おすすめの勉強方法って何かない？
特に消防設備士は過去問が公開されてない分、情報を集められたらそのまんま出るから全部ここで教えるわな！
本記事の信頼性
この記事をみれば消防設備士試験に出てくる電気に関する基礎的知識の "電圧計・電流計と指示電気計器" がサービス問題になるはず！
最新ver.の過去問情報は、青木マーケ(株)noteの消防設備士「過去問テスト」で毎年更新しています。
👆併せて、ご参照ください。
電圧計、電流計、指示電気計器、クランプ式電流計
電圧計・電流計の基本
電圧計と電流計は、どちらも「回路のどこに、どうつなぐか」が決まっている計器です。ここを取り違えると、正しい値が出ないどころか計器や回路を壊すこともあります。試験でも、このつなぎ方と内部抵抗の大小がそのまま出題されます。
電圧計は、電圧を測りたい区間の両端に橋を架けるように並列につなぎます。電流計は、電流の通り道に割り込ませるように直列につなぎます。この違いは、それぞれの計器が持つ内部抵抗の大きさとセットで覚えます。
押さえるのはこれだけ
①電圧計＝並列につなぐ。内部抵抗は大きいほど良い。
②電流計＝直列につなぐ。内部抵抗は小さいほど良い。
③測定範囲を広げるときは、電圧計には倍率器（直列）、電流計には分流器（並列）を付ける。
電圧計と電流計のつなぎ方
電圧計の特徴
電圧計の3点セット
①測定したい区間に対して並列に接続する。
②内部抵抗は非常に大きく設定されており、電圧計側にはほとんど電流が流れない。だから回路への影響が小さい。
③直流では、マイナス側端子とプラス側端子の電位差が表示される。誤って負荷に直列に接続すると、電圧計部分で大きく電圧が降下し、電源電圧に近い値を表示してしまう。
電流計の特徴
電流計の3点セット
①測定したい区間に対して直列に接続する。
②内部抵抗は非常に小さく設定されており、電流計を入れても電流の流れがほとんど妨げられない。
③直流では、プラス側端子からマイナス側端子へ流れる電流値が表示される。誤って負荷に並列に接続すると、電流計側に大きな電流が流れ、本来より大きな値を表示する（＝ほぼ短絡状態で危険）。
計算例：内部抵抗の大小でどれだけ狂うか
100Vの電源に50Ωの抵抗を2個直列につないだ回路で、片方の50Ωの電圧を測ります。本当の値は100V÷2＝50Vです。
①内部抵抗10kΩの電圧計をつないだ場合
50Ωと10000Ωの並列＝（50×10000）÷（50＋10000）＝500000÷10050＝約49.75Ω
回路電流＝100÷（50＋49.75）＝100÷99.75＝約1.002A
電圧計の読み＝1.002×49.75＝約49.9V（真の値50Vとの差はわずか0.1V）
②内部抵抗50Ωの電圧計をつないだ場合
50Ωと50Ωの並列＝25Ω
回路電流＝100÷（50＋25）＝100÷75＝約1.33A
電圧計の読み＝1.33×25＝約33.3V（真の値50Vから大きくズレる）
③検算
②のとき、もう一方の50Ωには1.33×50＝66.7V。33.3＋66.7＝100Vで電源電圧に一致するので、計算は合っています。つまり計器が悪いのではなく、内部抵抗が小さい電圧計をつないだせいで回路そのものが変わってしまったわけです。だから電圧計の内部抵抗は大きいほど良いのです。
電流計も同じ発想で確かめられます。100Vに50Ωの負荷、真の電流は2Aです。内部抵抗0.1Ωの電流計なら100÷50.1＝約2.00Aでほぼ正解。内部抵抗10Ωの電流計なら100÷60＝約1.67Aとなり大きく狂います。検算すると、1.67×10＝16.7Vが電流計で消費され、1.67×50＝83.3Vが負荷にかかり、合計100Vで一致します。電流計の内部抵抗は小さいほど良いのはこのためです。
倍率器と分流器の公式
計器そのものが測れる範囲には限界があります。可動コイル形の計器は、コイルに直接流せる電流がせいぜい数十mA程度です。そこで抵抗を追加して測定範囲を広げます。
この2つの公式だけ
◎倍率器（電圧計の範囲拡大）：計器に直列に高抵抗Rₘを入れる。
n ＝ 1 ＋ Rₘ ÷ r
◎分流器（電流計の範囲拡大）：計器に並列に低抵抗Rₛを入れる。
m ＝ 1 ＋ r ÷ Rₛ
（r＝計器の内部抵抗、n・m＝倍率）
形が似ていて紛らわしいですが、「付け足した抵抗が分子に来るのが倍率器、内部抵抗が分子に来るのが分流器」と覚えます。倍率器はRₘが大きいほど倍率が大きくなり、分流器はRₛが小さいほど倍率が大きくなります。
計算例①：倍率器
内部抵抗1kΩ、最大目盛6Vの電圧計で、30Vまで測れるようにするには何Ωの倍率器が必要か。
①必要な倍率を出す
n＝30V÷6V＝5倍
②公式に入れてRₘを求める
5＝1＋Rₘ÷1000 → Rₘ÷1000＝4 → Rₘ＝4000Ω（4kΩ）
③検算
30Vを加えると回路電流は30÷（4000＋1000）＝0.006A＝6mA。計器にかかる電圧は6mA×1000Ω＝6Vでちょうど最大目盛。倍率器にかかる電圧は6mA×4000Ω＝24V。6＋24＝30Vで加えた電圧と一致します。
計算例②：分流器
内部抵抗0.9Ω、最大目盛50mAの電流計で、500mAまで測れるようにするには何Ωの分流器が必要か。
①必要な倍率を出す
m＝500mA÷50mA＝10倍
②公式に入れてRₛを求める
10＝1＋0.9÷Rₛ → 0.9÷Rₛ＝9 → Rₛ＝0.9÷9＝0.1Ω
③検算
500mAが0.9Ωと0.1Ωで分かれます。計器側＝500×0.1÷（0.9＋0.1）＝50mA、分流器側＝500×0.9÷1.0＝450mA。50＋450＝500mAで一致。さらに両端電圧も、50mA×0.9Ω＝45mV、450mA×0.1Ω＝45mVで同じ値になり、並列の条件を満たしています。
計算例③：電流計を電圧計として使う
内部抵抗30Ω、最大10mAまで測れる電流計に、1970Ωの抵抗を直列に接続すると、最大何Vの電圧計として使えるか。
①合成抵抗を出す
30Ω＋1970Ω＝2000Ω
②オームの法則で電圧を出す
V＝I×R＝10mA×2000Ω＝0.01A×2000Ω＝20V
③検算
倍率器の公式でも確かめます。n＝1＋1970÷30＝約66.7倍。計器単独で測れる電圧は0.01A×30Ω＝0.3V。0.3V×66.7＝約20Vで一致します。
使うときの注意点
◎「直列に抵抗をつないだ」と書いてあれば倍率器＝電圧計の話、「並列に抵抗をつないだ」と書いてあれば分流器＝電流計の話です。選択肢に電圧計と電流計が混ざっているときは、まずここで半分に絞り込めます。
◎倍率nは「何倍まで測れるか」であって、追加した抵抗の値そのものではありません。n＝Rₘ÷rとしてしまうミスが非常に多いので、必ず1を足すことを忘れないでください。
◎単位をそろえてから代入します。99.95kΩなら99950Ω、10mAなら0.01Aに直してから計算します。
指示電気計器の種類と記号
指示電気計器とは、電圧や電流などを指針の振れによって表示する計器のことです。動作原理ごとに種類が分かれ、それぞれ「直流用か・交流用か・交直両用か」が決まっています。試験ではここが最頻出です。
可動コイル形
永久磁石が作る磁界の中に可動コイルを置き、電流を流したときに生じる電磁力でコイルを回転させる計器です。コイルが回るとバンドがねじれて元に戻そうとする力（制御トルク）が生じ、駆動トルクとつり合った位置で指針が止まります。
可動コイル形のポイント
①直流専用。永久磁石で磁界の向きが一定なので、電流の向きが逆になると指針も逆に振れる。だから端子に＋−の指定がある。
②強力な永久磁石を使うため極めて高感度で、正確さも良い。
③目盛は平等目盛（等分目盛）。ゼロ付近も含めて等間隔なので精密に読める。
④微小電流を測るものほど、駆動トルクを稼ぐために細い線を多く巻く。その結果、内部抵抗は大きくなる。
可動鉄片形
固定コイルの内側に固定鉄片と可動鉄片を置き、コイルに電流を流すと両方の鉄片が磁化されて反発力が生じることを利用した計器です。電流の向きが逆になっても両方の鉄片が同時に磁化されるので反発力の向きは変わらず、指針は同じ方向に振れます。
このため交流用として使われ、商用周波数（50Hz・60Hz）の交流電流計・交流電圧計の定番です。駆動トルクは電流の2乗に比例するため、目盛は2乗目盛（不等分目盛）になります。直流では鉄片のヒステリシスによる誤差が出るため、普通は直流用には使いません。
整流形・熱電形・静電形・誘導形
残り4種類はここだけ
◎整流形…ダイオードなどの整流器で交流を直流に直し、可動コイル形計器で指示させる。交流用。平均値に比例して動くが、目盛は実効値に換算して振ってある。
◎熱電形…熱線に電流を流して加熱し、その温度を熱電対（ゼーベック効果）で直流電圧に変えて可動コイル形で指示させる。交直両用。高周波電流の測定に強い。
◎静電形…2つの金属電極間に生じる静電力を利用する。交直両用で、高電圧用の電圧計に使われる。
◎誘導形…電流による移動磁界と渦電流による電磁力を利用する。交流専用で、電力量計に使われる。
◎参考：空心電流力計形…固定コイルの内側に可動コイルを配置。交直両用で、電力計に使われる。
交直の別と記号の一覧
記号は目盛板に印刷されているもので、そのまま出題されます。形と名前をセットで覚えてください。作動原理と代表的な使いみちを並べると次のようになります。可動コイル形は「永久磁石の磁界と電流との間の電磁力」で動き、電流計・電圧計・抵抗計に使われます。可動鉄片形は「磁界内の鉄片に働く磁力」で動き、電流計・電圧計に使われます。整流形は「交流を直流に整流して可動コイル形で指示」する方式で、電流計・電圧計に使われます。熱電形は「熱電対による起電力を可動コイル形で指示」する方式で、電流計・高周波電流計に使われます。空心電流力計形は「固定コイルの内側の可動コイルに働くトルク」を利用し、電力計に使われます。静電形は「2つの金属電極間に生じる静電力」を利用し、高電圧用の電圧計に使われます。誘導形は「電流による移動磁界と渦電流による電磁力」を利用し、電力量計に使われます。
この「計器の例」まで一緒に覚えておくと、電力計＝電流力計形、電力量計＝誘導形、高周波電流計＝熱電形、高電圧用電圧計＝静電形という形でも答えられるようになります。
交直の別はこう覚える
◎直流だけ＝可動コイル形（記号は馬蹄形の永久磁石）
◎交流だけ＝可動鉄片形（矢羽根形）・整流形（ダイオードの三角と縦棒）・誘導形（円が重なった形）の3種類
◎残りは交直両用＝熱電形（V字の熱電対）・静電形（電極が向かい合った形）・電流力計形（二重の円）
目盛の特徴
目盛の間隔も出題されます。平等目盛（等分目盛）は目盛が等間隔に並んだもので、可動コイル形が代表です。整流形も可動コイル形で指示させるため、ほぼ平等目盛になります。
一方、駆動トルクが電流や電圧の2乗に比例する計器は、目盛が低い側で詰まり高い側で広がる2乗目盛（不等分目盛）になります。可動鉄片形・熱電形・静電形・電流力計形がこれにあたります。可動鉄片形は鉄片の形状を工夫して、平等目盛に近づけてあります。
「可動コイル形は零付近を除いて等分目盛」という選択肢は誤りです。可動コイル形は零付近も含めて等分目盛になります。「零付近を除いて」という限定が付いていたら疑ってください。
クランプ式電流計
クランプ式電流計（クランプメーター、架線電流計）は、先端の輪の部分で電線を挟み込んで電流を測る計器です。通常の電流計は回路を切断して直列に割り込ませる必要がありますが、クランプ式なら回路を切らずに通電したまま測定できます。
原理は、電流そのものを測るのではなく、電流が流れることでその周囲に発生する磁界の強弱をセンサで検出し、電流に換算しているという点が重要です。交流用・直流用・交流直流両用があり、測る電流の大きさによって数A以上を測る負荷電流測定型と、数mA以下を測る漏れ電流測定型に分けられます。
さらに、交流を測定できるクランプ式電流計は、実効値の算出方式の違いで平均値方式と真の実効値方式に分かれます。平均値方式は正弦波交流であることを前提に、平均値へ一定の値を掛けて実効値を求める方式です。安価で扱いやすい反面、正弦波でない交流やひずんだ波形では誤差が大きくなります。真の実効値方式は微小な時間ごとに電流を測って実効値を算出するため、ひずんだ波形や微小な漏れ電流も正確に測れます。漏れ電流測定型は真の実効値方式を採用しており、負荷電流測定型には平均値方式のものと真の実効値方式のものがあります。
step
1負荷電流を測るのか、漏れ電流を測るのかを決める
step
２負荷電流なら、電線を1本だけ挟む（単相2線式では非接地側でも接地側でもどちらでもよい）
step
３漏れ電流なら、回路の電線をまとめて挟む（単相2線式なら2本、単相3線式なら3本）
step
４誤差を減らすため、電線がクランプの中心に来るようにして読み取る
負荷電流を測るときに2本まとめて挟んではいけません。行きの電流と帰りの電流で磁界が打ち消し合い、正常に測れない（漏れがなければ0を指す）からです。逆に漏れ電流を測るときは、この打ち消し合いを積極的に利用します。漏れがあれば戻ってくる電流がその分だけ減るので、打ち消しきれずに残った差が漏れ電流として現れます。
計算例：単相2線式の漏れ電流
単相2線式回路で、非接地側電線に流れる電流I₁が12.500A、接地側電線に流れる電流I₂が12.480Aでした。2本まとめて挟んだクランプ式電流計は何Aを示すか。
①差を取る
I₀＝I₁－I₂＝12.500－12.480＝0.020A＝20mA
②検算
もし漏れがなければI₁＝I₂となり、磁界が完全に打ち消し合ってクランプは0Aを示すはずです。実際に20mAを示したので、20mAが負荷などからアースへ漏れていることになります。なお、この回路で1本だけ挟めば、表示は負荷電流の12.5A側になります。同じ回路でも、挟む本数で読み取れる値がまったく違うことを確認してください。
🔰試験問題を解くときの手順
迷ったらこの順番
①電圧計か電流計かを最初に確認する。電圧計なら並列・内部抵抗は大、電流計なら直列・内部抵抗は小。これだけで選択肢の半分は消える。
②「測定範囲を広げる」と出たら、電圧計→倍率器（直列）／電流計→分流器（並列）。公式のnとmは、必ず1を足す。
③計器の名前が出たら、まず交流か直流かを判定する。直流だけ＝可動コイル形、交流だけ＝可動鉄片形・整流形・誘導形、それ以外は交直両用。
④目盛を聞かれたら、可動コイル形＝平等目盛、可動鉄片形・熱電形・静電形＝2乗目盛。
⑤クランプ式は「1本だけ＝負荷電流」「まとめて全部＝漏れ電流」。この一言で正誤が判定できる。
【過去問】電気に関する基礎的知識③：電圧計・電流計と指示電気計器
一般に電圧計や電流計を負荷回路に接続する方法として、正しいものは次のうちどれか。
- 電圧計は、負荷に対して直列に接続する。
- 電圧計は、負荷に対して並列に接続する。
- 電流計は、負荷に対して並列に接続する。
- 電流計は、電圧計と直列にして、負荷に対して直列に接続する。
交流回路に接続する負荷設備に電圧計や電流計を設ける方法として、正しいものは次のうちどれか。
- 電圧計は内部抵抗が小さいので、負荷に対して並列に接続する。
- 電圧計は内部抵抗が大きいので、負荷に対して直列に接続する。
- 電流計は内部抵抗が小さいので、負荷に対して直列に接続する。
- 電流計は内部抵抗が大きいので、負荷に対して並列に接続する。
電圧や電流を測定するデジタル計器において、アナログ計器と比べたときの長所として、誤っているものは次のうちどれか。
- 電圧測定レンジは内部抵抗が大きいため、被測定回路に影響を与えにくい。
- 有効けた数が多く、精度が高い。
- 測定レンジの切り換えが不要で、極性による指針の逆振れがない。
- 時間の変化による度合いがわかりやすく、測定量を直感的に判断できる。
次の指示電気計器に関する説明について、誤っているものはどれか。
- 永久磁石可動コイル形計器は、磁界を作る強力な永久磁石を用いているため、高感度である。
- 可動鉄片形計器は、固定鉄片と可動鉄片の2つの鉄片があり、一般に直流用として使われる。
- 空心電流力計形計器は、固定コイルの内側に可動コイルを配置し、電力計として使われる。
- 整流形計器は、整流器と永久磁石可動コイル形計器を組み合わせたもので、交流の電圧や電流を測定する。
指示電気計器の目盛り板には、計器の型名が記号で記載されているが、記号と計器の型名の組合せとして、誤っているものは次のうちどれか。
- 可動コイル形
- 整流形
- 可動鉄片形
- 熱電形
永久磁石可動コイル形計器の説明として、最も不適当なものは次のうちどれか。
- 磁界を作る強力な永久磁石を用いるので、極めて高感度である。
- 微小な電流を測れるものは、駆動トルクを大きくするため、コイルは細い線を多く巻くので、内部抵抗は小さくなる。
- 永久磁石を使用しているため、磁界の方向が常に一定であり、コイルに流れる電流の向きが逆になると、指針の振れも逆方向になる。
- 等分目盛りである。
消防設備士「過去問テスト」は、その名の通り“過去に出た問題” のテストです。
ブログでお馴染みの管理人が過去問に関する情報収集を積み重ね、その中からピックアップして過去問ベースの模擬試験を作成したものです。
上記以外に新傾向問題の情報など提供あり次第、解説を毎年追記して更新しています。これから消防設備士の試験を受けられる方は是非ご覧下さい。
それでは続いて国家資格「消防設備士」試験の ❝電気に関する基礎的知識❞ に出題される過去問をみていきましょう。
