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電流計（アンペアメーターの略）は、回路内の電流を測定するために使用される計器です。電流はアンペア（A）で測定されるため、この名前が付けられています。直接測定の場合、電流計は測定対象の回路に直列に接続されます。電流計は通常、抵抗値が低いため、測定対象の回路に大きな電圧降下を引き起こしません。
ミリアンペアまたはマイクロアンペアの範囲の小さな電流を測定するために使用される機器は、ミリアンペア計またはマイクロアンペア計と呼ばれます。初期のアンペア計は、地球の磁場を利用して動作する実験室用機器でした。19世紀後半には、あらゆる位置に取り付けることができ、電力システム で正確な測定を可能にする改良された機器が設計されました。回路図では、一般的に「A」の文字で表されます。
電流、磁場、物理力の関係は、1820年にハンス・クリスチャン・エルステッドによって初めて指摘されました。彼は、隣接する導線に電流が流れると方位磁針が北を指す位置からずれることを観察し、この現象を解明しました。この効果を利用して電流を測定するために接線検流計が用いられ、指針をゼロ位置に戻す復元力は地球の磁場によってもたらされました。そのため、これらの計器は地球の磁場と一直線上に設置した場合にのみ使用可能でした。この効果を増幅するために導線の巻き数を増やすことで計器の感度を高めることができ、これらの計器は「乗算器」と呼ばれました。[ 1 ]
レオスコープという言葉は、電流検出器として、1840 年頃にチャールズ・ホイートストン卿によって造語されましたが、現在では電気機器を表す言葉としては使われていません。メイクアップという言葉は、回路内の電流を調整する装置であるレオスタット（これもホイートストンによって造語されました）と似ています。レオスタットは可変抵抗器の歴史的な用語ですが、レオスコープとは異なり、今でも見かけることがあります。[ 2 ] [ 3 ]
計器の中には、何らかの制御盤に取り付けることを目的としたパネルメーターがあります。これらのうち、平面型、水平型、または垂直型は、エッジワイズメーターと呼ばれることがよくあります。
ダルソンバル検流計は可動コイル式電流計です。永久磁石の磁場内に置かれたコイルに電流が流れるとコイルが動くという磁気偏向を利用します。この計器の現代版はエドワード・ウェストンによって開発され、復元力を得るために2つの螺旋ばねを使用しています。鉄心と永久磁石の極の間に均一な空気ギャップがあるため、メーターの偏向は電流に比例します。これらのメーターには直線目盛があります。基本的なメーターの動きは、約25マイクロアンペアから10ミリアンペアまでの電流でフルスケール偏向を起こすことができます。[ 4 ]
磁場は分極しているため、電流の方向ごとにメーターの針は逆方向に動きます。 したがって、直流電流計は接続されている極性に敏感です。ほとんどの電流計には正極端子がマークされていますが、一部の電流計にはセンターゼロ機構[ a ]があり 、どちらの方向の電流も表示できます。可動コイル式電流計は、流れる電流の平均値（平均）を示します[ b ] 。交流の場合はゼロになります。このため、可動コイル式電流計は直流にのみ直接使用でき、交流には使用できません。
この種のメーターの動きは、電流計だけでなく、電圧計や抵抗計など、電流計から派生した他のメーターでも非常に一般的です。
可動磁石式電流計は、基本的に可動コイル式電流計と同じ原理で動作しますが、コイルがメーターケース内に取り付けられ、永久磁石が針を動かす点が異なります。可動磁石式電流計は、可動コイル式電流計よりも大きな電流（数十アンペアにも及ぶことが多い）を流すことができます。これは、コイルに太い線材を使用でき、電流をヒゲゼンマイで流す必要がないためです。実際、このタイプの電流計の中には、ヒゲゼンマイを全く使用せず、代わりに固定された永久磁石で復元力を得ているものもあります。
電気力学的電流計は、ダルソンバル式電流計の永久磁石の代わりに電磁石を使用します。この計器は交流と直流の両方に対応でき[ 4 ] 、交流の真の実効値も表示します。この計器の別の用途については、ワットメーターを参照してください。
可動鉄片式電流計は、固定コイルの電磁力によって動く鉄片を使用します。可動鉄片式電流計は、 1884 年にオーストリアのエンジニア、フリードリヒ・ドレクスラーによって発明されました。 [ 5 ] このタイプの電流計は、直流と交流の両方に対応します（直流のみで動作する可動コイル式電流計とは異なります）。鉄片は、指針に取り付けられた可動羽根と、コイルに囲まれた固定羽根で構成されています。交流または直流がコイルを流れ、両方の羽根に磁場を誘起すると、羽根は互いに反発し、可動羽根は細いらせんばねによって提供される復元力に逆らってたわみます。[ 4 ]可動鉄片式電流計のたわみは、電流の二乗に比例します。したがって、このような電流計は通常、非線形スケールを持ちますが、スケールがほとんどの範囲でほぼ線形になるように、鉄片の形状が通常変更されています。可動鉄片式計器は、印加された交流波形の実効値を示します。可動鉄片型電流計は、産業用周波数交流回路の電流測定によく用いられる。
熱線式電流計では、電流が流れると、加熱されて膨張する導線が用いられます。これらの機器は応答時間が遅く精度も低いものの、高周波電流の測定に用いられることがありました。[ 4 ] また、印加された交流電流の実効値も測定します。
アナログ電流計が電圧計を含む様々な派生メーターの基礎となったのとほぼ同じように、デジタルメーターの基本機構はデジタル電圧計の機構であり、他の種類のメーターはこの機構を基に構築されている。
デジタル電流計は、シャント抵抗器を用いて、流れる電流に比例した校正済みの電圧を生成します。この電圧は、アナログ-デジタル変換器（ADC）を介してデジタル電圧計で測定され、デジタル表示はシャント抵抗器を流れる電流を表示するように校正されます。このような機器は、正弦波の実効値のみを表示するように校正されていることが多いですが、多くの設計では、波形のクレストファクターの範囲内で真の実効値を表示できます。
積分型電流計と呼ばれるデバイスもあります。[ 6 ] [ 7 ] これらの電流計では、電流が時間とともに積算され、結果として電流と時間の積が得られます。これは、その電流によって伝達される電荷に比例します。これらは、エネルギーの計測（エネルギーを得るには電荷に電圧を掛ける必要がある）や、バッテリーやコンデンサの電荷の推定に使用できます。
ピコアンメーター（またはピコアンメーター）は、非常に微弱な電流を測定する機器で、通常は下限がピコアンペア、上限がミリアンペアの範囲です。ピコアンメーターは、マルチメーターなどの他の機器の感度限界を下回る電流を測定する場合に使用されます。
ほとんどのピコアンメータは「仮想短絡」技術を使用しており、複数桁の測定をカバーするために切り替える必要がある複数の異なる測定範囲を備えています。その他の最新のピコアンメータは、対数圧縮と「電流シンク」方式を使用して、範囲の切り替えとそれに伴う電圧スパイクを排除しています。[ 8 ]測定を妨害する可能性のある漏洩電流を減らすために、特殊な絶縁体や駆動シールド などの特別な設計と使用上の考慮事項を遵守する必要があります。プローブ接続には、三軸ケーブルがよく使用されます。
電流計は、測定対象の回路と直列に接続する必要があります。比較的小さな電流（数アンペアまで）の場合、電流計は回路電流全体を通過させることができます。より大きな直流電流の場合、シャント抵抗器が回路電流の大部分を流し、電流計の可動部を通過するのは、正確に既知の小さな部分だけです。交流回路の場合、電流変成器を使用して、1アンペアまたは5アンペアなどの便利な小さな電流を計器に供給できます。測定対象の一次電流ははるかに大きい（数千アンペアまで）です。シャントまたは電流変成器を使用すると、観測点まで太い回路導体を配線する必要がなくなり、指示計を便利な場所に設置できます。交流の場合、電流変成器を使用すると、メーターを一次回路の高電圧から絶縁することもできます。シャントは直流電流計に対してそのような絶縁を提供しませんが、高電圧を使用する場合は、電流計を回路の「帰還」側に配置することが可能です。帰還側は、大地に対して低い電位になる可能性があります。
電流計は内部抵抗が非常に低いため、電圧源に直接接続してはならず、過電流が流れてしまいます。電流計は端子間の電圧降下が1ボルト未満と低い値になるように設計されています。電流計によって生じる余分な回路損失は、測定対象回路（I）に対する「負担」と呼ばれます。
一般的なウェストン式メーターでは、バネやコイルが流せる電流が限られているため、最大でもミリアンペアしか測定できません。より大きな電流を測定するには、シャントと呼ばれる抵抗器をメーターと並列に接続します。シャントの抵抗値は、整数から小数ミリオームの範囲です。電流のほぼすべてがシャントを流れ、メーターを流れるのはごくわずかです。これにより、メーターは大きな電流を測定できます。従来、シャントと組み合わせて使用するメーターのフルスケール偏向（FSD）は50mVであるため、シャントは通常、定格電流を流したときに50mVの電圧降下を生じるように設計されています。
マルチレンジ電流計を製作するには、セレクタースイッチを用いて、メーターに接続された複数のシャント抵抗のうちの1つを接続する。レンジ切り替え時にメーターの可動部に電流サージが発生して損傷を与えるのを防ぐため、このスイッチはメイク・ビフォア・ブレーク方式でなければならない。
より優れた構成は、ウィリアム・E・エアトンが発明したエアトンシャントまたはユニバーサルシャントで、メイク・ビフォア・ブレークスイッチを必要としません。また、接触抵抗による不正確さも回避できます。図では、例えば、フルスケール電圧が50mVで、必要な電流範囲が10mA 、100mA、1Aのムーブメントを想定した場合、抵抗値はR1 = 4.5Ω 、R2 = 0.45Ω 、R3 = 0.05Ωとなります。また、例えばムーブメントの抵抗が1000Ωの場合、R1を4.525Ωに調整する必要があります。
スイッチ付きシャントは、10アンペアを超える電流にはほとんど使用されない。
ゼロセンター電流計は、電流を両極性で測定する必要がある用途で使用され、科学機器や産業機器でよく用いられます。ゼロセンター電流計は、バッテリーと直列に接続されることもよくあります。この場合、バッテリーの充電によって針が目盛りの片側（通常は右側）に振れ、バッテリーの放電によって針が反対側に振れます。自動車やトラックの高電流をテストするための特殊なタイプのゼロセンター電流計は、指針を動かすための回転式棒磁石と、電流が流れていないときに指針を中央に保つための固定棒磁石を備えています。測定対象の電流が流れるワイヤの周囲の磁場によって、可動磁石が振れます。
電流計のシャント抵抗は非常に低いため、誤って電流計を電圧源と並列に接続すると短絡が発生し、最悪の場合ヒューズが切れ、機器や配線が損傷したり、観察者が負傷する恐れがあります。
交流回路では、変流器を用いて主回路の大電流を、メーターで測定しやすい小電流に変換することができます。変流器の中には、導体周囲の磁場を直接、メーターで容易に読み取れる小電流（定格電流で通常1Aまたは5A）に変換できるものもあります。同様に、ホール効果磁場センサーを用いた高精度なAC/DC非接触式電流計も開発されています。携帯型のクランプ式電流計は、産業用および商業用電気機器のメンテナンスによく用いられるツールで、電流を測定するために一時的に電線に挟み込みます。最近のタイプの中には、導体の両側に磁気的に軟らかいプローブを並列に配置したものもあります。
粒子加速器やシンクロトロン光源では、フォトダイオードやその他のビーム位置モニター（BPM）によって生成される微弱な電流を測定するために、ピコアンメーターと呼ばれる非常に高感度の電流計が使用されます。これらの機器は通常、フェムトアンペアからマイクロアンペアの感度を持つ複数の低ノイズ入力チャンネルを提供し、光子ビームの位置と強度をリアルタイムで決定できます。このようなデバイスは、アルゴンヌ国立研究所のAdvanced Photon Sourceのような施設におけるビーム安定化およびフィードバックシステムに不可欠であり、カスタムピコアンメーターを使用して正確な軌道制御とビームライン性能の向上を確保しています。[ 9 ]