AliExpress へ注文していた、1/8W サイズの金属皮膜抵抗セットが届きました。
販売ページでは精度 1％ とうたわれていますが、格安の中華抵抗だけに、本当に 1％ の範囲へ収まっているのか気になるところです。
そこで、部品ケースへ収納する前に、代表的な抵抗値を抜き出して測定してみました。
購入したのは、次のような抵抗セットです。
- 抵抗値：1Ω～1MΩ
- 種類：97値
- 入り数：各25本
- 合計：2,425本
- 表示精度：±1％
- サイズ：1/8W
- 購入価格：約1,400円
1本あたりにすると約0.6円です。
これだけの抵抗値を国内メーカー品で一式そろえようとすれば、それなりの金額になります。趣味の電子工作で使うストックとしては、非常に魅力的な価格です。
ただし、いくら安くても、表示どおりの抵抗値でなければ困ります。今回は、どの程度のばらつきがあるのかを確認してみます。
前回の測定結果
前回は、AliExpress で購入した 5％ カーボン抵抗と、Amazon で購入した 1％ 金属皮膜抵抗を測定しました。
www.jh1lhv.tokyo
AliExpress の 5％ 品は、100Ω 以上の測定では、調べたものすべてが 5％ の範囲へ収まりました。
一方、Amazon で購入した 1％ 品には、DMM の表示値上、1％ の範囲から外れるものが複数見つかりました。
今回届いた AliExpress の 1％ 金属皮膜抵抗についても、前回と同じ条件で測定し、結果を比較してみます。
測定に使用した DMM
測定には、22,000カウントのデジタルマルチメータ「ET3240」を使用しました。
DMM : ET3240
1Ω の測定には4端子抵抗測定を使用し、それ以外は通常の2端子測定で確認しました。
ただし、DMM に表示された値が、そのまま抵抗の真値というわけではありません。
測定結果には、次のような誤差要因が含まれます。
- DMM 本体の測定確度
- 使用レンジの分解能
- 最下位桁のデジット誤差
- テストリードの抵抗
- プローブの接触抵抗
- 抵抗の温度係数
- 測定中の自己発熱
- 測定器の校正状態
したがって、規格の境界付近にある抵抗については、表示値だけで合否を断定できない場合があります。
今回の測定は、校正された標準抵抗を使った精密検査ではなく、購入した抵抗セットの傾向を見るための実験です。
測定した抵抗値
前回と比較できるよう、今回も次の5種類を選びました。
- 1Ω
- 100Ω
- 1kΩ
- 10kΩ
- 100kΩ
100Ω、1kΩ、10kΩ、100kΩ については、それぞれ25本すべてを測定しました。
1Ω については、手元にあった15本を測定しています。
合計すると115本です。
1％ 抵抗の許容範囲
許容差 1％ の場合、公称値に対する合格範囲は次のようになります。
| 公称値 | 1％の幅 | 許容範囲 |
|---|---|---|
| 1Ω | ±0.01Ω | 0.99～1.01Ω |
| 100Ω | ±1Ω | 99～101Ω |
| 1kΩ | ±10Ω | 990～1,010Ω |
| 10kΩ | ±100Ω | 9.9～10.1kΩ |
| 100kΩ | ±1kΩ | 99～101kΩ |
抵抗値が高くなるほど、1％ に相当する絶対値も大きくなります。
100kΩ の 1％ は 1kΩ ですが、1Ω の 1％ は、わずか 0.01Ω です。
同じ「1％ 品」であっても、DMM で規格内かどうかを判定する難しさは大きく異なります。
測定結果
表の赤いセルは、DMM に表示された値が、公称値に対する ±1％ の範囲から外れていたものです。
測定結果を見ると、100Ω から 100kΩ までの各抵抗値には、表示上 1％ の範囲から外れるものが複数含まれていました。
いずれも公称値から大きく外れているわけではなく、おおむね 2％ 以内には収まっています。
一般的な電子工作で使う分には、ほとんど問題にならない程度の差でしょう。
それでも、商品として「精度 1％」をうたっている以上、本来なら個々の抵抗が 1％ の範囲へ収まっていることを期待します。
約1,400円で2,425本という価格を考えれば仕方がないと思う反面、少し納得できないところもあります。
規格外と断定できるのか
測定表で赤く表示されたからといって、すべてを直ちに規格外品と断定できるわけではありません。
たとえば 100Ω の 1％ 品なら、許容範囲は 99～101Ω です。
DMM の表示が 101.1Ω だった場合、一見すると規格外です。しかし DMM の測定誤差が ±0.16Ω あるとすれば、実際の抵抗値が 100.94Ω である可能性も残ります。
この場合、抵抗は規格内かもしれません。
反対に、表示が 100.9Ω でも、真の値が 101Ω を超えている可能性があります。
正確に判定するなら、測定値だけでなく測定器の不確かさを考慮し、
- 明らかに規格内
- 明らかに規格外
- 測定誤差を考えると判定不能
のように分ける必要があります。
今回の測定環境では、境界付近の抵抗まで厳密に選別することはできません。それでも、同じ DMM と測定方法で前回の抵抗と比較すれば、セット全体の傾向を知ることはできます。
1Ω 抵抗の測定
1Ω については、ET3240 の4端子抵抗測定機能を使用しました。
通常の2端子測定では、測定対象の抵抗値にテストリードや接触部分の抵抗が加算されます。
たとえば、測定リードを短絡したときに 0.3Ω と表示される環境では、1Ω の抵抗を測ると約 1.3Ω になってしまいます。
これでは、抵抗本体の値を正しく測れません。
4端子法では、
- 抵抗へ測定電流を流す2本
- 抵抗両端の電圧を測る2本
を分離します。
電圧検出側のリードにはほとんど電流が流れないため、テストリードの抵抗による電圧降下を測定結果から取り除くことができます。
低抵抗測定には非常に有効な方法です。
1Ω の 1％ 判定は難しい
今回測定した 1Ω 抵抗は、表示された数値を見る限り、ほとんどが 1％ の範囲から外れているように見えました。
しかし、ここには大きな注意点があります。
1Ω の 1％ は、わずか ±0.01Ω です。
許容範囲は、
0.99Ω～1.01Ω
しかありません。
この差を判定するには、単に4端子法を使うだけでは不十分です。
DMM の4端子抵抗レンジにおける確度と分解能、測定電流、ゼロ点の安定性、接触位置、抵抗の温度などを含めて、0.01Ω より十分小さい不確かさで測定できなければなりません。
元の記事では、「小数第一位が0になったものが15本中1本しかない」としていますが、小数第一位までの表示では 1％ の判定に必要な 0.01Ω を読み分けることができません。
仮に「1.0Ω」と表示されても、実際には 0.96Ω かもしれませんし、1.04Ω かもしれません。
したがって、今回の結果だけから「1Ω 抵抗はほぼ全滅」と断定することはできません。
正しく表現するなら、
「今回の DMM と測定条件では、1Ω 抵抗が 1％ 規格へ収まっているかを確実に判定できなかった」
ということになります。
抵抗を精密に測る難しさ
抵抗値は、温度によっても変化します。
金属皮膜抵抗の温度係数が仮に 100ppm/℃ なら、温度が 10℃ 変化すると抵抗値は約 0.1％ 変化します。
また、小型の 1/8W 抵抗へ測定電流を流すと、わずかでも自己発熱が生じます。抵抗体が温まれば、その分だけ抵抗値も変化します。
リード部分を指で持ち続けることによる温度変化や、クリップを当てる位置の違いも、低抵抗測定では無視できない場合があります。
精密に測定するなら、
- 抵抗を室温へ十分なじませる
- 測定中に素手で触れない
- 同じ位置へ4端子を接続する
- 測定電流による発熱を抑える
- 複数回測定して再現性を見る
- 校正された標準抵抗と比較する
といった配慮が必要になります。
趣味の電子工作でここまで追い込む必要はあまりありませんが、「1％ 品が本当に 1％ 以内か」を検証するとなると、思っていた以上に測定する側の条件が厳しくなります。
精度が必要な場所では選別して使う
今回の中華抵抗は、表示上 1％ から外れるものが混じっていましたが、ほとんどは 2％ 以内に収まっていました。
LED の電流制限抵抗、トランジスタのバイアス抵抗、プルアップ抵抗など、一般的な電子工作で使う分には十分実用になると思います。
一方、次のような回路では抵抗値の精度が重要です。
- オペアンプのゲイン設定
- 電圧分圧回路
- 基準電圧回路
- 測定器の入力回路
- ブリッジ回路
- アッテネータ
- フィルタ回路
- 電流検出回路
このような用途では、セットに表示された「1％」だけを信用せず、使用前に DMM で測定して選別した方が安心です。
特に、絶対値よりも抵抗比が重要な回路では、同じ DMM で複数の抵抗を測定し、値のそろった組み合わせを選ぶ方法が有効です。
たとえ DMM の絶対確度が十分でなくても、同じレンジ、同じ条件で測定すれば、抵抗同士の相対的な差は比較しやすくなります。
国内販売品とも比較してみたい
今回の測定結果を見ていると、国内の販売店で購入した 1％ 抵抗が、実際にどの程度の範囲へ収まっているのかも気になります。
秋月電子で販売されている 1Ω と 100kΩ の金属皮膜抵抗を100本ずつ購入し、同じ方法で全数測定してみれば、
- 中華セットとのばらつきの違い
- 公称値に対する偏り
- 1％ 範囲内へ入る割合
- ロット内の均一性
などを比較できそうです。
ただし、1Ω について厳密に 1％ を判定するには、今回の DMM だけでは測定能力が不足する可能性があります。
まずは 100Ω以上 の抵抗で比較し、1Ω については標準抵抗や、さらに高精度な測定環境を用意してから調べた方がよさそうです。
また一つ、今後の楽しみが増えました。
まとめ
今回は、AliExpress から購入した 1/8W・1％ 金属皮膜抵抗セットについて、1Ω、100Ω、1kΩ、10kΩ、100kΩ を測定しました。
100Ω 以上では、DMM の表示上、1％ の範囲から外れる抵抗が複数見つかりました。ただし、その多くは 2％ 以内に収まっており、一般的な電子工作には十分使えそうです。
一方、1Ω については、4端子法を使っても 1％ に相当する ±0.01Ω を確実に判定できる測定環境ではありませんでした。
今回の結果からいえるのは、次のようなことです。
- 格安の 1％ 抵抗には、表示上 1％ から外れるものが含まれていた
- 規格境界付近では DMM の測定誤差を考慮する必要がある
- 1Ω の 1％ 判定には、4端子法に加えて高い測定確度が必要
- 一般用途なら 2％ 程度の誤差でも問題にならない場合が多い
- 精度が重要な回路では、使用前に測定して選別するのが確実
2,425本で約1,400円という価格を考えれば、電子工作用のストックとしては十分魅力的です。
「1％」という表示を全面的に信用するのではなく、通常の回路ではそのまま使い、精度が必要な場所では測定して選別する。
このくらいの付き合い方が、格安中華抵抗にはちょうどよさそうです。
