JPH0734020B2 - 熱電型交直流変換器の精密比較装置 - Google Patents

熱電型交直流変換器の精密比較装置

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JPH0734020B2
JPH0734020B2 JP2271861A JP27186190A JPH0734020B2 JP H0734020 B2 JPH0734020 B2 JP H0734020B2 JP 2271861 A JP2271861 A JP 2271861A JP 27186190 A JP27186190 A JP 27186190A JP H0734020 B2 JPH0734020 B2 JP H0734020B2
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源太 米崎
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は、交流電源及び直流電源等の精密測定を行う
際に用いられる熱電型交直流変換器の比較装置に関す
る。
(従来の技術) 直流測定では電圧標準はジョセフソン電圧標準装置によ
って与えられるが、交流測定ではこれと同様に既知の交
流電圧(電流)を発生する装置はない。そこで、交流電
圧(電流)の精密測定には測定電圧とそれに等価な直流
電圧(電流)を交互に入力させたとき、等しい出力が得
られる装置を用いて、測定電圧(電流)の実効値を既知
の直流電圧(電流)と比較し、決定する方法が採られて
いる。この方法に用いられる装置には交流量を直流量に
変換する交直流変換器及び直流量と比較する交直流比較
器がある。
精密な直流量を得ることは可能であるから、この方法の
精度は主として交直流変換や交直流比較の誤差によって
定まる。これらの誤差を交直差と呼ぶことがあり、交直
差を決定することは交流電圧(電流)標準を確立するこ
とと殆ど同じ意味で使われている。
低周波交流電流、電圧標準については、従来熱電現象を
利用する熱電型交直流変換器(TE)と静電型トルク平衡
計器を利用する静電型交直流比較器が試みられている
が、両者を実用面から比較すると、熱電型交直流変換器
(TE)は構造が簡単で取扱いが容易であるので、低周波
交流(以下交流と略称する)電流・電圧標準器として実
用的な価値が高い。
この熱電型交直流変換器は、抵抗線(ヒータ)に電流を
長し、その温度上昇を熱電対で検出するものである。
熱電型交直流変換器の交直差δは、変換器のヒータに実
効値Iaなる交流電流とIdなる直流電流を交互に流したと
き、同じ大きさの出力が得られたとして、 δ=(Ia−Id)/Id (1) で定義される。
2個の変換器の精密比較は、この交直差の差を計測する
ことによって行なわれる。
従来、熱電型交直流変換器の交直差は差の二電圧計法の
原理に基づいて計測される。第5図(A)はこの方法に
よって電流比較を行なうときの接続方法を示す。変換器
TE1とTE2はコネクターで直列に接続し、TE1からは同軸
線で、電源に接続されている。したがって、同一電流が
これらの変換器に流れる。両者の熱起電力Eを精密デジ
タル電圧計(DVM1,DVM2)で同時に測定し、交直差の差
を計算機処理で求める。なお、TE2を電源側に置くと熱
環境が変わり、測定結果が異なる。
第5図(B)は電圧比較のときの接続方法を示す。変換
器は電流比較に用いたものと同一である。そのため、定
格電圧に応じた抵抗器が必要である。変換器と抵抗器を
接続したもの2対を図のように接続して、同一電圧を掛
け、電流比較と同様にして両者の熱起電力Eを精密デジ
タル電圧計で測定し、交直差の差を計算機処理で求め
る。
いまTE1の交直差δ、TE2の交直差δであるとし、TE
への直流入力をIdとすると、交直差の差(δ−δ
は二電圧計法の原理に従って近似的に次の式で与えられ
る。
δ−δ={(Ea2−Ed2)/ΔEd2−(Ea1 −Ed1)/ΔEd1}・ΔId/Id (2) ここで、Ea1、Ea2は実効値Iaなる交流電流を変換器TE
1、TE2に流したときに、TE1、TE2で発生する熱起電力、
Ed1、Ed2はIdなる直流電流を変換器TE1、TE2に流したと
きに、TE1、TE2で発生する熱起電力、ΔEd1、ΔEd2は直
流電流の微小変化ΔIdに対するTE1、TE2での熱起電力の
変化を示す。
なお、電圧比較についても同様な式で表わすことができ
る。
一方、第5図(A)、(B)に示すような変換器乃至抵
抗器は経年変化するので、標準を維持するには電流測定
の場合は変換器で、電圧測定の場合には変換器と抵抗器
で多数個の標準器群を構成し、この標準器群を比較測定
するためにこの中から特定の2個の標準器を選択する必
要がある。第5図(C)は6個の標準器群の中から特定
の2個を取り出して組み合わせて相互比較を行なう場合
の組み合わせ図であり、矢印方向は電流比較のときに電
源側に置く標準器を示す。
第6図は、二重圧計法による交直差の差を電流測定で行
なうための回路構成であり、スイッチS11により精密交
流電源Vaから標準器TE1、TE2に交流電流を流す。また、
スイッチS12、S13で直流電源Vdより直流電流を流す。片
方の標準器を基準として他方の標準器(試験器と呼ぶ)
を試験し、上述のような多数個の標準器群の中から特定
の2個の標準器TE1、TE2を選択する。
また、直流電流Idの設定は次のようにして行う。ある周
波数の定格交流電流を試験器TE1に加え、熱起電力Eを
精密デジタル電圧計(DVM1)で測定し、次に接続を直流
電源に変え、直流電流順方向、同逆方向と加える。この
2回において、試験器の熱起電力の平均を取り、この平
均が上述の交流電流を加えた時の熱起電力の値に等しく
なるように直流電源を調節する。
更に、交直差の差を求めるためにEa1、Ea2、Ed1、Ed2
測定は次のように行なう。即ち、スイッチS11、S12、S
13により交流電流、直流電流順方向、同逆方向、交流電
流と順次通電し、このサイクルを数回繰り返してその都
度2個の精密デジタル電圧計DVM1、DVM2でTE1、TE2の熱
起電力を測定する。これにより、平均的なEa1、Ea2、Ed
1、Ed2を求める。
その後、スイッチS14によりTE1、TE2の入力電流熱起電
力特性の勾配ΔEd1/ΔId、ΔEd2/ΔIdを測定し、以上の
測定より式(2)より交直差の差(δ−δ)を計算
する。
以上の測定が終ると、同一標準器の組み合わせについ
て、同一定格交流電流で、周波数を変えて上記一連の測
定を繰り返して行なう。
(発明が解決しようとする問題点) しかし、以上のような従来の比較装置においては周波数
の設定等は手作業で行なわれており、このため非常な労
力と時間を要し、更にこのため誤動作の原因ともなって
いた。
また、上述のような多数個の標準器群の中からそれぞれ
2個づつを取り出して比較測定し、特定の2個の標準器
を選択する作業は手作業で行なわれており、このために
も非常な労力と時間を要し、更にこのため誤動作の原因
ともなっていた。
(問題点を解決するための手段) 以上の問題点を解決するため、この発明では交流電源
と、直流電源と、該電源切替器と、複数個の熱電型交直
流変換器群と、該変換器群の選択スイッチと、精密電圧
計と、上記交流電源の電圧、周波数並びに直流電源の電
流設定、電源切替器並びに選択スイッチの切替制御、比
較装置の測定並びに測定結果の判定を行なう制御・計算
器からなる熱電型交直流変換器の比較装置を提案するも
のである。
ここで、交流電源、直流電源としてプログラマブル電源
を使用することができる。
また、電流比較の場合には、変換器に接点を接続して選
択スイッチとし、更に電圧比較の場合には、変換器に抵
抗器を介して接点を接続して選択スイッチとする。
(作用) 以上要するに、この発明によれば交流電源の電圧、周波
数並びに直流電源の電流設定、電源切替器並びに選択ス
イッチの切替制御、比較装置の測定並びに測定結果の判
定の全てを制御・計算器で行なうため、従来のように手
作業による煩わしさがなくなり、このため誤動作等を防
ぐことができる。
また、この発明によれば複数庫の変換器群の全ての組合
せを短時間のうちに比較測定して、最も好ましい特定の
2個の変換器を選定することができる。
更に、この発明では変換器に直接或は抵抗器を介して接
点を接続して選択スイッチを構成することにより、配線
が固定し、動作が確実となり、測定精度を向上させるこ
とができ、また誤動作等を防ぐことができる。
また、電源としてプログラマブル電源を使用することで
電圧、周波数の設定が可能となる。
(実施例) 第1図は、この発明における電圧比較の場合の抵抗器と
変換器からなる標準器群とスイッチの関係を示す図で、
標準器の両端には図中黒点で示される接点列が設けら
れ、また接点列の一端にはスイッチS1、S2が設けられ、
接点列の他端にはスイッチS3、S4が設けられ、更にスイ
ッチS1とS3、スイッチS2とS4はとはそれぞれ機械的に結
合され、同じ番号の標準器を選ぶことができるようにし
てあり、例えばN個の標準器群について第5図(C)の
組合せ規則に従って、スイッチS1とS3はJ番目、スイッ
チS2とS4はK番目の標準器に接続し、この状態で精密電
源から同一電圧が印加される。
第2図は、この発明における電流比較の場合の変換器か
らなる標準器群とスイッチの関係を示す図で、標準器に
対する接点列、スイッチの関係は第1図と同様である
が、スイッチの接続方法が異なる。即ち、2個の標準器
には第5図(A)に示すように電流が流れ、且つ2個の
標準器の熱的環境が一定とする必要がある。例えば、第
5図(C)に示した組合せの規則に従ってスイッチS1と
S3でJ番目、スイッチS2とS4はK番目の標準器を選び、
電流はスイッチS1→標準器J→スイッチS3→スイッチS2
→標準器K→スイッチS4と流れるようにする。即ち、両
標準器J、Kに同一方向で同一電流が流れるようにす
る。
なお、ここでスイッチS1とS3、S2とS4が同じ標準器の接
点を選んでショートしても、標準器の内部抵抗より大き
な抵抗値を持つ抵抗器(図示せず)を電源側に挿入して
装置に損傷を与えないようにしてある。
また、スイッチS0で電源をダミー抵抗に接続した後、ス
イッチS1〜S4を切換えるようにしてもよい。
第3図は、電圧比較の場合のより具体的な結線図を示
し、変換器と抵抗器からなるN個の標準器群にはスイッ
チS1〜S4までの接点列がある。例えば、第5図(C)に
示す組合せの規則に従ってスイッチS1とS3はJ番目、ス
イッチS2とS4はK番目の標準器を選ぶ。標準器Jの熱起
電力を測定するため、スイッチS5は一つの精密デジタル
電圧計(図示せず)を標準器Jの出力端子に接続する。
同じく、スイッチS6は他の電圧計(図示せず)を標準器
Kの出力端子に接続する。ここで、スイッチS5とS6は雑
音の少なく、再現性の良いものを使用する。また、スイ
ッチS3とS4はスイッチS1とS2に連動させてあるため、電
圧測定には特に移動させる必要がないが、電流測定の場
合はスイッチS1とS2とは独立して移動させる必要があ
る。
なお、比較測定の組合せはJとK、KとLと順次移って
いくので、L番目の標準器は測定前にスイッチS7で測定
に必要な十分な予備加熱を行うようにする。
第4図は、この発明に係る比較装置の概略図であり、1
はプログラマブル電源で構成される精密交流電源、2は
プログラマブル精密交流電源、3は電源切替器、4は制
御器、5は計算器、DVM1及びDVM2は精密デジタル電圧
計、S0、S1、S2、S3…は標準器群のスイッチを示す。
なお、精密交流電源1の周波数設定は、精密交流電源2
の電流の設定、切替器3及びスイッチS0、S1、S2、S3…
の切換え制御は制御器4で行ない、精密デジタル電圧計
DVM1及びDVM2の測定、測定結果の判定は計算器5で行な
うようにしてある。
精密交流電源1としてプログラマブル電源を使用する場
合には、周波数の設定はソフトウェアで行なう。
次に、この比較装置を用いた交直差の差の測定手順を示
すが、これは先に詳しく述べたので、ここでは概略を示
すに留める。
(a)第1〜3図に示すようにして、標準器群の中から
特定の2個の標準器を選定する。
(b)次に、ある周波数の定格交流電圧を交流電源1に
設定し、選定された2個の標準器を十分予備加熱した
後、精密デジタル電圧計DVM1で試験器の熱起電力を測定
する。次に直流電源2に接続を変え、直流順方向、逆方
向の熱起電力の平均値を取る。この平均値を上述の交流
熱起電力にある程度等しくす。熱起電力の調節は交流電
源の電圧を変えることにより行う。これが熱起電力の調
節である。
(c)更に交直差の差の測定について述べると、交流、
直流順方向、逆方向、交流とこのサイクルを数回繰り返
し、その後マーカー抵抗により標準器の入出力特性の勾
配を求め、計算器5で処理し、結果を得る。
以上の測定(c)を数回行い、測定値の標準偏差が、あ
る限界以内ならば、同一定格電圧で他の周波数に換え、
上記の過程(b)、(c)を行う。
各周波数での測定が終ると、他の2個の標準器の予備加
熱が終っているので、この標準器について熱起電力の調
節から上記の測定を繰り返す。
(発明の効果) 以上要するに、この発明によれば制御・計算器で制御、
測定、結果判定の全てを行なうため、従来のように手作
業による煩わしさがなくなり、しかも誤動作等を防ぐこ
とができる。
また、この発明によれば複数個の変換器群の全ての組合
せを短時間のうちに比較測定して、最も好ましい特定の
2個の変換器を選定することができる。
更に、配線が固定し、動作が確実となり、測定精度を向
上させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、この発明における電圧比較の場合の標準器選
択回路、第2図は、電流比較のときの標準器選択回路、
第3図は、電圧比較の場合のより具体的な結線図、第4
図はこの発明に係る比較装置の概略図、第5図(A)は
電流比較のときの接続法と標準器群の構成を示す図、第
5図(B)は電圧比較のときの接続法と標準器群の構成
を示す図、第5図(C)は6個の標準器群の組合せ規則
の一例を示す図、第6図は従来の比較装置を示す図であ
る。 図中、1は精密交流電源、2は直流電源、3は電源切替
器、4は制御器、5は計算器、DVM1及びDVM2は精密デジ
タル電圧計、S0、S1、S2、S3…は標準器群のスイッチ。

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流電源と、直流電源と、該電源切替器
    と、複数個の熱電型交直流変換器群と、該変換器群の選
    択スイッチと、精密電圧計と、上記交流電源の電圧、周
    波数並びに直流電源の電流(電圧)設定、電源切替器並
    びに選択スイッチの切替制御、比較装置の測定並びに測
    定結果の判定を行なう制御・計算器からなることを特徴
    とする熱電型交直流変換器の比較装置。
  2. 【請求項2】交流電源と直流電源としてプログラマブル
    電源を使用する特許請求の範囲第1項記載の比較装置。
  3. 【請求項3】変換器に接点を接続して選択スイッチとす
    る特許請求の範囲第1項記載の比較装置。
  4. 【請求項4】変換器に抵抗器を介して接点を接続して選
    択スイッチとする特許請求の範囲第1項記載の比較装
    置。
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