申请/专利权人：国家海洋技术中心

申请日：2018-09-19

公开（公告）日：2024-04-12

公开（公告）号：CN109405866B

主分类号：G01D18/00

分类号：G01D18/00

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.12#授权;2019.03.26#实质审查的生效;2019.03.01#公开

摘要：本发明公开了一种基于多点恒温水槽的海洋用温盐深测量仪的检测校准方法及装置，包括多点恒温水槽，所述多点恒温水槽包括若干独立的控温水槽；各自具有不同的控温目标温度；所述控温水槽内的海水盐度保持在30PSU～40PSU区间；还包括高精度的温盐测量仪，用于提供高精度的水槽控温的温度值和海水的电导率值，同时作为监控仪器监测水槽海水的波动。本发明通过去除降温环节和减少控温过程时间，将主要时间用于高精度恒温控制过程，提高温盐深测量仪的校准和检测效率，加快温盐深测量仪的批量化生产效率。

主权项：1.一种基于多点恒温水槽的温盐深测量仪的检测校准方法，其特征在于，包括：1建立多点恒温水槽，包括若干独立的控温水槽，各水槽之间的水体和温控模块相互独立，采用统一的控制数据链路，实现对水槽的点对点控制；所述控温水槽各自具有不同的控温目标温度；2采用高精度的温盐测量仪作为标准器具使用，其测量数据作为标准数据使用；同时可作为监控仪器监测水槽水体温度的波动，其波动监测通过实时读取温盐测量仪数据实现，监控点选在水槽的有效工作区域中；所述高精度包括温度准确度为±0.002℃和电导率准确度±0.003mScm。3所述控温水槽内采用大洋海水，其盐度值在30PSU～40PSU区间，对于水体盐度的控制采用实验室盐度计，每个月抽取200ml水样分析盐度值；4使用待测温盐深测量仪检测各控温水槽的水体的电导率，计算电导率与标准海水电导率的比值，计算盐度；5与步骤2中高精度的温盐测量仪的标准值比较，基于最小二乘法的校准数值模型计算温度校准系数Ti和电导率校准系数Ci。

全文数据：基于多点恒温水槽的温盐深测量仪的检测校准方法及装置技术领域本发明属于海洋温盐深测量仪器领域，特别是涉及到一种基于多点恒温水槽的海洋用温盐深测量仪的检测校准方法。背景技术在海洋环境观测中使用温盐深测量仪在出厂前和后期使用维护中均需要进行计量校准，以保证温盐深测量仪的使用精度和数据质量控制。在计量校准中，对于温盐参数的校准必须在高精度恒温水槽中进行，采用的是天然大洋海水，基于水体温度与电导率的关系以及1978实用盐标的转化公式，通过改变恒温水槽水体的温度完成温度参数和电导率参数的校准，采用高精度计量用测温电桥和实验室盐度计得到温度和盐度的标准数据。目前国内对于海洋用温盐深测量仪的校准方法是基于《JJG763-2002温盐深测量仪检定规程》中方法进行的，对照海洋环境的实际使用情况选取0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃八个控温点实现对温盐深测量仪的温度和电导率校准。现有计量校准中均采用单一水槽通过温度控制系统使用加热和制冷装置，实现从高温到低温的校准过程。在这一过程中通常需要8h完成，其中在一个控温点的有效的控温时间仅需10min，按照8h完成整个计量校准过程计算，校准的有效时间仅需要80min，占整个校准过程消耗时间的16.7％，其他83.3％的时间用于水槽的降温和控温过程。因此，现有的计量校准方式大大降低了温盐深测量仪的批量生产效率。发明内容针对计量校准过程对海洋用温盐深批量化生产的制约性问题，本发明提供了一种基于多点恒温水槽的海洋用温盐深测量仪的检测校准方法，通过去除降温环节和减少控温过程时间，将主要时间用于高精度恒温控制过程，提高温盐深测量仪的校准和检测效率，加快温盐深测量仪的批量化生产效率。为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：一种基于多点恒温水槽的海洋用温盐深测量仪的检测校准方法，包括：1建立多点恒温水槽，包括若干独立的控温水槽，各水槽之间的水体和温控模块相互独立，采用统一的控制数据链路，实现对水槽的点对点控制；所述控温水槽各自具有不同的控温目标温度；2采用高精度的温盐测量仪作为标准器具使用，其测量数据作为标准数据使用；同时可作为监控仪器监测水槽水体温度的波动，其波动监测通过实时读取温盐测量仪数据实现，监控点选在水槽的有效工作区域中；所述高精度包括温度准确度为±0.002℃和电导率准确度±0.003mScm。3所述控温水槽内采用大洋海水，其盐度值在30PSU～40PSU区间，对于水体盐度的控制采用实验室盐度计，每个月抽取200ml水样分析盐度值；4使用待测海洋用温盐深测量仪检测各控温水槽的水体的电导率，计算电导率与标准海水电导率的比值，计算盐度；5与步骤2中高精度的温盐测量仪的标准值比较，基于最小二乘法的校准数值模型计算温度校准系数Ti和电导率校准系数Ci。进一步的，步骤1所述多点恒温水槽由8个独立的控温水槽组成，其控温目标温度包括：0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃八个控温目标温度。进一步的，步骤1所述所述控温水槽的控温目标温度的控温波动度±0.003℃。进一步的，步骤4所述盐度的计算方法为：其中，S为实用盐度值；ΔS为盐度修正值；a0＝0.0080，a1＝-0.1692，a2＝25.3851，a3＝14.0941，a4＝-7.0261，a5＝2.7081，∑ai＝35.0000，为实用盐度计算因子；b0＝0.0005，b1＝-0.0056，b2＝-0.0066，b3＝-0.0375，b4＝0.0636，b5＝-0.0144，∑bi＝0.0000，为盐度修正值计算因子；K＝0.0162。进一步的，步骤5所述校准的方法为：在每个控温点得到标准值，包括：标准温度Tsi、标准电导率Csi，被校准的仪器在每个控温点得到温度原始值Rti、电导率原始值Rci，使用以上数据按照最小二乘法算法计算得到温度系数Ti和电导率系数Ci，最小二乘法拟合校准系数采用四阶拟合。本发明的另一方面，还提供了一种基于多点恒温水槽的海洋用温盐深测量仪的检测校准装置，包括：多点恒温水槽，所述多点恒温水槽包括若干独立的控温水槽，水槽间不进行物理连接，避免产生温度干扰；所述控温水槽各自采用独立的控温模块，实现不同的控温目标温度，所述控温模块设有内置的加热器和制冷器；标准仪器与被检测仪器悬垂于水槽有效区域内；所述控温水槽内的海水盐度保持在30PSU～40PSU区间，为保持盐度稳定在水槽有保温盖以减少水分蒸发；所述标准仪器为高精度的温盐测量仪，用于提供高精度的水槽控温的温度值和海水的电导率值，同时作为监控仪器监测水槽海水的波动，所述标准仪器悬挂在水槽中置于有效工作区间。进一步的，所述多点恒温水槽由8个独立的控温水槽组成，其控温目标温度包括：0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃八个控温目标温度。进一步的，所述保温盖设有电缆孔和保温盖吊环，所述电缆孔用于所述控温水槽内仪器的电缆通过；所述保温盖吊环用于移动保温盖。进一步的，所述控温水槽设有仪器吊杆，仪器吊杆上设有悬垂于水槽有效区域内的若干仪器位，用于放置标准仪器与被检测仪器。进一步的，所述控温水槽底部设有搅拌叶轮，所述搅拌叶轮连接搅拌电机，由搅拌电机控制搅拌叶轮进行搅拌旋转。与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：本发明通过去除降温环节和减少控温过程时间，将主要时间用于高精度恒温控制过程，提高温盐深测量仪的校准和检测效率，加快温盐深测量仪的批量化生产效率。附图说明图1是本发明实施例的结构示意图；图2是海水盐度35.0PSU的温度与电导率关系图；图3是不同盐度海水的温度与电导率关系图。具体实施方式需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。为解决计量校准过程对海洋用温盐深批量化生产的制约性问题，本发明采用了如下技术方案：第一，与现有国家标准规定的保持一致性。如图1所示，本发明包括多点恒温水槽，所述多点恒温水槽包括若干独立的控温水槽1，水槽间不进行物理连接，避免产生温度干扰；所述控温水槽各自采用独立的控温模块9，实现不同的控温目标温度，所述控温模块9设有内置的加热器和制冷器；标准仪器与被检测仪器悬垂于水槽有效区域内；所述控温水槽内的海水盐度保持在30PSU～40PSU区间，为保持盐度稳定在水槽有保温盖2以减少水分蒸发；所述标准仪器为高精度的温盐测量仪7，用于提供高精度的水槽控温的温度值和海水的电导率值，同时作为监控仪器监测水槽海水的波动，所述标准仪器悬挂在水槽中置于有效工作区间。在本实施例中，所述多点恒温水槽由8个独立的控温水槽1组成，其控温目标温度包括：0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃八个控温目标温度，其控温目标温度与《JJG763-2002温盐深测量仪检定规程》相一致，包括：0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃，八个控温目标温度，控温波动度±0.003℃，延续了国标法的技术要求。所述保温盖2设有电缆孔4和保温盖吊环3，所述电缆孔4用于所述控温水槽内仪器的通信电缆5通过，所述通信电缆连接上位机；所述保温盖吊环3用于移动保温盖。所述控温水槽1设有仪器吊杆6，仪器吊杆6上设有悬垂于水槽有效区域内的若干仪器位，用于放置高精度的温盐测量仪7和被检测校准温盐深测量仪8。所述控温水槽底部设有搅拌叶轮11，所述搅拌叶轮11连接搅拌电机10，由搅拌电机10控制搅拌叶轮11进行搅拌旋转。第二，与国际海洋观测方法保持一致。在计量校准过程中，要解决量值传递问题，保证方法符合海水盐度溯源可行性。按照《1978实用盐标》的要求，盐度转化采用如下公式计算：其中，S为实用盐度值；ΔS为盐度修正值；a0＝0.0080，a1＝-0.1692，a2＝25.3851，a3＝14.0941，a4＝-7.0261，a5＝2.7081，∑ai＝35.0000，为实用盐度计算因子；b0＝0.0005，b1＝-0.0056，b2＝-0.0066，b3＝-0.0375，b4＝0.0636，b5＝-0.0144，∑bi＝0.0000，为盐度修正值计算因子；K＝0.0162。需要说明的是：a0、a1、……、a5这是国际实用盐标公式约定的，是实用盐度修正系数，其和为35.000，恰好等于标准盐度35，b0-b5也是国际实用盐标公式约定的，用于修正实用盐度值，其和为0.0；Rt为电导率比，是现场测量的电导率值与盐度35海水的电导率值的比值；t表示现场测量的海水温度值。在实用盐度计算和量值传递中，关键是要计算得到电导率比Rt，其本质上是现场测量海水电导率值与标准海水电导率的比值，按照公式1和公式2计算得到实用盐度值，同时也实现了计量校准中与标准海水间的量值传递关系。在常规的单一水槽中进行的计量校准其水体的盐度值是固定，由于水体温度与水体电导率存在变化上的对应关系，通过调节水体温度得到对应的电导率值，实现了“温度—电导率—盐度”的之间的统一性关系，控温精度决定了电导率精度，如图2所示。因此，校准中是将标准海水的电导率与水槽中水样的电导率相关联，盐度测量问题转化为水体电导率的测量问题。同时，温度决定了一定盐度下的水体的电导率值。高精度的控温过程中，一定盐度下的电导率也同样能保持高精度的稳定性。校准的方法为：在每个控温点得到标准值，包括：标准温度Tsi、标准电导率Csi，被校准的仪器在每个控温点得到温度原始值Rti、电导率原始值Rci，使用以上数据按照最小二乘法算法计算得到温度系数Ti和电导率系数Ci，最小二乘法拟合校准系数采用四阶拟合。在海水盐度产生变化时，对于海水的温度和电导率不会影响其对应关系如图3所示。海水盐度在30PSU～40PSU区间内，是一个成比例变化过程。因此，多点水槽的海水盐度值在这个区间内发生变化，不会改变决定海水盐度的温度与电导率的线性比例关系。因此，多点恒温水槽只要保持校准指标要求的控温精度，就可以实现高精度的电导率测量，实现对于盐度的高精度测量。按照计量中的量值传递和溯源要求，标准器具的对应参数的指标是被检指标的13即可满足校准使用。在基于多点水槽的快速校准与检测方法中，需要配备高精度的温盐测量仪作为标准器具使用，用以提供高精度的水槽控温的温度值和海水的电导率值，同时作为监控仪器监测水槽海水的波动。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种基于多点恒温水槽的温盐深测量仪的检测校准方法，其特征在于，包括：1建立多点恒温水槽，包括若干独立的控温水槽，各水槽之间的水体和温控模块相互独立，采用统一的控制数据链路，实现对水槽的点对点控制；所述控温水槽各自具有不同的控温目标温度；2采用高精度的温盐测量仪作为标准器具使用，其测量数据作为标准数据使用；同时可作为监控仪器监测水槽水体温度的波动，其波动监测通过实时读取温盐测量仪数据实现，监控点选在水槽的有效工作区域中；所述高精度包括温度准确度为±0.002℃和电导率准确度±0.003mScm。3所述控温水槽内采用大洋海水，其盐度值在30PSU～40PSU区间，对于水体盐度的控制采用实验室盐度计，每个月抽取200ml水样分析盐度值；4使用待测温盐深测量仪检测各控温水槽的水体的电导率，计算电导率与标准海水电导率的比值，计算盐度；5与步骤2中高精度的温盐测量仪的标准值比较，基于最小二乘法的校准数值模型计算温度校准系数Ti和电导率校准系数Ci。2.根据权利要求1所述的一种基于多点恒温水槽的温盐深测量仪的检测校准方法，其特征在于，步骤1所述多点恒温水槽由8个独立的控温水槽组成，其控温目标温度包括：0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃八个控温目标温度。3.根据权利要求1所述的一种基于多点恒温水槽的温盐深测量仪的检测校准方法，其特征在于，步骤1所述所述控温水槽的控温目标温度的控温波动度±0.003℃。4.根据权利要求1所述的一种基于多点恒温水槽的温盐深测量仪的检测校准方法，其特征在于，步骤4所述盐度的计算方法为：其中，S为实用盐度值；ΔS为盐度修正值；a0＝0.0080，a1＝-0.1692，a2＝25.3851，a3＝14.0941，a4＝-7.0261，a5＝2.7081，∑ai＝35.0000，为实用盐度计算因子；b0＝0.0005，b1＝-0.0056，b2＝-0.0066，b3＝-0.0375，b4＝0.0636，b5＝-0.0144，∑bi＝0.0000，为盐度修正值计算因子；K＝0.0162。5.根据权利要求1所述的一种基于多点恒温水槽的温盐深测量仪的检测校准方法，其特征在于，步骤5所述校准的方法为：在每个控温点得到标准值，包括：标准温度Tsi、标准电导率Csi，被校准的仪器在每个控温点得到温度原始值Rti、电导率原始值Rci，使用以上数据按照最小二乘法算法计算得到温度系数Ti和电导率系数Ci，最小二乘法拟合校准系数采用四阶拟合。6.一种基于多点恒温水槽的温盐深测量仪的检测校准装置，其特征在于，包括：多点恒温水槽，所述多点恒温水槽包括若干独立的控温水槽，水槽间不进行物理连接，避免产生温度干扰；所述控温水槽各自采用独立的控温模块，实现不同的控温目标温度，所述控温模块设有内置的加热器和制冷器；标准仪器与被检测仪器悬垂于水槽有效区域内；所述控温水槽内的海水盐度保持在30PSU～40PSU区间，为保持盐度稳定在水槽有保温盖以减少水分蒸发；所述标准仪器为高精度的温盐测量仪，用于提供高精度的水槽控温的温度值和海水的电导率值，同时作为监控仪器监测水槽海水的波动，所述标准仪器悬挂在水槽中置于有效工作区间。7.根据权利要求6所述的一种基于多点恒温水槽的温盐深测量仪的检测校准装置，其特征在于，所述多点恒温水槽由8个独立的控温水槽组成，其控温目标温度包括：0℃、5℃、10℃、15℃、20℃、25℃、30℃、35℃八个控温目标温度。8.根据权利要求6所述的一种基于多点恒温水槽的温盐深测量仪的检测校准装置，其特征在于，所述保温盖设有电缆孔和保温盖吊环，所述电缆孔用于所述控温水槽内仪器的电缆通过；所述保温盖吊环用于移动保温盖。9.根据权利要求6所述的一种基于多点恒温水槽的温盐深测量仪的检测校准装置，其特征在于，所述控温水槽设有仪器吊杆，仪器吊杆上设有悬垂于水槽有效区域内的若干仪器位，用于放置标准仪器与被检测仪器。10.根据权利要求6所述的一种基于多点恒温水槽的温盐深测量仪的检测校准装置，其特征在于，所述控温水槽底部设有搅拌叶轮，所述搅拌叶轮连接搅拌电机，由搅拌电机控制搅拌叶轮进行搅拌旋转。

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