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专利名称：高精度海水盐度测量仪的制作方法
技术领域：
本发明涉及盐度要素的測量装置，特别涉及一种应用单电导池的高精度海水盐度
測量装置。
背景技术：
盐度是基本的海洋水文要素，海水混合、大洋环流、水声传播及海洋生物的繁衍生长等海洋中许多现象的产生和变化都与海水盐度的分布和变化相关。盐度是海洋调查、海洋观测和海洋污染监测的重要测量项目之一。根据PSS-78盐标定义，海水盐度是通过被测样品与标准海水的电导率比来确定的，现有技术的高精度海水盐度测量仪器一般采用双电导池的仪器结构。图I显示现有的 双电导池海水盐度测量仪器的基本结构，包括标准电导池5、被测电导池6、正弦波发生器8、恒温槽7、电压信号转换器、单片机3、上位机2。标准电导池5和被测电导池6置于恒温槽7内，正弦波发生器8分别连接标准电导池5和被测电导池6的外侧电极，标准电导池5和被测电导池6的内侧电极分别连接电压信号转换器。电压信号转换器通过A / D转换器4连接单片机3，单片机3连接上位机2和显示屏I。标准电导池5装有标准海水，被测电导池6装有被测海水样品，恒温槽7的控温作用使标准电导池5和被测电导池6的保持温度一致。电压信号转换器从电导池内的内侧电极上采集正弦波发生器8发出的正弦波电压信号，再通过A / D转换器4传送给单片机3，获得被测电导池6与标准电导池5的电导率比并计算出被测海水的盐度值，然后传送给上位机10进行存储和由显示屏9显示。上述现有技术的采用双电导池的海水盐度测量仪器对温度控制的要求很高，标准电导池和被测电导池应当具有相同的温度，若要达到盐度測量准确度为O. 002时，温度均匀性至少应为O. 001°C，现行ITS-90温标中一等标准钼电阻准确度为O. 001°C，因此，若达到均匀性为O. 001°C的恒温装置，不仅体积庞大，而且造价也很高。

发明内容
针对现有技术的双电导池的海水盐度测量仪器所存在的问题，本发明推出单电导池的海水盐度测量仪，其目的在于用高精度标准电阻模拟标准海水的导电特性，将装有被测海水样品电导池作为“电阻元件”与高精度标准电阻连接的测量电路与单片机连接，由单片机对測量数据进行处理，以实现海水盐度的高精度測量。本发明涉及的高精度海水盐度测量仪包括电导池、恒温槽、高精度标准电阻、正弦波发生器、电压信号转换器、单片机、上位机等。电导池为电极式电导池，置于恒温槽内并盛有被测海水样品，正弦波发生器分别连接电导池的电极和高精度标准电阻，电导池的电极和高精度标准电阻各自连接ー个电压信号转换器，电压信号转换器通过A / D转换器连接单片机，单片机连接上位机。高精度标准电阻具有与标准海水相同的导电特性，准确度为万分之一，稳定度为2ppm0高精度标准电阻的一端连接正弦波发生器，另一端连接接地的精密电阻，精密电阻通过反馈线连接正弦波发生器。电导池由优质玻璃制作，呈长方体形状，内装钼金电极。电导池内设置4个电极，2个外侧电极和2个内侧电极，4个电极平行设置并浸在电导池内的海水中，2个内侧电极设置在2个外侧电极之间，4个电极的一端由绝缘材料固定连接。电导池的内侧电极连接电压
信号转换器。正弦波发生器输出精密正弦波电压信号，通过与其连接的电导池一个外侧电极输送到电导池海水内。电导池另ー个外侧电极连接接地的精密电阻，精密电阻通过反馈线连接正弦波发生器，使精密电阻两端电压保持不变，并使电导池两内侧电极之间的电压信号稳定。
·
电导池两内侧电极之间的电压由电压信号转换器測量出，并由公式(I)计算出电导池两内侧电极之间的等效电阻。=~^即ぷァ1 =及I x^l(I)正弦波发生器输出精密正弦波电压信号，与模拟标准海水导电特性的高精度标准电阻相连，高精度标准电阻与接地的精密电阻相连，精密电阻通过反馈线连接正弦波发生器，使精密电阻两端电压保持不变，并使高精度标准电阻两端电压信号稳定。高精度标准电阻的电压由电压信号转换器測量出，并由公式(2)计算高精度标准电阻的电阻值。き=#即ん=W2Xf(2)R1 —电导池外侧电极连接的精密电阻Vki—精密电阻R1两端电压Vni—电导池内侧电极间电压Rxl —电导池两内侧电极之间的等效电阻R2—高精度标准电阻Rtl连接的精密电阻Vk2—精密电阻R2两端电压Vn2—高精度标准电阻Rtl的电压Rx2—高精度标准电阻Rtl的电阻值计算出的电导池的等效电阻与高精度标准电阻之比即为电导池内所盛被测海水与标准海水的电导率之比rt，见公式(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盐标计算出被测海水盐度值，并传输给显示屏和上位机进行显示与存储。本发明用高精度标准电阻作为测量基准电阻，直接模拟标准海水的导电特性，不仅完全具有标准海水的測量特性，而且比測量中标准海水的导电性能稳定，増加海水盐度測量仪的稳定性，大大缩减对恒温槽温度均匀性的要求，减小恒温槽的体积、減少标准电导池的物理结构，进而缩减海水盐度测量仪的成本。本发明涉及的高精度海水盐度测量仪测量准确度高，測量准确度优于O. 002，稳定性好，操作简便，自动化程度高，可以作为盐度量值体系中的测量标准装置，也可广泛应用于海洋台站、调查船、海上平台以及实验室内的盐度测量，具有广阔的应用前景。


图I为现有双电导池海水盐度测量仪器的基本结构示意图。图2为本发明涉及的高精度海水盐度测量仪结构示意图。
图中标记说明I、显示屏2、上位机3、单片机4、A / D转换器5、标准电导池6、被测电导池7、恒温槽8、正弦波发生器9、显示屏10、上位机11、单片机12、A / D转换器13、电导池14、恒温槽15、正弦波发生器R。、高精度标准电阻L1、第一电压信号转换器L2、第二电压信号转换器R1、精密电阻R2、精密电阻Vei^R1两端电压VK2、R2两端电压VE0, R0两端电压VN、电导池内侧电极间电压
具体实施例方式现结合附图对本发明的技术方案作进ー步说明，图2显示本发明的基本结构，如图所示，本发明涉及的高精度海水盐度测量仪包括电导池13、恒温槽14、高精度标准电阻ル、正弦波发生器15、第一电压信号转换器L1、第二电压信号转换器L2、单片机11、上位机10
坐寸ο电导池13置于恒温槽14内，盛有被测海水样品。电导池13为电极式电导池，由优质玻璃制作，呈长方体形状，内装钼金电扱。电导池13内设置4个电扱，2个外侧电极和2个内侧电极，4个电极平行设置并浸在电导池内的海水中，2个内侧电极设置在2个外侧电极之间,4个电极的一端由绝缘材料固定连接。正弦波发生器15连接电导池13的一外侧电极,通过外侧电极输出精密正弦波电压信号到电导池13的海水内。电导池13另一外侧电极连接接地的精密电阻R1，精密电阻R1通过反馈线连接正弦波发生器15，使精密电阻R1两端电压Vri保持不变，并使电导池13内侧电极间电压Vni信号稳定。正弦波发生器15连接高精度标准电阻R0的一端，高精度标准电阻Rtl的另一端连接接地精密电阻R2，精密电阻R2通过反馈线连接正弦波发生器15，使精密电阻R2两端电压Ve2保持不变，并使高精度标准电阻Rtl两端电压Vki信号稳定。电导池13的内侧电极连接第一电压信号转换器L1，高精度标准电阻Rtl连接第二电压信号转换器L1，第一电压信号转换器L1和第二电压信 号转换器L1通过A / D转换器12连接单片机11，单片机11连接上位机10。
权利要求
1.ー种高精度海水盐度测量仪，其特征在于，包括电导池(13)、恒温槽(14)、高精度标准电阻(ル)、正弦波发生器(15)、电压信号转换器、单片机(11)、上位机(10)，电导池(13)为电极式电导池，置于恒温槽(14)内并盛有被测海水样品，正弦波发生器(15)连接电导池(13)内的电极和高精度标准电阻(Rtl)，电导池(13)内的电极和高精度标准电阻(Rtl)各自连接ー个电压信号转换器，电压信号转换器通过A / D转换器(12)连接单片机(11)，单片机(11)连接上位机(10 );高精度标准电阻(R0)具有与标准海水相同的导电特性，准确度为万分之一，稳定度为2ppm。
2.根据权利要求I所述的高精度海水盐度测量仪，其特征在于，所述高精度标准电阻(R0)的一端连接正弦波发生器(15)，另一端连接接地的第二精密电阻(R2)，第二精密电阻(R2)通过反馈线连接正弦波发生器(15);高精度标准电阻(Rt l)连接第二电压信号转换器(L2)0
3.根据权利要求I所述的高精度海水盐度测量仪，其特征在于，所述置于恒温槽(14)内的电导池(13)内设置4个电极，2个外侧电极和2个内侧电极，4个电极平行设置并浸在电导池(13)内的海水中，2个内侧电极设置在2个外侧电极之间，4个电极的一端由绝缘材料固定连接。
4.根据权利要求3所述的高精度海水盐度测量仪，其特征在于，电导池(13)的一外侧电极连接正弦波发生器(15)，另一外侧电极连接接地的第一精密电阻(R1),第一精密电阻(R1)通过反馈线连接正弦波发生器(15);电导池(13)的两内侧电极连接第一电压信号转换器(L1)0
全文摘要
本发明公开了一种高精度海水盐度测量仪，包括电导池、恒温槽、高精度标准电阻、正弦波发生器、电压信号转换器、单片机、上位机等。电导池为电极式电导池，置于恒温槽内并盛有被测海水样品，正弦波发生器分别连接电导池的电极和高精度标准电阻，电导池的电极和高精度标准电阻各自连接一个电压信号转换器，电压信号转换器通过A／D转换器连接单片机，单片机连接上位机。本发明利用高精度标准电阻模拟标准海水的导电特性，以实现海水盐度的高精度测量，具有稳定性好、测量精度高、操作简便、自动化程度高等特点，可以作为盐度量值体系中的测量标准装置，具有广阔的应用前景。
文档编号G01N27/06GK102735713SQ20121024418
公开日2012年10月17日 申请日期2012年7月16日 优先权日2012年7月16日
发明者李扬眉 申请人:国家海洋技术中心