デジタルマルチメーターはどのように機能しますか？

デジタルマルチメーター（DMM）は、家の周りのものを固定している場合でも、工場のより大きな電気セットアップを扱っているかどうかにかかわらず、電気システムを扱う人々が使用する便利なツールです。これらのデバイスは、電圧（電気を電流を押す力）、電流（電気の量が流れている）、抵抗（電気が流れるのがどれほど難しいか）などの測定に使用されます。針とダイヤルを備えた古いアナログマルチメーターと比較して、DMMはより正確で、デジタルテクノロジーのおかげでより多くの機能を提供します。回路で問題を修正しようとしている場合でも、ワイヤーが適切に接続されているかどうかを確認しようとする場合でも、DMMがどのように機能するかを学ぶことで、正しく安全に使用するのに役立ちます。

カタログ

図1：デジタルマルチメーター

デジタルマルチメーターの紹介

デジタルマルチメーター（DMM）は、単純なホームサーキットからより複雑な産業システムに至るまで、さまざまな電気および電子タスクで広く使用されています。針とダイヤルを備えた古いアナログモデルとは異なり、DMMはデジタルテクノロジーを使用して、より良い精度とより多くの機能を提供します。これらのデバイスは、3つの主要な電気特性を測定します。

•電圧（ボルト、V）： 回路を通って電流を押す力。

•電流（アンペア、a）： ワイヤーまたは導体を通る電荷の量。

•抵抗（オーム、ω）： 材料またはコンポーネントが電気の流れにどれだけ抵抗しますか。

モデルに応じて、DMMSは、静電容量（保存できる充電量）、温度、周波数（電気信号が繰り返される頻度）、および連続性（回路が完全で、電気が流れるかどうか）などの他のものを測定することもできます。

デジタルマルチメーター（DMM）の主要なコンポーネントと機能

デジタルマルチメーター（DMM）は、電圧、電流、抵抗などの電気量を測定するのに役立つツールです。DMMのさまざまな部分が連携して、正確な測定値を確実に提供します。これらの部分を理解することで、デバイスを適切に使用しやすくなります。最も基本的な部分のいくつかとそれらがどのように機能するかを分解しましょう。

デジタル変換（ADC）へのアナログ

図2：DCおよびAC電圧を測定するデジタルマルチメーター

すべてのDMMのコアには、アナログ間コンバーター（ADC）と呼ばれるコンポーネントがあります。この部分は、連続電気信号（電圧や電流など）を画面に表示される数値に変更します。DMMSで使用される1つの一般的なタイプのADCは、連続近似レジスタ（SAR）と呼ばれます。

SAR ADCは、電気信号を表す正しい数値が見つかるまで、入力電圧を徐々に絞り込むことで機能します。これは、最初の「サンプリング」または電圧のキャプチャによってこれを行い、その値をデジタル番号に変換しながら安定して保持します。このプロセスの詳細と精度は、通常ビットで測定されるADCの解像度に依存します。典型的なDMMには16ビットの解像度があり、速度と精度のバランスが良いです。より高い解像度により、より詳細な読み取り値が可能になりますが、より時間がかかる場合がありますが、解像度が低いと結果が速くなりますが、信号の小さな変化を見逃す可能性があります。

測定の精度と解像度

精度は、DMMの読み取り値が信号の実際の値にどれだけ近いかです。たとえば、5.00ボルトの電圧を測定している場合、正確なDMMは5.00ボルトとほぼ同じ結果を示します。

一方、解像度は、DMMが気付く最小の変更です。DMMの解像度が0.01ボルトの場合、デバイスは100分の1ボルトの変化を検出できることを意味します。これは、信号に非常に小さな変更を確認する必要がある場合に役立ちます。

一部の高度なDMMには、バッファリングや平均化などの機能が含まれます。バッファリングは信号を安定させますが、平均化は複数の測​​定値を取り、結果を滑らかにします。これにより、電気ノイズまたは干渉によって引き起こされる測定値の小さな不要な変化が減少します。データを平均することにより、DMMはより安定した結果を提供し、表示された値を簡単に信頼しやすくなります。

表示とインターフェイス

ディスプレイは、測定値を表示するDMMの一部です。ほとんどのDMMは、液晶ディスプレイ（LCD）を使用して、電圧、電流、または抵抗の数を表示します。特に薄明かりや忙しい環境で作業する場合は、明確なディスプレイが非常に役立ちます。一部のDMMにはバックライトの表示が付属しているため、低照度条件で数値を読みやすくなります。

数字に加えて、多くのDMMディスプレイには、デバイスがどのモードにあるかを知らせるためのシンボルも表示されます。たとえば、ディスプレイは連続性をテストするためのシンボルを表示する可能性があります（電気が流れるための完全なパスがあるかどうかを確認するため）またはダイオードのテスト（ダイオードが適切に機能しているかどうかを確認するため）。これらのシンボルにより、各設定が何をするかを調べることなく、DMMを使いやすくなります。一部のDMMには、異なるモードと範囲を切り替えることができる追加のボタンまたはダイヤルがあり、ツールをより柔軟で使いやすくすることができます。

DMMの測定機能

デジタルマルチメーター（DMM）は、電圧、電流、抵抗など、さまざまな電気値を測定できる便利なツールです。それを正しく使用する方法を知ることは、正確な測定値を取得し、作業中のデバイスと回路の両方を保護するのに役立ちます。

電圧測定

図3：デジタルマルチメーターでDC電圧を測定するためのテストリードの適切な接続

DMMは、直接電流（DC）と交互の電流（AC）電圧の両方を測定できます。DC電圧を測定するには、赤いテストリードをVΩポートに挿入し、ブラックテストリードをCOMポートに挿入します。AC電圧の場合、プロセスは同じですが、メーターは自動的にAC信号を読み取るように調整し、方向を変えます。多くの最新のDMMには、DC回路の極性を自動的に検出する機能があります。これは、リードを正しい正または負の側面に接続することを心配する必要がないことを意味します。メーターがあなたのためにそれを行います。

より高い電圧を測定する場合、DMMは特別な内部回路を使用して、センサーが安全に測定できるレベルまで電圧を下げます。手動で範囲を選択する必要があるDMMを使用している場合は、テストしている電圧に適切な範囲を選択してください。低すぎる範囲を選択すると、デバイスにオーバーロードされ、誤解や損傷が発生する可能性があります。

現在の測定

図4：電流を測定するための直列のデジタルマルチメーターの適切な接続

DMMで電流を測定することは、電圧を測定するよりも少し複雑です。電流を測定するには、回路を破壊してメーターを直列に接続する必要があります。つまり、電流がDMMを通過する必要があります。メーターは、組み込み抵抗を横切る電圧降下を見ることにより、電流をチェックします。

不適切なセットアップがメーターを損傷したり、ヒューズを吹き飛ばす可能性があるため、電流を測定するこの方法は電圧測定よりもリスクがあります。ほとんどのDMMには、あまりにも多くの電流から保護するためのヒューズがありますが、測定する前にすべてが正しくセットアップされることを再確認することをお勧めします。予想される電流がメーターの制限内であることを常に確認し、他のテストに切り替えるときはメーターを電流モードにしないでください。モードを切り替えるのを忘れると、電圧や抵抗などを測定しようとすると、ヒューズを簡単に吹き付けることができます。

抵抗測定

DMMによる抵抗測定は非常に簡単です。メーターは抵抗器を介して少量の電流を送信し、結果の電圧降下をチェックして抵抗を計算します。抵抗を測定する前に、回路がオフになり、電力がないことを確認してください。回路にまだパワーがある場合は、DMMに損傷を与えたり、不正確な読み取り値を取得したりする可能性があります。

抵抗を測定する場合、抵抗器の温度または回路内の他の成分の存在は、読み取りに影響を与える可能性があります。正確な結果を得るには、回路の外側で抵抗器を個別に測定する方が良いことがよくあります。

連続性テスト

図5：デジタルマルチメーターで連続性テストを実行する

連続性テストは、回路またはコンポーネントが電流が流れるための壊れていないパスを持っているかどうかを簡単に確認するための簡単な方法です。このモードでは、DMMはパスが完了した場合にサウンドを作成します。これは連続性と呼ばれます。この機能は、ディスプレイを視聴する代わりに結果を聞くことができるため、ヒューズ、スイッチ、ワイヤーなどをチェックするときに特に役立ちます。サウンドは、接続が良好である場合にすぐにわかります。これは、接続が壊れたり誤った接続をより速く見つけたりするのに役立ちます。

ダイオードテスト

ダイオードテストモードでは、DMMはダイオードに小さな電圧を適用し、電圧がどれだけ低下するかをチェックします。通常、作業ダイオードは、そのタイプに応じて、0.5V〜0.7Vの間の順方向電圧を示します。ダイオードを逆にテストする場合、DMMは過負荷（OL）を表示する必要があります。これは、電流が流れないことを意味します。

ダイオードテストは、標準抵抗チェックを使用するよりもダイオードが正しく機能するかどうかを確認するためのより良い方法です。電流が前方方向に流れると、ダイオードの動作に関するより具体的な情報が提供されます。

デジタルマルチメーターの高度な機能

デジタルマルチメーター（DMMS）は、電気システムを扱う専門家と愛好家の両方にとって便利なツールです。一部のDMMには、電気回路で問題を見つけて修正するためにさらに役立つ高度な機能が付属しています。簡単な言語で説明されているこれらの機能のいくつかを詳しく見てみましょう。

自動レンジとマニュアルレンジ

図6：自動レンジとマニュアルレンジのデジタルマルチメーター

デジタルマルチメーターの1つの違いは、それらが自動レンジであるかマニュアルレンジであるかです。自動範囲のDMMは、電圧、電流、または抵抗などを測定するための正しい範囲を自動的に選択します。これにより、事前に正確な価値を知る必要がないため、使いやすくなります。特に測定しているものがわからない場合は、時間を節約し、間違いの可能性を低下させます。一方、マニュアルを帯びたDMMでは、自分で範囲を選択する必要があります。これにより、より多くのコントロールが得られ、どの範囲が期待されるかを既に考えている場合は役立ちます。また、測定している値が予想よりも高いか低い場合に、何が起こっているのかをよりよく感じることができます。

真のRMS測定

True RMS（ルート平均四角）測定は、特に信号が滑らかでない場合、AC（交互の電流）信号を使用している場合に役立ちます。真のRMS DMMは、信号が正方形や不規則な波のような完全な波ではない場合でも、AC電圧または電流を正確に測定できます。真のRMSを持たない通常のDMMは、信号が常に滑らかな波であると仮定し、エラーにつながる可能性があります。真のRMSメーターを使用すると、最新の電子デバイスで一般的なより複雑なまたは不均一な波形を扱うときに、正しい測定値を取得できます。

ピークホールドおよびMIN/MAX関数

ピークホールド機能は、測定中に信号が到達する最高値をキャプチャします。これは、デバイスが最初にオンになったときに発生する電流のバーストのように、電流の高速で一時的な急増を追跡するのに役立ちます。MIN/MAX機能は、測定中に最低値と最高値を追跡するため、時間の経過とともに信号がどれだけ変化しているかを確認できます。これらの機能は、ディスプレイを常に視聴することなく、電圧の低下や電流の突然の増加など、回路の変化を監視しようとする場合に役立ちます。

データ保持と相対モード

データホールド機能により、ディスプレイの現在の読み取り値をフリーズすることができます。これは、マルチメーターを表示したり、測定しているものを追跡しにくい状況にある場合に役立ちます。このようにして、ディスプレイを表示するのが難しい場合、読書を失うことはありません。相対モードでは、ベースライン値を設定できるため、将来の読み取り値をこの基準点と比較できます。この機能は、回路の一部で問題や漸進的な摩耗を指す可能性のある電圧や抵抗のわずかな変化など、小さな違いを見つけるのに特に役立ちます。

周波数と静電容量測定

一部のデジタルマルチメーターは、周波数と容量を測定することもできます。周波数はHertz（Hz）で測定され、モーターや発電機などの交互の電流で実行される回路をチェックするときに役立ちます。測定周波数は、システムが適切な速度で動作しているかどうか、または何かが間違っているかどうかを把握するのに役立ちます。静電容量はファラド（f）で測定され、電気エネルギーを保存するコンデンサと協力する場合に役立ちます。容量測定により、コンデンサがまだ適切に機能しているかどうか、または摩耗しているかどうかを確認するのに役立ちます。これは、回路のパフォーマンスに影響を与える可能性があります。コンデンサは多くの回路で見つかり、電圧またはフィルタリング信号の調節に重要な役割を果たします。

DMMの実用的な使用

マルチメーターの安全性

デジタルマルチメーター（DMM）を使用する場合、安全は非常に重要です。使用する前に、必ずデバイスのカテゴリ（CAT）評価を確認してください。国際電気技術委員会（IEC）は、DMMが損傷や怪我をすることなく処理できる電気エネルギーと電圧の量を説明する4つのカテゴリを作成しました。

•CAT I： エレクトロニクスや小型デバイスに見られるように、エネルギーの低い回路に使用されます。

•CAT II： これは、より高い電圧のリスクが低いが、それでも存在する標準的な電気コンセントに接続された家庭用デバイスまたはポータブルツール用です。

•CAT III： 壁の配線、電気パネル、産業用具など、建物内の電気システム用に設計されています。これらのシステムは、電気配電ネットワークに直接接続されており、電圧スパイクが発生する場合があります。

•CAT IV： 電気が建物に入るように、オーバーヘッド電力や地下ユーティリティサービスなど、より高いエネルギーレベルのエリアをカバーしています。これらのシステムは、低いカテゴリよりもはるかに強力な電力サージを持つことができます。

定格カテゴリの外側でDMMを使用することは安全ではなく、メーターが作られたよりも高いエネルギーレベルを処理できない可能性があるため、怪我や機器の損傷につながる可能性があります。また、測定を行う前に、テストリードが適切な入力ポートに適切に接続されていることを常に確認してください。接続が誤っていると、読み取りが不正確になるか、メーターにダメージを与える可能性があります。

電圧と電流を安全に測定します

電圧を測定するときは、常に黒（負）リードを地面またはニュートラルワイヤに接続し、次に赤（正）リードをライブワイヤに接続します。これにより、メーターが回路のライブ部分にすぐに接続されていないため、ショックのリスクが軽減されます。より高い電圧で作業している場合、この方法は、回路のライブ部分への暴露を減らすことで、より安全に保つのにも役立ちます。

電流を測定するために、多くの場合、クランプメーターが最良のツールです。クランプメーターは、ワイヤー内の電気の流れによって生じる磁場を検出することにより電流を測定します。正確な読み取り値を取得するには、ライブワイヤまたはニュートラルワイヤのいずれかのワイヤーのみを締めてください。ライブワイヤとニュートラルワイヤの両方を同時にクランプすると、2つのワイヤーの磁場が互いにキャンセルするため、読み取り値はゼロになります。正しい測定値を取得するには、1つのワイヤーのみを測定する必要があります。

結論

デジタルマルチメーターは、電気を扱う人にとって有用なツールであり、電圧、電流、抵抗、その他の値を精度で測定するのに役立ちます。マルチメーターの基本部分を理解することにより、信号を数値に変換する方法やディスプレイの読み方など、正しい方法で使用していることを確認できます。回路が機能しているかどうかを確認するためにテストしたり、流れがあるかを測定したり、True RMS（AC信号のより正確な読み取り値を提供する）などの特別な機能を使用したりするかどうかにかかわらず、DMMを使用することを学ぶと、作業がより簡単で安全になります。。練習をすれば、デジタルマルチメーターに自信を持って頼って、シンプルでより挑戦的な電気タスクの両方を処理することができます。

よくある質問[FAQ]

1.デジタル電流メーターはどのように機能しますか？

デジタル電流メーターは、回路内の電流の流れを測定します。これは、回路で接続された抵抗器全体に小さな電圧降下を検出することで行います。メーターはこの電圧信号を取得し、電子コンポーネントを使用して数値に変換し、現在の読み取り値として画面上の結果を表示します。

2.デジタルマルチメーターの実用的な原則は何ですか？

デジタルマルチメーターは、設定に応じて、電圧、電流、抵抗などの異なる電気値を測定することにより機能します。内部のサーキットを使用してこれらの測定値を取得し、画面に表示できる数値に変更します。ユーザーは、測定したいものに基づいて設定を選択します。

3.デジタルマルチメーターはどのように使用されますか？

デジタルマルチメーターを使用するには、最初にダイヤルを正しい設定に変えることで測定するもの（電圧、電流、または抵抗）を選択します。次に、テストワイヤをチェックする回路またはデバイスの部分に接続します。接続すると、メーターは画面上で測定するものの値を表示します。間違いやメーターの損傷を避けるために、正しい設定と範囲を選択してください。

4.デジタルマルチメーターはどれくらい正確ですか？

デジタルマルチメーターの精度は、モデルと品質に依存します。多くの基本モデルは、実際の値に約0.5％から1％近い読み物を提供します。より高度なモデルは、さらに正確な測定値を提供できます。ユーザーマニュアルを必ず確認して、デバイスの正確性を確認してください。

5.デジタルマルチメーターを使用して電圧を確認する方法は？

デジタルマルチメーターで電圧を確認するには、最初にダイヤルを電圧設定に変換します（測定するものに応じて、必ずACまたはDCを選択してください）。黒いワイヤーを「com」ポートに接続し、赤いワイヤーを電圧用の「V」でラベル付けしたポートに差し込みます。次に、黒いワイヤーをネガティブポイントに触れ、赤いワイヤーを回路の正のポイントに触れます。マルチメーターには、画面上の電圧が表示されます。エラーや短絡を避けるために、ワイヤーを適切に処理してください。