JP4130188B2 - 表面電位計 - Google Patents
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Description
V1=(Vx/Cs)/(1/Cx+1/Cg+1/Cs)
V2=(Vx/Cs)/(1/Cx+1/Cs)
Cx,Cg《 Csならば
V1=(Vx/Cs)/(1/Cx+1/Cg) …(1)
V2=(Vx/Cs)/(1/Cx) …(2)
式(1)を変形すると
V1(1/Cx+1/Cg)=(Vx/Cs)
V1/Cx=(Vx/Cs)−V1/Cg
1/Cx=(Vx/Cs−V1/Cg)/V1 …(3)
式(2)を変形すると
V2/Cx=(Vx/Cs)
1/Cx=(Vx/Cs)/V2 …(4)
式(3)および式(4)から
(Vx/Cs−V1/Cg)/V1=(Vx/Cs)/V2
(Vx/Cs−V1/Cg)V2=(Vx/Cs)V1
(Vx/Cs)V2−(V1/Cg)V2=(Vx/Cs)V1
(Vx/Cs)V2−(Vx/Cs)V1=(V1/Cg)V2
Vx(V2/Cs−V1/Cs)=(V1/Cg)V2
Vx=(V1/Cg)V2/(V2/Cs−V1/Cs)
Vx=(V1・V2/Cg)/(V2−V1)/Cs
Vx=(Cs/Cg)・(V1・V2)/(V2−V1) …(5)
式(5)が示すとおり、電圧Vxは距離D2に依存する静電容量値Cxを含まない式で表され、電圧V1,V2から電圧Vxを算出することができる。つまり、表面電位計と物体とを厳密に位置決めすることなく表面電位を測定することができる。
Vx=k(V1・V2)/(V2−V1) …(6)
ここで、空気の比誘電率は8.854×10-12F/mであるので、例えば30mm角の電極を物体から50mm離して配置したときの物体と電極との間の静電容量値は0.2pF程度である。コンデンサの静電容量値Csが1000pFのコンデンサを使用したときの電圧Vxに対するコンデンサの端子間電圧(V2)の分圧比は5×103となる。したがって、端子間電圧の測定に分解能1mVの検出回路を用いた場合、表面電位測定の分解能は5Vである。これは一般的な要求(分解能10V)を十分に満たす。
測定電圧: 10V〜20kV
レンジ切替え:オート(例えば感度を1200V以上で1桁落とし1000V以下で1桁上げる)
測定精度: ±5%以上
電源管理: オートパワーオフ(デフォルトは最終操作から3分後にパワーオフ)
以上の実施形態によれば、表面電位計1を被測定面に対向させて測定開始を指示するという簡単な操作で表面電位を測定することができる。表面電位計1は振動電極も高電圧源ももたないので、小型軽量化が可能である。
Vx=k(V1・V2)/(V2−V1/a) …(6’)
この式(6’)の適用によって表面電位を算出することができる。
ここで、静電容量値Csと静電容量値Cs’との関係を、表面電位計1の背面と被測定面とが平行であるときに電圧V1と電圧V2との比が所定値(例えば1)となるようにCgを考慮して選定するのが好ましい。測定に際して、電圧V1と電圧V2との比が所定値またはそれに近い値であるかどうかを検知し、表面電位計1の背面と被測定面とが平行である旨をランプなどで表示すれば、操作者が表面電位計1を好ましい姿勢に容易に配置することができ、より手軽に正確な測定を行うことができる。
8 被測定面
10 筐体
11 第1固定電極
12 第2固定電極
121,122 導電体
21 第1コンデンサ
22 第2コンデンサ
52 基準電位ライン
Cs 静電容量値
V1 第1コンデンサの端子間電圧
V2 第2コンデンサの端子間電圧
Vx 被測定面の電位に対応した電圧値
51 外部接続端子
30 電圧検出回路
401 演算手段
45 表示器
46 操作入力スイッチ
61 第1導通路
62 第2導通路
501 リセット制御手段
Claims (4)
- 物体の表面電位を測定するための表面電位計であって、
被測定面と対向する第1固定電極と、
前記第1固定電極と段違いに配置され、前記第1固定電極よりも前記被測定面に近い位置で前記被測定面と対向する第2固定電極と、
接地のための外部接続端子と、
前記外部接続端子に接続された基準電位ラインと、
前記第1固定電極に一端が接続され、前記基準電位ラインに他端が接続された第1コンデンサと、
前記第2固定電極に一端が接続され、前記基準電位ラインに他端が接続された第2コンデンサと、
前記第1コンデンサの端子間電圧および前記第2コンデンサの端子間電圧を検出する電圧検出回路と、
検出された前記第1コンデンサの端子間電圧および前記第2コンデンサの端子間電圧に予め決められた演算式を適用することによって、前記被測定面の電位に対応した電圧値を算出する演算手段と、
算出された電圧値を表示する表示器とを備え、
前記第2固定電極は、前記第1固定電極の両側に振り分けて配置され且つ電気的に接続された2個の導電体からなる
ことを特徴とする表面電位計。 - 前記第1コンデンサの静電容量値と前記第2コンデンサの静電容量値とが等しく、
前記演算式は
Vx=k(V1・V2)/(V2−V1)
ただし、Vx:被測定面の電位に対応した電圧値
k:定数、
V1:第1コンデンサの端子間電圧、
V2:第2コンデンサの端子間電圧
である
請求項1記載の表面電位計。 - 操作者が測定開始を指示するための操作入力スイッチと、
前記第1コンデンサと並列に前記第1固定電極および前記基準電位ラインに接続された開閉可能な第1導通路と、
前記第2コンデンサと並列に前記第2固定電極および前記基準電位ラインに接続された開閉可能な第2導通路と、
前記操作入力スイッチのオン操作に呼応して前記第1導通路および第2導通路を閉じ、一定時間の経過後に開くリセット制御手段とを備える
請求項1または2記載の表面電位計。 - 前記電圧検出回路および演算手段を収容する筐体を有し、
前記筐体の前面に前記表示器が配置され、
前記筐体の背面に前記第1固定電極および第2固定電極が配置され、
携帯可能に構成されてなる
請求項1ないし請求項3のいずれかに記載の表面電位計。
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