ウィートストンブリッジ回路の原理と構成についてやさしく解説。精密な抵抗測定やセンサー校正に不可欠な電気回路の基礎知識を学びます。
ウィートストンブリッジ回路の基礎
ウィートストンブリッジ回路とは、未知の電気抵抗を測定するために用いられる電気回路の一種です。この回路はイギリスの科学者サミュエル・ハンター・クリスティによって考案され、その後、チャールズ・ウィートストンによって改良され普及しました。回路の基本構成は、四つの抵抗器、電源、そして検流計から成り立っています。
ウィートストンブリッジ回路の構成
この回路は、基本的に二つの並列回路に分かれており、それぞれの回路内に二つの抵抗器が直列に接続されています。これらの四つの抵抗器をR1、R2、R3、Rx(未知抵抗)と呼びます。検流計はこの二つの並列回路の中間点間に接続されており、電源は二つの並列回路の端点に接続されます。
ウィートストンブリッジの原理
ウィートストンブリッジ回路の原理は、検流計を通る電流がゼロになるように、抵抗器を調整することにあります。この状態を「バランス」と呼びます。回路がバランスした状態では以下の関係が成り立ちます：
\[ \frac{R_1}{R_2} = \frac{R_3}{R_x} \]
ここでRxは未知の抵抗値を示します。この式を使用して、既知の三つの抵抗値を使い、未知の抵抗値Rxを求めることができます。
ウィートストンブリッジ回路の使用例
ウィートストンブリッジ回路は、精密な抵抗値測定に使用されます。例えば、温度センサーや圧力センサーなど、抵抗変化を利用したセンサーの校正に用いられることがあります。また、実験室などの学術研究で電気特性を測定する際にも重宝されます。
ウィートストンブリッジ回路の実際
実際の使用では、最初にR1とR2の比を既知の値に設定します。その後、R3を変化させ、検流計の指示がゼロを示すまで調整を行います。検流計がゼロを指している状態がバランス状態で、この時に式に基づいてRxを計算することができます。
まとめ
ウィートストンブリッジ回路は、基本的な概念ではありますが、電気抵抗の精密測定を行う上で非常に重要な道具です。基本的な物理法則を理解し実用的な工学の問題に適用することで、さまざまな科学技術分野でのイノベーションに繋がる可能性を秘めています。
