電流計の設計
電流計は電流を測定します
電流を測定するために設計されたメーターは、測定単位が「アンペア」であるため、一般に「電流計」と呼ばれます。
電流計の設計では、動作の使用可能範囲を拡張するために追加された外部抵抗が並列で接続されます。 電圧計の場合のように直列ではなく、動きで。これは、測定された電圧ではなく、測定された電流を運動に分流させたいためであり、分流の法則回路は常に並列抵抗によって形成されているためです。
電流計の設計
電圧計の例と同じメーターの動きをとると、それ自体で非常に限定された計測器が作成され、フルスケールのたわみがわずか1mAで発生することがわかります。
メータームーブメントの電圧測定機能を拡張する場合と同様に、拡張された電流範囲で読み方が異なるように、それに応じてムーブメントの目盛りにラベルを付け直す必要があります。たとえば、以前と同じメーターの動きを使用して5アンペアのフルスケール範囲を持つように電流計を設計したい場合（固有のフルスケール範囲はわずか1 mA）、ムーブメントのラベルを付け直す必要があります。以前のように0mAから1mAではなく、左端が0 A、右端が5Aになるようにスケーリングします。
並列接続された抵抗器によって提供される拡張範囲が何であれ、メーターの移動面でグラフィカルに表現する必要があります。
サンプル移動の拡張範囲として5アンペアを使用して、電流の大部分を「シャント」またはバイパスするために必要な並列抵抗の量を決定して、合計電流5Aで1mAのみが移動を通過するようにします。
与えられた移動電流、移動抵抗、および全回路（測定）電流の値から、メーターの移動の両端の電圧を決定できます（中央の列に適用されるオームの法則、E =IR）：
ムーブメントとシャントによって形成される回路が並列構成であることを知っているので、ムーブメント、シャント、およびテストリードの両端の電圧（合計）は同じでなければならないことがわかります：
また、分岐電流は並列構成で追加されるため、シャントを流れる電流は、合計電流（5アンペア）とムーブメントを流れる電流（1 mA）の差でなければならないこともわかっています。
次に、右の列のオームの法則（R =E / I）を使用して、必要なシャント抵抗を決定できます。
もちろん、総抵抗（R =E / I; 0.5ボルト/ 5アンペア=100mΩ）を計算し、並列に動作させることで、シャントに対して100ミリオーム（100mΩ）をわずかに超える同じ値を計算することもできます。抵抗の公式は逆になりますが、算術はもっと難しいでしょう：
実際の設計における電流計
実生活では、電流計のシャント抵抗器は通常、メーターユニットの保護金属ハウジング内に収納され、見えないようになっています。次の写真の電流計の構造に注意してください：
この特定の電流計は、Stewart-Warnerによって製造された自動車用ユニットです。ダルソンバルメーターの動き自体はおそらくミリアンペアの範囲のフルスケール定格を持っていますが、メーター全体の範囲は+/- 60アンペアです。この高電流範囲を提供するシャント抵抗器は、メーターの金属製ハウジング内に封入されています。
この特定のメーターでは、針がゼロアンペアを中心とし、「正」の電流または「負」の電流のいずれかを示す可能性があることにも注意してください。このメーターは、自動車のバッテリー充電回路に接続されており、充電状態（発電機からバッテリーに流れる電流）または放電状態（バッテリーから残りの車の負荷に流れる電流）を示すことができます。
電流計の使用可能範囲を拡大する
複数範囲の電圧計の場合と同様に、電流計には、多極スイッチで切り替えられる複数のシャント抵抗を組み込むことにより、複数の使用可能な範囲を与えることができます。
レンジ抵抗は、電圧計の設計のように直列ではなく、メーターの動きと並列になるようにスイッチを介して接続されていることに注意してください。もちろん、5ポジションスイッチは一度に1つの抵抗器とのみ接触します。各抵抗器は、メーターの動きの特定の定格（1 mA、500Ω）に基づいて、異なるフルスケール範囲に応じてサイズが調整されます。
このようなメーター設計では、各抵抗値は、既知の総電流、移動フルスケールたわみ定格、および移動抵抗を使用して、同じ手法で決定されます。 100 mA、1 A、10 A、および100 Aの範囲の電流計の場合、シャント抵抗は次のようになります。
これらのシャント抵抗値は非常に低いことに注意してください。 5.00005mΩは5.00005ミリオーム、つまり0.00500005オームです。これらの低抵抗を実現するには、電流計シャント抵抗器を比較的大径のワイヤまたは中実の金属片からカスタムメイドする必要があることがよくあります。
電流計シャント抵抗のサイズを決定する際に注意すべきことの1つは、消費電力の要因です。電圧計とは異なり、電流計のレンジ抵抗器は大量の電流を流す必要があります。これらのシャント抵抗のサイズが適切でない場合、過熱して損傷するか、少なくとも過熱により精度が低下する可能性があります。上記のメーターの例では、実物大の表示での消費電力は次のとおりです（二重の波線は数学で「ほぼ等しい」を表します）：
1/8ワットの抵抗は、R 4 では問題なく機能します。 、R 3 には、1/2ワットの抵抗で十分です。 R 2 の場合は5ワット （ただし、抵抗器は、定格消費電力の近くで動作しない場合、長期的な精度をよりよく維持する傾向があるため、抵抗器R 2 を過大評価することをお勧めします。 およびR 3 ）、しかし、高精度の50ワットの抵抗器は、確かにまれで高価なコンポーネントです。 R 1 には、金属ストックまたは太いワイヤーで作られたカスタム抵抗器を作成する必要がある場合があります。 低抵抗と高電力定格の両方の要件を満たすため。
シャント抵抗は、電流を測定するために高入力抵抗の電圧計と組み合わせて使用される場合があります。これらの場合、電圧計の動きを流れる電流は無視できるほど小さいため、シャント抵抗は、電流1アンペアあたりに生成される電圧降下のボルト数またはミリボルト数に応じてサイズを決定できます。
たとえば、上記の回路のシャント抵抗のサイズが正確に1Ωの場合、電流が1アンペア流れるごとに1ボルトが降下します。電圧計の表示は、シャントを流れる電流の直接の表示と見なすことができます。
非常に小さな電流を測定する場合は、シャント抵抗の値を高くして、特定の電流単位あたりの電圧降下を大きくすることができます。これにより、（ボルト）メーターの使用可能範囲がより少ない電流に拡張されます。電流測定のために電圧計を低い値のシャント抵抗と組み合わせて使用することは、産業用アプリケーションで一般的に見られるものです。
電流計の代わりにシャント抵抗と電圧計を使用する
電流を測定するために電圧計と一緒にシャント抵抗を使用することは、回路内の頻繁な電流測定のタスクを単純化するための便利なトリックになる可能性があります。通常、電流計を使用して回路を流れる電流を測定するには、回路を切断（中断）し、電流計を次のように分離したワイヤの端の間に挿入する必要があります。
電流を頻繁に測定する必要がある回路がある場合、または電流測定のプロセスをより便利にしたい場合は、シャント抵抗をそれらのポイントの間に配置し、そこに永続的に残すことができます。必要に応じて、電圧計で電流を読み取ります。回路の導通を妨げることなく：
もちろん、回路の通常の動作に悪影響を及ぼさないように、シャント抵抗のサイズを十分に低くするように注意する必要がありますが、これは一般的に難しいことではありません。この手法は、コンピューター回路解析でも役立つ場合があります。この場合、コンピューターに電圧の観点から回路を流れる電流を表示させたい場合があります（SPICEを使用すると、負の電流値を読み取るという特異性を回避できます）：
シャント抵抗の例回路v11 0 rshunt 1 2 1 rload 2 0 15k .dc v1 12 12 1 .print dc v（1,2）.end
v1 v（1,2）1.200E + 01 7.999E-04
シャント抵抗の両端（SPICEシミュレーションの回路ノード1と2の間）の電圧読み取り値をアンペアとして直接解釈します。7.999E-04は0.7999 mA、つまり799.9 µAです。理想的には、15kΩに直接12ボルトを印加すると、正確に0.8 mAが得られますが、シャントの抵抗により、その電流はほんのわずかに減少します（実際の場合と同様）。
ただし、このような小さな誤差は、一般に、シミュレーションまたは実際の回路のいずれかで許容できる精度の範囲内であるため、正確な電流測定のための最も要求の厳しいアプリケーションを除くすべてのアプリケーションでシャント抵抗を使用できます。
レビュー：
- 電流計の範囲は、移動回路に並列の「シャント」抵抗を追加することで作成され、正確な電流分割を提供します。
- シャント抵抗は消費電力が大きい可能性があるため、このようなメーターの部品を選択するときは注意してください！
- シャント抵抗は、高抵抗の電圧計や低抵抗の電流計の動きと組み合わせて使用できるため、特定の電流量に対して正確な電圧降下を生成します。シャント抵抗は、テスト対象の回路への影響を最小限に抑えるために、抵抗値をできるだけ低くするように選択する必要があります。
関連するワークシート：
- 電流計設計ワークシート
産業技術