一种海洋探测传感器电导率全自动标定系统及其使用方法
阅读说明：本技术 一种海洋探测传感器电导率全自动标定系统及其使用方法 (Full-automatic conductivity calibration system for ocean detection sensor and application method thereof ) 是由 刘媛媛 贺小龙 高守玮 于畅远 彭艳 罗均 谢少荣 蒲华燕 于 2020-12-23 设计创作，主要内容包括：本发明属于电导率传感器标定设备技术领域,公开了一种海洋探测传感器电导率全自动标定系统,包括测量池,测量池连通有蓄水池,蓄水池与测量池之间设置有组合泵,组合泵两端分别与测量池和蓄水池连通；测量池上方还连通有漏斗,漏斗与测量池之间设置有送料器,送料器的两端分别连通漏斗和测量池；测量池下方设置有超声波振子,超声波振子与测量池的底面相配合；测量池内设置有电导率检测仪,电导率检测仪连接有ARM控制器,ARM控制器连接有触摸屏；ARM控制器还与组合泵、送料器和超声波振子连接；本发明提供了一种在电导率传感器标定过程中自动制备所需电导率溶液的海洋探测传感器电导率全自动标定系统及其使用方法。(The invention belongs to the technical field of conductivity sensor calibration equipment, and discloses a full-automatic conductivity calibration system of an ocean detection sensor, which comprises a measuring tank, wherein the measuring tank is communicated with a reservoir, a combined pump is arranged between the reservoir and the measuring tank, and two ends of the combined pump are respectively communicated with the measuring tank and the reservoir; a funnel is communicated above the measuring pool, a feeder is arranged between the funnel and the measuring pool, and two ends of the feeder are respectively communicated with the funnel and the measuring pool; an ultrasonic vibrator is arranged below the measuring pool and matched with the bottom surface of the measuring pool; a conductivity detector is arranged in the measuring tank, the conductivity detector is connected with an ARM controller, and the ARM controller is connected with a touch screen; the ARM controller is also connected with the combined pump, the feeder and the ultrasonic vibrator; the invention provides a full-automatic conductivity calibration system for a marine detection sensor, which can automatically prepare a required conductivity solution in the calibration process of the conductivity sensor, and a use method thereof.)
技术领域
本发明属于电导率传感器标定设备技术领域，具体涉及一种海洋探测传感器电导率全自动标定系统及其使用方法。
背景技术
海水盐度是海水中含盐量的标度，是海水的重要特性，是研究海水的物理过程和化学过程的基本参数。海水盐度的测量对盐化工、海洋气候监测、海洋能源探索和开发等方面都有十分重要的作用. 随着海洋事业的发展，电导法盐度计的发展也十分迅速。电导法是基于海水导电的物理特性来间接测量海水盐度的方法。其主要是通过一定的电路设计，测量海水的电导率或电导率比值。
在设计和制作一种电导率传感器时,离不开标定过程,当前的现状是,实验人员按照标准手动配置所需电导率的溶液,用标准仪器测量再用自制仪器测量结果与之对比,而后再用不同电导率值的电导率溶液重复实验,整个制备溶液的过程繁琐,且需要操作人员较高的熟练度才能做到准确无误.如何提高配置溶液的效率,减少不必要的人力和时间投入是标定流程自动化的目标,经调查,目前市面上暂无成熟的在售电导率自动标定系统产品,在售的只是制作完备的一次性标定液，因此，在研发电导率传感器的多次重复性试验、测量过程中，一种全自动标定系统就显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在电导率传感器标定过程中自动制备所需电导率溶液的海洋探测传感器电导率全自动标定系统及其使用方法。
基于上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种海洋探测传感器电导率全自动标定系统，包括测量池，测量池连通有蓄水池，蓄水池与测量池之间设置有组合泵，组合泵包括两个蠕动泵，两个蠕动泵的两端分别连接蓄水池和测量池；一个蠕动泵为17毫升/min，另一个蠕动泵为1毫升/min，两个蠕动泵均连接有步进电机，与蠕动泵连接的步进电机均与ARM控制器连接；测量池上方还连通有漏斗，漏斗与测量池之间设置有送料器，送料器的两端分别连通漏斗和测量池；测量池下方设置有超声波振子，超声波振子与测量池的底面相配合；测量池内设置有电导率检测仪，电导率检测仪连接有ARM控制器，ARM控制器连接有触摸屏；ARM控制器还与组合泵、送料器和超声波振子连接；大范围（大于10毫升）内采用17毫升/min的蠕动泵，小范围内（小于5毫升）采用1毫升/min的蠕动泵。
进一步的，蓄水池内设置有液位计，蓄水池的进水口处设置有电磁阀，液位计和电磁阀均与ARM控制器连接。
进一步的，送料器包括设置在漏斗下面的转子，转子连接有步进电机，转子上设置有与漏斗底端相配合的送料槽，转子外面设置有外壳，外壳顶端上开设有与送料槽相对应的第一壳孔，外壳底端还开设有与第一壳孔相对称的第二壳孔；第一壳孔和第二壳孔均为通孔；第二壳孔连通测量池；漏斗的底端为向上凹陷的弧面且与转子的外壁保持一致；漏斗的底端穿过第一壳孔与送料槽相接触；漏斗上的孔命名为送料孔，漏斗上设置的送料孔与送料槽相连通且送料孔在水平面上的投影不超出转子；外壳为水平设置的空心筒体结构；转子为水平设置的圆柱体结构；转子的外壁与外壳的内壁相配合；外壳内设置有与转子相配合的壳端面；壳端面靠近转子的端面与第一壳孔和第二壳孔远离转子的端面对齐，送料槽靠近壳端面的一侧与外界连通；壳端面上开设有安装步进电机的孔位；送料器的步进电机连接ARM控制器。
进一步的，ARM控制器通过数字通信接口连接电导率检测仪；电导率检测仪可直接输出数字信号，无需信号处理，即可实现电导率实时采集，数据实时精确地上传。
进一步的，测量池内纯净水由组合泵从蓄水池内抽取，与送料器连接的步进电机旋转即可加入氯化钠颗粒，开启超声振子可加速溶解，实现按需自动配置特定电导率待测溶液。
上述的海洋探测传感器电导率全自动标定系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤1，使用触摸屏通过ARM控制器设定蓄水池的水位、测量池初次水位、标定范围、标定点数及时间间隔；
步骤2，ARM控制器将触控信息转化为控制信号，控制电磁阀和组合泵，向蓄水池和测量池中注水，控制加料器的步进电机向测量池中加氯化钠固体，然后ARM控制器启动超声波振子电源，超声波振子带动测量池振动，将氯化钠固体溶解；
步骤3，ARM控制器控制测量池内的电导率值，使之大于标定范围的最大值，然后开始标定。
进一步的，在步骤2中向蓄水池和测量池中注水的过程为：
（1）ARM控制器开启电磁阀，向蓄水池内注水，同时ARM控制器开启组合泵抽取蓄水池内的水并向测量池中注水；
（2）ARM控制器根据设定的测量池初次水位控制组合泵开启的时间，使测量池内的水位达到设定的测量池初次水位；
（3）ARM控制器通过液位计信号实时监测蓄水池内液位，在蓄水池内的液位达到设定的蓄水池水位时，ARM控制器控制电磁阀关闭，使蓄水池维持设定的水位。
进一步的，在步骤2中向测量池中加氯化钠固体的过程为：
（1）ARM控制器根据设定的测量池初次水位与标定范围的最大值通过算法计算固体初次添加量；
（2）ARM控制器根据计算出的初次固体添加量控制加料器的步进电机转动固定的次数向测量池中添加定量氯化钠固体。
进一步的，在步骤3中ARM控制器控制测量池内的电导率值的过程为：ARM控制器通过电导率检测仪实时监测测量池内的电导率值，并判断设定的标定范围的最大值是否小于当前测量池内电导率值，若是，则关闭加料器的步进电机，开始标定；若不是，则开启加料器的步进电机添加氯化钠固体，当添加至测量池内电导率值大于等于设定的标定范围的最大值时，关闭加料器的步进电机，开始标定。
进一步的，在步骤3中标定的过程为：
（1）ARM控制器将设定的标定范围按标定点数等分为多个标定点；
（2）ARM控制器开启组合泵向测量池中加水，降低测量池中的电导率值，当测量池中的电导率值与最大的标定点值接近时，就减小组合泵的出水量，当测量池中的电导率值与最大的标定点值相等时，则关闭组合泵；
（3）组合泵关闭后，操作人员用自制传感器测量并记录此时测量池中的电导率值；
（4）关闭组合泵后，待设定的时间间隔倒计时结束后，ARM控制器开启组合泵向测量池中加水，重复(2)、(3）过程，使操作人员测量并记录下一个标定点值；持续重复（2）、（3）过程，直至测量并记录完所有标定点的电导率值，完成标定过程。
本发明通过使用ARM控制器监测电导率溶液的电导率值，并控制电导率溶液的溶剂与溶质的量制作出特定电导率值的电导率溶液。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
蓄水池、组合泵与测量池相配合可相测量池中加水，提供制备电导率溶液所需的溶剂；漏斗、加料器与测量池相配合，可向测量池中加氯化钠固体，提供制备电导率溶液所需的溶质；超声振子设置在测量池下方，可快速、有效地振动整个测量池，使氯化钠固体快速溶解，快速制备电导率溶液；连接有ARM控制器，ARM控制器连接有触摸屏；ARM控制器与电导率检测仪、组合泵、送料器和超声波振子连接，可根据电导率检测仪实时监测测量池内电导率溶液的电导率值，并通过监测到的电导率值实时控制组合泵、送料器和超声波振子，制备特定电导率值的电导率溶液；触摸屏为系统提供人机接口，方便使用人员设定待标定溶液电导率值和模式配置。
组合泵设置为两种流量不同的蠕动泵并与步进电机连接，通过控制蠕动泵的步进电机旋转圈数，即可精确控制出水量的大小，从而控制流入待测溶液中的水量，使电导率溶液的制备更加高效；蓄水池内的液位计和电磁阀配合，并将液位计和电磁阀连接ARM控制器，使系统可通过控制电磁阀的开闭自动控制蓄水池内的水量，将蓄水池内的水控制在特定高度，方便蠕动泵定量抽取纯净水到测量池内。
送料孔与送料槽配合，可将漏斗中的氯化钠固体送入送料槽中，转子与外壳配合，可在送料转子转动过程中防止送料槽内的氯化钠固体洒出；第一壳孔与送料孔相配合，可避免影响漏斗中的氯化钠固体送入送料槽；第二壳孔与测量池连通，可在送料转子转动到送料槽与第二壳孔配合时将送料槽内的氯化钠固体送入测量池；壳端面为转子的安装提供轴向定位，方便安装转子；送料器的步进电机与转子配合，并将步进电机连接ARM控制器，使ARM控制器可控制转子转动的圈数，使送料器向测量池内定量送入氯化钠固体，提高制备特定电导率值的电导率溶液的效率。
ARM控制器通过数字通信接口连接电导率检测仪，使电导率检测仪可直接输出数字信号，无需信号处理，即可实现电导率实时采集，数据实时精确地上传，使ARM控制器可实时监测测量池中的电导率值，进而制备出特定电导率值的电导率溶液。
附图说明
图1是本发明实例1的系统框架示意图；
图2是本发明实例1的系统整体结构示意图；
图3是本发明实施例1测量池与超声振子的的连接示意图；
图4是本发明实施例1的加料装置示意图；
图5是本发明实施例1的加料装置爆炸图；
图6是本发明实施例2的加料装置爆炸图。
图中，1、电磁阀，2、液位计，3、蓄水池，4、管道，5、组合泵，6、漏斗，7、送料器，8、电导率检测仪，9、触摸屏，10、控制箱，11、ARM控制器、12、超声振子，13、测量池，14、外壳，15、转子，16、步进电机，17、送料槽，18、第一壳孔，19，第二壳孔，20、送料孔，21、壳端面。
具体实施方式
实施例1
一种海洋探测传感器电导率全自动标定系统，如图1、图2所示，包括控制箱10，控制箱10内固定有测量池13，测量池13通过管道4连通有蓄水池3，管道4中设置有组合泵5；测量池13正上方连通有送料器7，送料器7正上方连通漏斗6，送料器7的两端分别连通漏斗6和测量池13，送料器7和漏斗6组成固体加料装置；如图3所示，测量池13下方设置有超声波振子，超声波振子一端固定在测量池13的底面，另一端固定在控制箱10的底面；测量池13内设置有电导率检测仪8，电导率传感器固定在测量池13顶端的盖板上；电导率检测仪8连接有ARM控制器11，ARM控制器11固定在控制箱10的底面上；ARM控制器11连接有触摸屏9，触摸屏9固定在控制箱10的前面上；ARM控制器11还与组合泵5、送料器7和超声波振子连接；蓄水池3内盛放低电导率的纯净水，测量池13用于盛放配置后的待测液；触摸屏9包括显示器和触摸板，为系统提供人机接口，方便使用人员设定待标定溶液电导率值和模式配置。
蓄水池3内有液位计2，液位计2固定在蓄水池3的顶面上，蓄水池3外的进水口处设置有电磁阀1，液位计2和电磁阀1均与ARM控制器11连接。
如图4、图5所示，加料装置包括送料器7和漏斗6，送料器7包括设置在漏斗6下面的转子15，转子15连接有步进电机16，转子15上设置有与漏斗6底端相配合的送料槽17，转子15外面设置有外壳14，外壳14顶端上开设有与送料槽17相对应的第一壳孔18，外壳14底端还开设有与第一壳18孔相对称的第二壳孔19；第一壳孔18和第二壳孔19均为通孔；第二壳孔19连通测量池13；漏斗6的底端为向上凹陷的弧面且与转子15的外壁保持一致；漏斗16的底端穿过第一壳孔18与送料槽17相接触；漏斗6上的孔为送料孔20，漏斗6上设置的送料孔20与送料槽17相连通且送料孔20在水平面上的投影不超出转子15；外壳14为水平设置的空心筒体结构；转子15为水平设置的圆柱体结构；转子15的外壁与外壳14的内壁相配合；外壳14内设置有与转子15相配合的壳端面21；壳端面靠近转子15的端面与第一壳孔18和第二壳孔19远离转子15的端面对齐，送料槽17靠近壳端面21的一侧与外界连通；壳端面21上开设有安装步进电机16的孔位；送料器7的步进电机16连接ARM控制器11。
ARM控制器11通过数字通信接口连接电导率检测仪8；电导率检测仪8可直接输出数字信号，无需信号处理，即可实现电导率实时采集，数据实时精确地上传。
组合泵5由两个蠕动泵组成，一个为17毫升/min的蠕动泵，另一个为1毫升/min的蠕动泵，两个蠕动泵均由步进电机驱动；两个蠕动泵的步进电机均与ARM控制器11连接，通过控制蠕动泵的步进电机旋转圈数，即可精确控制出水量的大小，从而控制流入待测溶液中的水量。
测量池13内的纯净水由组合泵5从蓄水池3内抽取，送料器7连接的步进电机16旋转即可加入氯化钠颗粒，开启超声振子12可加速溶解，实现按需自动配置特定电导率待测溶液。
上述的海洋探测传感器电导率全自动标定系统的使用方法，包括以下步骤：
步骤一，初次使用时，将设定蓄水池3的液位设置为固定值，后续无需设置；操作人员使用触摸屏9通过ARM控制器11设定测量池初次水位、标定范围（最小值~最大值）、标定点数及时间间隔；标定点数可根据使用者在最大最小值范围内自行设定，操作者可根据实际需求设定每个点标定时间间隔（最小值1min ，保证固体充分溶解，固液混合均匀），点击触摸屏9中“开启”按钮，开启自动标定流程。
步骤2，控制箱10内ARM控制器11将触控信息转化为控制信号，启动控制流程；接收到“开启”指令后，ARM控制器11首先控制电磁阀1开启，向蓄水池3内注水，并通过液位计2信号实时监测蓄水池3内液位，待蓄水池3的液位到达预设的液位值，关闭电磁阀1，停止进水；
在蓄水的同时，ARM控制器11控制组合泵5开始工作，ARM控制器11按照设置的测量池初次水位计算组合泵5转动的圈数并控制组合泵5按计算的圈数转动，将定量的水抽入测量池13；向测量池13内加水时，根据设定的测量池初次水位的值开启不同蠕动泵加水，大范围开启17毫升/min的蠕动泵，小范围开启1毫升/min的蠕动泵；
测量池13上方的加料漏斗6中预先装有氯化钠固体颗粒，氯化钠固体颗粒通过送料孔20进入送料槽17中，待组合泵5停止工作，送料器7的步进电机16启动，送料器7带动送料槽17转动，当送料槽17与第二壳孔19连通时，送料槽17中的氯化钠固体颗粒通过第二壳孔19进入测量池13内；每次送料槽17转动到送料孔20下方时，送料孔20与送料槽17连通的时间足够将送料槽17加满，使每次添加量为固定值，添加次数由控制算法决定，该算法是控制电导率的算法，通过控制固体液体的比例，改变测量池13内电导率的值，定时结束则自动复位加料装置，即旋转送料槽17至与送料口20对齐，结束本次固体颗粒添加；
待加料装置复位，开始搅拌流程，ARM控制器11开启超声振子12电源，超声振子12带动测量池13容器壁振动，使得测量池13内液体振动，加速固体颗粒和液体溶解，溶解时间用户可自由设定，待溶解设定时间结束，结束溶解过程，关闭超声振子12电源；以上为标定流程的准备就绪工作，整个流程大于持续1-2分钟。
步骤3，ARM控制器11判断用户设定的标定范围的最大值是否小于当前测量池13内的电导率值，若不是，重复固体添加流程，直至当前测量池13内电导率大于等于设定值的最大值； 添加固体后开启超声振子12，固体添加后超声振子12工作时间较长，一般为2min，时间到后，没有固体添加即停止，有固体添加就重置2min计时；若标定范围的最大值小于测量池13内的电导率值，即开始标定；
ARM控制器11根据用户设定的标定点数、标定范围及时间间隔，将标定范围按标定点数等分为多个标定点，默认取最大值开始，由大到小，上限包含，下限不包含；若设定的标定范围的最大值为20ms/cm,最小值为10ms/cm，标定点数为10，则标定点为由20ms/cm开始，依次为20ms/cm，19 ms/cm，18 ms/cm，17 ms/cm，16 ms/cm，15 ms/cm，14 ms/cm，13 ms/cm，12 ms/cm，11 ms/cm，每两个相邻标定点之间测量时间间隔为用户设定的时间间隔；
故剩余流程如下：ARM控制器11通过电导率传感器采集测量池13内的电导率值，与最大的标定点的值做对比，若测量池13内的电导率值大于最大标定点的值，就开启组合泵5，抽取蓄水池3内的水，向测量池13中加水，实时监测测量池13内的电导率值，待测量池13内的电导率值与最大标定点的值接近，即通过降低组合泵5的步进电机转速减小组合泵5出水量，直至达到最大标定点电导率值，则停止组合泵5工作；向测量池13中添加水后，也开启超声振子12，工作时间30s，时间到后，没有液体添加就停止，有液体添加就重置30s计时；在往测量池13内加水稀释溶液时，时刻监测溶液电导率的值，当前电导率值与设定电导率值的差值大于1ms/cm时采用17毫升/min的蠕动泵，当差值小于等于1ms/cm时，采用1毫升/min的蠕动泵，大氛围采用大流量的蠕动泵，使进水更及时，缩短整体时间，小范围采用小流量蠕动泵更精确控制测量池13内溶液的电导率，防止加入测量池13内水量过多；
然后操作人员完成该点测量记录测量值，待用户所设时间间隔倒计时结束，自动开始下一个标定点的溶液制备，ARM控制器11开启组合泵5，向测量池13中加水，稀释测量池13内的溶液，降低测量池13中溶液的电导率值，重复上述过程，直至测量池13中的电导率值与待标定点值相等，停止组合泵5工作，如此重复每个标定点的测量工作，直至将所有标定点的数据均测量完成即停止本组标定。
实施例2
本实施例与实施例1的区别之处在于：转子15的结构不同。
如图6所示，转子15上的送料槽17靠近壳端面21的一侧未与外界连通。