ケルビンブリッジ回路 | ケルビンダブルブリッジ

私たちはケルビンブリッジを紹介する前に、このブリッジが必要な理由を理解することが非常に重要です。すでにウェストンブリッジがあり、これは電気抵抗を正確に測定することができます（通常は約0.1％の精度）。

ケルビンブリッジの必要性を理解するためには、まず以下の3つの重要な方法で電気抵抗を分類する必要があります：

1. 高抵抗: 0.1メガオーム以上の抵抗。

2. 中抵抗: 1オームから0.1メガオームまでの抵抗。

3. 低抵抗: 1オーム未満の抵抗。

この分類を行う理由は、電気抵抗を測定する際に異なるカテゴリーごとに異なる装置を使用する必要があるためです。つまり、高抵抗を測定するのに使用される装置が高精度である場合でも、低抵抗を測定する際には必ずしも高い精度が出ない可能性があります。

したがって、特定の電気抵抗値を測定するためにどの装置を使用すべきかを判断する必要があります。しかし、アメータ・ボルトメータ法や置換法などの他の方法もありますが、これらはブリッジ法と比較して大きな誤差を生じるため、多くの産業では避ける傾向があります。

ここで再び上記の分類を思い出すと、上から下に進むにつれて抵抗値が減少するため、低抵抗値を測定するためにはより正確かつ精密な装置が必要となります。

ウェストンブリッジの主要な欠点の一つは、数オームから数メガオームまでの抵抗を測定できるものの、低抵抗を測定する際には大きな誤差を生じることです。

したがって、ウェストンブリッジ自体に修正が必要であり、その修正されたブリッジがケルビンブリッジです。これは低抵抗値の測定に適しており、産業界での幅広い応用があります。

ケルビンブリッジを学ぶ上で役立ついくつかの用語について説明します。

ブリッジ:
ブリッジは通常、4つの腕、バランス検出器、および電源で構成されています。ブリッジは無効点技術に基づいて動作します。実際の応用において非常に有用であり、メーターが正確なスケールを持つ必要はありません。電圧と電流を測定する必要はありません。唯一必要なのは、電流または電圧の存在または不存在を確認することです。ただし、無効点時にメーターが比較的小さな電流を検出できることが重要です。ブリッジは並列接続された電圧分割器であり、2つの分割器の差が私たちの出力となります。これは、電気抵抗、キャパシタンス、インダクタ、その他の回路パラメータを測定するのに非常に有用です。ブリッジの精度はブリッジコンポーネントに直接関連しています。

無効点:
無効点は、アメータまたはボルトメータの読み取りがゼロとなる点として定義できます。

ケルビンブリッジ回路

ケルビンブリッジは改良されたウェストンブリッジであり、特に低抵抗の測定において高い精度を提供します。ここで疑問が湧くでしょう、なぜこのような改良が必要なのか。答えは簡単で、リードと接触部の部分です。これらの部分により、ネットワーク全体の抵抗値が増加します。

以下に示すように、改良されたウェストンブリッジまたはケルビンブリッジ回路を考えます：

ここで、tはリードの抵抗です。
Cは未知の抵抗です。
Dは標準抵抗（その値は既知です）。
jとkの2点をマークします。もしガルバノメータがj点に接続されると、抵抗tがDに追加され、Cの値が小さくなります。次に、ガルバノメータをk点に接続すると、未知の抵抗Cの値が大きくなります。
ガルバノメータをjとkの中間にあるd点に接続すると、tがt1とt2の比に分割されます。上記の図から、

t1の存在によって誤差は発生せず、

従って、t（リードの抵抗）の影響はありません。実際にはこのような状況は不可能ですが、上記の簡単な修正により、ガルバノメータをjとkの間に接続することで無効点を得ることができます。

ケルビンダブルブリッジ

なぜ二重ブリッジと呼ばれるのか？それは以下の図のように、第2の比率腕を組み込んでいるからです：

ここでは、比率腕pとqを使用して、ガルバノメータをjとkの間の正しい位置に接続し、リード抵抗tの影響を取り除きます。平衡状態ではaとb間の電圧降下（つまりE）はaとc間の電圧降下Fと等しくなります。

ガルバノメータの偏角がゼロの場合、E = F

再び同じ結果に達します - tには影響がありません。ただし、式(2)は以下の条件で誤差を示します：

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