LCRメータの仕組みと作り方

前記事「インダクタンスの測定にコンデンサは使うべきでない！？」にメーカはインダクタンスはLCRメータで測定する（あるいは測定しろ）と言っていると書きましたが、ではこのLCRメータというのはどんなものなのかということについて書きます。

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これについてはメーカの資料があります。

　　「村田製作所 - チップ積層セラミックコンデンサの静電容量と誘電正接の測定について」

タイトルどおりの内容なのですがLCRメータの仕組みはもちろんその使い方を取扱説明書風に具体的に書いてあります。

ただLCRメータの仕組みのところは説明が“難解”です。どうしてふつうの言葉で説明しないんだろうと思うのですが.....

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LCRメータというのはこういうものらしいです。

（Vs1 10Vとなっていますが、これは回路図を書いたときの消し忘れです。標準的な信号源電圧は１Vrmsのようです）

Zが測定対象となるもの例えばインダクタです。この回路の仕組みについては上の資料にも書いてありますが、なんだかもったいぶってわかりにくいです （＾＾;;

要するに信号源に測定対象は接続されており（オペアンプのV+が接地されているので、V-もGNDと同電位になり） 測定対象には i = Vs1 / Z の電流がながれ、この電流はそのままRに流れますので右側の電圧計では Vout = i * R が測定されることになります。

LCRメータの場合この信号源電圧を測る電圧計も i * R を測る電圧計も電圧の絶対値だけでなくてその位相も測れるようになっています。

となると Z の(複素)インピーダンスは Z = Vs1 / ( Vout / R ) を計算するだけで求められることになります。

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上の図がわかりにくければこうなっていると考えればいいと思います。


つまりZにVs1の（交流）電圧をかけたとき流れる（交流）電流を（内部抵抗が０の）電流計で測定しているということです。

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もし内部抵抗がある電流計で測ったらどうなるかというとこんな図になると思います。


R1の電圧降下を電圧計で測ればR1に流れる電流がわかります。これからZの値を求めることができます。

もっとも（右側の電圧計の読みをVoutとして）電流が Vout/R1 だからこの電流でVs1の電圧を割ればZが求まるとやってしまったらダメで （Vs1-Vout)/(Vout/R1)) とする必要があります。

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ここで「インダクタ(コイル)の複素インピーダンスを測ってみた」や「コンデンサーの容量とESR・誘電正接(tan δ)を測ってみた」でやっていることを思い出すと上の最後の図とぞっくりです。

この二つの記事では電圧・電流そしてインピーダンスはすべて複素数として扱って（つまり位相を考慮して扱って）います。これも上に説明したものと同じです。

つまりインダクタンス測定の方向性としては間違っていないようです。どうやら今の方法がインダクタンスのいちばん正確な測定法になりそうです。

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ところで最初の図と同じようなLCRメータの同じ回路にはできないかというとそれはできます。測定対象インピーダンス（インダクタンス）とオペアンプの中点とGNDの間に入っている抵抗をはずすだけです。

ただこうやるとオペアンプの出力に純容量性リアクタンス（あるいは純誘導性リアクタンス）が接続されてしまうことになります。さすがにこれはまずいと思うのですがどうなんでしょう。

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関連

　　「記事一覧（測定、電子工作、天文計算）」

　　「自動平衡ブリッジの原理と回路の作り方」
　　「インダクタンスの測り方・まとめ」
　　「コンデンサーの容量とESR・誘電正接(tan δ)を測ってみた」

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