検流計

検流計とは

検流計（ガルバノメーター）は、電気回路を流れる微小な電流を検出・測定するための電気計器です。電流の大きさに応じて指針が動くことで、測定値を読み取ることができます。主に直流電流の測定に用いられ、アナログメーターとして広く知られています。

概要

最も一般的な検流計は、可動コイル型指示計器と呼ばれるアナログメーターです。これは、永久磁石による磁場と、電流が流れることで回転するコイル（可動コイル）で構成されています。コイルには指針が取り付けられており、コイルの回転とともに指針が目盛り上を移動することで、電流値を表示します。コイルには、ゼロ位置に戻すためのバネ（つる巻きバネ）や、振動を抑制するための機構（制動力）が備わっています。

電流がコイルに流れると、コイル自身も磁場を発生させます。この磁場が永久磁石の磁場と相互作用することで、コイルが回転します。この回転力（駆動力）はバネの力と釣り合い、指針が一定の角度で停止します。指針の動きが滑らかで、不要な振動がないように、制動力も重要です。

より大きな電流を測定するために、分流器と呼ばれる回路が使用されます。また、電圧計として使用する場合は、コイルの抵抗値とフルスケール電流に必要な電圧を計算することで、電圧目盛りを付けることができます。高電圧を測定する場合は、倍率器と呼ばれる抵抗を回路に挿入します。

メーターの目盛りを読む際に視差による誤差が生じることがあります。これを防ぐために、一部のメーターには目盛りに沿って鏡が設置されており、指針とその鏡像が重なる位置で目盛りを読むことで、誤差を最小限に抑えることができます。

種類

検流計には、以下のような種類があります。

可動コイル型検流計: 最も一般的なタイプで、永久磁石とコイルの相互作用を利用します。
可動鉄片型検流計: 磁場によって鉄片が動く仕組みを利用します。
鏡検流計: 指針の代わりに鏡を使用し、反射光のビームで測定値を読み取ります。高感度測定に用いられます。

仕様

近年では、デジタル計器にAD変換器を取り付けたものが普及しており、デジタル表示で電流値を読み取ることが可能です。これは、パネル用デジタル計器（DPMs）と呼ばれ、従来のアナログメーターの機能を置き換える形で利用されています。

正接検流計

正接検流計（Tangent galvanometer: TG）は、検流計の一種であり、磁気の正接の法則に基づいて動作します。構造は、水平な台の上に垂直に立てられた円形のコイルと、その中心に置かれた方位磁針から成り立っています。電流がコイルに流れると、磁界が発生し、方位磁針がその磁界と地磁気の水平成分との合成磁界の方向に傾きます。その傾き（角度）と電流の関係は正接関数で表されます。

理論

正接検流計において、コイルに電流が流れると、コイルの中心には以下の式で表される磁界が生成されます。


B = (μ₀ n I) / (2 r)


ここで、Bは磁界の強さ、μ₀は真空の透磁率、nはコイルの巻き数、Iは電流、rはコイルの半径です。

正接検流計が地磁気の水平成分と平行になるように設置された場合、方位磁針はコイルの磁場と地磁気の水平成分の合成磁場の方向に傾きます。このときの傾きをθとすると、以下の関係が成り立ちます。


B = Bh tan(θ)


ここで、Bhは地磁気の水平成分です。これらの式から、電流Iは以下の式で表されます。


I = K tan(θ)


ここで、Kは正接検流計の定数であり、reduction factorと呼ばれます。

地磁気分野測定

正接検流計は、地球磁場の水平分力の大きさを測定するためにも利用できます。

歴史

検流計（galvanometer）の名前は、電気生理学の先駆者であるルイージ・ガルヴァーニに由来します。最初の検流計は、1820年にヨハン・シュヴァイガーによって発明されました。また、アンドレ＝マリ・アンペールも検流計の発明に貢献しています。ウィリアム・トムソン（ケルビン卿）は、検流計の初期応用に関して多くの業績を残しました。

用途

検流計は、主に以下の用途で使用されます。

直流電流の測定
微弱電流の測定（ホイートストンブリッジと組み合わせて）
アナログ・チャート式記録計のペンの位置決め
心電図の作成

関連項目

測定
電圧計
電流計
鏡検流計
* トランスデューサー

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