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日　置　技　報　VOL.25 2004 NO.1

3290 クランプオン AC/DC ハイテスタ

広田 和彦 *1

1. はじめに

近年，自動化機械，電気自動車，燃料電池など，

直流電源が動力源として使われるようになり，直

流電流の計測機会が増えている．また，インバー

タの普及などにより，低周波測定の機会も増えて

きている．センサと表示部が一体化したいわゆる

ハンディタイプの交流/直流用クランプ電流計とし

て 3284， 3285， 3287， 3288 をラインナップしてき

た．一方，センサと表示部が分離している分離型

クランプ電流計の 3108-01， 3109-01 は発売以来 20年以上が過ぎ，インバータの普及などに伴い，求

められる周波数帯域が広くなってきたことで，対

応できないケースが出てきている．また，製品に

は高い安全性と耐ノイズ性を要求されてきてい

る．3290， 9691， 9692，9693 の組み合わせにより

大 2000 A までの測定および DC と 1 Hz からの測定

を可能にした安全設計の交流/直流用クランプ電流

計である．

2. 設計コンセプト

機構，配線が複雑に交わる機械内の電流計測に

おいて，表示部が一体化したクランプ電流計では，

表示部確認ができない場合がある．また，直流電

流測定および低周波電流測定の機会が増え，求め

られる機能も多くなってきている．これらが実現

可能なセンサと表示部を分離させた測定器を目的

として開発に着手した．

従来機種にあった電圧測定機能を搭載せず，市

場の多くの要望を実現させるために，電流測定用

途に絞った．また多機能なクランプ電流計とする

ために表示部を従来のアナログメータからディジ

タル表示にすることにした．

従来機種ではセンサと本体が１対になってお

り，被測定電路の電流値に合わせて２機種必要な

場合があった．本製品ではセンサ側に回路を搭載

し，調整することで，互換性を持たせることにし

た．これにより 1 台の 3290 で，複数のセンサを使

用することが可能となり，さらにセンサと本体の

組み合わせによる管理が不要となった．また，既

存の 3284， 3285， 3287 のクランプセンサ部分を流

用することで開発費用を極力抑えた．

従来機種の延長用中間ケーブルは 10 m (3108-01)および 30 m (3109-01) が限界であったが，本製品で

は鉄道車両関係での需要に応え 大 100 m まで可

能とした．また安全性と耐ノイズ性を満足し，国

内，外国の様々な環境で使用できる ＣＥ マーキン

グに対応しているクランプ電流計である．

3. 機能・特長

9691 (100 A定格 )， 9692 (200 A定格 )， 9693 (2000A 定格 ) と 3 機種のセンサを用意し，被測定電路の

電流値に応じて，あるいはクランプするスペース

が狭いまたはケーブルが太いなど被測定電路の状

況に応じてセンサを選択することができる．3290ではセンサの識別信号により定格を認識し，自動

的にレンジ処理を行っている．各測定のレンジ構

成を表１に示す．

3.1 センサ (9691， 9692，9693)

3290クランプオン AC/DCハイテスタ

要　旨

3290 クランプオン AC/DC ハイテスタは 9691， 9692，9693 クランプオン AC/DC センサ

と組み合せて使用するセンサと本体 ( 表示部 ) が分離した多機能なディジタルクランプ電

流計である．ここに製品の特長、構成について説明する．

3290 の外観

*1 技術部 第 3 研究室

2

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3290 クランプオン AC/DC ハイテスタ

(1) 金属露出のないセンサ

安全性を重視した設計でセンサ部すべてをプラ

スチックで覆ったため金属露出がない．

(2) 薄いセンサ (9691) 狭い場所でもクランプできるようにセンサの

厚さを 10 mm としている．またセンサの開閉構造

は両開きになっているため，被測定電路に応じて

開閉でき，よりクランプしやすくなっている．

(3) センサロック機能 (9691) 測定中，振動・衝撃によるセンサ先端部の開き

を防止するため，簡易ロック機構を付けた．

(4) 中間ケーブル

5 m， 10 m， 20 m， 30 m， 50 m， 100 m の中間ケー

ブルを用意．製品仕様に影響を及ぼすことなく，セ

ンサケーブルを延長して測定が可能．

3.2 3290

(1) 低周波電流測定

インバータ 2 次側など 1 Hz からの低周波電流測

定が可能．

(2) 交流測定において測定応答時間切替

通常の応答時間 (0.8 s) の他に，測定応答が早い

測定をしたい場合には FAST (0.2 s)，低周波電流測

定をする場合には SLOW (8 s) というような 3 段階

の切替が可能．

(3) 2 出力

2 つの出力端子を持つことにより，電流測定の出

力を得ながら周波数測定の出力も得る，あるいは

電流波形を観測しながら，実効値記録の動きも得

るといったことが可能．

(4) AC，DC 分離機能

AC 電流と DC 電流が混在した電流ラインから，

AC 電流の実効値出力と DC 電流の出力を 2 つの出

力端子から分離して得ることが可能．

表 1 クランプセンサ

センサ 組み合せ

使用センサ測定可能導体径

定格入力 出力レート 測定レンジ大表示 出力レート 周波数帯域

(-3 dB)通常測定 ピーク測定

9691 φ35 mm100 Arms 150 Apeak 1 V/100 A

20.00 A 25.00 A 50.0 A 100 mV/A10 kHz

200.0 A 105.0 A 150.0 A 10 mV/A

9692 φ33 mm200 Arms 300 Apeak 2 V/200 A

20.00 A 25.00 A 50.0 A 100 mV/A20 kHz

200.0 A 210.0 A 300.0 A 10 mV/A

9693 φ55 mm2000 Arms 2840 Apeak 2 V/2000 A 200.0 A 250.0 A 500 A 10 mV/A 15 kHz

9691 の外観

9692 の外観

9693 の外観

3

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(5) ピークホールド機能

機器始動時の突入電流の波高値がわかるピーク

ホールド機能．アナログ回路によるピーク検出．

(6) フィルタ機能

インバータ 2 次側のキャリア成分をカットして

基本波の測定を行う場合に有効．

(7) 測定方式切替

ひずみ波を正確に測定できる真の実効値方式

(RMS) と正弦波を正確に測定できる平均値整流実

効値指示方式 (MEAN) を切替えることが可能．

(8) 電池消耗警告信号

電池消耗警告マークが点灯すると警告信号出力

を Hi から Lo にする機能．長時間，出力測定中に

電池消耗警告が出てしまった場合，データ信頼性

の判断が可能．

(9) 設定保存機能

頻繁に使う設定を保存し，以後の電源投入時ご

とに設定するという煩わしさをなくすことができ

る．

4. 構成

4.1 センサ (9691， 9692，9693)

(1) センサ部

9691， 9692， 9693それぞれ 3287， 3284， 3285のセ

ンサ部分を流用している．1) 2)

(2) 筐体部

9691 の筐体裏面にはセンサの開閉をロックする

簡易ロック機構を搭載している ( 図１ )．これは，

測定中の振動などにより測定誤差の原因となるセ

ンサ部の開きを防止するためである．

ツマミを操作することによりセンサ部の動作を

抑制することができるため，多少の振動や衝撃が

加わる設置条件においてもセンサ部の開きに起因

する測定誤差を防止することができる．

(3) 回路部

図 2 にセンサのブロック図を示す．

直流電流測定を行なうため，電流検出センサに

はホール素子を用いている．3290 から供給される

電源から定電流回路を構成しホール素子を駆動さ

せている．これにより被測定電路をクランプする

ことで電路の電流に比例したホール出力電圧が得

られる．この電圧を増幅し，出力アンプを通じ出

力している．(9691: 1 V / 100 A， 9692: 2 V / 200 A，

9693: 2 V / 2000 A)ホール出力電圧は負の温度係数を持つため，回

路内で傾きを補正している．図 15 に示すように，

この補正により 0 ～ 40°Cの範囲で感度変化は極力

抑えられるようになる．

しかし，ホール素子の持つ不平衡電圧 ( オフセッ

ト電圧)の温度特性には固体差があるため回路など

による補正を行っていない (0～ 40°C， 23°C基準に

おいて、9691: typ. ±0.2 A，9692: typ. ±1.0 A，9693:

図 1 9691 センサ部簡易ロック機構

センサロック操作面 内部構造

ロック動作状態図

ロック用スライド部品（上下に移動）

位置決めガイド

センサ

開閉レバー

操作ツマミ

センサ端部を押えこむ

センサ開閉中心軸

レバー回転軸

4

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ÅD

typ. ±1.0 A)．そのため温度変化のある環境下での直

流電流測定，特に小さな電流を測定する際にはあ

らかじめ，センサの持つ温度特性をつかんでおく

ことが測定上の誤差を把握するためには重要であ

る．

その他，3290 に接続するだけで３種類のセンサ

を認識できるように識別信号を持たせている．

4.2 3290

(1) 筐体

下ケースや LCD パネルなどは既存製品を流用

し，上パネルとラバーキーのみ新規設計とした．

(2) 回路部

図 3 に 3290 ブロック図を示す．

• 入力部

センサ出力に合わせ，3290 は電圧入力になって

いる．センサ識別信号および入力信号の大きさに

よりマイコン制御にてレンジ選択を行っている．

• 直流測定回路部

直流に重畳している交流分除去のために，ロー

パスフィルタ(LPF)を入れている．これにより3284，3285 ではできなかった半波や全波波形の平均値測

定が可能となった．また，16 bitA/D 変換器を採用

することで，低入力時では極性判別誤差による測

定誤差が大きかった 3284，3285 の問題も解消でき，

低入力の電流測定が可能となった．

直流測定においてセンサの帯磁や測定環境下の

温度変化によるオフセット電圧などは測定誤差の

要因となる．測定前のゼロアジャスト操作により，

マイコンからゼロからの誤差分の補正データを D/A 変換器を通して，入力部にフィードバックし，表

示値および出力値がゼロになるようにしている．

• 交流測定回路部

真の実効値測定方式と平均値検波実効値指示方

式による測定の選択が可能．歪み波形の測定が可

能な真の実効値測定回路では，回路内部コンデン

サの切替により測定応答時間を切替えることがで

きる (FAST， NORMAL， SLOW)．過渡的な電流測

定を行う際には，FAST モードでの測定で対応がで

きる．また，1 Hz からの測定においては AC+DCモードの SLOW で測定を可能としている．

• ピーク検出部

3284， 3285 と同様にアナログ回路による検出方

法をとっている．3)

• 周波数測定部

入力信号を波形整形 ( パルス化 ) し，CPU 内部の

8 bitA/D 変換器に入力している．一定期間内ゲート

を開き，その中のパルス数をカウントして，演算

処理後周波数表示している．波形整形はゼロクロ

ス検出によるため，入力を増幅後 LPF により高い

周波数成分をカットし，基本波の周波数測定が正

確に行えるようにしている．

• 出力回路部

出力項目には電流測定の記録 (REC 出力 )，波形

(MON 出力 )，周波数測定の記録 (REC 出力 )，電池

消耗警告信号 (B.Lo 出力 ) がある．出力端子を２つ

設けたことにより，電流波形を観測しながらの実

効値記録，周波数記録を取りながらの電流記録あ

るいは直流と交流が混在した波形からの直流と交

流の分離出力など様々な用途に対応できるように

なっている．また，長時間記録中の電池消耗によ

り出力値変化があった場合についても，どこまで

のデータに信頼性があるのか，B.Lo 信号を監視す

ることで確認が可能である．

• 電源部

図 4 に電源部回路のブロック図を示す．

IC レギュレータとダイオードの順方向電圧を利

用し，AC アダプタ (DC 9 V) と電池 (DC 6 V) に対

応した設計になっている．電池が挿入されている

場合でもACアダプタの電源が優先されるようにし

定電流回路

アンプ

ゼロ調整回路

ゲインアンプ

出力アンプ

ホール素子

出力端子

本体からの電源供給〈±5 V)

センサ識別信号

感度調整回路

9691，9692：1個 9693：2個

図 2 9691，9692，9693 ブロック図

5

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ているが，停電時には電池によりバックアップさ

れる．また，復電時には AC アダプタの電源に切り

替わるようになっている．

外部出力を 大 ±4 V まで可能としているため，

電池 (DC6 V) から ±5 V 程度の電源を作る必要があ

る．さらにセンサへの電源供給も必要なため，倍

電圧回路および極性反転回路などを使用し，電流

容量の確保と電池寿命の長時間化に対応する設計

になっている．

(3) ソフトウェア

• 測定システム

(a) 測定詳細

1 回の測定は 250 ms で行われる．測定の流れを

以下に示す．

A/D サンプリング

↓

電流値演算

↓

周波数測定 ( 周波数表示，周波数出力のみ )↓

表示

(b) A/D サンプリング

160 回の A/D サンプリングを行い，A/D 値を加

算する．

なお，周波数表示，および周波数出力時では，

128 回のサンプリングを行い，A/D 値を加算する．

また，ピーク測定では，ピーク検出回路の HOLD値を 1 回サンプリングする．

(c) 電流値演算

加算したA/D値をサンプリング数で割ることで，

平均化を行う．

なお，DC 測定では，平均化した値を用い，４つ

の値を使用して移動平均処理を行う．

また，ピーク測定では，平均化処理を行わない．

(d) 周波数測定

1 Hz から 1000 Hz の範囲の測定を行う．

図 3 3290 ブロック図

SignalIN

ＡＣ結合

ピーク検出

RMS/DC変換

コンパレータ

ゼロ調整補正信号

DCAC+DC

AC

周波数測定

REC(Hz)

レンジアンプ

OFF

ON

ＬＰＦ ゲインアンプ

RMS

MEAN

ACAC+DC

DC

SLOW

NORMAL

FAST

レートアンプ

16 bitA/D

変換器

10 bitD/A

変換器

ＣＰＵ

Normal

Peak

ＬＰＦ

出力アンプ

MON

REC(A)

出力アンプ

REC(A)

B.Lo

RECフィルタfc=1Hz

OFF

ON

電池消耗警告信号

ＬＰＦ

加算回路

出力端子１

センサ識別信号

出力端子２

フィルタ500Hz

全波整流回路

図 4 ブロック図 ( 電源部回路 )

ＡＣアダプタ

+8 Vﾚｷﾞｭﾚｰﾀ

電池1.5 V×4本

9 V±5%

ＤＣ－ＤＣコンバータ

倍電圧回路

ＤＣ－ＤＣコンバータ

極性反転

+5 Vﾚｷﾞｭﾚｰﾀ

-5 Vﾚｷﾞｭﾚｰﾀ

VCC.A (+5 V)

VEE.A (-5 V)

+2.495 V基準IC

+3.5 V作製

VCC.B (+3.5 V)

ＯＰアンプ

VEE.B (-3.5 V)

9445-02

極性反転

コモンモード

フィルタ

6

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周波数表示では，測定した周波数を用い，8 つの

値を使用して移動平均処理を行う．

なお，周波数出力では，10 bitD/A 変換器により

周波数表示に合わせた出力を行う．

(e) 表示

1 回の測定は 250 ms (FAST) で行い，NORMAL

は 2 回の平均，SLOW は 12 回の平均を表示する．

• 設定保存機能

HOLD キーを約 2 秒長押しすると，現在のモー

ドやレンジ等を E2PROM に保存する．これにより，

保存したモードやレンジ等で起動することができ

る．

なお，3290 採用の E2PROM では，100 万回の設

定保存が可能である．

5. 特性

3290 の入力は電圧入力．レンジはセンサごとに

異なるため，H レンジ，L レンジで記載．

3290・電流表示確度 (DC 入力 ) ( 図 5)・電流表示確度 (AC 入力 ) ( 図 6)・電流 MON 出力確度 (DC 入力 ) ( 図 7)・電流 MON 出力確度 (AC 入力 ) ( 図 8)

・電流 REC 出力確度 (DC 入力 ) ( 図 9)・電流 REC 出力確度 (AC 入力 ) ( 図 10)・電流周波数特性 (MON 出力 )( 図 11)センサ

・出力確度 (DC 入力 ) ( 図 12)・出力確度 (AC 入力 ) ( 図 13)・周波数特性 ( 図 14)・感度の温度特性 (AC 入力 )( 図 15)・導体位置の影響 ( 図 16)

図 5 電流表示確度 (DＣ 入力 )

-3

-2

-1

0

1

2

3

0.01 0.1 1 10

DC入力[Ｖ]

誤差

[％] DC（Lﾚﾝｼﾞ）

DC(Hﾚﾝｼﾞ)

AC+DC（Lﾚﾝｼﾞ）

AC+DC(Hﾚﾝｼﾞ)

図 6 電流表示確度 (AC 入力 )

-3

-2

-1

0

1

2

3

0.01 0.1 1 10

AC入力[Ｖ] 55Hz

誤差

[％] AC（Lﾚﾝｼﾞ）

AC(Hﾚﾝｼﾞ)

AC+DC（Lﾚﾝｼﾞ）

AC+DC(Hﾚﾝｼﾞ)

-3

-2

-1

0

1

2

3

0.01 0.1 1 10

DC入力[Ｖ]

誤差

[％] DC（Lﾚﾝｼﾞ）

DC(Hﾚﾝｼﾞ)

AC+DC（Lﾚﾝｼﾞ）

AC+DC(Hﾚﾝｼﾞ)

図 7 電流 MON 出力確度 (DC 入力 )

-3

-2

-1

0

1

2

3

0.01 0.1 1 10

AC入力[Ｖ] 55Hz

誤差

[％] AC（Lﾚﾝｼﾞ）

AC(Hﾚﾝｼﾞ)

AC+DC（Lﾚﾝｼﾞ）

AC+DC(Hﾚﾝｼﾞ)

図 8 電流 MON 出力確度 (AC 入力 )

-3

-2

-1

0

1

2

3

0.01 0.1 1 10

DC入力[Ｖ]

誤差

[％]

AC+DC（Lﾚﾝｼﾞ）

AC+DC(Hﾚﾝｼﾞ)

図 9 電流 REC 出力確度 (DＣ 入力 )

7

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-3

-2

-1

0

1

2

3

1 10 100 1000 10000

ＤC入力[Ａ]

誤差

[％]

9691

9692

9693

図 12 センサ出力確度 (DC 入力 )

-15

-10

-5

0

5

0.01 0.1 1 10 100 1000 10000 100000

入力周波数[Ｈｚ]

ｇain

[ｄＢ

]

AC

AC+DC

図 11 電流周波数特性 (MON 出力 )

-3

-2

-1

0

1

2

3

0.01 0.1 1 10

AC入力[Ｖ] 55Hz

誤差

[％] AC RMS（Lﾚﾝｼﾞ）

AC RMS(Hﾚﾝｼﾞ)

AC MEAN（Lﾚﾝｼﾞ）

AC MEAN(Hﾚﾝｼﾞ)

図 10 電流 REC 出力確度 (AＣ 入力 )

-3

-2

-1

0

1

2

3

1 10 100 1000 10000

ＡC入力[Ａ] 55Hz

誤差

［％

］

9691

9692

9693

図 13 センサ出力確度 (AC 入力 )

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

5

1 10 100 1000 10000 100000

周波数[Ｈｚ]

ｇａｉｎ

[ｄＢ

]

9691

9692

9693

図 14 センサ周波数特性

-3

-2

-1

0

1

2

3

-40 -20 0 20 40 60 80

温度[℃]

偏差

[％]

9691

9692

9693

図 15 センサ感度の温度特性 (AC 入力 )

(23°C 基準 )

-2.0

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

0 45 90 135 180 225 270 315

導体の位置[deg]

偏差

[％]

9691

9692

9693

図 16 センサ導体位置の影響

A B C D E F G H

基準

AB

DE

F

G

H

( センサ導体位置 )

C

8

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6. おわりに

　3290， 9691， 9692，9693 は 3108-01， 3109-01 の単

なる置き換えにとどまらず，ハンディタイプの電

流計では実現できなかった機能を搭載した多機能

な分離型の電流計である．分離型を必要とする

ユーザばかりでなく，低周波からの電流測定や測

定解析が必要なユーザなどさまざまな分野で幅広

く活用していただければ幸いである．

長沢 広輝 *2，峯村 和孝 *2，北澤 真喜男 *2

塩野入 健一 *3

参考文献

1) 広田 和彦 :3287， 3288クランプオンAC/DCハイ

テスタ，日置技報，VOL.22 2001 No.1，31 (2001)2) 広田 和彦 :3284， 3285クランプオンAC/DCハイ

テスタ，日置技報，VOL.20 1999 No.1，74 (1999)3) 広田 和彦 :3284， 3285クランプオンAC/DCハイ

テスタ，日置技報，VOL.20 1999 No.1，75/76(1999)

*2 技術部 第 3 研究室　

*3 技術部 第 10 研究室