抵抗計の設計

機械的抵抗計（抵抗計）の設計は今日ではほとんど使用されておらず、主にデジタル機器に取って代わられていますが、それでもその操作は興味深く、研究する価値があります。

抵抗計の目的

もちろん、抵抗計の目的は、リード線の間にある抵抗を測定することです。この抵抗値は、電流で作動する機械式メーターの動きによって示されます。抵抗計には、ムーブメントを操作するために必要な電流を生成するための内部電圧源が必要です。また、任意の抵抗でムーブメントに適切な量の電流を流すための適切なレンジング抵抗も必要です。

抵抗計はどのように機能しますか？

簡単な動きとバッテリー回路から始めて、それが抵抗計としてどのように機能するかを見てみましょう：

抵抗が無限大（テストリード間に導通がない）の場合、メーターの動きに流れる電流はゼロであり、針はスケールの左端を指します。この点で、抵抗計の表示は「後方」にあります。これは、最大表示（無限大）が目盛りの左側にあり、電圧および電流計の目盛りの左側がゼロであるためです。

この抵抗計のテストリードが直接短絡されている場合（ゼロΩを測定）、メーターの動きには、バッテリー電圧と動きの内部抵抗によってのみ制限される最大量の電流が流れます。

9ボルトの電池電位とわずか500Ωの動作抵抗で、回路電流は18 mAになります。これは、動作のフルスケール定格をはるかに超えています。このような過剰な電流は、メーターを損傷する可能性があります。

それだけでなく、そのような状態になると、デバイスの有用性が制限されます。メーター面のスケールの完全な左が無限の量の抵抗を表す場合、スケールの完全な右はゼロを表す必要があります。現在、私たちの設計では、リード間にゼロ抵抗が接続されている場合、メーターの動きを右に強く「ペグ」します。テストリードが短絡したときにムーブメントがフルスケールで記録されるようにする方法が必要です。これは、メーターの回路に直列抵抗を追加することで実現されます。

Rの適切な値を決定するために、バッテリーからの9ボルトの電位で電流を1 mA（ムーブメントのフルスケール偏向）に制限するために必要な合計回路抵抗を計算し、その数値からムーブメントの内部抵抗を差し引きます。

Rの正しい値が計算されたので、メーター範囲の問題が残っています。スケールの左側には「無限大」があり、右側にはゼロがあります。電圧計と電流計のスケールから「後方」にあることに加えて、このスケールは、ゼロから有限値（10ボルト、1アンペアなど）ではなく、ゼロからすべてに変化するため、奇妙です。

「中規模は何を表していますか？ゼロと無限大の間に正確にある数字は何ですか？」インフィニティは単なる非常に大きい以上のものです 量：これは計り知れない量であり、これまでのどの明確な数よりも大きくなります。他のタイプのメーターのハーフスケール表示がフルスケール範囲値の1/2を表す場合、オーム計スケールの無限大の半分は何ですか？

抵抗計の対数目盛

このパラドックスへの答えは、非線形スケールです。 。簡単に言えば、針が右から左にスイープするときに、抵抗計の目盛りがゼロから無限大にスムーズに進むことはありません。むしろ、スケールは右側で「拡張」されて始まり、連続する抵抗値はスケールの左側に向かって互いに近づいていきます。

スケールが決してないため、無限大に線形（均等）にアプローチすることはできません。 そこに着きなさい！非線形スケールでは、スケールが無限大に向かって進むにつれて、スケール上の任意の距離にまたがる抵抗の量が増加し、無限大を達成可能な目標にします。

ただし、抵抗計の範囲についてはまだ疑問があります。テストリード間の抵抗のどの値が針の正確に1/2スケールのたわみを引き起こしますか？ムーブメントのフルスケール定格が1mAであることがわかっている場合、ハーフスケールたわみに必要な値は0.5 mA（500 µA）である必要があります。ソースとして9ボルトのバッテリーを使用した設計に従うと、次のようになります。

500Ωの内部移動抵抗と8.5kΩの直列範囲抵抗を使用すると、1/2スケールでの外部（リード間）テスト抵抗に9kΩが残ります。言い換えると、抵抗計で1/2スケールのたわみを与えるテスト抵抗は、メーター回路の（内部）直列合計抵抗と同じ値になります。

オームの法則をさらに数回使用して、1/4および3/4スケールのたわみのテスト抵抗値も決定できます。

1/4スケールたわみ（メーター電流0.25 mA）：

3/4スケールのたわみ（メーター電流0.75 mA）：

したがって、この抵抗計の目盛りは次のようになります。

この設計の大きな問題の1つは、正確な抵抗値を読み取るために安定したバッテリ電圧に依存していることです。電池の電圧が下がると（すべての化学電池が経年変化や使用に伴うように）、抵抗計の目盛りの精度が低下します。直列範囲抵抗が8.5kΩの一定値にあり、バッテリー電圧が低下しているため、テストリードが互いに短絡した場合（0Ω）、メーターは右にフルスケールで偏向しなくなります。同様に、9kΩのテスト抵抗は、より低いバッテリー電圧で針を正確に1/2スケールに偏向させることができません。

変動するバッテリ電圧を補償するために使用される設計手法がありますが、それらは問題を完全に処理するわけではなく、せいぜい概算と見なされます。このため、また非線形スケールの事実のために、このタイプの抵抗計は決して精密機器とは見なされません。

抵抗計に関して最後の注意点を1つ挙げる必要があります。抵抗計は、電圧または電流源から電力が供給されていない抵抗を測定する場合にのみ正しく機能します。言い換えれば、「ライブ」回路の抵抗計で抵抗を測定することはできません。この理由は単純です。抵抗計の正確な表示は、内部バッテリーである唯一の電圧源に依存します。測定するコンポーネントの両端に電圧が存在すると、抵抗計の動作が妨げられます。電圧が十分に大きい場合は、抵抗計に損傷を与える可能性さえあります。

レビュー：

• 抵抗計には、抵抗測定を行う際に電力を供給するための内部電圧源が含まれています。
• アナログ抵抗計の目盛りは、電圧計または電流計の目盛りから「後方」にあり、ムーブメントニードルは、フルスケールでゼロ抵抗を読み取り、静止時に無限抵抗を読み取ります。
• アナログ抵抗計には非線形スケールもあり、スケールの下限で「拡張」され、上限で「圧縮」されて、ゼロから無限の抵抗にまたがることができます。
• アナログ抵抗計は精密機器ではありません。
• 抵抗計は絶対にすべきではありません 通電された回路（つまり、独自の電圧源を持つ回路）に接続されます。抵抗計のテストリードに電圧を印加すると、その読み取り値が無効になります。

関連するワークシート：

• 電流計から抵抗計へのワークシート
• 基本的な抵抗計の使用ワークシート