電磁気学　理論　1-8.電気測定

2022年5月29日2023年3月24日

電気測定

・真の値をT、測定値をMとすると
誤差率ε＝(M-T)/T
補正率α=(T-M)/M

・直接測定：数値を直接測定する方法のこと
・間接測定：関連する数値を測定して計算によって間接的に測定する方法のこと

・電気計器の三大要素

要素	役割
駆動装置	測定量を駆動トルクに変換して指針などの可動部分を動かす
制御装置	指針を測定量に応じた位置に止める
制動装置	指針がふらふら揺れて読みにくくなるのを防ぐ

・直動式指示電気計器：測定量の大きさに対応して動力が発生する仕組みになっており、その動きを読み取って測定量を測る装置のこと

・ゼーベック効果(熱電効果)：異なる2種類の金属を接合した熱電対の一方を加熱し、加熱された側の接合点と他方の接合点の間に温度差が生じると起電力が発生し電流が流れる現象のこと。
これを利用して固体表面の温度を計測することが出来ます。

・中間金属の法則：熱電対の2つの接合点の片方を離して、その間を別の中間金属で繋いでも起電力は発生しないという法則のこと

・分流器：電流計に並列に接続した抵抗器のこと。電流計の測定範囲を超えた電流を測定したい場合に利用する。

分流器の抵抗をR_s、電流計の内部抵抗をr_a、分流器の倍率をmとすると
R_s＝r_a/(m-1)

・倍率器：電圧計に直列に接続した抵抗器のこと。電圧計の測定範囲を超えた電圧を測定したい場合に利用する。

倍率器の抵抗をR_m、電圧計の内部抵抗をr_v、倍率器の倍率をmとすると
R_m＝r_v(m-1)

・電圧降下法：電圧計と電流計を利用して抵抗による電圧降下と抵抗に流れる電流を測定し、オームの法則から間接的に近似的な抵抗値を求める方法のこと。
測定機器の内部抵抗による誤差を含んでしまうため、精度の高い値は求められない。

電圧降下法を用いるとき、測定したい抵抗値が電圧計の内部抵抗より非常に小さい場合は、抵抗と電圧計の分岐点より前に電流計を接続すれば誤差が小さくなる。

測定したい抵抗値が電流計の内部抵抗より非常に大きい場合は、抵抗の手前に電流計を接続すれば誤差が小さくなる。

・ホイートストンブリッジによる測定法：真ん中に検流計、測定したい抵抗R_xと同じ側に可変抵抗器R₃、反対側に既知の抵抗R₁とR₂を接続し、可変抵抗器の抵抗値を調整して、検流計が0を指した時R_xR₁=R₂R₃を利用して抵抗値を求める方法のこと。

・比例辺の倍率：ホイートストンブリッジによる測定法を用いる際のR₂/R₁のこと。可変抵抗器の抵抗値を比例辺倍すれば求めたい抵抗値になる。

・三電圧計法：電圧計3つと抵抗1つを配置して負荷の消費電力Pを測定する方法のこと
それぞれの電圧をV₁,V₂,V₃、抵抗の大きさをRとすると
P=(1/2R)*(V₁²-V₂²-V₃²)

・三電流計法：電流計3つと抵抗1つを配置して負荷の消費電力Pを測定する方法のこと
それぞれの電流をI₁,I₂,I₃、抵抗の大きさをRとすると
P=(R/2)*(I₁²-I₂²-I₃²)

・一電力計法：1相分の電力を測定して3倍することで三相交流回路における電力(三相電力)を求める方法のこと。負荷が等しい場合(負荷が平衡の場合)しか使えない。中性点がないΔ結線では使えない。

・二電力計法：2つの単相電力計の指示値の和で三相電力を測定する方法。負荷が不平衡でも使える。中性点がないΔ結線でも使える。

・アラゴの円板：自由に回転できるアルミニウムの円板に沿って磁石を回転させると、磁束の変化を妨げる向きに渦電流が発生することで、フレミングの左手の法則から力が発生し円板が回転する現象のこと。

・誘導型電力量計：アラゴの円板の原理を利用して交流の電力量を測定する方法。
計器定数をK、電力量をP、時間をT[hour]とすると円板の回転数Nは
N＝KPT

・計器定数K：1[kW・h]で円板を何回転させられるかを意味する比例定数のこと

・オシロスコープ：電気信号の波形を表示する装置のこと

・掃引：オシロスコープの波形が画面の右端までくると、もう波形を描けないので一瞬で左端に戻る現象のこと

・リサジュー図形：交流波と交流波を組み合わせてできる図形のこと。周波数比や位相差を知ることができる。