数字式海水盐度计的研制

　　海水的盐度测量和控制在养殖业上至关重要·目前养殖户主要是使用光学干涉仪进行测量。但海水的折射率与盐度和温度都有关系,难免出现误差·而且使用上受到诸多因素的限制。

　　最近有人运用光量法原理研制出微型光纤折射仪[1]·该仪器的特点是测量精度较高,能在强磁场、强电场条件下工作·但是该装置使用了一只He-Ne激光器和稳压源,因此结构庞大,也不易于在养殖场没有市电的地方进行现场测量,再者其所使用的探头是一条去除了壳层的光纤核心[1],因此该测量仪机械强度不高·

　　本文采用用电导法原理,以两根平行安置的圆柱状不锈钢材料做探头·由于盐度不同,电导率不同,从而探头两端电阻不同·电桥将电阻的变化转换为输出电压的变化,接着经放大和线性补偿后传输给A/D转换器,最后由A/D转换器驱动液晶显示器进行盐度数字显示·

　　1　测量原理及仪器组成

　　测量装置的电路框图(图1)和实际电路图(图2)如下所示·

　　1.1　电子探头

　　本文使用的电导探头呈圆柱状,耐腐蚀,直径0.36mm、长度为19.5mm、相距14.2mm·它作为电桥的一个臂·盐度不同,探头电阻不同,从而电桥有不同的输出电压·

　　采用这种结构的探头的原因:按照电磁场理论[2],直径为2a、长度为l的两根金属导体,在介质中平行间距为d时,如果满足:2a l、2a d·可推导出其电阻R与介质的电导率δ的关系为:与l和d无关·这给更换探头带来了方便·

　　探头结构图(见图3)和盐度变化引起输出电压变化图(见图4)如下:

盐度变化时,引起探头电阻增量ΔRt,因此电桥输出电压

可见输出电压与ΔRt有关,使Uo与U非线性;如果ΔRt=0,则

　　Uo与U线性,补偿方法是改变电源电压来补偿,例如在电桥供电线路中串一热敏电阻·

　　1.2　传感器放大器和线性校正电路

　　使用放大器为差动放大器,完成两个任务:

　　(1)将传感器输出差动压放大去驱动后续电路;

　　(2)零点偏移线性校正·

　　放大器用一块四运放集成块LM324即图(2)ICIA、ICIB、ICIC、ICIA与ICIB级成双入—双出放大器将输入的差模电压,传给ICIC双入—单出放大器,ICIB的另一个重要作用是传感器零点偏移的校正·放大器是运用了电压跟随器,对电桥的输出进行放大·线性校正电路的作用是由于放大器的输出与盐度的关系不成线性,从而要进行线性补偿·在本文性校正的输出与盐度的关系如图5所示。

　　根据文献报导[3,4],鱼和虾类的存活盐度为6.02%~38.64%,最适宜盐度为24.20%~29.51%·故实验中用蒸馏水配制的最高盐度值为90.91%。