前書き

任意の数量を測定するために使用される機器は、測定機器と呼ばれます。このチュートリアルでは、主に*電気機器*について説明します。これは、電気量またはパラメーターの測定に役立ちます。

以下は、最も一般的に使用される電子機器です。

電圧計
電流計
オーム計
マルチメータ

次に、これらの機器について簡単に説明します。

電圧計

名前が示すように、 voltmeter は電気回路の2点間の電圧を測定する測定器です。電圧計には、DC電圧計とAC電圧計の2種類があります。

DC電圧計は、電気回路の2点間のDC電圧を測定しますが、AC電圧計は電気回路の2点間のAC電圧を測定します。 *実用的なDC電圧計*の例を下の図に示します。

電圧計

上図に示すDC電圧計は、* $（0-100）V $ DC電圧計*です。したがって、0ボルトから10ボルトのDC電圧を測定するために使用できます。

電流計

名前が示すように、 ammeter は電気回路の任意の2点を流れる電流を測定する測定器です。電流計には、DC電流計とAC電流計の2種類があります。

DC電流計は、電気回路の任意の2点を流れるDC電流を測定します。一方、AC電流計は、電気回路の任意の2点を流れるAC電流を測定します。 *実用的なAC電流計*の例を以下の図に示します-

電流計

上図に示されているAC電流計は、* $（0-100）A \：$ AC電流計*です。したがって、ゼロアンペアから100アンペアまでのAC電流の測定に使用できます。

オーム計

オームメーター*は、電気回路の任意の2点間の抵抗値を測定するために使用されます。未知の抵抗の値を見つけるためにも使用できます。オーム計には、直列抵抗計とシャント抵抗計の2種類があります。

直列タイプの抵抗計では、値が不明で測定される抵抗器を抵抗計と直列に接続する必要があります。 *高い抵抗値*を測定するのに役立ちます。

OHMMeter

シャントタイプの抵抗計では、値が不明で測定される抵抗を抵抗計と並列に接続（シャント）する必要があります。 *低抵抗値*の測定に役立ちます。

実際のシャント抵抗計*の例を上の図に示します。上の図に示されている抵抗計は、 $（0-100）\ Omega $シャント抵抗計です。したがって、ゼロオームから100オームまでの抵抗値を測定するために使用できます。

マルチメータ

マルチメーター*は、電圧、電流、抵抗などの量を1つずつ測定するために使用される電子機器です。 DCおよびAC電圧、DCおよびAC電流、およびいくつかの範囲の抵抗の測定に使用できます。実用的なマルチメーターは、次の図に示されています-

マルチメータ

図に示すように、このマルチメーターは、さまざまな高抵抗、低抵抗、DC電圧、AC電圧、DC電流、およびAC電流の測定に使用できます。これらの数量ごとに異なるスケールと値の範囲が上の図でマークされています。

この章で検討した計器は、*タイプの計器*を示しています。これらの計器のポインタは、特定の値を指し示します。これらの電子計測器については、後の章で詳しく説明します。

性能特性

測定器の性能を知り、数量やパラメータの測定に役立つ測定器の特性は、*性能特性*として知られています。

パフォーマンス特性の種類

楽器の性能特性は、次の2つのタイプに分類できます。

静特性
動特性

次に、これら2つのタイプの特性について1つずつ説明します。

静特性

時間に関して*変化しない*測定器の量またはパラメータの特性は、静的特性と呼ばれます。時々、これらの量またはパラメーターは時間に対してゆっくりと変化する場合があります。以下は*静的特性*のリストです。

正確さ
精度
感度
解決
静的エラー

次に、これらの静的特性について1つずつ説明します。

正確さ

指示された楽器の値$ A _ \ {i} $と真の値$ A _ \ {t} $の代数的差は、*精度*として知られています。数学的には、次のように表すことができます-

精度= A _ \ {i}-A _ \ {t}

用語「精度」は、指定された楽器の値$ A _ \ {i} $が真の値$ A _ \ {t} $にどれだけ近いかを示します。

静的エラー

時間に関して変化しない量の真の値である$ A _ \ {t} $と機器の示された値である$ A _ \ {i} $との差は static error 、$ e_として知られています。 \ {s} $。数学的には、次のように表すことができます-

e _ \ {s} = A _ \ {t}-A _ \ {i}

静的エラーという用語は、機器の不正確さを意味します。静的エラーが割合で表される場合、*静的エラーの割合*と呼ばれます。数学的には、次のように表すことができます-

\％e _ \ {s} = \ frac \ {e _ \ {s}} \ {A _ \ {t}} \ times 100

代わりに、上記の式の右側にある$ e _ \ {s} $の値-

\％e _ \ {s} = \ frac \ {A _ \ {t}-A _ \ {i}} \ {A _ \ {t}} \ times 100

どこで、

$ \％e _ \ {s} $は静的エラーの割合です。

精度

同じ状況で何度も同じ量を測定するために使用されたときに、同じ値を繰り返し示す機器は、その機器の*精度*が高いと言えます。

感度

出力の変化の割合、入力の所定の変化に対する測定器の$ \ Delta A _ \ {out} $、測定される$ \ Delta A _ \ {in} $は*感度、S *と呼ばれます。数学的には次のように表すことができます-

S = \ frac \ {\ Delta A _ \ {out}} \ {\ Delta A _ \ {in}}

_感度_という用語は、測定器が応答するために必要な測定可能な入力の最小の変化を意味します。

検量線が*線形*の場合、機器の感度は一定になり、検量線の傾きに等しくなります。
検量線が*非線形*の場合、機器の感度は一定ではなく、入力に対して変化します。

解決

計測器の出力が入力の特定の増分がある場合にのみ変化する場合、入力のその増分は*解像度*と呼ばれます。つまり、入力の解像度がある場合、機器は入力を効果的に測定できます。

動特性

時間に対して非常に迅速に変化する量またはパラメータを測定するために使用される機器の特性は、動的特性と呼ばれます。以下は*動的特性*のリストです。

応答速度
動的エラー
忠実度
Lag

次に、これらの動的特性について1つずつ説明します。

応答速度

測定する量に変化がある場合に機器が応答する速度は、*応答速度*と呼ばれます。機器の速さを示します。

Lag

測定される量に変化があるときはいつでも、機器の応答に存在する遅延の量は、測定ラグと呼ばれます。また、単に lag と呼ばれます。

動的エラー

時間に応じて変化する量の真の値$ A _ \ {t} $と機器の指示値$ A _ \ {i} $との差は、動的エラー$ e _ \ {d}として知られています。 $。

忠実度

計測器が動的エラーなしで測定量の変化を示す度合いは、*忠実度*として知られています

電子計測器-エラー

測定中に発生するエラーは、*測定エラー*と呼ばれます。この章では、測定誤差の種類について説明します。

測定誤差の種類

測定誤差は、次の3つのタイプに分類できます。

総誤差
ランダムエラー
系統的エラー

次に、これら3種類の測定誤差について1つずつ説明します。

総誤差

測定値の取得中に観測者の経験不足により発生するエラーは、*総誤差*として知られています。グロスエラーの値は、オブザーバーによって異なります。機器の不適切な選択により、重大なエラーが発生することもあります。これらの2つの手順に従うことで、全体的なエラーを最小限に抑えることができます。

測定する値の範囲に基づいて、最適な機器を選択してください。
測定値を注意深く書き留めてください

系統的エラー

機器が動作中に一定の均一な偏差であるエラーを生成する場合、*システマティックエラー*として知られています。系統誤差は、機器で使用される材料の特性により発生します。

系統誤差の種類

系統的エラーは、次の3つのタイプに分類できます。

インストゥルメンタルエラー-このタイプのエラーは、インストゥルメントとローディングエフェクトの欠点のために発生します。
環境エラー-このタイプのエラーは、温度、圧力などの変化などの環境の変化により発生します。
観測エラー-このタイプのエラーは、メーターの測定値を取得する際に観測者が原因で発生します。 *視差エラー*はこのタイプのエラーに属します。

ランダムエラー

測定時間中に未知のソースが原因で発生するエラーは、*ランダムエラー*として知られています。したがって、これらのエラーを排除または最小化することはできません。しかし、ランダムエラーなしでより正確な測定値を取得したい場合は、次の2つの手順に従うことで可能です。

Step1 -さまざまなオブザーバーによる読み取り回数を増やします。
Step2 -Step1で取得した読み取り値の統計分析を行います。

以下は、統計分析で使用されるパラメーターです。

Mean
中央値
分散
偏差
標準偏差

次に、これらの*統計パラメータ*について説明します。

Mean

$ x _ \ {1}、x _ \ {2}、x _ \ {3}、….、x _ \ {N} $を特定の測定値の$ N $測定値とします。これらの測定値の平均値または*平均値*は、次の式を使用して計算できます。

m = \ frac \ {x _ \ {1} + x _ \ {2} + x _ \ {3} + .... + x _ \ {N}} \ {N}

ここで、$ m $は平均値または平均値です。

特定の測定値の読み取り数が多い場合、平均値または平均値は true value にほぼ等しくなります。

中央値

特定の測定値の読み取り数が多い場合、平均値または平均値を計算することは困難です。ここで、*中央値*を計算すると、平均値にほぼ等しくなります。

中央値を計算するには、まず特定の測定値を*昇順*で並べる必要があります。測定値の数が*奇数*の場合、次の式を使用して中央値を計算できます。

M = x _ \ {\ left（\ frac \ {N + 1} \ {2} \ right）}

測定値の数が*偶数*の場合、次の式を使用して中央値を計算できます。

M = \ frac \ {x _ \ {\ left（N/2 \ right）} + x_ \ left（\ left [N/2 \ right] +1 \ right）} \ {2}

平均からの逸脱

特定の測定値の読み取り値と平均値の差は、「平均からの偏差」として知られています。つまり、_deviation_と呼ばれます。数学的には、次のように表すことができます

d _ \ {i} = x _ \ {i} -m

どこで、

$ d _ \ {i} $は、平均からの$ i ^ \ {th} $読み取り値の偏差です。

$ x _ \ {i} $は、$ i ^ \ {th} $読み取り値です。

$ m $は平均値または平均値です。

標準偏差

偏差の二乗平均は*標準偏差*と呼ばれます。数学的には、次のように表すことができます

\ sigma = \ sqrt \ {\ frac \ {\ {d _ \ {1}} ^ \ {2} + \ {d _ \ {2}} ^ \ {2} + \ {d _ \ {3}} ^ \ {2} + .... + \ {d _ \ {N}} ^ \ {2}} \ {N}}

上記の式は、読み取り値の数Nが20以上の場合に有効です。読み取り回数Nが20未満の場合、標準偏差に次の式を使用できます。

\ sigma = \ sqrt \ {\ frac \ {\ {d _ \ {1}} ^ \ {2} + \ {d _ \ {2}} ^ \ {2} + \ {d _ \ {3}} ^ \ {2} + .... + \ {d _ \ {N}} ^ \ {2}} \ {N-1}}

どこで、

$ \ sigma $は標準偏差です

$ d _ \ {1}、d _ \ {2}、d _ \ {3}、…、d _ \ {N} $は、平均からの第1、第2、第3、…、$ N ^ \ {th} $読み取り値の偏差です。それぞれ。

注-標準偏差の値が小さい場合、測定値の読み取り値の精度が高くなります。

分散

標準偏差の二乗は*分散*と呼ばれます。数学的には、次のように表すことができます

V = \ sigma ^ \ {2}

どこで、

$ V $は分散です

$ \ sigma $は標準偏差です

偏差の平均二乗は、*分散*とも呼ばれます。数学的には、次のように表すことができます

V = \ frac \ {\ {d _ \ {1}} ^ \ {2} + \ {d _ \ {2}} ^ \ {2} + \ {d _ \ {3}} ^ \ {2} + .... + \ {d _ \ {N}} ^ \ {2}} \ {N}

上記の式は、読み取り値の数Nが20以上の場合に有効です。読み取り値の数Nが20未満の場合、分散には次の式を使用できます。

V = \ frac \ {\ {d _ \ {1}} ^ \ {2} + \ {d _ \ {2}} ^ \ {2} + \ {d _ \ {3}} ^ \ {2} + .... + \ {d _ \ {N}} ^ \ {2}} \ {N-1}

どこで、

$ V $は分散です

$ d _ \ {1}、d _ \ {2}、d _ \ {3}、…、d _ \ {N} $は、平均からの第1、第2、第3、…、$ N ^ \ {th} $の読み取り値の偏差です。それぞれ。

そのため、統計パラメーターを使用して、特定の測定値の読み取り値を分析できます。これにより、より正確な測定値が得られます。

電子計測器

数量の測定に使用される機器は、*測定機器*として知られています。機器が電圧や電流などの基本的な電気量を測定できる場合、「基本測定機器」と呼ばれます。

基本的な測定器の種類

基本的な測定器は、次の2つのタイプに分類できます。

電圧計
電流計

これら2つの基本的な測定器について簡単に説明します。

電圧計

名前が示すように、 voltmeter は電気回路の2点間の電圧を測定する測定器です。電圧の単位はボルトで、測定器はメートルです。したがって、「電圧計」という語は、2つの語「」「」および「*」*を組み合わせて得られます。

電圧計は、測定可能な電圧のタイプに基づいて、次の* 2つのタイプ*に分類できます。

DC電圧計
AC電圧計

DC電圧計

名前が示すように、DC電圧計は、電気回路の任意の2点の* DC電圧*を測定します。実用的なDC電圧計を次の図に示します。

電圧計

図に示すDC電圧計は、* $（0-10）V $ DC電圧計*です。したがって、0ボルトから10ボルトのDC電圧を測定するために使用できます。

AC電圧計

名前が示すように、AC電圧計は、電気回路の任意の2点の* AC電圧*を測定します。実用的なAC電圧計を次の図に示します。

AC電圧計

上の図に示されているAC電圧計は、* $（0-250）V $ AC電圧計です。したがって、0ボルトから250ボルトのAC電圧を測定するために使用できます。

電流計

名前が示すように、 ammeter は電気回路の任意の2点を流れる電流を測定する測定器です。電流の単位はアンペアで、測定器はメートルです。単語「ammeter」は、アンペアの*「am」と「meter」*を組み合わせたものです。

電流計は、測定できる電流のタイプに基づいて、次の* 2つのタイプ*に分類できます。

DC電流計
AC電流計

DC電流計

名前が示すように、DC電流計は、電気回路の任意の2点を流れる* DC電流*を測定します。実用的なDC電流計を図に示します。

DC電流計

上図に示すDC電流計は、* $（0-50）A $ DC電流計*です。したがって、ゼロアンペアから50アンペアまでのDC電流の測定に使用できます。

AC電流計

名前が示すように、AC電流計は、電気回路の任意の2点を流れる* AC電流*を測定します。実際のAC電流計を次の図に示します。

AC電流計

上図に示すAC電流計は、* $（0-100）A $ AC電流計*です。したがって、ゼロアンペアから100アンペアまでのAC電流の測定に使用できます。

以下のいくつかの章で、さまざまな電圧計と電流計について詳しく説明します。

DC電圧計

DC電圧計は、電気回路の2点間のDC電圧を測定するために使用される測定器です。永久磁石移動コイル（PMMC）検流計と直列に抵抗を配置すると、組み合わせ全体が一緒に* DC電圧計*として機能します。

DC電圧計で使用される直列抵抗は、直列乗算抵抗または単に乗算器とも呼ばれます。基本的に、メータ電流がフルスケールのたわみ値を超えないようにするために、検流計に流れる電流量を制限します。 DC電圧計の*回路図*を下図に示します。

DC電圧計の回路図

このDC電圧計を、DC電圧を測定する電気回路の2点に配置する必要があります。

上記の回路のループの周りに KVL を適用します。

$ V-I _ \ {m} R _ \ {se} -I _ \ {m} R _ \ {m} = 0 $（式1）

\ Rightarrow V-I _ \ {m} R _ \ {m} = I _ \ {m} R _ \ {se}

\ Rightarrow R _ \ {se} = \ frac \ {V-I _ \ {m} R _ \ {m}} \ {I _ \ {m}}

$ \ Rightarrow R _ \ {se} = \ frac \ {V} \ {I _ \ {m}}-R _ \ {m} $（式2）

どこで、

$ R _ \ {se} $は直列乗算抵抗器です。

$ V $は、測定するフルレンジDC電圧です

$ I _ \ {m} $はフルスケールの偏向電流です

$ R _ \ {m} $は検流計の内部抵抗です

測定するフルレンジDC電圧$ V $と検流計でのDC電圧降下$ V _ \ {m} $の比率は、乗算係数、mとして知られています。数学的には、次のように表すことができます

$ m = \ frac \ {V} \ {V _ \ {m}} $（式3）

式1から、測定する*フルレンジDC電圧*の次の式、$ V $を取得します。

$ V = I _ \ {m} R _ \ {se} + I _ \ {m} R _ \ {m} $（式4）

検流計での* DC電圧降下*、$ V _ \ {m} $は、フルスケールの偏向電流$ I _ \ {m} $と検流計の内部抵抗$ R _ \ {m} $の積です。数学的には、次のように書くことができます

$ V _ \ {m} = I _ \ {m} R _ \ {m} $（式5）

代替、式3の式4および式5。

m = \ frac \ {I _ \ {m} R _ \ {se} + I _ \ {m} R _ \ {m}} \ {I _ \ {m} R _ \ {m}}

$ \ Rightarrow m = \ frac \ {R _ \ {se}} \ {R _ \ {m}} + 1 $

$ \ Rightarrow m-1 = \ frac \ {R _ \ {se}} \ {R _ \ {m}} $

$ R _ \ {se} = R _ \ {m} \ left（m-1 \ right）$（式6）

利用可能なデータに基づいて式2または式6のいずれかを使用して、*直列乗算器の抵抗値*を見つけることができます。

マルチレンジDC電圧計

前のセクションでは、PMMC検流計と直列に乗算抵抗器を配置することで得られるDC電圧計について説明しました。このDC電圧計は、DC電圧の*特定の範囲*を測定するために使用できます。

複数の範囲*のDC電圧を測定するためにDC電圧計を使用する場合、単一の増倍抵抗器の代わりに複数の並列増倍抵抗器を使用する必要があり、この抵抗器の組み合わせ全体がPMMC検流計と直列になっています。マルチレンジDC電圧計の*回路図*を下図に示します。

マルチレンジDC電圧計

電気回路の2点にこの*マルチレンジDC電圧計*を配置し、必要な範囲のDC電圧を測定する必要があります。スイッチsをそれぞれの乗算抵抗器に接続することにより、希望する電圧範囲を選択できます。

フルレンジDC電圧が次のように測定されると考える場合、$ m _ \ {1}、m _ \ {2}、m _ \ {2} $および$ m _ \ {4} $はDC電圧計の*乗算係数*です、$ V _ \ {1}、V _ \ {2}、V _ \ {3} $および$ V _ \ {4} $。以下は、各倍率に対応する式です。

m _ \ {1} = \ frac \ {V _ \ {1}} \ {V _ \ {m}}

m _ \ {2} = \ frac \ {V _ \ {2}} \ {V _ \ {m}}

m _ \ {3} = \ frac \ {V _ \ {3}} \ {V _ \ {m}}

m _ \ {4} = \ frac \ {V _ \ {4}} \ {V _ \ {m}}

上記の回路には、4つの*直列乗算抵抗器*、$ R _ \ {se1}、R _ \ {se2}、R _ \ {se3} $および$ R _ \ {se4} $があります。以下は、これら4つの抵抗に対応する式です。

R _ \ {se1} = R _ \ {m} \ left（m _ \ {1} -1 \ right）

R _ \ {se2} = R _ \ {m} \ left（m _ \ {2} -1 \ right）

R _ \ {se3} = R _ \ {m} \ left（m _ \ {3} -1 \ right）

R _ \ {se4} = R _ \ {m} \ left（m _ \ {4} -1 \ right）

したがって、上記の式を使用して、各直列乗算抵抗器の抵抗値を見つけることができます。

AC電圧計

電気回路の2点間のAC電圧を測定するために使用される機器は、* AC電圧計*と呼ばれます。 AC電圧計が整流器で構成されている場合、整流器ベースのAC電圧計と呼ばれます。

DC電圧計は、DC電圧のみを測定します。 AC電圧の測定に使用する場合は、次の2つの手順に従う必要があります。

Step1 -整流器を使用して、AC電圧信号をDC電圧信号に変換します。
Step2 -整流器の出力信号のDCまたは平均値を測定します。

基本的なDC電圧計に整流回路を含めるだけで、*整流器ベースのAC電圧計*が得られます。この章では、整流器ベースのAC電圧計について説明します。

整流器ベースのAC電圧計の種類

以下に、整流器ベースのAC電圧計の2つのタイプを示します。

半波整流器を使用したAC電圧計
全波整流器を使用したAC電圧計

次に、これら2つのAC電圧計について1つずつ説明します。

半波整流器を使用したAC電圧計

DC電圧計の前に半波整流器が接続されている場合、その組み合わせ全体を半波整流器を使用するAC電圧計と呼びます。半波整流器を使用したAC電圧計の*ブロック図*を以下の図に示します。

半波整流器を使用したAC電圧計

上記のブロック図は、半波整流器とDC電圧計の2つのブロックで構成されています。上記のブロック図の各ブロックをそれぞれのコンポーネントに置き換えるだけで、対応する回路図が得られます。そのため、半波整流器を使用したAC電圧計の*回路図*は、次の図のようになります。

PMMC検流計

正弦波（AC）入力電圧信号の* rms値*は

V _ \ {rms} = \ frac \ {V _ \ {m}} \ {\ sqrt \ {2}}

\ Rightarrow V _ \ {m} = \ sqrt \ {2} V _ \ {rms}

\ Rightarrow V _ \ {m} = 1.414 V _ \ {rms}

どこで、

$ V _ \ {m} $は、正弦波（AC）入力電圧信号の最大値です。

半波整流器の出力信号の DC または平均値は

V _ \ {dc} = \ frac \ {V _ \ {m}} \ {\ pi}

代替、上記の式の$ V _ \ {m} $の値。

V _ \ {dc} = \ frac \ {1.414 V _ \ {rms}} \ {\ pi}

V _ \ {dc} = 0.45 V _ \ {rms}

したがって、AC電圧計は、正弦波（AC）入力電圧信号のrms値の 0.45 倍に等しい出力電圧を生成します

全波整流器を使用したAC電圧計

全波整流器がDC電圧計の前に接続されている場合、その組み合わせ全体は、全波整流器を使用するAC電圧計と呼ばれます。全波整流器を使用したAC電圧計の*ブロック図*を下図に示します

全波整流器を使用したAC電圧計

上記のブロック図は、全波整流器とDC電圧計の2つのブロックで構成されています。上記のブロック図の各ブロックをそれぞれのコンポーネントに置き換えるだけで、対応する回路図が得られます。

したがって、全波整流器を使用したAC電圧計の*回路図*は、次の図のようになります。

AC電圧計の回路図

正弦波（AC）入力電圧信号の* rms値*は

V _ \ {rms} = \ frac \ {V _ \ {m}} \ {\ sqrt \ {2}}

\ Rightarrow V _ \ {m} = \ sqrt \ {2} \：V _ \ {rms}

\右矢印V _ \ {m} = 1.414 V _ \ {rms}

どこで、

$ V _ \ {m} $は、正弦波（AC）入力電圧信号の最大値です。

全波整流器の出力信号の DC または平均値は

V _ \ {dc} = \ frac \ {2V _ \ {m}} \ {\ pi}

代替、上記の式の$ V _ \ {m} $の値

V _ \ {dc} = \ frac \ {2 \ times 1.414 \：V _ \ {rms}} \ {\ pi}

V _ \ {dc} = 0.9 \：V _ \ {rms}

したがって、AC電圧計は、正弦波（AC）入力電圧信号のrms値の 0.9 倍に等しい出力電圧を生成します。

その他のAC電圧計

前の章で、整流器ベースのAC電圧計について説明しました。この章では、次の2種類のAC電圧計について説明します。

ピーク応答AC電圧計
真のRMS応答AC電圧計

次に、これら2種類のAC電圧計について1つずつ説明します。

ピーク応答AC電圧計

名前が示すように、ピーク応答AC電圧計はAC電圧信号の*ピーク値*に応答します。つまり、この電圧計はAC電圧のピーク値を測定します。ピーク応答AC電圧計の*回路図*を以下に示します-

ピーク応答AC電圧計の回路図

上記の回路は、ダイオード、コンデンサ、DCアンプ、PMMC検流計で構成されています。上記の回路にあるダイオードは、整流のために使用されます。したがって、ダイオードはAC電圧信号をDC電圧信号に変換します。コンデンサは、このDC電圧信号のピーク値まで充電されます。

AC電圧信号の*正の半サイクル*の間、ダイオードが導通し、コンデンサがAC電圧信号のピーク値まで充電されます。 AC電圧信号の値がこの値よりも小さい場合、ダイオードは逆バイアスされます。

したがって、コンデンサは、AC電圧信号の次の正の半サイクルまで、DCアンプの抵抗を介して放電します。 AC電圧信号の値がコンデンサ電圧よりも大きい場合、ダイオードが導通し、プロセスが繰り返されます。

コンデンサが急速に充電され、ゆっくり放電するように、コンポーネント値を選択する必要があります。その結果、メーターは常にこのコンデンサ電圧に応答します。 * AC電圧のピーク値*。

真のRMS応答AC電圧計

名前が示すように、真のRMS応答AC電圧計は、AC電圧信号の真のRMS値に応答します。この電圧計は、AC電圧のRMS値を測定します。真のRMS応答AC電圧計の*回路図*を以下の図に示します。

真のRMS応答AC電圧計

上記の回路は、ACアンプ、2つの熱電対、DCアンプ、およびPMMC検流計で構成されています。 ACアンプは、AC電圧信号を増幅します。上記の回路で使用されている2つの熱電対は、測定熱電対と平衡熱電対です。 *熱電対の測定*は、AC電圧信号のRMS値に比例する出力電圧を生成します。

熱電対は、入力量の2乗を通常の量に変換します。これは、熱電対の出力と入力の間に非線形の関係が存在することを意味します。熱電対の非線形動作の影響は、フィードバック回路で別の熱電対を使用することで無視できます。上記の回路でこの目的に使用される熱電対は、 balancing thermocouple として知られています。

2つの熱電対、すなわち、測定熱電対と平衡熱電対が一緒になって、DC増幅器の入力で花嫁を形成します。その結果、メーターは常にAC電圧信号の*真のRMS値*に応答します。

DC電流計

電流は、電荷の流れの速度です。この電荷が一方向にのみ流れる場合、合成電流は直流（DC）と呼ばれます。直流電流計と呼ばれる直流電流の測定に使用される機器。

永久磁石移動コイル（PMMC）検流計と並列に抵抗を配置すると、組み合わせ全体がDC電流計として機能します。 DC電流計で使用される並列抵抗は、シャント抵抗または単に*シャント*とも呼ばれます。大きな値のDC電流を測定するために、この抵抗の値は小さいと見なす必要があります。

DC電流計の*回路図*を下図に示します。

DC電流計の回路図

この* DC電流計*は、DC電流を測定する電気回路の分岐と直列に配置する必要があります。並列に接続されている要素間の電圧は同じです。したがって、シャント抵抗両端の電圧$ R _ \ {sh} $と検流計抵抗両端の電圧$ R _ \ {m} $は、これらの2つの要素が上記の回路で並列に接続されているため同じです。数学、次のように書くことができます

I _ \ {sh} R _ \ {sh} = I _ \ {m} R _ \ {m}

$ \ Rightarrow R _ \ {sh} = \ frac \ {I _ \ {m} R _ \ {m}} \ {I _ \ {sh}} $（式1）

ノード1の* KCL方程式*は

-I + I _ \ {sh} + I _ \ {m} = 0

\ Rightarrow I _ \ {sh} = I-I _ \ {m}

式1の$ I _ \ {sh} $の値を代入します。

$ R _ \ {sh} = \ frac \ {I _ \ {m} R _ \ {m}} \ {I-I _ \ {m}} $（式2）

分母項で一般的な$ I _ \ {m} $を取得します。これは式2の右側にあります

$$ R _ \ {sh} = \ frac \ {I _ \ {m} R _ \ {m}} \ {I _ \ {m}（\ frac \ {1} \ {I _ \ {m}}-1）} $ $

$ \ Rightarrow R _ \ {sh} = \ frac \ {R _ \ {m}} \ {\ frac \ {I} \ {I _ \ {m}}-1} $（式3）

どこで、

$ R _ \ {sh} $はシャント抵抗です

$ R _ \ {m} $は検流計の内部抵抗です

$ I $は、測定される合計直流です。

$ I _ \ {m} $はフルスケールの偏向電流です

測定対象の合計直流電流$ I $と検流計のフルスケール偏向電流$ I _ \ {m} $の比率は、*乗算係数m *として知られています。数学的には、次のように表すことができます

$ m = \ frac \ {I} \ {I _ \ {m}} $（式4）

$ R _ \ {sh} = \ frac \ {R _ \ {m}} \ {m-1} $（式5）

利用可能なデータに基づいて式2または式5のいずれかを使用することにより、*シャント抵抗の値*を見つけることができます。

マルチレンジDC電流計

前のセクションでは、PMMC検流計と並列に抵抗を配置することで得られるDC電流計について説明しました。このDC電流計は、*特定の範囲*の直流を測定するために使用できます。

複数の範囲*の直流を測定するためにDC電流計を使用したい場合、単一の抵抗器の代わりに複数の並列抵抗器を使用する必要があり、抵抗器のこの組み合わせ全体がPMMC検流計に並列です。マルチレンジDC電流計の*回路図*を下図に示します。

マルチレンジDC電流計の回路図

このマルチレンジDC電流計を、必要な範囲の直流を測定する電気回路の分岐と直列に配置します。望ましい電流範囲は、スイッチsをそれぞれのシャント抵抗に接続することにより選択されます。

合計直流を次のように測定する場合、$ m _ \ {1}、m _ \ {2}、m _ \ {3} $、および$ m _ \ {4} $は、DC電流計の*乗算係数*です。それぞれ$ I _ \ {1}、I _ \ {2}、I _ \ {3} $および$ I _ \ {4} $。以下は、各倍率に対応する式です。

m _ \ {1} = \ frac \ {I _ \ {1}} \ {I _ \ {m}}

m _ \ {2} = \ frac \ {I _ \ {2}} \ {I _ \ {m}}

m _ \ {3} = \ frac \ {I _ \ {3}} \ {I _ \ {m}}

m _ \ {4} = \ frac \ {I _ \ {4}} \ {I _ \ {m}}

上記の回路には、4つの*シャント抵抗器*、$ R _ \ {sh1}、R _ \ {sh2}、R _ \ {sh2} $および$ R _ \ {sh4} $があります。以下は、これら4つの抵抗に対応する式です。

R _ \ {sh1} = \ frac \ {R _ \ {m}} \ {m _ \ {1} -1}

R _ \ {sh2} = \ frac \ {R _ \ {m}} \ {m _ \ {2} -1}

R _ \ {sh3} = \ frac \ {R _ \ {m}} \ {m _ \ {3} -1}

R _ \ {sh4} = \ frac \ {R _ \ {m}} \ {m _ \ {4} -1}

上記の式は、各シャント抵抗の抵抗値を見つけるのに役立ちます。

AC電流計

電流は、電荷の流れの速度です。この電荷の方向が定期的に変化する場合、合成電流は* Alternating Current（AC）*と呼ばれます。

電気回路の任意のブランチを流れる交流電流の測定に使用される機器は、* AC電流計*と呼ばれます。

例-熱電対タイプのAC電流計。

次に、熱電対タイプの交流電流計について説明します。

熱電対型AC電流計

熱電対がPMMC検流計の前に接続されている場合、その組み合わせ全体が熱電対型AC電流計と呼ばれます。熱電対タイプのAC電流計の*ブロック図*を下の図に示します。

熱電対タイプAC電流計

上記のブロック図は、主に2つのブロックで構成されています。熱電対とPMMC検流計です。上記のブロック図の各ブロックをそれぞれのコンポーネントに置き換えるだけで、対応する回路図が得られます。そのため、熱電対タイプのAC電流計の*回路図*は、次の図のようになります。

熱電対タイプAC電流計の回路図

熱電対は、交流電流Iがヒーター要素を流れるたびに、EMF $ e $を生成します。このEMF、$ e $は、ヒーター要素を流れる電流Iのrms値に正比例します。そのため、* rms値の電流*を読み取るには、PMMC機器のスケールを較正する必要があります。

したがって、この章では、DC電圧計、AC電圧計、DC電流計、AC電流計などのすべての基本的な測定器を完成させました。次の章では、抵抗値を測定するメーターまたは測定器について説明します。

OHMMeters

電気回路の任意の2点間の抵抗値を測定するために使用される機器は、「オーム計」と呼ばれます。未知の抵抗の値を見つけるためにも使用できます。抵抗の単位はオームで、測定器はメートルです。したがって、「ohmmeter」という単語は、「ohm」*と「meter」*という単語を組み合わせて取得されます。

抵抗計の種類

以下は、2つのタイプのオーム計です。

シリーズ抵抗計
シャント抵抗計

次に、これら2つのタイプのオーム計について1つずつ説明します。

シリーズ抵抗計

抵抗器の値が不明であり、抵抗計と直列に配置して測定する必要がある場合、その抵抗計は直列抵抗計と呼ばれます。直列抵抗計の*回路図*を下図に示します。

シリーズ抵抗計

端子AとBの左側にある回路の部分は series ohmmeter です。そのため、未知の抵抗値を端子AとBの右側に配置することで測定できます。ここで、直列抵抗計の*キャリブレーションスケール*について説明します。

$ R _ \ {x} = 0 \：\ Omega $の場合、端子AとBは互いに短絡します。そのため、メーター電流は抵抗$ R _ \ {1} $と$ R _ \ {2} $に分割されます。次に、メーター電流全体が抵抗器を流れるように、抵抗器の値$ R _ \ {2} $を変更します。$ R _ \ {1} $のみです。この場合、メーターは完全な*スケール偏向電流*を示します。したがって、メーターのこのフルスケール偏向電流は、$ 0 \：\ Omega $として表すことができます。
$ R _ \ {x} = \ infty \：\ Omega $の場合、ターミナルAとBは互いにオープンサーキットになります。したがって、抵抗$ R _ \ {1} $には電流は流れません。この場合、メーターはゼロ偏向電流を示します。したがって、メーターのこのヌル偏向は$ \ infty \ Omega $として表すことができます。
このように、$ R _ \ {x} $の異なる値を考慮することにより、メーターは異なるたわみを示します。したがって、それに応じて、それらのたわみを対応する抵抗値で表すことができます。

直列抵抗計は、校正スケールで構成されています。スケールの右端と左端にそれぞれ0 $ \ Omega $と$ \ infty \：\ Omega $の表示があります。直列抵抗計は、*高い抵抗値*の測定に役立ちます。

シャント抵抗計

抵抗器の値が不明で、抵抗計と並列（シャント）に配置して測定する場合、その抵抗計はシャント抵抗計と呼ばれます。シャントオーム計の*回路図*を下の図に示します。

シャント抵抗計

端子AおよびBの左側にある回路の部分は、*シャントオーム計*です。そのため、未知の抵抗値を端子AとBの右側に配置することで測定できます。

ここで、シャント抵抗計の*キャリブレーションスケール*について説明します。使用中に上記の回路のスイッチSを閉じます。

$ R _ \ {x} = 0 \：\ Omega $の場合、端子AとBは互いに短絡します。このため、電流$ I _ \ {1} $全体が端子AおよびBを流れます。この場合、PMMC検流計に電流は流れません。したがって、PMMC検流計の*ヌル偏向*は、$ 0 \：\ Omega $として表すことができます。
$ R _ \ {x} = \ infty \：\ Omega $の場合、ターミナルAとBは互いにオープンサーキットになります。そのため、端子AとBには電流は流れません。この場合、電流$ I _ \ {1} $全体がPMMC検流計を流れます。必要に応じて、PMMC検流計がフルスケールの偏向電流を示すまで、抵抗器の値$ R _ \ {1} $を変更（調整）します。したがって、PMMC検流計のこの*フルスケール偏向*電流は、$ \ infty \：\ Omega $として表すことができます
このように、$ R _ \ {x} $の異なる値を考慮することにより、メーターは異なるたわみを示します。したがって、それに応じて、それらのたわみを対応する抵抗値で表すことができます。

シャントオーム計は、キャリブレーションスケールで構成されています。スケールの左端と右端のそれぞれに、$ 0 \：\ Omega $と$ \ infty \：\ Omega $の表示があります。

シャント抵抗計は、*低い抵抗値*を測定するのに役立ちます。したがって、測定する抵抗値に基づいて、直列抵抗計またはシャント抵抗計を使用できます。

マルチメーター

前の章で、電圧計、電流計、および抵抗計について説明しました。これらの測定器は、電圧、電流、抵抗をそれぞれ測定するために使用されます。つまり、電圧、電流、抵抗を測定するための*個別の測定器*があります。

単一の測定器を使用して、電圧、電流、抵抗などの量を一度に1つずつ測定できる場合、それは*マルチメーター*と呼ばれます。一度に複数の電気量を測定できるため、マルチメーターという名前が付いています。

マルチメーターを使用した測定

マルチメーター*は、DCおよびAC電圧、DCおよびAC電流、およびいくつかの範囲の抵抗を測定するために使用される機器です。電子マルチメーターまたは電圧オームメーター（VOM）とも呼ばれます。

直流電圧測定

DC電圧の測定に使用できるマルチメーターの*回路図*の部分を下の図に示します。

熱電対のブロック図

上記の回路は、マルチレンジDC電圧計のように見えます。 PMMC検流計と直列の抵抗の組み合わせは、* DC電圧計*です。そのため、特定の値までのDC電圧の測定に使用できます。

抵抗値を大きくすることで、同じDC電圧計で測定できるDC電圧の範囲を広げることができます。抵抗器を series に接続すると、等価抵抗値が増加します。

上記の回路では、PMMC検流計と直列の抵抗$ R _ \ {5} $の組み合わせを使用して、最大 2.5V のDC電圧を測定できます。前の回路と直列に抵抗$ R _ \ {4} $を接続することにより、最大 10V のDC電圧を測定できます。このようにして、前の（以前の）回路と直列に抵抗を接続するだけで、DC電圧の範囲を広げることができます。

スイッチSを目的の電圧範囲に接続することにより、電気回路の任意の2点のDC電圧を測定できます。

DC電流測定

DC電流の測定に使用できるマルチメータの*回路図*の部分を以下の図に示します。

マルチメータの回路図

上記の回路は、マルチレンジDC電流計のように見えます。 PMMC検流計と並列の抵抗の組み合わせは* DC電流計*です。そのため、特定の値までのDC電流の測定に使用できます。

抵抗器を前の抵抗器と並列に配置することにより、同じDC電流計で測定したDC電流の*異なる範囲*を取得できます。上記の回路では、抵抗器$ R _ \ {1} $がPMMC検流計と直列に接続されており、大電流による計器の損傷を防ぎます。

スイッチSを目的の電流範囲に接続することにより、電気回路の任意の2点を流れるDC電流を測定できます

AC電圧測定

AC電圧の測定に使用できるマルチメーターの*回路図*の部分を以下の図に示します。

AC電圧測定

上記の回路は、*マルチレンジAC電圧計*のように見えます。整流器をDC電圧計と直列（カスケード）に配置するだけでAC電圧計が得られることがわかっています。上記の回路は、ダイオードの組み合わせと抵抗$ R _ \ {6} $を抵抗、$ R _ \ {5} $およびPMMC検流計の間に配置するだけで作成されました。

スイッチSを目的の電圧範囲に接続することにより、電気回路の任意の2点のAC電圧を測定できます。

抵抗測定

抵抗を測定するために使用できるマルチメータの*回路図*の部分を下の図に示します。

抵抗測定

測定を行う前に、次の2つのタスクを実行する必要があります。

機器の短絡
メーターがフルスケール電流を示すまで、ゼロ調整コントロールを変更します。つまり、メーターはゼロ抵抗値を示します。

さて、上記の回路はシャント抵抗計として動作し、1のスケール乗算を持ちます。 10 ^ 0 ^。また、高抵抗を測定するためのスケール乗算として、10の高次のべき乗を考慮することができます。

信号発生器

信号発生器*は、正弦波、方形波、三角波などの標準テスト信号を提供する電子機器です。周期的な信号を生成するため、発振器とも呼ばれます。

オーディオ周波数（AF）範囲の周波数を持つ周期信号を生成する信号ジェネレーターは、* AFシグナルジェネレーター*と呼ばれます。オーディオ周波数の範囲は20Hz〜20KHzです。

AF正弦波および方形波ジェネレーター

要件に基づいてオーディオ周波数の範囲で正弦波または方形波のいずれかを生成するAF信号発生器は、AF正弦波および方形波発生器と呼ばれます。そのブロック図を下の図に示します。

AFサイン方形波ジェネレーター

上記のブロック図は、主に* 2つのパス*で構成されています。それらは上経路と下経路です。上のパスはAF正弦波を生成するために使用され、下のパスはAF方形波を生成するために使用されます。

Wienブリッジオシレーター*は、オーディオ周波数の範囲で正弦波を生成します。要件に基づいて、スイッチによってウィーンブリッジオシレータの出力を上位パスまたは下位パスに接続できます。

上部のパスは、正弦波増幅器や減衰器などのブロックで構成されています。スイッチを使用して、ウィーンブリッジオシレーターの出力を上位パスに接続すると、上位パスの出力で必要な* AF正弦波*が生成されます。

下のパスは、次のブロックで構成されています：方形波シェーパー、方形波増幅器、および減衰器。方形波シェイパーは、正弦波を方形波に変換します。スイッチを使用してウィーンブリッジオシレーターの出力を低パスに接続すると、低パスの出力で必要な* AF方形波*が生成されます。このようにして、検討したブロック図を使用して、要件に基づいてAF正弦波またはAF方形波を生成できます。

関数発生器

関数発生器は、3つ以上の周期的な波を生成する信号発生器です。三角波、方形波、正弦波などの周期波を生成する関数ジェネレーターの次の*ブロック図*を検討してください。

現在のソース

上記のブロック図には、2つの*電流源*、すなわち上側電流源と下側電流源があります。これらの2つの電流源は、周波数制御電圧によって調整されます。

三角波

上記のブロック図にある Integrator は、同じ時間だけ繰り返し上下の電流源から交互に定電流を取得します。そのため、積分器は同じ時間に2種類の出力を繰り返し生成します-

積分器の出力電圧は、積分器が上部電流源から電流を取得する期間の時間に対して*線形的に増加します*。
積分器の出力電圧は、積分器が低電流源から電流を取得する期間の時間に対して*線形的に減少*します。

このようにして、上記のブロック図にある積分器は*三角波*を生成します。

方形波と正弦波

積分器の出力、つまり上記のブロック図に示すように、それぞれ方形波と正弦波を取得するために、三角波が入力として他の2つのブロックに適用されます。これら2つについて1つずつ説明しましょう。

方形波

三角波は、等しい時間を繰り返し交互に正の勾配と負の勾配を持ちます。したがって、上記のブロック図にある*電圧コンパレータマルチバイブレータ*は、次の2種類の出力を同じ時間で繰り返し生成します。

電圧コンパレータマルチバイブレータが三角波の正のスロープを取得している間の、電圧コンパレータマルチバイブレータの出力での一定の*（より高い）電圧*。
電圧比較器マルチバイブレータが三角波の負の勾配を得る期間中の電圧比較器マルチバイブレータの出力における別のタイプの一定の*（低い）電圧*。

上記のブロック図にある電圧比較器マルチバイブレーターは、*方形波*を生成します。電圧比較器マルチバイブレータの出力で生成される方形波の振幅が十分でない場合、方形波増幅器を使用して必要な値に増幅できます。

正弦波

正弦波整形回路*は、三角波入力から正弦波出力を生成します。基本的に、この回路はダイオード抵抗ネットワークで構成されています。正弦波整形回路の出力で生成される正弦波の振幅が不十分な場合、正弦波増幅器を使用して必要な値に増幅できます。

ウェーブアナライザー

波の分析に使用される電子機器は、*波アナライザ*と呼ばれます。シグナルとウェーブという用語は頻繁に交換可能に使用できるため、シグナルアナライザとも呼ばれます。

周期信号*は、次の2つの項の合計として表すことができます。

DC成分
一連の正弦波高調波

したがって、周期信号の分析は、その中に存在する高調波成分の分析です。

基本的なウェーブアナライザー

基本的なウェーブアナライザーは、主に3つのブロックで構成されています-一次検出器、全波整流器、およびPMMC検流計。基本的な波形アナライザの*ブロック図*を以下の図に示します-

基本的なウェーブアナライザー

基本的なウェーブアナライザに存在する各ブロックの*機能*を以下に示します。

プライマリ検出器-LC回路で構成されています。必要な高調波周波数成分のみを測定できるように、インダクタLとコンデンサCの値を調整できます。
全波整流器-AC入力をDC出力に変換します。
* PMMCガルバノメーター*-全波整流器の出力で得られる信号のピーク値を示します。

上記の基本的なウェーブアナライザーのブロック図の各ブロックをそれぞれのコンポーネントに置き換えるだけで、対応する回路図が得られます。したがって、基本的な波アナライザの*回路図*は、次の図に示すようになります-

基本的なWave Analyzerの回路図

この基本的なウェーブアナライザは、周期信号のすべての高調波周波数成分を分析するために使用できます。

ウェーブアナライザーの種類

ウェーブアナライザは、次の* 2つのタイプ*に分類できます。

周波数選択性ウェーブアナライザー
スーパーヘテロダインウェーブアナライザー

次に、これら2つのウェーブアナライザーについて1つずつ説明します。

周波数選択性ウェーブアナライザー

AF範囲の信号を分析するために使用されるウェーブアナライザーは、周波数選択性ウェーブアナライザーと呼ばれます。周波数選択波アナライザの*ブロック図*を次の図に示します。

周波数選択波アナライザー

周波数選択波アナライザーは、一連のブロックで構成されています。各ブロックの*機能*を以下に示します。

入力アッテネータ-分析されるAF信号は入力アッテネータに適用されます。信号の振幅が大きすぎる場合、入力減衰器によって減衰させることができます。
Driver Amplifier -必要に応じて受信信号を増幅します。
高Qフィルタ-希望の周波数を選択し、不要な周波数を除去するために使用されます。 2つのRCセクションと2つのフィルターアンプで構成され、これらはすべてカスケード接続されています。 10のべき乗で周波数の範囲を変更するために、キャパシタンス値を変更できます。同様に、選択した範囲内で周波数を変更するために、抵抗値を変えることができます。
メーターレンジアッテネーター-選択したAF信号を入力として取得し、必要に応じて減衰出力を生成します。
出力アンプ-必要に応じて、選択したAF信号を増幅します。
出力バッファ-選択したAF信号を出力デバイスに提供するために使用されます。
メーター回路-選択したAF信号の読み取り値を表示します。メーター範囲はボルト範囲またはデシベル範囲で選択できます。

スーパーヘテロダインウェーブアナライザー

RF範囲の信号を分析するために使用されるウェーブアナライザーは、スーパーヘテロダインウェーブアナライザーと呼ばれます。次の図は、スーパーヘテロダインウェーブアナライザーの*ブロック図*を示しています。

Superheterodyne Wave Analyzer

スーパーヘテロダインウェーブアナライザーの working を以下に示します。

分析されるRF信号は、入力減衰器に適用されます。信号の振幅が大きすぎる場合は、*入力減衰器*で減衰できます。
*未調整アンプ*は、必要に応じてRF信号を増幅し、最初のミキサーに適用します。
RF信号の周波数範囲とローカル発振器の出力は、それぞれ0〜18 MHzと30〜48 MHzです。したがって、*最初のミキサー*は、30 MHzの周波数を持つ出力を生成します。これは、それに適用される2つの信号の周波数の差です。
* IFアンプ*は、中間周波数（IF）信号を増幅します。最初のミキサーの出力。増幅されたIF信号は2番目のミキサーに適用されます。
増幅されたIF信号と水晶発振器の出力の周波数は同じで、30MHzです。したがって、* 2番目のミキサー*は、0 Hzの周波数を持つ出力を生成します。これは、それに適用される2つの信号の周波数の差です。
*アクティブローパスフィルター（LPF）*のカットオフ周波数は1500 Hzとして選択されます。したがって、このフィルターは2番目のミキサーの出力信号を許可します。
*メーター回路*は、RF信号の読み取り値を表示します。メーター範囲はボルト範囲またはデシベル範囲で選択できます。

そのため、分析する信号の周波数範囲に基づいて特定のウェーブアナライザーを選択できます。

スペクトラムアナライザー

周波数領域で波を分析するために使用される電子機器は、*スペクトルアナライザ*と呼ばれます。基本的に、CRT画面に信号のエネルギー分布を表示します。ここで、x軸は周波数を表し、y軸は振幅を表します。

スペクトルアナライザーの種類

スペクトルアナライザーは、次の* 2つのタイプ*に分類できます。

フィルターバンクスペクトラムアナライザー
スーパーヘテロダインスペクトラムアナライザー

次に、これら2つのスペクトルアナライザーについて1つずつ説明します。

フィルターバンクスペクトラムアナライザー

AF範囲の信号を分析するために使用されるスペクトルアナライザーは、すべての入力周波数の変動を表示（表示）するため、フィルターバンクスペクトルアナライザーまたは*リアルタイムスペクトルアナライザー*と呼ばれます。

次の図は、フィルターバンクスペクトルアナライザーの*ブロック図*を示しています。

フィルターバンクスペクトラムアナライザー

フィルターバンクスペクトルアナライザーの working は、以下に記載されています。

帯域通過フィルターのセットがあり、それぞれが特定の周波数帯域を許可するように設計されています。各バンドパスフィルターの出力は、対応する検出器に与えられます。
すべての検出器出力は電子スイッチに接続されています。このスイッチにより、検出器はCROの垂直偏向プレートに順次出力できます。そのため、CROはCRT画面に周波数* AF信号のスペクトル*を表示します。

スーパーヘテロダインスペクトラムアナライザー

RF範囲の信号を分析するために使用されるスペクトルアナライザーは、*スーパーヘテロダインスペクトルアナライザー*と呼ばれます。その*ブロック図*を下の図に示します。

Superheterodyne Spectrum Analyzer

スーパーヘテロダインスペクトラムアナライザーの working を以下に示します。

分析されるRF信号は、入力アッテネーターに適用されます。信号の振幅が大きすぎる場合、*入力アッテネーター*で減衰できます。
ローパスフィルタ（LPF）は、カットオフ周波数より低い周波数成分のみを許可します。
Mixer は、ローパスフィルターと電圧調整発振器から入力を取得します。出力が生成されます。これは、適用される2つの信号の周波数の差です。
* IFアンプ*は、中間周波数（IF）信号を増幅します。ミキサーの出力。増幅されたIF信号は検出器に適用されます。

検出器の出力は、CROの垂直偏向板に与えられます。そのため、CROはそのCRT画面に周波数* RF信号のスペクトル*を表示します。

そのため、分析する信号の周波数範囲に基づいて特定のスペクトルアナライザーを選択できます。

オシロスコープの基本

オシロスコープ*は、電圧波形を表示する電子機器です。オシロスコープの中で、Cathode Ray Oscilloscope（CRO）は基本的なものであり、時間とともに変化する信号または波形を表示します。

この章では、CROのブロック図と、CROを使用したいくつかのパラメーターの測定について説明します。

CROのブロック図

Cathode Ray Oscilloscope（CRO）は一連のブロックで構成されています。それらは、垂直増幅器、遅延線、トリガー回路、タイムベースジェネレータ、水平増幅器、陰極線管（CRT）および電源です。 CROの*ブロック図*を下の図に示します。

CROのブロック図

CROの各ブロックの*機能*を以下に示します。

Vertical Amplifier -CRTの画面に表示される入力信号を増幅します。
遅延ライン-垂直増幅器の出力で得られる信号にある程度の遅延を提供します。この遅延信号は、CRTの垂直偏向板に適用されます。
トリガー回路-電子ビームの水平偏向と垂直偏向の両方を同期させるためにトリガー信号を生成します。
タイムベースジェネレータ-鋸歯状信号を生成します。これは、電子ビームの水平偏向に役立ちます。
Horizontal Amplifier -ノコギリ波信号を増幅してから、CRTの水平偏向板に接続します。
電源-高電圧と低電圧の両方を生成します。負の高電圧と正の低電圧は、それぞれCRTと他の回路に印加されます。
陰極線管（CRT）-CROの主要な重要ブロックであり、主に4つの部分で構成されています。それらは、電子銃、垂直偏向板、水平偏向板、蛍光スクリーンです。

電子銃によって生成された電子ビームは、それぞれ1対の垂直偏向板と1対の水平偏向板によって垂直方向と水平方向の両方に偏向されます。最後に、偏向したビームは蛍光スクリーン上にスポットとして表示されます。

このようにして、CROはCRTの画面に適用された入力信号を表示します。したがって、CROを使用して、時間領域で信号を分析できます。

CROを使用した測定

CROを使用して、次の測定を行うことができます。

振幅の測定
期間の測定
周波数の測定

それでは、これらの測定について1つずつ説明しましょう。

振幅の測定

CROは、画面に時間の関数として電圧信号を表示します。その電圧信号の*振幅*は一定ですが、CROパネルの volt/division ノブを変えることにより、垂直方向の電圧信号をカバーする分割数を変えることができます。したがって、次の式を使用して、CROの画面に表示される信号の*振幅*を取得します。

A = j \ times n _ \ {v}

どこで、

$ A $は振幅です

$ j $はボルト/ディビジョンの値です

$ n _ \ {v} $は、垂直方向の信号をカバーする分割数です。

期間の測定

CROは、画面に時間の関数として電圧信号を表示します。その周期的な電圧信号の*期間*は一定ですが、CROパネルの time/division ノブを変えることにより、水平方向の電圧信号の1サイクル全体をカバーする分割数を変えることができます。

したがって、次の式を使用して、CROの画面に表示される信号の*期間*を取得します。

T = k \ times n _ \ {h}

どこで、

$ T $は期間です

$ j $は時間/分割の値です

$ n _ \ {v} $は、水平方向の周期信号の完全な1サイクルをカバーする分割数です。

周波数の測定

周期信号の周波数fは、時間周期Tの逆数です。数学、次のように表すことができます

f = \ frac \ {1} \ {T}

したがって、これらの2つの手順に従うことで、周期信号の周波数fを見つけることができます。

Step1 -周期信号の*期間*を見つける
Step2 -Step1で取得した周期信号の期間の*逆数*を取る

次の章では、特別な目的のオシロスコープについて説明します。

特別な目的のオシロスコープ

前の章で、基本的なオシロスコープである陰極線オシロスコープ（CRO）について説明しました。要件に基づいて基本的なオシロスコープにいくつかの追加ブロックを追加するだけで、特別な目的のオシロスコープが得られます。

以下は、*特別な目的のオシロスコープ*です。

デュアルビームオシロスコープ
デュアルトレースオシロスコープ
デジタルストレージオシロスコープ

それでは、これらの特別な目的のオシロスコープについて1つずつ説明しましょう。

デュアルビームオシロスコープ

2つの電圧波形を表示するオシロスコープは、デュアルビームオシロスコープと呼ばれます。その*ブロック図*を下の図に示します。

デュアルビームオシロスコープ

上図に示すように、デュアルビームオシロスコープのCRTは、2組の垂直偏向板と1組の水平偏向板で構成されています。

次のブロックを組み合わせたものを*チャンネル*と呼びます。

プリアンプとアッテネーター
遅延線
縦型アンプ
垂直偏向プレートのセット

デュアルビームオシロスコープには2つのチャンネルがあります。そのため、2つの信号、つまりAとBをそれぞれチャンネルAとチャンネルBの入力として適用できます。スイッチを使用して、これら4つの信号のいずれかをトリガー回路への*トリガー入力*として選択できます。これらは、入力信号AおよびB、外部信号（Ext）、およびライン入力です。

このオシロスコープは、2組の垂直偏向プレートがあるため、2つの垂直偏向ビームを生成します。このオシロスコープでは、ビームを水平方向に偏向するのに役立つブロックは、両方の入力信号に共通です。最後に、このオシロスコープは、CRTの画面に* 2つの入力信号*を同時に生成します。

デュアルトレースオシロスコープ

画面上に2つのトレースを生成するオシロスコープは、デュアルトレースオシロスコープと呼ばれます。その*ブロック図*を下の図に示します。

デュアルトレースオシロスコープ

上の図に示すように、デュアルトレースオシロスコープのCRTは、垂直偏向プレートのセットと水平偏向プレートの別のセットで構成されています。チャネルは4つのブロックで構成されています。プリアンプ＆アッテネーター、ディレイライン、垂直アンプ、垂直偏向プレート。

上記のブロック図では、最初の2つのブロックが両方のチャネルに別々に存在しています。最後の2つのブロックは、両方のチャネルに共通です。したがって、*電子スイッチ*の助けを借りて、特定のチャンネルの遅延線出力を垂直増幅器に接続できます。

スイッチを使用して、これらの4つの信号のいずれかを*トリガー回路*へのトリガー入力として選択できます。これらは、入力信号AおよびB、外部信号（Ext）、およびライン入力です。

このオシロスコープは、電子スイッチを使用して入力信号AおよびBを垂直方向に偏向するために同じ電子ビームを使用し、* 2つのトレース*を生成します。ビームを水平方向に偏向するブロックは、両方の入力信号に共通です。

デジタルストレージオシロスコープ

波形をデジタルで保存するオシロスコープは、デジタルストレージオシロスコープと呼ばれます。（デジタル）ストレージオシロスコープの*ブロック図*は以下です-

デジタルストレージオシロスコープ

デジタルデータストレージに必要な追加ブロックが基本的なオシロスコープに追加され、デジタルストレージオシロスコープに変換されます。 *デジタルデータの保存*に必要なブロックは、デジタルストレージオシロスコープのプリアンプとアッテネーターと垂直アンプの間にあります。それらは、サンプルアンドホールド回路、A/Dコンバーター（ADC）、メモリとD/Aコンバーターです。

制御ロジック*は、さまざまな制御信号を送信することにより、最初の3つのブロックを制御します。制御ロジックやデジタルアナログコンバーターなどのブロックは、デジタルストレージオシロスコープのトリガー回路と水平アンプの間にあります。

デジタルストレージオシロスコープは、画面に波形を表示する前にデータをデジタルで*保存します*。一方、基本的なオシロスコープにはこの機能はありません。

リサージュ図

リサージュ図形*は、CROの水平および垂直偏向板の両方に正弦波信号が印加されたときに画面に表示されるパターンです。これらのパターンは、CROの水平偏向板と垂直偏向板の両方に適用される正弦波信号の振幅、周波数、位相差に基づいて変化します。

次の図は、リサージュ図の*例*を示しています。

リサージュ図の例

上記のリサージュ図は*楕円形*であり、その主軸には正のx軸を持つ傾斜角があります。

リサージュ図形を使用した測定

リサージュ図から次の* 2つの測定*を実行できます。

正弦波信号の周波数
2つの正弦波信号間の位相差

次に、これら2つの測定値について1つずつ説明します。

周波数の測定

CROの水平偏向板と垂直偏向板の両方に正弦波信号が適用されると、画面にリサージュ図が表示されます。したがって、CROの水平偏向板に、標準の*既知の周波数*を持つ正弦波信号を適用します。同様に、CROの垂直偏向板に*周波数*が*不明*の正弦波信号を適用します

$ f _ \ {H} $と$ f _ \ {V} $は正弦波信号の周波数であり、それぞれCROの水平偏向板と垂直偏向板に適用されます。 $ f _ \ {H} $と$ f _ \ {V} $の関係は、次のように*数学*で表すことができます。

\ frac \ {f _ \ {V}} \ {f _ \ {H}} = \ frac \ {n _ \ {H}} \ {n _ \ {V}}

上記の関係から、CROの垂直偏向板に適用される正弦波信号の周波数を取得します。

$ f _ \ {V} = \ left（\ frac \ {n _ \ {H}} \ {n _ \ {V}} \ right）f _ \ {H} $（式1）

どこで、

$ n _ \ {H} $は水平接線の数です

$ n _ \ {V} $は垂直接線の数です

リサージュ図から$ n _ \ {H} $および$ n _ \ {V} $の値を見つけることができます。したがって、式1で$ n _ \ {H} $、$ n _ \ {V} $および$ f _ \ {H} $の値を代入すると、 $ f _ \ {V} $ の値が得られます。すなわち CROの垂直偏向板に適用される*正弦波信号の周波数*。

位相差の測定

CROの水平偏向板と垂直偏向板の両方に正弦波信号が印加されると、画面にリサージュ図が表示されます。したがって、*同じ振幅と周波数*を持つ正弦波信号をCROの水平偏向板と垂直偏向板の両方に適用します。

形状に基づいたいくつかのリサージュ図では、2つの正弦波信号間の位相差を直接知ることができます。

リサージュ図が、正のx軸を持つ傾き$ 45 ^ \ {\ circ} $の*直線*である場合、2つの正弦波信号間の*位相差*は$ 0 ^ \ {\ circ} $になります。つまり、これらの2つの正弦波信号間に位相差はありません。
リサージュ図が、正のx軸を持つ傾き$ 135 ^ \ {\ circ} $の*直線*である場合、2つの正弦波信号間の*位相差*は$ 180 ^ \ {\ circ} $になります。つまり、これら2つの正弦波信号は位相がずれています。
リサージュ図が*円形*の場合、2つの正弦波信号間の位相差は$ 90 ^ \ {\ circ} $または$ 270 ^ \ {\ circ} $になります。

リサージュ図形が*楕円形*である場合、式を使用して2つの正弦波信号間の位相差を計算できます。

傾斜角を持つ楕円形のリサージュ図形の長軸が正のx軸で$ 0 ^ \ {\ circ} $と$ 90 ^ \ {\ circ} $の間にある場合、2つの正弦波信号間の位相差は次のようになります。。

\ phi = \ sin ^ \ {-1} \ left（\ frac \ {x _ \ {1}} \ {x _ \ {2}} \ right）= \ sin ^ \ {-1} \ left（\ frac \ {y _ \ {1}} \ {y _ \ {2}} \ right）

傾斜角を持つ楕円形のリサージュ図の長軸が正のx軸で$ 90 ^ \ {\ circ} $と$ 180 ^ \ {\ circ} $の間にある場合、2つの正弦波信号間の位相差は次のようになります。。

\ phi = 180-\ sin ^ \ {-1} \ left（\ frac \ {x _ \ {1}} \ {x _ \ {2}} \ right）= 180-\ sin ^ \ {-1} \ left（\ frac \ {y _ \ {1}} \ {y _ \ {2}} \ right）

どこ、

$ x _ \ {1} $は、原点からx軸上の点までの距離で、楕円形のリサージュ図形が交差します。

$ x _ \ {2} $は、原点から楕円形のリサージュ図形の垂直接線までの距離です。

$ y _ \ {1} $は、原点からy軸上の点までの距離で、楕円形のリサージュ図形が交差します。

$ y _ \ {2} $は、原点から楕円形のリサージュ図形の水平接線までの距離です。

この章では、式を使用して、未知の正弦波信号の周波数とリサージュ図からの2つの正弦波信号間の位相差を見つける方法を歓迎します。 Electronic-measuring-instruments-cro-probes

電子計測器-ブリッジ

電気コンポーネントがブリッジまたはリング構造の形で配置されている場合、その電気回路は*ブリッジ*と呼ばれます。一般に、ブリッジは4つのアームまたはブランチのセットでループを形成します。各ブランチには、1つまたは2つの電気コンポーネントが含まれます。

橋の種類

ブリッジ回路またはブリッジは、それらを操作できる電圧信号に基づいて、次の2つのカテゴリに分類できます。

DCブリッジ
ACブリッジ

次に、これら2つのブリッジについて簡単に説明します。

DCブリッジ

ブリッジ回路がDC電圧信号のみで動作できる場合、それはDCブリッジ回路または単に* DCブリッジ*です。 DCブリッジは、未知の抵抗値を測定するために使用されます。 DCブリッジの*回路図*は、次の図のようになります。

DCブリッジ

上記のDCブリッジには* 4つのアーム*があり、各アームは抵抗で構成されています。その中で、2つの抵抗は固定抵抗値を持ち、1つの抵抗は可変抵抗であり、もう1つは未知の抵抗値を持っています。

上記のDCブリッジ回路は、1つの対角線に配置することにより、* DC電圧源*で励起できます。検流計は、DCブリッジの他の対角線に配置されます。ブリッジがアンバランスである限り、ある程度のたわみを示します。

検流計がゼロ（ゼロ）たわみを示すまで、可変抵抗器の抵抗値を変更します。現在、上記のDCブリッジは平衡型であると言われています。したがって、節点方程式を使用して、*不明な抵抗*の値を見つけることができます。

ACブリッジ

ブリッジ回路がAC電圧信号のみで動作できる場合、ACブリッジ回路または単に* ACブリッジ*と呼ばれます。 ACブリッジは、未知のインダクタンス、キャパシタンス、および周波数の値を測定するために使用されます。

ACブリッジの*回路図*は、次の図のようになります。

ACブリッジ

ACブリッジの回路図は、DCブリッジの回路図に似ています。上記のACブリッジには* 4つのアーム*があり、各アームはいくつかのインピーダンスで構成されています。つまり、各アームには、抵抗、インダクタ、コンデンサなどの受動素子の単一または組み合わせがあります。

4つのインピーダンスのうち、2つのインピーダンスは固定値を持ち、1つのインピーダンスは可変で、もう1つのインピーダンスは未知のインピーダンスです。

上記のACブリッジ回路は、1つの対角線に配置することにより、* AC電圧源*で励起できます。検出器は、ACブリッジの他の対角線に配置されます。ブリッジがアンバランスである限り、ある程度のたわみを示します。

検出器がヌル（ゼロ）偏向を示すまで、可変インピーダンスのインピーダンス値を変更します。さて、上記のACブリッジは平衡型と言われています。したがって、平衡状態を使用することにより、*不明なインピーダンス*の値を見つけることができます。

DCブリッジ

DCブリッジ*は、DC電圧信号のみで動作できます。 DCブリッジは、ブリッジに存在する未知の抵抗値の測定に役立ちます。 Wheatstone’s BridgeはDCブリッジの例です。

次に、未知の抵抗値を見つけるために、*ホイートストンの橋*について議論しましょう。

ホイートストンの橋

ホイートストンの橋は、主に4本の腕を持つ単純なDC橋です。これらの4つのアームは菱形または正方形を形成し、各アームは1つの抵抗で構成されます。

未知の抵抗値を見つけるには、検流計とDC電圧源が必要です。したがって、これら2つのうちの1つはホイートストンの橋の対角線に配置され、もう1つはホイートストンの橋の別の対角線に配置されます。

ホイートストンのブリッジは、中程度の抵抗値を測定するために使用されます Wheatstoneのブリッジの*回路図*を下の図に示します。

ホイートストンの橋

上記の回路では、アームAB、BC、CD、DAが一緒に*菱形*または正方形を形成しています。これらは、それぞれ抵抗器$ R _ \ {2} $、$ R _ \ {4} $、$ R _ \ {3} $および$ R _ \ {1} $で構成されています。これらの抵抗アームを流れる電流をそれぞれ$ I _ \ {2} $、$ I _ \ {4} $、$ I _ \ {3} $および$ I _ \ {1} $とし、これらの電流の方向を図。

対角アームDBとACは、それぞれ検流計とVボルトのDC電圧源で構成されています。ここで、抵抗$ R _ \ {3} $は標準の可変抵抗であり、抵抗$ R _ \ {4} $は未知の抵抗です。抵抗器の抵抗値$ R _ \ {3} $を変えることで、*ブリッジのバランスをとることができます。

上記のブリッジ回路は、対角線アームDBに電流が流れていないときにバランスが取れています。つまり、ブリッジのバランスがとれているとき、検流計には「たわみ」がありません。

次の* 2つの条件*が満たされると、ブリッジのバランスが取れます。

アームADの電圧は、アームABの電圧に等しくなります。すなわち

V _ \ {AD} = V _ \ {AB}

$ \ Rightarrow I _ \ {1} R _ \ {1} = I _ \ {2} R _ \ {2} $方程式1

アームDCの両端の電圧は、アームBCの両端の電圧に等しくなります。すなわち

V _ \ {DC} = V _ \ {BC}

$ \ Rightarrow I _ \ {3} R _ \ {3} = I _ \ {4} R _ \ {4} $式2

上記の2つのバランス条件から、次の* 2つの結論が得られます。*

アームADを流れる電流は、アームDCの電流と等しくなります。すなわち

I _ \ {1} = I _ \ {3}

アームABを流れる電流は、アームBCの電流と等しくなります。すなわち

I _ \ {2} = I _ \ {4}

式1と式2の比を取ります。

$ \ frac \ {I _ \ {1} R _ \ {1}} \ {I _ \ {3} R _ \ {3}} = \ frac \ {I _ \ {2} R _ \ {2}} \ {I _ \ { 4} R _ \ {4}} $方程式3

置換、式3の$ I _ \ {1} = I _ \ {3} $および$ I _ \ {2} = I _ \ {4} $

\ frac \ {I _ \ {3} R _ \ {1}} \ {I _ \ {3} R _ \ {3}} = \ frac \ {I _ \ {4} R _ \ {2}} \ {I_ \ {4} R _ \ {4}}

\ Rightarrow \ frac \ {R _ \ {1}} \ {R _ \ {3}} = \ frac \ {R _ \ {2}} \ {R _ \ {4}}

\ Rightarrow R _ \ {4} = \ frac \ {R _ \ {2} R _ \ {3}} \ {R _ \ {1}}

抵抗器の既知の値$ R _ \ {1} $、$ R _ \ {2} $および$ R _ \ {3} $を上記の式に代入することにより、抵抗器の*値、$ R _ \ {4} $を取得します。 *。

ACブリッジ

この章では、インダクタンスの測定に使用できるACブリッジについて説明します。 ACブリッジは、AC電圧信号のみで動作します。 ACブリッジの*回路図*を次の図に示します。

ACブリッジ

上図に示すように、ACブリッジは主に4つのアームで構成され、それらは菱形または*正方形*で接続されています。これらのアームはすべて、何らかのインピーダンスで構成されています。

未知のインピーダンスの値を見つけるには、検出器とAC電圧源も必要です。したがって、これら2つの一方はACブリッジの一方の対角線に配置され、もう一方はACブリッジのもう一方の対角線に配置されます。ホイートストンの橋のバランス状態-

R _ \ {4} = \ frac \ {R _ \ {2} R _ \ {3}} \ {R _ \ {1}}

上記の式でRをZに置き換えるだけで、ACブリッジの*バランス状態*が得られます。

Z _ \ {4} = \ frac \ {Z _ \ {2} Z _ \ {3}} \ {Z _ \ {1}}

$ \ Rightarrow Z _ \ {1} Z _ \ {4} = Z _ \ {2} Z _ \ {3} $

ここで、$ Z _ \ {1} $および$ Z _ \ {2} $は固定インピーダンスです。一方、$ Z _ \ {3} $は標準の可変インピーダンスであり、$ Z _ \ {4} $は未知のインピーダンスです。

注-アプリケーションに基づいて、これらの4つのインピーダンスのうち任意の2つを固定インピーダンスとして、1つを標準可変インピーダンスとして、もう1つを未知のインピーダンスとして選択できます。

以下は、*インダクタンス*の測定に使用できる2つのACブリッジです。

マクスウェルの橋
ヘイズブリッジ

次に、これら2つのACブリッジについて1つずつ説明します。

マクスウェルの橋

マックスウェルのブリッジは、菱形または*正方形*の形で接続された4本のアームを持つACブリッジです。このブリッジの2つのアームは1つの抵抗で構成され、1つのアームは抵抗とインダクタの直列の組み合わせで構成され、もう1つのアームは抵抗とコンデンサの並列の組み合わせで構成されます。

AC検出器とAC電圧源を使用して、未知のインピーダンスの値を見つけます。したがって、これら2つのうちの1つはマックスウェルの橋の対角線に配置され、もう1つはマックスウェルの橋の対角線に配置されます。

Maxwellのブリッジは、中程度のインダクタンスの値を測定するために使用されます。 Maxwellのブリッジの*回路図*を次の図に示します。

マクスウェルの橋

上記の回路では、アームAB、BC、CD、DAが菱形または正方形を形成しています。アームABおよびCDは、それぞれ$ R _ \ {2} $および$ R _ \ {3} $の抵抗で構成されています。アームBCは、抵抗$ R _ \ {4} $とインダクタ$ L _ \ {4} $の直列の組み合わせで構成されています。アームDAは、抵抗$ R _ \ {1} $とコンデンサ$ C _ \ {1} $の並列の組み合わせで構成されています。

$ Z _ \ {1}、Z _ \ {2}、Z _ \ {3} $および$ Z _ \ {4} $は、それぞれアームDA、AB、CDおよびBCのインピーダンスです。 *これらのインピーダンスの値*は

Z _ \ {1} = \ frac \ {R _ \ {1} \ left（\ frac \ {1} \ {j \ omega C _ \ {1}} \ right）} \ {R _ \ {1} + \ frac \ {1} \ {j \ omega C _ \ {1}}}

\ Rightarrow Z _ \ {1} = \ frac \ {R _ \ {1}} \ {1 + j \ omega R _ \ {1} C _ \ {1}}

$ Z _ \ {2} = R _ \ {2} $

$ Z _ \ {3} = R _ \ {3} $

$ Z _ \ {4} = R _ \ {4} + j \ omega L _ \ {4} $

これらのインピーダンス値を、ACブリッジの次の平衡状態に置き換えます。

Z _ \ {4} = \ frac \ {Z _ \ {2} Z _ \ {3}} \ {Z _ \ {1}}

R _ \ {4} + j \ omega L _ \ {4} = \ frac \ {R _ \ {2} R _ \ {3}} \ {\ left（\ {\ frac \ {R _ \ {1}} \ {1 + j \ omega R _ \ {1} C _ \ {1}}} \ right）}

$ \ Rightarrow R _ \ {4} + j \ omega L _ \ {4} = \ frac \ {R _ \ {2} R _ \ {3} \ left（1 + j \ omega R _ \ {1} C _ \ {1} \ right）} \ {R _ \ {1}} $

$ \ Rightarrow R _ \ {4} + j \ omega L _ \ {4} = \ frac \ {R _ \ {2} R _ \ {3}} \ {R _ \ {1}} + \ frac \ {j \ omega R_ \ {1} C _ \ {1} R _ \ {2} R _ \ {3}} \ {R _ \ {1}} $

$ \ Rightarrow R _ \ {4} + j \ omega L _ \ {4} = \ frac \ {R _ \ {2} R _ \ {3}} \ {R _ \ {1}} + j \ omega C _ \ {1} R _ \ {2} R _ \ {3} $

上記の方程式のそれぞれの実数項と虚数項を*比較*することにより、

$ R _ \ {4} = \ frac \ {R _ \ {2} R _ \ {3}} \ {R _ \ {1}} $式1

$ L _ \ {4} = C _ \ {1} R _ \ {2} R _ \ {3} $方程式2

式1の抵抗$ R _ \ {1} $、$ R _ \ {2} $、および$ R _ \ {3} $の値を代入することにより、抵抗$ R _ \ {4} $の値を取得します。同様に、式2でコンデンサの値$ C _ \ {1} $と抵抗器の値$ R _ \ {2} $および$ R _ \ {3} $を代入すると、インダクタの値$ L _ \ {4} $。

Maxwellのブリッジの*利点*は、抵抗$ R _ \ {4} $とインダクタ$ L _ \ {4} $の両方の値が周波数の値に依存しないことです。

ヘイズブリッジ

Hay’s bridgeは、Maxwellのブリッジの修正版です。これは、Maxwellのブリッジの抵抗とコンデンサの直列の組み合わせで構成されるアームへの抵抗とコンデンサの並列の組み合わせで構成されるアームを修正することで得られます。

Hayのブリッジは、高インダクタンスの値を測定するために使用されます。 Hayのブリッジの*回路図*を次の図に示します。

ヘイの橋

上記の回路では、アームAB、BC、CD、DAが菱形または正方形を形成しています。アームABおよびCDは、それぞれ$ R _ \ {2} $および$ R _ \ {3} $の抵抗で構成されています。アームBCは、抵抗$ R _ \ {4} $とインダクタ$ L _ \ {4} $の直列の組み合わせで構成されています。アームDAは、抵抗$ R _ \ {1} $とコンデンサ$ C _ \ {1} $の直列の組み合わせで構成されています。

$ Z _ \ {1}、Z _ \ {2}、Z _ \ {3} $および$ Z _ \ {4} $は、それぞれアームDA、AB、CDおよびBCのインピーダンスです。 *これらのインピーダンスの値*は

Z _ \ {1} = R _ \ {1} + \ frac \ {1} \ {j \ omega C _ \ {1}}

$ \ Rightarrow Z _ \ {1} = \ frac \ {1 + j \ omega R _ \ {1} C _ \ {1}} \ {j \ omega C _ \ {1}} $

$ Z _ \ {2} = R _ \ {2} $

$ Z _ \ {3} = R _ \ {3} $

$ Z _ \ {4} = R _ \ {4} + j \ omega L _ \ {4} $

これらのインピーダンス値を、ACブリッジの次の平衡状態に置き換えます。

Z _ \ {4} = \ frac \ {Z _ \ {2} Z _ \ {3}} \ {Z _ \ {1}}

$ R _ \ {4} + j \ omega L _ \ {4} = \ frac \ {R _ \ {2} R _ \ {3}} \ {\ left（\ frac \ {1 + j \ omega R _ \ {1} C _ \ {1}} \ {j \ omega C _ \ {1}} \ right）} $

$ R _ \ {4} + j \ omega L _ \ {4} = \ frac \ {R _ \ {2} R _ \ {3} j \ omega C _ \ {1}} \ {\ left（1 + j \ omega R_ \ {1} C _ \ {1} \ right）} $

上記の方程式の右辺項の分子と分母に$ 1-j \ omega R _ \ {1} C _ \ {1} $を掛けます。

$ \ Rightarrow R _ \ {4} + j \ omega L _ \ {4} = \ frac \ {R _ \ {2} R _ \ {3} j \ omega C _ \ {1}} \ {\ left（1 + j \ omega R _ \ {1} C _ \ {1} \ right）} \ times \ frac \ {\ left（1-j \ omega R _ \ {1} C _ \ {1} \ right）} \ {\ left（1- j \ omega R _ \ {1} C _ \ {1} \ right）} $

$ \ Rightarrow R _ \ {4} + j \ omega L _ \ {4} = \ frac \ {\ omega ^ \ {2} \ {C _ \ {1}} ^ \ {2} R _ \ {1} R _ \ { 2} R _ \ {3} + j \ omega R _ \ {2} R _ \ {3} C _ \ {1}} \ {\ left（1+ \ omega ^ \ {2} \ {R _ \ {1}} ^ \ {2} \ {C _ \ {1}} ^ \ {2} \ right）} $

上記の方程式のそれぞれの実数項と虚数項を*比較*することにより、

$ R _ \ {4} = \ frac \ {\ omega ^ \ {2} \ {C _ \ {1}} ^ \ {2} R _ \ {1} R _ \ {2} R _ \ {3}} \ {\ left（1+ \ omega ^ \ {2} \ {R _ \ {1}} ^ \ {2} \ {C _ \ {1}} ^ \ {2} \ right）}式3

$ L _ \ {4} = \ frac \ {R _ \ {2} R _ \ {3} C _ \ {1}} \ {\ left（1+ \ omega ^ \ {2} \ {R _ \ {1}} ^ \ {2} \ {C _ \ {1}} ^ \ {2} \ right）} $式4

式3および式4の$ R _ \ {1}、R _ \ {2}、R _ \ {3}、C _ \ {1} $および$ \ omega $の値を代入することにより、抵抗の値を取得します。 $ R _ \ {4} $およびインダクタ、$ L _ \ {4} $。

その他のACブリッジ

前の章では、インダクタンスの測定に使用できる2つのACブリッジについて説明しました。この章では、次の* 2つのACブリッジ*について説明します。

シェーリングブリッジ
ウィーンの橋

これらの2つのブリッジを使用して、静電容量と周波数をそれぞれ測定できます。

シェーリングブリッジ

シェーリングブリッジは、1つのアームが単一の抵抗器で構成され、1つのアームが抵抗器とコンデンサの直列の組み合わせで構成され、1つのアームが単一のコンデンサと他のアームは、抵抗とコンデンサの並列の組み合わせで構成されています。

AC検出器とAC電圧源も未知のインピーダンスの値を見つけるために使用されるため、それらの1つはScheringブリッジの1つの対角線に配置され、もう1つはScheringブリッジの他の対角線に配置されます。

シェーリングブリッジは、キャパシタンスの値を測定するために使用されます。シェーリングブリッジの*回路図*を次の図に示します。

シェーリングブリッジ

上記の回路では、アームAB、BC、CD、およびDAが一緒になって菱形または*正方形*を形成しています。アームABは、抵抗器$ R _ \ {2} $で構成されています。アームBCは、抵抗$ R _ \ {4} $とコンデンサ$ C _ \ {4} $の直列の組み合わせで構成されています。アームCDは、コンデンサ$ C _ \ {3} $で構成されています。アームDAは、抵抗$ R _ \ {1} $とコンデンサ$ C _ \ {1} $の並列の組み合わせで構成されています。

$ Z _ \ {1} $、$ Z _ \ {2} $、$ Z _ \ {3} $および$ Z _ \ {4} $は、それぞれアームDA、AB、CDおよびBCのインピーダンスです。 *これらのインピーダンスの値*は

$ Z _ \ {1} = \ frac \ {R _ \ {1} \ left（\ frac \ {1} \ {j \ omega C _ \ {1}} \ right）} \ {R _ \ {1} + \ frac \ {1} \ {j \ omega C _ \ {1}}} $

$ \ Rightarrow Z _ \ {1} = \ frac \ {R _ \ {1}} \ {1 + j \ omega R _ \ {1} C _ \ {1}} $

$ Z _ \ {2} = R _ \ {2} $

$ Z _ \ {3} = \ frac \ {1} \ {j \ omega C _ \ {3}} $

$ Z _ \ {4} = R _ \ {4} + \ frac \ {1} \ {j \ omega C _ \ {4}} $

$ \ Rightarrow Z _ \ {4} = \ frac \ {1 + j \ omega R _ \ {4} C _ \ {4}} \ {j \ omega C _ \ {4}} $

これらのインピーダンス値を、ACブリッジの次の平衡状態に置き換えます。

Z _ \ {4} = \ frac \ {Z _ \ {2} Z _ \ {3}} \ {Z _ \ {1}}

\ frac \ {1 + j \ omega R _ \ {4} C _ \ {4}} \ {j \ omega C _ \ {4}} = \ frac \ {R _ \ {2} \ left（\ frac \ { 1} \ {j \ omega C _ \ {3}} \ right）} \ {\ frac \ {R _ \ {1}} \ {1 + j \ omega R _ \ {1} C _ \ {1}}}

$ \ Rightarrow \ frac \ {1 + j \ omega R _ \ {4} C _ \ {4}} \ {j \ omega C _ \ {4}} = \ frac \ {R _ \ {2} \ left（1 + j \ omega R _ \ {1} C _ \ {1} \ right）} \ {j \ omega R _ \ {1} C _ \ {3}} $

$ \ Rightarrow \ frac \ {1 + j \ omega R _ \ {4} C _ \ {4}} \ {C _ \ {4}} = \ frac \ {R _ \ {2} \ left（1 + j \ omega R_ \ {1} C _ \ {1} \ right）} \ {R _ \ {1} C _ \ {3}} $

$ \ Rightarrow \ frac \ {1} \ {C _ \ {4}} + j \ omega R _ \ {4} = \ frac \ {R _ \ {2}} \ {R _ \ {1} C _ \ {3}} + \ frac \ {j \ omega C _ \ {1} R _ \ {2}} \ {C _ \ {3}} $

上記の方程式のそれぞれの実数項と虚数項を*比較*することにより、

$ C _ \ {4} = \ frac \ {R _ \ {1} C _ \ {3}} \ {R _ \ {2}} $ Equation 1

$ R _ \ {4} = \ frac \ {C _ \ {1} R _ \ {2}} \ {C _ \ {3}} $ Equation 2

式1の$ R _ \ {1}、R _ \ {2} $、および$ C _ \ {3} $の値を代入すると、コンデンサの値$ C _ \ {4} $が得られます。同様に、式2の$ R _ \ {2}、C _ \ {1} $および$ C _ \ {3} $の値を代入することにより、抵抗器の値$ R _ \ {4} $を取得します。

シェーリングブリッジの*利点*は、抵抗$ R _ \ {4} $とコンデンサ$ C _ \ {4} $の両方の値が周波数の値に依存しないことです。

ウィーンの橋

ウィーンの橋*は、菱形または正方形の形で接続された4本の腕を持つAC橋です。 2つのアームは単一の抵抗で構成され、1つのアームは抵抗とコンデンサの並列の組み合わせで構成され、もう1つのアームは抵抗とコンデンサの直列の組み合わせで構成されます。

周波数の値を見つけるには、AC検出器とAC電圧源も必要です。したがって、これら2つのうちの1つはウィーンの橋の対角線に配置され、もう1つはウィーンの橋の対角線に配置されます。

ウィーンの橋の*回路図*を次の図に示します。

ウィーンの橋

上記の回路では、アームAB、BC、CD、およびDAが一緒になって菱形または*正方形*を形成しています。アームABおよびBCは、それぞれ$ R _ \ {2} $および$ R _ \ {4} $の抵抗で構成されています。アームCDは、抵抗$ R _ \ {3} $とコンデンサ$ C _ \ {3} $の並列の組み合わせで構成されています。アームDAは、抵抗$ R _ \ {1} $とコンデンサ$ C _ \ {1} $の直列の組み合わせで構成されています。

$ Z _ \ {1}、Z _ \ {2}、Z _ \ {3} $および$ Z _ \ {4} $は、それぞれアームDA、AB、CDおよびBCのインピーダンスです。 *これらのインピーダンスの値*は

Z _ \ {1} = R _ \ {1} + \ frac \ {1} \ {j \ omega C _ \ {1}}

\ Rightarrow Z _ \ {1} = \ frac \ {1 + j \ omega R _ \ {1} C _ \ {1}} \ {j \ omega C _ \ {1}}

$ Z _ \ {2} = R _ \ {2} $

Z _ \ {3} = \ frac \ {R _ \ {3} \ left（\ frac \ {1} \ {j \ omega C _ \ {3}} \ right）} \ {R _ \ {3} + \ frac \ {1} \ {j \ omega C _ \ {3}}}

\ Rightarrow Z _ \ {3} = \ frac \ {R _ \ {3}} \ {1 + j \ omega R _ \ {3} C _ \ {3}}

$ Z _ \ {4} = R _ \ {4} $

これらのインピーダンス値を、ACブリッジの次の平衡状態に置き換えます。

Z _ \ {1} Z _ \ {4} = Z _ \ {2} Z _ \ {3}

\ left（\ frac \ {1 + j \ omega R _ \ {1} C _ \ {1}} \ {j \ omega C _ \ {1}} \ right）R _ \ {4} = R _ \ {2} \ left（\ frac \ {R _ \ {3}} \ {1 + j \ omega R _ \ {3} C _ \ {3}} \ right）

$ \ Rightarrow \ left（1 + j \ omega R _ \ {1} C _ \ {1} \ right）\ left（1 + j \ omega R _ \ {3} C _ \ {3} \ right）R _ \ {4} = j \ omega C _ \ {1} R _ \ {2} R _ \ {3} $

$ \ Rightarrow \ left（1 + j \ omega R _ \ {3} C _ \ {3} + j \ omega R _ \ {1} C _ \ {1}-\ omega ^ \ {2} R _ \ {1} R_ \ {3} C _ \ {1} C _ \ {3} \ right）R _ \ {4} = j \ omega C _ \ {1} R _ \ {2} R _ \ {3} $

$ \ Rightarrow R _ \ {4} \ left（\ omega ^ \ {2} R _ \ {1} R _ \ {3} C _ \ {1} C _ \ {3} \ right）+ j \ omega R _ \ {4} \ left（R _ \ {3} C _ \ {3} + R _ \ {1} C _ \ {1} \ right）= j \ omega C _ \ {1} R _ \ {2} R _ \ {3} $

上記の方程式のそれぞれの*実際の用語*を*等式*にします。

R _ \ {4} \ left（1- \ omega ^ \ {2} R _ \ {1} R _ \ {3} C _ \ {1} C _ \ {3} \ right）= 0

$ \ Rightarrow 1- \ omega ^ \ {2} R _ \ {1} R _ \ {3} C _ \ {1} C _ \ {3} = 0 $

$ \ Rightarrow 1 = \ omega ^ \ {2} R _ \ {1} R _ \ {3} C _ \ {1} C _ \ {3} $

$ \ omega = \ frac \ {1} \ {\ sqrt \ {R _ \ {1} R _ \ {3} C _ \ {1} C _ \ {3}}} $

代替、上記の式の$ \ omega = 2 \ pi f $。

\ Rightarrow 2 \ pi f = \ frac \ {1} \ {\ sqrt \ {R _ \ {1} R _ \ {3} C _ \ {1} C _ \ {3}}}

$ \ Rightarrow f = \ frac \ {1} \ {2 \ pi \ sqrt \ {R _ \ {1} R _ \ {3} C _ \ {1} C _ \ {3}}} $

上記の式で$ R _ \ {1}、R _ \ {3}、C _ \ {1} $および$ C _ \ {3} $の値を代入することにより、周波数の値、AC電圧源の$ f $を見つけることができます。。

$ R _ \ {1} = R _ \ {3} = R $および$ C _ \ {1} = C _ \ {3} = C $の場合、周波数の値、AC電圧源の$ f $を見つけることができます。次の式を使用します。

f = \ frac \ {1} \ {2 \ pi RC}

Weinのブリッジは、主にAF範囲の*周波数値*を見つけるために使用されます。

変換器

基本的に、トランスデューサーは、あるエネルギーを別のエネルギーに変換します。非電気形式のエネルギーを電気形式のエネルギーに変換する変換器は、*電気変換器*として知られています。電気変換器の*ブロック図*を下の図に示します。

トランスデューサー

図に示すように、電気トランスデューサーは電気エネルギーを持つ出力を生成します。電気トランスデューサーの出力は、非電気エネルギーを持つ入力と同等です。

電気変換器の種類

主に、電気変換器は次の* 2タイプ*に分類できます。

アクティブトランスデューサー
パッシブトランスデューサー

次に、これら2種類のトランスデューサーについて簡単に説明します。

アクティブトランスデューサー

電圧や電流などの電気量の1つを生成できるトランスデューサーは、「アクティブトランスデューサー」と呼ばれます。外部電源を必要としないため、自己生成トランスデューサとも呼ばれます。

アクティブなトランスデューサーの*ブロック図*を下の図に示します。

アクティブなトランスデューサー

図に示すように、アクティブなトランスデューサーは、非電気的な入力量（または信号）と同等の電気量（または信号）を生成します。

例

以下はアクティブなトランスデューサーの例です。

ピエゾ電気変換器
光電変換器
熱電変換器

これらのアクティブトランスデューサについては、次の章で説明します。

パッシブトランスデューサー

電圧や電流などの電気量を生成できないトランスデューサーは、「パッシブトランスデューサー」と呼ばれます。ただし、抵抗（R）、インダクタ（L）、コンデンサ（C）などの受動素子の1つにばらつきが生じます。パッシブトランスデューサーには外部電源が必要です。

パッシブトランスデューサーの*ブロック図*を下の図に示します。

パッシブトランスデューサー

図に示すように、パッシブトランスデューサは、非電気入力量（または信号）の変動に応じてパッシブエレメントに変動を生じさせます。

例

以下は、パッシブトランスデューサーの例です。

抵抗トランスデューサー
誘導トランスデューサー
容量性トランスデューサ

これらのパッシブトランスデューサーについては、後の章で説明します。

アクティブトランスデューサー

アクティブトランスデューサ*は、非電気量を電気量に変換するトランスデューサです。圧力、光の照射、温度などの非電気量を考えてみましょう。したがって、選択した非電気量に応じて、次の3つのアクティブなトランスデューサーを取得します。

ピエゾ電気変換器
光電変換器
熱電変換器

次に、これら3つのアクティブトランスデューサについて1つずつ説明します。

ピエゾ電気変換器

アクティブなトランスデューサは、圧力入力に相当する電気量を生成するとき、*圧電トランスデューサ*と呼ばれます。次の3つの物質は圧電効果を示します。

石英
ロシェル塩
トルマリン

これらの3つの物質が示す圧電効果は、トルマリン、クォーツ、およびロシェルの塩で、この昇順です。これらの3つの物質が持つ機械的強度の昇順は、ロシェル塩、石英、トルマリンです。

クォーツ*は、中程度の圧電効果を示し、これらの3つの圧電物質の中で中程度の機械的強度を持つため、圧電トランスデューサとして使用されます。

水晶振動子

以下の図に、水晶振動子の*回路図*を示します。図に示すように、ベースと力加算部材の間に水晶が配置されています。出力電圧は、水晶の両側にある金属電極で測定できます。

水晶振動子

上記の圧力トランスデューサの*出力電圧*、$ V _ \ {0} $は

V _ \ {0} = \ frac \ {Q} \ {C}

光電変換器

アクティブなトランスデューサは、光入力の照明に相当する電気量を生成する場合、光電トランスデューサと呼ばれます。光電変換器の*回路図*を下図に示します。

Photo Electric Transducer

光電変換器の*動作*を以下に示します。

Step1 -光がカソードに当たると、光電変換器は電子を放出します。
Step2 -光電変換器は、電子がアノードに引き寄せられるため、回路内に電流Iを生成します。

次の式を使用して、光電変換器の*感度*を見つけることができます。

S = \ frac \ {I} \ {i}

どこで、

$ S $は光電変換器の感度です

$ I $は光電変換器の出力電流です

$ i $は光電変換器の光入力の照明です

熱電変換器

アクティブなトランスデューサは、温度入力に相当する電気量を生成するとき、*熱電トランスデューサ*と呼ばれます。次の2つのトランスデューサーは、熱電トランスデューサーの例です。

サーミスタトランスデューサ
熱電対トランスデューサ

次に、これら2つのトランスデューサーについて1つずつ説明します。

サーミスタトランスデューサ

温度に依存する抵抗は熱抵抗と呼ばれます。要するに、*サーミスタ*と呼ばれます。サーミスタの温度係数は負です。つまり、温度が上昇すると、サーミスタの抵抗が減少します。

数学、サーミスタの抵抗と温度の関係は次のように表すことができます。

R _ \ {1} = R _ \ {2} e ^ \ left（\ beta \ left [\ frac \ {1} \ {T _ \ {1}}-\ frac \ {1} \ {T _ \ {2 }} \ right] \ right）

どこ、

$ R _ \ {1} $は、温度$ \ {T _ \ {1}} ^ \ {0} K $でのサーミスタの抵抗です。

$ R _ \ {2} $は、温度$ \ {T _ \ {2}} ^ \ {0} K $でのサーミスタの抵抗です。

$ \ beta $は温度定数です

サーミスタ変換器の*利点*は、高速で安定した応答を生成することです。

熱電対トランスデューサ

熱電対トランスデューサは、入力での温度変化に対応する出力電圧を生成します。 2つのジャンクションを作成するために異なる金属の2本のワイヤを結合すると、その構成全体が*熱電対*と呼ばれます。基本的な熱電対の回路図を以下に示します-

熱電対トランスデューサー

上記の熱電対には、AとBの2つの金属と1と2の2つの接合部があります。ジャンクション2での一定の基準温度$ T _ \ {2} $を考えます。接合部の温度を1、$ T _ \ {1} $とします。熱電対は、$ T _ \ {1} $と$ T _ \ {2} $の値が異なるたびに emf （起電力）を生成します。

つまり、2つのジャンクション1と2の間に温度差があり、それらの2つのジャンクション間の温度差に正比例する場合、熱電対は起電力を生成します。数学、次のように表すことができます

e \ alpha \ left（T _ \ {1} -T _ \ {2} \ right）

どこで、

$ e $は熱電対によって生成されたemfです

上記の熱電対回路は、実際のアプリケーションでは下図のように表すことができます。

熱電対回路

これら2つのジャンクションを含むホットジャンクションとコールドジャンクションの間にある回路の部分は、基本的な熱電対の等価モデルです。 PMMC検流計は冷接点に接続され、冷接点で生成された起電力に応じてたわみます。 *熱電対トランスデューサ*は、最も一般的に使用される熱電トランスデューサです。

パッシブトランスデューサー

パッシブトランスデューサー*は、パッシブエレメントの変動を生成するトランスデューサーです。抵抗、インダクタ、コンデンサなどの受動素子を検討します。したがって、選択する受動素子に応じて、次の3つの受動トランスデューサーを取得します。

抵抗トランスデューサー
誘導トランスデューサー
容量性トランスデューサ

次に、これら3つのパッシブトランスデューサーについて1つずつ説明します。

抵抗トランスデューサー

パッシブトランスデューサーは、抵抗値の変動（変化）を生成する場合、抵抗トランスデューサー*と呼ばれます。金属導体の*抵抗、Rの次の式。

R = \ frac \ {\ rho \：l} \ {A}

どこで、

$ \ rho $は導体の抵抗率です

$ l $は導体の長さです

$ A $は導体の断面積です

抵抗値は、3つのパラメーター$ \ rho、l $および$ A $に依存します。したがって、3つのパラメーター$ \ rho、l $および$ A $のいずれかの変動に基づいて*抵抗トランスデューサー*を作成できます。これらの3つのパラメーターのいずれかが変動すると、抵抗値が変化します。

抵抗、Rは導体の*抵抗率*に直接比例します。したがって、導体の抵抗率として、$ \ rho $は抵抗値を増加させ、Rも増加させます。同様に、導体の抵抗率として、$ \ rho $は抵抗値を減少させ、Rも減少します。
抵抗、Rは導体の*長さ*、$ l $に正比例します。したがって、導体の長さである$ l $は抵抗値を増加させ、Rも増加します。同様に、導体の長さである$ l $は抵抗値を減少させ、Rも減少します。
抵抗Rは、導体の*断面積*に反比例します。したがって、導体の断面積として、$ A $は抵抗値を増加させ、Rは減少します。同様に、導体の断面積として、$ A $は抵抗値を減少させ、Rは増加します。

誘導トランスデューサー

パッシブトランスデューサーは、インダクタンス値の変動（変化）を生成する場合、誘導トランスデューサー*と呼ばれます。インダクタの*インダクタンス、Lの次の式。

$ L = \ frac \ {N ^ \ {2}} \ {S} $方程式1

どこで、

$ N $はコイルの巻数です

$ S $はコイルの巻数です

コイルの*リラクタンス*、Sの次式。

$ S = \ frac \ {l} \ {\ mu A} $方程式2

どこで、

$ l $は磁気回路の長さです

$ \ mu $はコアの透過性です

$ A $は、磁束が流れる磁気回路の面積です

式1の式2を代入します。

L = \ frac \ {N ^ \ {2}} \ {\ left（\ frac \ {l} \ {\ mu A} \ right）}

$ \ Rightarrow L = \ frac \ {N ^ \ {2} \ mu A} \ {l} $方程式3

式1と式3から、インダクタンス値は3つのパラメーター$ N、S $＆$ \ mu $に依存すると結論付けることができます。したがって、3つのパラメータ$ N、S $および$ \ mu $のいずれかの変動に基づいて*誘導トランスデューサ*を作成できます。なぜなら、これらの3つのパラメーターのいずれかが変動すると、インダクタンス値が変化するためです。

インダクタンス、Lは*コイルのターン数*の2乗に正比例します。したがって、コイルの巻数が増えると、$ N $はインダクタンスの値を増加させ、$ L $も増加します。同様に、コイルの巻数が増えると、$ N $はインダクタンスの値を減少させ、$ L $も減少します。
インダクタンス、$ L $は*コイルのリラクタンス*、$ S $に反比例します。したがって、コイルの抵抗として、$ S $はインダクタンスの値を増加させ、$ L $は減少します。同様に、コイルの抵抗として、$ S $はインダクタンスの値を減少させ、$ L $は増加します。
インダクタンス、Lは、コアの透過性*、$ \ mu $に正比例します。したがって、コアの透磁率として、$ \ mu $はインダクタンスの値を増加させ、Lも増加させます。同様に、コアの透磁率として、$ \ mu $はインダクタンスの値を減少させ、Lも減少します。

容量性トランスデューサ

パッシブトランスデューサーは、静電容量値の変動（変化）を生成する場合、「容量性トランスデューサー」と呼ばれます。平行平板コンデンサの capacitance 、Cの次の式。

C = \ frac \ {\ varepsilon A} \ {d}

どこで、

$ \ varepsilon $は、誘電率または誘電率です。

$ A $は2つのプレートの有効面積です

$ d $は2つのプレートの有効面積です

静電容量値は、3つのパラメーター$ \ varepsilon、A $および$ d $に依存します。したがって、3つのパラメーター$ \ varepsilon、A $および$ d $のいずれかの変動に基づいて*容量性トランスデューサー*を作成できます。なぜなら、これら3つのパラメーターのいずれか1つが変化すると、容量値が変化するためです。

静電容量、Cは*誘電率*、$ \ varepsilon $に正比例します。したがって、誘電率として、$ \ varepsilon $は静電容量の値を増加させ、Cも増加します。同様に、誘電率として、$ \ varepsilon $は静電容量の値を減少させ、Cも減少します。
静電容量Cは、* 2つのプレートの有効面積*、$ A $に正比例します。したがって、2つのプレートの有効面積として、$ A $は静電容量の値を増加させ、Cも増加します。同様に、2つのプレートの有効面積として、$ A $は静電容量の値を減少させ、Cも減少します。
静電容量Cは、* 2つのプレート間の距離*、$ d $に反比例します。したがって、2つのプレート間の距離が大きくなると、$ d $は静電容量の値を増加させ、Cは減少します。同様に、2つのプレート間の距離が大きくなると、$ d $は静電容量の値を小さくし、Cは大きくなります。

この章では、3つのパッシブトランスデューサーについて説明しました。次の章では、各パッシブトランスデューサの例について説明します。 Electronic-measuring-instruments-electronic-measurment-of-displacement

データ収集システム

データ収集に使用されるシステムは、*データ収集システム*として知られています。これらのデータ収集システムは、データの変換、データの保存、データの送信、データの処理などのタスクを実行します。

データ収集システムは、次の*アナログ信号*を考慮します。

アナログ信号。DCおよびAC電圧、DCおよびAC電流、抵抗などの電気量の直接測定から取得されます。
LVDT、熱電対などのトランスデューサーから取得されるアナログ信号

データ収集システムの種類

データ収集システムは、次の2つのタイプに分類できます。

アナログデータ収集システム
デジタルデータ収集システム

次に、これら2種類のデータ収集システムについて1つずつ説明します。

アナログデータ収集システム

アナログ信号で操作できるデータ収集システムは、*アナログデータ収集システム*として知られています。以下は、アナログデータ集録システムのブロックです。

トランスデューサ-物理量を電気信号に変換します。
シグナルコンディショナー-信号の増幅や選択部分の選択などの機能を実行します。
表示デバイス-監視目的で入力信号を表示します。
グラフィック記録機器-これらは、入力データの記録を永続的に作成するために使用できます。
磁気テープ計測-入力データの取得、保存、再生に使用されます。

デジタルデータ収集システム

デジタル信号で操作できるデータ収集システムは、*デジタルデータ収集システム*として知られています。そのため、情報を保存または表示するためにデジタルコンポーネントを使用します。

主に、デジタルデータの取得では次の「操作」が行われます。

アナログ信号の取得
アナログ信号のデジタル信号またはデジタルデータへの変換
デジタル信号またはデジタルデータの処理

以下は、*デジタルデータ収集システム*のブロックです。

トランスデューサ-物理量を電気信号に変換します。
シグナルコンディショナー-信号の増幅や選択部分の選択などの機能を実行します。
Multiplexer -複数の入力の1つを出力に接続します。したがって、シリアルコンバーターへの並列として機能します。
Analog to Digital Converter -アナログ入力を同等のデジタル出力に変換します。
表示デバイス-データをデジタル形式で表示します。
デジタルレコーダー-データをデジタル形式で記録するために使用されます。

データ取得システムは、生物医学や航空宇宙などのさまざまなアプリケーションで使用されています。そのため、要件に基づいてアナログデータ収集システムまたはデジタルデータ収集システムを選択できます。

Electronic-measuring-instruments-quick-guide

前書き

電圧計

電流計

オーム計

マルチメータ

性能特性

パフォーマンス特性の種類

静特性

正確さ

静的エラー

精度

感度

解決

動特性

応答速度

Lag

動的エラー

忠実度

電子計測器-エラー

測定誤差の種類

総誤差

系統的エラー

ランダムエラー

Mean

中央値

平均からの逸脱

標準偏差

分散

電子計測器

基本的な測定器の種類

電圧計

DC電圧計

AC電圧計

電流計

DC電流計

AC電流計

DC電圧計

マルチレンジDC電圧計

AC電圧計

整流器ベースのAC電圧計の種類

半波整流器を使用したAC電圧計

全波整流器を使用したAC電圧計

その他のAC電圧計

ピーク応答AC電圧計

真のRMS応答AC電圧計

DC電流計

マルチレンジDC電流計

AC電流計

熱電対型AC電流計

OHMMeters

抵抗計の種類

シリーズ抵抗計

シャント抵抗計

マルチメーター

マルチメーターを使用した測定

直流電圧測定

DC電流測定

AC電圧測定

抵抗測定

信号発生器

AF正弦波および方形波ジェネレーター

関数発生器

三角波

方形波と正弦波

方形波

正弦波

ウェーブアナライザー

基本的なウェーブアナライザー

ウェーブアナライザーの種類

周波数選択性ウェーブアナライザー

スーパーヘテロダインウェーブアナライザー

スペクトラムアナライザー

スペクトルアナライザーの種類

フィルターバンクスペクトラムアナライザー

スーパーヘテロダインスペクトラムアナライザー

オシロスコープの基本

CROのブロック図

CROを使用した測定

振幅の測定