Potenziometro (strumento di misura) - Potentiometer (measuring instrument)
Un potenziometro è uno strumento per misurare la tensione o "differenza di potenziale" confrontando una tensione sconosciuta con una tensione di riferimento nota . Se viene utilizzato uno strumento indicatore sensibile, viene prelevata pochissima corrente dalla sorgente della tensione sconosciuta. Poiché la tensione di riferimento può essere prodotta da un partitore di tensione accuratamente calibrato , un potenziometro può fornire un'elevata precisione nella misurazione. Il metodo fu descritto da Johann Christian Poggendorff intorno al 1841 e divenne una tecnica di misurazione standard di laboratorio.
In questa disposizione, una frazione di una tensione nota da un filo di scorrimento resistivo viene confrontata con una tensione sconosciuta mediante un galvanometro . Il contatto strisciante o raschiatore del potenziometro viene regolato e il galvanometro viene collegato brevemente tra il contatto strisciante e la tensione sconosciuta. Si osserva la deflessione del galvanometro e si regola il rubinetto scorrevole finché il galvanometro non si sposta più da zero. A quel punto il galvanometro non assorbe corrente dalla sorgente sconosciuta e l'entità della tensione può essere calcolata dalla posizione del contatto strisciante.
Questo metodo di misurazione dell'equilibrio nullo è ancora importante nella metrologia elettrica e negli standard e viene utilizzato anche in altre aree dell'elettronica.
I potenziometri di misura sono suddivisi in quattro classi principali elencate di seguito.
Principio di funzionamento
Il principio di un potenziometro è che il potenziale caduto su un segmento di un filo di sezione uniforme che trasporta una corrente costante è direttamente proporzionale alla sua lunghezza. Il potenziometro è un semplice dispositivo utilizzato per misurare i potenziali elettrici (o confrontare la fem di una cella). Una forma di potenziometro è un filo uniforme ad alta resistenza fissato a un supporto isolante, contrassegnato da una scala di misurazione lineare. In uso, una sorgente di tensione regolata regolabile E, di grandezza maggiore del potenziale da misurare, è collegata attraverso il filo in modo da far passare una corrente costante attraverso di esso.
Tra l'estremità del filo e qualsiasi punto lungo di esso ci sarà un potenziale proporzionale alla lunghezza del filo fino a quel punto. Confrontando il potenziale nei punti lungo il filo con un potenziale sconosciuto, è possibile determinare l'entità del potenziale sconosciuto. Lo strumento utilizzato per il confronto deve essere sensibile, ma non deve essere particolarmente ben calibrato o accurato, purché la sua deviazione dalla posizione zero possa essere facilmente rilevata.
Potenziometro a corrente costante
R 1 è la resistenza dell'intero filo di resistenza. La punta della freccia rappresenta il tergicristallo in movimento .
In questo circuito, le estremità di un filo di resistenza uniforme R 1 sono collegate a un'alimentazione CC regolata V S per l'uso come partitore di tensione. Il potenziometro viene prima calibrato posizionando il tergicristallo (freccia) nel punto sul filo R 1 che corrisponde alla tensione di una cella standard in modo che
Viene utilizzata una cella elettrochimica standard la cui fem è nota (ad es. 1,0183 volt per una cella standard Weston ).
La tensione di alimentazione V S viene quindi regolata fino a quando il galvanometro non mostra lo zero, indicando che la tensione su R 2 è uguale alla tensione standard della cella.
Una tensione continua sconosciuta, in serie con il galvanometro, viene quindi collegata al tergicristallo scorrevole, attraverso una sezione R 3 di lunghezza variabile del filo della resistenza. Il tergicristallo viene mosso fino a quando nessuna corrente entra o esce dalla sorgente di tensione sconosciuta, come indicato dal galvanometro in serie con la tensione sconosciuta. La tensione ai capi della sezione di filo R 3 selezionata è quindi uguale alla tensione sconosciuta. Il passaggio finale consiste nel calcolare la tensione sconosciuta dalla frazione della lunghezza del filo di resistenza che è stata collegata alla tensione sconosciuta.
Il galvanometro non ha bisogno di essere calibrato, poiché la sua unica funzione è leggere zero o non zero. Quando si misura una tensione sconosciuta e il galvanometro legge zero, nessuna corrente viene prelevata dalla tensione sconosciuta e quindi la lettura è indipendente dalla resistenza interna della sorgente, come da un voltmetro di resistenza infinita .
Poiché il filo di resistenza può essere reso molto uniforme in sezione trasversale e resistività e la posizione del tergicristallo può essere misurata facilmente, questo metodo può essere utilizzato per misurare tensioni CC sconosciute maggiori o minori di una tensione di calibrazione prodotta da una cella standard senza prelevare corrente dalla cella standard.
Se il potenziometro è collegato ad una tensione costante di alimentazione DC come una batteria al piombo-acido , poi un secondo resistore variabile (non mostrato) può essere utilizzato per tarare il potenziometro variando la corrente attraverso R 1 legare di resistenza.
Se la lunghezza del filo di resistenza R 1 è AB, dove A è l'estremità (-) e B è l'estremità (+), e il tergicristallo mobile si trova nel punto X a una distanza AX sulla porzione R 3 del filo di resistenza quando il galvanometro dà una lettura zero per una tensione sconosciuta, la distanza AX viene misurata o letta da una scala prestampata accanto al filo della resistenza. La tensione sconosciuta può quindi essere calcolata:
Potenziometro a resistenza costante
Il potenziometro a resistenza costante è una variazione dell'idea di base in cui una corrente variabile viene alimentata attraverso un resistore fisso. Questi vengono utilizzati principalmente per misurazioni nell'intervallo millivolt e microvolt.
Potenziometro microvolt
Questa è una forma del potenziometro a resistenza costante descritto sopra, ma progettato per ridurre al minimo gli effetti della resistenza di contatto e della fem termica. Questa apparecchiatura viene utilizzata in modo soddisfacente fino a letture di 1000 nV circa.
Potenziometro a termocoppia
Un altro sviluppo dei tipi standard è stato il "potenziometro a termocoppia" particolarmente adatto per la misurazione della temperatura con termocoppie . I potenziometri per l'uso con le termocoppie misurano anche la temperatura alla quale sono collegati i fili della termocoppia, in modo che la compensazione della giunzione fredda possa essere applicata per correggere l'EMF apparente misurata alla temperatura della giunzione fredda standard di 0 gradi C.
Chimica analitica
Per effettuare una determinazione potenziometrica di un analita in una soluzione, viene misurato il potenziale della cellula. Questa misura deve essere corretta per i potenziali di riferimento e di giunzione. Può essere utilizzato anche nei metodi di standardizzazione. La concentrazione dell'analita può quindi essere calcolata dall'equazione di Nernst . Esistono molte varietà di questo principio di base per le misurazioni quantitative.
ponte metro
Un meter bridge è un semplice tipo di potenziometro che può essere utilizzato nei laboratori di scienze delle scuole per dimostrare il principio della misurazione della resistenza con mezzi potenziometrici. Un filo di resistenza viene posato lungo la lunghezza di un metro e il contatto con il filo viene effettuato attraverso un galvanometro da un cursore. Quando il galvanometro legge zero, il rapporto tra le lunghezze del filo a sinistra ea destra del cursore è uguale al rapporto tra i valori di un resistore noto e sconosciuto in un circuito parallelo.
Guarda anche
Riferimenti
- ^ Thomas B. Greenslade, Jr. "Il potenziometro" . Fisica.kenyon.edu . Estratto 01/06/2013 .
- ^ Kenyon.edu Dipartimento di Fisica.
- ^ scenta.co.uk Archiviato l'11 settembre 2012 su archive.today Scenta.
- ^ Kenyon.edu Dipartimento di Fisica. Termodinamica: Potenziometro a termocoppia.
- ^ "Esperimento Meter Bridge di Ian Hickson" . Academia.hixie.ch . Estratto 01/06/2013 .