何気なく新聞を見ていたら、ブリッジ回路が掲載されていました。

2021年大学入学共通テストの、物理の問題です。

面白そうなので、その部分だけ解いてみました。



内容は、ホイーストンブリッジ回路を使い、過渡期の電流値、定常状態の電流値、コンデンサの性質、コンデンサの電荷、フレミングの右手の法則、フレミングの左手の法則などでした。

過渡現象について知らなくても出来るよう配慮し、問題が作られているのが良いですね。

問題を解いていくと、最後はホイーストンブリッジ回路に発展させるなど、なかなか凝った問題でした。

試験問題を作った人の、愛を感じます。

今回出題されたホイーストンブリッジ回路は、体重計、はかり、試験機などの計測器に利用されています。

これら計測器は、一般の人は、あまりお目にかかる事はなく、どちらかと言うと、学校や企業の実験室で見かけますね。

体重計、はかり、試験機で重さを量る際、ロードセルと呼ばれる部品が、重要な役割をしています。

ロードセルは、重さを感知すると、重さに応じて電圧を出力してくれるセンサーです。


↑ロードセル

ひずみゲージは、重さを感知すると抵抗値が変わる部品です。

このひずみゲージ１本と、抵抗３本で、ホイーストンブリッジ回路を作り、ロードセルの表面に貼ります。

ロードセルに重さが加われば、ひずみゲージが変形し抵抗値が変わります。

抵抗値が変わると、ホイーストンブリッジ回路の電圧が変わります。

これで重さを、電気信号に変える事が出来ます。

Ａｍａｚｏｎ：ひずみゲージ KKHMF 10個 BF350 高精度 抵抗ひずみゲージ ひずみゲージ プレッシャー/重量センサー　\794

【仕様】
抵抗：349.8の+/-0.1オーム
温度補償係数以来：9、11、16、23、27
敏感なファクター：2.0-2.20
精度：0.02;限界を張り：2.0%
サイズ: 7.1 X 4.5mm/0.28 X 0.18 インチ (L*W)



↑一般的なカーボン抵抗と大きさを比べたひずみゲージ（右下茶色）

ホイーストンブリッジ回路から出力される電圧は小さいので、普通はアンプに入れ増幅させます。

写真のロードセルは、Amazonで購入したロードセルで、アンプが付属しています。

５ｋｇまで測定できます。

Ａｍａｚｏｎ：デジタルロードセル 電子スケール ロードセル計量センサ 重量センサ5KG + HX711 24BIT精密ADモジュール A r d u i n o と互換、ナイロンガイドポストとネジ付き、教育DIY 　\1498

【仕様】
ブラケット直径：10cm（トレイ直径）
動作電圧：3.3Vから5V（推奨5V）
最大措置力：5kg
外観高さ：3.5cm（柱を含む）
ADモジュール：HX711（24ビット高精度A / Dコンバータチップhx711）
較正後の精度：1g以内
動作電流：1.5mA未満
電源を切る：1μA未満
動作温度範囲：-20度から+85度
データ出力レート：10SPSまたは80SPS
出力信号：デジタル信号
信号出力バス：通常I 0（I 2 Cと同じ通信）
接続：赤からE +　黒からE-　緑からA +　白からA-

大学入学共通テストを受験されている高校生は、ホイーストンブリッジ回路は知っていると思います。

ても、ロードセルは知らないと思いますので、ぜひ触ってみる事をお勧めします。

学んだ事が、実社会で利用されている事に、感動すると思います。


私も大学で、始めて「ロードセルの中身は、ホイーストンブリッジだったんだ！」と思ったものです。

その時から、知識は道具として使う！が持論になりました。

これから受験シーズン本番ですね。

受験生、頑張れ〜


（2021年1月20日（水）作成）