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投弃式温度剖面仪校准规范

(实验报告)

主要起草单位:国家海洋局南海标准计量中心参加起草单位:国家海洋局东海标准计量中心

国家海洋标准计量中心

国家海洋局北海标准计量中心中山大学

二零二四年八月

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投弃式温度剖面仪校准规范

校准对象

选择TSK公司生产的T7型投弃式温度剖面仪(以下简称“XBT”)作为校准对象,其主要技术参数见表1,样机照片见图1。

表1被校仪器主要技术参数

测量范围

分辨力

准确度

(-2—35)℃

0.001℃

±0.2℃

探头 数据采样器

发射枪 计算机读数软件

图1投弃式温度剖面仪样机

校准项目

校准项目包括XBT温度示值误差、温度测量重复性和温度传感器动态响应特性。

计量标准

主要计量标准器具及其配套设备

校准所用主要计量标准器具及其配套设备见表2。

表2主要计量标准器具及其配套设备

名称/编号

测量范围

不确定度/准确度等级/最大允许误差

标准铂电阻温度计

(-189.3442~419.527)℃

一等

数字测温仪

(0~100)kΩ

MPE:±2×10-6

海水恒温槽

(-5~65)℃

波动性≤0.005℃/10min;

均匀性≤0.005℃

数字多用表

(0~10M)Ω;采样频率:(1~

10000)Hz

Ω2W:MPE:±1×10-5MΩ;Ω4W:MPE:±1×10-3kΩ

其他设备

温度阶跃系统

由恒温水槽和匀速运动控制装置组成,用于动态响应特性校准。温度阶跃系统是为了给被校XBT提供一个定量的温度突变,产生温度阶跃所需的时间应小于被校准传感器时间常数或0.5的10%。

匀速运动控制装置应能控制XBT探体在恒温水槽中以不小于0.1m/s的速度垂直均匀运动,速度均匀度优于10%。匀速运动是否满足要求可以通过实际测量确定,也可根据温度传感器动态响应特性校准结果,通过传感器在数个微小区间内的示值—时间变化率计算确定。

XBT在水槽内匀速运动的时间应大于其热响应时间0.9。

本实验中使用匀速电机配合钢索通过吊装方式控制XBT探体的匀速运动。

采集测试控制系统

用于动态响应特性校准。可采用XBT配套的数据采集器和软件,或采用数字示波器、配置高速模数转换器的计算机或高速采样数字电压表等。记录仪表自身的响应时间应小于待校准XBT温度传感器时间常数的10%,时间分辨力应优于待校准温度传感器时间常数的1%;采用输出信号放大器时,输出信号放大器自身响应时间应不超过待校准温度传感器时间常数的1%,并且放大倍数连续可调。

本实验使用高速采样多用数字表,采集XBT温度传感器的电阻值变化获取动态响应特性曲线,配合计算机软件控制多用数字表采集数据并记录。

实验方法

外观检查

目测XBT的外观是否完好,连接XBT发射枪、探体套筒、数据采集器,连接计算机读数软件,检查安装和信号连接是否正常。

温度示值误差

(1)按35℃、30℃、25℃、20℃、15℃、10℃、5℃、0℃的顺序进行温度示值误差的校准。

将标准温度计固定在恒温水槽中,XBT探体置于恒温水槽内,标准温度计尽量靠近XBT温度传感器位置。

控制恒温水槽为35℃,待温度稳定后,标准温度计和XBT同时测量不少于10组读数,取对应温度读数的算术平均值分别作为该校准点上的标准温度值和XBT温度示值。一般将XBT实时显示的数据保存为软件整合后的数据记录后,读取温度记录数据作为其温度读数。

完成35℃的温度示值误差校准后,按相同步骤依次完成余下校准点的温度示值误差校准。

按下式计算温度示值误差:

?=???

式中:

?——XBT在第i个校准点的温度示值误差,℃;

——XBT在第i个校准点的温度示值,℃;

??——第i个校准点的标准温度示值,℃。取绝对值最大的?作为XBT温度示值误差。

温度测量重复性

选取20℃校准点,在重复性条件下,重复测量10次,计算温度测量重复性。按下式计算温度测量重复性:

∑=1

=1

?1

??2

式中:

——温度测量重复性,℃;

——第次测量的温度示值,℃;

?——次测量的算术平均值,℃;

——测量次数(=10)。

动态响应特性

完成温度示值误差和温度测量重复性校准后,进行温度传感器动态响应特性校准。

连接采集测试控制系统

将XBT探体套筒与发射枪连接,将发射枪航空插头的正负极接口与数字多用表的欧姆档连接;连接计算机和数字多用表,在软件端输入指令,控制数字多用表的数据采集功能。

将XBT探体从套筒中取出,固定在温度阶跃系统的匀速运动控制装置上。

控制环境温度和恒温水槽温度稳定后,先进行静态

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