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3. マルチメーターの使い方を学ぶ
マルチメーターの基本的な使い方を学ぶためのレッスンへようこそ。電子機器の世界で不可欠なツールであるマルチメーターについて、その機能や活用法を実際に操作しながら学びましょう。バッテリーやテストリードの設定から始め、さまざまな電気的性質を正確に測定するための手順と設定調整を探ります。このハンズオン体験を通じて、理論的な知識だけでなく、実際の回路で正確な測定を行うスキルも身に付けることができます。
ここで学ぶこと:
マルチメーターの構成要素と機能を理解する
電圧、電流、抵抗の測定をマスターする
実際に手を動かすことで電子工学の基礎理解を深める
このレッスンは、技術スキルを向上させるだけでなく、将来の電子工学学習やプロジェクトの基礎を築く実用的な知識を提供します。
マルチメーターについて詳しく知る
マルチメーターは、さまざまな電気的性質を測定するための装置です。多くのマルチメーターは、電圧、電流、抵抗、導通（電気が流れるかどうか）を測定できます。
マルチメーターのダイヤルを使って、測定したい電気的性質と希望する測定範囲を選択します。それでは、ダイヤルで利用可能なさまざまな機能を見ていきましょう。
DC電圧
この画像では、直流（DC）電圧を測定するための位置が選択されています。電圧は大文字のVで表されます。DCは、上に一直線がある3本の破線で表されます。
お使いのマルチメーターには、200m（ミリボルト）、2V（ボルト）、20V（ボルト）、200V（ボルト）、600V（ボルト）の5つのDC電圧範囲があります。これらの数値は、それぞれの設定で測定できる最大電圧を表しています。
注釈
ボルトの変換は以下の通りです:
1ミリボルト（mV）= 0.001ボルト（V）
例えば、500ミリボルト（mV）の電圧がある場合、これは0.5ボルト（V）と表現できます。
測定方法: 電圧を測定する前に、適切な測定範囲を選択する必要があります。私たちのコース内では、回路電圧は5Vを超えないため、単に20Vの位置を選択すれば良いでしょう。回路が正常に機能している場合、赤と黒のテストリードをデバイスの両側に配置して電圧をテストできます。
AC電圧
この画像は、交流（AC）電圧を測定するための設定を示しています。ACは波形で表されます。
トランジスタ
hFE NPN PNP設定はトランジスタを測定するためのものです。このコースでは、この設定は使用しません。
1.5V mA
"1.5V mA"の設定は、1.5Vの電圧レベルでの電流を測定するためのものです。通常、この電圧で回路やデバイスがどれだけの電流を消費するかをテストする際に使用します。
電流
電流を測定するために、マルチメーターには2m（2ミリアンペア）、20m（20ミリアンペア）、200m（200ミリアンペア）、10A（10アンペア）の設定があります。
注釈
アンペアの変換は以下の通りです:
1ミリアンペア（mA）= 0.001アンペア（A）
例えば、50ミリアンペア（mA）の電流がある場合、これは0.05アンペア（A）と表現できます。
200ミリアンペア未満の電流を測定するには、赤のテストリードをVΩmAポートに挿入します。その後、ダイヤルをミリアンペアの設定に回します。このコースやプロジェクトで構築する回路は、常に200mA未満の電流を持っています。
最大10アンペアの電流を測定するには、赤のテストリードを10ADCポートに挿入し、ダイヤルを10A設定に回します。
測定方法: 回路の電流を測定するには、マルチメーターを回路に挿入する必要があります。つまり、回路の一部として機能させる必要があります。これは、電圧や抵抗を測定するのとは異なり、回路内のコンポーネントを跨いで測定できるものです。回路を構築し始めたときに、これらの測定を行う機会があります。
導通
ダイオードのシンボルと音のアイコンがある設定は導通を測定するためのものです。導通を測定する際、テストリード間に電流が流れると、マルチメーターが「ビーッ」という音を発します。
抵抗
マルチメーターの最後のセットは、抵抗を測定するためのもので、ギリシャ文字のオメガ（Ω）で表されます。通常、マルチメーターには抵抗測定用の複数の範囲があります。この特定のマルチメーターには、200オーム、2k（2,000オーム）、20k（20,000オーム）、200k（200,000オーム）、2M（2,000,000オーム）の5つの範囲があり、それぞれの範囲は正確に測定できる最大の抵抗値を示しています。最も正確な測定結果を得るには、測定対象の抵抗が範囲の上限を超えないように範囲を選択します。
注釈
オームの変換は以下の通りです:
1キロオーム（kΩ）= 1000オーム（Ω）
1メガオーム（MΩ）= 1000000オーム（Ω）
例えば、1000オーム（Ω）の抵抗がある場合、これは1キロオーム（kΩ）と表現できます。
ヒント
抵抗、電圧、または電流の測定中に、表示される値が変動することに気づくかもしれません。特定の測定値を安定させて記録するには、HOLD機能を使用します。この操作により、現在の値が表示に固定され、HOLDボタンをもう一度押すまでそのまま保持されます。
電圧、電流、または抵抗を測定する際に、どの範囲を選択するか迷った場合は、まず利用可能な最大範囲から始めることをお勧めします。このアプローチにより、扱っている値の初期見積もりを得た上で、正確な測定を行うためにより適切な範囲に絞り込むことができます。
質問
マルチメーターの使い方を詳しく理解したところで、次の電気的な値を測定する際にどの設定を使用するか考えてみてください。
測定対象 |
マルチメーター設定 |
|---|---|
9V DC電圧 |
|
1Kオーム |
|
40ミリアンペア |
|
110V AC電圧 |
マルチメーターを使った測定
前のレッスンでは、LEDを点灯させるための簡単な回路を設定しました。今回は、マルチメーターを使ってこの回路の電圧、電流、および抵抗を測定します。さっそくやってみましょう！
マルチメーターの準備
マルチメーターを使用する前に、バッテリーを取り付け、テストリードを接続して、いつでも使用できるようにします。
以下のビデオに従って、マルチメーターにバッテリーを接続します。
マルチメーターと赤と黒のテストリードを用意し、マルチメーターが「オフ」の位置にあることを確認します。黒のテストリードをマルチメーターのCOMポートに挿入します。赤のテストリードを電圧・オーム・ミリアンペア（VΩmA）ポートに挿入します。
電圧の測定
マルチメーターをDC 20ボルト設定に回します。
ブレッドボードの正負のワイヤーを軽く引き離して、金属端が露出するようにしますが、完全には取り外さないでください。
その後、マルチメーターの赤と黒のテストリードで露出した金属端を触れて電圧を測定します。
電圧を記録し、メモ欄に観察した現象も記録できます。
注釈
私の結果は5.13ボルトでしたが、あなたの測定結果に基づいて記入してください。
配線の問題や手の不安定さにより、電圧が変動することがあります。手を安定させて数回観察し、安定した電圧値を得るようにしてください。
タイプ |
単位 |
測定結果 |
メモ |
|---|---|---|---|
電圧 |
ボルト |
約5.13ボルト |
|
電流 |
ミリアンペア |
||
抵抗 |
オーム |
最後に、他の測定を行う際にジャンパーワイヤーが抜けないように、すべてのジャンパーワイヤーをブレッドボードに再挿入してください。
電流の測定
回路内の電圧を測定した後、次は回路内の電流を測定します。
電流を測定するために、マルチメーターを回路の導電経路に組み込む必要があります。簡単な方法としては、LEDの配置を調整することです。LEDのアノードを1Fに残し、カソード（短い脚）を1Eから3Eに移動させます。
マルチメーターを200ミリアンペアの位置にセットします。
黒のテストリードを1Bに接続されたワイヤーに、赤のテストリードをLEDのカソードである3Eに置きます。この設定が完了すると、赤色LEDが点滅を開始するはずです。
注釈
抵抗とLEDをまたいで電圧を測定する際、マルチメーターのテストリードとの接続を確実にするのは難しいことがあります。より良いグリップを得るために、コンポーネントの脚がブレッドボードに挿入される場所にテストリードを取り付けてください。そうすることで、何かを外すことなく、より強く押し込むことができます。
読み取った電流が20mA未満であることがわかるので、より正確な読み取りを得るために20mAの位置に切り替えることができます。
回路内の電流をミリアンペア単位で測定し、記録します。
注釈
接触の安定性、電源の変動、温度の影響など、さまざまな要因により測定された電流が変動することがあります。理論的な予測範囲内であれば、測定された電流値は受け入れられるものと見なすべきです。
タイプ |
単位 |
測定結果 |
メモ |
|---|---|---|---|
電圧 |
ボルト |
約5.13ボルト |
|
電流 |
ミリアンペア |
約13.54ミリアンペア |
|
抵抗 |
オーム |
LEDを元の位置に戻し、アノードを1Fに、カソードを1Eに戻します。
総抵抗の計算
LEDが関与する回路でマルチメーターを使用して抵抗を測定することは、困難です。なぜなら、LEDは点灯するために特定の電圧（順方向電圧）が必要であり、この電圧が十分でない場合、LEDは点灯せず、回路が開いたままになり、抵抗の測定が複雑になります。さらに、抵抗を測定する際には、マルチメーターからの電圧以外の電圧が回路に存在してはなりません。
そのため、回路の抵抗をマルチメーターで直接測定することは簡単ではありません。では、どうすればよいでしょうか？
ここでは、オームの法則に基づいて、電圧と電流から抵抗を計算します。この詳細については次のレッスンで詳しく説明します。
電圧 = 電流 × 抵抗
または
V = I • R
式を整理すると、次のようになります:
抵抗 = 電圧 / 電流
または
R = V / I
上記の式を使って、測定した電圧と電流から回路全体の抵抗を計算し、表に記入してください。
注釈
電圧はボルト、抵抗はオーム、表中の電流はミリアンペアです。ミリアンペアをアンペアに変換する必要があります。
1アンペア = 1000ミリアンペア
つまり、計算する前に測定した電流を1000で割る必要があります。計算された結果は整数でないかもしれませんので、小数点以下2桁に四捨五入してください。例えば、私の計算値は378.8774002954で、それを378.88に四捨五入します。
R = 5.13 / (13.54 / 1000) = 378.88オーム
タイプ |
単位 |
測定結果 |
メモ |
|---|---|---|---|
電圧 |
ボルト |
約5.13ボルト |
|
電流 |
ミリアンペア |
約13.54ミリアンペア |
|
抵抗 |
オーム |
約378.88オーム |
抵抗値の測定
回路全体の抵抗を求めたので、次はそのうちどれだけが抵抗器によるもので、どれだけがLEDによるものかを確認します。抵抗器には220オームと表示されていますが、許容誤差が5%あるため、実際には209オームから231オームの範囲内である可能性があります。マルチメーターを使用して正確な値を確認してみましょう。
抵抗を測定する際には、マルチメーターが唯一の電圧源として機能する必要があります。回路に他の電源が接続されていないことを確認してください。そのため、Arduino Uno R3からジャンパーワイヤーをすべて外して、ブレッドボードを孤立させます。
抵抗器の抵抗を正確に測定するために、マルチメーターを2K（2000オーム）抵抗モードに設定します。
マルチメーターの赤と黒のテストリードを抵抗器の両端に当て、マルチメーターの表示を記録します。
測定が終わったら、マルチメーターを「OFF」位置にして電源を切ることを忘れないでください。
LEDの抵抗値の計算
LEDの抵抗値を求めるには、回路全体の抵抗から抵抗器の抵抗を引きます。
LEDの抵抗 = 回路全体の抵抗 - 抵抗器の抵抗
私の測定結果によると、LEDの抵抗値は378.88オーム - 215オーム = 163.88オームです。
このレッスンでは、マルチメーターを使用して回路内の電圧、電流、抵抗を測定する基本的なスキルを実践しました。シンプルなLED回路を構築し、LEDを含む回路で抵抗を測定する方法を詳しく探り、オームの法則を適用して直列回路や並列回路の動作を理解しました。これからも、これらの基本的なスキルが、より高度なプロジェクトやエレクトロニクスの深い理解への土台となることを忘れずに、引き続き実験と学習を楽しみましょう。そして、一緒に電子の世界をさらに明るくしていきましょう。