一种盐度测量方法
【技术领域】
[0001] 盐度测量的实现方法属于电导率测量技术领域，具体用于对不同温度下盐度数据 的测量。
【背景技术】
[0002] 随着现代交通运输业的高速发展，天气和路面条件对交通运输的影响也越来越广 泛，恶劣的路面条件，严重降低了公路运输效率，甚至威胁公众的生命财产安全。及时准确 的获得路面状态信息，使高速公路工作人员对高速公路的通行的调控有所依据，有效提高 高速公路通行效率和安全性。
[0003] 盐度检测传感器主要用于路面状况中检测除冰剂的浓度和预测结冰点，可集成于 路面传感器中。由于实际中大量使用的是氯化钠为主要成分的除冰剂，所以把对于除冰剂 的检测称为盐度检测。通过检测电路得到盐度值，再根据不同盐度的溶液结冰温度不同的 原理来预测可能的结冰温度。
[0004] 然而，实际盐度测量值受到环境温度的显著影响，导致温度漂移现象的发生，误差 较大，同时大量的数据标定工作加重了工作量。本发明采用了一种平面圆形电极模型算法， 既可以降低温度效应对盐度传感器测量的影响，也省去了大量的数据标定工作，同时还提 高了测量分辨率，减少测量误差。
【发明内容】
[0005] 技术问题：本发明的目的是提出一种盐度测量方法，应用该方法可以显著减少标 定数据的采集量，降低测量误差，提高测量分辨率。
[0006] 技术方案：本发明是提出一种盐度测量方法，其特征在于依次包括以下步骤，
[0007] 步骤1 :利用测试电路测量在温度为T、盐溶液浓度为S时的盐溶液的实测电压值， 并根据测试电路中电压与电阻关系计算得出盐溶液的实际电阻值Ri+# ;
[0008] 步骤2 :根据步骤1得到的实际电阻值Ri+#，与理论电阻值通过拟合得到的R saife与的线性关系：
[0009] R计算一k*R理论+b
[0010] 其中，k、b为和Ri+#之间线性关系的系数；理论电阻值为盐溶液在某一 温度下的理论电阻值，为已知量；
[0011] 步骤3 :根据步骤2得出的Ra论与Ri+#之间的线性关系，利用已知的其他任一温度 下盐溶液的理论电阻值得出盐溶液的实际电阻值，从而得出在该温度下溶液电导率〇，根 据电导率盐度温度公式：
[0012] S= 1. 3888* 〇 -0? 02478*T* 〇 -6171. 9
[0013] 计算得出该温度下的盐溶液浓度S。
[0014] 所述理论电阻值Ra论的计算步骤如下：
[0015] 步骤11 :根据电导率盐度温度公式：
[0016] S= 1. 3888* 〇 -0? 02478*T* 〇 -6171. 9
[0017] 求得在温度为T、盐溶液浓度为S的时候，溶液电导率的值〇 ;
[0018] 步骤12 :建立盐溶液电极模型，根据电极模型可得P=K*R，其中R为盐溶液电阻 值、P为计算的盐溶液电阻率，即为电导率〇的倒数、K为模型的几何因子；
[0019] 步骤13 :根据步骤1的电导率盐度温度公式以及步骤2的平面圆形电极模型，可 得在温度T及盐溶液浓度S下，盐溶液的理论电阻值。
[0020] 所述电极模型为平面圆形电极模型，模型的几何因子K为：
[0021]
[0022] 其中，b为两个圆形电极板的半径，d为两个圆形电极板之间的距离。
[0023] 所述测试电路为电阻电容充放电测试电路，具体的电阻电容充放电公式如下：
[0024]
[0025] 其中，C为电路等效电容，t为电路充放电时间，经过验证对于同一电路，t/C这一 项是一个确定的已知量；1为实测电压值，V。为脉冲信号电平。
[0026] 所述线性关系所拟合的系数是利用Matlab或者Origin拟合工具根据所拟合的公 式计算出来的。
[0027] 有益效果：本发明的盐度测量方法有效地降低了温度效应对盐度测量值的影响， 利用测量少量盐度标定点带入计算公式得到全部的不同温度下的盐度标定点，从而极大的 减少了标定数据的采集量，提高了标定效率，此算法步骤简单，计算速度快，精度高，降低了 温度效应对盐度测量的影响，提高了测量分辨率，使得盐度测量传感器的性能有了显著改 善。
【附图说明】
[0028] 图1是平面圆形电极模型的算法流程图。 具体实施例
[0029] 在具体实现的过程中，选择若干有效温度点I\= 25°C、T2= 20°C、T3= 10°C、T4 =5°C、T5= 0°C，其中温度取值范围的有效温度区间为[_40°C，60°C]，再选择n个不同浓 度的盐溶液Si、S2、S3、…、Sn，其中盐溶液浓度的取值范围为[0%，21%]。将该n个不同 浓度的盐溶液放置在中进行测量，可以读出n个电压值，分别为VpV2、V3、…、Vn，如表1 所示。
[0030] 表1、温度下不同盐溶液的实测电压值
[0031]
[0032] 应用步骤如下：
[0033]a、由实测电压值计算实际电阻值。根据电阻电容充放电公式⑴计算得到实际电 阻值，如表2所示，分别为&、R2、R3、…、Rn。
[0034]
⑴
[0035] 其中，C为电路等效电容，t为电路充放电时间，经过验证对于同一电路，t/C这一 项是一个确定的已知量；1为实测电压值，V。为脉冲信号电平。
[0036] 表2、温度下不同盐溶液的计算电阻值
[0037]
[0038] b、建立平面圆形电极模型，由平面圆形电极模型得到公式（3)，再由电导率盐度温 度公式（2)得到盐溶液电阻率P与盐溶液电阻值R的关系式：
[0039] S= 1. 3888* 〇 -0? 02478*T* 〇 -6171. 9 (2)
[0040] p=K*R(3)
[0041] 其中，K为平面圆形电极模型的几何因子，表达式（4):
[0042]
[0043] 其中，b为两个圆形电极板的半径，d为两个圆形电极板之间的距离。
[0044] 平面圆形电极模型计算温度下的理论电阻值记为r，如表3所示。通过大量的 实验可知，在[_40°C，60°C]的温度区间内，重复上述步骤，可得实际电阻值R和理论电阻 值r之间存在一种固定的线性拟合关系，因此，我们可以根据任一温度下R与r的值进行线 性拟合，得到一个简单的线性表达式R=k*r+b。由于理论模型和实际情况并不完全一致， 所以实际电阻值和理论电阻值存在一个线性关系，因此就是根据R与r在同一个坐标系的 图形进行拟合。所拟合的系数是利用Matlab或者Origin等拟合工具根据所拟合的公式计 算出来的。
[0045] 表3、温度下不同盐溶液的理论电阻值
[0046]
[0047]c、由步骤b中的电导率盐度温度公式和平面圆形电极模型即可计算出其他温度 下的理论电阻值，如表4所示。
[0048] 表4其他温度下不同盐溶液的理论电阻值
[0049]
[0050] d、根据R与r的表达式，我们可以把上述得到的'、。、^^显度下的理论电阻值 代入到表达式中，从而计算得出其他温度下的计算电阻值。
[0051] e、最后根据步骤a中的充放电公式计算得到其他温度下的理论上的实测电压值， 作为我们的标定值，如表5所示。我们在应用中可以通过不同温度下的实测电压值，最终得 到该温度下的盐溶液浓度S。
[0052] 表5、其他温度下不同盐溶液的标定电压值
[0053]
[0054] 以上所述仅为本发明的应用实施方式，本发明的保护范围并不以上述实施方式为 限，但凡本领域普通技术人员根据本发明所揭示内容所作的等效修饰或变化，皆应纳入权 利要求书中记载的保护范围内。
【主权项】
1. 一种盐度测量方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1 :利用测试电路测量在温度为T、盐溶液浓度为S时的盐溶液的实测电压值，并根 据测试电路中电压与电阻关系计算得出盐溶液的实际电阻值Ri+# ; 步骤2 :根据步骤1得到的实际电阻值Ri+#，与理论电阻值通过拟合得到的与R#胃的线性关系： R计算=k*R理论+b 其中，k、b为和Ri+#之间线性关系的系数；理论电阻值为盐溶液在某一温度 下的理论电阻值，为已知量； 步骤3 :根据步骤2得出的与Ri+#之间的线性关系，利用已知的其他任一温度下盐 溶液的理论电阻值得出盐溶液的实际电阻值，从而得出在该温度下溶液电导率〇，根据电 导率盐度温度公式： S= 1.3888* 〇 -0. 02478*T* 〇 -6171. 9 计算得出该温度下的盐溶液浓度S。2. 根据权利要求1所述的盐度测量方法，其特征在于，所述理论电阻值R的计算步 骤如下： 步骤11 :根据电导率盐度温度公式： S= 1.3888* 〇 -0. 02478*T* 〇 -6171. 9 求得在温度为T、盐溶液浓度为S的时候，溶液电导率的值〇 ; 步骤12 :建立盐溶液电极模型，根据电极模型可得P=K*R，其中R为盐溶液电阻值、P为计算的盐溶液电阻率，即为电导率。的倒数、K为模型的几何因子； 步骤13 :根据步骤11中的电导率盐度温度公式以及步骤2的平面圆形电极模型，可得 在温度T及盐溶液浓度S下，盐溶液的理论电阻值。3. 根据权利要求2所述的盐度测量方法，其特征在于，所述电极模型为平面圆形电极 樽塑，平面圆形电极樽塑的几何_子1(为：其中，b为两个圆形电极板的半径，d为两个圆形电极板之间的距离。4. 根据权利要求2所述的盐度测量方法，其特征在于，所述测试电路为电阻电容充放 电测试电路，具体的电阻电容充放电公式如下：其中，C为电路等效电容，t为电路充放电时间，经过验证对于同一电路，t/C这一项是 一个确定的已知量；1为实测电压值，V。为脉冲信号电平。5. 根据权利要求1所述的盐度测量方法，其特征在于，所述线性关系所拟合的系数是 利用Matlab或者Origin拟合工具根据所拟合的公式计算出来的。
【专利摘要】本发明公开一种盐度测量方法。具体包括：一，已知盐度和温度时通过盐度温度和电导率的计算公式求得盐溶液的电导率；二，将求得的电导率带入到平面圆形电极模型的计算公式，建立传感器电阻与盐度和温度的关系式；三、将传感器的输出电压值带入传感器阻容网络的充放电公式，求得另一组传感器的电阻值；四、通过曲线拟合建立两组分别计算得到的电阻值的关系式并确定相关参数；从而便建立了盐度、温度、电压之间的函数关系式。通过本发明的盐度测量建立的平面圆形电极模型极大的减少了标定数据的采集量，提高了标定效率，加快了计算速度，减少了温度效应的影响，使得盐度测量的准确性有了显著提高。
【IPC分类】G01N27/06
【公开号】CN105021663
【申请号】CN201510460176
【发明人】韩磊, 殷刚毅, 周全, 刘佳杰
【申请人】东南大学
【公开日】2015年11月4日
【申请日】2015年7月30日