Argo浮標CTD溫度傳感器實驗室中測試評估方法

車亞辰，程 敏，鄒　強

（國家海洋技術中心，天津　300112）

Argo浮標CTD溫度傳感器實驗室中測試評估方法

車亞辰，程 敏，鄒強

（國家海洋技術中心，天津300112）

文中主要研究Argo用CTD在實驗室內進行海洋工作狀態的模擬。由于Argo用CTD溫度傳感器布放在深海區域，在高壓低溫的狀態下，在剖面測量中曾經出現低溫溫度躍遷的現象，因此在CTD實驗室對其溫度性能測試評估方法加以改進。具體方法如下：先以常規測試評估方法檢驗，將已經確定達到指標要求溫度傳感器在壓力罐內反復加壓、保壓、泄壓，對其進行長期溫度性能測試。根據實驗數據總結出Argo浮標用CTD溫度傳感器的海洋環境溫度測量特性及具體測試評估方法，使實驗室溫度測試水平得到提升。

Argo浮標；溫度傳感器；壓力；評估

自沉浮式剖面探測浮標是一種海洋觀測平臺，應用在國際Argo計劃，專用于海洋次表層溫鹽深剖面測量。而Argo浮標用CTD是針對Argo浮標平臺開發的，在大洋水文調查中，有著廣泛應用。Argo浮標用CTD正在逐步進入產品化階段，相應的性能測試和評估方法對其研發生產有著重要作用。

1　Argo浮標工作簡介

Argo浮標的工作流程如下（如圖1）：

圖1　Argo浮標工作流程圖

2　Argo浮標CTD溫度傳感器實驗室新測試評估方法

2.1Argo浮標CTD溫度傳感器實驗室常規測試評估方法

從Argo浮標的工作過程可以看出，浮標先下潛至2 000 m水深處，然后完成2 000 m到海平面的剖面測量，浮標待機時會長期停留在1 000 m水深區，如此反復測量。針對Argo浮標的工作過程，國家海洋技術中心溫鹽深測量技術實驗室設計了適用于Argo浮標實驗室測試評估方法。

根據常規CTD實驗室性能評估方法——JJG 763-2002《溫鹽深測量儀》檢定規程進行測試，具體操作如下：

測試前向恒溫海水槽中注入鹽度為35左右的海水，并將水槽中的海水升溫至35℃左右，進行控溫。測試時將被測儀器放入恒溫海水槽中，浸沒在海水中300 mm左右，水槽內放置一等鉑電阻溫度計。恒溫水槽的溫度從32℃逐漸降溫至2℃，均勻選取32℃，28℃，24℃，20℃，15℃，10℃，5℃，2℃共計8個測試點。在海水槽溫度達到測試溫度點后進行控溫，當海水槽溫場波動度優于±0.000 5℃時，即認為達到溫度平衡狀態。在3 min時間內讀取儀器10組溫度讀數，作為溫度傳感器顯示值。同時從測溫電橋讀取10組一等鉑電阻溫度計的讀數，作為該測試點上的溫度標準值。

重復以上過程直至完成規定各點的測試。

以上評估過程均在常規氣壓下進行，而Argo浮標實際的工作狀態是長期停留在1 000 m水深區，短暫進行剖面測量。上述的檢定流程與Argo實際的工作狀態并不完全一致。

2.2Argo浮標CTD實際工作出現的問題

如果儀器僅進行了上述的常規定標過程，一臺已經過校準的Argo浮標CTD在海試中曾出現下面的問題（如圖2）。

圖2　Argo海試中問題數據

該圖為該浮標在同一海區取得的剖面測量數據，每條線代表一組剖面數據，相鄰兩組數據間隔10 d。從數據圖表右下方可以看出，此Argo浮標的CTD在（1 500～2 000 m）高壓（實際溫度應在2～5℃）低溫時，初始工作正常，但歷經若干剖面后，最后的5組剖面測量出現低溫的溫度躍遷，在1 500 m水深內溫度恢復正常，表現出CTD傳感器在高壓低溫下工作時出現的問題。為了解決該問題，需要設計合適的檢驗方法對此進行檢驗。

2.3Argo浮標CTD實驗室新測試評估方法

根據Argo的工作流程，設計了一種利用壓力罐及恒溫水槽來近似模擬Argo實際工作環境的評估方法。

首先按常規的CTD性能測試評估方法，進行溫度性能檢測評估。確定滿足技術指標后，將儀器放入水靜壓力罐中，進行加壓和泄壓的實驗過程來模擬Argo浮標上浮與下沉工作狀態，重復模擬10～20個加壓、保壓、泄壓過程。再放入恒溫水槽中，按常規的CTD性能測試評估方法，對其溫度性能做二次測試評估。

護患溝通組患者的滿意度(96.00%)顯著高于常規導診組患者(78.00%),數據對比差異存在統計學意義(X 2=7.1618,P=0.0074<0.05)。數據內容如表2所示。說明護患溝通在一定程度上增強了門診患者對導診服務的滿意程度。

由于評估方法中綜合考慮了加壓、泄壓以及長時間保壓過程，所以該實驗方法能更為合理地測試評估出Argo浮標CTD的溫度性能。

3　Argo浮標CTD溫度傳感器實驗室新測試評估方法及數據分析

3.1Argo浮標用CTD溫度傳感器和主要技術指標

Argo浮標用CTD溫度傳感器如圖3，其主要技術指標見表1。

圖3　Argo浮標用CTD溫度傳感器樣機

表1　Argo浮標用CTD溫度傳感器主要技術指標

3.2數據分析

3.2.1Argo浮標用CTD溫度傳感器校準及常壓復測數據選取3臺Argo浮標用CTD（儀器編號標記為1#、2#、3#）進行檢驗，按照JJG 763-2002《溫鹽深測量儀》檢定規程在國家海洋技術中心溫鹽深測量技術實驗室（如圖4）進行溫度校準，記錄以下數據：

圖4　實驗室測試環境

圖5　Argo1#、2#、3#傳感器常壓測試數據

表2　Argo1#、2#、3#傳感器常壓下測量最大誤差

通過每臺儀器1次校準實驗，4次復測實驗，可以得出此3臺Argo浮標用CTD溫度傳感器在常壓下測量最大絕對誤差均不大于0.005℃，且誤差出現位置隨機，因此確定滿足技術指標要求。

3.2.2Argo浮標用CTD溫度傳感器加壓復測數據根據本文提出的評估方法對此3臺Argo浮標用CTD溫度傳感器進行反復加壓泄壓25 MPa（10～20次）以及不小于3 h保壓實驗（如圖6）：

圖6　壓力實驗裝置

此后再對其進行溫鹽復測實驗，數據分析如表3及圖7。

圖7　Argo1#、2#、3#傳感器加壓后溫度復測數據

表3　Argo1#、2#、3#傳感器加壓后測量最大誤差

通過以上數據可見，在該實驗方法測試下，Argo1#溫度傳感器在2～5℃之間測量時出現微小漂移（如圖7方框內所示），形成最大絕對誤差，與之前海試中的問題數據出現的工作狀態相吻合，由于低溫溫度躍遷是緩慢形成的，此微小偏差在進行更多次的加壓實驗后會形成較大的偏差，以致出現海試數據中的低溫溫度躍遷現象；而Argo2#與Argo3#最大絕對誤差出現的位置依舊隨機，與常壓下測量結果比較無明顯差異。

實驗室將實驗數據及分析過程反饋給了相關研制部門，該研制部門對此測試評估方法表示認可，對所有Argo浮標CTD溫度傳感器進行同樣測試實驗，并建議根據此測試評估方法檢驗，避免類似問題再次出現。

4　結論

溫鹽深測量技術實驗室為CTD測量提供測量標準與環境，針對不同的儀器的測量與評估方法是需要不斷的積累和改進的。從以上論述中，可見常壓下傳統的溫度校準與復測方法對于長期深海反復剖面測量的儀器是不全面的，深海中長期壓力對溫度傳感器的影響也是需要有效評估的，本評估方法能有效的檢測Argo浮標CTD的性能，并且應用在CTD的溫度傳感器校準中，有助于提高相關儀器的測量精度和研制水平，同時提升了實驗室的測試水平與能力。

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Research on the Method for Testing and Evaluating Argo CTD Temperature Sensors in the Laboratory

CHE Ya-chen，CHENG Min，ZOU Qiang
National Ocean Technology Center，Tianjin 300112，China

This paper mainly studies the simulation of actual working state of Argo CTD in the laboratory instead of the sea.When the temperature sensors on Argo CTD work in deep sea with low temperature and high pressure，low temperature transition appears after several profile measurements，and the temperature performance testing and evaluating method is improved by the researchers in the CTD laboratory.Firstly，the temperature sensors of Argo CTD are tested with regular testing and evaluating method，and those reaching the index requirements repeat pressure increasing，maintaining and decreasing in the pressure tank，and then temperature performance tests run over a long period.According to the experimental data，this paper summarizes the properties of temperature measurement in the marine environment and the specific testing and evaluating methods for the temperature sensors on Argo CTD.The method proposed in this paper can improve the level of temperature measurement in the laboratory.

Argo buoy，temperature sensor，pressure，evaluation

P715.2

A

1003-2029（2016）03-0078-04

10.3969/j.issn.1003-2029.2016.03.015

2015-12-03

車亞辰（1989-），男，本科，助理工程師，主要研究方向為儀器測量評估。E-mail：328752367@qq.com