電験三種 平成22年度(2010) 理論 問14 過去問解説

問14 《電気計測(分流器で電流計の測れる範囲を広げる)》
次の文章は,直流電流計の測定範囲拡大について述べたものである。 内部抵抗 $r = 10$[mΩ],最大目盛 0.5[A]の直流電流計Mがある。この電流計と抵抗 $R_1$[mΩ]及び $R_2$[mΩ]を図のように結線し,最大目盛が 1[A]と 3[A]からなる多重範囲電流計を作った。この多重範囲電流計において,端子3Aと端子+を使用する場合,抵抗(ア)[mΩ]が分流器となる。端子1Aと端子+を使用する場合には,抵抗(イ)[mΩ]が倍率(ウ)倍の分流器となる。また,3[A]を最大目盛とする多重範囲電流計の内部抵抗は(エ)[mΩ]となる。 上記の記述中の空白箇所(ア),(イ),(ウ)及び(エ)に当てはまる式又は数値として,正しいものを組み合わせたのは次のうちどれか。
問14の図
  1. (1) (ア)$R_2$,(イ)$R_1$,(ウ)$\dfrac{10 + R_2}{R_1} + 1$,(エ)$\dfrac{20}{3}$
  2. (2) (ア)$R_1$,(イ)$R_1 + R_2$,(ウ)$\dfrac{10 + R_2}{R_1}$,(エ)$\dfrac{25}{9}$
  3. (3) (ア)$R_2$,(イ)$R_1 + R_2$,(ウ)$\dfrac{10}{R_1 + R_2} + 1$,(エ)5
  4. (4) (ア)$R_1$,(イ)$R_2$,(ウ)$\dfrac{10}{R_1 + R_2}$,(エ)$\dfrac{10}{3}$
  5. (5) (ア)$R_1$,(イ)$R_1 + R_2$,(ウ)$\dfrac{10}{R_1 + R_2} + 1$,(エ)$\dfrac{25}{9}$
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正解は(5)
使う公式
分流器の倍率 $m = \dfrac{r}{R_{\mathrm{s}}} + 1$(m:測れる電流が何倍になるか、r:電流計の内部抵抗[Ω]、R_s:分流器の抵抗[Ω]) 並列の合成抵抗 $R = \dfrac{R_a R_b}{R_a + R_b}$
解説
【考え方】電流計Mに 0.5 A までしか流せないので、残りを抵抗(分流器)に流します。どの端子を使うかで、分流器になる抵抗が変わります。 ■1 (イ)(ウ) 1A の端子のとき 解説の図 $R_1 + R_2$ が分流器になります。→ (イ) $R_1 + R_2$ 倍率は、公式に $r = 10$ を入れた形です。→ (ウ) $\dfrac{10}{R_1 + R_2} + 1$ 最大目盛は $1 \div 0.5 = 2$ 倍なので $2 = \dfrac{10}{R_1 + R_2} + 1$ → $R_1 + R_2 = 10\,\mathrm{m\Omega}$ ■2 (ア) 3A の端子のとき 解説の図 $R_1$ が分流器で、M と $R_2$ が直列になります。→ (ア) $R_1$ M に 0.5 A、$R_1$ に残りの 2.5 A が流れます。並列なので電圧は同じです。 $0.5(10 + R_2) = 2.5R_1$ 両辺を 0.5 で割り、$R_2 = 10 - R_1$ を入れます。 $10 + (10 - R_1) = 5R_1$ → $6R_1 = 20$ $R_1 = \dfrac{10}{3}\,\mathrm{m\Omega}$、$R_2 = 10 - \dfrac{10}{3} = \dfrac{20}{3}\,\mathrm{m\Omega}$ ■3 (エ) 3A のときの内部抵抗 $R_1$ と、M+$R_2$($10 + \dfrac{20}{3} = \dfrac{50}{3}$)の並列です。 並列の合成抵抗は「かけ算 ÷ 足し算」です。 かけ算 $\dfrac{10}{3} \times \dfrac{50}{3} = \dfrac{500}{9}$ 足し算 $\dfrac{10}{3} + \dfrac{50}{3} = \dfrac{60}{3} = 20$ $\dfrac{500}{9} \div 20 = \dfrac{25}{9}\,\mathrm{m\Omega}$ → (エ) $\dfrac{25}{9}$ 答えは(5)ピヨ。
出典:平成22年度(2010) 第三種電気主任技術者試験(電気技術者試験センター)理論 問14