初心者向けテスターの選び方

2ちゃんねる 電気・電子板 【アナログ】テスター総合スレッド 5Volt【デジタル】を参考に、マイコン工作などを考えている電子工作初心者のためのテスターの選択のしかたについて。

結論はテスターは安いのでいいので、出来ればオシロスコープの購入を検討すべきです。



2ちゃんねる電気・電子板より


942 名前:774ワット発電中さん[sage]:2011/06/18(土) 07:04:05.56 ID:63RfUwFR
テスターについて質問させてください。

テスターの購入を考えています。
用途としてはマイコンの作成をするにあたっての電圧・電流・抵抗の値測定を主な目的として考えています。
もしかしたらPCパーツの測定、家庭用の家電の測定をするかもしれません。

どの程度のテスターを買ったら良いかやどのメーカが一般的かという事が良くわからないこと、この程度の内容ならこのクラスで十分というような基準がわかりません。
初心者なのでもし安価な製品だと誤差が大きく、頭を余計に使わないといけないというのであればちょっと避けたいなあという気持ちも少しあります。

ですので聞いたことのある三和か共立にしようかと考えているのですがどちらのメーカのほうが良いでしょうか。フラッグシップ機と思われる物が倍近くちがっていて共立のほうが良いのかそれとも新商品だから高いだけなのか判断が付きませんでした。

共立 DMM 1062(\55000) ただし一個下の1052は\28000
三和 DMM PC5000a(\25000)



5万クラスを買うのはちょっと辛いので1万から2万5000くらいで考えています。
このスレを読んでみたかぎりだと1万以下でも問題なさそうな印象を受けましたがこの用途ならxxxx~xxxxxあたりのテスタで十分というような目安も教えて頂けると助かります。

943 名前:774ワット発電中さん[sage]:2011/06/18(土) 07:13:20.89 ID:mgpMnczo
>>942
機能と性能は千円のテスタで充分だとおもう。↓とか。
http://akizukidenshi.com/catalog/g/gM-00199/



ただ、AC100Vを触るのに安物テスタだと不安というなら、いいメーカを選ぶ必要があるかも。

マイコン工作をするなら、テスタはお金を節約しといて、オシロを買う方がいいんじゃない。

944 名前:774ワット発電中さん[sage]:2011/06/18(土) 08:11:02.50 ID:cDCSeycv
>>942
2万5000まで出す気があるのならテスタは数千円のにしておいて、オシロスコープを買った方が良いよ

945 名前:774ワット発電中さん[sage]:2011/06/18(土) 09:13:52.15 ID:dN8fgMUn
それには賛成だな。
ただ高いヤツ買って満足したいならフルークあたりを奨める・・・

でも「マイコンの作成」には良いテスタなんて本当に必要ないよ技術者でもPM-3あたりで済ませてる人が多いんだからかなり高精度なアナログ回路やってる人はベンチトップ必要になるけど、これはテスタの範疇を超える。デジタル回路やってる人もオシロ使う頻度多いし



私の考えは、基本的には>>943と同様で、テスターに関してはMASTECH MAS830Lあたりを選んでおいて、PDS5022あたりのデジタルオシロスコープを購入することを考えるべきだというものです。

以降では、あくまで感覚的なものですが、アマチュアマイコン工作でのテスタの利用に関する私的な感想を前述のレスでの私的に絡めて書いていきます。

直流電圧・導通チェックが9割


テスタを日本語に訳すと、回路試験器です。
従ってテスタの役割は、回路が壊れてるか壊れて無いかをチェックする事であると言えます。

回路が壊れているか否か、というのは、多くの場合、回路が繋がっているか繋がって無いか、ということです。

そんなわけで、テスタの機能のうち、一番良く使うのは導通チェッカ機能です。
古いアナログテスタなどでは、ブザーの鳴る導通チェッカ機能が付いていないものもあるので、そういった機種は避けます。

余談ですが、導通ブザー機能が付いていないアナログテスターが主要であった頃は、導通チェッカは自作電子回路ネタの定番であったようです。

導通チェッカの原理上の弱点として、電源が入っている状態の回路には使えないというものがあります。また、単純な断線・短絡ではなく、マイコンのプログラムミスや素子の劣化などによって回路が動作しない場合もあります。こういった場合は、各ポイントの電圧を測ることにより正常・異常の判断をします。
従って、二番目に良く使う機能は直流電圧測定です。
そして、このふたつの機能がテスタ使用のほとんどを占めると考えて差し支えありません。

LED駆動回路など、電流出力の回路の場合などでは、回路の動作チェックとして電圧を測るよりも電流を測る方が適切なこともあるでしょう。その場合は電流レンジが必要になりますが、使用頻度は低いです。
ただし、電流測定が必要になることが明らかな場合は、テスタの選択段階から意識すべきです。
テスタの電流レンジは、大雑把に言って『200mA程度まで測れるタイプ』と『10A程度まで測れるタイプ』の2種類が主流です。

交流電圧・交流電流・周波数


ここまでは、直流的な回路の動作を測定する場合の話でした。
次に回路の交流測定について。

交流と聞いて、コンセントなどの100V交流(強電)と、マイコン回路などの5-15V程度の信号の交流成分(弱電)のどちらを思い浮かべるでしょうか?

前者は、基本的に本エントリの対象外の話ですが、簡単に触れておきます。

高電圧を扱う場合のテスタの選び方は、安全が第一です。
安いテスタでも、スペック上は問題なくはかれるはずですし、私の周りでは特に問題が起きた例も無いのですが、不安なら日本のメーカーを選ぶほうがいいかもしれません。共立、三和、日置・・・

アマチュア用途で、ひとつぐらいは少し良いテスタを持ちたいということなら、三和のPC-500aあたりが良く薦められているようです。



さて、弱電の交流回路ですが、直流と同様に考えれば、交流電圧や交流電流、あるいは周波数を測ることにより正常・異常の判断が付くはずです。が、現実には波形を見ないとなんとも言えないというケースが多いです。

回路シミュレーションと実測の比較で扱っている2石弛張発振回路などは、波形が見たくなる回路の一例です。



video.1: 点滅動作

001_20100206191236.png
fig.1: コンデンサ電圧,LED電流測定回路


2石弛張発振回路は、Video.1のとおり発振回路で、LEDを接続すると点滅動作をさせることが出来ます。回路図もfig.1に示した通り、さほど複雑でなく小さなブレッドボード上にでも組み上げることが出来ます。


002_20100206191236.png
fig.2: 実測波形


しかしながら、その回路挙動は見た目ほどには単純ではなく、実際の波形もfig.2の通り複雑です。この回路の場合は、回路シミュレータの使いどころでシミュレーションしたとおり理想的な挙動が回路シミュレータから予想できていますが、アバランシェ・モード弛張発振器の様にシミュレーションできない回路の存在など、シミュレータも完全ではありません。

そうなると、オシロスコープの出番という事になります。私はPDS5022を使っています。(参考:PDS5022タグの付いた記事)
この性能のオシロスコープとしては極めて安価で、重宝しています。



私の好みの問題かもしれませんが、やはり、ハンディタイプのもの、PC接続が前提になっているUSBオシロスコープは、イマイチ使い勝手がよくありません。
単独で動作する、そこそこの性能のオシロスコープとなると、安価なものであっても3万円程度します。
テスタに回す予算があるのなら、オシロスコープの購入を視野に入れたほうが良いというのはこのあたりの事情です。

高級品と廉価品の違い


感覚的に言えば、高級品と廉価品の違いは
  • カタログスペックの違い
  • カタログスペックに現れない性能の違い

という事になると思います。

まず、カタログに載っているスペックの違いに関して。
もちろん購入の前に検討はすべきですが、前述のテスタの中で良く使われる機能に関しては、普通は安価なテスタであっても必要充分な性能(精度・確度)を持っています

回路の試験器としてではなく、部品の性能測定のための計測器と考えた場合でも、LTspiceモンテカルロ解析の定数分布 その2で行っているような、抵抗値の選別ぐらいなら充分こなせる性能があるでしょう。


001_20090506142046.png
fig.3: 10kΩカーボン抵抗98本に対して、抵抗値測定を行った。測定結果のヒストグラム(赤)と正規分布関数(緑)


さて、カタログスペック上の違いは、そのままカタログ上で比較すれば分かることなので、ユーザーとして本当に気になるのは、実際の品質はどの程度なのかということだと思います。

MASTECH MAS830LではなくMETEX P-10ですが、以前METEX P-10 電流レンジのばらつきの記事で実際の電流レンジの性能のばらつきがどの程度あるのかを測定しました。


003_20090802010749.png
fig.4: 横軸が電流、縦軸が誤差


その結果を引用したのがfig.4です。
横軸が測定電流で、縦軸が実際の電流値からのズレと考えます。

Red・Green・Yellowのそれぞれのシンボルで示してあるのが、実際に測定された理想値からのズレ、黒の実線で示されたのがカタログスペックから予想される誤差の最大値です。
当然ながらばらつきはありますが、カタログスペックは充分に満たしていることが分かります。つまり、安物だからといって酷い性能ということは無いという事です。

アナログテスタ vs デジタルテスタ


アナログテスタとデジタルテスタのどちらが初心者に向いているかという問題も、しばしば話題に上がることがあります。

常識的に考えればデジタルテスタのほうが有利でしょう。
入力インピーダンスも高いことですし。

アナログテスタの利点を声高に主張する人々も少なくありませんし、そういった人たちが、微妙な針の挙動から、デジタルテスタでは読み取れない情報を読み取ることが出来る能力を持っているのも事実かもしれません。
しかし、初心者には難しいでしょうし、本エントリの考え方から行けば、そういった状況のときは、オシロスコープを持ち出すべきだと思います。

コネクタがバナナプラグ


これは、完全に私の好みの問題なのですが、テストリードは取り外すことが出来て、そのコネクタにバナナプラグが使われているものが便利です。

針のテストリードでは、プロービングのために両手がふさがってしまうので、可変抵抗を調節しながらの電圧測定などには向きません。
コネクタがバナナ端子になっていれば、必要に応じてミノムシクリップやICクリップを使ったテストリードを自作して対応できます。

まとめ


エントリ全体が長くなったので、箇条書きでまとめます。

  • テスタの利用は導通チェッカ・直流電圧レンジがほとんど
  • 交流測定にはオシロスコープの購入も要検討
  • 高価なテスタは『安心』を買うもの
  • 安価なテスタでもカタログスペックは充分
  • 安価なテスタでも実際の性能も充分
  • アナログとデジタルならデジタル
  • プローブの自作も考えて


参考文献/使用機器




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tag: PDS5022 MAS830L LTspice 

千石ガイガーキットのバックグラウンド経時変化

千石ガイガーキット組み立てのガイガーカウンターは、時間と共に感度が下がっていくように感じられました。
そこで、電源投入後から放電に従ってどのようにバックグラウンド計数値が変化するかを1分おきに測定しました。

その結果、電源投入から15分程度までの感度の変化は充分小さく、キャリレーションさえ行えば、ある程度の定量的な測定にも耐えそうだという結論に至りました。

001_20110614090106.png


時間と共に計数が減る?


千石ガイガーキット組み立てで組み立てた、千石電商で発売されているCK1026を使用したガイガー・ガウンターキットは、電源ボタンを押すと高電圧がコンデンサに充電され、その高電圧が放電されてしまうまでの間に放射線量をカウントすることが出来ます。

これを実際に使ってみると、電源投入直後は元気良く放射線量をカウントしているのですが、時間がたつにつれて感度が下がるように感じられました。

まんぼうのつれづれ日記さんの千石電商のCK1026ガイガーカウンタキットを組み立てたの記事によると

色々測定してみましたが、高圧電源が放電して電圧が下がっていと、カウント数がどんどん少なくなっていきます。計測する場合は、ボタンを押してからのタイミングをとらないときちんと比較できません。
ボタン押した直後3分で計測すると、大体105cpm位になってます。


との事です。

そこで、本エントリでは電源投入直後からのカウント数を1分間各で測定し、時間に応じてどのように計数が変化するかを確認しました。

測定方法


カウンタのリセットボタンを押した後、充電開始スイッチを1秒程度押してバックグラウンドの放射線測定を開始しました。
カウント数の記録は、ノートPC付属のカメラで1分おきにカウンタを写真撮影しました。


snap0000.jpg

snap0001.jpg

snap0002.jpg
fig.1-3: 測定中のガイガーカウンター


結果と考察


以下に測定結果を示します。


001_20110614090106.png
fig.4: 測定結果


横軸は時間で単位は分(minute)です。
縦軸は、1分あたりの計数(CPM:counts per minute)です。

電源投入直後から、15分程度までは、多少の減少傾向はありますが、ほぼ一定の計数を保っていることが分かります。ただし、万歩計カウンターは多少のパルスの取りこぼしをするようなので、実際の計数はより大きい可能性があります。
これに対して20分頃には計数が急速に減少してしまい、実用範囲で無くなることが読み取れます。

CK1026に限らない話ですが、ガイガー計数管の感度は、アノード電圧に依存しますが、電圧に対して比例して感度が変化するわけでは無く、規定の電圧範囲ではほぼ一定の感度になります。
この規定の電圧範囲をプラトー電圧と呼びます。

CK1026データシートによるとおよそ800Vから1000Vくらいまでがプラトー電圧のようです。


2011y06m14d_075308781.png
fig.5: CK1026のプラトー電圧


測定結果fig.4から、電源投入後およそ20分ぐらいでアノード電圧が700V程度まで下がってしまうのではないかと推定がつきます。

また、CK1026のデータシートからはバックグラウンドのカウント数は、標準値で60CPM、最大値で100CPMということになっています。
しかし、今回のエントリの測定からは、バックグラウンドが110CPM前後とやや高めの値を示しています。

原因はよく分かりません。回路自体の性能に起因する誤カウント、ガイガー管の経年劣化、本当にバックグラウンドの放射線量が高いなど、可能性なら色々考えられると思います。いずれにせよ、実用的なガイガーカウンターとして使うには標準線源を用意してキャリブレーションする必要があるでしょう。

元気が無いように感じる理由


主観的な解釈になりますが、ガイガーカウンターの電源投入後からのカウント数が見る見る減っていくような気がするのは、ブザーの『カリカリ音』が次第に弱くなっていくからでは無いかと思いました。

データシートから引用したfig.5のプラトー電圧のグラフには"Count / Minute vs. Anode Voltage"のほかに"Pulse Amplitude vs. Anode Voltage"のグラフも描かれています。
これは、放射線が入射したときの発生パルスの強さとアノード電圧の関係を表したものだと思います。
この図から、ガイガー管の計数感度と比較して、出力パルスの大きさはアノード電圧につよく依存することが読み取れます。パルス電圧が高くなると、その分ブザーを駆動するパルス幅が大きくなるので、体感的にはブザーの『カリカリ音』が大きくなります。
電源投入直後から、次第に元気が無くなっていくように感じるのは、主にこの影響ではないかと思います。

結論


千石ガイガーカウンターキットを電源投入からずっと観察していると、次第に元気が無くなっていくように感じます。
しかしながら、それは主にブザーの音量が小さくなっていくことが原因で、ガイガー管の感度自体は、電源投入15分後程度まで、ほぼ一定のまま変化しません。

電源投入から15分以降では、急速に感度が下がってしまうため連続しようのためには再充電が必要です。

バックグラウンドがデータシートの値よりもかなり高く出ているので、定量的な測定が行いたい場合は、標準試料となる線源でキャリブレーションが必要となるでしょう。

関連エントリ




参考URL




付録


このエントリで使用した測定データを添付します。


参考文献/使用機器



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tag: ガイガー管 CK1026 

千石ガイガーキット組み立て

先週に秋葉原の千石電商にて購入したCK1026使用ガイガーカウンターキットを組み立てたので報告します。


001_20110612105328.jpg
fig.1: 完成したガイガーカウンター



ケース加工


取扱説明書を見ると、ケース加工から始めろと書いてあります。

ケースにメンディングテープを貼って、その上から油性ペンでケガキ。
基板固定用のM3ねじ穴は、ピンバイスで簡単に開けることが出来ます。


002_20110612105327.jpg
fig.2: 電源ボタンの穴あけ


ケースにあけなければいけない穴の中で一番大きなモノは、電源スイッチ用のΦ14です。


003_20110612105327.jpg004_20110612105327.jpg
fig.3-4: あけられる穴の径と必要な穴の径


手持ちのリーマーでは、Φ12までが限界だったので、ヤスリで穴を拡張しました。


005_20110612105732.jpg
fig.5: 穴の拡張


ハンダ付け


取扱説明書には、

半田ごては先が細くしかも熱容量の大きなものを用意してください。

と、あります。

このキットの部品のうちで、抵抗やダイオード、トランジスタなどは熱容量が小さく30W以下のはんだごてで半田付けするのが適切ですが、後述するガイガー管のブラケットのハンダ付けや付属の万歩計の改造には60W程度の半田ごての方がスムーズに作業が進むでしょう。

したがって、半田ごては2本用意するのがベターですが、私はいつも使っている白光 半田ゴテ プレスト キャップ付 No.984-01一本でも対応できました。

ガイガー管の保持


ガイガー管は、付属の太い錫メッキ線でブラケットを作って固定します。
直接ガイガー管にまきつけると、太すぎてしまうので、少し細めの管にまいたものに押し込みます。
まきつけるのに適切な太さの筒というのは、なかなか見つけにくいかもしれません。私はたまたま手元にあったホワイトボードマーカーに巻きつけました。


006.jpg
fig.6: ガイガー管のブラケット


アノードピンにケーブルを接続したら、明らかにケースに入らないサイズになってしまいました。


007.jpg
fig.7: ガイガー管のアノードが長すぎる


仕方が無いので、少しアノードを短く切断することに。
本当にこんなことしていいのだろうか・・・

仕上げ


配線をして、ケースに仕込みます。
取扱説明書には書いてありませんが、電極むき出しも怖いので配線材を半田付けする箇所は、熱収縮チューブで覆いました。

万歩計の改造は、取扱説明書に書いてあるとおりのものだけを行いました。
千石電商のCK1026ガイガーカウンタキットを組み立てた - まんぼうのつれづれ日記によると、コンデンサを取り外すだけでなく、抵抗値の変更もすべきとのことです。

あと初期ロットのみサービスで同梱されている、カウンタというか100円ショップの万歩計は、反応が遅くカウント漏れします。一応取説では高速化の改造も行なってますが十分ではありません。この対策はすでに方法をみつけた人がいて、取説にもある「CT」というコンデンサを取り外す他に、もう1つ基板上唯1つ載っている820k?の抵抗を下げないと駄目なようです。この抵抗はカウンタのクロック周波数を決めていて、値を下げるとクロック周波数があがり、結果としてカウンタの検出頻度も上昇します。私はここを51k?に交換しました。 ただし副作用として、消費電力が上昇します。このカウンタはOFFスイッチがないので本改造後使わないときは電池を抜いておいたほうがいいでしょう。 あと、取説には0.001uFを付ける指示がありますが、このクロックアップ改造すれば取り付けなくてもカウントするようになります。(ただ100pFに落としてつけておいたほうがいいかも。このCはパルスの復帰を遅くしてパルス幅を広げるために付いてます。)クロックアップしない場合、この0.001uFがないと取りこぼしによりまともにカウントできなかったはずです。


手元に、適切なチップ抵抗が無かったのでこの改造は行いませんでしたが、確かに説明書どおりの変更だけだとパルスを取りこぼすことがあるようです。

接続が終わったらケースに入れます。
そのままだと、基板固定用のねじが飛び出していてかっこ悪いので、秋月電子通商で購入したプラ足を貼り付けました。


008.jpg
fig.8: プラ足の貼り付け
009.jpg
fig.9: シールを貼って完成


最後に見栄えをよくする為にそれっぽい感じのシールを貼りました。

動作確認


基準として使えるような線源も無いので、まともな動作確認は出来ていませんが、カリカリと鳴っているようです。

カウントしているのはバックグラウンドだけのはずなのですが、カウント数が高いように感じました。

千石電商のCK1026ガイガーカウンタキットを組み立てた - まんぼうのつれづれ日記によると

色々測定してみましたが、高圧電源が放電して電圧が下がっていと、カウント数がどんどん少なくなっていきます。計測する場合は、ボタンを押してからのタイミングをとらないときちんと比較できません。
ボタン押した直後3分で計測すると、大体105cpm位になってます。

との事です。
私のカウンターも電源投入直後から3分間の平均でおよそ100cpmで、次第にカウント数が下がっていくように見えるので、この動作は仕様のようです。

関連エントリ




参考URL




参考文献/使用機器


  • ハンダ
  • 錫メッキ線
  • プラ足
  • 熱収縮チューブ
  • 両面テープ
  • メンディングテープ
  • 半田ごて
  • ニッパ
  • ラジオペンチ
  • ドライバ・精密ドライバ
  • ピンバイス
  • リーマ
  • 棒やすり
  • ワイヤストリッパ
  • ラベルプリンタ




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