Un potenciómetro es un instrumento para medir voltaje o 'diferencia de potencial' comparando un voltaje desconocido con un voltaje de referencia conocido . Si se utiliza un instrumento indicador sensible, se extrae muy poca corriente de la fuente del voltaje desconocido. Dado que el voltaje de referencia se puede producir a partir de un divisor de voltaje calibrado con precisión , un potenciómetro puede proporcionar alta precisión en la medición. El método fue descrito por Johann Christian Poggendorff alrededor de 1841 y se convirtió en una técnica de medición de laboratorio estándar. [1]
En esta disposición, una fracción de un voltaje conocido de un alambre deslizante resistivo se compara con un voltaje desconocido por medio de un galvanómetro . El contacto deslizante o limpiador del potenciómetro se ajusta y el galvanómetro se conecta brevemente entre el contacto deslizante y el voltaje desconocido. Se observa la desviación del galvanómetro y se ajusta el grifo deslizante hasta que el galvanómetro ya no se desvía de cero. En ese punto, el galvanómetro no consume corriente de la fuente desconocida y la magnitud del voltaje se puede calcular a partir de la posición del contacto deslizante.
Este método de medición de balance nulo sigue siendo importante en la metrología eléctrica y el trabajo de normalización y también se utiliza en otras áreas de la electrónica.
Los potenciómetros de medición se dividen en cuatro clases principales que se enumeran a continuación.
Principio de funcionamiento
El principio de un potenciómetro es que el potencial que cae a través de un segmento de un cable de sección transversal uniforme que lleva una corriente constante es directamente proporcional a su longitud. El potenciómetro es un dispositivo simple que se utiliza para medir los potenciales eléctricos (o comparar la fem de Una forma de potenciómetro es un cable uniforme de alta resistencia unido a un soporte aislante, marcado con una escala de medición lineal. En uso, una fuente E de voltaje regulado ajustable, de mayor magnitud que el potencial que se va a medir, se conecta a través del cable para que pase una corriente constante a través de él.
Entre el extremo del cable y cualquier punto a lo largo de él, habrá un potencial proporcional a la longitud del cable hasta ese punto. Al comparar el potencial en puntos a lo largo del cable con un potencial desconocido, se puede determinar la magnitud del potencial desconocido. El instrumento utilizado para la comparación debe ser sensible, pero no es necesario que esté particularmente bien calibrado o sea preciso siempre que su desviación desde la posición cero pueda detectarse fácilmente.
Potenciómetro de corriente constante
En este circuito, los extremos de un cable de resistencia uniforme R 1 están conectados a un suministro de CC regulado V S para su uso como divisor de voltaje. El potenciómetro se calibra primero colocando el limpiador (flecha) en el punto del cable R 1 que corresponde al voltaje de una celda estándar de modo que
Se utiliza una celda electroquímica estándar cuya fem se conoce (por ejemplo, 1,0183 voltios para una celda estándar de Weston ). [2] [3]
A continuación, se ajusta el voltaje de suministro V S hasta que el galvanómetro muestra cero, lo que indica que el voltaje en R 2 es igual al voltaje estándar de la celda.
A continuación, se conecta un voltaje de CC desconocido, en serie con el galvanómetro, al limpiador deslizante, a través de una sección de longitud variable R 3 del cable de resistencia. El limpiaparabrisas se mueve hasta que no fluye corriente dentro o fuera de la fuente de voltaje desconocido, como lo indica el galvanómetro en serie con el voltaje desconocido. El voltaje a través de la sección de cable R 3 seleccionada es entonces igual al voltaje desconocido. El paso final es calcular el voltaje desconocido a partir de la fracción de la longitud del cable de resistencia que estaba conectado al voltaje desconocido.
No es necesario calibrar el galvanómetro, ya que su única función es leer cero o no cero. Cuando se mide un voltaje desconocido y el galvanómetro lee cero, no se extrae corriente del voltaje desconocido y, por lo tanto, la lectura es independiente de la resistencia interna de la fuente, como si fuera un voltímetro de resistencia infinita .
Debido a que el cable de resistencia se puede hacer muy uniforme en sección transversal y resistividad, y la posición del limpiador se puede medir fácilmente, este método se puede usar para medir voltajes de CC desconocidos mayores o menores que un voltaje de calibración producido por una celda estándar. sin extraer corriente de la celda estándar.
Si el potenciómetro está conectado a un suministro de CC de voltaje constante como una batería de plomo-ácido , entonces se puede usar una segunda resistencia variable (no mostrada) para calibrar el potenciómetro variando la corriente a través del cable de resistencia R 1 .
Si la longitud del cable de resistencia R 1 es AB, donde A es el extremo (-) y B es el extremo (+), y el limpiaparabrisas móvil está en el punto X a una distancia AX de la parte R 3 del cable de resistencia cuando el galvanómetro da una lectura cero para un voltaje desconocido, la distancia AX se mide o se lee en una escala preimpresa junto al cable de resistencia. A continuación, se puede calcular el voltaje desconocido:
Potenciómetro de resistencia constante
El potenciómetro de resistencia constante es una variación de la idea básica en la que se alimenta una corriente variable a través de una resistencia fija. Se utilizan principalmente para mediciones en el rango de milivoltios y microvoltios.
Potenciómetro de microvoltios
Esta es una forma del potenciómetro de resistencia constante descrito anteriormente, pero diseñado para minimizar los efectos de la resistencia de contacto y la fem térmica. Este equipo se utiliza satisfactoriamente hasta lecturas de 1000 nV aproximadamente.
Potenciómetro de termopar
Otro desarrollo de los tipos estándar fue el 'potenciómetro de termopar' especialmente adaptado para la medición de temperatura con termopares . [4] Los potenciómetros para usar con termopares también miden la temperatura a la que se conectan los cables del termopar, de modo que la compensación de unión fría se puede aplicar para corregir la EMF aparente medida a la temperatura estándar de unión fría de 0 grados C.
Química analítica
Para realizar una determinación potenciométrica de un analito en una solución, se mide el potencial de la celda. Esta medición debe corregirse para los potenciales de referencia y de unión. También se puede utilizar en métodos de estandarización. A continuación, se puede calcular la concentración del analito a partir de la ecuación de Nernst . Existen muchas variedades de este principio básico para mediciones cuantitativas.
Puente medidor
Un puente medidor es un tipo simple de potenciómetro que puede usarse en laboratorios de ciencias escolares para demostrar el principio de medición de resistencia por medios potenciométricos. Se coloca un cable de resistencia a lo largo de una regla de metro y se hace contacto con el cable a través de un galvanómetro mediante un deslizador. Cuando el galvanómetro lee cero, la relación entre las longitudes de cable a la izquierda y a la derecha del deslizador es igual a la relación entre los valores de una resistencia conocida y una desconocida en un circuito en paralelo. [5]
Ver también
Referencias
- ^ Thomas B. Greenslade, Jr. "El potenciómetro" . Physics.kenyon.edu . Consultado el 1 de junio de 2013 .
- ^ Departamento de Física de Kenyon.edu .
- ^ scenta.co.uk Archivado el 11 de septiembre de 2012 en archive.today Scenta.
- ^ Departamento de Física de Kenyon.edu . Termodinámica: Potenciómetro de termopar.
- ^ "Experimento del puente del medidor de Ian Hickson" . Academia.hixie.ch . Consultado el 1 de junio de 2013 .