前期末試験　電子計測

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• アナログ計測器とはどのようなものであるか、測る物理量、仕組み、特徴をそれぞれ説明しろ。

  基本的に電流計であり、コイルに電流が流れることによって発生する磁束の働きにより、コイルに取り付けられた指針が回転し、指針の支持目盛りを読み取ることで測定を行う。特徴として、電磁駆動トルクとばねの制動力との釣り合いにより指針の回転角が決まる。
• アナログ計測器が基本的に電流計である理由を説明しろ。

  コイルの性質を使っているため。ただし、電圧計もあるにはあるらしい。
• アナログという意言葉が示すものを説明しなさい。

  連続量（時間的に、量的）、電流計
• ディジタルという言葉が意味するものを説明しなさい。

  量子化量（時間は不連続）、電圧計
• 理想の電流計とはどのようなものであるか説明しなさい

  内部抵抗が０
• 理想の電圧計とはどのようなものであるか説明しろ。

  内部抵抗が無限大
• ディジタル計測器について、何を測るものか、また、その仕組み、特徴について簡単に説明しなさい。

  ADC（アナログーディジタルコンバータ）によって数値化された電圧値を表示机上に数値表示する電圧器であり、高度な演算処理を行えるものが存在する。
• 可動コイル型の駆動力または動作原理、主な測定量、特徴について説明しなさい。

  電流が流れる可動コイルが永久磁石による磁界から受ける電磁力を駆動力とし、主な測定量は直流電流である。その特徴として高感度であることがあげられる。
• 電流力計形の駆動力または動作原理を説明し、その主な測定量、特徴について簡単に説明しなさい。

  可動コイル形計器の永久磁石を固定コイルにい置き換えたものを駆動力とし、主な測定量は直流電流、交流電流である。特徴として、交直両用であることがあげられる。
• 可動鉄片形の駆動力または動作原理について簡単に説明し、その主な測定量、特徴について説明しなさい。

  鉄片が固定コイルから受ける力を駆動力とし、主な測定量は直流電流である。特徴として、外部磁界の影響を受けやすいことがあげられる。
• 熱電形の駆動力または動作原理について簡単に説明し、駆動力または動作原理、その特徴について簡単に説明しろ。

  抵抗で発生する熱を熱電対で電圧に変えることを動作原理としている。主な測定量は交流電流、交流電力であり、特徴として波形によらず実効値を指示することがあげられる。
• 静電形についてその駆動力または動作原理、主な測定量、特徴をそれぞれ説明しろ。

  二つの電極に作用する静電力を動作原理とし、主な測定量は直流電圧、交流電圧である。特徴として、交直両用であることがあげられる。
• 不足制動と呼ばれる状態はどのようなものか説明しろ

  一定の大きさを持つ電流を可動コイル形電流計に流したとき、制動力が小さすぎると指針が上下に大きく振動してしまうこと。
• 過制動とは何か説明しろ。

  一定の大きさを持つ電流を可動コイル形電流計に流したとき制動力が大きすぎると、駆動力と制御力がバランスし、定常状態に達するまでに長い時間がかかること。
• 臨界制動とはどのようなものであるか説明しろ。

  制動力を適切な大きさに設定した時、振動しないで短い時間で定常状態に達すること。
• 電流計のステップ応答とは何か説明しろ。

  ある瞬間から一定の大きさを持つ電流を流したときの指針の動きの事。
• 制動力は何によって決まるか、簡単に説明しなさい。

  機械的な構造とコイル自身の電気抵抗、電流計の端子に接続された外部の電気抵抗などのよって決まる。
• 可動コイル形電流計を設計するときに満足するべき条件を説明しなさい。

  機械的な構造とコイル自身の電気抵抗、電流計の端子に接続された外部の電気抵抗などのパラメータを調整して、臨界制動の条件を満足するように設計する。
• 可動コイル形電流計は電流の早い変化に追従できない。その理由を説明しろ。

  制動力があるため。
• 低域フィルタの役割と、その仕組みについて説明しなさい。

  高い周波数成分を持つ外来ノイズを、可動コイル形電流計が電流の早い変化に追従できないことを利用してカットする。
• 可動コイル形電流計の特徴と、測定可能な最小値を説明しなさい。

  アナログ指示計器の中では比較的感度が良いことが特徴とであり、１μA以下の微小な電流の測定が可能である。
• 可動コイル形電流計において、可動コイルの巻き数を多くする必要がある理由を、目的と合わせて説明しなさい。また、それによっておこる問題がどのようなものであるか説明しなさい。

  感度の高い電流計を作るために、小さな電流で大きな駆動力を発生させる必要があるため。その結果、コイルの銅線の抵抗、すなわち電流計の内部抵抗が大きくなる。
• 可動コイル形電流計匂いtえ、測定可能最大値（定格値）が１μAの時の内部抵抗はどれほどのものであるか。

  数KΩ
• 電流計の内部抵抗が出来るだけ小さいほうがいい理由を説明しなさい。

  測定対象となる回路に影響を与えないため。
• 電流計において、定格値よりも大きな電流を測定したい場合に用いる手法を説明しなさい。

  入力端子に並列に抵抗を接続して電流を分流し、測定可能範囲を拡大する。この時、この抵抗のことを分流器（シャント抵抗）と呼ぶ
• アナログ形のテスタとはどのようなものであるか説明しなさい。またテスタの別名を言いなさい

  簡易的な電圧、電流、抵抗などの測定器の事である。テスタの別名は回路計である。
• 多レンジ電流計とはどのようなものであるか説明しなさい。

  電流計を簡易的な電圧、電流、抵抗などの測定器であるテスタなどに応用する場合に、複数の分流器を切り替えることのできる電流計の事。
• 教科書図３．５のような分流計を用いた多レンジ電流計の欠点を、二つ、それによっておこる問題と一緒に説明しなさい。

  スイッチを切り替える瞬間に分流器が接続されていない解放状態となり、電流計が焼損する恐れがあること。もう一つは電流計の端子から見た外部の抵抗値が大きく変化することで、臨界制動条件が崩れてしまうこと。
• エアトン分流器とは何か説明しろ。

  教科書図３．５のような多レンジ電流計の欠点を解消した回路。
• 電流計をそのままで、電圧計とみることが出来るのはなぜか。

  電流計では流れる電流と内部抵抗の両端の電圧が比例するから。
• 倍率器とは何か、説明しろ。

  電圧計の内部抵抗は大きいほどよく、理想的な電圧計の内部抵抗は無限大であるため、電流計を用いて電圧計を構成するために電流計と直列に挿入する抵抗の事。
• テブナンの定理とはどのようなものであるか説明しろ

  直流電源と抵抗からなる任意の回路が、電圧減と等価内部抵抗の直列回路で表すことが出来るということ。
• 電圧源の等価内部抵抗を測定するための方法を一つ説明しなさい。また、この方法の問題点について簡単に説明しなさい。

  電圧計を用い、その内部抵抗を変化させる方法で、内部抵抗が極めて大きく無限大とみなせる電圧計を電圧源に接続すればい、電圧計の指示値が起電力に等しくなることを利用する。ただ、この方法で等価内部抵抗を精度よく測定するためには、抵抗値が小さい場合、抵抗値と同程度の小さな抵抗値を持つ抵抗を接続する必要があり、大きな電流が流れて起電力自体が変化する可能性がある。反対に抵抗値が大きい場合、電圧計の内部抵抗が無限大という仮説が成り立たなくなるため、電圧減の等価内部抵抗の正確な測定はかなり難しい。
• 負荷効果とはどのようなことか説明しろ

  電圧計の内部抵抗によって、系統誤差が発生すること。
• 図３．２２電位差系の原理を説明し、その特徴と問題、解決方法を説明しろ。

  負荷効果が電流計に電流が流れることにより発生するため、可変標準電圧発生器を用いて、端子間の電位差が等しくなるようにすれば、電流計に電流が流れないため、負荷効果が生じない。電位差が平衡し、電流計の指示値が零になったとき、端子間の電圧は非測定電源の内部抵抗、可変標準電圧発生器の内部抵抗、電流計の内部抵抗があったとしても可変標準発生器の起電力に等しくなる。このような原理に基づく電圧測定器を電位差系と呼び、この方法は零位法であるため、測定に時間がかかるが、感度が良く微小な電圧の測定が可能である。ただ、微小な電圧の測定では、回路における異なった金属間の接続によって発生する熱起電力が誤差の要因となるため、この誤差を減少させるために、非測定電圧と可変標準電圧発生器の起電力の極性を逆にして平衡をとり、二つの測定結果を平均する。
• 電力を測定する際に、直接測定法を用いることが好ましくないのはなぜか、説明しなさい。

  抵抗値は温度によって変化し、抵抗の温度は消費電力によって変化するから、結局抵抗値が測定量である電力によって変わり、測定精度の点から望ましくないため。
• 異種胴体の接点に電流を流したときに発生する事象について説明しろ

  ペルティエ効果により温度差が発生し、温度差に比例して熱起電力が発生する。ただ、実際には最終的に電流が〇になるため、熱起電力を考える必要はないと考えられる。１００μv/k
• 金属の抵抗値と、半導体の抵抗値の温度との関係をそれぞれ説明しなさい。

  一般に金属の抵抗はその温度に比例し、半導体は温度に反比例することが知られている。
• 測温抵抗体の例を二つ挙げ、これらを低温で使った時の問題点を説明しろ。

  ｐｔ抵抗と、サーミスタがあげられ、これらを低温で使用した時、金属の場合は抵抗値が小さくなり、電圧に電流が流れなくなる。このため、式からＩ’２Ｒとなるが、Ｉをに倍するため、発熱してしまうため、金属系の抵抗は低温では使用できない。
• 電圧電流計法とはどのようなものであるか説明しろ。また、このタイプの回路で気を付ける必要があることを答えよ。

  抵抗値を、抵抗の両端の電圧と、抵抗を流れる電流を測定して、それらの測定値から計算する手法の事。測定端子を短絡してしまうと電流計に大きな電流が流れて焼損してしまう恐れがあること。
• 漏れ電流とは何か説明しろ

  抵抗体や材料の表面に付着した水分や汚れを伝わって流れる電流や、湿度の高い空気などの洋室を流れる電流のことで、測定誤差の大きな原因となるもの。
• ガードリング（保護環）とは何か説明しろ。また、その働きについて説明しろ。

  絶縁体に電極を付けてその抵抗を測定するために、材料の表面に流れる漏れ電流の影響を回避するために用いられるもので、これにより表面を流れる電流はガードリングによりアースに流れ、電流測定値から除かれることとなる。
• ガードリングを用いた抵抗測定で、標準高抵抗の両端の電圧を直流増幅器で増幅して測定する必要があるのはなぜか？

  このような測定では、被測定抵抗を流れる電流が微小となり、通常の電流計では測定精度が低下してくるため。
• 面抵抗の測定方法を二つ挙げ、それぞれの方法を説明しろ。

  四深針法とファンデアパウ法が良く行われ、四深針法では、試料の表面に一定の間隔で四本の金属深針を接触させ、外側の二本の電極から一定の電流Iを流し、内側の日本の深針間の電位差を内部抵抗の高い電流電圧計で測定する。
• 周期Tの波形に対して測定の対象となるパラメータを挙げなさい

  ピーク値（波高値）　ピークピーク値　平均値　実効値　
• ピークピーク値とは何のことか説明しろ

  正負のピーク値の間隔
• 波形率とは何のことか

  実効値と絶対値の平均値との比
• 有効電力とはどのようなものか説明しろ

  負荷が抵抗とコイルあるいはコンデンサの直列回路で構成されている場合に、抵抗で実際に消費され熱になる電力のこと。
• 無効電力とはどのようなものであるか説明しろ。

  コイルあるいはコンデンサに蓄えられている電力
• 皮相電力とはどのようなものであるか説明しろ

  電流と電圧の実効値の積のこと　
• 力率とはどのようなものであるか説明しろ

  皮相電力のどれだけの割合が抵抗で熱となって消費されているかを表す量の事
• 整流の種類と、そのために必要なものを説明しろ

  半端整流と全波整流があり、ダイオードが用いられる
• 整流形計器とは何か説明しろ

  整流回路と直流電流回路を用いた回路の事
• 全波整流の直流電流回路に流れる整流電流が交流電流の絶対値となる理由について説明しろ

  直流電流計が、可動コイル型電流計のような応答速度の遅いものであれば、電流の変化に追従できないため。
• 波形誤差とはどのようなものであるか説明しろ

  正弦波以外の波形を持つ交流の実効値を、通常の整流形計器で測定した場合に発生する誤差の事。
• ピーク値応答形電子電圧計とは何か説明しろ。またその別名を回答しろ

  P形電子電圧計と呼ばれ、MHｚオーダー以上の高い周波数の電圧を測定するために用いられる。
• MHｚオーダー以上の周波数領域での測定において、整流回路部を小型のプローブ内に組み込み、このプローブを測定端子に接続する理由を答えよ

  Mhzオーダ以上の周波数領域での測定は、測定を行うべき端子から電圧計までのリード線が長くなると、リード線のインダクタンスやキャパシタンスが誤差の大きな原因となるため。
• 熱電対形交流電流計とはどのようなものであるか説明しろ

  抵抗Rを持つ細い抵抗線に周期Tの交流電流を流して電力を熱に変換し、この状態で熱電対の一端を抵抗線に接触させ、高感度の直流電圧計で熱起電力を測定するもの。
• 直流置換とは何か説明しろ

  交流電流を直流電流に置き換えて測定すること。
• 直流置換において注意すべきことを説明しろ

  この置き換えは交流電流の波形に依存しないこと。
• 熱電形交流電流計の原理的な誤差要因を説明しろ。またそのことをなんというか回答しろ。

  周波数が高くなると表皮効果により、抵抗線の抵抗が交流と直流で異なってくることと、抵抗線における交流と直流の温度分布の違いがあることである。置換誤差。
• 置換誤差を減少させるために有効な手法を説明しろ

  抵抗線をできるだけ補足し、真空のガラス容器に封入する。
• 電流力形計器を説明しろ

  可動コイル形電流計の永久磁石を固定コイルに置き換えた計器の事。
• 可動鉄片形計器とは何か説明しろ

  交流測定が可能なアナログ指示器で、電流力形計器の可動コイルを鉄片に置き換えたものの事。
• 可動鉄片形計器で、交流電力が測定可能である理由を説明しなさい。

  固定コイルの電流の方向が逆になっても、鉄片に作用する力の方向は同じであるから。
• 可動鉄片形計器を直流電流の測定に使わない理由を説明しろ。

  直流電流の測定に可動鉄片形計器を用いると鉄片が次第に磁化し、誤差が大きくなるため。
• 可動鉄片型形計器の特徴と、その対処法について述べなさい。

  可動コイル形電流計に比べて固定コイルの作る磁界の強度が小さいので、外部磁界の影響を受けやすく、磁気シールドを行う必要がある。
• 静電形計器の説明と、その特徴について述べなさい。

  コンデンサの二枚の電極間に働く静電力を利用したもので、静電力は電極間の電圧の二乗に比例した引力であるため、交流電圧の測定が可能である。また、内部抵抗が非常に大きい電圧計であるが、大きな静電力が必要なため、高電圧測定に用いられる。
• 波形誤差について、簡単に説明しなさい。

  整流型計器では、一般に入力波形を正弦波として値を決めている。そのため、正弦波とは異なる波形を持つ信号を測定した場合、その波形に応じて測定値に系統誤差が生じる。
• 熱電型交流電流系の利点を簡単に説明しなさい。

  入力信号の波形に依存しない測定が行えること。
• 四端子法を用いた低抵抗測定の測定誤差について説明しなさい。

  電圧測定端子のリード抵抗を無視することが出来る。電流測定端子のリード抵抗は回路構成から問題にならないため、測定端子のリード抵抗の影響を受けない測定ができる。
• 高抵抗測定時の誤差要因となる漏れ電流の発生原因についtえ簡潔に説明しなさい。

  被測定抵抗の表面に付着した水分や汚れ。

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