化学者のための電気計測 [S2][対面]

開講年度

2025年度

開講学期

前期

科目名

化学者のための電気計測

授業種別

講義

科目名（英語）

Electrical Measurements for Chemist

授業情報(授業コード・クラス・授業形態)

A1100083 化学者のための電気計測 [S2][対面]

担当教員

木村嘉伸

単位数

2.0単位

曜日時限

月曜4限

キャンパス

新宿

教室

A-0712教室

学位授与の方針

1 基礎知識の修得 10 ％
2 専門分野の知識・専門技術の修得 80 ％
3 汎用的問題解決力の修得 10 ％
4 道徳的態度と社会性の修得 0 ％

具体的な到達目標

・計測技術の全体像が把握できる．・電圧，電流，抵抗，インピーダンス，信号測定の基礎が理解できる．・測定量の統計処理方法が身につき，実務的な課題に適応できる．

受講にあたっての前提条件

分析化学Ⅰ、分析化学Ⅱ、物理化学Ⅰ、物理化学Ⅱ、無機化学Ⅱ、無機化学Ⅲを履修していることが望ましい。

授業の方法とねらい

「化学者のための電気計測」では，電圧，電流などの電気量の測定から始まり，物理量（温度，光など）を電気量に変換するセンサと電子機器を用いた計測全般を学ぶ．
電気計測は，電磁気学，半導体デバイス，電子回路，データ解析などの知識が融合された分野横断的科目である．本授業では，講師は化学系学生の専門外知識に配慮した講義を行い，学生は関数電卓やPC(Excel, Python)を用いた演習により学びを深める．
「授業の方法」は，講義形式で行うとともに毎回授業開始時に前回のレポート課題の解説，授業後半に確認小テストを実施する．第14回にて授業内試験を実施する．
講義資料，小テストおよびレポート課題はKU-LMS上で公開する．

AL・ICT活用

e-ラーニング等ICTを活用した自主学習支援

第1回

授業形態

対面

事前学習

下記リンクの国際単位系（SI）の資料をダウンロードし，通覧する．
https://unit.aist.go.jp/nmij/public/report/pamphlet/pdf/SIdata.pdf
https://unit.aist.go.jp/nmij/public/report/pamphlet/pdf/SIposter.pdf

下記リンクの国際単位系（SI）の資料をダウンロードし，p.116-120を通読する．
https://unit.aist.go.jp/nmij/public/report/si-brochure/pdf/SI%E5%9F%BA%E6%9C%AC%E5%8D%98%E4%BD%8D%E3%81%AE%E6%94%B9%E5%AE%9A_all.pdf

各自のPCでMicrosoft Excel が起動できることを確認する．
Pythonは，Google Colaboratory(Google Colab)を使う．Google アカウントでColab(https://colab.research.google.com/)にアクセスできることを確認する．
問題がある場合は，授業内もしくは授業後に質問すること．

2時間

授業内容

測定の方法，単位と標準
・本講義のガイダンス（復習，講義，演習，関数電卓，Excel, Pythonの活用法）
・電気電子計測に必要な基礎知識
・計測の目的と意義
・実際の計測器の例（アナログテスタ，ディジタルマルチメータ，オシロスコープ，スペクトラムアナライザ）
・計測と制御の関係
・測定の方法（直接測定，間接測定，偏位法，零位法）
・単位（国際単位系（SI），SI組立単位，次元式）と標準
・測定器の校正とトレーサビリティ

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書p.1-p.14を熟読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第2回

授業形態

対面

授業内容

測定データの統計処理
・データの整理法
・複数回測定の必要性
・有効数字と誤差
・ノイズとSN比
・平均，分散，標準偏差
・関数電卓の使い方（統計モード）と表計算ソフト(Excel)を用いた実習
・測定データの確率分布
・平均値のばらつき

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書p.17-p.30（p.20-p.27を除く），p.35,36を熟読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第3回

授業形態

対面

授業内容

グラフと実験式
・グラフの種類（線形グラフ，片対数グラフ，両対数グラフ）
・実験式　
・最小二乗法
・表計算ソフト(Excel)とPythonを用いた計算とグラフの作成
・測定の確からしさと不確かさ

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書p.30-p.33，p.20-p.27を熟読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第4回

授業形態

対面

授業内容

直流の測定
・電気量（電荷，電流，電圧，抵抗）の物理的意味
・電気回路の基礎（直列回路と並列回路）
・直流を測るしくみ（電流を力に変換するしくみ）
・測定範囲の拡大（電気回路の応用）
補足説明
・電流，電圧，直流回路

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第5回

授業形態

対面

授業内容

交流と回路素子
・基礎数学（三角関数と複素関数，フーリエ級数）．
・交流の性質と数式表現
・抵抗，コンデンサ，コイル，トランス，ダイオードの性質
補足説明
・三角関数と複素数(オイラーの公式)，フーリエ級数

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第6回

授業形態

対面

授業内容

交流，磁気の測定
・交流の測定方法
・電流計と電圧計の負荷効果
・直流電力と交流電力の測定
・高電圧および大電流の測定法
・磁気材料の性質
・磁気の測定方法
補足説明
・交流の性質

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書p.69-p.73，p.113-p.120を熟読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第7回

授業形態

対面

授業内容

抵抗，インピーダンスの測定
・抵抗の測定法（偏位法と零位法）
・中位抵抗の測定法（テスタ，ホイートストンブリッジ）
・低抵抗の測定法（４端子法）
・高抵抗の測定法（漏れ電流対策法）
・交流ブリッジによるインピーダンス測定
・ディジタルLCRメータによるインピーダンス測定
・Qメータによるコイル自己インダクタンスおよびコンデンサの容量測定
補足説明
・交流回路(共振回路)

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書p.96-p.102を熟読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第8回

授業形態

対面

授業内容

計測回路１（オペアンプ）
・アナログとディジタル
・電子部品の基礎（ダイオード，トランジスタ，オペアンプ）
・オペアンプを用いた計測回路（増幅，演算，比較，サンプリング，フィルタ）
補足説明
・電子回路(電気信号の増幅と演算)

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・教科書p.47-p.59を熟読し，理解を深める．
・レポート課題に取り組む．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第9回

授業形態

対面

授業内容

ディジタル量と表示
・10進数と2進数
・２進数での負数の表現
・ディジタル量の分解能と確度
・ディジタルマルチメータとその表示
補足説明
・N進法(関数電卓活用)

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第10回

授業形態

対面

授業内容

計測回路2（A-D変換器）：
・ディジタル量と表示
・２進数と16進数の計算（関数電卓のn進計算モードの使い方）
・アナログからディジタルへの変換
・A-D変換の機能回路と論理回路
・各種A-D変換器のしくみ
・D-A変換器のしくみ

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書p.61-p.66を熟読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第11回

授業形態

対面

授業内容

センサを用いた様々な物理量の測定
・センサの基礎（主に光センサ，温度センサ）
・センサと計測システムの構成．

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書p.75-p.95を熟読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第12回

授業形態

対面

授業内容

電気信号の観測
・信号波形計測の概要
・フーリエ変換
・オシロスコープによる周波数，位相の測定法
・信号成分の観測・解析法
・信号発生器，周波数カウンタ，スペクトラムアナライザ，データロガー

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・教科書p.131-p.140を熟読し，理解を深める．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

2時間

第13回

授業形態

対面

授業内容

測定データの整理と分析
・レポートの書き方
・測定データの統計処理（復習と応用，pythonを用いた演習）
・測定データの可視化　（pythonを用いた演習）

事後学習・事前学習

・配布資料を復習し，解決できなかった箇所は，次回の授業（授業後でもよい）での質問を準備する．
・提出したレポート課題の自己添削を行い，必要に応じて再提出する．
・レポート課題に取り組む．
・次回配布資料を通読．わからない箇所に線を引く．線を引いた箇所をノートに書きだす（パソコン，タブレットでも可）．

4時間

第14回

授業形態

対面

授業内容

まとめと学習成果の確認（授業内試験）

事後学習・事前学習

授業を振り返り，ノートを整理する．

4時間

第15回

授業形態

遠隔（オンデマンド）

授業内容

授業内容の振り返り
電気計測のための数学，物理．プログラミングの基礎知識

事後学習

レポート課題に取り組む．判らない箇所を質問する．

2時間

成績評価の方法

評価は，出席（20%）（授業内小テストで代替）とレポート(40%)（KU-LMSの「レポート」機能を使って，手書きノートを撮影したファイルもしくは，word, pdf形式などの文章ファイルを提出）および第14回の授業内試験(40%)

受講生へのフィードバック方法

授業内でレポート課題，および小テストの結果について講評を述べます．
理解できない場合は，授業内またはKU-LMSで質問してください．
レポートで間違えた箇所は，各自修正して再提出する．

教科書

松本佳宣，ディジタル時代の電気電子計測基礎（改訂版），コロナ社．

参考書

・化学同人編集部編，実験データを正しく扱うために，化学同人.
・山崎弘郎，センサ工学の基礎（第３版），オーム社.

オフィスアワー

授業後または，KU-LMSで質問を受け付けます．

受講生へのメッセージ

実務家担当科目

実務経験の内容

半導体デバイス，半導体薄膜，半導体計測装置および鉄道電気品（パワーエレクトロニクス）の信頼性に関する研究開発の経験がある教員が、物性評価，解析技術を活かし、電気計測について講義する。

教職課程認定該当学科

該当なし

その他の資格・認定プログラムとの関連

シラバス情報