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計量標準総合センター　電気標準第１研究室 坂本　憲彦

キャパシタンス標準の 高周波化に対する今後の展開. 計量標準総合センター　電気標準第１研究室 坂本　憲彦. NMIJ におけるキャパシタンス標準の整備状況. 現在の整備領域 ： 10 pF~1 m F@ 1 kHz. 1 m. 1 m. 容量 C (F). 1 n. 高周波化の 必要性は？. 1 p. 1 k 10 k 100 k 1 M 10 M. 周波数　 f (Hz). 高周波領域. 産業界における高周波キャパシタンス標準の需要. 1 MHz 8.7 %. 100 kHz 3.7 %.

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Presentation Transcript

  1. キャパシタンス標準の 高周波化に対する今後の展開 計量標準総合センター　電気標準第１研究室 坂本　憲彦

  2. NMIJにおけるキャパシタンス標準の整備状況 現在の整備領域 ： 10 pF~1 mF@ 1 kHz 1 m 1 m 容量 C (F) 1 n 高周波化の 必要性は？ 1 p 1 k 10 k 100 k 1 M 10 M 周波数　f (Hz)

  3. 高周波領域 産業界における高周波キャパシタンス標準の需要 1 MHz 8.7 % 100 kHz 3.7 % 10 kHz 4.9 % 50 – 400 Hz 30.9 % 産業界には 需要がある！ JCSS認定範囲 1 pF ~ 10 mF @ 1 kHz （予定も含む） 49 % 1 kHz 51.9 % 日電検の周波数別標準キャパシタ校正実績(H14-16年度)による

  4. Cm Lc Lp Hp Hc r6 r5 r1 r4 特に高周波では、 寄生インピーダンス の影響著しい C = Cm l6 l5 l1 l4 r3 l3 r2 l2 c2 c1 高周波化に伴う技術的問題点 + r1 + jwl1 + ・・・ C

  5. C f 1 kHz 寄生インピーダンスの高周波化への寄与 寄生インピーダンスが 周波数特性を決める 寄生インピーダンスを ｢評価する｣必要がある 評価には２つの方式がある

  6. V1 I1 V2 I2 V4 I4 V3 I3 Z行列要素をﾈｯﾄﾜｰｸｱﾅﾗｲｻﾞで測定後、 計算により値を推定 寄生インピーダンスの評価方法 †R. N. Jones, NBS Technical Note 1024 (1980). ＊K. Suzuki, IEEE Trans. Instrum. & Meas. 40, 420 (1991).

  7. C f 1 kHz 標準器から校正器物への値付け 標準器 （S） 校正器物 （DUT） 周波数特性 ： 既知 値付けには 校正装置が必要

  8. 標準器から校正器物への値付け 0.1 mF 評価された標準器 １つ用意 評価された標準器 各公称値ごとに用意 ・・ 1 nF 1 nF 1 nF 1 nF ・・ ・・ ・・ ・・ ・・ ・・ 1 pF 1 pF 1 pF 容量範囲拡張が可能 校正プロセスが簡易

  9. 測定原理 – ブリッジによる比較法 A. Awan et al., IEEE Trans. Instrum. & Meas. 50, 282 (2001). ZDUT (=1/jwCDUT) 1-N D ZREF (=1/jwCREF) N 分圧比 Nが分かれば CDUTが求まる　 高周波用誘導分圧器による分圧比の校正が必要

  10. VN VN-0.5 VN-1 VN VN-1 V1.5 V1 V0.5 V0 V1 同軸ケーブル外部導体 同軸ケーブル内部導体 V0 高周波用誘導分圧器の開発 • 開発のための工夫例 : 漂遊容量抑制のための特殊な巻線 高周波化： 　漂遊容量無視できなくなる なるべく近い電位で巻線を覆う ⇒ 漂遊容量の抑制

  11. NMIJにおける標準整備計画 初期目標 高周波用誘導分圧器の開発 寄生インピーダンス評価法の検討・確立 最終目標（2010年） 　　・ 高周波用ブリッジ回路を開発し、標準供給を開始したい

  12. まとめ • NMIJのキャパシタンス標準供給は、現在１ kHzに限定されているが、産業界には1 kHz - 1 MHz領域にも需要がある。 • 高周波化を実現する技術として以下の手法が挙げられる。 • NMIJでは、 キャパシタンス標準高周波化を実現できる最適な諸技術を検討・開発し、2010年までに1 MHzにおけるキャパシタンス標準供給を開始する。 NMIJ 今後の方針 比較・検討 交流ブリッジ回路を構築する予定

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