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目次

デジタルマルチメーター(DMM)

  • 測定項目の切り替えはファンクションスイッチで行う。測定値はデジタル式腕時計などと同じ液晶ディスプレイに表示される。
  • DMMは小型のものでも、直流電圧・交流電圧・抵抗・ダイオードチェックなどの測定機能が組み込まれています。高級品に近づくにつれて、直流電流・交流電流・周波数・トランジスタの電流増幅率などを測る機能が追加される。
  • デジタルマルチメーターはデジタル式テスターの機能(電圧・電流・抵抗)の他に、多くのファンクションを持つ。
    • 例:ダイオード検査、コンデンサの静電容量の検査、周波数の検査、電池の検査
  • デジタルマルチメーターの中には直流や交流の電流用のプローブ(クランプコア)がアダプターとして用意されている機種があり、これらを付加することで、大電流を測ることができる。
    • 直流プローブの鉄心を開き、測定する配線を挟み込む。

DMMの仕組み

 DMMの中心になる直流電圧測定部は、A/D変換器とデジタル表示器から構成される。

 DMMのA/D変換部に多く取り入れられているのは、2重積分方式である。

 一方、表示器は普通腕時計などに使われているのと同じ液晶型(LCD)である。デジタルカウンターはフリップフロップ回路で構成され、電圧値に比例する時間のカウントをする。表示の桁数に対応する2進化10進法形式のカウンターが基本である。

デジタルマルチメーターの種類

 市販のDMMは品種が豊富ですが、概観で分類すると次のように分けられる。

ペン型(プローブ型)

・一方のテスト棒は表示器のあるプローブ型本体の先にあり、もう一方(共通)はテストコードの先にある。

・機能は、直流電圧・交流電圧・抵抗・導通の測定が中心である。

・機能の切り替えは手動で行えますが、測定レンジの切り替えは自動的に行われる。

電池はボタン型で、マンガン・アルカリ・酸化銀電池などを使う。

・小型化のため、電流測定機能を省略した品種が普通である。ただし、この機能がなくても、トランジスタ回路の電流を知る方法はある。

カード型

・測定できる項目は、ペン型とほぼ同じである。

・カード型は薄さが特徴である。

・表面積の広さを活かしたソーラーバッテリー付きのタイプもある。

ポケット型

・カード型より厚く全体的に一回り大きく、直流電圧・交流電圧・抵抗・導通・ダイオードチェックの他に、周波数測定機能などを組み込んだ機種もある。

・どんな高い周波数でも測れるというわけではないが、オーディオ機器のチェックには十分です。

・テストコードは固定。

・電池はボタン型が中心である。

ハンディ型

・直流電圧・交流電圧・抵抗・ダイオードチェックの他に、直流電流・交流電流・周波数測定・トランジスタのhFE測定・パルス幅・デューティー比率・ストップウォッチ・コンデンサの容量・温度などの測定機能を組み込んだ機種もある。

・特別な測定機能は、アダプタを必要とするような条件もあるので、目的に合っていることをよく確認すること。

・ハンディー型は、直流電流の測定機能を含むのが普通である。特に、大電流の測定ができる機種は、テストリードを差し替えて行う。

・このテストコードの差し替えをする機種で、差し替えないとレンジの切り替えができない保護機構付きもある。

・一般的に、表示器が大きく、見やすいのが特徴である。

・また、バーグラフ付きの表示器は、時間的にゆっくり変化する電圧・電流・抵抗の観測に役に立つ。

・長時間の連続使用に耐えられるように、R6(単3)電池が組み込まれていたり、パワーアダプター付きでAC100Vから供給できるものもある。

ベンチ型(デスク型)

・性能・デザイン・価格ともに本格的な電子測定機器のグループに入る。

DMMの性能・特性

 特殊機能は別として、基本的な測定でどの程度正しく、どの程度低いレベルまで、また測定する素子や回路への影響がどの程度少なく測定できるかがDMMの価値が決まる。

精度(確度)

・DMMの性能表を見ると最初に気づくのが確度で、1.5%のように表される。

・確度を決定する要因は幾つかある。

・DMMの中心になる直流電圧測定部のでき具合に、確度は依存する。2重積分回路と周囲のアンプの利得が十分で、周囲の温度が多少暑くも寒くても安定に動作することが重要である。

・また、周辺の回路や基準電圧も大切である。電池が新しくても交換直前でも正確な値を維持できなければならない。もし、基準電圧の誤差が1%であったとすると、測定値に約1%のエラーが生じる。

・電圧測定のときの分圧器(倍率器)の抵抗値の誤差である。分圧器の抵抗の誤差が1%であれば、測定値に約1%のエラーが生じる。

・電圧測定のとき、倍率器の抵抗の精度により測定精度が左右されるように、抵抗測定のときは定電流回路の確度、または電流測定のときは標準抵抗値の確度が、ほぼそのまま測定値の確度に影響する。

・A/D変換回路で発生する誤差もある。それは直流電圧測定部の2重積分器の出力が0に達するまでの時間Trを標準のクロックでカウントするとき生じるエラーである。カウントする時間の長さがまったく正しくても、カウントするクロックとずれがあると、1カウントのエラーが起きる。この1カウントのことを1デジットといい、確度または測定精度として±1dgtのように表す。

 表示器の最下位(右端)の桁がこの1デジットに相当してカウントしたりしなかったりすると、たとえ測定する直流電圧が安定でも、その桁の表示が上下することがある。

・例えば、公称10kΩの抵抗器を測定したとする。そのとき、レンジが適切な場合は9.99kΩと表示されるだろう。一方、レンジが不適切な場合は9kΩとかん違いしてしまう可能性がある。最初の1桁だけを表示させたために起きたわけである。

 なお、電流の測定に限って、多くの桁に表示させようとすると、内部抵抗の高いレンジや機種を選ばなければならないので、無視できない誤差が生じることがある。このようなときは2桁表示で我慢しても、内部抵抗の低いレンジで測定したほうがましだ。

バーグラフ

・時間的にゆっくりと変化する様子をバーグラフの伸び縮みによって確認できる。例えば、2秒に2回増減するような現象を観察するとき、2回目の山は1回目の山の半分くらいであると知ることができる。

サンプリング数

・測定を繰り返す周期は2[回/秒]〜20[回/秒]程度に設定されている。

・クロックの周波数を高くすれば、2重積分法による測定に必要な時間が原理的に短くできる。

・しかし、ノイズ対策あるいは目で数値を読み取るのに必要な時間などの関係上、2[回/秒]程度が使いやすい。

・一方、バーグラフは20[回/秒]程度のサンプリング数で表示させた方が効果が上がる。そこで、バーグラフには拘束でサンプリングしたデータのすべてを表示して、数値の表示はそのうちのいくつかを抽出するのが普通である。

入力抵抗(入力インピーダンス)

・電圧の測定などで、テストリードを接続すると回路によってはDMM側に電流が流れてしまうので、電圧が下がることがある。

 この入力インピーダンスは10MΩ以上のDMMが多いが、1MΩ程度の製品もある。

内部電圧降下(内部抵抗)

・標準の抵抗に電流を流して電流を電圧に変換するため、内部で電圧が下がる。

・内部抵抗を公表している機種のときは、その抵抗値と流れている電流からオームの法則により電圧降下が計算できる。

ホールド機能

・信号の持続時間が短いとき、あるいは暗いところで測定し、明るいところでデータを読みたいときなどは役立つ。これをデータのホールド機能と呼ぶ。

過負荷保護

・間違えたファンクションスイッチの設定のまま測定しようとしたとき、あるいはレンジを極度に越える過電圧、あるいは過電流からDMMを保護する機能である。

オートパワーセーブ、電池寿命警告

オートパワーセーブは、DMMの電源の切り忘れに有効である。

電池寿命警告は、電池が適正な動作電圧以下になったとき、バッテリーマークなどを表示させる機能である。

デジタルマルチメーター内蔵されている騒音計

  • コンデンサーマイクで音を検出する。
  • マイクロフォンの膜が音を受けると振動して、コンデンサーの容量が変化することで音の強さを電気信号に変換している。
  • 騒音計では基準の音圧P0を20[μPa]として、騒音計による音圧をPとしたとき、次の式で騒音レベルのdB値を求める。
    • 騒音レベル[dB]=20log(P/P0)
    • 0[dB]は最小可聴音(やっと聴こえる音)。
    • 20[dB]は木の葉の触れあう音程度である。

参考文献

  • 『はじめてのテスター』
  • 『図解入門 はじめての人のためのテスターがよくわかる本』
  • 『はじめて見るテスターの本』