POTENZIOMETRO

POTENZIOMETRO

Si dà questo nome (ted. Kompensationsapparat) a un dispositivo per misura di forze elettromotrici (e indirettamente quindi anche d'intensità di corrente) eseguita per confronto con una pila campione e per "riduzione a zero".

Il potenziometro più antico e più semplice (fig.1) consisteva in una resistenza tarata e di valore elevato (per es. 100 mila ohm), che si poneva in derivazione fra i due punti P e Q (per es. gli elettrodi di una pila voltaica) dei quali si voleva misurare la differenza di potenziale. Fra due punti A e B variabili scelti sul percorso di questa resistenza veniva derivato un circuito comprendente una pila campione (cioè una sorgente di forza elettromotrice esattamente conosciuta) e un galvanometro: i contatti A e B venivano fatti scorrere sulla resistenza PQ fino a che il galvanometro segnasse zero; in questa condizione la differenza di potenziale fra A e B è uguale alla forza elettromotrice conosciuta E₀ della pila campione, e la corrente lungo AB è necessariamente la stessa che percorre il resto della resistenza tarata. Detto allora R il valore totale della resistenza PQ, detto r quello del tratto AB, la differenza di potenziale tra P e Q risulta data da

Questa combinazione ha l'inconveniente di prelevare corrente dagli elettrodi PQ dei quali si vuol misurare la differenza di potenziale; col dare un valore elevato alla resistenza R, si ottiene bensì che questa corrente sia piccolissima; ma nonostante questo, ne risulta una perturbazione del potenziale da misurare, perturbazione in certi casi inammissibile.

Nei potenziometri ora generalmente usati (fig. 2), si applica un altro principio, che schematicamente si può ridurre a questo: gli estremi PQ della resistenza grande sono in comunicazione coi poli di una batteria che dà una corrente costante, ma non necessariamente conosciuta. Nel circuito derivato AB s'inserisce prima la pila campione, e poi in luogo di essa la forza elettromotrice da misurare, spostando i punti A, B in modo che in entrambi i casi il galvanometro si mantenga a zero; allora, se r₀ r₁ sono i valori rispettivamente assunti dalla resistenza AB, si ha

Lo strumento deve avere in sé stesso quanto occorre per variare con continuità la resistenza compresa fra A e B, e per leggerne il valore. La resistenza totale PQ non occorre che sia conosciuta, ma è bene che sia facilmente modificabile per gli aggiustamenti che occorrono durante l'operazione. Devono esservi inoltre i dispositivi per permutare agevolmente la forza elettromotrice campione con quella da misurare. La sorgente di corrente deve rimanere costante durante l'esperimento.

Con questo procedimento, la forza elettromotrice incognita viene misurata nell'atto che non fornisce corrente; nemmeno dalla pila campione viene prelevata corrente, il galvanometro viene usato anche qui solo come rivelatore dell'assenza di corrente, cioè per riduzione a zero. La determinazione di una forza elettromotrice viene così ridotta alla lettura di due resistenze e all'esatta conoscenza del valore della forza elettromotrice della pila campione; elementi tutti, i quali possono venir conosciuti con sicurezza e precisione assai maggiore di quella ottenibile con qualunque metodo che impieghi strumenti a deviazione.

In pratica i potenziometri per uso tecnico, raggiungono un'esattezza di 1:2000, e quelli di precisione arrivano a 1:5000, perché entro questi limiti di esattezza si possono avere tarate le resistenze di misura e le pile campione. Per misure di carattere eccezionale, nei grandi laboratorî di taratura, non è escluso che possano raggiungersi limiti di precisione anche più stretti.

Poiché il potenziometro vale a misurare differenze di potenziale senza prelevare corrente, serve anche per misurare intensità di corrente, perché una corrente viene a essere determinata quando si misura la differenza di potenziale fra gli estremi di una resistenza tarata che si trovi nel suo percorso.

Il potenziometro viene ad essere dunque lo strumento sicuro e lo strumento di precisione per eccellenza a cui si ricorre, per le tarature di forza elettromotrice e di corrente, ed è l'unico dispositivo appropriato a quei casi molteplici in cui la misura di una forza elettromotrice deve farsi senza prelevare corrente.

I potenziometri del commercio sono costruiti come cassette contenenti un certo numero di resistenze fisse accuratamente tarate (p. es. 16 bobine da 10 ohm l'una), più una resistenza di filo calibrato (p. es. altri 10 ohm) avvolto su un circolo o su un'elica; questo insieme sta sempre inserito nel circuito principale, insieme con un reostato di prolungamento regolabile e non tarato; i contatti segnati con A e B nelle figure vengono realizzati da una manovella che fa presa su uno qualunque dei punti intermedî fra le resistenze fisse, e da un cursore che può scorrere sul filo calibrato. La corrente principale, fornita da una batteria esterna di accumulatori viene aggiustata per mezzo del reostato non tarato e mantenuta a un valore conveniente (per es. 10 milliampere). Coi valori che abbiamo indicato a titolo di esempio in parentesi, si farebbero tutte le misure fra 0 e 1,7 volt, il che comprende le forze elettromotrici delle ordinarie pile voltaiche.

Mediante dispositivi di shuntamento e di resistenza addizionali si può moltiplicare o dividere la sensibilità dello strumento, per 10 o per motrici molto piccole (per es. termoelettriche) o molto grandi. L'ingegnosità dei costruttori si è rivolta ad ottenere complessi leggieri, non ingombranti che consentano letture facili, che siano esenti da cause di errore, e che permettano i controlli necessarî.

Quanto fin qui detto vale per le misure a corrente continua. È evidente che per le misure su corrente alternata non si può applicare lo stesso principio, perché non si saprebbe con che cosa sostituire la pila campione. Si chiamano quindi potenziometri a corrente alternata certi apparecchi i quali in realtà sono dispositivi semi-potenziometrici perché, invece di far dipendere la misura da una riduzione a zero, la fanno dipendere dal fare assumere a uno strumento a deviazione una certa deflessione precisata. Sono dunque apparecchi come i potenziometri a corrente continua, in cui però l'insieme "pila + galvanometro", è sostituito da uno strumento elettrodinamometrico da usarsi a deflessione fissa; vi è però generalmente questo particolare, che la taratura dell'elettrodinamometro può essere fatta dipendere da una misura in corrente continua con una pila campione. Siccome poi le grandezze alternate sono entità aventi il carattere di quantità complesse, la cui misura implica quella di due valori numerici ordinarî, i potenziometri per corrente alternata hanno ulteriori complicazioni per misurare le due componenti ortogonali (reale e immaginaria) o polari (modulo e argomento) della grandezza alternata da misurare.

I potenziometri a corrente continua sono costruiti da molte primarie fabbriche di strumenti di precisione per laboratorio; quelli a corrente alternata sono costruiti da poche ditte specialiste, e hanno un prezzo di gran lunga più elevato. Notizie particolareggiate sui varî tipi si trovano nei cataloghi delle case costruttrici.

Bibl.: F. A. Laws, Electrical measurements, New York 1917, p. 269 segg.