專利名稱：高精度海水鹽度測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及鹽度要素的測(cè)量裝置，特別涉及一種應(yīng)用單電導(dǎo)池的高精度海水鹽度
測(cè)量裝置。
背景技術(shù)：
鹽度是基本的海洋水文要素，海水混合、大洋環(huán)流、水聲傳播及海洋生物的繁衍生長(zhǎng)等海洋中許多現(xiàn)象的產(chǎn)生和變化都與海水鹽度的分布和變化相關(guān)。鹽度是海洋調(diào)查、海洋觀測(cè)和海洋污染監(jiān)測(cè)的重要測(cè)量項(xiàng)目之一。根據(jù)PSS-78鹽標(biāo)定義，海水鹽度是通過(guò)被測(cè)樣品與標(biāo)準(zhǔn)海水的電導(dǎo)率比來(lái)確定的，現(xiàn)有技術(shù)的高精度海水鹽度測(cè)量?jī)x器一般采用雙電導(dǎo)池的儀器結(jié)構(gòu)。圖I顯示現(xiàn)有的 雙電導(dǎo)池海水鹽度測(cè)量?jī)x器的基本結(jié)構(gòu)，包括標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)池5、被測(cè)電導(dǎo)池6、正弦波發(fā)生器8、恒溫槽7、電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)3、上位機(jī)2。標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)池5和被測(cè)電導(dǎo)池6置于恒溫槽7內(nèi)，正弦波發(fā)生器8分別連接標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)池5和被測(cè)電導(dǎo)池6的外側(cè)電極，標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)池5和被測(cè)電導(dǎo)池6的內(nèi)側(cè)電極分別連接電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器。電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器通過(guò)A / D轉(zhuǎn)換器4連接單片機(jī)3，單片機(jī)3連接上位機(jī)2和顯示屏I。標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)池5裝有標(biāo)準(zhǔn)海水，被測(cè)電導(dǎo)池6裝有被測(cè)海水樣品，恒溫槽7的控溫作用使標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)池5和被測(cè)電導(dǎo)池6的保持溫度一致。電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器從電導(dǎo)池內(nèi)的內(nèi)側(cè)電極上采集正弦波發(fā)生器8發(fā)出的正弦波電壓信號(hào)，再通過(guò)A / D轉(zhuǎn)換器4傳送給單片機(jī)3，獲得被測(cè)電導(dǎo)池6與標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)池5的電導(dǎo)率比并計(jì)算出被測(cè)海水的鹽度值，然后傳送給上位機(jī)10進(jìn)行存儲(chǔ)和由顯示屏9顯示。上述現(xiàn)有技術(shù)的采用雙電導(dǎo)池的海水鹽度測(cè)量?jī)x器對(duì)溫度控制的要求很高，標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)池和被測(cè)電導(dǎo)池應(yīng)當(dāng)具有相同的溫度，若要達(dá)到鹽度測(cè)量準(zhǔn)確度為O. 002時(shí)，溫度均勻性至少應(yīng)為O. 001°C，現(xiàn)行ITS-90溫標(biāo)中一等標(biāo)準(zhǔn)鉬電阻準(zhǔn)確度為O. 001°C，因此，若達(dá)到均勻性為O. 001°C的恒溫裝置，不僅體積龐大，而且造價(jià)也很高。

發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的雙電導(dǎo)池的海水鹽度測(cè)量?jī)x器所存在的問題，本發(fā)明推出單電導(dǎo)池的海水鹽度測(cè)量?jī)x，其目的在于用高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻模擬標(biāo)準(zhǔn)海水的導(dǎo)電特性，將裝有被測(cè)海水樣品電導(dǎo)池作為“電阻元件”與高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻連接的測(cè)量電路與單片機(jī)連接，由單片機(jī)對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以實(shí)現(xiàn)海水鹽度的高精度測(cè)量。本發(fā)明涉及的高精度海水鹽度測(cè)量?jī)x包括電導(dǎo)池、恒溫槽、高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻、正弦波發(fā)生器、電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、上位機(jī)等。電導(dǎo)池為電極式電導(dǎo)池，置于恒溫槽內(nèi)并盛有被測(cè)海水樣品，正弦波發(fā)生器分別連接電導(dǎo)池的電極和高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻，電導(dǎo)池的電極和高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻各自連接ー個(gè)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器，電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器通過(guò)A / D轉(zhuǎn)換器連接單片機(jī)，單片機(jī)連接上位機(jī)。高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻具有與標(biāo)準(zhǔn)海水相同的導(dǎo)電特性，準(zhǔn)確度為萬(wàn)分之一，穩(wěn)定度為2ppm0高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻的一端連接正弦波發(fā)生器，另一端連接接地的精密電阻，精密電阻通過(guò)反饋線連接正弦波發(fā)生器。電導(dǎo)池由優(yōu)質(zhì)玻璃制作，呈長(zhǎng)方體形狀，內(nèi)裝鉬金電極。電導(dǎo)池內(nèi)設(shè)置4個(gè)電極，2個(gè)外側(cè)電極和2個(gè)內(nèi)側(cè)電極，4個(gè)電極平行設(shè)置并浸在電導(dǎo)池內(nèi)的海水中，2個(gè)內(nèi)側(cè)電極設(shè)置在2個(gè)外側(cè)電極之間，4個(gè)電極的一端由絕緣材料固定連接。電導(dǎo)池的內(nèi)側(cè)電極連接電壓
信號(hào)轉(zhuǎn)換器。正弦波發(fā)生器輸出精密正弦波電壓信號(hào)，通過(guò)與其連接的電導(dǎo)池一個(gè)外側(cè)電極輸送到電導(dǎo)池海水內(nèi)。電導(dǎo)池另ー個(gè)外側(cè)電極連接接地的精密電阻，精密電阻通過(guò)反饋線連接正弦波發(fā)生器，使精密電阻兩端電壓保持不變，并使電導(dǎo)池兩內(nèi)側(cè)電極之間的電壓信號(hào)穩(wěn)定。
·
電導(dǎo)池兩內(nèi)側(cè)電極之間的電壓由電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器測(cè)量出，并由公式(I)計(jì)算出電導(dǎo)池兩內(nèi)側(cè)電極之間的等效電阻。=~^即ぷァ1 =及I x^l(I)正弦波發(fā)生器輸出精密正弦波電壓信號(hào)，與模擬標(biāo)準(zhǔn)海水導(dǎo)電特性的高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻相連，高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻與接地的精密電阻相連，精密電阻通過(guò)反饋線連接正弦波發(fā)生器，使精密電阻兩端電壓保持不變，并使高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻兩端電壓信號(hào)穩(wěn)定。高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻的電壓由電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器測(cè)量出，并由公式(2)計(jì)算高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻的電阻值。き=#即ん=W2Xf(2)R1 —電導(dǎo)池外側(cè)電極連接的精密電阻Vki—精密電阻R1兩端電壓Vni—電導(dǎo)池內(nèi)側(cè)電極間電壓Rxl —電導(dǎo)池兩內(nèi)側(cè)電極之間的等效電阻R2—高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻Rtl連接的精密電阻Vk2—精密電阻R2兩端電壓Vn2—高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻Rtl的電壓Rx2—高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻Rtl的電阻值計(jì)算出的電導(dǎo)池的等效電阻與高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻之比即為電導(dǎo)池內(nèi)所盛被測(cè)海水與標(biāo)準(zhǔn)海水的電導(dǎo)率之比rt，見公式(3)。
R. X へ1 R,Fmη=子=——^即
へ.2 Rn \ , = R^VmVκι ( 3)
一 ^2 " 4 な^然后再利用PSS-78鹽標(biāo)計(jì)算出被測(cè)海水鹽度值，并傳輸給顯示屏和上位機(jī)進(jìn)行顯示與存儲(chǔ)。本發(fā)明用高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻作為測(cè)量基準(zhǔn)電阻，直接模擬標(biāo)準(zhǔn)海水的導(dǎo)電特性，不僅完全具有標(biāo)準(zhǔn)海水的測(cè)量特性，而且比測(cè)量中標(biāo)準(zhǔn)海水的導(dǎo)電性能穩(wěn)定，増加海水鹽度測(cè)量?jī)x的穩(wěn)定性，大大縮減對(duì)恒溫槽溫度均勻性的要求，減小恒溫槽的體積、減少標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)池的物理結(jié)構(gòu)，進(jìn)而縮減海水鹽度測(cè)量?jī)x的成本。本發(fā)明涉及的高精度海水鹽度測(cè)量?jī)x測(cè)量準(zhǔn)確度高，測(cè)量準(zhǔn)確度優(yōu)于O. 002，穩(wěn)定性好，操作簡(jiǎn)便，自動(dòng)化程度高，可以作為鹽度量值體系中的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，也可廣泛應(yīng)用于海洋臺(tái)站、調(diào)查船、海上平臺(tái)以及實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的鹽度測(cè)量，具有廣闊的應(yīng)用前景。


圖I為現(xiàn)有雙電導(dǎo)池海水鹽度測(cè)量?jī)x器的基本結(jié)構(gòu)示意圖。圖2為本發(fā)明涉及的高精度海水鹽度測(cè)量?jī)x結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標(biāo)記說(shuō)明I、顯示屏2、上位機(jī)3、單片機(jī)4、A / D轉(zhuǎn)換器5、標(biāo)準(zhǔn)電導(dǎo)池6、被測(cè)電導(dǎo)池7、恒溫槽8、正弦波發(fā)生器9、顯示屏10、上位機(jī)11、單片機(jī)12、A / D轉(zhuǎn)換器13、電導(dǎo)池14、恒溫槽15、正弦波發(fā)生器R。、高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻L1、第一電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器L2、第二電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器R1、精密電阻R2、精密電阻Vei^R1兩端電壓VK2、R2兩端電壓VE0, R0兩端電壓VN、電導(dǎo)池內(nèi)側(cè)電極間電壓
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)ー步說(shuō)明，圖2顯示本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，如圖所示，本發(fā)明涉及的高精度海水鹽度測(cè)量?jī)x包括電導(dǎo)池13、恒溫槽14、高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻ル、正弦波發(fā)生器15、第一電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器L1、第二電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器L2、單片機(jī)11、上位機(jī)10
坐寸ο電導(dǎo)池13置于恒溫槽14內(nèi)，盛有被測(cè)海水樣品。電導(dǎo)池13為電極式電導(dǎo)池，由優(yōu)質(zhì)玻璃制作，呈長(zhǎng)方體形狀，內(nèi)裝鉬金電扱。電導(dǎo)池13內(nèi)設(shè)置4個(gè)電扱，2個(gè)外側(cè)電極和2個(gè)內(nèi)側(cè)電極，4個(gè)電極平行設(shè)置并浸在電導(dǎo)池內(nèi)的海水中，2個(gè)內(nèi)側(cè)電極設(shè)置在2個(gè)外側(cè)電極之間,4個(gè)電極的一端由絕緣材料固定連接。正弦波發(fā)生器15連接電導(dǎo)池13的一外側(cè)電極,通過(guò)外側(cè)電極輸出精密正弦波電壓信號(hào)到電導(dǎo)池13的海水內(nèi)。電導(dǎo)池13另一外側(cè)電極連接接地的精密電阻R1，精密電阻R1通過(guò)反饋線連接正弦波發(fā)生器15，使精密電阻R1兩端電壓Vri保持不變，并使電導(dǎo)池13內(nèi)側(cè)電極間電壓Vni信號(hào)穩(wěn)定。正弦波發(fā)生器15連接高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻R0的一端，高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻Rtl的另一端連接接地精密電阻R2，精密電阻R2通過(guò)反饋線連接正弦波發(fā)生器15，使精密電阻R2兩端電壓Ve2保持不變，并使高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻Rtl兩端電壓Vki信號(hào)穩(wěn)定。電導(dǎo)池13的內(nèi)側(cè)電極連接第一電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器L1，高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻Rtl連接第二電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器L1，第一電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器L1和第二電壓信 號(hào)轉(zhuǎn)換器L1通過(guò)A / D轉(zhuǎn)換器12連接單片機(jī)11，單片機(jī)11連接上位機(jī)10。
權(quán)利要求
1.ー種高精度海水鹽度測(cè)量?jī)x，其特征在于，包括電導(dǎo)池(13)、恒溫槽(14)、高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻(ル)、正弦波發(fā)生器(15)、電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)(11)、上位機(jī)(10)，電導(dǎo)池(13)為電極式電導(dǎo)池，置于恒溫槽(14)內(nèi)并盛有被測(cè)海水樣品，正弦波發(fā)生器(15)連接電導(dǎo)池(13)內(nèi)的電極和高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻(Rtl)，電導(dǎo)池(13)內(nèi)的電極和高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻(Rtl)各自連接ー個(gè)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器，電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器通過(guò)A / D轉(zhuǎn)換器(12)連接單片機(jī)(11)，單片機(jī)(11)連接上位機(jī)(10 );高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻(R0)具有與標(biāo)準(zhǔn)海水相同的導(dǎo)電特性，準(zhǔn)確度為萬(wàn)分之一，穩(wěn)定度為2ppm。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高精度海水鹽度測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻(R0)的一端連接正弦波發(fā)生器(15)，另一端連接接地的第二精密電阻(R2)，第二精密電阻(R2)通過(guò)反饋線連接正弦波發(fā)生器(15);高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻(Rt l)連接第二電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器(L2)0
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的高精度海水鹽度測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述置于恒溫槽(14)內(nèi)的電導(dǎo)池(13)內(nèi)設(shè)置4個(gè)電極，2個(gè)外側(cè)電極和2個(gè)內(nèi)側(cè)電極，4個(gè)電極平行設(shè)置并浸在電導(dǎo)池(13)內(nèi)的海水中，2個(gè)內(nèi)側(cè)電極設(shè)置在2個(gè)外側(cè)電極之間，4個(gè)電極的一端由絕緣材料固定連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的高精度海水鹽度測(cè)量?jī)x，其特征在于，電導(dǎo)池(13)的一外側(cè)電極連接正弦波發(fā)生器(15)，另一外側(cè)電極連接接地的第一精密電阻(R1),第一精密電阻(R1)通過(guò)反饋線連接正弦波發(fā)生器(15);電導(dǎo)池(13)的兩內(nèi)側(cè)電極連接第一電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器(L1)0
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度海水鹽度測(cè)量?jī)x，包括電導(dǎo)池、恒溫槽、高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻、正弦波發(fā)生器、電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器、單片機(jī)、上位機(jī)等。電導(dǎo)池為電極式電導(dǎo)池，置于恒溫槽內(nèi)并盛有被測(cè)海水樣品，正弦波發(fā)生器分別連接電導(dǎo)池的電極和高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻，電導(dǎo)池的電極和高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻各自連接一個(gè)電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器，電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換器通過(guò)A／D轉(zhuǎn)換器連接單片機(jī)，單片機(jī)連接上位機(jī)。本發(fā)明利用高精度標(biāo)準(zhǔn)電阻模擬標(biāo)準(zhǔn)海水的導(dǎo)電特性，以實(shí)現(xiàn)海水鹽度的高精度測(cè)量，具有穩(wěn)定性好、測(cè)量精度高、操作簡(jiǎn)便、自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)，可以作為鹽度量值體系中的測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)裝置，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01N27/06GK102735713SQ20121024418
公開日2012年10月17日 申請(qǐng)日期2012年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月16日
發(fā)明者李揚(yáng)眉 申請(qǐng)人:國(guó)家海洋技術(shù)中心