電気測定器を基礎から学ぶ (第5回)
<連載記事一覧>
第1回:「はじめに」「電気測定器の歴史」「測定法の理解」「測定単位の話」「日本での電気測定器業界」
第2回:「デジタルマルチメータとは」「デジタルマルチメータの周辺ツール」「デジタルマルチメータを使うときの注意点」
第3回:「波形を測る測定器とは」「デジタルオシロスコープの構造」「オシロスコープを安全に使うために」
第4回:「オシロスコープ用プローブとは」「10:1受動プローブ」「AC/DC電流プローブ」「高電圧差動プローブ」
第5回:「測定器の校正の必要性」「トレーサビリティ体系の仕組み」「校正の種類」「電気測定器の長期使用」「校正事業者の仕事」「連載記事の終わりに」
多くの測定器は購入してから10年以上に渡って使われることが多いため、信頼できる測定結果を得るために定期的に校正という作業を行う必要がある。品質マネジメントシステムの国際規格であるISO 9001の認証取得はビジネスを行う際に必要になることが多い。ISO 9001には検査で使われる測定器は定期的に校正がされて精度維持がされていることが要求されるので、測定器を利用する人は精度維持のための校正の基礎知識を持つ必要がある。
測定器の校正の必要性
品質保証の仕組みの中での測定
ものづくり企業では製品開発/生産から集荷した商品の保守に至る商品ライフサイクルの中で測定が行われる。測定した結果で合否を判断するのでビジネスを円滑に行うには測定結果の信頼性は重要なものとなる。

図61. 商品ライフサイクルにおける測定の位置付け
測定した結果は取引を行うために必要なものであるため、古代エジプトから基準を決めて測定結果の信頼性を保ってきた。国や地域内での商取引や徴税を円滑に行うために、「長さ、体積、重さ」は測定の信頼性を高める仕組みが国の支配者によって作られた。例えば日本では天下統一をした豊臣秀吉は、同じ基準で全国の田畑を正確に測量して年貢(徴税)を徴収した。小学校6年生で学ぶこの内容は下記のホームページで見ることができる。
太閤検地(小学生向け、NHK for School)
https://www2.nhk.or.jp/school/watch/clip/?das_id=D0005403062_00000&p=box
世界で通用する近代的な測定の信頼性を保つ仕組みは1875年にメートル条約が17ヶ国で締結されたことから始まっている。これによって測る基準が統一されて国際間の取引が円滑に行えるようになっていった。長野県松本市に計量に使われてきた古い計量器を保存展示している民間の資料館がある。下記のホームページからも写真と解説を閲覧することができるので、計量の歴史に興味のある人に勧められる。
東洋計量史資料館
https://www.toyo-keiki.co.jp/toyokeiryoushi/index.html
注:予約制の資料館であるため、見学する際は事前予約が必要
長野県松本市にはそのほかに下記の松本市立博物館が運営する資料館がある。
松本市はかり資料館
https://matsu-haku.com/hakari/
電気測定の分野ではアメリカの電気技術者でWeston Electrical Instrument社を設立したエドワード・ウエストン(Edward Weston、1850年~1936年)は精密電気計器、標準電池、マンガニン線を使った精密抵抗器などを開発したことで知られている。ウエストンの業績によって電気量の基準が作られるようになった。ウエストンの業績については下記に詳しく書かれている。
電気の世紀へ 第21回 <電気標準局とウエストン>(松本 栄寿、計測技術 2005年7月号)
http://www.ksplz.info/+museum/matsumoto2/matsumoto21.pdf
電気測定器の経年変化
現在使われている電気測定器は電子部品や機構部品で作られている。これらの部品は使用することによる劣化や経年変化などによって初期の性能が維持できなくなることがある。電気測定器では劣化や破損した時に利用者自身が交換できる消耗品と、劣化や経年変化したときに修理もしくは機器の更新を行う有寿命部品がある。下表に電気測定器で使われる代表的な消耗品と有寿命部品を示す。
表16. 電気測定器に使われる消耗品と有寿命部品
本体内蔵部品 | 一次電池、二次電池(単体、パック) |
---|---|
ヒューズ | |
アクセサリ | テストリード、テストフィクスチャ |
測定用プローブ | |
フラッシュメモリ(SD カード、USB カードなど) | |
測定用センサ(熱電対、測温抵抗体、温湿度センサ等) | |
記録紙 | |
記録計用ペン、記録計用インクリボンなど | |
エアフィルタ |
部品名 |
---|
アルミ電解コンデンサ、電気二重層コンデンサ |
可変抵抗器 |
基板取り付け型の電池 |
光半導体(フォトカプラ、LED、LD、フォトモスリレー、ソリッドステートリレー) |
フラットパネルディスプレイ(タッチパネル付を含む) |
電源ユニット/AC アダプタ |
フラッシュメモリ(SSD を含む) |
スイッチ、メカニカルリレー |
コネクタ類 |
冷却ファン |
内蔵感熱プリンタ |
防水/防塵用シール材およびブッシュ材 |
出典:電子測定器の長期使用ガイドライン(2023 年4 月版)(日本電気計測器工業会 電子測定器委員会)
劣化や経年変化以外にもほこりや油などによる汚れ、不適切な取扱い、振動/衝撃/急激な温度変化による故障や調整ずれなどは正しい測定結果を得られなくする要因となる。
電気測定器の精度維持をするための校正とは
電気測定器を長期間に渡って精度維持していくには定期的に校正を行うことは重要である。電気測定器を維持するには修理や保守・点検もあるが違いは下表に示す。
修理 | 測定器が故障・破損・劣化・不具合などが生じた場合に正常に使える状態に復帰させる |
---|---|
保守・点検 | 測定器に異常がないこと調べるとともに、清掃・整備・消耗品交換などを行い正常な状態を一定期間維持する |
校正 | 測定器で精度が保証されている基準を測り、その点での結果の正しさを確認する |
校正は測定器をより精度の高い測定器を用いて値付けすることである。しかし測定器の全ての機能を点検して故障していないことを保証するものではない。また、国家標準にトレーサビリティ(後述)が取れた測定器を用いて校正を行うことが要求される。
【解説動画の紹介】入門者向けに作られた校正の解説動画
独立行政法人 製品評価技術基盤機構(NITE:National Institute of Technology and Evaluation)が校正について初めて学ぶ学生や社会人向けに制作された判りやすい動画があるので紹介する。

図62. 製品評価技術基盤機構(NITE)のホームページにある入門解説動画
掲載: よくわかる!「計量トレーサビリティ」(製品評価技術基盤機構)
https://www.youtube.com/watch?v=yAIfXU50dew
また、大学生を対象にした校正について判りやすく解説した資料が電子情報技術産業協会(JEITA)のホームページに掲載されている。
JEITA講座 「計量計測トレーサビリティ概論」(横河電機 霞芳伸)
https://home.jeita.or.jp/upload_file/20130618162257_xfGtbpaTEH.pdf
トレーサビリティ体系の仕組み
国の機関が精度を管理している「長さ」、「質量」、「時間」など計量の基準である標準器(国家計量標準)と設計や生産などの現場で使用する多くの測定器がどのようにつながっているか、というトレーサビリティの考え方を解説する。
国家標準から作業標準まで
校正という行為は、国の基準となる標準器(国家計量標準)に繋がっているかが重要になる。現場で使用している測定器はより高い精度をもつ標準器によって校正され、その標準器がさらに高い精度をもつ標準器で校正されて最上位の国家計量標準にたどり着くという階層構造となっている。測定器の精度管理の仕組みは階層構造となっており、最上位は国家計量標準であるというのをトレーサビリティという。

図63. 計量トレーサビリティの概念を示す図
参照標準:国家標準によって値付けられた、校正事業者や企業内の標準器室が持つ標準器
作業標準:参照標準によって値付けられた校正作業用の標準器
現場で使う測定器が国家計量標準とトレーサビリティが取れていることは国内で取引をする際には必要である。また貿易を行う際に外国で測定した結果の信頼性が確保できる国家間の仕組みが必要となる。国家間で計量の正確さを確認し合うことで、国家標準が異なる外国の校正データであっても国内と同等と認めて受け入れる仕組みを国際相互承認協定といい、ILAC MRA(後述)などがある。国際相互承認協定の加盟国間では取引に使用される測定結果の同等性が保証されている。
国際相互認証の仕組みについての詳しい説明は産業技術総合研究所の計量標準総合センターのホームページに解説が書かれている。
CIPM相互承認取決め(産業技術総合研究所 計量標準総合センター)
https://unit.aist.go.jp/qualmanmet/nmijico/comp/
下図は判りやすい「長さ」のトレーサビリティを具体的に示す。企業活動で使うノギスの精度を保証する基準をたどれば、ブロックゲージなどを介して国が管理する光の波長をもとにした標準器にたどり着く。
分類 | 目的 | 実際の標準器や測る道具 |
---|---|---|
国が管理する標準器 |
|
極めて安定した高精度な標準 ![]() 産業技術総合研究所が管理する光周波数コム装置 |
校正事業者や企業が管理する標準器 |
|
企業などで必要とする精度を持った標準 ![]() 企業などが持つ標準ブロックゲージ |
測定や計量に使う使い易い測る道具 |
|
現場での制度要求に応じた測る道具 ![]() 開発部署や工場などで使われるノギス |
校正事業者や企業では参照標準器を作業標準器として利用する場合がある。
出典:光周波数コム装置は産業技術総合研究所より。標準ブロックゲージとノギスは新潟精機より。
校正事業者や企業の校正室では校正対象品と校正の精度が決められており、それぞれの測定量ごとにトレーサビリティ体系を構築している。下図は多くの種類の電気測定器を保有して自社で精度維持管理を行っている横河レンタ・リースのトレーサビリティ体系図の概要を示す。

図64. 横河レンタ・リースのホームページに公開されているトレーサビリティ体系図
校正証明書、校正ラベル
一般校正(後述)で測定器の校正を校正事業者や自社の校正室に依頼すると、校正結果の合否が示されている校正証明書と試験結果の詳細が示されている試験成績書が添付されて測定器とともに依頼者へ返却される。下図は横河レンタ・リースが一般校正を行った際に発行される校正証明書と試験成績書である。

図65. 一般校正を行った時に発行される校正証明書と試験成績書(横河レンタ・リース)
また、校正を行った測定器には校正を行った年月が書かれている校正済ラベルが張り付けてある。これによって生産現場などで使われる測定器の精度維持ができる。

図66. 校正済ラベル(横河レンタ・リース)
校正の種類
校正には、「校正を依頼する企業や人が校正事業者の能力を信頼して行う」一般校正と、国際標準化機構(ISO)および国際電気標準会議(IEC) が定めた基準で規格の要求事項に適合していると認められた校正事業者が行う」ISO/IEC 17025校正がある。それ以外に無線通信機器などの検査などに使う測定器を対象にした電波法に従った較正がある。なお電波法で表現されている較正は現在では計量法の校正と同じ意味となっている。
一般校正とISO/IEC 17025校正
多くの場合は一般校正で校正作業が行われる。一般校正は校正を依頼する側が校正事業者の能力を信頼して行われるものであり、校正作業の内容や校正結果の記載様式は校正事業者が決めることになる。このため校正の信頼性は校正依頼者と校正事業者の間でのみ評価されているため第三者が評価することは難しい。ISO/IEC 17025校正の場合は公的な第三者の認定機関によって校正事業者の能力が評価されているため、校正の信頼性は保証され、規格で定められた様式で校正結果は依頼者に提示される。このため国際的な取引ではISO/IEC 17025校正が要求されることがある。下表にはISO/IEC 17025校正と一般校正の違いを示す。
世界にはISO/IEC 17025校正の第三者の認定機関はA2LA(米国)、ANAB(米国)、UKSA(欧州)などいくつかある。日本では製品評価技術基盤機構の認定センター(IA Japan)と日本適合性認定協会(JAB)が認定機関となっている。IA Japanで認定を受けた校正事業者から発行される校正証明書には、JCSS(Japan Calibration Service System、計量法による校正事業者登録制度)とILAC MRA(国際試験所認定協力機構International Laboratory Accreditation Cooperationが定める相互承認取決めMutual Recognition Arrangement)のマークが示されているため、ISO/IEC 17025校正をJCSS校正という場合がある。JABで認定を受けた校正事業者から発行される校正証明書にはJABとILAC MRAのマークが示されており、いずれもILAC MRAのマークがあるため同等である。
ISO/IEC 17025校正 | 一般校正 | ||
---|---|---|---|
校正の実施者 |
JCSS登録・認定業者のみが行える
|
特に定められていない
|
|
校正書類 | 校正の結果 | JCSSによって定められた共通様式の校正証明書が発行される | 校正事業者が独自に定めた様式で校正結果が示される |
不確かさの表記 | 記述される | 記述されない |
NITEは製品評価技術基盤機構の略称
ISO/IEC 17025校正の場合は校正結果が測定結果の疑わしさを数値で表した「不確かさ」として表現されるため、ISO/IEC 17025校正を利用する場合は「不確かさ」についての理解が必要となる。ISO/IEC 17025校正では発行される校正文書は下図に示す様式で決められており一般校正の時とは異なる。

図67. ISO/IEC 17025の校正を行った時に発行される校正証明書(横河レンタ・リース)
製品評価技術基盤機構から不確かさの解説書が公開されているので、校正結果に表現されている「不確かさ」について学びたい場合は利用することができる。
不確かさの入門ガイド
https://www.nite.go.jp/data/000050641.pdf
ISO/IEC 17025校正を行えるJCSS登録・認定事業者は製品評価技術基盤機構のホームページから探すことができる。
JCSS登録・認定事業者検索
https://www.nite.go.jp/iajapan/jcss/labsearch/index.html
【解説動画紹介】 実務者向けに作られたISO/IEC 17025校正の判りやすい解説した動画
製品評価技術基盤機構が実務者向けに作ったISO/IEC 17025校正(JCSS校正)についての解説動画がある。ISO/IEC 17025校正を理解するための最初に見る動画として適している。

図68. 製品評価技術基盤機構が公開しているISO/IEC 17025校正の解説動画
掲載:つかえる!JCSS校正 ~信頼できる計測器管理 計量トレーサビリティ証明のために~
https://www.youtube.com/watch?v=51x6V9gDoqw
校正周期の決め方
測定器の精度維持をするための校正は定期的に行う必要があるが、校正周期は測定器の利用者が決めることが基本となっている。測定器の利用者は測定器に要求される精度、使われる環境、利用頻度から校正周期を自ら決めることになる。実際には測定器メーカが推奨する校正周期(通常は1年)から始めて、校正結果の推移を見ながら校正周期を決めていくことになる。
測定した結果の信頼性を担保するためには測定器の定期的な校正が必要となるが利用頻度が少ない測定器では過剰なコストが発生する場合がある。利用頻度が少ない測定器の場合は使用前後に校正を行うことによって使用した期間の測定結果の信頼性を確保することができる。利用頻度の少ない測定器の精度維持管理の方法は校正された測定器をレンタルするという方法もあるのでコストと効果を校正管理者に相談するのがよい。
法律/規格、取引先との契約などで測定器の校正周期が指定されている場合があるので、実際の運用では測定器の利用者が校正周期を独自に決めてよいかを確認する必要がある。
電気測定器の長期使用
電気測定器は長期に渡って使われるが、電子部品の劣化や経年変化があるため適切な時期に更新をしていく必要がある。校正結果に問題はなくても下記のような状況であれば更新の検討をすることが望ましい。
- 測定器メーカが製品の供給と保守サービスの終了を宣言している場合
- 校正結果が合格限度値に近づいて、再調整しても改善しない場合
- スイッチやダイヤルなどの機構部品がスムーズに動作しない場合
- 表示器の寿命が近づいて明るさが低下している場合
- コネクタの接触不良や端子の破損がある場合
- 測定器内部にホコリが溜まり、清掃しても除去できない場合
仕事に使っている電気測定器が突然故障すると作業に支障が生じるため、予防保全の考え方に従って測定器の定期的な更新を計画することが望ましい。
校正事業者の仕事
測定器メーカ、測定器レンタル会社、公的機関など、さまざまな企業や団体で測定器の受託校正事業を行っている。ここでは受託校正事業を行っている横河レンタ・リースを事例に実際の作業の流れを説明する。同社では保有するレンタル品の精度を管理するために測定器の校正を行う専門部署あり、温度と湿度が管理された校正室を持っている。

図69. 横河レンタ・リースの温度管理された校正室
下図に示すように横河レンタ・リースはISO/IEC 17025校正の登録事業者となっている。登録区分の測定器は一般校正とISO/IEC 17025校正のいずれにも対応している。登録区分以外の測定器は一般校正のみの対応となる。

図70. JCSS登録事業者となっている横河レンタ・リース
出典:JCSS登録・認定事業者検索のホームページでフリーワード検索を行った結果
横河レンタ・リースが測定器の利用者から測定器を引取ってから校正を行って返却するまでの作業の概要を下図に示す。

図71. 横河レンタ・リースでの受託校正の流れ
校正を行った結果、測定器が製品仕様を元にした合否判定基準の範囲内であれば校正書類とともに測定器を「合格」として依頼者に返却する。校正作業を行う中で測定器の故障や合否判定基準に適合しないことが判った場合は校正の依頼元に伝えて、修理や再調整を行うかなどの確認を取って対応した後に依頼者へ返却する。横河レンタ・リースでは多くの測定器の校正を効率的に行うため、オシロスコープやデジタルマルチメータなど校正依頼の多い測定器は校正作業の自動化に取り組んでいる。
連載記事のおわりに
今回の連載では学生や技術者が最もよく使うデジタルマルチメータとオシロスコープについて判りやすく解説した。横河レンタ・リースが運用しているTechEyesOnlineには測定器を学ぶための解説記事や用語解説などを多く掲載している。一例として筆者が今まで測定器メーカの支援を頂いて執筆した記事を紹介する。今回の記事とあわせて利用頂くことを願っている。
表20. 測定器メーカの協力を得て執筆したTechEyesOnlineに掲載している測定器解説記事
記事タイトル | 執筆協力の測定器メーカ |
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デジタルマルチメータの基礎と概要 Part2 | キーサイト・テクノロジー |
記録計・データロガーの基礎と概要 | 横河電機 |
ファンクションジェネレータの基礎と概要 | エヌエフ回路設計ブロック |
メモリレコーダの基礎と概要 | 日置電機 |
プログラマブル(出力可変型)直流安定化電源の基礎と概要 | 菊水電子工業 |
デジタルオシロスコープの基礎と概要 | テクトロニクス |
電力計の基礎と概要 | 横河計測 |
FFTアナライザの基礎と概要 | 小野測器 |
ユニバーサルカウンタの基礎と概要 | 岩崎通信機 |
LCRメータの基礎と概要 | エヌエフ回路設計ブロック |
直流電子負荷の基礎と概要 | 計測技術研究所 |
スペクトラムアナライザの基礎と概要 | アンリツ |
光スペクトラムアナライザの基礎と概要 | 横河計測 |
記事タイトル | 執筆協力の測定器メーカ |
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初めて使うオシロスコープ | テクトロニクス |
初めて使うデジタルマルチメータ | キーサイト・テクノロジー |
出典:TechEyesOnline 学び情報 https://www.techeyesonline.com/article/tech-column/
執筆:魚住 智彦 測定器メーカに長年勤務して、現在は測定器の解説記事を執筆している