骨董品 インピーダンスブリッジと呼ばれる測定器です。あまり世間では見かけません。古典芸能を楽しんでいる 無銭庵 仙人 と申します。道楽作業に必要と思い収集した測定器ですが 測定方法などを含め 個人的見解で 過去からの経験・薄学な知識と解釈により記述しています。誤解釈・誤記載も多々あると思いますが ご勘弁を。凡人記載です。多少とも参考となれば幸いと思います。 m(__ __)m
古いものが捨てられない症候群となっている自由人です。他人から見ればガラクタ同然の測定器です。インピーダンスブリッジ 型式は DELICA IMPEDANCE BRIDGI MODEL 1100 です。試験成績書の検査日は1967年8月22日となっており検査日から勘定すると 45年以上前に製造された直流と交流電圧により抵抗値、インピーダンス、インダクタンス、キャパシタンス、トランス巻線比を測定するホーイストン・ブリッジのアナログ測定器です。
趣味・道楽である真空管オーディオの作製・調整・修理に時々お世話になっている測定器です。ラジオ少年継続中であるアマ無線での道楽は細々と運用していますが このインピーダンスブリッジは高周波用、アンテナ調整用などのインピーダンスブリッジとは基準信号周波数が異なり 内蔵基準交流信号が低周波(AF)の1000Hzを使っています。手間がかかりますが 外部直流、交流入力端子を使った測定も可能ですが高周波用(RF)ではありません。
納入当初からの付属していた取扱説明書なども紛失せずに保管していましたので見苦しいと思いますが このブログではPDFファイル形式は挿入できませんので JPEGファイルでの掲載とさせていただきます。動作理論・測定方法など詳しく記入されていますので参考としてください。不鮮明な写真も掲載してありますが雰囲気でもご理解ください。
特に真空管アンプの部品レベルでの特性を調べるのに重宝しています。LUX SQ38FD に使用されていた出力トランス OY15-5 は 信頼性がありません。1000Hzにおける交流インピーダンスの測定が可能であり 各種トランス巻線比の測定及びインダンタンス値、巻線直流抵抗値(DCR)が測定できます。
インピーダンス・ブリッジ 1100型の内部構造です。
製造が1967年となっており真空管が全盛の時代です。 その当時のトランジスターは 安定したシリコントランジスターが市場に出だしたころであり オペアンプのICは世の中には無かったと記憶しています。アロイ型ゲルマニウムトランジスターを使った回路構成です。
肝心の測定器計測部はブリッジ回路でありトランジスター回路はは1000Hz基準信号発生回路とセンターゼロ電流計に流す信号を増幅・検波用に使用されています。各測定レンジに対応した基準精密抵抗が搭載されており CRLT可変抵抗器でブリッジ電流バランスを取り測定します。教科書に記載されていたブリッジ回路を思い出してください。
基準信号である1000Hzの正弦波はゲルマニウムトランジスターによる Wien Bridge oscillator 回路により基準正弦波を発振します。現在であればデジタル回路で水晶発振させて分周回路又はPLL発振制御回路で安定した1000Hzが簡単に得られますが その当時の回路として CR時定数のみのフリーラン発振となっていました。周波数カウンターで発振周波数を測定しましたが発振周波数に誤差がありました。マルチメーター(回路計)と違い 精密な1Ω以下の抵抗値も測定は可能です。
測定精度を確保するため CRLTダイアルに取り付けられているギアには減速ツマミとのギア駆動はバックラッシュの少ないダブルギア構造となっています。
参考としてメーカーより添付されていました取扱説明書です。大量生産品でないため 写植タイプで打たれた原本をコピーして製本され添付されています。コピー用紙の劣化があり 経年変化により見苦しい個所もありますがご了承ください。
取扱説明書の記述内容は ブログの最後に集約して記載します。
添付されていた 回路図
取扱説明書には動作理論も詳しく記載されていますが 教科書のブリッジ回路・ホーイストンブリッジ回路を参考にしていただければ理解しやすいと思います。学生時代の電気理論、公式などを多少思い出してください。小生は算数程度しか計算出来ない凡人です。難しい数学は解けません。
解析にはキルヒホッフの法則、鳳テブナンの法則などが必要ですが 今回簡単な公式・算数などを使って話を進めます。
真空管オーディオでの使用にあたってはよく使用する測定を順に記載します。
1. 抵抗(Resistance)の測定 Ω(オーム)
内蔵基準直流電圧を使用してホーイストンブリッジに接続します。ブリッジのバランスがとれていないときには 検流計の表示はプラス又はマイナスの位置を表示します。ブリッジ回路の平衡がとれていますと検流計は零を表示します。その時点のCRLTスケール値をカーソル位置で読み取ることにより測定した結果が読み取れます。
昨今のデジタルマルチメーターは精度も良くなっていますが 昔は精密測定といえばブリッジ回路で測定していました。現在ではデジタルマルチメーターの普及により安価な測定機器でも精度はアナログ時代と異なり良くなっています。
測定範囲及び確度 0.001Ω～11MΩ ±1％ ±1mΩ
2. 線輪・コイル、インダクタンス(Inductance)の測定 H(ヘンリー)
チョークコイル(塞流線輪)、入・出力トランス、EQコイルなどのインダクタンスの測定に使用します。直流回路と違い内蔵交流基準信号を直流測定時の検流計の位置に低周波トランスを取り付けます。一次巻線に発生した1000Hz交流信号はトランジスター発振回路で作られ 低周波トランス二次側よりブリッジ回路に給電します。バランス信号の交流信号は 直流測定回路の測定電源給電点よりトランジスター増幅回路で増幅、検波(整流)することにより 分離された検流計のプラス表示分が零表示となるように測定します。交流を増幅、検波(整流)している関係で検流計はプラス方向のみで表示されて平衡が取れると零表示になります。又各レンジによりSENS可変抵抗器でゲイン調整をします。直流回路と違い CRLTダイアルと D,Qダイアルを使用して検流計のディプ点を探ります。Lですので インダクタンスとコイルの損失係数 Q 値ガ測定できます。
又交流電圧での測定では本体に付属している DET OUT 端子にオシロスコープなどを接続すれば1000Hzの交流波形を観測することによりブリッジ回路のバランス状態が簡単に目視出来ます。バランスが取れた個所ではオシロスコープの観測画面は横一となり波形は観測できません。これがバランス状態です。
現代でのL(インダクタンス),C(キャパシタンス)測定などは通常の回路計(テスター)では測定できません。LCRメーターの出番となりますが品種数は少なく高額の測定器も存在します。特にアジレントなどの有名メーカー製は高額であり 無銭庵 仙人 は手が出せません。
測定範囲及び確度 1μH～1100H ±1％ ±1μH
3. 蓄電器・コンデンサー、キャパシタンス(Capacitance)の測定 F(ファラッド)
ブリッジ動作概要はインダクタンス測定と同じとなります。
多種類のコンデンサーの容量値の測定に使用します。EQ素子・結合コンデンサーのフィルムコンデンサー、ディプマイカコンデンサー等の容量値測定に重宝します。インダクタンスと同様に内蔵1000Hzの基準交流信号を使った測定となります。キャパシタンスの測定は CRLTダイアルと DQダイアルを使用して検流計のディプ点を探ります。Cですので キャパシタンスとコンデンサーの損失係数 D 値が測定できます。
測定範囲及び確度 1pF～1100μF ±1％ ±1pF
～11000μF ±10％
上記測定範囲により 誤差が大きくなりますが大容量の電解コンデンサーの容量測定も可能です。
4. コイル・損失係数(Quality Facter) Q の測定
インダクタンス測定バランスした時 DQダイアル目盛で直読できます。
測定範囲及び確度 0.001～50 ±5％
5. コンデンサー・損失係数(Dissipation Facter) D の測定
キャパシタンス測定バランスした時 DQダイアル目盛で直読できます 。
測定範囲及び確度 0.02～1000 ±5％
6. トランス巻線比(Turn Ratio)の測定 T
電源パワートランス、出力トランス、入力トランスなどのトランス巻線比を測定します。トランスの公式を思い出してください。トランス二次側には巻線比に比例した電圧が発生します。電圧比を利用して一次巻線と二次巻線の巻線比を表示します。
測定範囲 1: 0.00001～1: 10000
7. トランスなど1000Hzにおける・インピーダンス(Impeadance)の測定 ZΩ
出力トランス、入力トランスの1000Hzにおける インピーダンス測定は 1.の抵抗値測定と同じですが 測定に使用する基準電圧は内部交流信号1000Hzを使用して測定します。測定に際しては必ず二次巻線に純抵抗負荷を取り付けませんと 正確な測定はできません。出力トランスの測定例として 二次側16Ω端子に抵抗器16Ωを取り付けますと 一次側には巻線比の二乗に比例した一次側インピーダンスが測定できます。
真空管アンプにおいては出力トランスの一次側直流抵抗値測定はデジタルマルチメーターで簡単に測定はできますが 特に二次巻線直流抵抗値はmΩ単位であるため 通常の回路計では正確に測定することができません。インピーダンス・ブリッジ測定器の直流基準電圧による抵抗値測定は 0.001Ω(1mΩ)から測定できますので トランスの損失測定において重宝します。
ブリッジ回路の概略
ホーイストンブリッジ測定回路は菱形の各辺に抵抗が取り付けられており 対辺の抵抗値の比率が同じであれば中点を短絡した状態においては電流が流れない回路網でしたね。固定抵抗は各レンジに相当した精密抵抗器が使用されており 測定端子と対辺の可変抵抗器を可変して回路網のバランスを取る仕組みです。精密固定抵抗値は 0.1Ω、1Ω、10Ω、100Ω、1KΩ、10KΩ、100KΩ、1MΩが各測定レンジの基準精密抵抗器です。バランス調整用可変抵抗器CRLTは特殊な巻線型可変抵抗器で1100Ωが取り付けられており 可変抵抗器に測定値表示目盛板があります。
検流計 Galvanometer (電流計)は±50μAセンター零表示を使用しており メーターには渦電流保護のダイオードが取り付けられていました。
交流回路測定は内蔵1000Hzを使用しますので増幅回路は1000Hzのみを増幅するバンドパス回路があります。フラットアンプであれば不用なノイズ成分も増幅するため検流計の動作を安定させるために付加されています。DET OUT端子にオシロスコープを接続すれば正弦波信号を観測することができます。電流計の零表示ではなく正弦波波形が観測できなくなればバランスが取れたことを意味しますので目視で簡単に判明します。使用するオシロスコープの性能は20MHzもあれば十分に実用となります。又検流計感度調整も必要とはなりません。
ブリッジ回路の基本図です。教科書を思い出してください。直流回路で話を進めます。
ブリッジ回路の公式として
ZX = ZA・ZN/ZB 展開すると ZA・ZN = ZX・ZB
対辺の積が等しくなれば 回路網はバランスがとれた状態となり G 検流計に流れる電流は零となります。
実回路では
ZX 端子ＡとCが 測定端子 UNKNOWN端子
ZN 端子CとBが 可変抵抗器 1100Ω CRLT
ZA 端子ＡとDが 比較用各レンジの精密抵抗器 0.1Ω～1MΩ
ZB 端子BとDが 精密抵抗器 100Ω(基準抵抗器)
端子ＡとBが 測定用直流電源 A-VCC、 B+VCC(グランド)
端子CとDが G 検流計(電流計)
上記の接続関係になります。
ブリッジ回路では多少電源電圧が変動しても測定においては影響がありません。直流定電圧回路は無く 2段のパイ型フィルターだけで動作します。
交流回路でのブリッジ基本図です。
直流回路の時にはC,D端子に接続されていた G 検流計はブリッジから切り離されます。
バランス検出端子はA,B端子となり A端子から不平衡増幅回路へ配線されてトランジスター回路で増幅・検波(整流)、G 検流計(電流計)を動作させます。
実回路では
ZX 端子ＡとDが 測定端子 UNKNOWN端子
ZN 端子CとBが 可変抵抗器 1100Ω CRLT
ZA 端子ＡとCが 比較用各レンジの精密抵抗器 0.1Ω～1MΩ
ZB 端子BとDが D,Qバランス調整用 C,R回路
D測定用可変抵抗器160Ω(C用)、Q測定用1600Ω(L用)、1μF(交流におけるxc基準コンデンサー) xc=159Ω(f=1000Hz)
端子CとDが 測定用1000Hz交流電源
端子AとBが 交流信号出力部、増幅・検波後電流計を振らせる
交流信号がA,B端子に出力されますので信号をトランジスター回路で増幅し 全波整流(検波)された直流電圧で検流計を動かします。ブリッジ回路の平衡が保たれると交流信号が発生せず 検流計の表示は零となります。
直流ブリッジ回路では 端子B,D間のZBは100Ωの固定抵抗でしたが 交流ブリッジ回路では 数学で言われる虚数部 (数学では i 電気数学では j ) の調整をします。それが損失係数DQ調整となります。コイル、コンデンサーの損失係数の調整です。
交流ブリッジ回路では可変調整箇所が2ヶ所となりますので 端子B,C間のCRLT可変抵抗器と 端子B,D間の DQ可変抵抗器を交互に調整して検流計の表示が最小となるようにして調整します。
コイル、コンデンサーの損失係数値を変えるために C,R接続を直列接続と並列接続をスイッチで切り替えます。
取扱説明書の動作原理から一部引用します。
インピーダンス Z とは一般にリアクタンス分(虚数) X と抵抗分 R とで表されます。これがベクトルで表示した場合 横軸に R 縦軸に X を大きさで表されます。XとRの大きさの四角形の対辺の交点とと中点を作図した大きさが Z の値となります。抵抗器は虚数部が殆どありませんので純粋にRの値の大きさになります。コンデンサー及びコイルは X値に比べてR値が小さいことが望ましいのですが一般的にはR値を無視することができません。RとXとの比率をD又はQで表します。
D はコンデンサーの損失係数で小さいほどコンデンサーは良質です。
Q はコイルの損失係数で大きいほど良質のコイルです。
計算式で表すと
D = R/X Q = X/R D = 1/Q D = 1/Q = tanδ cosθ= X/Z を力率 と呼びます。
その他の詳しい損失係数の数式及び等価回路は本文取扱説明書の動作原理の項目又は専門教本を参照してください。
インピーダンスブリッジを使って測定 作業前自己校正
現在使用しているインピーダンスブリッジでは 取引証明の必要な作業は実施していません。道楽での測定です。ゆえに製造メーカーの校正証明は取得しておりません。製造後45年以上となっていますので 測定器使用前には精密抵抗器(誤差±0.1.％～1％)、精密コンデンサー(誤差±1％)を測定端子に接続して測定誤差を校正します。標準となる精密インダンタンスは所持していませんので正確な自己校正はできません。目安程度のインダクタンス(誤差±5％)で校正はできます。
DCレンジによる精密抵抗での校正作業
測定する精密抵抗は 10Ω±1％ を使用します。
所有している精密抵抗器は旧機種の測定器などに搭載されていた物が大半です。精度は0.01％誤差の抵抗器も存在します。デジタル時代の制御では各センサーからの変化分をデジタル(D/A)変換後制御するのですが その各種センサー検出部でのアナログ回路には精密級の抵抗器が多用されています。制御基板などの流用でもよいと思います。制御基板などを観察すれば誤差が1％以下の抵抗器も多数採用されています。
測定レンジが 1Ω であり CRLTダイアル目盛は 9.9 を表示していますので 1×9.9 = 9.9 ですので 測定抵抗値は 9.9Ω となります。誤差が1％前後の測定結果です。
同様に交流レンジ 内部交流信号発振回路 1000Hz での校正作業
測定する精密抵抗は 1MΩ±1％ を使用します。
測定レンジが 100KΩ であり CRLTダイアル目盛は 9.9 を表示していますので 100×9.9 = 990K です。測定抵抗値は 0.99MΩ となります。誤差が1％前後の測定結果です。
各種精密抵抗 ±0.1％～1％の抵抗を使用して 各レンジの作業前校正を実施します。倍率によりCRLT目盛の詳細度が異なります。同じ数値を表示するにも目盛の細かく表示されている目盛を使用します。同じ 1 の表示でも 1 よりは 10 目盛が細かく表示されます。
L,C などの容量値、インダクタンス値測定の場合は 精密コンデンサー、コイルを使用して校正します。
校正の結果精密な測定が可能な測定器です。一般の回路計・マルチメーターではこれだけの精度は確保できません。
上記自己校正では大きな狂いはありません。DCレンジでは1％程度 AC;レンジで最大±5％程度の測定誤差が確認出来ました。製造後の経年変化はあまり認められません。極端に大きな狂いも確認できません。動作不具合もなく 優秀でした。
試験成績書に記載されているスペック上の誤差は確保できていないと思いますが 多少経年変化によるズレが発生したと思われます。又外部からの 周波数カウンターで測定した 1000Hz 正弦波を使って校正しましたが 大きな測定値の変化は見受けられませんでした。
アマチュア無線アンテナ同調回路用として工作した高耐圧・小容量マイカコンデンサーと小容量ピストン・トリマー・コンデンサー類
自己校正作業においてキャパシタンスの精度が出ていないことが発覚しました。アマチュア無線アンテナ同調回路の設計・工作において小容量のコンデンサーを精密測定時に1000pF±1%の精密コンデンサーで校正中発覚しました。測定表示は1000pFとはならず約10％ほどの容量値が小さくなっています。製造後半世紀ほど経過している測定器であり経年変化での故障と思います。大まかな測定では大きな問題とはなりませんが精密な部品を工作するには問題が発生します。
精度が出ていない故障原因
上図が測定誤差を発生させていた部品です。MP(メタルライズド・ペーパー)コンデンサーとオイル含浸ペーパーコンデンサーです。交流回路測定において測定基準となる1μFのコンデンサーです。本体内部画像の左中央下にある4個並列接続のコンデンサーで設計値容量は1μFです。
0.47μF MF(メタルライズド・フィルムコンデンサー)2個並列と微調整用コンデンサーが合計4個接続されていました。この測定器改修後不良のコンデンサー容量を測定しました。0.1μF_MPコンデンサーは0.15μF・0.01μF_OILは0.026μFを測定しました。経年変化で容量値が大きくなっています。コンデンサー容量抜けの経験はありますが 容量値が大きく増加する経験は初めてです。
この測定器ではこのように正確な1μFとなるように複数個のコンデンサーを使って目的の容量値となるような構造です。この回路に使われていたコンデンサーの損失係数(LOW,D)も測定しましたがDの値は0.53と0.21でした。マイカコンデンサー、磁器コンデンサー、フィルムコンデンサーなどはほぼ0に近い数字を測定することができます。
今回修復に使用したコンデンサーはMF型を採用しました。ペーパーコンデンサー類とは異なり低損失率です。0.1μFと0.022μFを並列接続として取り付けました。CRLTダイアル目盛版との誤差はなくなりました。
やはり測定前校正は必要な作業と思います。抵抗器は比較的精度の優れたものは見つけ出せますがコンデンサにおいては1％誤差以内の精密コンデンサーは入手するに簡単には見つかりません。2％誤差のディプ・マイカコンデンサーも数種類入手し 特に100pF以下の測定において校正に使用します。
この測定器では正確に1000Hzの信号は必要ありません。なぜなら基準コンデンサーも測定するコンデンサーも通過する周波数は同じでありXc値の 1/ωc のω(2πf)数値は同じ数値です。
この測定器には外部交流信号入力端子がありますが10KHzの信号で測定しても測定できる数値に変化は発生しません。ただ損失係数(Ｄ,Q)異なるため再計算が必要です。この機種での損失係数は1KHzです。
2018/08/04追加記載
真空管用出力トランスの測定
今回予備品の 新タンゴISO製 FE-10-10 プッシュプルトランスを例とします。
規格は 一次インピーダンス 10KΩP-P 二次インピーダンス 4Ω、8Ω、16Ω
トランスの巻線とインピーダンスの公式
1次と2次のインピーダンス比は巻数比N (N=n1/n2) の二乗に比例する により
(n1/n2)×(n1/n2)=Z1/Z2 巻線比Nは N=√Z1/Z2
N = √10000/16 = 25 又は N = √16/10000 = 0.04 となります。
出力トランス巻線比の測定
測定端子(UNKNOWN)から出力トランスの一次巻線 P1-P2に接続します。
Tターミナル端子から出力トランスの二次巻線 0Ω-16Ω端子に接続します。
CRL SELECTOR の位置は T (TURN RATIO) 、 CRL MULTIPLIR の位置は巻線比率 1 : 0.01 レンジにします。
実際には測定値が未定の場合 CRL MULTIPLIER 測定 レンジを変えてディプ点を探ります。
測定電圧切替 INT.1KHz(1KC) 、 SENS VRツマミにて検流計目盛+20程度にします。
バンドパス増幅又はFLAT増幅切り替えスイッチは 1KHz(1KC)にします。
上記の状態で CRLTダイアルを調整してメーターの指針が零に近づくようにします。ディップ点が調整出来ましたら その時のダイアル目盛を読み取ります。
今回の測定結果により CRLT目盛は 4 を表示 レンジの 0.01×4=0.04 が読み取れます。
二次側巻線を1とした場合 計算すると 1/0.04=25 ゆえに巻線比は 25 : 1 となります。
トランスのインピーダンス考察については LUX SQ38FD 考察資料を確認してください。
luxsq38fd02.blogspot.com
出力トランス一次巻線直流抵抗値の測定 P1-P2 間
測定モードは INT DC(内蔵)直流電圧で測定します。 トランスのDCR測定です。
CRL SELECTOR の位置は R CRL MULTPLIER は R(Ω) 100 レンジにします。
測定レンジが 100Ωですので バランス状態での CRLT目盛は 4 を読み取り。
100×4=400 となり 一次巻線抵抗値は 400Ω となります。
出力トランス二次巻線直流抵抗値の測定 0Ω-16Ω間
測定方法は上図の一次巻線抵抗値測定と同じです。
測定レンジが 1Ωですので バランス状態での CRLT目盛は 1.2 を読み取り。
1×1.2=1.2 となり 二次巻線抵抗値は 1.2Ω となります。
出力トランス一次側インピーダンスの測定 P1-P2間 二次負荷抵抗値 16Ω端子に16Ω負荷
測定モードは INT 1KHz (内蔵) 1000Hz 交流電圧で測定します。 トランス巻線比測定とほぼ同じです。T端子は接続しません。
CRL SELECTOR の位置は R CRL MULTPLIER は R(Ω) 10K レンジにします。
二次側出力端子 0Ω端子と16Ω端子に 負荷抵抗器 16Ωを取り付けます。
測定レンジが 10KΩですので バランス状態での CRLT目盛は 1.0 を読み取り。
10K×1.0=10K となり 一次インピーダンスは10KΩと測定出来ました。(P1-P2)
出力トランス一次側インピーダンスの測定 P1-P2間 二次負荷抵抗値 8Ω端子に8Ω負荷
測定モードは INT 1KHz (内蔵) 1000Hz 交流電圧で測定します。 出力トランス一次側インピーダンスの測定と同様の測定操作となります。以下の測定も同様の操作です。
二次側出力端子 0Ω端子と8Ω端子に 負荷抵抗器 8Ωを取り付けます。
測定レンジが 10KΩですので バランス状態での CRLT目盛は 1.0 を読み取り。
10K×1.0=10K となり 一次インピーダンスは10KΩと測定出来ました。(P1-P2)
上記の実験・測定の結果 トランスの一次インピーダンスは 二次巻線負荷抵抗を取り付けませんと正常に測定することができません。別枠の考察で述べているようにトランスの二次側のターミナルに異なる抵抗値を接続すると 一次側のインピーダンスが変わってしまいます。
この原理を利用した出力トランスが ユニバーサル出力トランスです。
出力トランス一次側インピーダンスの測定 P1-P2間 二次負荷抵抗値 16Ω端子に8Ω負荷
二次側出力端子 0Ω端子と16Ω端子に 負荷抵抗器 8Ωを取り付けます。
測定レンジが 1KΩですので バランス状態での CRLT目盛は 5.5 を読み取り。
1K×5.5=5.5K となり 一次インピーダンスは5.5KΩと測定出来ました。(P1-P2)
出力トランス一次側インピーダンスの測定 P1-P2間 二次負荷抵抗値 8Ω端子に16Ω負荷
二次側出力端子 0Ω端子と8Ω端子に 負荷抵抗器 16Ωを取り付けます。
測定レンジが 10KΩですので バランス状態での CRLT目盛は 1.7 を読み取り。
10K×1.7=17K となり 一次インピーダンスは17KΩと測定出来ました。(P1-P2)
上記の実験の結果 一次インピーダンスの変化が読み取れました。
出力トランス一次側インピーダンスの測定 P1-B間 二次負荷抵抗値 16Ω端子に16Ω負荷
一次巻線端子の電源接続端子 B とP-1端子に測定端子を接続します。
二次側出力端子 0Ω端子と16Ω端子に 負荷抵抗器 16Ωを取り付けます。
測定レンジが 1KΩですので バランス状態での CRLT目盛は 2.5 を読み取り。
1K×2.5=2.5K となり 一次インピーダンスは2.5KΩと測定出来ました。(B-P1)
B端子は P1-P2間の中点となり巻線が半分となります。 トランスの公式から
インピーダンス(Z)は巻線比の二乗に比例する
から巻線数が半分(1/2)の場合は 5KΩではなく 2.5KΩ となります。
一次巻線 P-P間のインダクタンス測定
CRLT ダイアルと DQ ダイアル の調整は非常にクリチカルな動きをします。注意深くディプ点を探りませんと正確な測定は出来ません。なれないと測定ごとに測定値が違ってきます。
出力トランスの P-P間に接続します。
CRLセレクターは HIGH- Q 基準電圧は INT 1KHz を使用します。
C.R.L MULTIPLIREの設定を変更しながら DQダイアルと CRLTダイアルを交互に調整してディプ点を探ります。検流計の表示が零に近づくように感度を上げてSENS調整し ディプ点を探ります。
測定結果
CRLT目盛 2.4
倍率レンジ 10H
インダクタンス値は
2.4 × 10 = 24 H（ヘンリー)
DQ目盛 Q. 4.6
インダクタンス値 24H（ヘンリー) コイルの Qは 4.6 と 測定できました。
LOW-Q レンジで測定した場合は CRLT- 2.3 Q- 4.7 を表示しました。
二次巻線 0-16Ω間のインダクタンス測定
出力トランスの 0-16Ω間に接続します。
CRLセレクターは LOW- Q 基準電圧は INT 1KHz を使用します。
C.R.L MULTIPLIREの設定を変更しながら DQダイアルと CRLTダイアルを交互に調整してディプ点を探ります。検流計の表示が零に近づくように感度を上げてSENS調整し ディプ点を探ります。
測定結果
CRLT目盛 5.4
倍率レンジ 10mH
インダクタンス値は
5.4 × 10 = 54 mH（ヘンリー)
DQ目盛 Q. 0.63
インダクタンス値 54mH（ヘンリー) コイルの Qは 0.63 と 測定できました。
今回測定に使用しました 新タンゴISO FE-10-10 に同梱されていました特性図です。
チョークコイル、インダクタンスの測定
今回例として 山水 チョークコイル C-30-80 のインダクタンスを測定します。規格は 30H,80mA のチョークコイルです。
CRLセレクターは AC,DC-R 基準電圧は INT DC を使用します。
C.R.L MULTIPLIREの設定を変更しながら CRLTダイアルを調整してディプ点を探ります。検流計の表示が零になるように ディプ点を探ります。
測定結果
CRLT目盛 4.68
倍率レンジ 100Ω
4.68 × 100 = 468Ω 測定
DCR 468Ω
CRLセレクターは HIGH-Q 基準電圧は INT 1KHz を使用します。
C.R.L MULTIPLIREの設定を変更しながら DQダイアルと CRLTダイアルを交互に調整してディプ点を探ります。検流計の表示が零に近づくように感度を上げてSENS調整し ディプ点を探ります。
測定結果
CRLT目盛 2.98
倍率レンジ 10H
Q 13.2
2.98 × 10 = 29.8H 測定
インダクタンス 29.8H Q,13.2
フィルムコンデンサー、キャパシタンスの測定
真空管アンプではカップリングコンデンサーとしてよく使用されるフィルムコンデンサーを例としてキャパシタンスを測定します。容量値は 1.0μF 630WV DC を測定します。CRLセレクターは LOW-D 基準電圧は INT 1KHz を使用します。
C.R.L MULTIPLIREの設定を変更しながら DQダイアルと CRLTダイアルを交互に調整してディプ点を探ります。検流計の表示が零に近づくように感度を上げてSENS調整し ディプ点を探ります。
測定結果
CRLT目盛 9.65
倍率レンジ 0.1μF
D = ∞ 0.965μF を測定
キャパシタンス 0.965μF 損失 D,∞
フィルムコンデンサー、マイカコンデンサーなどは絶縁特性が良好であり インダクタンスの測定と違い D,Qダイアルは ほとんど ∞ の位置で測定ができます。CRLセレクターは LOW-D の位置でほとんどのコンデンサーが試験できます。CRLTダイアルの可変で測定ができます。
スピーカーのインピーダンスについて
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| 5球スーパーラジオのパーマネント・ダイナミック・スピーカー 通称 六半(ロクハン) |
インピーダンスブリッジではステレオ装置で使用しますスピーカーのインピーダンス測定も可能です。鉄心の磁界内にコイル状に巻かれたボイスコイルが交流インピーダンスとして表示されます。真空管全盛時代のHI-FI装置においてはボイスコイルのインピーダンスが 16Ω のシステムが大半でした。一般家庭用5球スーパーラジオではボイスコイルのインピーダンスは 3Ω 前後です。
時代と共にスピーカーのインピーダンスは低くなってきました。1970年代になると半導体アンプが数多くなり 当時はインピーダンス 8Ω が主流となっていました。初期のトランジスターラジオにおいては入力トランス・出力トランスが採用されていました。トランジスターラジオなどは スピーカーのインピーダンスは 8Ω 前後が主流です。アンサンブルステレオ装置では真空管・トランスによる電圧給電から 半導体アンプが登場すると SEPP,OTL,OCL回路が主流となり 増幅回路がそのままスピーカーを直接駆動する 電流駆動に変革しました。その後マルチチャンネルアンプ、4チャンネルステレオアンプが普及し 日本ビクターが開発したCD-4 ４チャンネルステレオ、マトリクス 4チャンネルステレオ装置が普及しました。
一般商品としては AM,FMラジオ付きカセットテープレコーダーが普及し 乾電池で動作する商品においても大出力が登場しました。ダックスフント犬をコマーシャル採用の MR-U4 ステレオラジカセ が記憶にあります。ICパワーアンプ搭載によりスピーカーのインピーダンスは低くなりました。４Ω前後となりました。プラスチックの筐体での可搬型ステレオでしたので音質的には大型ステレオ装置とは比較できませんが 一般世間には受け入れられ爆発的に普及しました。又当時として日本の外貨獲得に寄与です。
個人が自動車を所有する時代となり カーステレオ、カーオーディオも発展することになります。自動車の普及していない時代では真空管式カーラジオも存在しました。ヒーター電圧12Vの真空管４本を使い バイブレーター制御で高電圧を発生し 大飯ぐらいのカーラジオです。その時代の選挙演説車両PA などは カーボンマイクを使い 真空管 UY-807 が電力増幅管であり リフレックストランペットスピーカーを駆動していました。能率のよいホーンスピーカーであり狭帯域の音しか出力されません。12Ｖ・100A/h 容量の大きな蓄電池を積載して真空管拡声器の登場です。その後ゲルマニウムトランジスターの普及でカーラジオ、車載用拡声器はトランジスターに変革し しかし出力トランスは必要な部品です。その当時のカーラジオは音声出力トランジスターは 2SB42 ゲルマニュムパワートランジスター A級シングル・トランス結合増幅回路であり チューナー部は自動車の振動があるため μ同調方式で機械的プリセット機構が主流です。トランジスターの数も 6石から7石程度で全数ゲルマニュムトランジスターカーラジオでした。夏場の自動車内は高温のため動作不良も発生していたようです。真空管式とは異なりバッテリーの消費電力は激減しました。その後のカーステレオではシリコントランジスターが主流であり温度特性もよくなりました。スピーカーインピーダンスはほとんど 4Ω が採用されており 車載蓄電池の電圧により 半導体ディスクリートアンプ SRPP,SEPP,OTL回路で 5W前後の出力しかありません。現在のカーステレオと比較すると貧弱な構造です。
スピーカーのインピーダンス測定においては 内蔵1000Hzを使って測定します。
測定端子にスピーカーを接続します。
CRLセレクターは DC,AC-R
C.R.L MULTIPLIER で倍率を設定します。
測定電圧 INT-1KHz
検流計を零になるように CRLTダイアルを調整。
CRLTダイアル目盛 4.1
測定倍率 1Ω
1× 4.1 = 4.1(Ω) を測定
スピーカーの直流抵抗値測定
内蔵直流電圧(INT-DC)を使用します。
CRLセレクターは DC,AC-R
C.R.L MULTIPLIER で倍率を設定します。
検流計を零になるように CRLTダイアルを調整。
CRLTダイアル目盛 3.7
測定倍率 1Ω
1× 3.7 = 3.7(Ω) を測定
DCR 3.7Ω と測定できました。
上記測定結果となりました。直流抵抗値と交流抵抗値が違っております。交流の場合は 1000Hz におけるインピーダンスの測定ができます。測定中にはスピーカーより小さな音ですが 1000Hzの音が出力されます。スピーカーは通常の回路計ではインピーダンスの測定ができません。
又外部信号入力端子を使用して ＣＲ発信器からの基準信号を使えば各周波数によるスピーカーのインピーダンスの測定は可能です。ただ自動的にスイープした信号波形と違い 細かくプロットしなければ詳細なＤＡＴＡは得られませんので 測定するには 根気と測定にかかる時間が必要となります。
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| Altece Lansing 604-8K |
昨今のステレオ装置のスピーカーインピーダンスが低くなってきました。半導体アンプで家庭用でも数100ワットのアンプが存在します。スピーカーの能率も悪くなり 80数dB程度の小型スピーカーが主流です。 大出力のアンプを用いないと まともな音はでません。小生の真空管アンプ数Ｗ出力で スピーカーの能率が100dB程度です。家庭などで使用しする真空管アンプであれば 最大出力は10ワットもあれば満足できます。
現在販売されているスピーカーシステムは 6Ω 前後のインピーダンスが主流になってきました。
ボイスコイルの材質も変革しアルミニュームを導線として使われ 導線断面の構造が 円 で無く 四角 の太い電線を巻いているスピーカーも存在します。スピーカーの最大許容入力電力値も大きくなりました。
ボイスコイルの動きに関する重要な磁力線密度において 磁力線を作る磁石も年代と共に変化します。フィールドコイルを使った電磁石から アルニコ磁石、フェライト磁石、ネオジム磁石 などパーマネント磁石が主流となっています。強力な磁界内でボイスコイルは流れる音声信号により ピストン運動します。
半導体アンプの場合は パワーアンプ回路に供給する電圧により設計出力が決まってしまいます。高級ステレオアンプにおいては出力インピーダンスが 1Ω を保証している装置も販売されています。
カーステレオ・カーオーディオも大電力型となり 車載蓄電池12Vの環境において パワーICが BTL接続 で 4Ω のスピーカーでも 20数W 出力商品が主流となっており 又一部のスピーカーがインピーダンスが 2Ω となり 車載用大出力パワーアンプも存在します。
上記説明内容において スピーカー、アンプも時代と共に変化しています。動作原理は古くからほとんど変化はしていません。今回説明した インピーダンスブリッジを使用して スピーカーの 1000Hz におけるインピーダンス、公称インピーダンス の測定ができます。マルチメーター(回路計)では測定できません。スピーカーは周波数によりインピーダンスが変化します。低域の fo 近くは機械的要素によりインピーダンス値が大きくなります。可聴周波数帯域においてはインピーダンスが平坦ではありません。詳細はスピーカーの説明している書籍等を確認してください。
過去の経験、記憶を元に古い資料も整理して記載しました。誤字、誤記載、誤解釈が多々あると思います。小生は学者とは異なります。無銭庵 仙人とは一般凡人です。長々と説明してきましたが 掲載画像などは素人撮影ですが 多少道楽の参考になればと思い記述いたしました。
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| 近代の精密測定器ですがインダクタンス・キャパシタンスは測定できません |
無銭庵 仙人の 独り言
博物館行き骨董品? いやガラクタと思われる測定器ですが 現在の精密測定器においても動作原理としては昔からの測定方法から大きく違っていません。半導体制御技術の進歩により 手作業で測定していたものが 自動制御により測定調整が簡単となり 得られたデーターを A/D 変換して デジタルデーターとして取り出されるようになりました。測定器において 基本動作はほとんど変わっていませんが 又多機能の測定器として 反対にプログラムを組まないと動作ができない測定器も存在します。A/D変換されたデーターも専用のPC及びソフトが無いと使えない測定器が増えました。骨董品の人間にとっては高額、難解な測定器であり 手が出ない状態です。
三田無線研究所のホームページを一度ご覧になって下さい。骨董品の標準インダクタンスYEW製が未だに国家検定を受けて校正証明を得ています。丈夫な標準インダクタと思います。今回記述したインピーダンスブリッジ 1100型も 出荷時にはこのインダクタを使って校正・出荷されたと思います。YEW製 1930年代製造 1ミリヘンリー 標準インダクタ です。1.000mH～1.001mH の範囲、精度で推移していました。
投稿当初はホームページの閲覧ができましたが現在廃業されており閲覧不能となっています。試験成績書の署名欄は茨木となっており三田無線研究所の創業者です。茨木 悟 で検索すれば電子工学を詳しく説明している文献が見つかると思います。2018/08/09
コンデンサー製造工場の元品質管理部に在籍されていた方の話です。
コンデンサーには必ず表示容量値と誤差があります。製造工程においては 容量値が 例えは1μFとしますと 誤差が±5％の商品を作る場合は 容量値 0.96～0.95μFの容量しかありません。これが製造技術です。許容誤差が+の容量値を示すことは殆ど無いようです。1個あたりの材料の使用量を少なくして 制作個数が多いため 容量値が1.0μFの商品は製造しません。5％の材料を積み重ねると 生産個数が増加します。これが規格内商品であり 製造コストを下げるための手法らしいです。しかも規格内の商品であるため 良品規格品として出荷されます。一度お手持ちの容量値を測定してみてはいかがでしょうか。
多少とも道楽においては測定。調整と言われる作業が発生します。測定器が狂っていますと 正確なデーターを得ることができません。又機器の正常動作状態に調整することもできません。骨董品機器であっても自己校正すれば現代でも通用する立派な測定器です。多少の知恵袋となれば幸いです。
ほかのブログを含め記載内容は随時更新しています。
この 道 を 楽 しみましょう !!! by musenan sennin
Delica Impeadance Brige MODEL １１００型 資料
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