2. Устройство термометров сопротивления

Компенсационный метод измерения сопротивлений
При точных измерениях, когда должны быть исключены или сведены к минимуму погрешности, а также при измерениях низких температур в криогенной технике, когда сопротивление термометров мало, широкое распространение получил компенсационный метод измерения. Сущность компенсационного метода измерения сопротивления заключается в том, что производится сравнение падения напряжения на измеряемом резисторе и на образцовом резисторе, включенном последовательно с измеряемым (рис. 12). Измерение падения напряжения на резисторах осуществляется, как правило, потенциометром. В этом случае напряжение питания не влияет на результаты измерения, а также полностью исключается влияние сопротивления соединительных проводов, так как в момент измерения ток в проводах, соединяющих потенциометр с измеряемым резистором, равен нулю.
Для удобства применения компенсационного метода измеряемые в образцовые резисторы имеют четыре вывода: два токовых — для подключения питания и два потенциальных — для подключения потенциометра.

Рис. 12. Схема компенсационного метода измерения сопротивлений
На схеме рис, 12 измеряемый резистор включен последовательно с образцовым резистором . В качестве образцового резистора используются магазины сопротивления или образцовые катушки сопротивления. Измерительный ток в цепи устанавливают переменным резистором . Значение тока выбирается таким образом, чтобы самонагрев термометра сопротивления не вызывал изменения температуры термометра больше допускаемого.
С одной стороны, ток определяется по падению напряжения 'на образцовом резисторе:
(26)
где — падение напряжения на образцовом резисторе, мВ; —сопротивление образцового резистора, Ом. С другой стороны
(27)
где — падение напряжения на измеряемом резисторе, мВ; —неизвестное сопротивление измеряемого резистора, Ом.
Исходя из (31) и (32), получаем сопротивление измеряемого резистора
(28)
В рассмотренном варианте компенсационный метод неудобен для технических измерений, так как для определения сопротивления резистора необходимо поочередно измерить падение напряжения на измеряемом и образцовом резисторах и затем рассчитать по (4) сопротивление измеряемого резистора. Но в лабораторных условиях эти операции не представляют особого труда, тем более что этот метод может обеспечить высокую точность измерения сопротивлений.
При измерении высоких температур платиновыми термометрами градуировки 1П или криогенных температур термометрами градуировки 100П или 500П на промышленных установках возникает необходимость измерять сопротивления, соизмеримые с сопротивлением соединительных проводов. Для технических измерений малых сопротивлений термометров разработаны автоматические компенсационные приборы, которые обладают положительными свойствами компенсационного метода измерения сопротивлений. Четырехпроводная схема включения термометра позволила полностью исключить влияние на результаты измерения сопротивления проводов.

Рис. 13. Схема автоматического компенсационного прибора для измерения малых сопротивлений
Принципиальная схема автоматического компенсационного прибора переменного тока для измерения и записи низких температур приведена на рис. 13 [1]. Термометр сопротивления питается от источника питания переменным током . Измерительная схема прибора питается от трансформатора тока Тр таким образом, что измерительный ток . Если падение напряжения на термометре не скомпенсировано напряжением , то на вход усилителя поступает сигнал, который заставляет перемещаться реверсивный двигатель и движок реохорда до тех пор, пока напряжение не уравновесит падение напряжения на . В этом случае будет выполнено равенство
(29),
где ; (30)
Резистор служит для установки начала шкалы прибора, а устанавливает диапазон измерения. Полагая коэффициент трансформации практически постоянным, можно считать, что показания прибора практически независимы от колебания напряжения питания и изменения сопротивления соединительных проводов термометра.