鳩形波のタイミ
ングで同期整流し、前記（２３）式に比例した出力を出
す・これをＡ除算回路１５の分子側入力とする０さらに、接続点し、ｇ間の電圧はＣ増幅回路８を通し、
Ａ整流回路１３で整流されて、前記（２６）式に比例し
た出力を出す。ＣれをＡ除算回路の分母側入力とする０（ゆえに、Ａ除算回路の出力は前記（２９）式に比例し
た出力を出し、Ａメータ１７によって誘電体損失比を示
す。

定格静電容量の製造コンデンサ偏差比の測定は前述のＡ
増幅回路の出力をＢ同期整流回路１１の入力とする０ま
な、Ｂ増幅回路の出力を移相回路１２で〜２［ｒａｄ］
進め（遅らせても良い）Ｂ同期整流回路の入力とする０
なお、移相回路から入力された信号はＢ同期整流回路で
久盲形波に整形され、Ａ増幅回路から入力された信号を
、”／　２Ｃｒ　ａ　ｄ］移相されたスヒ形波のタイミ
ングで同期整流し、前記（３２）式に比例した出力を出
す・これをＢ除算回路１６の分子側入力とする。

さらに、接続点”％ｇ間の電圧はＤ増幅回路９を通し、
Ｂ整流回路で整流されて、前記（２８）式に比例した出
力を出す。これをＢ除算回路の分母側入力とする・ゆえに、Ｂ除算回路の出力は前記（３５）式に比例した
出力を出【７、Ｂメータ１８によって定格静電容量のコ
ンデンサとの偏差比、いわゆる製造偏差比を示す◇ （Ｆ）発明の効果（１）コンデンサの誘電体損失比と静電容量の製造偏差
が直読でき、検食のスピードアップが出来る。

（２）ｔｎＪ記（２９）式や（３５）式のように電源電
圧の変動の影響を受（ブない。すなわち、電源電圧Ｖを
約分されてしまう。

（３）このことは、コンデンサ等、電圧特性を有し、電
圧によって、コロナ損失モ含めて、誘電体損失比は測定
できる。

（４）電圧の影響を受けにくいことから、高電圧コンデ
ンサ等、の測定にも適用できることになる０（５）前記（２）式、（３）式のＲｓ　やＲをできるｔ
ごけ小さな値で設計することにより、測定器の損失が少
なくなり、経済的であり、測定器自体の温度安定度も向
上する。

以上の効果を有する０（Ｇ）他の実施例前記（１５）式に電源電圧をもとに同期整流を（７たが
、（２）式の条件のもとではＲｓの両端の電圧は（２７
）式のようになる。この　訃を、既に　″Ｉ／２移ｐｌ
　した電圧と（７で、第１図のＢ同期整流回路の入力に
適用する。

また、この　Ｒ８を電源電圧の位相にするため、これを
　穴／２移相して、Ａ同期整流回路の入力に適用する。

この方式も、本発明の実施例である。

また、第１図の実施例の回路はアナログ演算回路素子（
アナログＩＣ）によって、処理（７た例を示すが、前記
数学的に詳細に記述（〕な通り、Ａ、Ｂ、Ｄの増幅回路
の出力をＢ増幅回路の特定のタイミング（電圧が零とク
ロスするタイミングやピークのタイミング）で、しサンプリングホールドき、Ａ／Ｄ変換回路（アナログ、
デジタル変換回路）を介して、マイクロコンピュータに
より、デジタル的に処理することも可能である。また、
第１図の回路の同期整流や整流回路以降からの出力は直
流化されており、より、Ａ／Ｄ変換回路が必用しやすく
、これ以降をマイクロコンピュータで処理することも可
能であり、本発明の数学的表現の範囲に属する実施例と
なる。

また、第１図の標準コンデンサー（Ｃ！Ｓ）を固定コン
デンサとし、標準抵抗器２（Ｒ８）を可父抵抗器として
も、前記、数学的表現の範囲に属する実施例となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例の測定回路図１は交流電源、２は標準コンデンサ３は標準抵抗器、４は供試コンデンサ５は既知抵抗器６．７．８．９はＡ、Ｂ、Ｃ，Ｄ増幅回路１０．１１、
はＡ％Ｂ同期整流回路１２は移相回路１３．１４はＡ、Ｂ整流回路１５．１６はＡ、Ｂ除算回路１７．１８はＡＳ　Ｂメータなお、枠内のンは増幅回路　■は同期整流回路ｔは移相回路　斗は整流回路 ÷は除算回路　　Ｈはメータを示す０第２図は従来の測定回路図１６は切替スイッチ１７は増幅回路１８はメータ（電圧計）第１圀輩２■

Claims

【特許請求の範囲】第１図において、コンデンサの定格静電容量（または特
定の容量）に標準コンデンサ（または標準抵抗器）を可
変して、接続点ａ、ｂ間の電圧が最低近辺に合せた後、
前記コンデンサと同一のロットの供試コンデンサを接続
する。そのときの、接続点ａ、ｂ間電圧の電源電圧と同
じ位相で同期整流した電圧を、接続点ｂ、ｇ間の整流電
圧で除算して、誘電体損失比を測定する。さらに、電源電圧に対しπ／２［ｈａｄ］移相した電圧
と同じ位相で接続点ａ，ｂ間電圧について同期整流した
電圧を接続点ａ，ｇ間の整流電圧で除算して、静電容量
偏差比を測定する。もしくは、前記、電源電圧に対しπ
／２［ｈａｄ］移相した電圧に接続点ａ、ｇ間の電圧を
、また、このａ、ｇ間の電圧を逆にπ／２［ｈａｄ］移
相した電圧を電源電圧と同じ位相の電圧として、同期整
流する。このいずれかを適用してなるコンデンサ測定器