偏位法・零位法について
電気計測の方法として、偏位法と、零位法の２つの方法に大別できます。
本ページでは偏位法・零位法について簡単に紹介した後に、偏位法の具体例を解説していきます。
偏位法
電圧計や電流計のように測定量を指示針の振れ幅に変換して計器の指示値を読むような方法です。
指示値を読むだけで簡単という長所はありますが、精度が悪いという短所があります。
これは、電流計であれば、測定量（回路に流れる電流）を指示針を振るためのエネルギーとして変換します。その結果、電流計が回路から受取ったエネルギーの分だけ誤差を発生させます。そのため、精度が悪くなってしまうわけです。
零位法
直流電位差計や、ケルビンダブルブリッジ回路による方法のように、回路を平衡させて検知する方法です。
測定量と、基準量が等しくなって平衡するまで調整する手間があるものの、平衡した測定回路は測定対象からエネルギーを取ることなく測定ができるため、測定対象に与える影響が小さく精度良く測定できます。
偏位法・零位法例
| 計測方法 | 長所 | 短所 | 測定機器例 |
| 偏位法 | 測定が簡単 | 精度が良くない | 可動コイル形電圧計・電流計 可動鉄片形電圧計・電流計 |
| 零位法 | 高精度 | 測定に時間がかかる | 直流電位差計 ブリッジ回路（カッコ内は測定対象） ・ホイートストンブリッジ（中抵抗） ・ケルビンダブルブリッジ（低抵抗） ・ウィーンブリッジ（容量、周波数） ・シェーリングブリッジ（静電正接\(tanδ\)） |
偏位法の計測機器
可動コイル形計器（直流専用）
永久磁石間の磁界中に、軸で支えられた可動コイルを配置して電流を流すと、フレミング左手の法則に応じる電磁力が発生します。
可動コイル形は感度が高く、消費電流が小さいことが特徴です。
交流電源に接続すると、コイルに流れる電流の向きが定期的に変わることから指示器が振れてしまうため、計測することができません。そのため、可動コイル形は直流専用の計器です。
可動コイル形計器の構造
可動コイル形計器の構造は左図の通りです。
可動コイルに渦巻バネ、指示針がついています。
可動コイルの挟むように、永久磁石を置き、可動コイルに磁界を与えるようにしています。
可動コイル形計器の動作原理
永久磁石が作り出す磁界の中に置かれた可動コイルに電流を流すと、フレミング左手の法則から、可動コイルを回転させる力が発生します。
コイルの回転によって、取り付けられた指示針も回転します。
逆方向に回転させる渦巻バネの力と釣り合う所が、直流電源が流す電流値となります。
この動作原理から、直流の場合は同じ向きに一定の力が発生し続けるため、指示針を回転させて維持することができます。
しかし、交流の場合は定期的に電流の流れる向きが変わります。そのため、電流の平均値は\(0[A]\)となりますので、指示針は振れません。
可動鉄片形計器（直流・交流）
固定コイルに流れる電流によって生じる磁界が、可動鉄片に働く電磁力を利用した計器です。
可動鉄片形計器は電圧計、電流計に使用されます。
交流・直流両用の計測が可能ですが、直流測定の場合は残留磁気による影響を受けることから、精度はあまり高くありません。
主な使用用途としては、制御盤の電圧計・電流計に使用されます。
可動鉄片形計器の構造
可動鉄片形計器の構造は左図の通りです。
固定コイルの中に、可動鉄片と渦巻バネがついております。この二つで指示計が付いた軸を回転させることで、固定コイルに流れた電流値を示します。
可動コイル形計器の動作原理
固定コイルに電流が流れます。
流れた電流は、固定コイル内に磁界を生み出して、固定鉄片と、可動鉄片を磁化させます。
固定コイルが生み出す同じ磁束を受けて磁化した２つの鉄片は、同じ極性になります。
つまり、電流が流れる方向によらず、固定鉄片と可動鉄片は反発するように磁化します。
同じ極性の磁石は反発しあうため、可動鉄片は、固定鉄片から離れる方向に力を生み出します。
その結果、左図では時計回りに回転させる力となります。
中心軸に取り付けられた渦巻バネは反時計回りに回転させる力を出しますので、この２つの力が釣り合う点が、固定コイルに流れる電流値です。
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参考書
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