便携式盐度计的设计与开发外文翻译资料

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小型盐度计的研制

I.Shkvorets, F.Johnson.

RBR Ltd

27 Monk St,

加拿大渥太华K1S 3Y7

info@rbr-global.com

摘要：本文介绍了用于测量海水样品实际盐度的新型紧凑型实验室盐度计的开发。 给出了设计的原则。 该仪器将海水样品的电导与标准样品进行直接比较。 双感应池系统不需要高度稳定的浴温，并直接读取样品与标准海水的电导率。 整个仪器非常紧凑，工作台尺寸小于310times;210mm，重量小于5kg。

I.介绍

自引入实用盐度量表（PSS-78）[25]以来的25年中，海洋学家的国际惯例一直是根据海水的电导率，温度和压力来估算海水的实际盐度。首先使用实验室盐度计，将海水样品加入仪器。 在引入现场CTD系统之后，实验室盐度计最终被用作标准化仪器，以校准和验证海上CTD测量结果与IAPSO标准海水[2]的对比。

在同一时期，Guildline Instruments Lid一直保持实验室盐度计AutoSal 8400的生产。该仪器于1975年由TDauphinee开发，在实际盐度测量中提供最高水平的准确度尚未超过。 在最新版本中，AutoSal 84008能够校准高精度WOCE CTD系统的电导率传感器。 通过适当的电气对准，校准，对取样进行特殊保养，并将实验室温度保持在比AutoSal浴温低1至2℃左右的温度，可以获得plusmn;0.002盐度的整体准确度。PortaSal8410A用于船舶 这些仪器都具有相似的精度和更多的功能，但这两种仪器都很昂贵，而且都需要可控的实验室温度，高压电源和经验丰富的技术人员。

有很多情况下，CTD探测器的小型船载验证需要进行盐度测量，结果只有plusmn;0.005。如果不需要温度控制室或高压电源就可以完成这项工作，这是一项巨大的好处。本文描述的仪器满足了这一要求。本文介绍了旨在满足这些要求的新仪器，并提供了性能数据。

Ⅱ.工作原理

1. 背景。

这种盐度计是基于一个概念，其中海水样品的电导直接与标准海水样品的电导相比较。 双电池消除了对高度稳定浴温的需求，并且电池被充分搅拌的油浴包围以确保热均匀性。 因此每个样本都是标准化的，标准本身被封装在玻璃内，以保持数周的参考测量的完整性。 通过直接读取Rt与参考值的对比，该仪器以低运行成本快速确认CTD的准确性。 该仪器是与Guildline Instruments Ltd和海洋水生物研究所（乌克兰）合作开发的，它补充了实验室盐度计。 仪器的内部存储器可以存储多达400,000个样本，允许在独立模式下连续采样。 将数据与GPS坐标集成是在连接的PC或笔记本电脑上运行的软件的一个工具。 工作台尺寸小于310mmtimes;210mm。 使用一套标准电阻和IAPSO标准海水[3]，可以在船上轻松完成仪器的全量程校准。

1. 建设细节。

仪器的核心是一个双重测量单元，它具有独立的样品室和参比室。 这些腔室由石英玻璃构成，并提供两个独立的测量电路，通过一个驱动线圈连接。 将整套测量室浸入充分搅拌的油浴中以确保两个电池处于相同的温度。

图1 盐度计的构造

如图所示图1，有两个独立的被测流体环。参考细胞含有约15ml的IAPSO标准海水或其他参考。 第二个电池包含约15ml待测样品。单个主振荡器用于驱动线圈横切两个流体环，在两个测量单元中引起相同比例的流量。每个环具有一个独立的拾音线圈，来自这些拾音线圈的信号被放大并数字化以提供原始输出。计算R1和盐度的值是在笔记本电脑读数中进行的。

1. 校准方法。

这是分两步进行的。首先是将一系列八个电阻连接到穿过两个测量室中的每一个的导线。这提供了振荡器 - 变压器 - 解调器系统的电子校准。然后通过用标准海水填充每个细胞来确定细胞常数。此时可以计算Rr值，并通过调整整个校准常数使其等于1。

可以在任何时候通过用标准海水补充两个单元或者甚至在每个单元中使用相同的样品来快速检查仪器。完全校准可以使用电阻组和IAPSO标准海水进行。

1. 行动。

一旦校准完成，仪器的操作非常简单。参比池密封以防止标准海水蒸发。这保持了仪器最重要的特征，即在样品和标准洋参之间提供持续的比较。

样品通过阀门和蠕动泵系统引入样品池。来自两个测量电路的数据被传送到膝上型计算机，或者可以存储在仪器的存储器内 内部电子元件具有足够的存储空间来存储多达400,000个数据读数，并且ii可以被编程为以任何整数秒的采样周期进行读数。II数据在相关的PC上实时记录，然后来自GPS设备的读数也可以被包括到数据流中，以记录具有空间和时间上下文的盐度值。

Ⅲ.结果

1. 校准。

电阻回路的8个点在0-85 mS/cm范围内进行电导率通道校准的结果显示在图2中。电阻校准的残差小于0.0014 mS/cm（0.001psu）。使用标准海水批号P141（K15 = 0.99993）估计每个玻璃细胞的细胞常数。细胞常数值为16269和17162。

图2 电阻校准

用Hart Scientific 1575 PRT进行温度通道校准，该校准针对TPW的一级标准和镓的熔点进行了校准。温度的校准在12-35℃范围内进行，并且校准残差小于0.0001℃。（图3）

图3 温度校准

1. 电导率与温度的关系。

两个电池均装有标准海水P141，并将仪器置于环境室（THERMOTRON型号SM3.5S）中。 在加热到30℃后，室内温度以5℃的步骤降低，从而在每个4点的稳定时间内。 所有数据都记录在仪器的内部存储器中。

通过简单的关系式计算两个电导率通道C1和C3之间的电导率比值：

Rt= C3/C1。

理想情况下，此值必须与环境温度或样品温度无关。 其他两个关键性能指标是电导率线性和稳定性。 这些将在下面考虑。

Rt的温度依赖性如图4所示。标准海水Rt的计算值具有较低的温度系数（-0.000011 / deg.C），预期的P141浴液值K15 = 0.99993接近标定温度点 在24℃。

图4 电导率随温度变化

际盐度值可以使用PSS-78，使用R和T的观测值在每个点计算。图5显示了标准海水批次P141（8 = 34.997）的实测盐度和标记实际盐度之间的差异。

图5 测量盐度和实际盐度的差异

如此图所示，在整个指定环境温度范围内且没有进行温度校正的情况下，仪器测量的实际盐度精度接近指定的目标值0.005。通过引入额外的温度校正，可以在不需要环境温度稳定的情况下获得更精确的盐度测量结果。

1. 重复性测试。

图6显示了盐度样品测量的可重复性，这些样品的典型环境温度变化如图6所示。 这是原始数据时间序列，每个样本代表30秒。 盐度测量之间的间隔。 样品取自一批5升35.015盐度海水。 测量结果显示，在新样品填充后的大约5分钟内，系统达到平衡，批量盐度的测量值通过标准偏差小于0.002获得。

图6 在较小温度范围内的重复性和稳定时间。样品之间30秒

Ⅳ.结论

在传统的盐度计中，稳定的R值要求使用高精度恒温浴和空调房。目前的文书的一个目标是消除这一要求。通过使用直接比较系统发现，可以直接测量标准海水样品的电导率。该仪器已被证明能够测量实际盐度plusmn;0.005，无需进一步温度补偿。其他显着的优点是仪器的尺寸（310mmtimes;210mmtimes;270mm）和重量（5kg以下）。功耗非常低（在12V时小于1A），读数在标准PC或笔记本电脑上提供。

这些规格使该仪器成为船载应用的理想选择。

致谢

作者非常感谢海洋水生物研究所的工作人员的建议。 谁开始了双室盐度计的发展。 苏联专利SU 1337821（1987）描述了他们在这方面的早期工作。

我们也很乐意与Guildline Instruments Limited的工作人员进行讨论，并在仪器开发过程中提供有用的意见和帮助。

参考

[1]UNESCO(1981)Background Papers and Upporting data on the Practical Salinity Scale,1978. UNESCO Tech.Pap.Mar.Sci.37,144pp

[2] Kalashnikov, P.A., Shkvorets, I., Yu. Egorov Yu.,I.1998 Metrological Support of Salinity, Temperature and Pressure Measurements using CTD Systems. Physical Oceanography 9-1 pp 71-77

[3] Poisson, A.,Dauphinee,T.Ross C.K.,Culkin,F.,1978.The Reliability of Standard Seawater as an Electrical Conductivity Standard Oceanol.Acta.1,pp 425-433.

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