книги из ГПНТБ / Унгерман М.Н. Техника океанологических наблюдений на поисковых и промысловых судах

Здесь и на

paie. 77

о,; — к а ж у щ а я с я удельная электропро­

водность; р.—імаігніптная

проницаемость;

Оп — удельная элек­

тропроводность

воды;

а т р

— радиус трубы;

/ — длина

датчика

.(•расстояние м е ж д у

возбуждающей и приемной

нидуктпвиостя-

м'н при условии

их

ооооного р а с п о л о ж е н и я ) .

Из

рис. 77

.видно,

ношения геометрических р а з м е р о в . Если геометрические

раз­

меры датчика примерно на 2 порядка .меньше диаметра

трубы,

правки, таік

к а к величина

погрешности

может

оказаться

д а ж е

•больше измеряемого параметра .

Говоря о

методических

погрешностях

при

измерениях

соле-

тывать 'Влияние

изменения

давления на

электропроводность.

Пірщ постоянной

солености

с увеличением

давления электро­

проводность морской воды

уменьшается. Эта зависимость носит

температуры . По экспериментальным данным [75],

уменьшение

проводимости при увеличении давления составляет

1 , 5 - 1 0 ~ 5 д Б - 1

при температуре 0,5° С и 0 , 8 2 - Ю - 5 д Б - 1

при

температуре

.19,5° С.

Судовые электросолемеры дл я намерений

in situ

чаще всего

сируемых устройств.

Во многих

случаях

оказывается

полезным

т а к ж е непрерывное

измерение

солености

-поверхностного

слоя

забортной воды на ходу судна без

использования

каких-либо

выпускных устройств, а с помощью

приборов,

смонтированных

.непосредственно в корпусе. Электросолемеры

последнего

типа

применяются сравнительно

редко и

в Советском

Союзе

пока

не (выпускаются, но

тем н е

менее

именно их

можно

считать

мость в

дополнительных палубных устройствах для опуска и

.подъема

зонда или букойровтаі измерительных устройств. По­

л у ч а е м а я

информация о распределении солености в поверхно­

шения

'оперативных

з а д а ч

промысла. Непрерывная

регистрация

многими

судами

термохалннното

режима

поверхностного

слоя

.может дать

т а к ж е

весьма ценный материал для научно-поис­

ковых судов при прогнозах промысловой

обстановки

определе­

нии перспективности

района .

Из

з а р у б е ж н ы х

устройств для 'непрерывного измерения со­

лености

забортной

воды

з а с л у ж и в а ю т

внимания

модели

6600

и '6600Т фирмы «Биосет-'Берман»

(іСША)

и

элѳктротерімосоле-

мер типа TS-ST-P4

(Япония) .

Модель 6600Т отличается от модели 6600 тем. что снабжена

дополнительным

измерителем температуры,

описание

которого-

б ы л о

приведено в главе IV . Обе модели

солемеров

состоят

из

двух

основных ч а с т е й — р е г и с т р а т о р а ,

устанавливаемого

в

лю­

бом, удобном для наблюдения месте, и соединенного

.с

ним ка­

бельной

линией

датчика,

заключенного

в

специальный

резер­

в у а р .

Схема

соединения блоков и

их

р а з м е щ е н и я

и з о б р а ж е н а

на

рис. 48. Измерительный

резервуар

.располагается

поблизости

от

любого "іводозаіборіник-а,

имеющегося

на

судне

(например, у

зервуаре, что обеспечивает получение информации

непосредст­

венно ,в единицах солености.

Пределы

измерения

солености

•20-т-3'8°/оо (8 диапазонов)

с точностью ± 0 , 0 3 % 0 и температуры

— й ч - + 3 6 ° С (5 диапазонов)

с точностью

± 0 , 1 ° С .

Электротермосолемер

TS-ST-P4 предназначен для

измерения

рирующего

устройства.

Д л я прокачки

воды

через резервуар

датчика в комплект прибора введена специальная помпа с во -

дозаборнпком, опускаемым на з а д а н н у ю глубину.

Конструкция

іводозабарника

позволяет

производить

измерения

на

несколь­

ких горизонтах одновременно. Прибор

снабжен

т а к ж е

специ­

альной

системой д л я

одновременной регистрации

результатов

измерений, производимых на нескольких судах,

снабженных

аналогичными

измерителями. Пределы

измерения

солености.

•18ч-36%о. Градуировка шкал произведена в единицах

хаорио-

сти (~іИ),5%о С1-н20%о Cl) . Точность

измерения

±Ю,02'%0 Cl.

•Влияние температуры «а показания электросолемера

исключа­

ется автоматически с помощью - терімисторного

компенсатора..

Пределы

измерения

температуры

10-^-30° С

с

точностью

± 0 , Г С .

Значительно

более

разнообразны

варианты

электросолеме­

ров, выполненных в виде океанологических зондов. Каік прави ­

ло, в

океанологических

зондах

измерители

солености

объеди­

нены

с дистанционными

термометрами,

датчиками

глубины, а-,

иногда

, І

І

некоторыми друпнмн

измерителями . Среди

различных

вариантов зондов можно различить зонды автономные и неав ­

тономные. Автономные зонды в процессе измерения не связаны

электрически с бортом судна, а регистрация информации

про­

изводится

внутри самого

зонда

и

расшифровывается

после-

подъема

его на

борт. Спуск такого зонда может

производиться

«а .тюбом тросе достаточной прочности

с

помощью

любого

имеющегося на судне подъемного устройства. В этом его боль­

шое преимущество по сравнению с неавтономными зондами . Не­

достаток — необходимость

последующей

расшифровки

получен ­

ных даінных, что усложняет работу, и меньшая

оперативность

получения

информации .

Неавтономные

зонды

опускаются на

кабель-тросе, по которому подается электропитание и переда ­

ется информация, непрерывно регистрируемая на

борту судна.

Спуск зонда производится с помощью специальных

кабельных

лебедок.

Из разработанных в последние годы

отечественных

океано­

логических

зондов характерными

являются

зонд

«Исток»

кон-

доге температуры и давления на

электропроводность

компенси­

руются автоматически!

и запись

производится непосредственно

в единицах солености.

И н ф о р м а ц и я регистрируется

на мапинт-

стью 0,05%о, а после

введения

всех поправок — с

точностью

0,01%о.

Модель 9060 (см. рис. 62) отличается от модели

9030

тем,

что в ней применяется

запись

на

двухкоординатном

самописце

в функции глубины. Црѳ делы

измерения те же, что и у модели

903Ö, но постоянная времени всех измерителей несколько

боль­

ше — 0,35

с.

Зонд

9060, к а к и 9030, предназначен дл я автономной

рабо­

борт судна.

Зонд 9007

предназначен д л я измерения

только солености.

Он состоит из

индукционного тороидального

датчика электро­

метр) и

давления

совместно

с датчиком

электропроводности

введены

в

з а д а ю щ у ю

часть

измерительного

генератора

типа

«Реалок»,

используемого ів

большинстве

зондов фирмы

«Бпе-

сет-Берман». И н ф о р м а ц и я

в

виде

частотно-модулированного

сигнала

передается

по

кабелю

на

бортовое

регистрирующее

лучать информацию

о

температуре, глубине,

а

в

специальном

в а р и а н т е — и

о скорости

звука.

Одним из

существенных недостатков зондов фирмы «Бис­

сетБерман»

является их весьма

значительная

масса — от 10

до 80 кг, что

может

вызвать

затруднения

при

их

эксплуа­

тации.

Океанологические

зонды

фирмы TS К

(Япония)

рассчитаны

на меньшую

глубину

погружения

(обычно

до

1000

м) . Однако

имеют в 5—40 раз меньшую

массу,

чем зонды

фирмы

«Биосет-

Берман». Зонды TS-ST-,1; TS-ST-2; TS-ST-L-3

фирмы TS К пред­

назначены д л я измерения солености (или хлорноетн),

давления

белю. Бортовое устройство модели TS-ST-1 обеспечивает

только

визуальный отсчет по стрелочному прибору, а модели TS-ST-2

и TS-ST-L-3 снабжены автоматическими регистраторами

с за­

писью на бумажную ленту [219].

З о н ды TS-STD модели 1 н 2 топ ж е

фирмы

предназначены

для измерения тех ж е параметров, но

более

совершенными

д л я

использования

на

небольших судах, не имеющих специаль­

ного океанологического

оборудования. В комплект этой

модели

может быть включена

малогабаритная океанологическая

лебед­

ка

(220].

Во всех зондах

фирмы TS К используются бесконтактные ин­

торных датчиков .

Влияние

давления

на

электропроводность,

к а к правило, не

учитывается,

поскольку зонды

предназначены

для измерении на сравнительно небольших

глубинах — до 400—

1000 ім.

§ 5. МЕТОДЫ И ТЕХНИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КОНЦЕНТРАЦИИ

РАСТВОРЕННОГО В МОРСКОЙ ВОДЕ КИСЛОРОДА

В настоящее

время

для определения концентрации раство­

ренного в морской воде

кислорода

применяют в основном йодо-

метрнческий метод Впнклѳра в его различных

модификациях

[106]. Этот

метод

заключается в

йодо метрическом

определении

марганца

(4+), образовавшегося

в количестве,

эквивалентном

количеству

растворенного кислорода,

при

реакции

последнего

со с в е ж еобр аз о ванным

гидратом

марганца

( 2 + ) .

Достоинства­

определения обычно оценивают величиной ± 0 , 0 2

мл/л (макси­

м а л ь н ы е концентрации

кислорода

в морской

воде

могут

дости­

гать

10 м л / л ) . Однако

при существующей методике

отбора

проб

воды

с помощью металлических

батометров

в о з м о ж н ы

суще­

значительнее, чем больше время пребывания пробы в

батомет­

ре, то есть чем больше глубина

отбора

проб. С. учетом

этого

фактора

В. Н. Иваненков [43]

оценивает

погрешность

оп­

ределения

кислорода методом Вин клер а

величинами

± 0 , 0 3 —

0,06 мл/л.

Таким

образом, ошибка за счет влияния

коррозии

батомет­

ра на содержание растворенного в пробе кислорода

может в

несколько раз превосходить ошибку самого

йодометрического

метода.

Детальный статистический анализ источников ошибок при

определении

кислорода

методом

Вннклера

[208] показал,

что

погрешность

титрования,

выполненного в береговой

л а б о р а т о -

они,

составляет ± -^—•

мл/л, а на

борту

оудна ±

^ г

мл/л,

где

п—-число

параллельных

определений.

Заметим,

что

в

экс­

педиционных

условиях

параллельные

определения

обычно

не

.проводятся. При этом ошибка от 'Влияния стенок

металличе­

ского батометра по тем ж е данным достигает 0,061

мл/л,

что

вполне согласуется с данными В. Н. Иваненкова .

Интересно

отметить, что

при обработке

первичного

материала

многочис­

Тихого океана средняя величина погрешности

экспедиционных

определений кислорода принималась

равной

± 0 , 1 1

мл/л

[148].

В последние годы д л я устранения погрешности

за

счет

корро­

зии

металлические батометры заменяют пластмассовыми.

К недостаткам метода Вннклера следует отнести его трудо­

емкость и малую производительность. Много времени

отнимает

отбор проб из батометров

и их фиксации. Кроме

того,

на

осно­

ве этого метода

невозможно

создавать приборы

для

измерения

in

situ.

В настоящее

время

существует

несколько

модификаций

йодометршческого

метода

и

созданы

соответствующие

автома­

автоматического прибора д л я

йодометрического титрования,

построенные

на основе потемшгометрнчеокого гнтрометра Бек-

маиа с поршневой бюреткой Метром [209]. Специальные

усовер­

шенствования

в этом титрометре

(такие, как

изменение

концен­

траций' реагентов и системы отбора проб)

позволили

достиг­

нуть точности

определения, п р е в ы ш а ю щ е й точности

ручного

стандартного

метода .

тивно сложны и мало перспективны

д л я эффективных измере­

ний in situ [150].

Такие приборы не

получили до

настоящего

в р е м ей и ш ир о кого р аспро стр а н ения.

В последние

годы разрабатывается

ряд принципиально но­

вых методов определения растворенного кислорода;

таллиевый

метод [196], основанный на измерении

электропроводности

воды,

изменяющейся

при

взаимодействии

растворенного

кислорода

со с т р у ж к а м и

металлического таллия;

автоматический

селек­

матотрафпчеекпй, или фазообмѳнный;

люминесцентный; радио-

изотопный

и электрохимический

метод

вольтамперометрин. Р я д

методов, например

таллиевый и

селективно-абсорбционный,

по

имеющимся данным, пока не испытывались

в морских

услови­

ях. Другие

.методы

(маее-спсктрометрпчеокнй и газохромато-

графический) не

обеспечивают

высокой

точности

(точность

10—45%). Применение люминесцентного метода сопряжено

с

бования техники

безопасности.

В настоящее

время большое

внимание

уделяется

электро­

химическим методам определения

растворенного

.кислорода,

з а к л ю ч а ю щ и м с я

в установлении зависимости

силы

тока

в элек­

зультате

реакции

О. -I- 2 Н 3 0 +- 4о -> ЮП-.

(Ѵ-29

підрокспльные

ионы

диффундируют под действием электриче­

ского

поля к

аноду,

где происходит связывание

кислорода

в

виде

окисла. При этом

величина

предельного тока, характери­

з у ю щ а я

диффузию

к

электроду,

является количественной

ха­

капилляра, уносит

с

собой продукт электролитической

реакции,

освобождая место для свежей капли,

на которой

возобновля­

ется

восстановление,

т. е. происходит

самообновление

поверх­

ности

катода .

Поляропрафы

с

капающими электродами,

достаточно ш и ­

роко

при менявшиеся

в лабораторной

практике,

при

работах в

тать малоперопѳктпвнымп

из-за низкой механической

прочно­

сти, чувствительности к вибрациям, трудности

работы со

ртутью

в экспедиционных условиях, а т а к ж е в связи

с тем,

что

исполь­

зование ртутных электродов практически лншасі

возможности

производить .измерения in

situ.

родных металлов [116, 150]. При этом металлический

электрод

изолируется от

внешней среды полупроницаемой пленкой, за­

д е р ж и в а ю щ е й

ионы, по пропускающей нейтральные

молекулы

лерода.

Примером

таких электродов

'.могут

быть

э л ѳ к т р о ш

Е 0 1 6 В ,

в

которых

попользуется

специальная

паста,

содержа­

щая

хлористый

калий .

В

качестве

твердых электродов чаще всего

применяют

Pt— Ag.'Ag.O (AgCl).

Отрицательный

электрод

изготавливается

из

платины,

по­

л о ж и т е л ь н ы й — ilIз

серебра,

солен

серебра

нлш

окиси серебра.

Наиболее

распространенный

материал

полупроницаемой плен­

к и — полиэтилен пли фторопласт

(тефлон)

толщиной

обычно

не

ляющейся

качественной

характеристикой растворенного

веще­

ства (для

кислорода — около 0,76 В ) ,

начинается реакция вос­

становления кислорода,

находящегося

между

электродом п

пленкой, с

последующим

связыванием

его на

аноде.

М е ж д у

раствором,

о к р у ж а ю щ и м

электроды, и

внешней

средой

образу­

зависимости

от

тока определяется

соотношением

[118]

4/Ѵ D

к

dx

S t

'

ce

— градиент

концентрации

растворимого кислорода;

где —

ах

— вила тока в некоторым текущий

момент;

I

10— сила тока в начальный момент;

D — коэффициент диффузии

через пленку;

S — площадь

электрода;

УѴ — число

Авогадро;

0 = Д , е — .

(V—31)

На

практике

его величина может быть

определена эмпири­

чески

из (V—30).

В

Советском

Союзе первые опытные

образцы окспметров

для измерения

полярографическим методом концентрации кис-

л о р о д а , растворенного

в морской

воде, были созданы

в Инсти­

туте океанологии АН

С С С Р Л . Г.

Соловьевым [1151.

Оксиметр

судовой

лаборатории

состоит

из датчика,

термостата, устрой­

ства дл я перемешивания

пробы, блока питания и системы реги­

страции

н а п р я ж е н и и

и

тона.

Конструкция

прибора

позволяет

производить одновременный анализ трех, проб воды.

Результаты

Температурный коэффициент датчика, по данным

лаборатор ­

ных испытаний, оказался около 4,8 мл/л при концентрации

кис­

лорода

5,5 мл/л, поэтому температура

электродов должна

быть

близкой

(ів пределах 0,5—'1,0° С) к

температуре

исследуемой

рофизического института предназначен

дл я определений

раство­

ренного кислорода до глубины 150

м

с одновременной

реги­

страцией

глубины погружения зонда. Диффузионным датчиком

кислорода

в зонде являются для электрода

(платиновый

и из

с е р е б р а ) ,

покрытые полиэтиленовой

пленкой

и погруженные в

0,1 н. раствор KCl . Инерционность

этого датчика

3—5

с. Для

регистрации давления применяется

мембранный

датчик

типа

П-15.