【早わかり電気回路】テスター(マルチメーター)の測定原理と使い方

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電子回路部品「テスター」（マルチメーター）の解説

今回は、電気回路・電子回路用の測定器である「テスター」について説明します。

１．テスターとは？マルチメータとは？
２．アナログテスターの測定原理
３．デジタルテスターの測定原理
４．テスターの使い方
- （1）アナログテスターとデジタルテスターの比較［メリットとデメリット］
- （2）テスターによる測定手順

１．テスターとは？マルチメータとは？

「テスター」は、「マルチメーター」や「回路計」とも呼ばれ、一台で電圧や抵抗、電流が計れる、便利な計測器です。電気的な実験や評価の際のさまざまな測定に使用されたり、電気機器の保守点検などに使用されたりしています。

業界によって違いはありますが、アナログでメーター表示されているものは「テスター」、デジタルでメーター表示されているものは「マルチメーター」と呼び分けていることもあります。
このようにいくつかの呼び方はありますが、基本的な機能は同じです。

以下、テスターの原理と使い方について解説します。

２．アナログテスターの測定原理

テスターにはアナログとデジタルの2種類があります。アナログとデジタルでは、測定原理が違いますが、まず、アナログテスターの測定原理から見ていきましょう。

（1）メーターの原理

アナログテスターは、針（メーター）が動くので、針の指す指示値を読み取ります。
そもそも、メーターの針はなぜ動くのでしょうか？
原理的には、モータと同じで、電磁力で動いています。

図1は、直流モータの構造と原理の概略を示した図です。
図1において、磁石のN極とS極の間に整流子を取り付けたコイルを置きます。整流子には、ブラシから電源が供給されます。磁石によって生じる磁界は、N局からS極に向かっています。

この磁界を横切るようにコイルの電線に電流を流すと「フレミングの左手の法則」によって決まる方向に力が発生します。
図1では、N極側のコイルが上方向に、S極側のコイルが下方向に力を受け、点線の軸を中心に回転します。

【図1 直流モータの構造と原理】

図2に、メーターの針が動く原理を示します。
メーターは、見えるところには、図2の目盛と指針だけがありますが、筐体の中には、磁石とコイルが入っています。
モータと同様に、磁石の磁界を横切るようにコイルの電線に電流を流すと「フレミングの左手の法則」によって決まる方向に力が発生します。この力（回転力）と、うず巻きばねの力とがつりあった箇所が、指針の指す位置となります。
流れる電流と回転力は比例するので、電流値と目盛を対応させれば、電流計となります。
このメーターを「可動コイル形」といいます。　

【図2 メーターの針が動く原理】

このように、アナログテスターのメーターは、直流電流計になることがわかりました。
アナログテスターは、直流電流、直流電圧、抵抗等を測定できますが、全て、この直流電流計が基本となっています。

（2）直流電流計

アナログテスターのメーターは、直流電流計で電流値と目盛を対応させていますが、スイッチの切り替えで測定レンジを変えることができます。

【図3 直流電流の測定】

図3は、直流の電源に抵抗R０の負荷を接続したときにテスターで直流電流を測定する場合の図です。
電流は、回路に直列にテスターを入れて測定します。テスターの基本となる直流電流計が1mAの電流計とすると、抵抗R０に流れる電流は、1mAまで測定できます。
1mA電流計には、コイルなどの抵抗分として内部抵抗Rｍがあります。

次に、抵抗R0の負荷に10mAの電流を流すとすると、このままでは、メーターの針が振り切れて測定できません。

【図4　分流抵抗を使った例】

そこで、図4のように1mA電流計と並列にR1を接続し、R1のほうに9mA流れるようにします。この時のR１を分流抵抗（分流器）といいます。
この抵抗を変えることで測定するレンジを変えることができます。
このようにして、様々なレンジの電流値を測定することができます。

（3）直流電圧計

アナログテスターのメーターは、直流電流計ですが、目盛を電流に対応する電圧にすれば、直流電圧計になります。
メーターが１ｍAの電流計で内部抵抗Rmとすると、メーターにかかる電圧Eは、
オームの法則　E＝I（電流）×R（抵抗）
より、抵抗が一定の電流計で電流を測定すれば、電流と抵抗の積から電圧が求められます。
この値を目盛にすれば、直流電圧計になります。　

【図5　直流電圧計】

図5は、電源に抵抗R０を接続したときの、テスターで直流電圧を測定している様子を示しています。電圧は、テスターを測定個所と並列に接続します。

図5において、テスターが5Vを示すためには、この回路に流れる電流Ⅰｔが 1mA 流れれば良いことになります。
電源Eが5V（ボルト）の時、電流Ⅰｔが 1mA 流れるためには、
R=5(V)／1(mA)=5[KΩ]　となります。　R=R1+Rmです。
測定する電圧が大きくなったら、レンジの抵抗R１を大きくすれば良いことになります。
アナログテスターは、レンジの抵抗を変えることで大きな電圧を測ることができるのです。

このように、電圧計の電圧測定範囲を拡大するためにつなぐ直列抵抗のことを「倍率器」（マルチプライヤ）といいます。
ちなみに、交流電圧を測定する場合には、測定回路の前段に整流回路を設けて、直流に変換してから測定します。

（4）抵抗計

図6は、テスターの抵抗計で未知の抵抗R０の抵抗値を測定する場合の図です。

【図6　抵抗計】

通常、電流計の目盛りは電流が流れると大きさに比例して目盛は右に動きます。従って電圧や電流を計測する時は、目盛りが右に行くほど大きくなります。

これに対して、抵抗計の場合は目盛りの付け方が逆になっています。一番右に針が振れた位置がゼロオーム（0Ω）になって、針が左に行くほど、抵抗値が大きくなるように目盛が付けられています。
抵抗を計測する前には、アナログテスターの端子を導通させてフルスケール（0Ω）になるように可変抵抗R1で調整します。

未知の抵抗R0を計測する場合には、図6のように、未知の抵抗を回路に直列に接続しますので、当然流れる電流が減少します。
メーターの針がこの電流に応じた位置に触れますので、あらかじめ抵抗値に応じた目盛りを付けて置くことで抵抗値が分かることになります。

３．デジタルテスターの測定原理

アナログテスターは、基本が直流電流計でしたが、デジタルテスターは、基本が直流電圧計となります。
図7に、デジタルテスターの構成を示します。

【図7　デジタルテスターの構成】

図7のように、デジタルテスターは、全ての測定項目を一旦、直流電圧値に変換し、その値をアナログ／デジタル変換部でデジタル値に変換して、液晶表示器などの表示部に表示させます。

（1）直流／交流電圧計

直流電圧は、直接アナログ/デジタル変換部に入力できます。
しかし、アナログ/デジタル変換部の入力レンジは数V位ですので、mV（ミリボルト）などの低い電圧では増幅、kV（キロボルト）などの高い電圧では分圧が必要になります。
この測定レンジの切り替えを分圧器で行います。
交流電圧では、交流を整流して直流にしています。

（2）直流／交流電流計

直流電流は、測定する直流電流を標準抵抗器に流し、両端に発生する直流電圧を使います。
また、測定レンジは、この標準抵抗器を切り替えて行います。
たとえば、１ｋΩの抵抗で１mAの電流が流れるとオームの法則により、
電圧[V]=電流[A]×抵抗[Ω]=1[mA]×1[kΩ]=1[V] が発生します。
交流電流では、さらに交流/直流変換器（整流）により直流電圧に変換します。