高精度电极式海水电导盐度计的研制

发布时间：2020-10-14 11:12

　　 盐度作为海水的重要参数之一,其分布变化是影响和制约其它水文要素分布和变化的重要因素,所以海水盐度的测量是海洋水文观测的重要内容。海水盐度的测量在水产养殖、生态网络调查、气候气象监测、能源探索利用等方面都有很重要的应用。随着海洋的研究事业蓬勃发展,对海水盐度的精度要求和自动化测量程度要求越来越高。 本文首先介绍了国内外海水盐度测量的发展动态、研究现状及研究意义,讲解了电导法测量海水盐度的基本原理,并分析阐述了HD-4型海水盐度计的测量方案及其存在的不足。 考虑到HD-4型海水盐度计设计中存在的精度和自动化程度等问题,本文提出了一种新型设计方案。新方案主要体现在以下几个方面: (1)提高了激励源的精度。 (2)使用自回零电路设计解决激励源的对称性设计。 (3)提高了标准支路的精度。 (4)检流计的设计更趋合理。 (5)对一些影响系统测量指标较大的噪声信号进行了相应的处理,提高了测量的精度和准确度。 本文在提出新的设计方案后,对新方案的精度等指标进行了分析。经过分析得出系统可以得到很高的分辨率和精度,使用非平衡电桥的差补算法进行1位扩展,可使电导率比达到7.171*10~(-6)的精度,满足设计需要的3.6258*10~(-5)精度要求。 新方案的设计仍是基于SOPC技术,但对旧的系统进行了改进。本文首先介绍了SOPC技术的概念和开发流程,然后结合本文的设计方案,对SOPC系统的软硬件设计进行了更清晰、更具体的阐述。在该部分还介绍了控制单元(以FPGA为核心)核心板的设计。 本文根据设计方案搭建了整个系统,进行了大量的调试工作,并做了一系列的实验。首先给出了系统设计的功能实验,通过实验证明设计非常合理。随后又进行了性能指标实验,通过实验得出海水盐度测量的准确度仍存在问题,并给出了导致该问题的原因。 由于在设计中既需要进行精度分析,又需要对实验数据进行分析,所以本文给出了设计过程当中用到的一些数据处理的方法。 最后,本文对工作情况进行了分析和总结,指出精度和准确性都有所提高,但仍没达到系统的要求。下一步将对海水电导进行更深入的研究,以期达到系统的指标要求。
【学位单位】：中国海洋大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2011
【中图分类】：P731.12
【部分图文】：

图 2-2 电导池等效图（1）-2 中，RL1 和 RL2 代表电极引线等效电阻，Rx 为溶液的等效电阻； Z生电极反应产生化学极化和浓差极化时，两个电极上的等效极化阻抗，阻抗，CDL1 和 CDL2 为双电层电容；Cp 为电解质电容。在激励源的频极的引线很长，其引线分布电容会相对很大，可以达到几百到几千 pF，解质电容，因此，在进行分析时，可以将电解质电容 Cp 替换成电极引液电阻并联。导池的等效电路，在对其进行通电时，会产生一些问题，下面对其进行解决方案。效应交流电导测量中，由于激励源为交流电，电极极化现象不明显，但是，浓度高时，电极的电流密度会很大，当不能保证激励源为纯交流（含有）时，会产生明显的极化现象，从而影响最终的测量结果。了解决极化效应，不仅要提高激励源的频率和尽量减少其直流分量，还电流密度，即增加电极的表面积。当然，使用后面的方法会产生下面的

则可以得到合理而简化的电导池等效电路，如图 2-3(a)所示。C容，Cp 表示引线分布电容，在通常情况下，Cx(μF)>>Cp(pF 级)。在高溶用高频情况下，双电层电容 Cx 容抗相对很小时，双电层电容也可以省略得到的等效电路如图 2-3 (b)所示。电导池等效为溶液电阻与引线分布电容，这种等效电路也很常用。

HD-4 型盐度计设计方案及优缺点随着科学的发展，技术的进步，应用环境要求海水盐度的测量实现快速自动化，一些特殊应用场合对海水盐度的测量精度和准确度的要求越来越高，HD-2不能满足这些要求。针对 HD-2 型盐度计存在的弊端，在其基础上，开发出了度计。HD-4 型盐度计设计方案基于 SOPC 技术，对电路进行了数字化设计，在很大了测量的自动化，提高了测量精度和准确性。1 HD-4 型盐度计设计方案
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本文编号：2840587