31-08-2025-Mechanical Measurements - How a Potentiometer Works [EN]-[IT]

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~~~ La versione in italiano inizia subito dopo la versione in inglese ~~~

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ENGLISH

31-08-2025-Mechanical Measurements - How a Potentiometer Works [EN]-[IT]
With this post, I would like to provide a brief instruction on the topic in question.
(lesson/article code: QE_22)

How ​​a Potentiometer Works

Image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot

Introduction
A potentiometer can be compared to a variable resistor. Technically, a potentiometer is a linear or angular position transducer that converts mechanical displacement into a change in electrical resistance and therefore voltage.
It consists of:

• A resistor
• A movable contact that slides along the resistor
• Two fixed terminals and one movable terminal. The fixed terminals are the start and end of the resistor, while the movable terminal is the slider.
  Below is an image of a potentiometer.

Image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot

Below is a simplified internal view of a potentiometer.

Image created with Artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot

Below is the electrical symbol for the potentiometer.

Image created with artificial intelligence, the software used is Microsoft Copilot

Operating principle
We previously discussed how a potentiometer is made. Now let's discuss its operating principle, keeping in mind that it has a slider that slides along a resistor.
Once a voltage is applied to the two fixed terminals, the slider draws a portion of the voltage proportional to its position along the path it slides.
Therefore, we can already deduce that the output voltage is a fraction or part of the input voltage.
Application Issues
A potentiometer is a relatively low-cost component, but it does have application issues. Some application issues are described below:
-Mechanical wear.
The slider, when repeatedly moved, can suffer mechanical wear and, over time, cause signal instability due to worn contact.
-Sensitivity to electrical noise.
If the contact between the slider and the resistor is not optimal, sensitivity to electrical noise may arise.
-Non-linearity.
If the resistive track is not uniform, non-linearity issues may arise.
-Load influence.
If the potentiometer is connected to an instrument with an insufficiently high impedance, the output voltage may be altered, precisely due to the load influence.

Calibration curve under ideal conditions
In the case of the ideal calibration curve, the curve is linear, as the measuring instrument is assumed to have infinite impedance.
The mathematical relationship describing a potentiometer is as follows.

Where:
Vout = output voltage
Vin = input voltage
R1 = resistance between the initial terminal and the wiper
R2 = resistance between the wiper and the final terminal

The calibration curve under ideal conditions will have the wiper position on the X-axis (this can be expressed in mm or degrees), while the output voltage (Vout) will be on the Y-axis.

Below is the graph of the ideal calibration curve for the potentiometer.

Calibration curve with connected measuring instrument
With a measuring instrument inserted in the circuit, we will have a finite internal resistance (Rm). In this case, a resistive divider is created between R1 and Rm.
In this case, the mathematical relationship is as follows:

Where:
Vout = output voltage
Vin = input voltage
R1 = resistance between the initial terminal and the slider
Rm = finite internal resistance

Below is the calibration curve graph of the potentiometer with load effect Instrument

This graph shows the ideal curve, which is dotted, and we see that it grows linearly. The blue line indicates the actual curve, and we note that it decreases compared to the ideal curve due to the load introduced by the measuring instrument. The pink area represents the deviation, or difference, between the two curves.

Conclusions
The potentiometer allows you to vary the voltage and therefore the level of a signal. It is used in the audio, instrumentation, lighting control, and especially in industrial automation.
When we connect a measuring instrument to a potentiometer, its internal resistance forms a resistive divider with the potentiometer. This causes the voltage reading to vary. As a result, the curve will not be perfectly linear, so be careful, as this can lead to reading errors if we ignore this condition.

Question
Did you know that the German physicist Johann Poggendorff (1796-1877) devised the operating principle of the potentiometer? However, several inventors later perfected the potentiometer, including Thomas Edison?

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ITALIAN

31-08-2025-Misure meccaniche - Funzionamento di un potenziometro [EN]-[IT]
Con questo post vorrei dare una breve istruzione a riguardo dell’argomento citato in oggetto
(codice lezione/articolo: QE_22)

Funzionamento di un potenziometro

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

Introduzione
Un potenziometro possiamo paragonarlo ad una resistenza variabile. Tecnicamente un potenziometro è un trasduttore di posizione lineare o angolare che converte uno spostamento meccanico in una variazione di resistenza elettrica e quindi di tensione.
Esso è formato da:
-Una resistenza
-Un contatto mobile che scorre lungo la resistenza
-Due terminali fissi e uno mobile. I terminali fissi sono l’inizio e la fine della resistenza il terminale mobile è quello del cursore.
Qui di seguito un’immagine di un potenziometro

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

Qui sotto una vista interna semplificate di un potenziometro

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

Qui sotto il simbolo elettrico del potenziometro

immagine creata con l’intelligenza artificiale, il software usato è Microsoft Copilot

Principio di funzionamento
Abbiamo parlato prima di come è fatto un potenziometro ora parliamo del suo principio di funzionamento tenendo ben presente che ha un cursore che scorre lungo ad una resistenza.
Una volta che viene applicata una tensione ai due terminali fissi, il cursore preleva una parte della tensione proporzionale alla sua posizione lungo il tratto in cui scorre.
Quindi possiamo già dedurre che la tensione in uscita è una frazione o una parte della tensione in ingresso.
Problematiche di applicazione
Un potenziometro è un componente che ha costi relativamente bassi, ma ha delle problematiche di applicazione. Qui di seguito sono descritte alcune problematiche di applicazione:
-Usura meccanica.
Il cursore scorrendo più volte ripetutamente può subire un usura meccanica e quindi, con il tempo, generare instabilità del segnale a causa del contatto usurato.
-Sensibilità al rumore elettrico.
Se il contatto tra il cursore e la resistenza non è ottimale può nascere un discorso di sensibilità al rumore elettrico.
-Non linearità.
Se la pista resistiva non dovesse essere uniforme potrebbero esserci dei problemi di non linearità
-Influenza del carico.
Nel caso in cui il potenziometro è collegato a uno strumento con impedenza non sufficientemente alta, la tensione in uscita può essere alterata, appunto a causa dell’influenza di carico.

Curva di taratura in condizioni ideali
Nel caso della curva di taratura ideale la curva è lineare, in quanto si presume che lo strumento di misura abbia impedenza infinita.
La relazione matematica che descrive un potenziometro è la seguente.

Dove:
Vout=tensione d’uscita
Vin=tensione in ingresso
R1=resistenza tra il terminale iniziale e il cursore
R2=resistenza tra il cursore e il terminale finale

La curva di taratura in condizioni ideali avrà sull’asse X la posizione del cursore (questa può essere espressa in mm o gradi), mentre sull’asse Y ci saranno i dati della tensione d’uscita (Vout)
Qui di seguito il grafico della curva di taratura ideale del potenziometro.

Curva di taratura con strumento di misura collegato
Con uno strumento di misura inserito nel circuito avremo una resistenza interna finita (Rm). In questo caso si crea un partitore resistivo tra R1 e Rm.
In questo caso la relazione matematica è la seguente

Dove:
Vout=tensione d’uscita
Vin=tensione in ingresso
R1=resistenza tra il terminale iniziale e il cursore
Rm=resistenza interna finita

Qui di seguito il grafico della curva di taratura del potenziometro con effetto di carico dello strumento

In questo grafico è mostrata la curva ideale dal tratteggio e vediamo che ha una crescita lineare. Abbiamo poi la linea blu che indica la curva reale e notiamo che si abbassa rispetto a quella ideale a causa del carico introdotto dallo strumento di misura. L’area rosa rappresenta la deviazione, cioè la differenza, tra le due curve.

Conclusioni
Il potenziometro permette di variare la tensione e quindi il livello di un segnale. Esso viene applicato nel settore audio, in quello della strumentazione, nel controllo delle luci e soprattutto nell’automazione industriale.
Quando colleghiamo uno strumento di misura ad un potenziometro, la sua resistenza interna forma un partitore resistivo con il potenziometro. Questo causa un’alterazione della tensione letta. Ne consegue che non avremo una curva perfettamente lineare, quindi attenzione perché questo può portare a errori di lettura se non consideriamo questa condizione.

Domanda
Sapevate che fu il fisico tedesco Johann Poggendorff (1796-1877) ad ideare il principio di funzionamento del potenziometro? Furono però diversi inventori che successivamente perfezionarono il potenziometro, sapevate che tra questi c'era Thomas Edison?

THE END