電流計についての基礎知識まとめ

流計は、回路を流れる電流の強さを測定する機器のこと。
電流計にはいくつかの種類があり、それぞれ異なる原理で動作する。

電流計の種類と原理

可動コイル型電流計

可動コイル型電流計は、主に直流電流の測定に用いられる。
このタイプの電流計は、磁場の中に置かれたコイルが、電流が流れることによって
発生するトルク(回転力)を利用して動作する。

動作原理

永久磁石の間に配置されたコイルに電流を流すと
フレミングの左手の法則に従って力が働き、コイルが回転する。
※回転力は電流の大きさに比例する
コイルの回転角を指針で表示することで、電流値を測定する。

特徴

高感度で精度が高く、直流の測定に適している。

可動鉄片型電流計

動作原理

コイルに電流を流すと電磁石になる。
この電磁石が鉄片を磁化し、反発力や吸引力が発生する。
この力を利用して鉄片を動かし、指針を振らせることで電流値を測定する。

特徴

交流と直流の両方の測定が可能で、構造がシンプルで丈夫なため
交流や大電流の測定によく使われる。


電流計の使い方

電流計は、回路に対して直列に接続する必要がある。
電流計は、回路を流れる全電流を測定するため
測定したい箇所に直接挿入する。

注意点

  • 電流計の内部抵抗は非常に小さいため、並列に接続すると
    回路が短絡した状態になり、機器が破損する可能性がある。

  • 測定範囲を超える電流を流すと、電流計が壊れるため
    事前に電流の大きさを把握し、適切な測定レンジを選択することが重要。

アナログ電流計の内部構造

可動コイル型電流計や可動鉄片型電流計は、内部にシャント抵抗(分流器)という
非常に抵抗値の低い抵抗器を組み込むことで、測定できる電流の範囲を広げている。

動作原理

測定したい電流のほとんどをシャント抵抗に流し
ごく一部の電流だけを可動コイルに流す。
これにより、コイルが焼き切れることなく、大電流の測定が可能になる。
またシャント抵抗を切り替えることで、測定レンジ(範囲)を複数設定できる。

デジタル電流計とクランプメーターについて

アナログ電流計に対し、近年主流となっているのがデジタル電流計となる。
また、特殊な用途で使われるクランプメーターも重要。

デジタル電流計

原理

回路に挿入したシャント抵抗の両端に発生する電圧降下を測定し
オームの法則(V=IR)に基づいて電流値を計算する。
その値をA/Dコンバータ(アナログ・デジタル変換器)でデジタル信号に変換し、数値で表示する。

特徴

測定値が数値で正確に表示されるため、読み取り誤差が少ないのが最大のメリット。
自動レンジ切替機能を持つ機種も多く、使いやすい。

クランプメーター

原理

電流が流れる導体の周囲に発生する磁界を検出し、その磁界の強さから電流値を測定する。
直流用と交流用があり、交流用は電流の磁気作用を利用し
直流・交流両用はホール素子という磁気センサーを使用する。

特徴

測定したい回路を切断することなく、導体をクランプで挟むだけで電流を測定できるため
非常に安全で便利。
特に大電流の測定に適している。

電流計使用時の応用と注意点

レンジの選択

電流値が不明な場合は、必ず最も大きな測定レンジから始め、徐々にレンジを下げていくのが基本。
これにより、電流計の針が振り切れたり、機器が破損したりするのを防ぐ。

内部抵抗

理想的な電流計の内部抵抗はゼロだが、実際の電流計にはわずかな内部抵抗がある。
この内部抵抗が小さいほど、回路に与える影響が少なく、より正確な測定が可能。

直流と交流の確認

測定前に、対象となる電流が直流(DC)交流(AC)かを確認し
電流計のモードを正しく設定する。
極性がある直流の場合は、プラス(+)端子とマイナス(-)端子の接続を間違えると
針が逆方向に振れるため注意が必要。

参考資料

新電気2021年10月号「なるほど納得電気機器! 電流計と電圧計」より一部引用

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