
ホイートストンブリッジは、未知の電気抵抗を測定するために使用される電気回路で、ブリッジ回路の2つの脚のバランスを取り、そのうちの1つの脚に未知の部品が含まれます。この回路の主な利点は、非常に正確な測定が可能であることです(単純な分圧器などとは対照的です)。[ 1 ]その動作は、元のポテンショメータに似ています。
ホイートストン橋は、1833年にサミュエル・ハンター・クリスティ(綴りは「Christy」と表記されることもある)によって発明され、 1843年にチャールズ・ホイートストン卿によって改良され普及した。 [ 2 ] ホイートストン橋の初期の用途の1つは、土壌分析と比較であった。[ 3 ]
図において、R xは測定対象となる固定抵抗値(ただし未知)です。R 1とR 3は既知の抵抗値を持つ抵抗器であり、R 2の抵抗値は調整可能です。ブリッジが「平衡」し、 検流計V gに電流が流れなくなるまで、抵抗R 2を調整します。この時点で、 2 つの中点 (B と D) 間の電位差はゼロになります。したがって、既知の脚の 2 つの抵抗値の比( R 2 / R 1 )は、未知の脚の 2 つの抵抗値の比( R x / R 3 )と等しくなります。ブリッジが平衡していない場合、電流の方向によって、R 2 の抵抗値が高すぎるか低すぎるかがわかります。
バランスの点で、
検流計を用いてゼロ電流を検出することは、極めて高い精度で行うことができます。したがって、R1、R2、R3の値が高精度で分かっていれば、Rxも高精度で測定できます。Rxのわずかな変化でもバランスが崩れ、容易に検出されます。
あるいは、R 1、R 2、R 3の値が既知であっても、R 2が調整できない場合は、キルヒホッフの法則を用いて、メーターの両端の電圧差または電流値からR xの値を計算することができます。この構成は、抵抗を調整して電圧をゼロにするよりもメーターから電圧値を読み取る方が通常は速いため、ひずみゲージや抵抗温度計の測定でよく使用されます。

平衡点では、2つの中間点(BとD)間の電圧と電流はどちらもゼロです。したがって、 I 1 = I 2、I 3 = I x、V D = V Bとなります。
V D = V Bなので、V DC = V BCおよびV AD = V ABとなります。
最後の 2 つの式をメンバーで割り、上記の電流等式を使用すると、
ADCとABCは2つの分圧器を形成し、VGは出力電圧の差に等しい。したがって
まず、キルヒホッフの電流法則を用いて、接合点Bと接合点Dの電流を求めます。
次に、キルヒホッフの電圧法則を用いて、ループABDAとBCDBの電圧を求めます。
橋が平衡状態にあるとき、IG = 0 となるため、 2番目の式は次のように書き換えることができます 。
次に、式(1)を式(2)で割り、得られた式を整理すると、次のようになる。
キルヒホッフの電流法則より、 I 3 = I xおよびI 1 = I 2が比例関係にあるため、上記の式からI 3 I 2 / I 1 I xが打ち消し合います。したがって、求めるR xの値は次のようになります。
一方、検流計の抵抗が十分に高く、IGが無視できる場合は、他の3つの抵抗値と電源電圧(VS )からRxを計算するか、4つの抵抗値すべてから電源電圧を計算することが可能です。そのためには、各分圧器からの電圧を計算し、一方から他方を差し引く必要があります。その式は次のとおりです。 ここで、VGはノードBに対するノードDの電圧である。
ホイートストンブリッジは、極めて高精度な差分測定の概念を示すものです。ホイートストンブリッジの変形を用いることで、静電容量、インダクタンス、インピーダンス、および爆発計を用いた試料中の可燃性ガスの量などの様々な量を測定できます。ケルビンブリッジは、非常に低い抵抗を測定するためにホイートストンブリッジを特別に改良したものです。多くの場合、未知の抵抗を測定することの意義は、何らかの物理現象(力、温度、圧力など)の影響を測定することに関連しており、それによってホイートストンブリッジを用いてこれらの要素を間接的に測定することが可能になります。
この概念は1865年にジェームズ・クラーク・マクスウェルによって交流測定に拡張され[ 4 ]、さらに改良された。アラン・ブルムラインによるブルムライン橋。英国特許番号323,037、1928年。

ホイートストンブリッジは基本的なブリッジですが、基本的なホイートストンブリッジが適さない場合、さまざまな種類の抵抗を測定するために、他の改良を加えることができます。改良の例としては、以下のようなものがあります。
{{cite journal}}: CS1 maint: DOI は 2025 年 7 月現在非アクティブです (リンク)では、クリスティとホイートストンの貢献、そしてなぜ橋がホイートストンの名前を冠しているのかについて論じています。