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テスターの内部抵抗 電流・電圧・抵抗の関係は電気工作をする上でとても大切で、実際に動作しているの |
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| 電圧計や電流計の基本は？ アナログ式の指示器は、コイルに流れる電流が発生する磁界と永久磁石の作用で指針を作動させる可動コイル形指示計か可動鉄片型指示計が基本になっています。 つまり、コイルに電流を流す事によって磁気を生じさせ、その磁気の大きさによって針を動かす力を得ています。（電磁石で金属を引き付ける事と同じと考えてよい） 例えば1ｍＡを流すとフルスケールする指示計が１００Ωの内部抵抗（コイルの抵抗）を持っている場合、そのまま使えば0.1Ｖを加えると1ｍＡが流れます。目盛りを換えれば最大0.1Ｖの電圧計でもあります。 この計器に３Ｖを加えたら30ｍＡ（0.03Ａ）が流れますので計器は壊れます。 で、 分圧器とか倍率器と呼ばれる補助器を付けます。 分流器は計器のコイルに定められた電流以外はバイパスするようにします。つまり例の場合、30ｍＡの内29ｍＡをバイパスし１ｍＡだけコイルに流れるようにするのです。 また、倍率器はコイルに定められた電圧が加わり、オーバーの分を引き受けるモノで、例の場合、2.9Ｖを引き受け0.1Ｖだけコイルに加わるようにします。 この、分流器や倍率器を切り替えて使うのがマルチテスターになります。 |
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倍率器 １ｍＡで１００Ωの抵抗を持つ指示形を例にとります。
a-b間の電圧は Ｅ＝ＩＲ で有るから Ｅ＝０．００１Ｘ１００＝０．１（Ｖ） そうするとb-c間で残りの４．９（Ｖ）にすればいいのですから Ｒ＝Ｅ／Ｉ によって Ｒｓ＝４．９／０．００１＝４９００（Ω） となります。 同様に５０Ｖの場合はＲｓで４９．９Ｖを発生させればいいと考えると ４９．９／０．００１＝４９９００Ω＝４９．９ｋΩの抵抗を接続します。 このように測定範囲に応じた倍率器Ｒｓを切り替える事によってテスターは各電圧を測定できます。 |
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分流器 １ｍＡで１００Ωの抵抗を持つ指示形を例にとります。
これで３０ｍＡと１Ａを測定する為のＲｓを算出してみましょう。 まず、３０ｍＡを流そうとするとa-Rs-cに２９ｍＡを流さなければなりません。 Ｖａｃ＝ＩＸＲ＝０．００１Ｘ１００＝０．１（Ｖ） で、０．１Ｖを加えて２９ｍＡを流すＲｓは Ｒ＝Ｅ／Ｉ＝０．１／０．０２９＝３．４４８・・（Ω）四捨五入して３．５Ωとなります。 同様に１Ａは Ｒｓに０．９９９Ａを流せばよいのですから、 ０．１／０．９９９＝０．１００１・・およそ０．１Ωの値にＲｓを設定します。 |
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測定器の誤差発生について
左図（図３）にオームの法則を適用してみましょう。 まず電池から流れる電流値は Ｉ＝Ｅ／Ｒで有るから Ｉ＝３／（２００+１００） ＝０．０１（Ａ） 次に１．のＶab（ａーｂ間の電圧）を求めると Ｖab＝ＩＸＲ＝０．０１（Ａ）Ｘ２００（Ω）＝２（Ｖ） 更にＶbc＝０．０１（Ａ）Ｘ１００（Ω）＝１（Ｖ） となります。 だから Ｖac＝２（Ｖ）＋１（Ｖ）＝３（Ｖ） となって、電池の電圧と同じになります。 ここで↑で計算した５Ｖ電圧計で測ってみましょう。
ｒ＝１００、Ｒｓ＝４９００ でしたね。 と言う事はＭａ-Ｍc間は５ｋΩ（５０００Ω）です。 図４が内部抵抗ｒと倍率器Ｒｓを置き換えたものです。 ここで、Ｒ＝ｒ＋Ｒｓ＝５ｋΩです。 さて、図３の回路にテスターを触れると図４になる訳ですが、ちょっと考えましょう。 抵抗Ｒが図３の回路に加わる事になります。 すると Ｖabや、Ｖacを測る時、元の抵抗に５ｋΩが並列に入ります。と言う事は、電池から見た場合の電流値は図３で計算した値と異なってきます。 Ｖabの時 ab間の抵抗値は200Ｘ5000／(200+5000)≒192.30Ω ac間では292.3Ωですから Ｉ＝3／292.3≒0.0102（Ａ） Vacの時 ac間の抵抗値は300Ｘ5000／(300+5000)≒283.018Ω Ｉ＝3／283≒0.0106（Ａ） この例のテスターの場合、接触させただけで0.2ｍＡや、0.6ｍＡの電流増加になるのと同時に、ab間やac間の抵抗値までも変わってしまうのです。これが本来の回路に影響を与える値かどうかをその都度判断しなければなりません。 電圧・電流測定の場合、内部抵抗ｒはなるべく大きい値が正確になります。 アナログテスターですと5ｋΩ〜20ｋΩが多いですが、デジタル式はＭΩ（メガオーム）単位が多いです。 |
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【問題】
【解答例】
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