JPH04248472A

JPH04248472A - 抵抗値測定方法

Info

Publication number: JPH04248472A
Application number: JP3202601A
Authority: JP
Inventors: James F Allen; ジェイムス・エフ・アレン; Richard D Beckert; リチャード・ディー・ベッカート; William F Rasnake; ウイリアム・エフ・ラスナケ
Original assignee: John Fluke Manufacturing Co Inc
Current assignee: Fluke Corp
Priority date: 1991-01-25
Filing date: 1991-07-17
Publication date: 1992-09-03
Also published as: EP0496147A1; KR920015137A

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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、オーム・メー
タ及び抵抗値測定システム、特に、低抵抗値を精密に測
定する抵抗値測定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】デジタル・マルチメータは、よく知られ
ており、電圧、電流及び抵抗などの電気量を測定するの
に非常に一般的な電子機器である。抵抗値の低い範囲、
即ち、１０オーム以下のオーダでは、高精度の抵抗測定
を行うのに特別な問題がある。例えば、３．５桁及び４
．５桁の測定器を用いて０．０１オームの分解能で低抵
抗値を測定する場合、精密定電流源からの大電流が必要
となる。特に、テスト・リードの抵抗値に匹敵する低抵
抗値を測定する際には、未知の抵抗に接続するテスト・
リードの抵抗を考慮しなければならず、このテスト・リ
ードの抵抗を測定値から減算しなければならないか、又
は、補償しなければならない。低抵抗を測定する際に生
じる他の問題は、測定回路に含まれる電源周波数ノイズ
及びその他のノイズと、未知抵抗に生じる大きなノイズ
・スパイク又は電圧を扱えない点である。上述の総ての
問題に対する単一で完全な解決法は、今まで提案されて
いなかった。

【０００３】デジタル・マルチメータの如き測定機器に
より未知抵抗値を測定する従来法の１つは、未知抵抗に
既知の電流を流し、その電圧降下を測定し、適切な単位
のオーム値として測定電圧を表示する。この方法は、「
電流源オーム」として従来から知られている。この従来
方法は、上述の問題を部分的のみに解決できるものであ
り、アメリカ合衆国ワシントン州エベレットのジョン・
フルーク・マニュファクチャリング・カンパニー・イン
コーポレイテッドが市販しているフルーク８８４０Ａ型
デジタル・マルチメータで実現されている。これら測定
器は、測定値の読みを表示する前にテスト・リード抵抗
をゼロの目盛に合わせ、電圧測定を行ってから、電源周
波数ノイズを除去する。この従来方法については、図５
を参照して詳細に説明する。

【０００４】図５は、従来の「電流源オーム」として既
知の従来技法の一例の回路図である。所定値ＲＲＥＦ　
の精密基準抵抗器１０の一端を、電圧ＶＰを発生する精
密直流電圧源１２に接続し、抵抗器１０の他端を電界効
果トランジスタ（ＦＥＴ）１４のソース及び演算増幅器
１６の反転入力端に接続する。演算増幅器１６の非反転
入力端は、精密バイアス電圧源１８に接続し、増幅器１
６の出力端は、ＦＥＴ１４のゲートに接続する。演算増
幅器１６の作用により、ＦＥＴ１４のソースは、バイア
ス電圧ＶＢ　に維持される。よって、基準抵抗器１０の
電圧降下は、正確にＶＰ　−ＶＢ　、即ち、精密電圧源
１２及びバイアス電圧源１８が供給する電圧の差となる
。なお、抵抗器１０には、安定した一定基準電流ＩＲＥ
Ｆ　が流れる。この基準電流ＩＲＥＦ　は、未知の抵抗値ＲＸ　の抵抗
器２０を流れ、電圧ＶＸ　の電圧降下を生じる。電圧測
定回路２４は、電圧ＶＸ　の値を測定し、適切な単位の
読み、即ち、オームでの表示を行う。

【０００５】しかし、この図５に示した従来技法による
低抵抗測定回路は、複雑であり、非常に多くの精密部品
を必要とする。

【０００６】他の従来の抵抗測定方法は、「レシオ・オ
ーム」として知られており、フルーク４５及び８０シリ
ーズ・デジタル・マルチメータに実施されている。この
測定方法は、二重スロープ積分型アナログ・デジタル変
換器を用いて、未知抵抗器の電圧降下を積分し、基準抵
抗器の基準電圧降下を積分して、抵抗値を求める。なお
、後者の積分は、反積分又は積分基準として当業者に知
られている。この従来方法は、図６を参照して、詳細に
後述する。

【０００７】図６は、「レシオ・オーム」として知られ
ている従来技法の一例を示す。電圧源５０及び接地間に
抵抗器４０、４２、４４及び４６を直列接続する。これ
ら一連の抵抗器において、抵抗器４０は値がＲＲＥＦ　
の基準抵抗器であり、抵抗器４２は値がＲＰ　の過電圧
保護抵抗器であり、抵抗器４４は値がＲＴＬの１対のテ
スト・リードの抵抗を表し、抵抗器４６は値がＲＸの未
知の抵抗器を表す。定電流ＩＸ　は、これら一連の抵抗
器の総てを流れるので、抵抗器４０の電圧降下ＶＲＥＦ
　及び抵抗器４４及び４６の電圧降下ＶＸ　は、各々Ｒ
ＲＥＦ　及びＲＸ　＋ＲＴＬに比例する。よって、（Ｒ
Ｘ　＋ＲＴＬ）／ＲＲＥＦ　＝ＶＸ　／ＶＲＥＦ　であ
る。第１積分型アナログ・デジタル変換器（ＡＤＣ）５
４を抵抗器４４及び４６の直列接続の両端間に接続して
、ＶＸ　の値を求める。また、第２積分型ＡＤＣ５６を
抵抗器４０の両端間に接続して、ＶＲＥＦ　の値を求め
る。これら値から、ＲＸ　＋ＲＴＬの値を計算する。次に、ソフトウェア機能により、テスト・リードの抵抗
ＲＴＬを補償する。ＲＸ　が非常に低ければ、このテス
ト・リードの抵抗ＲＴＬが測定結果の読みにエラーを生
じる。適切な切り替え動作により、ＡＤＣ５４及び５６を単一
の二重スロープ積分型ＡＤＣに置換できる点に留意され
たい。

【０００８】この「レシオ・オーム」技法において、積
分時間（充電時間）及び反積分時間（放電時間）の比は
、未知抵抗及び基準抵抗の比と等しいので、この簡単な
技法により未知抵抗の値が容易に求まる。しかし、高分
解能で低抵抗を測定するには大電流が必要であり、これ
は、一般的には利用可能ではなく、また、ノイズ・スパ
イク及び過負荷電圧を吸収するのに必要な電圧の余裕も
ない。さらに、基準反積分時間は可変なので、電源周波
数ノイズが除去されない。ソフトウェア機能により、テ
スト・リード抵抗を補償する必要がある。

【０００９】種々の従来の「レシオ・オーム」技法は、
当業者に「フライング・コンデンサ・オーム」として知
られている。基準電圧まで充電されたコンデンサを、反
積分サイクル期間中に、測定回路に切り替えて、減算及
びレシオ技法を達成する。これにより、未知抵抗及び基
準抵抗の比を間接的に求める。この技法は、動作が複雑
であり、電荷注入及びピーク検出に左右される。さらに
、ノイズ・スパイク及び過負荷電圧を吸収するのに必要
な電圧余裕をもたせることは、一般的ではない。この「
フライング・コンデンサ」技法の一例は、市販のフルー
ク８０５０Ａ型デジタル・マルチメータで実施されてい
る。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】したがって、本発明の
目的は、低抵抗値を精密に測定する抵抗値測定方法の提
供にある。

【００１１】本発明の他の目的は、高分解能測定を行う
のに大電流が利用可能であり、十分な電圧余裕によりノ
イズ・スパイクを吸収し、電源周波数ノイズを除去でき
る低抵抗値精密測定方法の提供にある。

【００１２】本発明の更に他の目的は、簡単で、安価で
あり、既存のシステムに後から取り付けることができる
低抵抗値精密測定方法の提供にある。

【００１３】本発明の他の目的は、ノイズ除去を改善し
た低抵抗値精密測定方法の提供にある。

【００１４】本発明の更に他の目的は、校正され、ノイ
ズに強い低抵抗測定方法の提供にある。

【００１５】

【課題を解決するための手段及び作用】本発明によれば
、低抵抗値を精密に測定する簡単で安価な方法が得られ
る。また、高分解能測定を行うために、大電流（増加し
た電流）が利用可能である。ノイズ・スパイク及び過負
荷電圧が存在しても、充分な電圧余裕により、システム
は正確に応答する。校正も行うし、電源周波数ノイズを
除去することもできる。そして、先ず、テスト・リード
抵抗を求め、その値を減算して未知抵抗の正確な値を求
める。

【００１６】本発明の方法は、「レシオ・オーム」技法
に類似した技法を利用する。すなわち、所定の基準抵抗
器、保護抵抗器、テスト・リード抵抗及び未知抵抗器を
、既知の（所定の又は測定した）直流電圧源と、システ
ム接地の如き基準レベルとの間に直列接続する。しかし
、その動作は、「レシオ・オーム」技法と異なる。未知
の抵抗器を回路から外し、テスト・リードを互いに短絡
して、保護抵抗器及びテスト・リード抵抗の値（及び直
流電圧源の電圧が所定でなければ、その電圧）を求める
一連の校正ステップを行う。そして、未知抵抗器を配置
して、総ての回路パラメータを既知として、入力端子間
の電圧を測定する。未知抵抗器の値を計算して、その値
を表示する。直流で測定を行うので、電源周波数及びノ
イズを除去できる。

【００１７】本発明のその他の目的、特徴及び利点は、
添付図を参照した以下の説明より当業者には明かであろ
う。

【００１８】

【実施例】図３及び図４は、本発明の好適な実施例によ
り低抵抗値を測定するシステムの校正及び測定動作を各
々表す回路図である。なお、これらの図において、同じ
素子は、同じ参照番号で示す。また、このシステムは、
図６を参照して説明した従来の「レシオ・オーム」技法
と類似している。精密電圧源１００及び接地間の直列回
路は、基準抵抗器１０２と、サーミスタ１０４と、可溶
性抵抗器１０６と、未知の抵抗を接続する１対の入力端
子１０８及び１１０とを含んでいる。この直列回路は、
電圧クランプ１１２を含んでもよく、これを図示のため
に単にツェナー・ダイオードとして示す。この電圧クラ
ンプ１１２は、いかなる正方向の電圧振幅も制限して、
過電圧保護を行う。図３において、入力端子１０８及び
１１０間にテスト・リード抵抗１１４のみが接続されて
いる。一方、図４では、テスト・リード抵抗１１４及び
未知抵抗器１２０の直列組み合わせが、入力端子１０８
及び１１０間に接続されている。

【００１９】精密直流電圧源１００は、例えば、＋３．
１００ボルトの如き所定電圧ＶＳ　を発生する。基準抵
抗器１０２の値は、例えば、１％誤差内の１．５キロオ
ームの如き所定誤差内の値ＲＲＥＦ　である。電流を制
限し、過電圧保護を行うサーミスタ１０４と、電流サー
ジから入力を保護する可溶性抵抗器１０６とは、これら
の組み合わせで、値ＲＰ　の保護抵抗器を構成する。し
かし、サーミスタ１０４は、ある温度範囲にわたって広
範囲に変化し、温度変化によりドリフトするので、この
サーミスタ１０４は、本質的に精密素子ではない。市販
の実施例において、サーミスタ１０４は、４０％の誤差
内で１．０キロオームの値であり、可溶性抵抗器１０６
は、１％の誤差内で１．０キロオームの値である。上述
の電圧源電圧及び抵抗値は、ある特定の実施例のためで
あり、高分解能測定用の大電流を確実にすると共に、過
電圧及びノイズ・スパイクを吸収する充分な余裕を与え
る。しかし、これら値は、与えられた条件において所望
に選択できる。

【００２０】図３において、その詳細は従来例と同じで
あり、当業者に周知の電圧測定回路１３０を抵抗器１０
２及びサーミスタ１０４の共通接続点と、入力端子１０
８とに接続し、これらの点の電圧ＶＲＥＦ　及びＶＸＯ
を測定する。マイクロプロセッサ及び表示器ユニットの
組み合せ１４０により、測定した電圧値を蓄積し、処理
して、保護抵抗ＲＰ　及びテスト・リード抵抗ＲＬを求
める。

【００２１】図４において、電圧測定回路１３０を端子
１０８に接続して、入力電圧ＶＸ１を求める。その後、
マイクロプロセッサ及び表示器ユニット１４０は、未知
抵抗器の値を求め、その結果を表示する。

【００２２】図２の流れ図を参照して図３による校正動
作を説明し、図１の流れ図を参照して、図４による測定
動作を説明する。図２は、校正ステップを示し、これら
ステップにより、保護抵抗及びテスト・リード抵抗の値
を求める。図１は、測定ステップを示し、他の回路パラ
メータが既知ならば、これらステップにより、未知抵抗
の値を求める。

【００２３】まず、図２及び図３を参照する。保護抵抗
及びテスト・リード抵抗の値を求める校正ステップを開
始するには、テスト・リードを互いに短絡して、抵抗器
１０２、１０４及び１０６と、端子１０８及び１１０と
、テスト・リードとの直列回路を接地する。図では、テ
スト・リードの抵抗ＲＬ　を抵抗器１１４として示す。このステップの期間中、未知抵抗器を回路から外してい
る点に留意されたい。テスト・リードを互いに短絡する
ことにより、接地に対する２つの電圧ＶＲＥＦ　及びＶ
ＸＯを測定する。精密電圧源１００の値ＶＳは、所定値
であるか、又は測定できる。よって、校正ステップ及び
後述の測定ステップに対して、電圧ＶＳ　は既知である
。基準抵抗１０２の値ＲＲＥＦ　も既知である。したが
って、直列回路を流れる初期定常電流ＩＸＯを次のよう
に計算する。（１）　　ＩＸＯ＝（ＶＳ　−ＶＲＥＦ　）／ＲＲＥＦ
次に、保護抵抗器１０４及び１０６の値ＲＰ　及びテス
ト・リード１１４の抵抗値ＲＬ　を次のように計算する
。（２）　　ＲＰ　＝（ＶＲＥＦ　−ＶＸＯ）／ＩＸＯ（
３）　　ＲＬ　＝ＶＸＯ／ＩＸＯ

【００２４】保護抵抗器及びテスト・リード抵抗の値が
求まると、これらの値を校正した抵抗としてメモリに蓄
積し、未知抵抗値の測定に用いる。よって、校正ステッ
プは、各未知抵抗測定に対して実行しなければならない
ということはない。しかし、その時その時の再校正は、
測定精度を確実にする。もちろん、パワーアップするな
どシステムの動作温度が安定していない場合、又はテス
ト・リードを変えたり交換したりした場合、再校正が必
要である。

【００２５】次に図１を参照する。図４に示す如く、未
知抵抗器１２０を直列回路内に配置して測定ステップを
開始する。接地に対する電圧ＶＸ１を測定する。この値
をメモリに蓄積し、この値を用いて、直列回路に流れる
定常電流ＩＸ１を計算する。電流ＩＸ１の値を次のよう
に計算する。（４）　　ＩＸ１＝（ＶＳ　−ＶＸ１）／（ＲＲＥＦ　
＋ＲＰ）最後に、未知抵抗器の値ＲＸ　を次のように計
算する。（５）　　ＲＸ　＝（ＶＸ１／ＩＸ１）−ＲＬそして、
従来の表示技法により、未知抵抗器の値をグラフ又は数
値により表示する。

【００２６】保護抵抗器は、安価で広い誤差範囲（例え
ば４０％）の部品でもよく、また、テスト・リード抵抗
を考慮することなく低抵抗値を測定してもよい。さらに
、直流電圧により測定を行うので、電源周波数及びノイ
ズ・スパイクを除去できる。

【００２７】本発明の好適な実施例について上述したが
、本発明の要旨を逸脱することなく種々の変更及び変形
をできることが当業者には明かであろう。例えば、既存
の測定システムを容易に変更して、上述の方法を実行す
る測定及び処理部品を組み込むことができる。

【００２８】

【発明の効果】上述の如く、本発明によれば、低抵抗値
を精密に測定できる。また、充分な電圧余裕によりノイ
ズ・スパイクを吸収し、電源周波数ノイズを除去できる
。さらに、簡単で、安価であり、既存のシステムに後か
ら取り付けることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の好適な実施例に用いる測定動作を説明
する流れ図である。

【図２】本発明の好適な実施例に用いる校正動作を説明
する流れ図である。

【図３】本発明の好適な実施例に用いる校正動作用の回
路図である。

【図４】本発明の好適な実施例に用いる測定動作用の回
路図である。

【図５】従来の抵抗値測定方法である「電流源オーム」
技法を説明するための回路図である。

【図６】従来の抵抗値測定方法である「レシオ・オーム
」技法を説明するための回路図である。

【符号の説明】

１００　　精密電圧源１０２　　基準抵抗器１０４　　サーミスタ１０６　　可溶性抵抗器１０８　　入力端子１１０　　入力端子１１４　　テスト・リード１２０　　未知抵抗器１３０　　電圧測定回路

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　所定基準抵抗器と、少なくとも１個の
保護抵抗器と、テスト・リード抵抗と、未知抵抗とを直
流電圧源及び基準レベル間に直列接続したシステムにお
いて、上記少なくとも１個の保護抵抗器及び上記テスト
・リード抵抗の値を求め、上記未知抵抗及び上記テスト
・リード抵抗の直列組み合わせの電圧降下を測定し、上
記電圧源電圧から上記電圧降下を減算して結果電圧を求
め、この結果電圧を上記所定基準抵抗器及び上記少なく
とも１個の保護抵抗器の組み合わせ値で除算して、上記
直列回路の定常電流を計算し、上記電圧降下を上記定常
電流で除算し、上記テスト・リード抵抗の値を減算して
上記未知抵抗の値を計算することを特徴とする抵抗値測
定方法。
【請求項２】　　上記未知抵抗の上記値を表示するステ
ップを更に行うことを特徴とする請求項１の抵抗値測定
方法。
【請求項３】　　上記少なくとも１個の保護抵抗器及び
上記テスト・リード抵抗の値を求めるステップは、上記
システムから上記未知抵抗を外して、上記少なくとも１
個の保護抵抗器及び上記テスト・リード抵抗の直列組み
合せの第１電圧降下を測定し、上記システムから上記未
知抵抗を外して、上記テスト・リード抵抗の第２電圧降
下を測定し、上記第１電圧を上記直流電圧源の電圧から
減算し、その差を上記基準抵抗器の値で除算して、上記
システムから上記未知抵抗を外した際の上記直列回路に
流れる初期電流の値を計算し、上記第２電圧を上記上記
第１電圧から減算し、その差を上記初期電流の値で除算
して、上記少なくとも１個の保護抵抗器の値を計算し、
上記第２電圧を上記初期電流の値で除算して、上記テス
ト・リード抵抗の値を計算することを特徴とする請求項
１の抵抗値測定方法。
【請求項４】　　上記少なくとも１個の保護抵抗器及び
上記テスト・リード抵抗の値を蓄積することを特徴とす
る請求項３の抵抗値測定方法。