測定器の分類

計測機器：定義、分類、特性

計測機器は物理的および電気的な量を量化するために使用される装置です。測定の概念は基本的に同じ単位を持つ二つの量を比較することに根本的に関連しています。これらの量の一つは未知の大きさを持ち、これは事前に定義された標準値と比較されます。この比較を通じて、未知の量の測定値を表す数値が得られます。

計測機器は主に以下の3つのタイプに分類できます：

• 電気計測機器

• 電子計測機器

• 機械式計測機器

機械式計測機器は主に物理的量の測定のために設計されています。静的かつ安定した条件でのアプリケーションには適しています。しかし、その制限は動的または急速に変化する条件に対する反応能力の不足にあります。例えば、一時的なイベントや物理パラメータの変動を正確に捉えることができない場合があります。

一方、電子計測機器は迅速な反応時間という大きな利点があります。電気計測機器や機械式計測機器と比較して、測定対象の量の変化を素早く検出および反応することができます。これにより、リアルタイムの監視と急速に変動する現象の測定が必要なアプリケーションに最適です。

電気計測機器は、電流、電圧、電力などの電気的量を測定するために特別に設計されています。電気計測機器の例としては、アンペレータ、ボルトメータ、ワットメータがあります。アンペレータはアンペアで電流を測定するために使用され、ボルトメータは電圧を測定するために使用され、ワットメータは電力を決定するために使用されます。電気計測機器の分類は、出力読み取りを表示または表現する方法によることが多いです。異なる機器はアナログダイヤル、デジタルディスプレイ、または他の手段を使用して測定値を伝えることができます。それぞれには特定の測定タスクの要件に応じた独自の利点とアプリケーションがあります。

電気計測機器の種類

本記事では、それぞれが独自の特性とアプリケーションを持つ様々な種類の電気計測機器について探求します。

絶対計測機器

絶対計測機器は物理定数に基づいて測定対象の量の値を決定します。これらの物理定数には偏角、特定の度数、またはメータ定数などが含まれます。絶対計測機器から測定対象の量の値を得るためには、観察された物理定数と測定対象の量との間の関係を解釈するための数学的な計算が必要です。

絶対計測機器の代表的な例としてタンジェントガルバノメータがあります。この装置では、コイルを通過する電流の大きさはコイルの偏角のタンジェント、地球の磁場の水平成分、コイルの半径、ワイヤーの巻き数などの要素を使用して計算されます。精密な物理関係への依存と詳細な計算の必要性から、絶対計測機器は正確で基本的な測定が必要な実験室環境で一般的に使用されます。

二次計測機器

二次計測機器は偏角を通じて測定可能な量の大きさを表示します。正確な測定のために、これらの機器は標準機器に対して校正することが重要です。絶対計測機器とは異なり、二次計測機器は直接的な出力を提供し、測定値を決定するための複雑な数学的な計算は必要ありません。この簡便さにより、日常生活のさまざまな測定タスクに非常に実用的です。

デジタル計測機器

デジタル計測機器は数値形式で出力を提示し、アナログ機器と比較していくつかの利点があります。重要な利点の一つは精度の向上であり、デジタル読み取りはアナログスケールの読み取りに関連する人為的な誤差を排除します。これにより、デジタル計測機器は科学的研究、工学、工業品質管理など、精度が最も重要であるアプリケーションに特に適しています。

アナログ計測機器

アナログ計測機器は出力が連続的に変化することを特徴とします。通常、測定可能な量の大きさを示すためにキャリブレーションされたスケールに沿って動くポインタが特徴です。アナログ計測機器はさらに以下の2つのサブタイプに分類されます：

ゼロ型計測機器

ゼロ型計測機器はゼロまたは無偏角を用いて測定対象の量の大きさを示します。これらの機器は高精度と高感度で知られています。既知の量と未知の量を比較する原理に基づいて動作します。既知の量と未知の量が等しいとき、機器のポインタはゼロまたは無偏角を示します。ゼロ型計測機器は、さまざまな電気・電子アプリケーションで正確な測定に必要なゼロ点を正確に識別するためにポテンショメーターやガルバノメーターで一般的に使用されます。

偏角型計測機器

偏角型計測機器はポインタの偏角に基づいて測定量の値を決定します。測定対象の量が機器に作用すると、移動システム（キャリブレーションされたスケールに取り付けられている）のポインタが偏角します。スケール上のポインタの位置を観察することで、測定対象の量の大きさを決定することができます。

偏角型計測機器はさらに以下の3つのカテゴリーに細分化されます：

• 指示計測機器: これらの機器は測定対象の量の大きさを直接表示するように設計されています。通常、グラデーションされたスケール上を動くダイヤルとポインタを特徴とします。指示計測機器の例としては、さまざまな回路やシステムで電気パラメータの監視と測定に広く使用されるボルトメータ、アンペレータ、パワーファクターメータがあります。

• 積算計測機器: 積算計測機器は特定の期間に供給された総エネルギーを測定するために使用されます。これらの機器によって測定された総エネルギーは時間と測定された電気量の積として計算されます。積算計測機器の一般的な例としては、消費者が消費する電気エネルギーを正確に請求するために不可欠なエネルギーメータ、ワット・アワー・メータがあります。

• 記録計測機器: 記録計測機器は定期的に回路の状態を記録するために使用されます。通常、ペンまたはスタイラスを持ち、紙シートまたは他の記録媒体に軽く触れながら動く移動システムを特徴とします。測定対象の電気量が変化すると、コイルの動きが記録媒体に描かれ、電気量の時間による変動を示す曲線が作成されます。このグラフィカルな表現はトレンドの分析、問題の診断、電気システムのパフォーマンスの監視にとって非常に貴重です。

電気計測機器や機械式計測機器と比較して、電子計測機器は一般に大幅に速い応答時間を示します。この迅速な応答により、電気量の変化を素早く検出し反応することができます。これにより、高速データ取得システム、制御システム、現代の通信技術など、リアルタイムの監視と分析が必要なアプリケーションに非常に適しています。