ホイートストンブリッジ
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サミュエル・ハンター・クリスティーチャールズ・ホイートストン

ホイートストンブリッジ (英語: Wheatstone bridge) は、ひずみゲージなどの抵抗測定に用いられる回路である。1833年にサミュエル・ハンター・クリスティ(S.H.Christie 1784-1865)によって発明され、1843年にチャールズ・ホイートストンによって広められ[1]、広く使われるようになった。未知の抵抗を含む4つの抵抗をブリッジ状に配置して、中間点の電位差を測定することによって、未知の抵抗値を測定する。
理論
ブリッジ回路が平衡状態の場合ホイートストンブリッジ

左図に示すブリッジ回路において、 R x {\displaystyle R_{x}} を未知抵抗、 R 1 {\displaystyle R_{1}} 、 R 3 {\displaystyle R_{3}} を既知抵抗、 R 2 {\displaystyle R_{2}} を可変抵抗とする。また、ブリッジ回路をABCと流れる電流を I 1 {\displaystyle I_{1}} 、ADCと流れる電流を I 2 {\displaystyle I_{2}} とする。なお、 R 1 {\displaystyle R_{1}} 、 R 3 {\displaystyle R_{3}} は比例辺(ratio arm)[2][3][4][4][5][6]、 R 2 {\displaystyle R_{2}} は、抵抗辺[3]、可変抵抗辺(rheostat arm)[4]、測定辺(measuring arm)[4][6]、標準辺[5]と呼ばれることもある。

ここで、 R 2 {\displaystyle R_{2}} の抵抗値を調整することで検流計VGの振れがゼロになり、ブリッジが平衡すれば、各抵抗部における電圧低下は以下に示す式となる[7]。 R 3 I 1 = R 1 I 2 {\displaystyle R_{3}I_{1}=R_{1}I_{2}} R x I 1 = R 2 I 2 {\displaystyle R_{x}I_{1}=R_{2}I_{2}}

上二式の I 1 {\displaystyle I_{1}} 、 I 2 {\displaystyle I_{2}} についての連立方程式を解けば R 2 R 1 = R x R 3 {\displaystyle {\frac {R_{2}}{R_{1}}}={\frac {R_{x}}{R_{3}}}} R x = R 3 R 1 R 2 {\displaystyle R_{x}={\frac {R_{3}}{R_{1}}}R_{2}}

この測定回路では、電圧がちょうどゼロになることを精度よく測定できるので、 R 1 {\displaystyle R_{1}} 、 R 2 {\displaystyle R_{2}} 、 R 3 {\displaystyle R_{3}} が精度よくわかっていれば、 R x {\displaystyle R_{x}} も測定器の内部抵抗を受けることなく、精度よく求めることができる(零位法)。逆に R x {\displaystyle R_{x}} の微小な変化も、電圧の平衡が失われることによって検出することができる。
誤差の発生要因

ホイートストンブリッジによる未知抵抗の測定は零位法であるため、誤差が少ない精密測定に効果的であるが[2]、以下の5点による誤差要因を考えることができる。 R 1 {\displaystyle R_{1}} , R 2 {\displaystyle R_{2}} , R 3 {\displaystyle R_{3}} を既知の固定抵抗として、中間点の電位差、または電流値から R x {\displaystyle R_{x}} を求めることもできる[8]


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出典: フリー百科事典『ウィキペディア(Wikipedia)
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