センサ工学の電圧計に関して

質問

100Ｖの方形波を可動コイル形・可動鉄片形・整流形電圧計で測定したときの、指示どうなるか教えてください。
計算方法もあると助かります。

回答No.2

ikkyu3 · ベストアンサー

補足によりますと縦線が少しずれていますが、最大値100Ｖ、ON期間T/2、OFF期間T、周期1.5Tである方形波ですね。
これは、直流に偶数次の高調波が乗った形ですから、可動コイル形でも指針は振れることになります。
可動コイル形は平均値を指示します。
直流に使用するのが前提で目盛りをしていますから、平均値を目盛りに対し、前の回答のようなリアクタンスなどの影響で少し減少傾向で指示すると思います。
目盛りを較正しなおせば、使用可能でしょう。

可動鉄片形は実効値を指示しますが、その名称が示すように鉄片を使用しているので直流に対しては使用が不適です。
鉄片を磁化するときにはヒステリシス現象がありますから、磁化電流を増加していくときと減少させていくときでは、磁化電流に対する磁束数が違ってきます。つまり指示が違ってきます。
また、電流を切っても指示が原点に復帰しないこともあります。
その他高調波に関しては、前の回答と同じです。

整流形電圧計については可動コイル形の計器に交流使用を目的に整流器を付けたものですから、目盛りが交流の正弦波でつけてあることを除けば同じです。

センサ工学と有りますから、あるいは高調波などの影響は無視した理想的な場合で、波形分析などからの理論的な計算が求められているのかも知れませんが、その辺はだいぶ昔のことで失念しております。

回答No.1

ikkyu3

100Ｖの方形波は、100Ｖの交流の矩形波と解してよいでしょうか。
交流としますと可動コイル形は極性があるので周期的に方向を変える駆動回転力により、指針は０点で振動をするだけとなりますから使用できません。

100Ｖの交流の矩形波は波形を見れば分かるように、実効値と最大値と平均値とが等しい波形です。

可動鉄片形は交流の実効値に比例した指示をしますので一応使用可能です。
ただし、この波形は波形を分析して見ると奇数次の高調波が限りなく乗っている波形ですから、計器の設計によっては、高い周波数での影響を無視できないことがあります。
鉄片にはヒステリシスや渦電流による損失を生じ、またコイルのリアクタンスもあり、正弦波交流のときより程度の差は有りますが、正弦波で目盛った目盛りに対して指示が減少傾向が出ます。

整流形は平均値に比例した指示をします。
正弦波用の計器では、平均値に正弦波の波形率1.11を乗じた値、つまり実効値で目盛られています。
この計器で波形率Ｋの正弦波以外の交流に使用するときには、次の式でこの実効値が求められます。

波形率Ｋの交流の実効値＝計器の指示ＸＫ/1.11
交流の矩形波の波形率は、１ですから
交流の矩形波の実効値＝計器の指示/1.11
なお、こちらもコイルのリアクタンスはありますし、整流器の高調波に対しての漏れ電流など多少の影響はあるかもしれません。
一般に交流用の計器は、定格周波数が定めてあります。

補足

ちなみに質問中の方波形は
　　100Ｖ　｜＿＿＿　　　　　＿＿＿
.　　　　　｜　　　｜　　　｜　　　｜
.　　　　　｜＿＿＿｜＿＿＿｜＿＿＿｜＿＿
　　　　　0　　　Ｔ/2　　　Ｔ

です。