ACブリッジの製作

1. 概要

   抵抗値、静電容量(キャパシタンス)、インダクタンスを測定するためのブリッジです。
   抵抗測定の原理はホイートストン・ブリッジです。
   静電容量(キャパシタンス)の測定には交流ブリッジの一種である ソーティの容量ブリッジを
   またインダクタンスの測定にはマクスウェル・ブリッシを 使用しています。
   回路図はネットから拾ってきたものを一部定数を変更しました。
   (オリジナルはどこだったか判らなくなりました。)
   本製作においては更に周波数ブリッジ を使った正弦周波数の測定機能も追加しました。
   
   

2. 仕様

   1. 抵抗[R]、キャパシタンス[C]、インダクタンス[L]の測定範囲とレンジ
      
      
      
   2. 周波数(F)
      
      • 156Hz〜3000Hz (暫定)
        

3. 外観

   
   
   
   

4. 回路図

   
   

5. 回路構成

   1. 抵抗(R)
      
      抵抗測定の原理はホイートストン・ブリッジ です。
      
      
      
   2. コンデンサ(C)
      
      静電容量(キャパシタンス)の測定には交流ブリッジの一種である
      ソーティの容量ブリッジを 使用します。
      
      
      
   3. コイル(L)
      
      インダクタンス測定には マクスウェル・ブリッシを使用しています。
      
      
      
   4. 周波数(F)の測定範囲
      
      周波数測定には周波数ブリッジ の一種であるウィーン・ブリッジを使用します。
      
      
      

6. 設計

   ほとんど原理図に近いので、とくに設計はしていないのですが(笑)
   以下にレンジ毎の測定範囲の計算を示します。
   
   
   1. 抵抗測定(ホイートストン・ブリッジ)
      
      
      ホイートストン・ブリッジの原理より
      X = RB/Q
      
      S = 1kΩ、B = 47〜1047Ωであることから
      
      
      • レンジ1(1〜10Ω)　　R = 10Ω　X = 0.47〜10.47Ω
        
      • レンジ2(10〜100Ω)　R = 100Ω　X = 4.7〜104.7Ω
        
      • レンジ3(100〜1kΩ)　R = 1kΩ　X = 47〜1047Ω
        
      • レンジ4(1k〜10kΩ)　R = 10kΩ　X = 470〜10.47kΩ
        
      • レンジ5(10k〜100kΩ)　R = 100kΩ　X = 4.7k〜104.7kΩ
        
      • レンジ6(100k〜1MΩ)　R = 1MΩ　X = 47k〜1047kΩ
        
      
      
   2. キャパシタンス測定(ソーティの容量ブリッジ)
      
      
      ソーティ・ブリッジの原理より
      Cx = B/R・Cs
      
      Cs = 0.01μF、B = 47〜1047Ωであることから
      
      
      • レンジ1(0.1〜1μF)　　R = 10Ω　Cx = 0.047〜1.047μF
        
      • レンジ2(0.01〜0.1μF)　R = 100Ω　Cx = 0.0047〜0.1047μF
        
      • レンジ3(0.001〜0.01μF)　R = 1kΩ　Cx = 470p〜0.01047μF
        
      • レンジ4(100p〜1000pF)　R = 10kΩ　Cx = 47p〜1047pF
        
      • レンジ5(10p〜100pF)　R = 100kΩ　Cx = 4.7p〜104.7pF
        
      • レンジ6(1p〜10F)　 R = 1MΩ　Cx = 0.47p〜10.47pF
        
      
      
   3. インダクタンス測定(マクスウェル・ブリッシ)
      
      
      マクスウェル・ブリッジの原理より
      Lx = RB・Cq
      
      Cq = 1000pF、B = 47〜1047Ωであることから
      
      
      • レンジ1(1〜10μH)　　R = 10Ω　Lx = 0.47〜10.47μF
        
      • レンジ2(10〜100μH)　　R = 100Ω　Lx = 0.47〜10.47μF
        
      • レンジ3(100μ〜1mH)　　R = 1kΩ　Lx = 0.47〜10.47μF
        
      • レンジ4(1m〜10mH)　　R = 10kΩ　Lx = 0.47〜10.47μF
        
      • レンジ5(10m〜100mH)　　R = 100kΩ　Lx = 0.47〜10.47μF
        
      • レンジ6(100m〜1H)　　R = 1MΩ　Lx = 0.47〜10.47μF
        
      
      
   4. 周波数測定(ウィーン・ブリッジ)
      
      
      ウィーン・ブリッジの原理より
      f = 1/(2πC・F)
      
      C1 = 1μF、F = 0〜1000Ωであることから
      
      
      • f = 152Hz〜∞
        
      
      
   
   

7. 使用部品

   1. 固定抵抗器
      47Ω以外は出来るだけ精密な金属皮膜抵抗器を使用します。
      
      
   2. 固定コンデンサ
      出来るだけ精密で経年変化の少ないコンデンサを使用します。
      容量の観点からフィルム系のコンデンサを使用しました。
      
      
   3. 可変抵抗器
      機械構造の安定したものが望まれます。通信工業規格品を使用しました。
      カーブは全てBカーブです。
      
      

8. 製作

   1. ケース
      タカチのYM-180を使用しました。
      
      
   2. 寸法
      
      
      
   3. 刻印文字
      
      
      

9. 使用方法

   1. レンジの設定によるRの値
      以下の測定手順において、抵抗値Rの値はレンジの設定(1〜6)により以下の値を使用します。
      
      
      
      
   2. 電気抵抗(R)測定(直流ブリッジによる方法)
      • 接続方法
        
        
        
      • 測定手順
        (1)ブリッジの機能設定で「R」を選択します。トグルスイッチはTと反対側(M)にします。
        (2)センターメータに感度設定がある場合「低感度」に設定します。
        (3)回路を組立ます。乾電池は最後に接続します。
        (4)被測定抵抗器を接続します。
        
        (5)レンジのスイッチとBALANCEのVRを交互に調整してセンターメーター の指示が0になる設定を探します。
        (6)センターメーターに感度設定があれば「高感度」に設定します。
        (7)BALANCEのVRを調整してセンターメーターの指示を0にします。
        (8)センターメータに感度設定がある場合「低感度」に設定します。
        　　　(次の(9)でバランスがくずれメーターが振り切れるからです。)
        (9)ブリッジのトグルスイッチをT側に倒します。
        (10)その時の抵抗値を読み取ります。(この値をBとします)
        (11)以下の計算式により、測定値Xを求めます。Sは1kΩです。
        
        X = R*B/S
        
        Rはレンジの設定によります。1項を参照してください。
        
        (12)被測定抵抗を交換する場合は、ブリッジのトグルスイッチをTと反対側(M)倒し
        　　(5)〜(11)の手順を繰り返します。
        
      
      
   3. 電気抵抗(R)測定(交流ブリッジによる方法)
      • 接続方法
        
        
        
      • 測定手順
        (1)ブリッジの機能設定で「R」を選択します。トグルスイッチはTと反対側(M)にします。
        (2)発振器の出力を最小にします。
        (3)回路を組立ます。発振器の電源は最後にONにします。。
        (4)被測定抵抗器を接続します。
        
        (5)発振器の出力を適当な音量になるまで上げます。
        (6)レンジのスイッチとBALANCEのVRを交互に調整して音が消える点を探します。
        (7)音が小さくなったら発振器の出力を上げます。
        (8)BALANCEのVRを調整して音が消える範囲の中央に設定します。
        (9)発振器の出力を最小にします。
        　　　(次の(10)でバランスがくずれイヤホンから大きな音が出るからです。)
        (10)ブリッジのトグルスイッチをT側に倒します。
        (11)その時の抵抗値を読み取ります。(この値をBとします)
        (12)以下の計算式により、測定値Xを求めます。Sは1kΩです。
        
        X = R*B/S
        
        Rはレンジの設定によります。1項を参照してください。
        
        (13)被測定抵抗を交換する場合は、ブリッジのトグルスイッチをTと反対側(M)倒し
        　　(5)〜(12)の手順を繰り返します。
        
      
      
   4. キャパシタンス(C)測定
      • 接続方法
        
        
        
      • 測定手順
        (1)ブリッジの機能設定で「C」を選択します。トグルスイッチはTと反対側(M)にします。
        　　また、可変抵抗の「D/F」は最小に設定します。
        (2)発振器の出力を最小にします。
        (3)回路を組立ます。発振器の電源は最後にONにします。
        (4)被測定インダクターを接続します。
        
        (5)発振器の出力を適当な音量になるまで上げます。
        (6)レンジのスイッチとBALANCEのVR、可変抵抗D/Fをそれぞれを調整して
        　　音が消える点を探します。
        (7)音が小さくなったら発振器の出力を上げます。
        (8)BALANCEのVRと可変抵抗D/Fを調整してBALANCEのVRを音が消える範囲の中央に設定します。
        (9)発振器の出力を最小にします。
        　　　(次の(10)でバランスがくずれイヤホンから大きな音が出るからです。)
        (10)ブリッジのトグルスイッチをT側に倒します。
        (11)その時の抵抗値を読み取ります。(この値をBとします)
        (12)以下の計算式により、測定値Xを求めます。Csは0.01μFです。
        
        Cx = B/R・Cs
        
        Rはレンジの設定によります。1項を参照してください。
        
        (13)被測定抵抗を交換する場合は、ブリッジのトグルスイッチをTと反対側(M)倒し
        　　(5)〜(12)の手順を繰り返します。
        
        (14)測定容量がpFオーダーのときは浮遊容量の値を測定値から引きます。
        　　浮遊容量は、測定端子Xに何も接続しない状態で容量を測定します。
        　　本製作においては20〜25pF程度の浮遊容量がありました。
        
      
      
   5. インダクタンス(L)測定
      • 接続方法
        
        
        
      • 測定手順
        (1)ブリッジの機能設定で「L」を選択します。トグルスイッチはTと反対側(M)にします。
        　　また、可変抵抗の「Q」は最大に設定します。
        (2)発振器の出力を最小にします。
        (3)回路を組立ます。発振器の電源は最後にONにします。
        (4)被測定インダクターを接続します。
        
        (5)発振器の出力を適当な音量になるまで上げます。
        (6)レンジのスイッチとBALANCEのVR、可変抵抗Qをそれぞれを調整して
        　　音が消える点を探します。
        (7)音が小さくなったら発振器の出力を上げます。
        (8)BALANCEのVRと可変抵抗Qを調整してBALANCEのVRを音が消える範囲の中央に設定します。
        (9)発振器の出力を最小にします。
        　　　(次の(10)でバランスがくずれイヤホンから大きな音が出るからです。)
        (10)ブリッジのトグルスイッチをT側に倒します。
        (11)その時の抵抗値を読み取ります。(この値をBとします)
        (12)以下の計算式により、測定値Xを求めます。Cqは1000pFです。
        
        Lx = R*B・Cq
        
        Rはレンジの設定によります。1項を参照してください。
        
        (13)被測定抵抗を交換する場合は、ブリッジのトグルスイッチをTと反対側(M)倒し
        　　(5)〜(12)の手順を繰り返します。
        
      
      
   6. 周波数(F)測定(工事中)
      • 接続方法
        
      • 測定手順
        

10. 関連項目

    1. ホイートストン・ブリッジ
       
    2. ソーティの容量ブリッジ
       
    3. マクスウェル・ブリッシ
       
    4. 周波数ブリッジ
       

11. 参考文献

    1. 入門電気計測(第16刷 1980)、西野治著、実教出版
       
    2. 電気工学入門演習　電気計測(3版 1988)、堤捨男・金古喜代治 共著、学献社