Un potenciómetro es un instrumento para medir voltaje o '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 estándar en el laboratorio. [1]
En esta disposición, una fracción de un voltaje conocido procedente de un cable deslizante resistivo se compara con un voltaje desconocido por medio de un galvanómetro . Se ajusta el contacto deslizante o limpiador del potenciómetro y se conecta brevemente el galvanómetro entre el contacto deslizante y el voltaje desconocido. Se observa la deflexión del galvanómetro y se ajusta el grifo deslizante hasta que el galvanómetro ya no se desvíe de cero. En ese punto, el galvanómetro no extrae 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 el trabajo de normas 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 un potenciómetro es que el potencial que cae a través de un segmento de un cable de sección transversal uniforme que transporta 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 celda). 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 voltaje regulado ajustable E, de mayor magnitud que el potencial a medir, se conecta a través del cable para hacer pasar una corriente constante a través de él.
Entre el extremo del cable y cualquier punto a lo largo habrá un potencial proporcional a la longitud del cable hasta ese punto. Comparando 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.
En este circuito, los extremos de un cable de resistencia uniforme R 1 se conectan a un suministro de CC regulado V S para usarlo como divisor de voltaje. Primero se calibra el potenciómetro 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]
Luego 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 de la celda estándar.
Luego se conecta un voltaje 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 o desde 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 último paso es calcular el voltaje desconocido a partir de la fracción de la longitud del cable de resistencia que estaba conectado 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 indica 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 utilizar para medir voltajes 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 una fuente 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 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 lee en una escala preimpresa al lado del cable de resistencia. Luego se puede calcular el voltaje desconocido:
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.
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.
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 se conectan los cables del termopar, de modo que se puede aplicar compensación de unión fría para corregir la EMF aparente medida a la temperatura estándar de unión fría de 0 grados C.
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. La concentración del analito puede entonces calcularse a partir de la ecuación de Nernst . Existen muchas variedades de este principio básico para mediciones cuantitativas.
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 un metro y el contacto con el cable se realiza a través de un galvanómetro mediante un control deslizante. Cuando el galvanómetro indica cero, la relación entre las longitudes de cable a la izquierda y a la derecha del control deslizante es igual a la relación entre los valores de una resistencia conocida y una desconocida en un circuito paralelo. [5]
