Wheatstone Bridge Circuit Theory and Principle ウィートストンブリッジ回路理論と原理

Wheatstone橋

電気抵抗を正確に測定するためにはWheatstone橋が広く使用されています。この回路は、2つの既知の抵抗器、1つの可変抵抗器、そして1つの未知の抵抗器がブリッジ形式で接続されています。可変抵抗器を調整してガルバノメーターを通る電流をゼロにします。ガルバノメーターを通る電流がゼロになると、2つの既知の抵抗器の比は、可変抵抗器の調整値と未知の抵抗器の値の比と厳密に一致します。このようにして、Wheatstone橋を使用することで未知の電気抵抗の値を簡単に測定することができます。

Wheatstone橋理論

下図に示すWheatstone橋回路の一般的な配置は以下の通りです。これは4つのアームを持つブリッジ回路で、アームAB、BC、CD、ADにはそれぞれ電気抵抗P、Q、S、Rが含まれています。

これらの抵抗PとQは既知の固定電気抵抗であり、これら2つのアームは比率アームと呼ばれます。精密で感度の高いガルバノメーターはスイッチS2を介して端子BとD間に接続されています。
このWheatstone橋の電圧源は、スイッチS1を介して端子AとCに接続されています。可変抵抗器Sは点CとDの間に接続されています。可変抵抗器の値を調整することで点Dの電位を変えることができます。仮に、経路ABCとADCをそれぞれ通過する電流I1とI2があるとします。

アームCDの電気抵抗値を変えると、電流I2も変化します。AとC間の電圧は一定なので、可変抵抗器の値を調整し続けると、ある時点で抵抗器Sの電圧降下I2. Sが抵抗器Qの電圧降下I1. Qと厳密に等しくなります。つまり、点Bと点Dの電位が等しくなり、両者の間の電位差はゼロになります。そのため、ガルバノメーターを通る電流は無くなります。スイッチS2が閉じられたときにガルバノメーターの偏角はゼロとなります。

ここで、Wheatstone橋回路から

そして

点Bの点Cに対する電位は、抵抗器Qの電圧降下と同じであり、これは

また、点Dの点Cに対する電位は、抵抗器Sの電圧降下と同じであり、これは


式(i)と(ii)を等しいとすると、

上記の式では、SとP/Qの値が既知であるため、Rの値を容易に決定できます。
Wheatstone橋の電気抵抗PとQは、1:1、10:1または100:1などの一定の比率で作られており、これを比率アームと呼びます。Sの可変抵抗アームは、1〜1,000 Ωまたは1〜10,000 Ωまで連続的に可変です。
上記の説明は最も基本的なWheatstone橋理論です。

Wheatstone橋理論のビデオプレゼンテーション

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