温盐测量仪标定装置、海洋考察船及温盐测量仪标定方法与流程

1.本发明涉及温盐测量仪标定技术领域，尤其是涉及一种温盐测量仪标定装置、海洋考察船及温盐测量仪标定方法。


背景技术：

2.目前，海洋科考温盐测量仪校准标定装置大多布置在陆地上的大型实验室中，标定设备组成复杂，整套系统无法迁移到别处使用。温盐测量仪只能在航次开始前或者航次结束后进行送检和标定。然而，深海远洋潜标、远洋浮标等装置的温盐测量仪需长时间安装观测且远离陆地，存在送检往返时间较长、消耗费用较高等一系列问题，并且，还会伴随传感器校准标定时间超过规定期限，温度传感器和盐度传感器发生漂移，进而导致测量的温度和盐度数据精度降低的技术问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种温盐测量仪标定装置、海洋考察船及温盐测量仪标定方法，可以克服海洋环境影响，实现对温盐测量仪的标定。
4.第一方面，本发明提供的温盐测量仪标定装置，包括：恒温仪器箱、盐度计、主框架、恒温海水槽、温度传感器标准器和水平稳定器；
5.所述恒温仪器箱和所述盐度计分别安装于所述主框架上，所述温度传感器标准器设置在所述恒温仪器箱内；
6.所述恒温海水槽绕x轴转动连接于所述主框架，所述水平稳定器与所述恒温海水槽传动连接，且所述水平稳定器用于使所述恒温海水槽保持水平状态。
7.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述水平稳定器包括：姿态调整驱动件和稳定器框架；
8.所述稳定器框架与所述恒温海水槽连接，且所述稳定器框架和所述恒温海水槽皆绕x轴转动连接于所述主框架上；
9.所述姿态调整驱动件安装于所述主框架上，且所述姿态调整驱动件与所述稳定器框架传动连接。
10.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述恒温海水槽包括：水槽本体、控温管和取样管；
11.所述控温管安装在所述水槽本体内，且所述控温管自所述水槽本体的内腔底部向上延伸；
12.所述取样管的一端与所述水槽本体的内腔流体连通，所述取样管的另一端延伸至所述水槽本体的外部。
13.结合第一方面，本发明提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述主框架上安装有标准海水供水设备。
14.第二方面，本发明提供的海洋考察船，包括：考察船本体和第一方面提供的温盐测
量仪标定装置，所述主框架安装于所述考察船本体上，所述恒温海水槽的摆转轴线沿水平方向延伸，且所述恒温海水槽位于所述考察船本体的中线面上。
15.第三方面，本发明提供的温盐测量仪标定方法，包括以下步骤：
16.将待标定的温盐测量仪和恒温仪器箱内的温度传感器标准器放入恒温海水槽中；
17.逐步降低所述恒温海水槽的设定温度，并在多个设定温度条件下分别记录所述温盐测量仪和所述温度传感器标准器的测试值；
18.计算所述温盐测量仪的温度示值误差。
19.结合第三方面，本发明提供了第三方面的第一种可能的实施方式，其中，所述计算所述温盐测量仪的温度示值误差的步骤包括：
20.在各设定温度条件下，计算所述温盐测量仪示数的算术平均值与所述温度传感器标准器示数的算术平均值的差值。
21.结合第三方面，本发明提供了第三方面的第二种可能的实施方式，其中，所述温盐测量仪标定方法还包括：
22.在各设定温度条件下分别对恒温海水槽内海水进行取样；
23.使用所述温盐测量仪和盐度计分别检测各设定温度条件下海水样品的盐度数据；
24.计算所述温盐测量仪的盐度示值误差。
25.结合第三方面的第二种可能的实施方式，本发明提供了第三方面的第三种可能的实施方式，其中，所述计算所述温盐测量仪的盐度示值误差的步骤包括：
26.在各设定温度条件下，计算所述温盐测量仪的电导率示值的算术平均值与所述盐度计的电导率示值的算术平均值的差值。
27.结合第三方面，本发明提供了第三方面的第四种可能的实施方式，其中，所述设定温度自35℃逐步降至0℃，任一设定温度维持时间大于等于5分钟。
28.本发明实施例带来了以下有益效果：采用恒温仪器箱和盐度计分别安装于主框架上，恒温海水槽绕x轴转动连接于主框架，水平稳定器与恒温海水槽传动连接，通过水平稳定器使恒温海水槽保持水平状态，并通过恒温仪器箱存储温度传感器标准器，可以降低海洋环境的影响，进而可以在海洋环境中实现对温盐测量仪的标定。
29.为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或相关技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
31.图1为本发明实施例提供的温盐测量仪标定装置的示意图；
32.图2为本发明实施例提供的温盐测量仪标定装置的俯视图；
33.图3为本发明实施例提供的温盐测量仪标定装置的主视图；
34.图4为本发明实施例提供的温盐测量仪标定装置的水平稳定器的示意图；
35.图5为本发明实施例提供的温盐测量仪标定装置的恒温海水槽；的示意图；
36.图6为本发明实施例提供的温盐测量仪标定装置的主框架的示意图；
37.图7为本发明实施例提供的温盐测量仪标定装置的标准海水供水设备的示意图。
38.图标：1
‑
恒温仪器箱；2
‑
盐度计；3
‑
主框架；31
‑
恒温恒湿仪器箱安装区；32
‑
实验室盐度计安装区；33
‑
显示器安装区；34
‑
恒温海水槽安装区；35
‑
恒温水槽水平稳定器安装区；36
‑
标定系统安装底座；37
‑
温盐测量仪标定装置主机安装区；38
‑
姿态控制器安装区；39
‑
标准海水供水系统安装区；4
‑
标定主机；5
‑
控制线；6
‑
恒温海水槽；61
‑
水槽本体；62
‑
控温管；63
‑
取样管；64
‑
温度控制器；7
‑
姿态控制器；8
‑
标准海水供水设备；81
‑
海水管；82
‑
海水存储罐固定器；83
‑
海水存储罐；84
‑
海水泵；9
‑
温度传感器标准器；10
‑
海水取样瓶；11
‑
显示器；12
‑
平稳控制线；13
‑
水平稳定器；131
‑
姿态调整驱动件；132
‑
稳定器框架。
具体实施方式
39.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
40.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。公式中的物理量，如无单独标注，应理解为国际单位制基本单位的基本量，或者，由基本量通过乘、除、微分或积分等数学运算导出的导出量。
41.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
42.实施例一
43.如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的温盐测量仪标定装置，包括：恒温仪器箱1、盐度计2、主框架3、恒温海水槽6、温度传感器标准器9和水平稳定器13；恒温仪器箱1和盐度计2分别安装于主框架3上，温度传感器标准器9设置在恒温仪器箱1内；恒温海水槽6绕x轴转动连接于主框架3，水平稳定器13与恒温海水槽6传动连接，且水平稳定器13用于使恒温海水槽6保持水平状态。
44.具体的，通过水平稳定器13可驱动恒温海水槽6绕x轴转动，以便使恒温海水槽6保持水平状态，进而减小恒温海水槽6内海水在水平度和垂直度方向的控温误差。此外，通过恒温仪器箱1可存储温度传感器标准器9，进而降低海洋航船状态对标定的影响。
45.如图1和图4所示，在本发明实施例中，水平稳定器13包括：姿态调整驱动件131和稳定器框架132；稳定器框架132与恒温海水槽6连接，且稳定器框架132和恒温海水槽6皆绕x轴转动连接于主框架3上；姿态调整驱动件131安装于主框架3上，且姿态调整驱动件131与稳定器框架132传动连接。
46.具体的，姿态调整驱动件131包括两个电动机，稳定器框架132安装在两个电动机之间，通过两个电动机同步调节稳定器框架132绕x轴摆转，从而调节恒温海水槽6的姿态，进而使恒温海水槽6维持平稳。
47.如图1和图5所示，恒温海水槽6包括：水槽本体61、控温管62和取样管63；控温管62安装在水槽本体61内，且控温管62自水槽本体61的内腔底部向上延伸；取样管63的一端与水槽本体61的内腔流体连通，取样管63的另一端延伸至水槽本体61的外部。
48.具体的，控温管62包括螺旋管件，螺旋管件沿水槽本体61的内壁设置，且螺旋管件围设区域形成控温区域。位于水槽本体61中的取样管63延伸至水槽本体61内腔的底部，以便水槽本体61内的标准海水能够自取样管63被吸取流出。恒温海水槽6采用温度控制器64根据温度检测数据控制控温管62改变温度，进而调节设定温度，以此调节水槽本体61内海水温度。
49.如图1和图7所示，主框架3上安装有标准海水供水设备8，标准海水供水设备8包括：海水管81、海水存储罐固定器82、海水存储罐83和海水泵84，海水存储罐固定器82与海水存储罐83连接，且海水存储罐固定器82用于连接主框架3。海水泵84与海水存储罐83流体连通，海水管81与海水泵84连通，通过海水泵84可使海水存储罐83内的标准海水经海水管81流入恒温海水槽6内。
50.如图1、图4和图6所示，主框架3具有恒温恒湿仪器箱安装区31、实验室盐度计安装区32、显示器安装区33、恒温海水槽安装区34、恒温水槽水平稳定器安装区35、标定系统安装底座36、温盐测量仪标定装置主机安装区37、姿态控制器安装区38和标准海水供水系统安装区39，温度传感器标准器9安装于恒温恒湿仪器箱安装区31内，盐度计2安装于实验室盐度计安装区32内，显示器11安装于显示器安装区33，恒温海水槽6和水平稳定器13皆安装于恒温海水槽安装区34，水平稳定器13的姿态调整驱动件131安装在恒温水槽水平稳定器安装区35，标定主机4安装于温盐测量仪标定装置主机安装区37，姿态控制器7安装于姿态控制器安装区38，标准海水供水设备8安装于标准海水供水系统安装区39，标定主机4与恒温海水槽6通过控制线5连接，水平稳定器13与姿态控制器7通过平稳控制线12连接，通过标定系统安装底座36承载，从而实现了设备集成化安装。
51.如图1
‑
图7所示，温盐测量仪标定装置的组装步骤包括：
52.1、安装主框架3，首先完成船载实验室安装位置选择，选址原则是尽量选择离船中线近、晃动小的位置。选址完成后用螺栓固定主框架3。
53.2、完成水平姿态稳定装置安装，首先将姿态控制器7安装在姿态控制器安装区38，然后将水平稳定器13安装在恒温水槽水平稳定器安装区35。
54.3、完成恒温海水槽6的组装，先将温度控制器64安装在水槽本体61的底部，接着将控温管62与温度控制器64连接，然后安装取样管63。
55.4、将组装好的恒温海水槽6与稳定器框架132连接，接着用平稳控制线12分别连接姿态控制器7和姿态调整驱动件131。
56.5、将海水存储罐83安装在标准海水供水系统安装区39，然后在其顶部安装海水管81和海水泵84，将海水管81与海水泵84出水口相连接，接着用海水存储罐固定器82将8海水存储罐83固定，通过海水泵84可将标准海水吸入海水存储罐83中。
57.6、将标定主机4安装在温盐测量仪标定装置主机安装区37，接着用控制线5连接标
定主机和温度控制器64。
58.7、在恒温恒湿仪器箱安装区31内安装恒温仪器箱1，在实验室盐度计安装区32安装盐度计2，接着将海水取样瓶10安装在盐度计2的顶部。
59.8、将显示器11安装在标定系统显示器安装区33，将,温度传感器标准器9放入恒温仪器箱1内。
60.实施例二
61.如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的海洋考察船，包括：考察船本体和实施例一提供的温盐测量仪标定装置，主框架3安装于考察船本体上，恒温海水槽6的摆转轴线沿水平方向延伸，且恒温海水槽6位于考察船本体的中线面上。在本发明实施例中，由船体晃动引起的偏斜可通过水平稳定器13调节，从而确保恒温海水槽6姿态稳定。并且，海洋综合考察船具备温盐测量仪标定装置的技术效果，可以在航行过程中克服海洋环境影响实现温盐测量仪标定，在此不再赘述。
62.实施例三
63.如图1、图2和图3所示，本发明实施例提供的温盐测量仪标定方法，包括以下步骤：
64.将待标定的温盐测量仪和恒温仪器箱1内的温度传感器标准器9放入恒温海水槽6中；逐步降低恒温海水槽6的设定温度，并在多个设定温度条件下分别记录温盐测量仪和温度传感器标准器9的测试值；计算温盐测量仪的温度示值误差。标定实验温度由高到低进行，更趋近于温盐测量仪自海绵到海底的测量过程，从而使标定实验更为准确。
65.如图1
‑
7所示，在标定前可进行设备测试，测试步骤包括：
66.恒温仪器箱1开机，设定温度20摄氏度，相对湿度80％。标定装置船载实验室安装期间恒温仪器箱1一直处于开机状态，温度传感器标准器9闲置时在恒温仪器箱1内存储。
67.将姿态控制器7开机，观察恒温海水槽6姿态，将海水管81出水口伸入恒温海水槽6的内腔，接着海水泵84开机，将标准海水注入水槽本体61中。
68.标定主机4设定恒温海水槽6内标准海水温度，开启控温测试，并将两台温度传感器标准器9放入恒温海水槽6内。
69.观察显示器11示数，两台温度传感器标准器9示值与设置温度之间差值到达标定精度要求(差值小于阈值)，记录数据，然后通过取样管63向海水取样瓶10中注入标准海水，完成温度传感器标定部分的测试。
70.将海水取样瓶10放入盐度计2进行盐度测量，完成盐度传感器标定部分测试。
71.标定过程包括：在设备被稳定供电的条件下，使船载实验室温度恒定为20
±
1℃、湿度恒定为50％
±
5rh，打开海水泵84将海水存储罐83内标准海水注入恒温海水槽6中，待控温管62被浸没至少10cm停止注水。
72.将需要标定的温盐测量仪与从温仪器箱1内取出的温度传感器标准器9固定在一起(原则两者的传感器尽可能靠近但不能相互影响)。然后将两者放入恒温海水槽6中，温盐测量仪尽量放在恒温海水槽6中央，以减小水槽壁和控温管62对温盐测量仪中传感器的影响。随后，操作标定主机4设定控制温度为35℃，使恒温海水槽6内海水温度在35℃保持稳定(初步大体控温)。然后，进行逐步降温和控温，并在各设定温度条件下进行标定实验。
73.计算温盐测量仪的温度示值误差的步骤包括：在各设定温度条件下，计算温盐测量仪示数的算术平均值与温度传感器标准器9示数的算术平均值的差值。
74.具体的，温度示值误差计算公式为δt
j
＝t
jp
‑
t
jp
，式中：t
jp
为温盐测量仪在第j个温度检定点上读数的算数平均值，单位℃；
75.t
jp
为温度传感器标准器第j个温度检定点上读数的算数平均值，单位℃；
76.δt
j
为温盐测量仪在第j个温度检定点上示值误差。取其计算值绝对值最大者为示值误差。
77.式中：t
ji
为温盐测量仪在第j个温度检定点上第i个温度读数值，单位℃；
78.t
jp
为温盐测量仪在第j个温度检定点上读数的算数平均值，单为℃；
79.n为温盐测量仪在第j个温度检定点上读数的个数，一般为10；
80.σ
ji
为温盐测量仪在第j个温度检定点上的温度重复性，取其绝对值最大的为温度重复性。
81.温盐测量仪标定方法还包括：
82.在各设定温度条件下分别对恒温海水槽6内海水进行取样；
83.使用温盐测量仪和盐度计2分别检测各设定温度条件下海水样品的盐度数据；
84.计算温盐测量仪的盐度示值误差。
85.其中，计算温盐测量仪的盐度示值误差的步骤包括：在各设定温度条件下，计算温盐测量仪的电导率示值的算术平均值与盐度计2的电导率示值的算术平均值的差值。
86.具体的，盐度示数误差值计算公式为δc
j
＝c
jp
‑
c
jv
，式中：c
jp
为温盐测量仪在第j个温度检定点上电导率示值的算术平均值，单位ms/cm；
87.c
jv
为第j个温度检定点上标准电导率算术平均值，单位ms/cm；
88.δc
j
为温盐测量仪在第j个检定点上电导率示值误差，取其计算结果绝对值最大值为温盐测量仪电导率示值误差。
89.式中：c
ji
为温盐测量仪在第j个温度检定点上第i个电导率读数值，单位ms/cm；
90.c
jp
为温盐测量仪在第j个温度检定点上电导率读数的算数平均值，单为ms/cm；
91.n为温盐测量仪在第j个温度检定点上电导率读数的个数,一般为10；
92.σ
jc
为温盐测量仪在第j个温度检定点上的电导率重复性。取其计算结果绝对值最大值作为温盐测量仪的电导率重复性。
93.最后，将被标定的温盐测量仪和温度传感器标准器9从恒温海水槽6中取出，用淡水冲洗干净，读取数据，计算δt
j
、σ
ji
、δc
j
和σ
jc
。
94.需要强调的是，设定温度自35℃逐步降至0℃，任一设定温度维持时间大于等于5分钟。在降温、控温过程中，依次进新30摄氏度、25摄氏度、20摄氏度、15摄氏度、10摄氏度、5摄氏度和0摄氏度六个温度点的标定实验，温度达到设定值时，记录至少五分钟数据用以进行误差值计算。
95.为实现基准溯源，可在海洋综合科学考察船返回母港后，按照预设时间间隔(例如一年一次的频率)，将温度传感器标准器9和盐度计2送往陆地校准实验室进行校准标定，从而可完成温度值和盐度值的基准溯源。
96.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。