ホイートストーン測定ブリッジとその使用法

最も人気のあるものの1つ ブリッジ回路現在でも測定器や電気実験室で使用されているホイートストーン測定ブリッジは、1843 年にはすでに抵抗を測定するためのこの方式を提案した英国の発明家チャールズ ホイートストンにちなんで名付けられました。

ホイートストン測定ブリッジは、ここでは同様の補償測定方法が使用されているため、本質的には製薬用ビームバランスの電気的類似物です。

測定ブリッジの動作原理は、並列に接続された 2 つの抵抗ブランチの中間端子の電位を等化することに基づいており、各ブランチには 2 つの抵抗があります。ブランチの 1 つの一部には、値を知りたい抵抗器が含まれており、もう 1 つのブランチには、抵抗値を調整できる抵抗器 (レオスタットまたはポテンショメータ) が含まれています。

調整可能な抵抗器の抵抗値を滑らかに変化させることにより、前述の 2 つの分岐の中点間の対角線に含まれる検流計のスケールでゼロの読み取り値が得られます。検流計がゼロを読み取る条件では、中間点の電位は等しいため、目的の抵抗を簡単に計算できます。

抵抗と検流計に加えて、回路にはブリッジ用の電源が必要であることは明らかです。図では、ガルバニ セル E として示されています。電流は、2 つの分岐に分かれながら、プラスからマイナスに流れます。抵抗に反比例します。

ブリッジのアームの上部と下部の抵抗がペアで同じである場合、つまりアームがまったく同じである場合、接続点間の電位差が存在するため、電流が対角線上に現れる理由はありません。検流計の値はゼロです。この場合、ブリッジはバランスが取れている、またはバランスが取れていると言われます。

上の抵抗器が同じで、下の抵抗器が異なる場合、電流は抵抗値の高いアームから抵抗値の低いアームへ斜めに流れ、検流計の針は適切な方向に偏向します。

したがって、検流計が接続されている点の電位が等しい場合、アームの上部と下部の抵抗値の比は互いに等しくなります。したがって、これらの関係を等式化すると、未知数が 1 つある方程式が得られます。抵抗 R1、R2、R3 は最初に高精度で測定する必要があり、そうすれば抵抗 Rx (R4) を見つける精度も高くなります。

ホイートストン ブリッジ回路は、ブリッジ分岐の 1 つがオンになったときの温度を測定するためによく使用されます。 測温抵抗体 未知の抵抗として。いずれの場合も、分岐内の抵抗の差が大きければ大きいほど、対角線を流れる電流も大きくなり、抵抗が変化すると対角線電流も変化します。

ホイートストン ブリッジのこの特性は、制御および測定の問題を解決し、制御および自動化スキームを開発する人々によって非常に高く評価されています。ブランチの 1 つにおける抵抗のわずかな変化により、ブリッジを流れる電流が変化し、この変化が記録されます。特定の回路や研究の目的に応じて、検流計の代わりに電流計または電圧計が橋の対角線に含まれる場合があります。

一般に、ホイートストン ブリッジを使用すると、弾性変形、照度、湿度、熱容量など、さまざまな量を測定できます。測定される抵抗器の代わりに対応するセンサーを回路に組み込むだけで十分です。その敏感な要素は、たとえ電気的でなくても、測定値の変化と一致して抵抗を変化させることができます。通常、このような場合はホイートストンブリッジが接続されます ADC経由、信号のさらなる処理、ディスプレイへの情報の表示、受信したデータに基づくアクションなど、これらすべては依然としてテクノロジーの問題です。