CC BY
29ТрудЫ Шр° Техника для рыбохозяйственных 2016 г. Том 159
исследований
удк 551 . 46
Некоторые научно-методические аспекты метрологического обеспечения измерений электропроводности и температуры морской воды с помощью СТД-зондов
А. Н. Рамазин
Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (ФГБНУ
«ВНИРО»)
е-тяй: гamazin@vшгo . ги
B практике океанологических исследований всё больше растёт спрос на метрологически обеспеченные натурные данные . Bажное место среди них занимают данные автоматизированных средств измерения основных параметров морской воды: удельной электропроводности (УЭП), температуры и давления (СТД-зонды) . Метрологической службой ФГБНУ «^НИРО» отобраны средства метрологического обеспечения и определены научно-методические методы его использования, базирующиеся на принципах построения Международных шкалы температуры Í990 г. (МТШ-90) и Практической шкалы солёности Í978 г. (ПШС-78) . Они легли в основу создания «Установки для измерения УЭП морской воды BHИPO» — комплекса метрологических средств калибровки, позволяющего осуществлять передачу единицы измерений от первичных государственных и международных эталонов к средствам измерения . На Установку для измерения УЭП морской воды BHИPO выдано Свидетельство об утверждении типа средства измерений . Это позволило только с 20ÍÍ по 20Í5 гг. откалибровать 74 СТД-зонда повышенной точности фирм Sea Bird Electronics, Inc . ; Falmouth Scientific, Inc . ; Teledyne RD Instruments (США) и SAIV A/S (Норвегия) . Приводятся результаты оценки метрологических характеристик отраслевых СТД-измерителей . Дано описание основных научно-методических принципов калибровки стандартного платинового термометра сопротивления (СПТС), образцовых ячеек измерения удельной электропроводности (УЭП), датчиков температуры и УЭП основных СТД-зондов, используемых в практике океанологических рыбохозяйственных исследований . Приведены данные исследования временной стабильности СПТС, тройной точки воды (TTB), точки плавления галлия (ТПГ) . Сделан вывод о том, что СПТС, TTB и ТПГ показали очень высокую временную стабильность своих метрологических характеристик . Приводятся результаты исследования стабильности образцовых ячеек УЭП, которые позволили определить для них необходимый межкалибровочный интервал: поверка ячеек должна проводиться с помощью стандартной морской воды IAPSO SSW со сроком хранения не более двух лет и рассчитана на калибровку не более двух-трёх СТД-зондов .
Ключевые слова: метрологическое обеспечение, СТД-зонд, СПТС, ТТB, ТПГ, образцовая ячейка измерения УЭП, установка для измерения УЭП морской воды, методика калибровки, статическая функция преобразования (СФП)
Во всём мире и в нашей стране постоянно растёт спрос на высококачественные, метрологически обеспеченные научные океанографи-
ческие данные . Важное место среди них занимают данные измерений основных параметров морской воды: электропроводности, темпера-
туры и давления, осуществляемые с помощью СТД-зондов . Эти данные наряду с другими широко используются для изучения и промышленного освоения биопродуктивных зон и новых промысловых районов, в качестве источника измерительной информации при создании баз океанологических данных, методов долгосрочного и краткосрочного прогнозирования состояния среды и рыбных запасов, внося существенный вклад в реализацию глобальных и региональных программ . Наиболее важным компонентом повышения качества натурных данных является принятие основных элементов метрологического обеспечения СТД-измери-телей, согласованных на отечественном и международном уровне: эталонов, стандартов, методов, технологий и средств калибровки, составляющих техническую и методическую базу океанологических наблюдений
Образцовые средства измерения, эталоны и стандарты, должны быть, в свою очередь, «увязаны» с национальными и международными стандартами
Анализ положений Федерального закона «Об обеспечении единства измерений» [ФЗ, 2008], метрологических правил [ПР 50 . 2 . 016-94; ПР 50 . 2 . 017-95; ПР РСК 005-03; Р ЗСК 001-95], требований Международной глобальной программы сбора океанологических данных (World Ocean Circulation Experiment, WOCE) к средствам измерения параметров водной среды, отечественного и зарубежного опыта использования средств и методов калибровки измерения параметров водной среды [Левашов, 2003] позволил сформулировать три основных принципа, которыми следует руководствоваться при выборе и использовании метрологического обеспечения:
1 прослеживаемость поверок, калибровок и измерений;
2 . соответствие тактико-технических и метрологических характеристик средств калибровки принципу прослеживаемости поверок, калибровок и измерений;
3 репрезентативность используемых методов калибровок
Все три главных принципа направлены на обеспечение качества проведения калибровочных работ
Принцип прослеживаемости калибровок и измерений заключается в возможности установления связи исходных эталонов (образцовых средств и стандартов), средств калибровки и измерителей с первичными эталонами единиц международной системы измерений (СИ) посредством неразрывной цепи поверок, калибровок или сличений . Привязка к единицам СИ достигается через международные и национальные эталоны или стандарты .
Средство калибровки, имеющее наименьшую погрешность, передаёт единицу измерения средству калибровки, имеющему более низкий класс точности и так далее — до средства измерения . Метрологические характеристики каждого последующего средства калибровки в цепи передачи единицы измерений, считая от эталона до измерителя, должно иметь погрешность (неопределённость) как минимум в 2 раза большую, чем предыдущее средство калибровки . Тактико-технические и метрологические характеристики средств калибровки и измерений должны определять периодичность их поверок и калибровок, а также являться основой для разработки методик калибровки средств измерений
Репрезентативность используемых методов предполагает унификацию и согласование на отечественном и международном уровне стандартов и методик калибровки средств измерения . Она обеспечивают повторяемость получаемых океанографических данных, регламентирует технологию проведения калибровки (поверки) всех средств калибровки и измерений, используемых при проведении калибровочных работ, включая средства для вспомогательных измерений (например, для контроля параметров окружающей среды), имеющих значительное влияние на точность и достоверность результатов калибровки . Средства для вспомогательных измерений должны быть поверены (калиброваны) перед вводом в эксплуатацию .
Состояние средств калибровки, обращение с калибруемыми средствами измерений, состояние помещения и окружающей среды, человеческий фактор также играют важную роль в обеспечении качества калибровочных работ, но выходят за рамки настоящего исследования
В исследовательских подразделениях ры-бохозяйственной отрасли РФ по состоянию
на 2014 г . в эксплуатации находились 24 измерителя повышенной точности, 4 измерителя среднего и минимального уровня точности и 8 многопараметрических зондов . Значительную часть средств измерений повышенной точности (18 зондов) составляет прецизионные измерители фирмы Sea Bird . В таблице 1 представлены основные метрологические характеристики этих измерителей
Следует отметить, что по классификации средств измерения температуры [ГОСТ 8 .558-93 ГСИ] и УЭП [ГОСТ 8 . 4572000 ГСИ] подавляющее число СТД-зондов, применяемых для океанологических рыбохо-зяйственных исследований (табл . 1), относятся к образцовым средствам измерения и даже
к рабочим эталонам . В связи с этим выбор и использование средств калибровки СТД-зондов представляет исключительно важную и непростую задачу
Особое место занимают прецизионные измерители температуры SBE35 и RBR solo TR-1060, которые по своим метрологическим характеристикам наряду с зондами SBE911, SBE25 и ICTD могут служить средствами калибровки датчиков температуры остальных приборов Показания зондов повышенной точности, включая модели SBE19plus, SBE19plus V2 и Citadel CTD-NV фирмы TRDI, также можно использовать для калибровки чувствительных элементов электропроводности и давления СТД-зондов 2-го класса
Таблица 1. Основные метрологические характеристики СТД-зондов и измерителей, используемых в отраслевых институтах
Погрешность измерения
Название средства измерения Кол- во Электропроводность, мСм/см Температура, °C Давление, % от ПШ
СТД-зонды повышенной точности
SBE35 «Sea-Bird» 1 - ±0,001 -
RBR solo TR-1060 «RBR» 1 - ±0,002 -
SBE911 «Sea- Bird» 1 ±0,003 ±0,001 ±0,015
SBE25 «Sea-Bird» 2 ±0,003 ±0,002 ±0,1
ICTD «FSI» 2 ±0,003 ±0,002 ±0,025
SBE19plus «Sea-Bird» 7 ±0,005 ±0,005 ±0,1
SBE19plus V2 «Sea-Bird» 7 ±0,005 ±0,005 ±0,1
Citadel CTD-NV «TRDI» 3 ±0,003 ±0,005 ±0,05
СТД-зонды 2-го класса точности
ASTD102 «JFE Advantech» 2 ±0,01 ±0,01 ±0,3
MDS-MkV «JFE Advantech» 1 - ±0,05 ±1,0
ГРС-3 «Тайфун» 1 ±0,05 ±0,05 ±(0,5 + 0,002хИВ)
Многопараметрические зонды
Hydrolab MS-5 1 ±1% от ИВ±0,001 мСм/см ±0,1 ±0,05
YSI CastAway-CTD 1 ±0,25% ±5 мкСм/см 0,05 ±0,25
YSI 6600 V2 1 ±0,5% от ИВ ±0,15 ±0,2
YSI EXO 2 1 ±0,5% от ИВ ±0,15 ±0,2
YSI PRO 1 ±0,5% от ИВ ±0,15 ±0,2
YSI5200 1 ±0,5% от ИВ ±0,15 ±0,2
Horiba U-50 1 ±0,1 t0,3 + 0,005хТ ±0,01
Horiba U-52 1 ±0,1 t0,3 + 0,005хТ ±0,01
Примечание. ИВ — измеряемая величина; ПШ — полная шкала диапазона .
точности и многопараметрических измерителей (приборы фирм ]РЕ Advantech, YSI, Horiba и Hydrolab) .
Метрологическое обеспечение при калибровке датчиков температуры основано на Международной шкале температуры 1990 г. (МТШ-90), которая представляет собой ряд поддиапазонов, объединяющих физически воспроизводимые условия — реперные точки Вся совокупность значений шкалы температуры определяется свойствами эталонного (идеального) стандартного платинового термометра сопротивления (СПТС). Эти свойства описываются набором стандартных функций:
Для океанского диапазона изменения температуры практическое значение имеют два поддиапазона, представленные — тремя первичными стандартами (реперными точками):
— тройной точкой ртути (ТТР): -38,8344 °С;
— тройной точкой воды (ТТВ): +0,0100 °С;
— точкой плавления галлия (ТПГ): +29,7646 °С .
Стандартная функция эталонного СПТС в пределах поддиапазона ТТВ-ТПГ имеет вид:
™ (Т90 ) = С0 +
+Е^ - 754,15)/ 481]',
1=1
а в пределах поддиапазона ТТР-ТПГ:
Ч^ (Т90 ] = А0 +
+£А'{[1п(Т90 /273,16К) + 1,5]/ 1,5}',
(1)
' (2)
¡=1
Таблица 2. Значения коэффициентов А0, С0 и А', С1 уравнений 1 и 2 МТШ-90 [Ма^ит, Ришка^а, 1990] .
А Значение С1 Значение
А0 -2,13534729 С0 2,78157254
А, 3,18324720 С 1,64650916
А2 -1,80143597 С. -0,13714390
А3 0,71727204 С3 -0,00649767
А4 0,50344027 С4 -0,00234444
А, -0,61899395 С 0,00511868
А6 -0,05332322 С6 0,00187982
А7 0,28021362 С7 -0,00204472
А8 0,10715224 С8 -0,00046122
А9 -0,29302865 С9 0,00045724
А10 0,04459872
А11 0,11868632
А12 -0,05248134
А^(Т90) = W(T90) - Wr(T90). (3)
В пределах поддиапазона от 0 °С (273,15 К) до 29,7646 °С (302,9146 К) (ТТВР-ТПГ) используется следующее выражение для функции отклонения:
АW(T9o) = a[W(T9o) - 1], (4)
а в пределах поддиапазона от —38,8344 °С (234,3156 К) до 29,7646 °С (302,9146 К) (ТТР-ТПГ):
аw(t9o) = а - 1] + ^(т^) - 1]2 .(5)
Стандартная функция реального СПТС определяется в процессе измерения в каждой данной стабилизированной точке МТШ-90 как отношение его сопротивления в этой точке к его сопротивлению в ТТВ В связи с чем неважно, по какой шкале при этом производится отсчёт температуры:
где С0, С', А0 и А' — коэффициенты выражений (1) и (2) МТШ-90, представленные в таблице 2; — температура в градусах К; Т90 = Т + 273,15; Т — температура, °С .
Реально используемые СПТС обладают свойствами, которые отличаются от свойств эталонного аналога В связи с этим в процессе калибровки реального стандарта требуется определить его функцию отклонения АW(T9o):
W (Т90 ) =
^) = т
Я(273,16) Я(0,01)
(6)
Случайная составляющая погрешности воспроизведения единицы температуры в диапазоне ТТР-ТТВ-ТПГ составляет от 0,00003 до 0,0012 °С. При неисключённой составляющей систематической погрешности от 0,00004 до 0,0017 °С [Походун и др . , 2009] .
Калибровка СПТС осуществляется с помощью прецизионного моста сопротивлений (ПМС). СПТС помещается в ампулу стандарта реперной точки (ТТР, ТТВ или ТПГ) и удерживается до момента установления устойчивых показаний ПМС, который фиксирует величину N — отношение сопротивления СПТС, Я(Т), к сопротивлению эталонной катушки сопротивлений (ЭКС), Я5, находящейся при комнатной температуре:
или
N =
т я.
(7)
откуда:
а =
W(29,7646) - 1,11813889
W(29,7646) -1
а =
Я(29,7646) Я(0,01)
- 1, 11813889
Я(29,7646)
Я(0,01)
-1
При этом погрешность и линейность ПМС и ЭКС должна составлять не более ±(1^5)х10—6 Ом . В свою очередь, значение Я зависит от температуры катушки, Т, измеряемой встроенным электронным термометром в °С, и при отклонении Т от 20 °С определяется по формуле:
Я=Я20[1 + а(Т - 20) + в(Т - 20)2].
Таким образом, сопротивление СПТС Я(Т) будет равно:
Я(Т)=NN3=NN20^ + + а(Т - 20) + в(Т - 20)2]. (8)
Сопротивление ЭКС Я20 и коэффициенты а и в определяются в процессе стандартной поверки 1 раз в пять лет во ВНИИМ им . Д И Менделеева Например, поверка ЭКС модели 5685А фирмы Т!^1еу, выполненная в июле 2014 г. , показала: Я20 = 99,999961 Ом, а=-0,013х106 и в=-0,061х106 .
Задачей калибровки СПТС в диапазоне ТТВ-ТПГ является определение коэффициента а уравнения (4) .
Функция Wr ( Т 90) идеального СПТС в ТТВ и ТПГ соответственно равна: Wr (ТТВ) = 1,00000000 и ^(ТПГ) = 1,11813889 [Мапниш, Ригика^^а, 1990] Следовательно, имеем отношение:
W(29,7646) - 1,11813889 = а ^(29,7646) - 1],
где Я(29,7646) и Я(0,01) — сопротивления СПТС, измеренные в процессе калибровки в реперных точках — ТПГ и ТТВ соответственно
Задачей калибровки СПТС в диапазоне ТТР-ТПГ является определение коэффициентов а и Ь уравнения (5) .
Стандартная функция Wr(T9o) идеального СПТС в тройной точке ртути равна Wr(ТТР) = 0,84414211 [Мапяиш, Ригика^^а, 199 0] .
Коэффициенты а и Ь определяются из системы двух уравнений:
W (29,7646) - 1,11813889=а[ W(29,7646) -- 1] + Ь^(29,7646) - 1]2;
W(—38,8344) - 0,84414211 = =а[W(—38,8344) - 1] + + Ь^(-38,8344) - 1]2 . (9)
Например, для СПТС № 3181 модели 162 СЕ «Rosemount», поверенного во ВНИИМ им . Д . И . Менделеева в июле 2014 г. по стандартам реперных точек Государственного первичного эталона температуры ГЭТ 34—2007 в этом диапазоне были получены следующие значения его функции:
W(—38,83440 С) =
Я(-38,8344)
Я(0,01) = 0,8441935
W(29,76460 С) =
Я(29,7646) Я(0,01)
= 1,118103,
при значении сопротивления СПТС, Я (0,01) = = 25,589339 Ом, измеренного в ТТВ. Соответственно, из системы уравнений (9) были получены коэффициенты а и Ь функции отклонения СПТС № 3181:
а=-0,000151 и Ь=-0,001297.
и
Необходимо отметить, что различие в показаниях этого СПТС, откалиброванного с использованием ТТР и без неё в диапазоне от 0 до —2 °С меняется практически линейно от 0,0000 до 0,0003 °с .
Метрологическая служба ФГБНУ «ВНИРО» располагает полным комплексом рабочих эталонов первого уровня метрологического обеспечения измерителей температуры: СПТС, ТТВ, ТПГ, ПМС и ЭКС (перечень приборов представлен далее при обсуждении калибровки датчиков электропроводности)
Ампулы реперных точек (ТТВ и ТПГ), а также СПТС регулярно поверяются во ВНИИМ им . Д . И . Менделеева — головном государственном научном метрологическом институте Росстандарта РФ . В таблице 3 представлены результаты этих поверок, которые свидетельствуют о высокой временной стабильности и точности используемых средств калибровки
В межповерочный период метрологической службой ФГБНУ «ВНИРО» ежеквартально проводится контроль состояния рабочих экземпляров СПТС — перед каждой серией калибровок СТД-зондов .
Следующим этапом передачи единицы СИ является передача единицы температуры от СПТС к измерительным датчикам СТД-зон-дов посредством их калибровки . Калибровка проводится по 7^8 температурно-стабилизи-рованным точкам в диапазоне от 30 до —2 °C . Для этого СТД-зонд помещается в терморегулируемый титановый бак ёмкостью 216 л модели 7051А фирмы Hart Scientific (США) [Рамазин и др . , 2007], заполненный морской водой . Погрешность стабилизации в рабочей зоне калибровки должна быть не хуже
±(0,0002^0,0004) °C .
На рис . 1 в графическом виде зафиксирован стандартный момент стабилизации температуры и УЭП, измеренный с помощью платинового термометра сопротивлений (ПТС) и двух кондуктометрических ячеек стандарта электропроводности—температуры СТ-01, фирмы Idronaut (Италия), зафиксированный на экране дисплея . Масштаб измерения (одна клетка) соответствует 0,001 °C и 0,001 мСм/см (0,0001 См/м) .
Калибровка осуществляется методом сличения показаний температурного датчика и СПТС . Целью и результатом калибровки является вычисление коэффициентов статической
Таблица 3. Временная стабильность метрологических характеристик ТТВ, ТПГ и СПТС, используемых
ФГБНУ «ВНИРО»
Год проведения калибровки (поверки)
Тройная точка воды,
0,0100 °C
Точка плавления галлия, 29,7646 °C
Стандартный платино- Стандартный платино вый термометр сопротивления 25,5 Ом № 3221
вый термометр сопротивления 25,5 Ом № 3181
Неопределённость (погрешность) измерения температуры, мК
1989 СКО = 0,2 СКО = 0,3 СКО = 0,5 СКО = 0,5
2006 СКО = 0,2 СКО = 0,5 — —
2009 РСН = 0,1 РСН = 0,2 — —
2010 — — — СКО = 0,5
2012 — — СКОТТВ = 0,06 СКОТПГ = 0,2 СКОТТР = 0,3 —
2013 РСН = 0,1 РСН = 0,2 — —
2014 — — — РСНТТВ = 0,5 РСНТПГ = 1,8 РСНТТР = 2,5
Примечание. СКО — среднеквадратичное отклонение, приблизительно равное стандартной неопределённости при доверительном интервале к = 1; РСН — расширенная стандартная неопределённость при доверительном интервале к = 2; ТТВ — тройная точка воды; ТПГ — точка плавления галлия; ТТР — тройная точка ртути .
Рис. 1. Окно программы 1САЬ стандарта электропроводность—температура СТ-01 . Верхняя часть — показания платинового термометра сопротивления СТ-01 . Значения УЭП второй ячейки сдвинуты относительно
первой на 0,004 мСм/см
функции преобразования измерителя (СФП), которые заносятся в память, калибровочный, или конфигурационный, файл зонда .
Для 18 измерителей СТД-зондов фирмы Sea-Bird и 3 СТД-зондов Citadel CTD-NV фирмы TRDI (табл . 1) СФП имеет вид:
T =
90
1
К + A [ця) 1
+
(10)
+A2 [ln2 (Я)] + A3 [ln3(R)]}
- 273,15,
где Aq, А\, А2 и A3 — искомые калибровочные коэффициенты .
Для СТД-зондов SBE25, SBE911 и SBE35:
Я = 1000,00//,
где / — частота измерительного сигнала, Гц .
Для СТД-зондов SBE19plus и SBE19plus У2:
я = (МУ2,9 х 1012) + (1,024 х 108) ^ (2,048 х 104) + (МУ2,0 х 105),
МУ = 524288), (12)
1,6 х 107
где п = / — частота измерительного сигнала, Гц
—>
—>
Для СТД-зондов Citadel CTD-NV (или NXIC-CTD FSI):
R — код, несущий информацию о сопротивлении термотермистора .
Для зонда ICTD (FSI) и ГРС-3 (Тайфун) СФП имеет вид:
T = A + BN + CN2 + DN3, (13)
где N — код, несущий информацию о сопротивлении ПТС зонда; А, В, С и D — искомые калибровочные коэффициенты .
Вычисление искомых калибровочных коэффициентов А0, А1, А2 и А3, а также коэффициентов А, В, С и D СФП проводится на основе данных, полученных в результате калибровки с использованием программ «МАТЛАБ» или POLYTEST.
Особое место занимает калибровка датчика температуры SBE35 (табл . 1), инструментальная погрешность измерения которого составляет ±0,001 °C и который в ряде случаев может заменить СПТС для лабораторной и морской калибровки [Hydrographie Measurement, 2010] .
На первом этапе SBE35 калибруется аналогично менее точным SBE-зондам . В результате калибровки вычисляются коэффициенты СФП измерителя температуры . Затем чувствительный элемент измерителя (платиновый термометр сопротивлений) помещают последовательно сначала в ТТВ, а затем в ТПГ до момента установления устойчивых показаний прибора . Калибровочные коэффициенты slope и offset определяются путём решения системы двух уравнений с использованием программы
«МАТЛАБ»:
T90(TTB)SBE35 = slope X Т90(ТТВ)ИзМ +
+ offset = 0,0100, (14)
T90(Tnr)SBE35 = slope X Т90(ТПГ)изм +
+ offset = 29,7646. (15)
Калибровочные коэффициенты статической функции преобразования, а также коэффициенты slope и offset заносятся в конфигурационный файл измерителя
Часто политикой фирм-изготовителей СТД-зондов, например, таких как ASTD102 и MDS-MkV (фирма JFE Advantech), явля-
ется сокрытие СФП датчиков Это делается для того, чтобы привязать к себе пользователя аппаратуры В этом случае задачей калибровки является определение корректирующего уравнения СФП
Корректирующее уравнение определяется методом сличения показаний температурного датчика, СПТС или иного образцового средства измерения температуры соответствующего класса точности В качестве корректирующего уравнения обычно используется уравнение первого или второго порядка
Температурный датчик многопараметрических измерителей, как правило, калибруется на заводе-изготовителе и не подлежит последующей перекалибровке Вместе с тем, несмотря на заверения изготовителя, гарантирующего нахождение точностных характеристик датчика внутри заявленного диапазона инструментальной погрешности, часто существует необходимость введения корректировки И хотя введение корректировки в память прибора технически невозможно, необходимо определение корректирующего уравнения и последующее его использование при обработке результатов измерений
Выбор метрологического обеспечения и его использование при калибровке датчиков электрической проводимости морской воды (УЭП) основан на определении Практической шкалы солёности 1978 г. (ПШС-78), в котором практическая солёность определяется через отношение К15 удельной электропроводности (УЭП) пробы морской воды, находящейся при нулевом избыточном давлении и температуре 15 оС, и УЭП раствора хлористого калия массой раствора в 1 кг, содержащего 32,4356 г КС1 при тех же показателях давления и температуры [Архипкин и др . , 2009] .
Относительная электропроводность К15 определяет практическую солёность пробы в соответствии с зависимостью:
5 = a0 + Д1К151/2 + a2K15 + a3K153/2 + + a4K152 + a5K155/2,
(18)
для 2 < 5 < 42 .
Для проведения расчётов практической солёности и калибровки СТД-зондов используется величина относительной электро-
проводности Ят, равная отношению УЭП исследуемой пробы морской воды С(5, Т, 0) солёностью 5, измеряемой при температуре Т и нулевом избыточном давлении к УЭП пробы стандартной морской воды С (35, Т, 0) солёностью 35, при той же температуре Т и давлении:
Ят =
Ф, Т, 0) С(35, Т, 0)
(19)
Значение
величины
Ят и
солёности стан-
дартной морской воды 5 указываются на этикетке ампулы
Обычно величину Ят измеряют непосредственно с помощью лабораторных солемеров В связи с этим влияние относительно небольших различий между Ят и Я^ при данной солёности учтено посредством добавления величины коррекции А5 к величине практической солёности, вычисленной путём подстановки Ят в уравнение (18) вместо К^ . Таким образом, практическую солёность можно вычислить с помощью уравнения:
5 = а0 + а1ЯТ1/2 + а2ЯТ + а3ЯТ3/2 +
+ а4ЯТ2 + а5ЯТ5/2 + А5; (20)
А5 = (Т - 15) (Ь0 + Ь1ЯТ1/2 + Ь2ЯТ +
+ Ь3ЯТ3/2 + Ь4ЯТ2 +
+ Ь5Ят5/2)/[1 + ЦТ-15)], (21)
где Т — температура, °С по Международной практической шкале температуры 1968 г (МПШТ-68); коэффициенты а, Ьг, k уравнений (20, 21) представлены в таблице 4 .
Для вычисления образцового значения УЭП исследуемой пробы воды при калибровке с помощью солемера преобразуем отношение (19) к виду:
Ф, Т, 0) = ЯтС(35, Т, 0), (22)
где С(35, Т, 0) — зависимость УЭП пробы стандартной морской воды солёностью 35 при нулевом давлении от температуры МПТШ-68:
С(35, Т, 0) = С(35,15,0) х
х(с0 + с Т + с2Т2 + с3Т3 + с4Т4), (23)
где Т — значение температуры в момент измерения УЭП зондом и параллельного отбора проб воды для последующего измерения Ят на солемере; С0...С4 — коэффициенты, представленные в таблице 4
Уравнения (20—23) являются основными уравнениями для расчета образцовых значений
Таблица 4. Значения эмпирических коэффициентов а-, Ь,, с., d¡, е, и k в формулах (20, 21, 23) для океанской
и каспийской воды [Рамазин, 2009]
Значения индекса г коэффициентов а, Ь, с, ¿¡, ег
г 0 1 2 3 4 5
Океанская вода
0,0080 -0,1692 25,3851 14,0941 -7,0261 2,7081
Ь 0,0005 -0,0056 -0,0066 -0,0375 -0,0636 -0,0144
с[ 0,6766097 2,00564х10—2 1,104259х10—4 -6,9698х10—7 1,0031х10—9
3,426х10—2 4,464х10—4 4,215х10—1 -3,107х10—3
е, 2,070х10—5 -6,370х10—10 3,989х10—15
k = 0,0162
Каспийская вода
а, -0,0032 0 30,1 0 24,685 -15,1808
Ь -0,0030 0 0,0044 0 -0,044 0
с{ 0,6766097 2,00564х10—2 1,104259х10—4 -6,9698х10—7 1,0031х10—9
3,43х10—2 4,457х10—4 4,205х10—1 -3,125х10—3
е, 4,740х10—6 -2,153х10—10 1,015х10—11
k = 0,0162
УЭП при лабораторной калибровке датчиков УЭП СТД-зондов . Следует отметить, что среднеквадратичные отклонения (СКО) аппроксимации экспериментальных данных этих уравнений в эквивалентах солёности составляют 0,0007 [Perkin, Levis, 1980] .
Величина отношения УЭП пробы стандартной морской воды С(35, 15, 0), имеющей солёность 35, находящейся при нулевом избыточном давлении и температуре 15 °C, к УЭП раствора хлористого калия, содержащего 32,4356 г КС1 при тех же показателях давления и температуры, равна:
K15 =
C(35,15,0) C(KCl, 15,0)
= 1,00000,
являясь самой надёжной точкой ПШС-78 — точкой, в которой происходит совпадение значений солёности всех предыдущих её определений от Кнудсена до Кокса [Ерофеев и др . , 1975] .
Стандартная морская вода при этом является вторичным эталоном (после раствора KCl) и основным стандартом для измерения электропроводности морской воды
В настоящее время в качестве основного стандарта морской воды используется IAPSO Standard Seawater (IAPSO SSW) серии 35Р солёностью 35, выпускаемая фирмой OSIL (Великобритания) под наблюдением Международной ассоциации физических наук об океане (IAPSO) .
Для охвата всего диапазона изменения солёности (2^42) и устранения небольшой нелинейности солемера используются стандарты более высоких и более низких значений солёности (IAPSO SSW) — серий 38H, 30L, 10L — 38, 30 и 10 единиц практической солёности соответственно
Необходимым условием использования ампул IAPSO SSW для получения погрешности калибровки по солёности <0,001 является его периодическое обновление (приобретение), не реже 1 раза в 2 года [Culkin, Ridout,1998; Bacon et al . , 1998] . При этом важно напомнить, что среднеквадратичные отклонения (СКО) аппроксимации экспериментальных данных выражениями для стандартной морской воды гт — уравнение (27), в эквивалентах
солёности составляют 0,0003 [Perkin, Levis, 1980]
Необходимо отметить, что разлив нормальной воды — российского аналога IAPSO SSW, выпускавшегося ранее Институтом океанологии им . П . П . Ширшова РАН, в настоящее время прекращён Оставшиеся ампулы 2003 г и более раннего срока производства не отвечают новым возросшим метрологическим требованиям ПШС-78
ПШС-78 содержит алгоритм расчёта практической солёности по данным CTД-измере-ний, который справедлив для диапазона изменения солёности от 2 до 42, температуры от —2 до 35 °C МПТШ-68 и избыточного давления до 10000 дбар . Этот алгоритм используется для морской калибровки СТД-зондов .
Измерения, проводимые прямо в море, обычно дают величину:
R =
C(S, t, p) C(35,15,0^
(24)
равную отношению УЭП, измеренную in situ, к УЭП стандартной морской воды 5 = 35, при Т =15 °C МПТШ-68 и р = 0, значение которой равно 42,914 мСм/см .
R представляет собой произведение трёх сомножителей, а именно:
R=
C(S, t, p) C(35,15,0)
(25)
C(S, T, p) x C(S, T, 0) x C(S, T, 0) C(35, T, 0) x C(35,T, Q) = R ,
C(35,15,0) p TT
C(S, T, p)
R_ = —1-- — есть отношение удель-
P C(S, T, 0)
ной электропроводности, измеренной in situ, к удельной электропроводности той же пробы при той же самой температуре при избыточном давлении р = 0; Гт — есть отношение УЭП стандартной морской воды, имеющей практическую солёность 35 при температуре Т и давлении р = 0, к её удельной электропроводности при Т = 15 °C и р = 0, определяемая из уравнения (23) по формуле:
rT = (с0 + c T + +с2 T2 + с3т3 + с4т4;
(26)
Rp находится по эмпирической формуле:
R =
p
1 + p(e1 + e2p + e 3 p2
1 + ¿1T + d2T2 + (d3 + d4T)R
, (27)
где е, ¿, — коэффициенты, представленные в таблице 4
При морской калибровке измеряемое значение УЭП СТД-зонда С(5, Т, р)изм должно сравниваться с образцовым значением УЭП, определённого из уравнения (25). При этом Ят — это измеренное на образцовом солемере значение относительной электропроводности пробы воды, отобранной с глубины, соответствующей давлению р и температуре Т калибруемого СТД-зонда .
Знания Я, Яр и Гт позволяют вычислить Ят на основе результатов, полученных при изме-
рениях в море, т. е:
RT =
R
R rT
p т
(28)
В силу того, что у СТД-зондов калибруемый и выходной измеряемый параметр — не относительная электропроводность R, а УЭП этой же пробы воды — C(S, T, p), определяемая как частное от деления величины R на величину С(35, 15, 0) = 42,914 мСм/см—значение стандартной морской воды IAPSO SSW при S35, Т = 15 °C и р = 0 . В связи с этим для практического использования формулу (28) целесообразно преобразовать к виду:
R C(S, т, p)
RT = -
T 42,914R r
' n i
(29)
pT
Тогда образцовое значение С(5, Т, р) определится по формуле:
ф, Т, р) = 42,914ЯТгТЯр, (30)
где Гт и Яр — значения, определяемые по формулам (26, 27) при значениях температуры и давления, соответствующих моменту измерения СТД-зондом и параллельного батометри-ческого отбора проб морской воды В формуле
(27) Я=С(Б, Т, р)изм/42,914 .
Следует отметить, что СКО аппроксимации экспериментальных данных выражениями для Rp (28) в эквивалентах солёности составляют 0,0013 [Perkin, Levis, 1980] . А общее стандартное отклонение оценивается величиной 0,0015 единиц практической солёности и зависит главным образом от слагаемого, подверженного влиянию давления — Rp в уравнении (27) .
Лабораторная калибровка осуществляется методом сличения показаний датчика УЭП и образцового измерителя относительной или удельной электропроводности морской воды В качестве образцового измерителя относительной электропроводности может служить солемер модели Autosal 8400В «Guildline» (Канада), рекомендованный глобальной международной программой World Ocean Circulation Experiment (WOCE) . В качестве образцового измерителя УЭП может служить, например, стандарт электропроводность-температура СТ-01 фирмы Idronaut (Италия) .
Независимо от выбора образцового измерителя УЭП общим для них является необходимость наличия целого комплекса средств калибровки
Метрологическая служба ФГБНУ «ВНИРО» располагает следующими рабочими эталонами первого уровня метрологического обеспечения:
1 . Измерителей температуры:
— тройная точка воды (ТТВ) 0,0100 °C (Jarrett Instrument, США);
— точка плавления галлия (ТПГ) 29,7646 °C фирмы (Yellow Springs Instrument);
— стандартные платиновые термометры сопротивления модели 162 СЕ (Rosemount, США);
— стандартный AC/DC эталон-резистор (ЭКС) сопротивлением 100 Ом модели 5685А (Tinsley, Великобритания), имеющий погрешность, не превышающую ±1 10-7 Ом;
— прецизионный мост сопротивлений (ПМС) модели F18 (Automatic Systems Laboratories Ltd . , Великобритания) .
2 . Измерителей УЭП:
— солемер модели Autosal 8400В (Guildline, Канада);
— стандарт электропроводность—температура модели СТ-01 (Idronaut, Италия) .
— стандартная морская вода IAPSO SSW серий 35Р, 30L, 10L, 38H (OSIL, Великобритания) .
3 . Оборудования для стабилизации температуры и УЭП морской воды на уровне не хуже 0,0005 °C и 0,0005 мСм/см:
— терморегулируемый бак для стабилизации температуры и электропроводимости морской воды (Hart Scientific, США) модели 7051А ёмкостью 216 л (-2^35 °C) .
Всё это оборудование скомпоновано в виде «Установки для измерения УЭП морской воды ВНИРО, зав . № 01» — проблемно-ориентированного комплекса метрологических средств калибровки, позволяющих осуществлять передачу единицы измерений как от первичных государственных, так и от международных эталонов к средствам измерения температуры и УЭП морской воды .
Выбор образцового средства измерения УЭП зависит от того, существует ли возможность регулярно заполнять термобак североатлантической океанской водой, солевой состав которой практически не отличается от солевого состава стандартной морской воды IAPSO SSW.
Если такая возможность существует, то правомерен выбор солемера модели Autosal 8400В или аналогичного . В противном случае рекомендуем выбрать стандарт электропроводность—температура СТ-01 или образцовое средство аналогичного класса точности, например CSA-1250 фирмы Neil Brown Instrument System (США) .
Для его использования кондуктометриче-ские ячейки после многократной промывки, аналогично ячейкам солемера, заполняются стандартной морской водой IAPSO SSW . Затем ячейки погружаются в термобак, где выдерживаются при 3—5 стабилизированных значениях температуры в диапазоне (30—0) °C до полного выравнивания значений температуры внутри ячеек и термобаке
СФП ячеек соответствует линейному уравнению:
С(35, T, 0) = а + bN, (31)
где а и b — калибровочные коэффициенты, определяемые методом наименьших квадратов по результатам обработки серий измерений: N — кодовых (не преобразованных) значений УЭП ячейки и образцовых значений С(35, Т, 0), определяемых по уравнению (26) .
Большое значение как метрологическая характеристика образцовых ячеек имеет её временная стабильность — стабильность СФП . На рис . 2 представлены графики исследования временной изменчивости СФП образцовой ячейки СТ-01, проводимой с периодичностью 1—2 недели с 25 января 2012 г. по 28 марта 2012 г. Как видно из результатов проведённого исследования, уход СФП за 2 месяца находится в пределах ±(0,002 — 0,003) мСм/см . Вместе с тем уход СФП от калибровки к калибровке в основном не превышает (0,001— 0,002) мСм/см
-0,004 -1-
Удельная электропроводность (УЭП), мСм/см
Рис. 2. Стабильность статической функции преобразования образцовой ячейки в процессе её калибровки по стандартной морской воде (IAPSO SSW серии Р153, S = 34,992) в январе—марте 2012 г.
Таким образом, для достижения качества следует проводить калибровку образцовых ячеек перед каждой серией калибровок датчиков УЭП СТД-зондов повышенной точности
Целью и результатом калибровки датчиков УЭП является вычисление коэффициентов СФП измерителя УЭП, которые заносятся в память, калибровочный, или конфигурационный, файл зонда
Для СТД-зондов фирмы Sea-Bird (табл . 1) СФП имеет вид:
C(S, T, 0) = slope
g + hf2 +if + jf4
+
(32)
1 + 8t + ep
+offset,
где f — частота измеренного сигнала, Гц; Т — температура, °C, МПТШ-68; p — давление, дбар, в момент измерения СТД-зонда и параллельного отбора проб морской воды (или одновременного измерения с помощью образцовой ячейки); g, h, i, j — искомые калибровочные коэффициенты при p = 0;
5 = 3,25х10-6, s = —9,5700x10-® .
Вычисление искомых калибровочных коэффициентов g, h, i, j, а также коэффициентов А, В, С, D и Е СФП проводится на основе данных, полученных в результате калибровки с использованием специализированной программы, написанной в Excel 2003.
Для СТД-зондов Citadel CTD-NV «TRDI », ICTD «FSI» и ГРС-3 «Тайфун»
статическая функция преобразования имеет вид:
C(S, T, 0) = A + BN + +CN2 + DN3 + EN4,
(33)
где N — код (необработанные данные), несущий информацию об УЭП датчика зонда; А, В, С, D и E — искомые калибровочные коэффициенты
Вычисление искомых калибровочных коэффициентов А, В, С, D и Е СФП (32, 33) проводится на основе данных, полученных в результате калибровки с использованием программы «МАТЛАБ» или POLYTEST, либо специализированной программы, написанной в Excel 2003
Калибровка датчиков электропроводности многопараметрических зондов не представляет какой-нибудь большой сложности и дана в инструкции по эксплуатации к этим приборам .
Заключение
В результате многолетней работы метрологической службой ФГБНУ «ВНИРО» были отобраны средства метрологического обеспечения и определены научно-методические методы его использования, базирующиеся на принципах построения МТШ-90 и ПШС-78, которые легли в основу создания «Установки для измерения удельной электропроводности морской воды ВНИРО» — проблемно-ориентированного комплекса метрологических средств калибровки, позволяющих осуществлять передачу единицы измерений как от первичных государственных, так и от международных эталонов к средствам измерения основных параметров морской воды На Установку для измерения УЭП морской воды ВНИРО Росстандартом РФ выдано Свидетельство об утверждении типа средства измерений (RU. E. 31 . 001 .A № 42535). А ФГБ-НУ «ВНИРО» выдан аттестат аккредитации на право проведения калибровочных работ (реестр № 004055 от 10 . 12 . 2010 г. ) .
Это позволило только с 2011 по 2015 гг. от-калибровать 74 СТД-зонда повышенной точности моделей: SBE911, SBE25, SBE19plus, SBE19plus V2, SBE16plus, SBE16plus V2, SBE37 фирмы Sea Bird Electronics, Inc . , модели MicroCTD, 2ACM-OP-CTD, EXCELL2 Low Power, NXIC CTD фирмы Falmouth Scientific, Inc . и CITADEL-NV-CTD фирмы Teledyne RD Instruments (США), SD-204 фирмы SAIV A/S (Норвегия), а также различные измерители и анализаторы качества воды фирм Hydrolab и YSI (США), датчики и макеты отечественных измерителей Большинство этих приборов было задействовано в различных океанологических, в том числе рыбохозяйственных, международных исследовательских программах
Проведённые многолетние наблюдения временной стабильности эталонных средств калибровки измерителей температуры СПТС, ТТВ и ТПГ показали очень высокую стабильность их метрологических характери-
стик . Исследования временной стабильности образцовых ячеек измерения УЭП позволили определить для них необходимый межкалибровочный интервал: калибровка ячеек должна проводиться с помощью стандартной морской воды IAPSO SSW со сроком хранения не более двух лет, они рассчитаны на калибровку не более двух-трёх СТД-зондов .
Таким образом, впервые в нашей стране создана реальная легитимная метрологическая основа для функционирования баз океанологических данных как части общемировой системы сбора и хранения океанологических данных, решения оперативных задач краткосрочного прогнозирования, поиска и разведки рыбы, участия подразделений рыбохозяйст-венной отрасли РФ в обеспечении реализации глобальных международных программ по исследованию Мирового океана, разработки практических моделей для долгосрочного прогнозирования климатических изменений и запасов биологических водных ресурсов
Литература
Архипкин В. С., Лазарюк А. Ю., Левашов Д. Е., Ра-мазин А. Н . 2009. Океанология: инструментальные методы измерения основных параметров морской воды . М . : МАКС Пресс . 336 с . ГОСТ 8.558—93 ГСИ . 1994. Государственная поверочная схема для средств измерений температуры / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации . М . : Стандарт. 16 с . ГОСТ 8.457-2000 ГСИ . 2000. Государственная поверочная схема для средств измерений удельной электрической проводимости жидкостей / Межгосударственный совет по стандартизации, метрологии и сертификации М : Стандарт 6 с Ерофеев П. Н., Пономарева Л. С., Рамазин А. Н. 1975 . Критерии определения солености морской воды по электропроводности с учетом поправок на температуру и давление . Обзорная информация // Промысловая океанология . Сер . 9. Вып . 4 . М . : ЦНИИТЭИРХ . 61 с . Левашов Д. Е. 2003. Техника экспедиционных исследований: инструментальные методы и технические средства оценки промыслово-значимых факторов среды . М . : Изд-во ВНИРО. 400 с . Походун А. И., Компан Т. А., Соколов Н. А., Герасимов С. Ф., Матвеев М. С., Никоненко В. А., Коренев А. С., Чурилина Н. В. 2009. Модернизированные государственные первичные эталоны
единиц теплофизических величин // Измерительная техника. № 8 . C . 55—59.
ПР 50.2 .017—95. 1995. Положение о Российской системе калибровки . М . : Госстандарт России . 10 с .
ПР 50. 2 . 016—94. 1994. Требования к выполнению калибровочных работ. М . : Госстандарт России,
ВНИИМС .6 с .
ПР РСК 005 — 03. 2003. Указания по применению ГОСТ Р ИСО/МЭК 17025-2000 «Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий» в Российской системе калибровки . М . : ВНИИМС . 20 с .
Рамазин А. Н., Буланов В. В., Левашов Д. Е., Тиш-кова Т. В . 2005. Калибровка СТД-зондов — метрологическое обеспечение измерений основных параметров среды обитания промысловых объектов // Материалы XIII Международной конференции по промысловой океанологии Калининград: Изд-во АтлантНИРО. С. 235-238.
Рамазин А. Н. 2009. Определение солености Каспийского моря с помощью СТД-зондов // Вопросы промысловой океанологии Вып 6 № 2 С 196211
Р РСК 001-95. 1995. Типовое положение о калибровочной лаборатории . М . : ВНИИМС . 3 с .
ФЗ № 102-ФЗ от 26. 06. 2008 (ред . от 13.07.2015)
«Об обеспечении единства измерений» / Принят Гос Думой 11 июня 2008 г
Culkin B. F., Ridout P. S . 1998. Ocean Scientific International Ltd . Stability of IAPSO Standard Seawater // J . of Atmospheric and Oceanic Technology.
V. 15 . P. 1072-1075.
Hydrographic Measurement Techniques and Calibration. 2010 . http://cdiac. ornl . gov/ftp/oceans/CLIVAR/ P09 _ 2010/p09 _ 49RY20100706do. pdf (28.10.2014)
Mangum B. W., Furukawa G. T. 1990. Guidelines for realizing the international temperature of 1990 (ITS-90) // NIST Tech. Note 1265. 190 p.
Bacon S, Snaith H.M, Yelland M. J. 1999. An evaluation of some recent batches of IAPSO Standard Seawater // J of Atmospheric and Oceanic Technology James Rennell Division, Southampton Oceanography Centre, Southampton, United Kingdom. P. 854- 861 .
Perkin R. G., Levis E. L. 1980. The Practical Salinity Scale 1978: Fitting the date . IEEE // J . Of Oceanic Engineering OE5 1 P 107-114
References
Arkhipkin V. S., Lazaryuk A. Yu., Levashov D. E., Ramazin A. N. 2009. Okeanologiya: Instrumental nye metody izmereniya osnovnyh parametrov morskoj vody
[Instrumental methods of measurement of the basic parameters of sea water] . M . : MAKS Press . 336 s .
GOST 8. 558-93 GSI. 1994 . Gosudarstvennaya
poverochnaya skhema dlya sredstv izmerenij temperatury [State verification schedule for means measuring temperature] / Mezhgosudarstvennyj sovet po standartizatsii, metrologii i sertifikatsii . M . : Standart 16 s
GOST 8 .457-2000 GSI. 2000 . Gosudarstvennaya
poverochnaya skhema dlya sredstv izmerenij udel'noj elektricheskoj provodimosti zhidkostej [State verification schedule for means of measuring specific conductivity of liquids] / Mezhgosudarstvennyj sovet po standartizatsii, metrologii i sertifikatsii M : Standart 6 s
Erofeev P. N., Ponomareva L. S., Ramazin A. N. 1975. Kriterii opredeleniya solenosti morskoj vody po elektroprovodnosti s uchetom popravok na temperaturu i davlenie . Obzornaya informaciya [Criteria for the definition of water salinity by electroconductivity with corrections for temperature and pressure] // Promyslovaya okeanologiya . Ser. 9 . Vyp . 4 . M . :
CNIITEIRKH. 61 s .
Levashov D. E. 2003 . Tekhnika ekspeditsionnyh issledovanij: Instrumental'nye metody i tekhnicheskie sredstva otsenki promyslovo-znachimyh faktorov sredy [Facilities and technique for marine surveys: Instrumental methods and components for estimating the fishing-significant characteristics of sea water medium] . M . : Izd-vo VNIRO . 400 s .
Pohodun A. I., Kompan T. A., Sokolov N. A., Gerasimov S. F., Matveev M. S., Nikonenko V. A., Korenev A. S., Churilina N. V. 2009. Modernizirovannye gosudarstvennye pervichnye etalony edinits teplofizicheskih velichin [The modernized state primary standards of units of thermophysical magnitudes] // Izmeritel'naya tekhnika . № 8 . S . 5559
PR50 2 017-95 1995 Polozhenie o Rossijskoj sisteme kalibrovki [The proposition of the Russian calibration system] M : Gosstandart Rossii 10 s
PR50.2. 016-94. 1994. Trebovaniya k vypolneniyu kalibrovochnyh rabot [Requirements for Calibration Procedures] . M . : Gosstandart Rossii . VNIIMS . 6 s . PR RSK 005-03. 2003. Ukazaniya po primeneniyu GOST R ISO/MEHK 17025-2000 "Obshchie
trebovaniya k kompetentnosti ispytatel'nyh i kalibrovochnyh laboratorij" v Rossijskoj sisteme kalibrovki [Guidelines on the application of ISO / IEC17025-2000 "General requirements for the competence of testing and calibration laboratories" in the Russian calibration system] . M . : VNIIMS . 20 s . Ramazin A. N., Bulanov V. V., Levashov D. E., Tishkova T. V. 2005 . Kalibrovka STD-zondov — metrologicheskoe obespechenie izmerenij osnovnyh parametrov sredy obitaniya promyslovyh ob'ektov [Calibration of oceanographic CTD-instruments is metrological maintenance of primary parameters measurements of living environment of fishing objects] // Materialy XIII Mezhdunarodnoj konferentsii po promyslovoj okeanologii . Kaliningrad: Izd-vo
AtlantNIRO. S . 235-238.
Ramazin A. N. 2009 Opredelenie solenosti Kaspijskogo morya s pomoshch'yu STD-zondov [Determination of the Caspian Sea salinity using CTD-probes] // Voprosy promyslovoj okeanologii . Vyp . 6 . № 2 . S .
196-211
R PSK 001-95. 1995. Tipovoe polozhenie o
kalibrovochnoj laboratorii [Standard regulations on calibration laboratory] M : VNIIMS 3 s FZ ot 26 .06. 2008 № 102-FZ (red . ot 13.07.2015) "Ob
obespechenii edinstva izmerenij" [On ensuring the uniformity of measurements] / Prinyat Gos Dumoj 11 iyunya 2008 g
Поступила в редакцию 24.11.15 г. Принята после рецензии 24.02.16 г.
Ä. H. Рамазнн
Some scientific and methodological aspects of metrological supply of conductivity and sea water temperature measurements with CTD-probes
A. N. Ramazin
Russian Federal Research Institute of Fisheries and Oceanography (FSBSI "VNIRO", Moscow)
In practice of oceanological researches the demand for metrologically scientific sea water provided by location data grows very fast . Data of automated measuring of basic sea water parameters such as conductivity, temperature and pressure (CTD-probes) among them take a significant place . Means of metrological supply are chosen and scientific methods of its using, based on principles of formation of The International Temperature Scale (ITS-90) and The Practical Salinity Scale (PSS-78), are determined . These principles formed the basis of creation of "The Apparatus for measuring of sea water conductivity" (VNIRO) — the complex of metrological calibration means, which allows transferring units of measures from primary state and international standards to measuring tools . "The Certificate on approval of measuring means type" is issued to above mentioned "Apparatus..." . It allowed calibrating of 74 CTD-probes of enhanced accuracy of "Sea-Bird Electronics, Inc . ", "Falmouth Scientific, Inc . ", "Teledyne RD Instruments" (USA) and "SAIV A/S" (Norway) companies since 2011 to 2015 . Metrological characteristics of CTD-current meters used for fishing industry and means of its metrological supply are reviewed The results of estimation of metrological characteristics of fishing industry CTD-probes are given . The description of basic scientific and methodical calibration principles of calibration of Standard Platinum Resistance Thermometer (SPRT), standard cells of conductivity measuring, sensors of temperature and conductivity of main CTD-probes, which are applied in practice of oceanological fisheries research, is given . The data of research of SPRT temporary stability, triple point of water (TPW) and the melting point of gallium (MPG) are presented . It is concluded that SPRT, TPW and MPG have shown very high temporary stability of its metrological characteristics The results of investigation of temporary stability of standard measuring conductivity cells allowed to determine the necessary inter-calibration interval for these cells: cells calibration must be conducted with standard sea water IAPSO SSW having storage life no more than 2 years after calibration of no more than 2—3 probes .
Key words: metrological supply, CTD-probe, standard conductivity cell, apparatus for measuring of sea water conductivity, methods of calibration, static conversion function, standard platinum resistance thermometer (SPRT), triple point water (TPW), melting point of gallium (MPG) .
