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電圧計(でんあつけい 英:Voltmeter)は、ある2点間の電位差を測る電気計器である。

自動車やオートバイに搭載される電圧計も、この項目で説明する。

◆ 使用方法および接続の仕方

内部電気抵抗の大きな測定器であり、測定する回路の2点間に並列に接続する。

直流の場合、電流制限用の大きな抵抗と可動コイル形計器を接続し、流れる微小な電流でコイルを動かして電圧を測る。測定範囲の拡大のためには、倍率器が利用される。

交流の場合は、測定範囲の拡大のために計器用変圧器が利用される。また、交流用計器や、整流器と直流用計器を組み合わせたもので測定される。

◆内部構造

基本的な構造は電流計と同じであるが、回路上に電気抵抗があるため定電流が流れるとオームの法則により求められた電圧を検針可能な構造となっている。右に可動コイル型の図を示す。構成部品は永久磁石、コイル、指針となっている。さらにその下の図は可動鉄片形で構成部品は可動鉄片、固定鉄片、指針となる。

◆ 直流電圧計

直流においての電圧を測定するのに使用される。構造は可動コイル型 (Moving-Coil Type) であり永久磁石およびコイルで構成される。また、振れ角は電流に比例するので目盛り平等目盛りとなる。

◆ 交流電圧計

構造は可動鉄片形 (Moving-iron Type) であり、非常に簡単、堅牢、安価で商用電源周波数程度 (45~65Hz) の交流電圧を測定するのに広く使用されている。本来は実効値の2乗で針が振れるが固定鉄片の形を改良することにより、定格の10~20%以上はほぼ平等目盛りとすることができる(写真の目盛りの始まり付近のことである)。

◆ 電流力計型電圧計

構造的には電力計と同様だが内部配線が異なる。原理的には直流から商用周波数程度(DC~1000Hzまで可能なものも)である。

◆ 静電電圧計

二つの金属板に加えられた電圧により力が生じることによって指示する。低電圧の場合金属板に生じるトルクが小さいので、もっぱら高電圧 (1~500KV) で使用される。

◆ 熱電形電圧計

熱電形電圧計は15~150Vまでが製品化されている。

◆ 電子電圧計 (ミリボル、バルボル)

交流電圧の実効値を広い周波数帯域及び広い電圧の範囲を測ることができる装置である

◆分圧器及び計器用変圧器

分圧器は、直流電圧計の測定範囲拡大に使われる直流用測定範囲拡張器である。電圧計に直列に接続し電圧計にかかる電圧を低下させる抵抗器である。

電圧計の最大目盛りの時の電圧をV_m・内部電気抵抗をr・電圧降下をV_r、倍率器の抵抗をR_S、とすると次のようになる。

:$V\_m\; =\; V\_r\; +\; \backslash frac=\; V\_r\; \backslash left(1\; +\; \backslash frac\backslash right)$

:$\backslash frac=\; \backslash left(1\; +\; \backslash frac\backslash right)$

よって、最大目盛りの時の電圧が$\backslash left(1\; +\; \backslash frac\backslash right)$倍に拡大されたことになる。

また、端子の切り替えにより倍率器の倍率を変更できる多重目盛りの電圧計も製作されている。

計器用変圧器は高電圧を安全に測定するために用いられ、低電圧を取り出すのに用いられる。

◆ 自動車・オートバイにおける電圧計

自動車やオートバイの一部には、メーターパネル内などに電圧計を備えた車種が存在する。

この場合、計器の文字盤の表示はバッテリー+端子から出力されるボルトを数値的に示す。多くの12V電装の車種では指針上限が16V、中央部分が12V、指針下限が8Vを示している。6V電装車の場合は指針上限が9V、中央部分が6V、指針下限が3Vを示している。社外品においては、シガーソケットに接続するタイプの小型電圧計も存在する。この場合、表記は「正常」「不足」「要点検」などのより抽象的な表記で表されている事が多い。

通常、無負荷無充電状態の正常なバッテリーはバッテリー電圧が12Vを示す為、エンジンを始動しない状態では電圧計は12V前後を示すのが普通である。この際に電装品を作動させていたり、無負荷状態でもバッテリーが劣化している場合には電圧計は12V以下の数値を示す。この数値を読み取る事で、大まかなバッテリーの寿命を類推する事が可能となる。

エンジンを始動すると、オルタネーターやダイナモから発電された電気がバッテリーに供給される為、多くの場合電圧計の数値は12V以上の数値を示す。通常、オルタネーターの発電量はレギュレータで適切に制御されている為、13.5Vから14.4V以上の電圧が発生しないのが正常な状態である。その為、エンジンを始動して回転数が上がった際に電圧計の指針が14Vを大きく上回る場合や上限を振り切る場合には、レギュレータを始めとする電圧制御系統に異常が発生している事が考えられるので、すみやかな点検と修理が必要になる。

もしもエンジンを始動した状態で電圧計の読みが12Vを下回る場合は、ファンベルトの断裂やブラシの摩耗など何らかの原因でオルタネーターから電気が供給されていない事や、車体に標準電気使用量に対して極端に小さなバッテリーを搭載している事、或いはカーオーディオなどの後付け電装品を大量に搭載した結果、車体側の電気使用量が過大になっている事が考えられる為、大容量バッテリーへの交換やオルタネーターの大容量化、あるいは電装品の取り付け状態の見直しなどの対策が必要となる。なお、原因を正確に特定するには電圧計と同時に電流計を併用する事が望ましい。(充電系統が完全に故障している場合には電流計がマイナス下限を振り切り、同時に充電系統警告灯が点灯する。オルタネーター容量が不足気味な場合には電流計はマイナスゾーンを示し、充電系統警告灯は僅かに明滅するか点灯しない場合が多い。単純にバッテリー容量が不足しているだけの場合は電流計はプラスゾーンを示し、充電系統警告灯は全く点灯しない。)

なお、自動車などにおける電圧計は、電流計と役割が混同されやすい面があるが、電流計がオルタネーターやダイナモから出力される電流量が車体側の使用電流量に対してプラスかマイナスかの判定を行う(ひいては充電系統その物の能力の過不足も判定できる)のに対して、電圧計はあくまでもバッテリーの+端子から出力される電圧の数値的な測定しか行わない。その為、例え電圧計が12V以上の数値を示していても、充電系統が完全に故障している場合(尚かつ充電系統警告灯も備えられていない場合)には、電圧計の指針は走行と共に徐々に下がっていき、やがてエンストなどの重大なトラブルが発生するので注意が必要である。

◆ 関連項目

・ 指示電気計器

・ 回路計

・ 電流計

・ 電力計

・ 力率計

・ 周波数計

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・電圧計 page1

・電圧計 page2