GBT 23246-2009 電導率溫度深度剖面儀

電導率溫度深度剖面儀2009-03-11發(fā)布2009-11-01實施I本標準的附錄C和附錄D為規(guī)范性附錄，附錄A和附錄B為資料性附錄。本標準由國家海洋局提出。本標準由全國海洋標準化技術委員會(SAC/TC283)歸口。Ⅱ本標準采用了國際計量委員會頒布的國際溫標ITS-90,聯(lián)合國教科文組織海洋科學技術報告第36號的國際實用鹽標PSS-78和國際狀態(tài)方程EOS-80,以及第44號的海洋基本特性計算公式。1電導率溫度深度剖面儀本標準規(guī)定了電導率溫度深度剖面儀(以下簡稱CTD剖面儀)的技術要求、試驗方法、檢驗規(guī)則、本標準適用于直讀式CTD剖面儀和自容式CTD剖面儀，其他類型CTD剖面儀也可參照使用。2規(guī)范性引用文件下列文件中的條款通過本標準的引用而成為本標準的條款。凡是注日期的引用文件，其隨后所有的修改單(不包括勘誤的內容)或修訂版均不適用于本標準，然而，鼓勵根據(jù)本標準達成協(xié)議的各方研究是否可使用這些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本適用于本標準。GB9254信息技術設備的無線電騷擾限值和測量方法GB/T12763.2海洋調查規(guī)范第2部分：海洋水文觀測GB/T12763.7海洋調查規(guī)范第7部分：海洋調查資料交換GB/T17626.3電磁兼容試驗和測量技術射頻電磁場輻射抗擾度試驗GB/T17626.6電磁兼容試驗和測量技術射頻場感應的傳導騷擾抗擾度HY016.2—1992海洋儀器基本環(huán)境試驗方法低溫試驗HY016.3—1992海洋儀器基本環(huán)境試驗方法低溫貯存試驗HY016.4—1992海洋儀器基本環(huán)境試驗方法高溫試驗HY016.5—1992海洋儀器基本環(huán)境試驗方法高溫貯存試驗HY016.7—1992海洋儀器基本環(huán)境試驗方法恒定濕熱試驗HY016.11—1992海洋儀器基本環(huán)境試驗方法振動試驗HY016.12—1992海洋儀器基本環(huán)境試驗方法沖擊試驗HY016.15—1992海洋儀器基本環(huán)境試驗方法水靜壓力試驗HY/T042海洋儀器分類及型號命名辦法JJG763溫鹽深測量儀UNESCONo.36聯(lián)合國教科文組織海洋技術報告第36號(1981)UNESCONo.44聯(lián)合國教科文組織海洋技術報告第44號(1983)3術語和定義下列術語和定義適用于本標準。電導率溫度深度剖面儀CTDprofiler用于自動測量海水電導率、溫度和深度剖面的儀器。用于完成CTD剖面儀的測量管理、參數(shù)計算和數(shù)據(jù)處理的CTD剖面儀專用程序。4產品分類與型號命名產品的分類與型號命名按HY/T042的規(guī)定執(zhí)行。25技術要求5.1產品結構與外觀要求5.1.1CTD剖面儀由水下單元和甲板單元兩部分組成。水下單元包括傳感器、轉換控制電路與耐壓水密容器。甲板單元包括接口裝置、計算機和用戶軟件。5.1.2CTD剖面儀零部件的鍍層和涂層應均勻、牢固，應無劃痕、磨損、銹蝕和明顯剝落現(xiàn)象；緊固件和接插件不應有松動和損傷。5.2產品基本參數(shù)按照GB/T12763.2對海洋水文觀測準確度的規(guī)定，CTD剖面儀系列產品劃分為三個等級，分別為：一級CTD剖面儀、二級CTD剖面儀和三級CTD剖面儀。CTD剖面儀系列產品的技術指標應分別符合表1、表2和表3的規(guī)定。表1一級CTD剖面儀技術指標一覽表測量參數(shù)測量范圍準確度分辨率響應時間溫度0.001℃電導率0.001mS/cm壓力士0.05%(滿量程)表2二級CTD剖面儀技術指標一覽表測量參數(shù)測量范圍準確度分辨率溫度電導率0.01mS/cm壓力±0.1%(滿量程)表3三級CTD剖面儀技術指標一覽表測量參數(shù)測量范圍準確度分辨率溫度電導率壓力±0.5%(滿量程)5.3工作深度水下單元工作深度應符合表1、表2和表3中壓力范圍的規(guī)定。5.4數(shù)據(jù)采集傳輸5.4.1采樣頻率：信號采集頻率應不小于1Hz。5.4.2傳輸速率：串行數(shù)據(jù)傳送，傳輸速率應不小于9600bit/s。5.4.3傳輸特性：誤碼率應不大于3×10-?。5.5環(huán)境特性5.5.1工作環(huán)境：——水下單元工作溫度為(-5～35)℃;——甲板單元工作溫度為(0～50)℃,相對濕度應不大于95%。5.5.2儲存溫度：(-20～55)℃。CTD剖面儀采用交流供電或電池供電。交流電源：電壓(220±22)V,電流(0.5±0.03)A,頻率(50±2.5)Hz。3電池電源：電壓(5～22)V,容量(3～10)Ah。5.7電安全性CTD剖面儀甲板單元的功能絕緣電阻應不小于50MΩ。5.8電磁干擾CTD剖面儀甲板單元和水下單元產生的電磁輻射，在80MHz～100MHz頻率范圍內，輻射強度應不大于1V/m。同時，應抵御150kHz～80MHz頻率范圍內，強度高達3V/m的電磁干擾。6試驗方法6.1試驗儀器和設備試驗時應采用標準儀器(標準物質)和專用設備，其測量范圍應滿足5.2中的規(guī)定，分辨率應優(yōu)于5.2中的要求，準確度應優(yōu)于5.2中規(guī)定的3倍。本標準推薦的標準儀器和專用設備如表4所示。表4標準儀器和專用設備推薦表測試項目標準儀器準確度專用設備測試環(huán)境電導率實驗室鹽度計(一級標準海水)大型恒溫鹽槽溫度：相對濕度：不大于70%溫度一等鉑電阻溫度計測溫電橋大型恒溫鹽槽壓力標準雙活塞精密壓力計士0.005%(滿量程)恒溫實驗室6.2外觀檢查用目視或手感的方法檢查CTD剖面儀，外觀應符合5.1.2中的規(guī)定。6.3輸出特性檢查連接CTD剖面儀的甲板單元與水下單元，進行通訊傳輸檢查。在規(guī)定的時間內，檢查采樣的次數(shù)與傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，采樣頻率與傳輸速率應符合5.4.1與5.4.2中的規(guī)定。6.4一級CTD剖面儀計量性能測試6.4.1選定測試點CTD剖面儀的溫度、電導率和深度測試點的選擇如表5所示。6.4.2測試準備為降溫試驗(自35℃至0℃降溫)做準備。進行溫度和電導率測試時，首先向大型恒溫海水槽注入鹽度為35左右的海水，注入的海水數(shù)量應確保能將CTD剖面儀水下單元浸沒；測試前，先將大型恒溫海水槽中的海水加溫至35℃左右，進行控溫。表5測試點測試項目溫度在溫度測量范圍內，確定6至8個溫度測試點，大致均布降溫試驗電導率同溫度測試點鹽度為35左右，降溫試驗壓力在深度測量范圍內，確定6至8個壓力測試點，大致均布升降壓一個往返6.4.3測試要求溫度和電導率的測試應在大型恒溫海水槽內進行，壓力測試應在恒溫實驗室進行。測試時，將被測CTD剖面儀放入海水槽內，浸沒在海水中300mm左右。在水槽內放置一等鉑電阻溫度計和海水取樣管。46.4.4溫度和電導率準確度測試6.4.4.1測試前應保證大型恒溫海水槽溫度達到平衡狀態(tài)。首先進行35℃測點的試驗，在大型恒溫海水槽溫度達到測試溫度點后，對其進行控溫，當溫度波動度小于或等于0.0005℃時，即達到溫度平6.4.4.2測試時記錄和取樣應在溫度平衡狀態(tài)下進行。在3min之內讀取溫度傳感器和電導率傳感器10組讀數(shù)，分別作為溫度示值和電導率示值。同時從測溫電橋讀取10組一等鉑電阻溫度計的讀數(shù)，作為該測試點上的溫度標準值。在讀取溫度標準值時，進行海水取樣。用槽內海水沖洗采樣瓶內壁和瓶蓋2至3次，用取樣管抽取2瓶至3瓶海水樣品。采樣瓶內的海水不宜太滿，當達到容積的四分之三左右時快速封嚴采樣瓶并編號，記錄待用。用實驗室鹽度計測量海水樣品，每個樣品讀取10組讀數(shù)。按照UNESCONo.44提供的公式計算出電導率，作為該測試點上的電導率標準值。數(shù)據(jù)記錄表格參見附錄A。6.4.4.3繼續(xù)進行下一個測試點，重復6.4.4.1和6.4.4.2步驟，直到全部完成規(guī)定各點的測試。6.4.5測試數(shù)據(jù)的處理方法6.4.5.1溫度測試數(shù)據(jù)的處理方法根據(jù)JJG763的有關規(guī)定進行溫度測量的數(shù)據(jù)處理。依照式(1)計算溫度測量誤差： (1)△T;——在第j個測點上的CTD剖面儀的溫度測量誤差值，單位為攝氏度(℃);t;—-在第j個測點上CTD剖面儀的10組溫度示值的算術平均值，單位為攝氏度(℃);T;——在第j個測點上的10組溫度標準值的算術平均值，單位為攝氏度(℃);j(測點)=1,2,3,…,8;選取絕對值最大的△T;為溫度測量誤差，其范圍應符合5.2的要求。6.4.5.2電導率測試的數(shù)據(jù)處理方法根據(jù)JJG763的有關規(guī)定進行電導率測量的數(shù)據(jù)處理。依照式(2)計算電導率測量誤差： (2)△C;——在第j個測點上CTD剖面儀的電導率測量誤差值，單位為毫西門子每厘米(mS/cm);c;——在第j個測點上CTD剖面儀的10組電導率示值的算術平均值，單位為毫西門子每厘米C;——在第j個測點的10組電導率標準值的算術平均值，單位為毫西門子每厘米(mS/cm);j(測點)=1,2,3,…,8;選取絕對值最大的△C;為電導率測量誤差，其范圍應符合5.2的要求。6.4.6壓力準確度的測試6.4.6.1壓力準確度的測試方法將壓力傳感器與標準雙活塞精密壓力計相連。首先按表5的測試點，自低壓向高壓進行測試，然后按表5的測試點，自高壓向低壓進行測試。在每個測試點的升降壓過程各讀取10組活塞壓力計和壓力傳感器的數(shù)據(jù)，分別作為該測試點上的壓力標準值和CTD剖面儀的壓力示值。數(shù)據(jù)記錄表格參見附6.4.6.2壓力測試數(shù)據(jù)的處理方法根據(jù)JJG763的有關規(guī)定首先進行壓力測量的數(shù)據(jù)處理。依據(jù)式(3)計算壓力測量誤差：△P;=p;—P △PCTD剖面儀在第j個測點的壓力測量誤差，單位為兆帕(MPa);5p;——CTD剖面儀在第j個測點的10組壓力示值的算術平均值，單位為兆帕(MPa);P;——標準活塞壓力計在第j個測點的10組壓力標準值的算術平均值，單位為兆帕(MPa);j(測點)=1,2,3,…,8;選取其絕對值最大的△P;為壓力測量誤差，其誤差范圍應符合5.2的要求。6.4.7分辨率測試在每個測試點測試時，應同時測試CTD剖面儀的分辨率。當大型恒溫海水槽溫度處于平衡狀態(tài)時，即溫度波動度約0.0005℃,測試海水的電導率、溫度和壓力。電導率、溫度和壓力傳感器示值的分辨率均應符合5.2的要求。6.5二級CTD剖面儀和三級CTD剖面儀計量性能測試二級、三級CTD剖面儀的測試方法與一級CTD剖面儀的測試方法基本相同，只是對試驗設備的要求相應降低，水槽的穩(wěn)定度與波動度以及試驗儀器的準確度也相應降低。二級、三級CTD剖面儀的測量范圍和分辨率應分別符合5.2中的規(guī)定，試驗儀器的準確度應為5.2中規(guī)定的3倍。6.6環(huán)境試驗環(huán)境試驗的項目、依據(jù)標準與試驗條件見表6。表6CTD剖面儀環(huán)境試驗試驗項目依據(jù)標準試驗條件低溫貯存試驗HY016.3—1992低溫試驗HY016.2—1992高溫貯存試驗HY016.5—1992高溫試驗HY016.4—1992沖擊試驗HY016.12—1992100m/s2,XYZ軸3次(甲板單元),Y軸3次(水下單元)振動試驗HY016.11—1992(2～13.2)Hz,1mm,(13.2～80)Hz,7m/s2,循環(huán)20次恒定濕熱試驗HY016.7—1992(40±2)℃,相對濕度(90～96)%,2×24h水靜壓力試驗HY016.15—1992取最大深度工作壓力1.25倍，保壓1h進行高、低溫貯存試驗后，CTD剖面儀外觀應無劃痕、磨損、銹蝕和明顯剝落現(xiàn)象；緊固件和接插件不應有松動和損傷。CTD剖面儀通電后應能正常實現(xiàn)測量、通訊等功能。進行沖擊、振動試驗和水靜壓力試驗后，CTD剖面儀外觀應無劃痕、磨損、銹蝕和明顯剝落現(xiàn)象；緊固件和接插件不應有松動和損傷。高低溫試驗過程中及試驗后通電檢查，CTD剖面儀應能正常實現(xiàn)測量、通訊等功能。6.7誤碼率檢驗對水下單元與甲板單元誤碼率的檢測，由用戶軟件中的誤碼率測試程序來實現(xiàn)。在CTD剖面儀工作狀態(tài)下，啟動誤碼率測試程序。首先，輸入任意2個數(shù)字作為標準碼。然后，進行下列測試：甲板單元將標準碼向水下單元發(fā)送，水下單元接收到后，立即將標準碼再發(fā)送到甲板單元，由甲板單元接收，記錄并進行比較、處理，持續(xù)5min發(fā)送與接收該標準碼。最后，統(tǒng)計非標準碼的個數(shù)。誤碼率由式(4)計算。式中：k——接收的非標準碼個數(shù)；N——發(fā)送的標準碼個數(shù)。誤碼率λ應符合5.4.3要求。66.8電磁兼容試驗按照GB/T17626.3與GB/T17626.6規(guī)定的方法進行試驗，試驗結果應符合5.8要求。6.9電安全性檢驗按照GB9254,利用兆歐表或絕緣測試儀器，測量CTD剖面儀的機殼與交流電源的地之間的絕緣電阻，絕緣電阻應符合5.7要求。7檢驗規(guī)則7.1出廠檢驗7.1.1CTD剖面儀應逐臺進行出廠檢驗。7.1.2出廠檢驗按5.1至5.4、5.6和5.7的要求逐項進行。7.1.3出廠檢驗中有一項檢驗項目不合格時，即判該產品不合格。7.1.4產品檢驗合格后，方可出廠。7.2型式檢驗7.2.1CTD剖面儀有下列情況之一時，應進行型式檢驗：b)轉產或長期停產后，再次投產時；c)批量試制或生產，進行抽檢或評定考核時；d)出廠檢驗結果與上次的型式檢驗有較大差異時；e)國家質量監(jiān)督機構提出進行型式檢驗要求時。7.2.2型式檢驗應按5.1至5.8和6.6的要求逐項進行。7.2.3型式檢驗的樣品應從經出廠檢驗合格的產品中隨機抽取，一般數(shù)量為3臺，少于3臺時應全部檢驗。7.2.4在型式檢驗中，若有兩臺或兩臺以上不合格時，則判該批型式檢驗不合格；若有一臺不合格時，則應加倍抽樣進行不合格項目復檢，其后仍有不合格時，則判該批型式檢驗不合格；若全部檢驗合格，該批型式檢驗產品應判為合格。8.1標志8.1.1銘牌標志每臺CTD剖面儀的甲板單元面板和水下單元外殼上均應有銘牌，銘牌標識至少應有以下內容：b)主要參數(shù)；c)制造單位；8.1.2包裝標志CTD剖面儀的包裝箱表面應標志以下內容：b)箱體尺寸(mm):長×高×寬；c)箱體凈重或毛重(kg);d)運輸作業(yè)安全標志。8.2包裝8.2.1CTD剖面儀應用專用包裝箱包裝。包裝箱應堅實可靠、經濟美觀，內部結構應具有加固減震功能。78.2.2CTD剖面儀包裝時應附有下列隨機物品：a)產品合格證；b)用戶軟件光盤；c)產品使用說明書；d)裝箱單；e)專用工具和必要的備件；f)其他有關的技術資料。8.3運輸8.3.1包裝好的CTD剖面儀，應能適應任何交通工具運輸。8.3.2敞篷運輸時應遮蔽貨物，防塵、防雨。裝卸時，應輕拿輕放。8.4貯存8.4.1CTD剖面儀應貯存在溫度為一20℃~40℃,相對濕度小于95%的室內，周圍無腐蝕性氣體和粉塵，無強電磁場和強烈振動，避免較強的沖擊或碰撞，產品不應倒立或倒放。8.4.2溫度低于0℃時，應確保電導率傳感器玻璃管中干燥，無任何水分。9數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)格式應符合GB/T12763.7的有關規(guī)定。甲板單元與水下單元的通訊應采用CTD剖面儀硬件語言進行。硬件語言參見附錄B。9.2用戶軟件9.2.1測量管理CTD剖面儀的用戶軟件應該具備測量管理、參數(shù)計算與數(shù)據(jù)處理的功能。測量管理應包括如下功能：a)設置工作參數(shù)，顯示儀器狀態(tài)；b)測試誤碼率，儀器自校；c)回放測量數(shù)據(jù)，編輯處理存檔。測量管理應生成如下三類文件：表頭文件、初始化文件和原始數(shù)據(jù)文件。表頭文件主要包括站位、時間、地點和儀器狀態(tài)信息。初始化文件主要包括儀器傳感器定標參數(shù)信息。原始數(shù)據(jù)文件主要包括儀器所有的測量參數(shù)以及每次測量相對應的時間信息。9.2.2參數(shù)計算參數(shù)計算應實現(xiàn)以下功能：a)生成工程量文件，將原始數(shù)據(jù)文件由用戶軟件的轉換程序進行轉換，形成工程量文件，內容應包括電壓、頻率等工程數(shù)字量，并帶有時間坐標信息；b)生成物理量文件，將工程量文件由用戶軟件的計算程序進行計算，形成物理量文件，內容應包括電導率、溫度和壓力等物理量，并帶有時間坐標信息；c)生成派生量文件，按照UNESCONo.44的海水基本特性計算公式，將物理量文件進行計算，形成派生量文件，內容應包括鹽度、深度和密度等派生量，并帶有時間坐標信息。9.2.3數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理應具有如下功能：剔除粗大誤差、數(shù)字濾波、平均、滯后訂正以及消除逆壓等。9.3數(shù)據(jù)處理有關要求數(shù)據(jù)處理應符合以下要求。a)關于參數(shù)單位規(guī)定如下：8GB/T23246—2009溫度——℃電導率——mS/cm壓力——MPa頻率——Hzb)關于計算公式規(guī)定如下：海水的溫度、電導率和壓力由用戶軟件的計算程序計算。海水的溫度應采用ITS-90溫標。海水的鹽度采用PSS-78鹽標。鹽度計算公式見附錄C。海水的深度由計算取得。深度計算公式見附錄D。海水的密度采用UNESCONo.36的EOS-80計算。海水的聲速、動力高度等其他物理海洋參數(shù)，采用UNESCONo.44的海水基本特性計算公式進行計算。c)關于計算公式中的換算關系如下：壓力換算關系采用以下公式：式中：dbar——分巴；MPa——兆帕。溫標換算關系采用以下公式：式中：d)數(shù)據(jù)結構應按照GB/T12763.7和CTD剖面儀的技術指標，確定剖面儀數(shù)據(jù)的有效位數(shù)。9(資料性附錄)CTD剖面儀測試數(shù)據(jù)記錄表表A.1電導率傳感器測試數(shù)據(jù)記錄表測點序號測點溫度傳感器示值示值平均值x鹽度計標準值標準值平均值電導率標準值y誤差18GB/T23246—2009儀器名稱：電橋名稱：表A.2溫度傳感器測試數(shù)據(jù)記錄表儀器序號：儀器產地：測點序號測點溫度傳感器示值示值平均值x測溫電橋標準值標準值平均值溫度標準值y誤差8GB/T23246—2009表A.3壓力傳感器測試數(shù)據(jù)記錄表測點序號測點壓力傳感器示值示值平均值x壓力計標準值標準值平均值y誤差l8(資料性附錄)CTD剖面儀硬件語言B.1采集器命令采集器命令如下：a)查詢工作狀態(tài)命令格式：AH;b)顯示儀器狀態(tài)命令格式：ADS」;e)設置站號命令格式：ASTA□XXXX.(XXXX為四位站號);f)采集模式命令格式ACQM□N,;g)測量開始命令格式：AMS」;h)測量結束命令格式AMEB.2數(shù)據(jù)格式B.2.1數(shù)據(jù)幀測量開始后，每秒鐘發(fā)送24幀數(shù)據(jù)。在接收到測量結束命令后，停止發(fā)送數(shù)據(jù)幀。每一數(shù)據(jù)幀包括16個字節(jié)，第一個字節(jié)為數(shù)據(jù)幀的標志字，其余15個字節(jié)定義采集器采集的CTD剖面儀的傳感器測量數(shù)據(jù)。B.2.2狀態(tài)幀收到測量開始命令，立即向甲板單元發(fā)送狀態(tài)幀，作為狀態(tài)幀系列的第一幀。正常測量后，每間隔10分鐘發(fā)一幀。收到測量結束命令后，立即向甲板單元發(fā)送狀態(tài)幀，作為狀態(tài)幀系列的最后一幀。每一狀態(tài)幀包括16個字節(jié)，第一