■このページの目的
このページでは、長い間安価に販売されていてポピュラーな米軍用テスタ・AN/USM-223を紹介し、その実用化のための簡単な改造を説明します．
Part.1：解説編（いま見ているページ）およびPart.2：改造編の2部構成です．
■アナログ・テスタの必要性
非常に優秀なデジタル・マルチメータが、驚くべき低価格で入手できます．数値直読なので誰にでも読取り易く、小型軽量で機械的にも電気的にも丈夫にできています．電子回路の製作やRestorationには、デジタル・テスタがあれば十分なのかもしれません． 実際、私のシャックでも指針式アナログ・テスタの使用頻度は低いのです． 無くても何とかなる道具かも知れません． しかし、アナログ回路（オーディオ、ラジオや無線機回路）の点検や調整をすることがあるのなら、シャックに是非とも備えておきたいと思います．
変動のない静的な電圧や抵抗値を読み取るならデジタル・テスタに限ります． しかし、テスト・ポイントの電圧や電流を最低or最高になるように調整すると言った用途なら指針式テスタに限ります． オーディオ・アンプのDCバランスを調整する、ラジオのIFTを調整してピークを出すなどの調整にはデジタル・テスタでは作業にならないでしょう．
もうひとつ、アナログな指針式テスタは普通パッシブな（受動的な）回路になっています． 従って、それ自身がノイズを出すことはありません．デジタル・テスタでラジオの回路電圧をあたっていたら、ジャーザーと言うノイズが聞こえたり、オシロスコープで見ている波形でノイズが暴れている！！・・・と言ったことはないのです． 高級なデジタル・マルチメータは自身が被測定回路にノイズを注入してしまわぬよう、十分配慮した設計になっています． 拙宅にも何台かデジタル・マルチメータがあり、H社製はノイズを感ぜずとても優秀ですが、A社の自称『高級機』はもうメチャメチャです．しかしアナログ・テスタならどんな安物でもノイズを注入することはないでしょう．■軍用測定器とUSM-223
ミリタリ・マニアは別として、軍用測定器はあまりお薦めできないと思っています．頑丈ですが使用形態や目的が特殊なことが多く、汎用計測器としては使い難いのです．頑丈さの裏返しで大きく重いのも欠点かも知れません． それに測定器とは言え突き詰めたら戦争の道具ですから、平時とは言っても気になるところです． 但し、兵器がヤワではイザと言うとき役立たないので、ラフな扱いでも狂わない・壊れないように信頼できる設計です． もし汎用性があって平和な第二の活路があるのなら軍余剰品も悪くないかも知れません． アナログ・テスタは国産なら横河電機を筆頭にポピュラーな三和、日置、海瀬などの優秀な製品がまだ十分に入手できます． 多くの場合満足できますから新たに購入するならそちらが良い筈です． このUSM-223にも「少々珍しいモノを」とか「ミリタリが好きなので」と言って手を出すお方も多いようです．ところが、あまり使われていないのもUSM-223の特徴のような気がします．
USM-223は相当数の余剰品在庫があるようで、米Fair Radio社のカタログに10年以上も継続して出ています． Used-Reparableが$40-とそれほど高価でもなく、前から気になっていたので、ついでの時に購入しました． 到着して、まずは電池が特殊で動作テストするのにさえ困りました． ずいぶん年数が経過しているので『校正も必要だなあ』と思いつつ、すぐに必要なわけでもないので、そのままになりました． 電池が無くても抵抗の測定以外は支障ないのですが、それでは詰りません． 最近になって重い腰を上げ、改造でどうやらマトモに使えるようになったので紹介することにしました． 先日も『USM-223』のキーワードで、Blogに迷い込んで来たお方もあるくらいです．持っている人も多いのかも知れませんが、使うための具体的な情報が不足しているのでしょう．同じようなお方や、興味があって欲しいと思っている人の参考にでもなったら幸いです．
ご案内
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まずは、外観からご覧下さい．丸形メータが何となく古臭さを感じさせますが、シリコン・トランジスタだけでなくFETも使われており案外新しい設計のようです．メータ・フェースは少々狭いので、国産の広角で目盛の長いテスタを見慣れると物足りなさを感じてしまいます． おそらく指針式メータとしてラフな扱いでも壊れないと言う過去の実績やテストに基づいて採用しているのでしょう．50μAと言う高感度なメータにも関わらず、落下や強い衝撃を受けても針が飛んだり減磁で目盛が狂わないよう、民生品とは異った考慮があるのでしょう． なお、正しくはAN/USM-223と言いい、これはテスタ本体だけでなく、テスト・リードほかマニュアルなどの全てを含めたマルチメータの全体を呼ぶ名称です． その構成要素として、テスタ本体はME-297/Uがあり、他にテストリードなどにも品番が付いています．それら構成要素が全て揃ってAN/USM-223マルチメータです．（Fair Radio社のカタログでは、ME-297/Uとして売られています）
ケース外側には、このような名板が付いていて、確かにマルチメータAN/USM-223であることがわかります．なお、ケース全体は水道配管のようなグレーの硬質塩化ビニールで出来ており、厚みは5mm以上もあって頑丈にできてきます．金属部分の露出がないように考慮されており、5,000Vまで計測しても危険の無いように考えてあるようです．但し、安全基準は今より甘い昔のものでしょうから、くれぐれも危険の無いようにお使い下さい．
■メータ・フェース
メータ・フェース（目盛板・白い部分）の直径は約85mmあって、結構広いので読取り易いです．目盛線はたったの4本ですから国産の多レンジテスタよりスッキリしています．その分、レンジが離れているので読取りにくい電圧範囲があるように思います．しかし、このテスタしかないなら別ですがデジタル・テスタも持っていますから支障はないと思います．メータスケールの下部に「SWITCH TO OFF POSITION WHEN NOT IN USE」とありますが、読んでの通り、使わないときには（ファンクション）スイッチをオフのポジションにしておくようにと言う指示です．これには二つ意味があります．一つは、抵抗測定のレンジは直流増幅器がONになるので電池を消費します．無用な電池の消耗を防ぎ、イザというときの電池切れを防止する意味からです．もう一つは、不使用時にメーターに制動を掛け振動で指針が飛ばないようにするためです．このような高感度電流計（50μA)は輸送中には端子間をショートして電磁制動を掛けておくべきなのです． 高感度メータを購入すると細線で端子間がショートされていたものですが、今ではそうしたことも常識ではないのでしょうね．（笑） （ファンクション）スイッチをOFFの位置にすればメーターの端子間が（直接ではなく、低抵抗を介してですが）ショートされ、輸送中の安全が確保されます．
メータ左右には、テストリードの差し換えで切換える測定レンジが配置されています．左側には、20KΩ/Vモード（下記参照）のDC1,000VとDC5,000Vのレンジがあります．右側には、1KΩ/VモードのDC/AC1,000Vと5,000Vレンジがあります．また、DC電流測定の10Aレンジもあります．これらのレンジを使うときには（赤の）テストリードを所定のジャックに挿入します．また、高電圧5,000Vレンジは安全のために専用の高耐圧テストリード線を使うようにジャックの太さが変えてあります．
■ファンクション・スイッチ
USM-223は、5つの測定機能（＝ファンクション）を持っています．面白いのは、直流電圧測定が2種類あることです．
(1)電圧測定：一つは、20KΩ/Vの内部抵抗をもった高感度モードです．普通はこちらを使います．もう一つ、1KΩ/Vのモードがあります．これは、低感度メータ(1mA)のテスタが一般的だった時代を考慮したものでしょう．軍用機器の各種メンテナンス・マニュアルには、1KΩ/Vのテスタで測定したときの値が記載されていることがあるからです． 被測定回路によっては、20KΩ/Vのテスタで測定すれば、実測値が大きく違ってしまいます．従って古いマニュアルに記載の数字と辻褄を合わせるために1KΩ/Vモードがあるのです．ですから、普通は20KΩ/Vのモードを使うほうが測定精度の点で有利です．なお、交流電圧は1KΩ/Vだけです．交流電圧測定には整流にゲルマニウムダイオードを使っているようです．従って、セレンや亜酸化銅整流器のものよりも周波数特性は良好です．簡易なオーディオ・レベルメータとして十分使えます．
(2)電流測定：電流は直流のみ測定できます．高感度なメーターは保護されるようにできていますが、誤って「電圧」を測ってしまうと、ヒューズ(5A)が飛びます．交換するまで殆どのレンジ、ファンクションが使用不能になってしまうので注意が必要です．予備のヒューズはケースの蓋に内蔵されています．10Aレンジのみ、テストリードをメーター右側の10Aジャックに挿入します．このレンジはヒューズ保護はありません．交流電流測定ができないのが少し残念です．しかし、一般的なテスタでは交流電流は測定できないのが普通のようです．
(3)抵抗測定・オーム計：USM-223の特徴はココにあるように思います．昔のテスタでは高抵抗測定のために22.5Vなどの積層乾電池を内蔵することが多かったのです．真空管時代ならそれも良かったのでしょうが、半導体回路をそうしたテスタで測定されてはたまりません．このテスタが使われていた当時全盛だった高周波特性の良いゲルマニウム・メサ型トランジスタなら導通テストされただけでイチコロかも知れません．USM-223の抵抗測定は、被測定回路には最大でも約100mVしか電圧が掛からないようになっています．最大電流も5mAに抑えられています．そのために、抵抗測定の際には、FETとトランジスタを使ったDCアンプ・直流増幅器が動作します．普通のテスタにはないゼロ点調整のツマミがあるのは、高感度DCアンプのオフセット調整が必要だからです．電池電圧は消耗による変動があるので、フルスケール調整も必要です．抵抗測定が終わったらファンクション・スイッチを切換えておかないと電池が消耗します．なお、抵抗測定以外のファンクションなら電池は消耗しません．
■レンジ・スイッチ
全部で、7ポジションありますが、ファンクションによっては5ポジションのみ有効です．また、高電圧・大電流のレンジは測定リードのジャックを差し替える形式になっています．フルスケールの値を見るとわかりますが電圧・電流は2.5倍から5倍刻み、抵抗は10倍刻みです．従って、どうしても読取り精度が悪い場合がありますが、今の時代、このテスタだけに頼る訳ではないでしょう．
■外観
簡単に外観形状と構造の説明をしておきます．左側は輸送・保管の際に閉めておく上フタです．上フタは収納ポケットを兼ねているほか、概略の測定精度や注意事項などが印刷されています．テスタ本体は14本のネジで、下カバーにネジ止めされています．間にはゴムのガスケットが入っており、使用中は防滴構造に、上フタを閉めて輸送中は防水構造になるようですが、年数が経過しているので信用できそうにありません．（笑） 筐体は全て硬質塩化ビニールのようです．耐衝撃などの強度は優れているでしょう．落とした程度では壊れないはずです．
■上フタの部分
上フタの内側にある中ぶたを起こすと、測定ケーブルが収納されています．赤と黒の通常のテストリードのほか、高圧測定専用の高絶縁の太いリード線が入っています．その他、テストリードの先端に取付けられるワニグチ・クリップ・アダプタも入っています．
■テストリード
テストリードには、写真のような細身のテスト棒が付いています．先端には写真下段のように、ミノムシクリップを取付けることができます．なお、現在の安全基準では測定中にオペレータが不用意に高電圧部分に触れてしまわぬよう、ツバの付いたテスト棒が普通です．心配なら付け替えてやるほうが安心でしょう．私はツバ付きテスト棒が嫌いなのでこのままが良いです．何故かと言えば、ツバ付きは片手に2本持って先端をショートさせるのが大変だからです．
■USM-223の内部
内部はガラスエポキシ基板が二階建てになっています．スイッチはタイト製で金メッキのガッチリしたものが使ってあります．すこしスイッチ操作が重いのは止む得ないでしょう．配線は全てテフロン電線が使ってあり奇麗に束線されています．部品は抵抗器が殆どですが、余裕を持ったサイズで高精度なものが使ってあります．経年変化の少なそうな良い部品なのはわかりますが、USM-223の軍への納入価格は高額だった思います．民生用テスタとは構造も部品もレベルがずいぶん違うようです．（笑）
基板をサイドからみると、このようになっています．下カバーの中に乾電池が見えていますが、これは改造済みだからです．本来は、下カバーの裏側に電池ボックスがあって、容易に交換できるようになっています．なお、電池に関する改造については「改造編」で説明します．
■USM-223の解析
使う上で、内部回路を理解しておくと良い場合があります．マニュアルにも動作原理が詳細に書いてありますが、ごく簡単に説明します．
図はブロック・ダイヤグラムです．どのテスタでも殆ど同じですが、高感度な電流計を基本に、電圧測定の時は倍率器を直列に付け、電流測定の時には分流器を並列に入れます．抵抗測定は内蔵した電池を電源にして、被測定抵抗（回路）に流れる電流でメーターを振らせて測定します．USM-223は、20KΩ/Vと10KΩ/Vの2種類の電圧測定モードがあるので、倍率器も2系統持っています．抵抗測定の回路に直流増幅器があるのも特徴でしょう．以下、各ファンクション（測定機能）を詳しく見て行きます．
■直流電圧測定(20KΩ/V)
直流電圧測定の基本は、50μAの電流計を生かした高感度設計になっています．いまやXXkΩ/Vと言う表記は馴染みが無いかも知れません．倍率器を使う方式のテスタに便利な表記方法です．測定レンジのフルスケール値と、この数字がわかれば、その測定レンジの入力抵抗が計算できます．いま、20kΩ/Vですから、10Vレンジの入力抵抗は20×10=200kΩとなります．1,000Vレンジでは20MΩになるのですから、けっこう高抵抗なのがわかります．安価なデジタルテスタは、1,000Vレンジを持っていないことも多いのですが、だいたい10MΩ程度が多いようですから、このレンジではUSM-223の方が高抵抗なのです．ちなみに5,000Vレンジは100MΩなんですね．（笑）
■直流電圧測定(1KΩ/V)
前にも書きましたが、1KΩ/Vのモードは、昔のテスタのフリをさせるためのモードです．せっかくの高感度な50μA電流計に分流器を入れて1mAの電流計に見えるようにしています．当然、それに見あった倍率器が必要なので、上記の20KΩ/Vとは独立したものを持っています．なお、この倍率器は交流電圧測定の際にも使います．
■交流電圧測定
倍率器は上の1KΩ/Vのモノを使います．交流電圧計のインピーダンスを低めにしているのは、周波数特性をフラットに保つためでしょう．特にインピーダンスが高かくなる高電圧レンジでは、ストレー容量による誤差が無視できません．周波数特性だけを考えれば、20KΩ/Vよりも20倍も有利です．（笑） なお、整流はゲルマニウム・ダイオードのようです．低電圧レンジの2.5V/FSと10V/FSレンジではそれでも整流器の順方向特性の影響が無視しえないので、目盛板は別スケールになっています．読取る際には注意が必要です．なお、2箇所にVRがありますが、R41が2.5Vレンジの校正用で、もう一方のR42が50Vレンジ以降の校正用です．詳しくは改造編の「校正方法」で説明しますが、相互に影響するので交互に調整して精度を追い込む必要があります．
■直流電流測定
50μAの電流計を使っていますが、あらゆる場合の保護を考えたらしく、250μAレンジが最高感度です．USM-223はフィールド用に作られた普通のテスタですからこれでも十分でしょう．2.5A(=2500mA)レンジまでは常用の端子で、10Aレンジのみジャックを差し換えます． 大電流側を優先した設計のように感じますが、付属のテストリードは細すぎるように思えます．（笑）
■抵抗測定・オーム計
回路解析の最後は抵抗測定です．USM-223の特徴でもあります．Fair Radio社の広告には、USM-223/ME-297のことをFET-Multimeterと書いてあったと思います．嘘とは言わないまでも、お解りのようにFETやTRを使ったアンプの御利益は抵抗測定に限定されます．この「抵抗測定」を除けばごく普通の指針式のアナログ・テスタなのですから． アンプは既に書いたように低い印加電圧(約100mV)で抵抗測定するための工夫です．P-Ch J-FETとNPN-TRで構成されたDCアンプを使っています．差動型増幅回路ではなく、ブリッジ式なので使用前のゼロ調整は必須です．また、乾電池の起電圧も消耗や周囲温度によって変動するのでフルスケール（無限抵抗の場所）の調整も必要です．現在でしたら、オフセット・ドリフトのない高安定なDCアンプと、高精度基準電圧を作って定電流による抵抗測定を行なう設計にします．そうすれば目盛もリニヤになるのですが・・・ついでにA/D変換も付けたらその方が良いかも．（爆） テスタの抵抗測定は定電圧印加による電流測定が基本なので逆数目盛になっています．アナログテスタのそれはいま思えば読みにくかったですね．なお、普通のアナログ・テスタのオーム計は、ゼロオームがスケールの右端、無限オームが左端なのですが、USM-223は反対になっています．無測定のとき指針を振らせて電源ONを意識させるための配慮でしょうか．但し抵抗測定の原理は同じです．
■全回路図（その1）
USM-223には大きく分けて2つのバージョンがあるようです．その1つ目の回路図です．
■全回路図（その2）
USM-223には大きく分けて2つのバージョンがあるようです．その2つ目の回路図です．
■フタを閉めて
保管・輸送時にはこのようになります．電池やテストリードなど全部を含んだ輸送重量は2.5kgを少々超えるようですから、出張のお供にはしたくありませんね．
■Part 1：解説編のエピローグ
たったこれだけのテスタの説明に、たくさんの文字を使ってしまいました．昔のようにアナログ・テスタの扱いが常識なら良いのですが、触ったことのない人も多いでしょう．すこし詳しく書いてみました． 確かに、良いアナログテスタは高価なうえ扱いもデリケートとあっては手を出すのは昔ながらのマニアでしょう． 抵抗測定には、まずはリードを短絡してゼロオーム調整をしてから始める・・・なんて、ご存知ないのでしょうね．（笑） 使われない道具ですから、知らなくて当然でしょう．
実際のところ、アナログ・テスタの使用頻度は少なくて、年数回程度のものです． また、多くの場合に他の方法でも代用が可能なのですから出番は少ないのでしょう．更にデジタル・テスタにもバーグラフ表示が付いているのも普通のことです．指針式アナログ・テスタは、もはや前世紀の遺物なのでしょうか．でも「ホンモノ」の指針の動きは見ているだけで、何となく楽しく感じてしまいます．続いて改造編でUSM-223の実用化を目指します．
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