直流電位差計による電気抵抗測定

1. 実験の目的

   直流電位差計による電気抵抗測定の原理 を理解するとともに
   誤差5%のP型カーボン抵抗の抵抗値の測定結果から精密測定の誤差を
   検討します。
   
   

2. 実験課題

   下記の公称値のP型カーボン抵抗(誤差5%)の抵抗値を直流電位差計により測定します。
   
   (1)47Ω
   (2)470kΩ
   (3)4.7kΩ
   (4)47kΩ
   (5)470kΩ
   
   

3. 実験方法

   1. 実験回路
      
      
      
      
   2. 実験手順
      
      (1)アナログ電流計の感度スイッチを"低"に設定します。
      (2)回路図を組立ます。
      
      (3)ケルビンバーレーポテンショメーターのロータリスイッチを"5000"に設定します。
      (4)直流電位差計を基準抵抗器(Rs)の両端に接続します。
      (5)センターメータの電流計が0になるようにVR₂(5kΩ)の可変抵抗器を調整します。
      (6)アナログ電流計の感度スイッチを"高"に設定します。
      (7)センターメータの電流計が0になるようにVR₂(5kΩ)の可変抵抗器を調整します。
      (8)アナログ電流計の感度スイッチを"低"に設定します。
      (9)直流電位差計を基準抵抗器から外します。
      (10)直流電位差計を未知抵抗器(Rx)の両端に接続します。
      (11)センターメータの電流計が0になるようにケルビンバーレーポテンショメーター(VR₁)を設定します。
      (12)アナログ電流計の感度スイッチを"高"に設定します。
      (13)センターメータの電流計が0になるようにケルビンバーレーポテンショメーター(VR₁)を設定します。
      (14)その時のケルビンバーレーポテンショメーターの設定を記録します。
      (15)アナログ電流計の感度スイッチを"低"に設定します。
      (16)直流電位差計を基準抵抗器から外します。
      (17)未知抵抗器(Rx)と基準抵抗器(Rs)を交換します。
      
      (18)(3)から(17)の手順を繰り返します。
      
   
   

4. 実験機材

   1. ケルビンバーレーポテンショメーター
      
   2. 可動コイル型直流電流計(±100μA　センターメータ)
      標準電圧発生器のセンターメータを使用します。
      
   3. 可変抵抗器(5kΩB)
      
   4. 精密抵抗器
      
   5. P型カーボン抵抗(1/4W、誤差5%)：
      47Ω、470Ω、4.7kΩ、47kΩ、470kΩ　各1本
      
   6. 乾電池(6V, 3V)
      
   
   

5. 実験結果

   1. Rxの計算式
      実験手順(14)におけるケルビンバーレーポテンショメーターの読みをVR₁とすると
      Rs ： Rx = 5000 ： VR₁
      
      ∴Rx = VR₁/5000 * Rs
      
      
   2. 測定結果
      

      Rx公称値[Ω]	Rs[Ω]	VR1設定値	Rx計算値[Ω]	公称値からの偏差[%]
      47	100	2361	47.22	0.5
      470	1k	2350	470.0	0
      4.7k	10k	2340	4.68k	-0.4
      47k	100k	2340	46.8	-0.4
      470k	1M	2510	502	6.8

   
   

6. 考察

   1. P型カーボン抵抗(誤差5%)の誤差は実力1%以内の誤差であることが判りました。
      (もちろん、保証はされていない)
      
      
   2. 470kΩのカーボン抵抗の誤差が6.8%となり、誤差が5%を超えているように見えました。
      これは、カーボン抵抗の誤差によるものではなく、直流電位差計の感度不足
      によるものと考えられます。
      (実際、ディジタルテスターで測定すると、479kΩ(誤差：1.9%だった)
      RxとRsの値が大きくなると、測定電流が小さくなることによりセンタメータの振れも
      小さくなるため、ケルビンバーレーポテンショメータの設定を変えても、
      どこでセンターメータが平衡しているのか判りづらくなるため正確な測定が
      難しくなると考えられます。
      
   
   

7. 参考文献

   なし。
   

8. 関連項目

   1. 直流電位差計の原理
   2. ケルビンバーレーポテンショメーター
   3. 可動コイル型直流電流計(±100μA　センターメータ)
      標準電圧発生器のセンターメータを使用します。
      
   4. 可変抵抗器(5kΩB)
      
   5. 精密抵抗器
      

9. おまけ

   実験中の様子。