メーターとは何ですか？

メーター 人間が読み取り可能な形式で電気量を正確に検出して表示するように構築されたデバイスです。通常、この「読み取り可能な形式」は視覚的です。つまり、目盛り上のポインターの動き、「棒グラフ」を形成するように配置された一連のライト、または数字で構成されるある種の表示です。回路の分析とテストでは、電圧、電流、抵抗の基本量を正確に測定するように設計されたメーターがあります。他にも多くの種類のメーターがありますが、この章では主に基本的な3つのメーターの設計と操作について説明します。

最新のメーターのほとんどは、設計が「デジタル」です。つまり、読み取り可能な表示は数字の形式です。古い設計のメーターは本質的に機械的であり、測定量を示すためにある種のポインターデバイスを使用しています。いずれの場合も、（比較的）大量の電圧、電流、または抵抗の測定にディスプレイユニットを適合させる際に適用される原理は同じです。

メータームーブメントとは何ですか？

メーターの表示メカニズムは、多くの場合、ムーブメントと呼ばれます。 、その機械的性質から移動するために借りる 測定値を読み取ることができるように、スケールに沿ったポインタ。最新のデジタルメーターには可動部品がありませんが、「動作」という用語は、表示機能を実行する同じ基本的なデバイスに適用される場合があります。

電磁メーターの動き

デジタル「ムーブメント」のデザインはこの章の範囲を超えていますが、機械式メータームーブメントのデザインは非常に理解しやすいものです。ほとんどの機械的な動きは電磁気学の原理に基づいています：導体を流れる電流は、電流の流れの軸に垂直な磁場を生成します。電流が大きいほど、生成される磁場は強くなります。

導体によって形成された磁場が別の磁場と相互作用できる場合、2つの磁場源の間に物理的な力が発生します。これらのソースの一方が他方に対して自由に動く場合、電流がワイヤを流れるときに動きます（通常はばねの抵抗に逆らって）動きは電流の強さに比例します。

構築された最初のメーターの動きは、検流計として知られていました。 、通常、最大の感度を念頭に置いて設計されています。非常に単純な検流計は、ストリングから吊り下げられ、ワイヤーのコイル内に配置された磁化された針（磁気コンパスからの針など）から作成することができます。ワイヤーコイルを流れる電流は磁場を生成し、それが針を地球の磁場の方向に向けないように偏向させます。次の写真に、アンティークの単線検流計を示します。

そのような機器は当時は有用でしたが、概念実証および基本的な実験装置を除いて、現代の世界ではほとんど場所がありません。それらは、あらゆる種類の動きや、地球の自然磁場の乱れに非常に敏感です。現在、「検流計」という用語は通常、並外れた感度のために構築された電磁計の動きの設計を指し、必ずしも写真に示されているような粗雑な装置ではありません。

回転するワイヤーコイルが強力な磁場に吊るされ、外部の影響の大部分から保護されている場合、実用的な電磁メーターの動きを行うことができます。このような計測器の設計は、一般に永久磁石、可動コイルとして知られています。 、または PMMC 動き：

上の写真では、メーターの動きの「針」がフルスケールの約35％を指しており、ゼロはアークの左側にあり、フルスケールは完全にアークの右側にあります。測定された電流が増加すると、針はさらに右を向くようになり、減少すると、針は左側の静止点に向かって下がります。メーターディスプレイの円弧には、測定されている量が何であれ、その量の値を示す数字のラベルが付いています。

言い換えると、針を完全に右に動かすのに50 µAの電流がかかる場合（これを「50 µAのフルスケールの動き」にする）、スケールの左端に0 µA、非常に右、25 µAがスケールの中央にマークされています。おそらく、目盛りは、おそらく5または1 µAごとに、はるかに小さな目盛りに分割され、動きを見ている人は誰でも針の位置からより正確な読み取り値を推測できるようになります。

メーターの動きには、電流が出入りするための一対の金属接続端子が背面にあります。ほとんどのメーターの動きは極性に敏感で、電流の一方の方向が針を右に動かし、もう一方の方向が針を左に動かします。一部のメーターの動きには、左ではなくスケールスイープの中央にバネの中心にある針があるため、どちらの極性の測定も可能です。

一般的な極性に敏感な動きには、PMMCタイプの楽器であるD’ArsonvalとWestonのデザインが含まれます。ワイヤーを通る一方向の電流は針機構に時計回りのトルクを生成し、他の方向の電流は反時計回りのトルクを生成します。

一部のメーターの動きは極性です- in 敏感で、針をそらすために静止した、電流を運ぶワイヤーへの磁化されていない、可動の鉄の羽根の引力に依存しています。このようなメーターは、交流（AC）の測定に最適です。極性に敏感な動きは、AC電源に接続されている場合、無駄に前後に振動するだけです。

静電メーターの動き

ほとんどの機械的なメーターの動きは電磁気学（垂直磁場を生成する導体を流れる電流）に基づいていますが、静電気に基づいているものもあります。つまり、空間を横切る電荷によって生成される引力または反発力です。これは、特定の材料（ワックスやウールなど）をこすり合わせたときに見られるのと同じ現象です。エアギャップを横切って2つの導電性表面の間に電圧が印加されると、2つの表面を引き付ける物理的な力が発生し、ある種の表示メカニズムを動かすことができます。

その物理的な力は、プレート間に印加される電圧に正比例し、プレート間の距離の2乗に反比例します。力も極性に関係なく、極性に影響されないタイプのメーターの動きになります：

残念ながら、静電引力によって生成される力は非常に 一般的な電圧の場合は小さい。実際、それは非常に小さいので、そのようなメーターの動きの設計は、一般的な試験機器での使用には実用的ではありません。通常、静電メーターの動きは、非常に高い電圧（数千ボルト）を測定するために使用されます。

ただし、静電計器の動きの大きな利点の1つは、抵抗が非常に高いことです。一方、電磁運動（磁場を生成するためにワイヤーを流れる電流に依存する）の抵抗ははるかに低くなります。これから詳しく説明しますが、抵抗が大きいほど（テスト対象の回路から引き出される電流が少なくなります）、電圧計が向上します。

ブラウン管

静電電圧測定のはるかに一般的なアプリケーションは、陰極線管として知られるデバイスで見られます。 、または CRT 。これらは特別なガラス管で、テレビのビュースクリーン管と非常によく似ています。ブラウン管では、真空中を移動する電子ビームは、ビームの両側にある金属板のペア間の電圧によって、その進路から偏向されます。

電子は負に帯電しているため、負のプレートに反発されて正のプレートに引き付けられる傾向があります。 2つのプレート間の電圧極性が反転すると、電子ビームが反対方向に偏向し、このタイプのメーターの「動き」が極性に敏感になります。

金属板よりもはるかに質量の小さい電子は、この静電力によって非常に迅速かつ容易に移動します。それらの偏向した経路は、電子が管のガラス端に衝突し、そこでリン化学物質のコーティングに衝突し、管の外側に見られる光の輝きを放出するときに追跡できます。偏向板間の電圧が高いほど、電子ビームはその直線経路からより遠くに「曲がり」、チューブの端の中心からより遠くに光るスポットが見えます。

CRTの写真をここに示します：

実際のCRTには、上の写真に示すように、1つではなく2つの偏向板があります。電子ビームを直線だけでなく画面全体に掃引できるようにするには、ビームを複数の次元で偏向させる必要があります。

これらのチューブは小さな電圧を正確に記録できますが、かさばり、動作するために電力を必要とします（よりコンパクトで、それらを通過する測定信号電流の電力によって作動する電磁メーターの動きとは異なります）。また、他のタイプの電気計測装置よりもはるかに壊れやすいです。通常、ブラウン管は正確な外部回路と組み合わせて使用​​され、オシロスコープと呼ばれるより大きなテスト機器を形成します。 、時間の経過に伴う電圧のグラフを表示する機能があり、電圧や電流のレベルが動的に変化する特定のタイプの回路に非常に役立つツールです。

実物大の表示

メーターの種類やメーターの動きの大きさに関係なく、フルスケールの表示に必要な電圧または電流の定格値があります。電磁運動では、これは、針が指示目盛りの正確な端を指すように針を回転させるために必要な「フルスケールたわみ電流」になります。静電運動では、フルスケール定格は、プレートによって作動される針の最大たわみをもたらす電圧の値、または電子ビームをのエッジに向けて偏向させるブラウン管の電圧の値として表されます。表示画面。デジタルの「動き」では、それは数値表示に「フルカウント」表示をもたらす電圧の量です。数字がそれ以上の量を表示できない場合です。

メーター設計者の仕事は、与えられたメーターの動きを取り、特定の電圧または電流の量でフルスケール表示するために必要な外部回路を設計することです。ほとんどのメーターの動き（静電的な動きを除く）は非常に敏感であり、ボルトまたはアンペアのごく一部でフルスケールの表示を提供します。これは、電圧および電流測定のほとんどのタスクには実用的ではありません。技術者がよく必要とするのは、高電圧と高電流を測定できるメーターです。

敏感なメーターの動きを電圧または電流分割回路の一部にすることにより、動きの有用な測定範囲を拡張して、動きだけで示されるよりもはるかに大きなレベルを測定することができます。精密抵抗器は、電圧または電流を適切に分圧するために必要な分圧回路を作成するために使用されます。この章で学ぶ教訓の1つは、これらの分周器回路を設計する方法です。

レビュー：

• 「動き 」はメーターの表示メカニズムです。
• 電磁運動は、ワイヤーを流れる電流によって生成される磁場の原理に基づいて機能します。電磁メーターの動きの例には、ダルソンバル、ウェストン、鉄の羽根のデザインが含まれます。
• 静電運動は、2つのプレート間の電界によって生成される物理的な力の原理に基づいて機能します。
• ブラウン管 （CRT）は、静電界を使用して電子ビームの経路を曲げ、ビームがガラス管の端に当たったときに生成される光によってビームの位置を示します。

関連するワークシート：

• 電流計設計ワークシート
• 電圧計設計ワークシート