Un potenciómetro es un instrumento para medir el voltaje o la "diferencia de potencial" mediante la comparación de 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 una 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 este dispositivo, 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 rascador 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 la toma deslizante hasta que el galvanómetro ya no se desvía de cero. En ese punto, el galvanómetro no absorbe 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 equilibrio nulo sigue siendo importante en la metrología eléctrica y en 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.
El principio de funcionamiento de un potenciómetro es que el potencial que cae sobre un segmento de un cable de sección transversal uniforme por el que circula una corriente constante es directamente proporcional a su longitud. El potenciómetro es un dispositivo sencillo que se utiliza para medir los potenciales eléctricos (o comparar la fem de una célula). 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 de tensión regulada ajustable E, de mayor magnitud que el potencial que se va a medir, se conecta a través del cable de modo 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 necesita estar particularmente bien calibrado o ser preciso, siempre que su desviación desde la posición cero se pueda detectar fácilmente.
En este circuito, los extremos de un cable de resistencia uniforme R 1 se conectan a una fuente de alimentación de CC regulada V S para su uso como divisor de tensión. El potenciómetro se calibra primero colocando el cursor (flecha) en el punto del cable R 1 que corresponde a la tensión de una celda estándar de modo que
Se utiliza una celda electroquímica estándar cuya fem es conocida (por ejemplo, 1,0183 voltios para una celda estándar de Weston ). [2] [3]
Luego se ajusta el voltaje de suministro VS hasta que el galvanómetro muestre cero, lo que indica que el voltaje en R2 es igual al voltaje de la celda estándar.
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 limpiador se mueve hasta que no fluye corriente hacia dentro o hacia 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 R 3 seleccionada del cable 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 se conectó al voltaje desconocido.
El galvanómetro no necesita ser calibrado, 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 se tratara de 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 utilizar para medir voltajes de CC desconocidos mayores o menores que un voltaje de calibración producido por una celda estándar sin extraer ninguna corriente de la celda estándar.
Si el potenciómetro está conectado a una fuente de alimentación de CC de voltaje constante, como una batería de plomo-ácido , se puede usar una segunda resistencia variable (no se muestra) 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 limpiador móvil está en el punto X a una distancia AX en la porción R 3 del cable de resistencia cuando el galvanómetro da una lectura de cero para un voltaje desconocido, la distancia AX se mide o se lee en una escala preimpresa junto al cable de resistencia. El voltaje desconocido se puede calcular entonces:
El potenciómetro de resistencia constante es una variación de la idea básica en la que se aplica una corriente variable a través de una resistencia fija. Se utilizan principalmente para mediciones en el rango de milivoltios y microvoltios.
Se trata de una variante del potenciómetro de resistencia constante descrito anteriormente, pero diseñado para minimizar los efectos de la resistencia de contacto y la fuerza electromotriz térmica. Este equipo se utiliza satisfactoriamente hasta lecturas de aproximadamente 1000 nV.
Otro desarrollo de los tipos estándar fue el 'potenciómetro de termopar' especialmente adaptado para la medición de temperatura con termopares . [4] Los potenciómetros para uso con termopares también miden la temperatura a la que están conectados los cables del termopar, de modo que se puede aplicar una compensación de unión fría para corregir la FME aparente medida a la temperatura de unión fría estándar de 0 grados C.
Para determinar potenciométricamente 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. La concentración del analito se puede calcular a partir de la ecuación de Nernst . Existen muchas variantes de este principio básico para mediciones cuantitativas.
Un puente métrico es un tipo simple de potenciómetro que se puede utilizar en los 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 métrica y se hace contacto con el cable a través de un galvanómetro mediante un deslizador. Cuando el galvanómetro marca 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 paralelo. [5]
