電気工事施工管理技士 独学ガイド|資格のT

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誘導形計器と静電形計器は何が違うのか?指示電気計器の動作原理をJISの定義で分ける

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計器の名前がどれも似ていて、区別がつかない…。

動作原理の説明を読んでも、どれの話なの?

この記事の要点

誘導形計器とは、一つ以上の固定電磁石の交流磁界と、この磁界で可動導体中に誘導される渦電流との相互作用によって動作する計器のことです。動かしているのは渦電流です。

固定電極と可動電極の間に生じる静電力で動作するのは、誘導形ではなく静電形計器です。

試験は、この2つの定義を貼り替えて出してきます。

JISは計器を、何の力で針を動かしているかで分けています。

だから読み分けも、名前ではなく定義文に出てくる力の名前を追います。

動作原理で分けるとはどういうことか

まず、代表的な計器の定義です。

JIS C 1102-1:2011 直動式指示電気計器 第1部 2.2.1(永久磁石可動コイル形計器)

固定永久磁石の磁界と、可動コイル内の電流による磁界との相互作用によって動作する計器。

同 2.2.5(電流力計形計器)

可動コイル内の電流による磁界と、一つ以上の固定コイル内の電流による磁界との相互作用によって動作する計器。

言い換えると、「固定側が永久磁石か、固定側もコイルか」という違いです。

  • 永久磁石可動コイル形:固定側は永久磁石
  • 電流力計形:固定側もコイルで、その電流による磁界を使う

可動側はどちらもコイルです。違うのは固定側だけです。

定義に出てくる「力の名前」で分かれる 固定側 可動側 動かす力 永久磁石可動コイル形 永久磁石 コイル 磁界の相互作用 電流力計形 コイル コイル 磁界の相互作用 可動鉄片形 コイル 鉄片 吸引力・反発力 誘導形 電磁石(交流) 導体 渦電流 静電形 電極 電極 静電力 熱電形だけは組み合わせでなく、熱電対の起電力を使う
出典=JIS C 1102-1:2011 2.2.1・2.2.3・2.2.5・2.2.7・2.2.8.2・2.2.10

誘導形と静電形はどこが違うか

この2つが、出題でいちばん入れ替えられます。

JIS C 1102-1:2011 2.2.7(誘導形計器)

一つ以上の固定電磁石の交流磁界と、この磁界で可動導体中に誘導される渦電流との相互作用によって動作する計器。

同 2.2.10(静電形計器)

固定電極と可動電極との間に生じる静電力の作用で動作する計器。

定義文に出てくる語を抜き出して比べます。

計器 固定側にあるもの 動かしている力
誘導形 固定電磁石(交流磁界) 可動導体中に誘導される渦電流との相互作用
静電形 固定電極 可動電極との間に生じる静電力

例えば、定義文に「電極」という語が出てきたら静電形の話です。

誘導形の定義に電極は出てきません。出てくるのは電磁石と導体と渦電流です。

定義はどれも、固定側と可動側の組み合わせで書かれています。

  • 永久磁石可動コイル形:固定は永久磁石、可動はコイル
  • 電流力計形:固定も可動もコイル
  • 可動鉄片形:固定はコイル、可動は鉄片
  • 誘導形:固定は電磁石、可動は導体(そこに渦電流が誘導される)
  • 静電形:固定も可動も電極

熱電対形だけは、この組み合わせではなく、測定電流で熱せられる熱電対の起電力を使う、という書き方です。

永久磁石可動コイル形と電流力計形は、可動側がどちらもコイルです。違うのは固定側で、永久磁石か、電流を流したコイルかで分かれます。

可動鉄片形の定義には、吸引力で動く形と、反発力で動く形の2通りが書かれています。どちらも固定コイルの電流で鉄片を磁化させる点は同じです。

残りの2つはどう定義されているか

同じ条に、鉄片を使う形と熱を使う形もあります。

JIS C 1102-1:2011 2.2.3(可動鉄片形計器)(抜粋)/2.2.8(熱形計器)/2.2.8.2(熱電対形計器)

可動鉄片形計器 軟磁性材の可動片と固定コイル内の電流による磁界との間に生じる吸引力によって動作する計器、又は 軟磁性材の一つ(又は複数)の固定片と軟磁性材の一つの可動片とをもち、両者(又はすべて)の鉄片が固定コイル内の電流によって磁化されて生じる反発力(及び/又は吸引力)によって動作する計器。

熱形計器(熱電形計器) 導体内の電流の熱効果によって動作する計器。

熱電対形計器 測定電流で熱せられる一つ以上の熱電対の起電力を用いる熱形計器。

  • 可動鉄片形:吸引力で動く形と、反発力で動く形の2通りが定義されている
  • 熱形計器(熱電形計器):導体内の電流の熱効果で動作する大きなくくり
  • 熱電対形:そのくくりの中で、熱電対の起電力を使うもの

熱電対形だけが、力ではなく起電力を使います。「熱電形計器」は 2.2.8 の熱形計器の別名で、熱電対形計器(2.2.8.2)とは別の語です。出題は2.2.8.2の定義を「熱電対形計器」の名で出しています。

混同しやすい語

誘導形と静電形:誘導形は交流磁界と渦電流、静電形は固定電極と可動電極の静電力です。定義文に「電極」があれば静電形です。

永久磁石可動コイル形と電流力計形:可動側はどちらもコイルです。固定側が永久磁石なら前者、固定コイルなら後者です。

可動鉄片形と可動コイル形:動く部品が鉄片かコイルかの違いです。可動鉄片形は吸引力で動きます。

計器そのものの話は、現場でどう使うかにつながります。

過去問でどう問われたか

この論点は1級で3年度、2級で4年度出ています。引っかけは大きく4つです。

  • ①別の計器の定義を貼る:誘導形の位置に、静電形の定義をそのまま置きます。
  • ②残りは定義どおり出す:熱電対形・永久磁石可動コイル形・電流力計形は、JISの文がほぼそのまま並びます。
  • ③使える電源の種類を聞く:直流専用がどれかを選ばせます。2級で2年度。
  • ④記号と名称の組合せを聞く:2級で3年度。令和5年度だけ問いの向きが逆です。
年度・級・問 問われ方 誤りとされた記述
令和5年度 1級 第一次検定 No.4 指示電気計器の動作原理に関する記述として、不適当なもの 誘導形計器は、固定電極と可動電極との間に生ずる静電力の作用で動作する計器である ←①

正しくは、誘導形計器は固定電磁石の交流磁界と、可動導体中に誘導される渦電流との相互作用で動作します。固定電極と可動電極の静電力は静電形計器の定義です。

同じ問に並んだ熱電対形・永久磁石可動コイル形・電流力計形の説明は、JISの定義とほぼ同じ文で、正しい肢に置かれていました。

この貼り替えは、平成27年度にも同じ形で出ています。

平成27年度 1級 学科試験No.4 選択肢1(公表正答1)

誘導形計器は、固定電極と可動電極との間に生ずる静電力の作用で動作する計器である。

令和5年度とほぼ同じ文で、置かれた位置が選択肢1から選択肢2に動いただけです。同じ問に熱電対形計器の定義も並んでおり、こちらも正しい側でした。

直流専用かどうかも問われる

定義ではなく、使える電源の種類を聞く形もあります。

令和3年度 2級 第一次検定(前期)No.4 選択肢1(公表正答は選択肢1)

永久磁石可動コイル形計器(直流専用の指示電気計器として適当)

令和元年度2級学科試験(前期)No.4にも同じ4択が出ており、そちらは熱電形計器が並んでいました。

直流専用は永久磁石可動コイル形です。可動鉄片形・電流力計形・熱電形は交流でも使えます。

電流力計形の性質そのものを問う年度もあります。令和元年度1級学科試験No.4は「電流力計形計器に関する記述として不適当なもの」で、交流専用かどうか・電力計として使えるか・外部磁界の影響を受けやすいかが肢に並びました。

2級は記号と名称の組合せで問う

2級は、図記号と計器名の対応を聞く形が繰り返し出ています。

  • 平成27年度 2級 学科試験No.4(公表正答1) 適当なもの → 可動鉄片形計器
  • 令和元年度 2級 学科試験(後期)No.4 適当なもの(可動鉄片形・静電形・永久磁石可動コイル形・電流力計形が並ぶ)
  • 令和5年度 2級 第一次検定(前期)No.4(公表正答3) 不適当なもの(電流力計形・可動鉄片形・誘導形が並ぶ)

令和5年度だけ問いの向きが逆で、「不適当なもの」を選ばせています。1級も2級も、この論点はNo.4の位置に置かれます。

電極と書いてあったら静電形。誘導形は渦電流です。

加圧して調べる試験は絶縁耐力試験に、波形がひずむ話は高調波にまとめました。

どこを確認すれば読み分けられるか

動作原理の肢は、次の順に見ます。

  • 力の名前を探す:静電力、吸引力、相互作用、起電力のどれが書かれているかを見ます。
  • 固定側を見る:永久磁石か、固定コイルか、固定電磁石か、固定電極かで計器が決まります。
  • 可動側を見る:コイルか、鉄片か、導体かを読みます。
  • 電源の種類を見る:誘導形の定義には交流磁界と書かれています。

まちがえやすいポイント

誘導形という名前から、電磁誘導という言葉だけを連想して覚えると、静電形と混ざります。

定義の決め手は可動導体中に誘導される渦電流です。渦電流という語が入っているかどうかで判定できます。

理解度チェック

Q.

誘導形計器は何によって動作するか?

一つ以上の固定電磁石の交流磁界と、この磁界で可動導体中に誘導される渦電流との相互作用です。

Q.

固定電極と可動電極の間に生じる静電力で動作するのは、どの計器か?

静電形計器です。誘導形計器ではありません。

Q.

永久磁石可動コイル形と電流力計形は、どこが違うか?

固定側です。前者は固定永久磁石の磁界、後者は一つ以上の固定コイル内の電流による磁界を使います。

まとめ

  • 誘導形=固定電磁石の交流磁界と、可動導体中の渦電流との相互作用。
  • 静電形=固定電極と可動電極との間に生じる静電力
  • 永久磁石可動コイル形=固定永久磁石の磁界と可動コイル内の電流による磁界の相互作用。
  • 電流力計形=可動コイルと一つ以上の固定コイル、どちらも電流による磁界の相互作用。
  • 可動鉄片形=軟磁性材の可動片に働く吸引力。熱電形=熱電対の起電力を用いる熱形計器。

参考資料

  • JIS C 1102-1:2011 直動式指示電気計器-第1部:定義及び共通する要求事項(2.2.1/2.2.3/2.2.5/2.2.7/2.2.8/2.2.8.2/2.2.10)
  • 一般財団法人 建設業振興基金 試験研修本部「1級電気工事施工管理技術検定 問題・正答肢」(公式サイト)平成27年度・令和元年度・令和5年度
  • 同「2級電気工事施工管理技術検定 問題・正答肢」平成27年度・令和元年度(前期・後期)・令和3年度(前期)・令和5年度(前期)
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