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【一陸技】精選300題_問060-指示計器

指示計器

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  会社の同僚たちと一陸技の勉強会をしています。
  勉強会では「合格精選300題 一陸技問題集」を使っています。
  本ブログでは勉強会で解いた問題の解説を掲載していきます。

合格精選300題 第一級陸上無線技術士試験問題集合格精選300題 第一級陸上無線技術士試験問題集
(1998/10)
吉川 忠久

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問060
測定計器に関する記述として、正しいものを1,誤っているものを2として解答せよ。

ア 静電形計器は、原理上電圧で動作し、消費電流がきわめて少なく、低電圧、低インピーダンス回路の電圧測定に適している。

イ 熱電形計器は、電流による抵抗の発生熱を利用しているので、交流の実効値を指示し、周波数特性に優れ、直流から高周波まで使用できる。

ウ 整流器形計器は、交流を整流器で整流して、可動コイル形直流指示形を動作させる交流用測定計器で、感度の高い直流用測定計器を使用するので交流用測定計器中もっとも感度が高い。

エ 誘導形計器は、測定する交流を固定コイルに流し、これによる磁界の電磁誘導によって、可動部に誘導電流を発生させ、この電流と固定コイルの磁界との電磁力で測定計器に回転力を発生させるもので、周波数の変化の影響や、電流波形の影響を受けにくく、精密級の測定に適している。

オ 電流力計形計器は、二つのコイル間に流れる電流力の作用を利用したもので、電力計とすれば、平等目盛の測定計器を作ることができる。しかし、可動コイル形のように、永久磁石を用いないので、外部の磁界の影響を受けやすい。


解説

測定計器の中でも指示計器に関する問題です。
指示計器とは、電気的な量を力学的な量に変換することによって、
電流,電圧,電力などを測定するものです。

電気的な量を力学的な量に変換するために、
おもに次の3つの電気・磁気減少を利用してきます。

 ①磁界中の電流に働く力
 ②電界中の電荷に働く力
 ③ジュール熱による膨張や熱起電力


それでは具体的な指示計器に解説に移ります。

まずは、問題の5つの指示計器に入る前に、
より基本的な指示計器である次の2つについて解説します。

 ・可動コイル形計器
 ・可動鉄片形計器


可動コイル形計器

永久磁石の磁界と可動コイルに流れる電流の相互作用を利用した指示計器です。
上記の分類では、「①磁界中の電流に働く力」を利用しています。

【動作原理】
永久磁石で平等磁界を作るような構造として、この中に、
磁束がコイルのループを貫くように可動コイルを配置します。
この可動コイルに被測定電流を流すと、
コイルに流れる電流が磁界から受ける相互作用により回転力が発生し、
ループに取り付けた指針が振られます。

【特徴】
感度が良く、微小電流の測定に適している
・永久磁石を用いているので外部磁界の影響を受けにくい
・振動に対して弱い
・交流を流すと交番磁界が発生し指針が振れないため、直流しか測定できない
指示値は平均値を示し、目盛は等間隔の平等目盛となる


可動鉄片形計器

可動鉄片と固定コイルに流れる電流による磁界との相互作用を利用した指示計器です。

【動作原理】
固定コイルに近接して、可動鉄片を配置します。
固定コイルに被測定電流を流すと、コイルに発生した磁界により
可動鉄片が磁化され、コイルの中に吸引されます。
この鉄片に働く吸引力を利用して指針を振らせます。

【特徴】
・構造が簡単で、堅牢である
・永久磁石を用いていないため、外部磁界の影響を受けやすい
・直流の測定では、鉄片のヒステリシス現象のため誤差を生じやすい
・高い周波数の測定では、鉄片に発生する渦電流の影響で誤差を生じやすい
・トルクは電流の2乗に比例するため、指示値は実効値を示す


静電形計器

コンデンサを利用した電圧計です。
上記の分類では、「②電界中の電荷に働く力」を利用した指示計器になります。

【動作原理】
金属板を相対して配置し、コンデンサを形成します。
コンデンサに電圧を加えると、極板間に静電力が生じます。
このとき極板が吸収される力を使って指針が振られ、電圧に応じた目盛りを示します。

【特徴】
・低電圧では充分な静電力が得られないため、高電圧の測定に適する
・直流測定時はコンデンサの入力インピーダンスは∞となるため、高インピーダンス回路の測定に適する
・直流・交流どちらにも使える
・静電力は電圧の2乗に比例し、指示値は実効値を示す。
 (F=QE=CV・V/r)

よって、
選択肢アは誤りです。
【誤】低電圧、低インピーダンス回路の電圧測定に適している。
【正】高電圧、高インピーダンス回路の電圧測定に適している。
となります。


熱電形計器

上記の分類では、「③ジュール熱による膨張や熱起電力」を利用した指示計器になります。

【動作原理】
抵抗線に電流を流すことでジュール熱を発生します。
発生したジュール熱により、熱電対の温接点を熱します。
このとき熱電対に発生する起電力を可動コイル形計器で測定します。

【特徴】
周波数特性が良く、直流から高周波に至るまで測定できる
・ジュール熱は電流の2乗に比例するため、トルクも電流の2乗に比例し、指示値は実効値を示す


よって
選択肢イは正しい記述となります。


整流器形計器

可動コイル形計器を、交流でも使用できるようにしたものです。

【動作原理】
交流をブリッジ形成流回路で整流して、
可動コイル形計器で測定します。

【特徴】
基本的に可動コイル形計器の特徴を引き継いでおり、
・感度が良い
・外部磁界の影響を受けにくい
・振動に対しては弱い


よって
選択肢ウは正しい記述となります。


誘導形計器

回転する磁気中に配置した動体に発生する渦電流と磁界との間に作用する力を利用した指示計器です。
要は、誘導電動機(モーター)の一種です。
上記の分類では、「①磁界中の電流に働く力」を利用しています。

【動作原理】
配置した2対のコイルに、位相差をもたせて被測定電流を流し、回転する磁界を作ります。
回転する磁界により、回転磁界中に配置された金属円筒に渦電流が流れます。
このとき、渦電流と磁界との間に相互作用が働き金属円筒が回転するため、
この回転力を利用して指針を振ります。

【特徴】
・要はモーターなので、交流の測定しかできない
・要はモーターなので、周波数の影響を受けやすい
・構造が簡単で、堅牢である
・電流・電圧の測定だけでなく電力の測定にも使える
・回転力は電流の2乗に比例するため、電流・電圧の測定時には目盛は実効値を示すが、
 電力の測定時には平等目盛となる


よって
選択肢エは誤っており
【誤】周波数の変化の影響や電流波形の影響を受けにくく、精密級の測定に適している。
【正】周波数の変化の影響や電流波形の影響を受けやすく、精密級の測定に適さない。
となります。


電流力形計器

電流の流れた2つコイルによる磁界との相互作用を利用した指示計器です。
上記の分類では、「①磁界中の電流に働く力」を利用しています。

【動作原理】
配置した2つの固定コイルに電流を流し磁界を作ります。
この磁界中に可動コイルを配置し、可動コイルに被測定電流を流します。
このとき、可動コイルに流れる電流が磁界から相互作用を利用し指針を振ります。

【特徴】
・可動コイル型計器のように永久磁石を用いていないので、外部磁界の影響を受けやすい
・固定と可動の両コイルを別々に用いれば、電力計としても使える
・回転力は電流の2乗に比例するため、電流・電圧の測定時には目盛は実効値を示すが、
 電力の測定時には平等目盛となる


よって
選択肢オは正しい記述となります。


以上より、解答は、
ア-2, イ-1, ウ-1, エ-2, オ-1
となります。


計7つの指示計器について簡単にまとめました。
指示計器の問題は憶えておくだけで解けるので得点源です。
確実に解答したいですね。

何種類もあって憶えるのは大変ですが、
1つ1つ動作原理を理解すれば意外と憶えられます☆


参考文献

1・2級陸技受験教室〈1〉無線工学の基礎1・2級陸技受験教室〈1〉無線工学の基礎
(2007/10)
安達 宏司

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