Metodo potenziometrico

Parte II (Metodi e strumenti
di misura in cc)
Misura della differenza di potenziale
Il metodo potenziometrico
Il metodo potenziometrico permette di stimare il valore di
una tensione incognita mediante il confronto con una
tensione campione.
Tale confronto può così essere fatto direttamente con il
campione.
Il pregio principale della misura fatta con il metodo
potenziometrico risiede nella assenza di fenomeni di
alterazione del regime del sistema sotto misura: la misura
viene infatti eseguita "a vuoto", cioé senza derivazione di
corrente.
Come si supera la necessità di disporre di infiniti campioni
di f.e.m. (non è possibile disporre di campioni di fem
variabili)?
Si usa un partitore di precisione (potenziometro) che
riduca di un fattore noto la tensione campione.
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Parte II (Metodi e strumenti
di misura in cc)
Misura della differenza di potenziale
Il metodo potenziometrico
Schema potenziometrico di Clark (a doppio equilibrio)
Il metodo di Clark è un metodo di misura molto simile ai
metodi per sostituzione: in questo caso si realizzano due
successivi equilibri del circuito utilizzando sia l'incognita,
sia il campione di f.e.m.: si tratta quindi di un metodo di
zero e di un metodo di sostituzione applicati
contemporaneamente.
La misurazione viene eseguita mediante il seguente
circuito:
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Misura della differenza di potenziale
Il metodo potenziometrico
Schema potenziometrico di Clark (a doppio equilibrio)
Avremo quindi bisogno dei seguenti dispositivi:
•un generatore ausiliario di tensione continua Eaux con
caratteristiche di stabilità adeguata nel breve tempo
•un potenziometro di adeguata risoluzione
•un rivelatore di zero con elevata sensibilità
•un commutatore a due posizioni
•un campione di f.e.m. Ec.
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di misura in cc)
Misura della differenza di potenziale
Il metodo potenziometrico
Schema potenziometrico di Clark (a doppio equilibrio)
Operativamente ……...
1) si posiziona il commutatore in modo da collegare il
campione Ec alla maglia potenziometrica e si agisce sul
cursore del potenziometro per equilibrare il circuito.
Quando la differenza di potenziale applicata in ingresso al
rivelatore scende al di sotto della sensibilità si può
affermare, trascurando le tensione di squilibrio residua,
che:
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di misura in cc)
Misura della differenza di potenziale
Il metodo potenziometrico
Schema potenziometrico di Clark (a doppio equilibrio)
Operativamente ……...
2) Si porta il contatto del commutatore nella posizione che
connette la f.e.m. incognita e si procede ad una nuova
ricerca della posizione di equilibrio del circuito:
3) Se il lasso di tempo che separa il raggiungimento dei
due equilibri è sufficientemente ridotto da poter
considerare la tensione Eaux come un termine
costante allora è possibile esplicitare Ex in funzione di
Ec :
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Misura della differenza di potenziale
Il metodo potenziometrico
Schema potenziometrico di Clark (a doppio equilibrio)
Incertezza del metodo di Clark
 E2   E2   2a  
x
2
 x 
 ac 
•L’incertezza del campione influisce sull’incertezza della
misura.
•L’incertezza percentuale del rapporto fra ax e ac risulta
minore (o al più uguale) alla somma delle incertezze
percentuali sui singoli fattori risultando, in particolare, nulla
se le posizioni del cursore nei due equilibri successivi
coincidono……..
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Parte II (Metodi e strumenti
di misura in cc)
Misura della differenza di potenziale
Il metodo potenziometrico
Schema potenziometrico di Kelvin Varley
Il potenziometro è
costruito
con
più
decadi in cascata,
ciascuna delle quali
ha il compito di
suddividere in ulteriori
dieci parti la tensione
già suddivisa dalla
decade che precede.
Per fare questo si usa collegare in serie 11 resistori di valore R; su
una coppia di resistenze adiacenti è connessa in parallelo una
resistenza di valore 2R (costituita dal parallelo tra una
resistenza e l’array di 11 resistenze R in serie a valle.)
La resistenza equivalente a monte della decade con 11 resistori di
valore R risulta equivalente a 10R e la tensione di ingresso
viene frazionata inizialmente in 10 parti uguali.
La frazione che risulta applicata alla seconda decade viene quindi
suddivisa in ulteriori dieci parti uguali e, reiterando il processo
per le decadi realizzate, si ottiene un frazionamento della
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tensione di ingresso.
Parte II (Metodi e strumenti
di misura in cc)
Misura della differenza di potenziale
Il metodo potenziometrico
Schema potenziometrico di Kelvin Varley
•Usando come campioni le pile Weston sature non è utile
realizzare potenziometri di Kelvin-Varley con più di 5
decadi in quanto la risoluzione che si verrebbe ad
ottenere sarebbe più spinta della incertezza con cui si
conosce la tensione elettrica fornita da tali campioni (che
erogano una tensione di 1,01863 V a 20°C).
•Per applicazioni più spinte, che impiegano ad esempio, i
nuovi campioni ad effetto Josephson, è possibile utilizzare
un numero superiore di decadi: il modello 720A costruito
da Fluke ha infatti 7 decadi e realizza una partizione di
tensione con una incertezza di 0,1 ppm.
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Parte II (Metodi e strumenti
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Misura della differenza di potenziale
Il metodo potenziometrico
Schema potenziometrico a lettura diretta
I
R
V
E
R1
G
R2
Ex
Ec
Operativamente:
•Si imposta il valore di Ec sulle decadi di R2 e le decadi di R1 in maniera
complementare a 10 rispetto a quelle di R2;
•Si commuta su Ec;
•Si raggiunge l’equilibrio variando R; in queste condizioni si ha:
I=V/(R1+R2)
•Si commuta su Ex;
•Si raggiunge l’equilibrio operando sulle decadi di R2 e, in maniera
complementare a 10 su quelle di R1.
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•Su R2 è possibile leggere il valore misurato di Ex
Parte II (Metodi e strumenti
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Misura della differenza di potenziale
Il metodo potenziometrico per la misura di corrente
La procedura per la
misura dell'intensità di
corrente è analoga a
quella esaminata per la
misura della tensione.
•
•
In questo caso si converte la corrente incognita in una caduta di
potenziale ai capi di un resistore di precisione e quindi si misura
questa con un metodo potenziometrico a doppio equilibrio.
Anche in questo caso è richiesta la stabilità a breve termine della
fem prodotta dal generatore ausiliario.
 I2   E2   R2   2a  
x
C
C
 x 
 ac  10