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 mF@ 1 kHz 容量 C (F) 1m 1m 1n 高周波化の必要性は？ 1p 1k 10 k 100 k 1 M 周波数 f (Hz) 10 M 産業界における高周波キャパシタンス標準の需要高周波領域産業界には需要がある！ 1 MHz 8.7 % 100 kHz 3.7 % 10 kHz 4.9 % 1 kHz 51.9 % 50 – 400 Hz 30.9 % JCSS認定範囲 1 pF ~ 10 mF @ 1 kHz （予定も含む） 49 % 日電検の周波数別標準キャパシタ校正実績(H14-16年度)による高周波化に伴う技術的問題点 Cm Lc Lp Hp Zm  Hc r1 r5 r6 r4 l1 l5 r2 l6 l4 c1 r3 l2 C l3 c2 1 + r1 + jl1 + ・・・ jC 特に高周波では、寄生インピーダンスの影響著しい C = Cm 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 C 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 f 1 kHz 評価には２つの方式がある寄生インピーダンスの評価方法等価回路方式 † Z行列方式＊各々のインピーダンスを測標準器内部をブラックボックス化定により求め、等価回路計 V1 V2 V3 V4 算により値を推定 I 1 I2 I3 I4 V1   Z11 Z12 Z13 Z14   I1  V   Z Z Z Z   I   2    21 22 23 24   2  V3   Z 31 Z 32 Z 33 Z 34   I 3       V Z Z Z Z  4   41 42 43 44   I 4  方法 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 † R. N. Jones, NBS Technical Note 1024 (1980). ＊ K. Suzuki, IEEE Trans. Instrum. & Meas. 40, 420 (1991). 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 C 値付けには校正装置が必要 1 kHz f 標準器から校正器物への値付けブリッジによる比較法 S DUT 評価された標準器１つ用意 0.1 mF LCRメータによる置換法 S DUT 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/jCDUT) 1-N D ZREF N (=1/jCREF) Z DUT : Z REF  1  N : N  CDUT  N   CREF    1 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 VN VN-1 V1 V0 VN VN-0.5 VN-1 V1.5 V1 V0 V0.5 同軸ケーブル外部導体高周波化：漂遊容量無視できなくなる同軸ケーブル内部導体なるべく近い電位で巻線を覆う ⇒ 漂遊容量の抑制 NMIJにおける標準整備計画標準項目 2008年 2009年 2010年誘導分圧器 100 kHz キャパシタンス - 100 kHz 1 MHz 交流抵抗 - 100 kHz 1 MHz 1 MHz 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。周波数特性の評価方法校正器物の校正方法等価回路方式 Z行列方式ブリッジによる比較法 LCRメータによる置換法 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 • 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。