第二種電工 電気の基礎理論 問79：電気の基礎理論

デジタル計器とアナログ計器の特徴を問う問題で、「誤っている」記述を選ぶ。正答はウ（誤っている記述）。デジタル計器の入力インピーダンスは非常に「高い」（10MΩ以上）のが正しく、「低い」は誤り。入力インピーダンスが高いから測定対象への影響が小さい（電流がほとんど流れない）のがデジタル計器の特徴の一つ。アは正しい（数字表示で読み誤りなし）。イは正しい（指針の動きで変化を直感的に把握できるのはアナログの強み）。エは正しい（可動コイル形・可動鉄片形等は電池不要）。

デジタル計器とアナログ計器の特徴を系統的に整理する問題。「誤りを選ぶ」点に注意。

【デジタル計器の特徴】

長所：

①数値表示 → 読み取り誤差（視差・アナログ目盛の読み違い）なし（選択肢ア：正しい）

②高精度（分解能が高い）：4桁半の計器で 1ppm 以下の分解能

③入力インピーダンスが高い（10MΩ以上）→ 測定対象への影響が少ない（選択肢ウは誤り）

④多機能：抵抗・周波数・ダイオード試験・温度・True-RMS 演算が1台で可能

⑤データロギング・PC連携（USB/Bluetooth）が可能

短所：

①電池・電源が必要

②瞬時値の変動が数字の切り替わりで見えにくい

③電磁ノイズ（EMI）の影響を受けやすい（A/D変換回路が誤動作）

④高周波特性は熱電形計器に劣る場合がある

【アナログ計器の特徴】

長所：

①指針の動き・速度で変化の傾向を直感的に把握（選択肢イ：正しい）

②電池不要の計器がある（可動コイル形・可動鉄片形 / 選択肢エ：正しい）

③EMI の影響が少ない（機械式）

④過渡的な変動・振動がわかりやすい

短所：

①視差による読み取り誤差（目の角度で目盛りがずれる）

②分解能が低い（目盛りの細さに依存）

③計器ごとの校正が必要（経年劣化）

④多機能化が難しい

【正答の確認】

ウ「デジタル計器の入力インピーダンスが低い」：誤り（実際は高い・10MΩ以上）→ 正答

デジタル計器の内部回路・A/D変換・入力インピーダンスの設計・現代の計測技術まで体系的に整理する。

【デジタルマルチメータ（DMM）の内部構造】

①入力部（インピーダンス管理）：

電圧測定時：入力インピーダンス = 10MΩ（抵抗分圧器）+ 入力容量（数百pF）

電流測定時：シャント抵抗（数mΩ〜数Ω）で電圧変換 → A/D 入力

抵抗測定時：定電流源で測定対象に電流を流す → 電圧降下から算出

②A/D変換器（ADC）：

タイプ：二重積分型（積分の2フェーズで精度安定・安価）/ Delta-Sigma型（高精度・高速）

分解能：3桁半（2000カウント）〜 6桁半（1,200,000カウント）

変換速度：1〜100回/秒（表示更新）

③マイコン（演算処理）：

True-RMS演算：sqrt(1/N × Σv[n]²)

自動レンジ切替（AutoRange）

ゼロ点補正（相対測定モード）

温度補正・校正係数の適用

データロギング（内部メモリ・外部 USB）

④ディスプレイ：

LCD（液晶）：消費電力小・直射日光に強い

OLED（一部高級機）：暗所でも視認性良い

【入力インピーダンスが高いことの意義】

電圧測定時の誤差：ε = R_source / (R_source + Z_V)

Z_V = 10MΩ の DMM で R_source = 100kΩ の回路を測定：

ε = 100k / (100k + 10M) ≒ 1% → 実用上十分な精度

Z_V = 10MΩ の DMM で R_source = 10MΩ の回路を測定：

ε = 10M / (10M + 10M) = 50% → 測定不能（高インピーダンス回路では誤差大）

高インピーダンス回路（数十MΩ〜GΩ）の測定：

FET入力型 DMM：入力インピーダンス = 10GΩ 以上

静電電圧計（エレクトロスタティックメータ）：入力インピーダンス ∞（静電容量のみ）

【アナログ計器の視差と精度クラス】

視差（パラレックスエラー）：

指針の影と目盛板の角度ずれによる読み取り誤差。目が目盛板の正面に来ないと誤差が生じる。

対策：鏡面目盛板（指針と鏡の反射が一致する位置で読む）

精度クラス（JIS C 1102）：

クラス 0.1：± 0.1%（標準器・エネルギー計量）

クラス 0.5：± 0.5%（精密測定）

クラス 1.0/2.5/5.0：一般・工業用・概略測定

デジタル計器の精度表記：

「±(a% + b digit)」形式

例：± (0.5% + 1 digit) 100V 測定 → ±0.5V + 0.1V（最下桁）= ±0.6V の誤差

【デジタル計器のノイズ耐性と対策】

EMI の影響：

デジタル計器の A/D 変換回路は高周波ノイズに敏感 → 測定値が不安定になる場合がある

対策：入力フィルタ（RC ローパスフィルタ）・シールドケース・ツイストペアリード線

高電圧・過負荷保護：

絶縁耐圧：一般 DMM は CAT III 600V または CAT IV 300V（IEC 61010規格）

過電圧保護：MOV（バリスタ）・ヒューズ・PTC（自己復帰ヒューズ）を入力段に実装

重要：電流測定端子に電圧を誤接続すると内部ヒューズが切れる → 最も多いトラブル

【現代の計測技術との接続】

データロガー（記録計）：

A/D 変換 + 内部メモリ + PC 出力（USB/Bluetooth/LAN）

電圧・電流・温度・湿度を長時間記録 → 設備の状態監視・トラブル解析

電力品質アナライザ：

高速 A/D（サンプリング 10kHz 以上）+ FFT演算 → 高調波分析（THD 測定）

IEC 61000-4-7（高調波測定）・IEC 61000-4-30（電力品質計測）準拠

IoT 電流センサ（2025年〜）：

クランプ式電流センサ + Wi-Fi/LPWA → クラウドへ自動アップロード

エネルギー管理システム（BEMS/FEMS）と連携 → リアルタイム省エネ監視

【電験三種への接続】

電験三種「理論」：デジタル計器の入力インピーダンス・アナログ計器の精度クラス・誤差の種類（確度誤差・ランダム誤差・系統誤差）が出題。「法規」：計量法の計量器検定・JCSS（計量法校正事業者制度）・省エネ法のエネルギー計測規定。

第二種電気工事士では「デジタル計器 = 入力インピーダンスが高い・読み取り誤差なし・電池が必要」「アナログ計器 = 変化の傾向を把握しやすい・電池不要の種類あり」の基本特徴を確実に押さえることが基礎。「誤りを選ぶ」形式の問題に慣れるため、全選択肢の正誤を丁寧に確認する習慣が重要。