CN109000778A - 声速剖面仪计量检定装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及声速剖面仪计量检定装置及方法，包括水深检定装置和声速检定装置，水深检定装置和声速检定装置连接；声速检定装置的标准铂电阻温度计与万用表以四线制电阻测量线的方式连接，标准铂电阻温度计前端温度测点放置于水槽中，标准铂电阻温度计前端温度测点与待测声速剖面仪传感器等高设置，水深检定装置的手持式气体压力泵通过转换接头接待检声速剖面仪，数字精密压力表与手持式气体压力泵连接，测量手持式气体压力泵提供的压力。本发明的有益效果：设计合理，恒温水槽可以提供稳定的温度场和压力场，减少干扰，结合声速和水深检定方法得到校准结果，有利于促进水运工程专业设备计量检定工作的顺利进行和水运工程行业的健康发展。

Description

声速剖面仪计量检定装置及方法

技术领域

本发明属于声速剖面仪检定技术领域，尤其涉及水运工程领域声速剖面仪计量检定装置及方法。

背景技术

在水运工程领域，越来越多的声呐设备被用于水域内的工程测绘，单波束测深仪、多波束测深系统、浅地层剖面仪等声呐设备已成为水底地形地貌和水运工程地质测量的最主要仪器，在水运工程领域具有较大的保有量。这些声呐设备在应用过程中，需要测量现场实际声速对声呐设备的测量系统进行修正以提高测量精度。在早期的水运工程测绘项目中，都采用以温度-声速关系表来估计水中的标准声速。随着科学技术水平和工程质量要求的不断提高，声速剖面仪作为一种可以方便、准确测量水域中不同剖面的声速测量设备，得到了广泛的应用。

在水运工程中，已经逐步以声速剖面仪的测量结果代替估计的标准声速值，声速剖面仪已经成为水运工程、海洋调查、国防应用与研究等领域必不可少的设备，多应用于内河和海洋进行声速、温度和深度测量，其测量结果的准确度对水域温度变化、水下水文资料测量以及水底地形测量均有十分重要的影响。

目前，市场上的声速剖面仪缺少统一规范的计量检定装置和方法，观测数据质量存在较大隐患，无法通过检定/校准的方式进行量值溯源，设备长期处于未经检定/校准使用的状态。并且该设备无统一的数据比对规范，甚至无法自校，这样的设备管理方式严重影响到声速剖面仪观测数据的可靠性、准确性及可信度，所获取的数据资料存在很大的质量隐患。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供声速剖面仪计量检定装置及方法。

本发明的技术方案：声速剖面仪计量检定装置，包括声速检定装置和水深检定装置，其特征在于所述声速检定装置和所述水深检定装置连接；

所述声速检定装置包括声速检定计量标准器和声速检定配套设备，所述声速检定计量标准器包括标准铂电阻温度计和数字万用表，所述声速检定配套设备为水槽，所述标准铂电阻温度计与所述数字万用表通过电阻测量线的方式连接，所述标准铂电阻温度计前端温度测点与待检声速剖面仪传感器等高设置于所述水槽中，所述水槽采用密封结构；

所述水深检定装置包括水深检定计量标准器和水深检定配套设备，所述水深检定计量标准器为数字精密压力表，所述水深检定配套设备包括压力泵，所述压力泵连接所述水槽，所述水槽和所述压力泵间设置有所述数字精密压力表。水深检定计量标准器也可以采用活塞式压力计。

进一步地，所述标准铂电阻前端温度测点距离水槽边壁距离不小于5cm。

进一步地，所述水槽采用恒温水槽，所述压力泵采用手持气体压力泵,所述标准铂电阻温度计为四线制二等标准铂电阻温度计，测量范围为0～40℃，所述数字万用表为六位半数字万用表。

进一步地，所述手持气体压力泵包括预压泵、压杆、座体，所述预压泵上设置所述压杆，所述预压泵通过输出管道连接所述座体，所述输出管道上设置压力/真空转换阀和截止阀，所述座体端部设置压力表连接座，所述座体另一端部设置微调手轮，所述数字精密压力表与所述压力表连接座连接，所述座体端部还设置有泄压阀。

进一步地，所述手持式气体压力泵通过设置有转换接头的输气管连接所述水槽，所述转换接头采用M20×1.5-M8×1.5。

进一步地，所述声速检定装置的测量范围为1400～1600m/s，测量最大允许误差为±0.2m/s；

所述水深检定装置的测量范围为0～100m、0～200m、0～500m，测量最大允许误差为±1％FS，所述声速检定装置和所述水深检定装置的重复性试验标准差不大于最大允许误差绝对值的0.3倍。

进一步地，所述恒温水槽的水温调节范围为0～40℃，温场均匀度不大于±0.02℃，深度×长度×宽度尺寸不小于40cm×20cm×20cm。

所述数字精密压力表的测量范围为0～1MPa、0～2MPa、0～5MPa，准确度等级为0.02级。

声速剖面仪的计量检定方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A：利用纯水中声速公式获得标准的声速值，与通过声速检定装置测量通过待检声速剖面仪的声速值比较，得到校准结果；

步骤B：提供标准压力值，利用水深检定装置和水深-压力换算公式获得被检装置的压力值，比较得到校准结果。

进一步地，步骤A中利用纯水中声速公式获得标准的声速值，与通过声速检定装置测量通过待检声速剖面仪的声速值比较，得到校准结果具体包括以下步骤：

步骤1：在恒温水槽中放入纯水，将待检声速剖面仪吊装入水槽中，水的深度没过声速剖面仪探头，将标准铂电阻温度计与数字万用表以四线制电阻测量的方式连接，将标准铂电阻前端温度测点放置于恒温水槽中，与待检声速剖面仪传感器等高，距离水槽边壁距离不小于5cm；

步骤2：控制恒温水槽4温度先后在35℃、30℃、25℃、20℃、15℃、10℃、5℃试验点处稳定3min，读取标准铂电阻温度计的电阻值，利用公式

W(t_j)＝R(t_j)/R(0.01℃) (1)

将电阻值转化成为温度值t_j作为温度的标准值；

式中：

W(t_j)——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点t_j的电阻值与水三相点温度(0.01℃)的电阻比值；

R(t_j)——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点t_j的电阻值，单位Ω；

R(0.01℃)——水三相点温度(0.01℃)的电阻值，单位Ω；

步骤3：将W(t_j)的值与标准铂电阻温度计分度表t-W(t)-dW(t)/dt中的W(t)值相比较，找到与计算的W(t_j)值最接近的值W(t_jo)，以及与W(t_jo)相对应的温度t_jo和温度的变化率dW(t_jo)/dt，运用公式

进行插值计算，得到测量的温度值；

式中：

t_j——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点的温度计算值，单位℃；

t_jo——标准铂电阻温度计分度表中W(t_jo)值所对应的温度值，单位℃；

W(t_j)——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点电阻值与水三相点温度(0.01℃)的电阻比值；

W(t_jo)——标准铂电阻温度计分度表中，与计算得到的W(t_j)最接近的值；

dW(t_jo)/dt——在温度W(t_jo)时的W值相对温度的变化率；

步骤4：将各个温度检定点上的温度计算值t_j代入公式

计算得到标准声速值；

式中：

C_j——第j个温度检定点纯水中的声速，单位m/s；

t_j——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点的温度计算值，单位℃。

步骤5：在每个温度检定点均读取声速剖面仪1的声速值10个，计算平均值，利用公式

计算不同温度点的声速示值误差；

式中：

ΔC_j——在第j个温度检定点上声速测量的示值误差，单位m/s；

——在第j个温度检定点上声速剖面仪测量声速值的平均值，单位m/s；

C_js——在第j个温度检定点上声速标准值，单位m/s。

步骤6：选择20℃试验中连续测量的10个声速值，利用公式

计算声速测量的重复性；

式中：

s_C——待检声速剖面仪在20℃温度检定点上声速测量值的实验标准差，单位m/s；

C_i——待检声速剖面仪在20℃温度检定点上第i个声速值，单位m/s；

——待检声速剖面仪在20℃温度检定点上声速示值的算术平均值，单位m/s；

n——待检声速剖面仪在20℃温度检定点上声速测量值的个数，此处n＝10。

进一步的，步骤B中提供标准压力值，利用水深检定装置和水深-压力换算公式获得待检声速剖面仪的压力值，比较得到校准结果具体包括以下步骤：

步骤一：装置连接后测试装置气密性，在不漏气的情况下，进行下述步骤。

步骤二：在待检声速剖面仪压力测量范围内，选取0.1Mpa、0.2Mpa、0.3Mpa、0.4Mpa、0.5Mpa、0.6Mpa、0.7Mpa、0.8Mpa、0.9Mpa、1.0Mpa等十个检定点，压力检定按照先升压再降压的顺序进行。

步骤三：用合适的压力适配接头，将手持气体压力泵与恒温水槽连接，然后将待检声速剖面仪吊入水中，读取待检声速剖面仪的压力值作为初始值，水深和压力转化可利用公式计算

P＝ρgh (6)

式中：

P——水深对应的压力值，单位MPa；

ρ——1990年国际温标下的纯水的密度值，单位kg/m³

g——当地的重力加速度值，单位m/s²；

h——待检声速剖面仪测量的水深值，单位m；

步骤四：选定检定点，向待检声速剖面仪施加一定的压力P_js，读取此时待检声速剖面仪的压力值10个，计算平均值，减去初始值得到声速剖面仪1测量的压力利用公式

计算压力值误差。

式中：

ΔP_j——在第j个压力检定点上压力值误差，单位MPa；

——在第j个压力检定点上待检声速剖面仪压力值的平均值，单位MPa；

P_js——在第j个压力检定点上压力标准值，单位MPa；

步骤五：选择某一压力检定点上连续测量的10个压力值，按公式

计算水深测量的重复性。

式中：

s_P——在某一压力检定点上测得值的实验标准差，单位MPa；

P_i——待检声速剖面仪在该压力检定点上第i个压力值，单位MPa；

——待检声速剖面仪在该压力检定点上压力值算术平均值，单位MPa；

n——待检声速剖面仪在该压力检定点上压力值的个数，此处n＝10。

本发明有益效果是：结构简单，设计合理，可在提供稳定的温度场和压力场，在纯水的条件下，利用声速公式获得标准的声速值，与待检声速剖面仪测量的声速值比较，得到校准结果；提供标准压力值，利用“水深-压力”换算公式获得待检声速剖面仪测量的压力值，比较得到校准结果；有利于促进水运工程专业设备计量检定工作的顺利进行，对保障水运工程行业的持续、快速、健康的发展，具有深远的经济效益和社会效益。

附图说明

图1是本发明的实施例1计量检定装置的结构示意图。

图2是本发明的实施例4计量检定装置的结构示意图。

图3是本发明的实施例5计量检定装置的结构示意图。

图4是本发明的实施例1计量检定方法的流程图。

图中：1、待检声速剖面仪，2、标准铂电阻温度计，3、数字万用表，4、水槽，5、泄压阀，6、数字精密压力表，7、压杆，8、预压泵，9、截止阀，10、压力泵，11、压力/真空转换阀，12、微调手轮，13、转换接头，14、座体，15、输气管。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做出说明。

本发明涉及声速剖面仪计量检定装置，包括水深检定装置和声速检定装置，水深检定装置和声速检定装置连接；整体结构简单，设计合理。

声速检定装置包括声速检定计量标准器和声速检定配套设备，声速检定计量标准器包括标准铂电阻温度计2和数字万用表3，声速检定配套设备为水槽4，水槽4采用密封结构，标准铂电阻温度计2与数字万用表通过四线制电阻测量线连接，标准铂电阻温度计2前端温度测点与待检声速剖面仪1传感器等高设置于水槽中，使用用夹持装置如夹子或固定架将标准铂电阻温度计2固定住，将标准铂电阻温度计2垂直插入水面。待检声速剖面仪1通过USB-RS485转接线与计算机之间连接，以便读出和分析数据，接口处作防水处理。声速检定装置的测量范围为1400～1600m/s，测量最大允许误差为±0.2m/s；利用纯水中声速公式获得标准的声速值，与通过声速检定装置测量的待检声速剖面仪的声速值比较，得到校准结果。

水深检定装置包括水深检定计量标准器和水深检定配套设备，水深检定计量标准器为数字精密压力表6，水深检定配套设备包括压力泵10，水槽4采用密封结构，保证装置气密性，水槽4和压力泵10间设置所述数字精密压力表6，压力泵10通过设置有转换接头13的输气管15连接水槽4，连接处需增加填充材料，以防止接口处漏气，可根据的接头尺寸灵活适配转换接头。水深检定计量标准器也可以采用活塞式压力计。水深检定装置的测量范围为0～100m、0～200m、0～500m，测量最大允许误差为±1％FS，声速检定装置和所述水深检定装置的重复性试验标准差不大于最大允许误差绝对值的0.3倍。数字精密压力表6提供标准压力值，利用水深-压力换算公式获得待检声速剖面仪1的压力值，比较得到校准结果。

标准铂电阻温度计前端温度测点距离恒温水槽边壁距离不小于5cm，减少水槽边壁的影响。

水槽采用恒温水槽，恒温水槽采用密封结构恒温水槽4可提供稳定的温度场和压力场，其水温调节范围为(0～40)℃，温场均匀度不大于±0.02℃，尺寸不小于40cm×20cm×20cm(深度×长度×宽度)。压力泵采用手持气体压力泵,标准铂电阻温度计为四线制二等标准铂电阻温度计，通过四线制电阻测量线连接，测量范围为0～40℃，标准铂电阻温度计2采用WZPB-2型二等标准铂电阻温度计，四线制电阻测量线按颜色插好4支表笔，包括2支红色表笔和2支黑色表笔，表笔上配置鳄鱼夹，鳄鱼夹按颜色与标准铂电阻温度计2的接触线连接。4支表笔包括2支红色表笔和2支黑色，方便按颜色插放和安装。标准铂电阻温度计2在检定各种标准温度计和精密温度计量仪器时作用于标准使用。

数字万用表为六位半数字万用表，数字万用表3采用广州致远电子股份有限公司推出61/2系列高精度数字万用表，在精度、性能、接口配置方面优良，且通信协议可兼容。采用DMM6000系列61/2位数字多用表是高精度电子测量仪器，能够满足准确测量的需求。

压力泵10包括预压泵8、压杆7、座体14，预压泵8上设置压杆7，预压泵8通过输出管道连接座体14，座体14输出管道上依次设置压力/真空转换阀11和截止阀9，压力表连接座设置于座体14端部，座体14另一端部设置微调手轮12，数字精密压力表6与压力表连接座连接，座体14端部还设置泄压阀5。结构紧凑，使用方便，适于携带和现场使用，可以保证被校验压力仪表的准确度。

1.声速剖面仪计量检定装置的测量原理

(1)温度测量原理

①读取标准铂电阻温度计的电阻值，将电阻值转化成为温度值t_j作为温度的标准值。计算方法如下：

W(t_j)＝R(t_j)/R(0.01℃) (1)

式中：

W(t_j)——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点t_j的电阻值与水三相点温度(0.01℃)的电阻比值；

R(t_j)——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点t_j的电阻值，单位Ω；

R(0.01℃)——水三相点温度(0.01℃)的电阻值，单位Ω。

②将W(t_j)的值与标准铂电阻温度计2分度表t-W(t)-dW(t)/dt中的W(t)值相比较，找到与计算的W(t_j)值最接近的值W(t_jo)，以及与W(t_jo)相对应的温度t_jo和温度的变化率dW(t_jo)/dt，进行插值计算，得到测量的温度值。计算方法如下：

式中：

t_j——标准铂电阻温度计2在第j个温度检定点的温度计算值，单位℃；

t_jo——标准铂电阻温度计2分度表中W(t_jo)值所对应的温度值，单位℃；

W(t_j)——标准铂电阻温度计2在第j个温度检定点电阻值与水三相点温度(0.01℃)的电阻比值；

W(t_jo)——标准铂电阻温度计2分度表中，与计算得到的W(t_j)最接近的值；

dW(t_jo)/dt——在温度W(t_jo)时的W值相对温度的变化率。

(2)声速测量原理

声速测量原理分为两种，一种是直接测量声速，另一种是以海水的温度、压力和盐度通过公式计算水中声速。

直接测量方法主要采用环鸣法，通常是测量声波在已知距离内往返多次的时间(即用接收到的反射回波信号去触发发射电路，再发射下一个脉冲，这样不断地循环下去)。

公式计算方法：

①、将各个温度检定点上的温度计算值t_j代入公式计算得到标准声速值。计算公式如下：

式中：

C_j——第j个温度检定点纯水中的声速，单位m/s；

t_j——标准铂电阻温度计2在第j个温度检定点的温度计算值，单位℃。

②、在每个温度检定点均读取待检声速剖面仪1的声速值10个，计算平均值，计算不同温度点的声速示值误差。计算公式如下：

式中：

ΔC_j——在第j个温度检定点上声速测量的示值误差，单位m/s；

——在第j个温度检定点上待检声速剖面仪1测量声速值的平均值，单位m/s；

C_js——在第j个温度检定点上声速标准值，单位m/s。

③、选择20℃试验中连续测量的10个声速值，计算声速测量的重复性。计算公式如下：

式中：

s_C——待检声速剖面仪1在20℃温度检定点上声速测量值的实验标准差，单位m/s；

C_i——待检声速剖面仪1在20℃温度检定点上第i个声速值，单位m/s；

——待检声速剖面仪1在20℃温度检定点上声速示值的算术平均值，单位m/s；

n——待检声速剖面仪1在20℃温度检定点上声速测量值的个数，此处n＝10。

(3)水深测量原理

①读取待检声速剖面仪1的压力值(或将水深值换算成为对应的压力值)作为初始值。水深和压力转化的计算公式如下：

P＝ρgh (6)

式中：

P——水深对应的压力值，单位MPa；

ρ——1990年国际温标下的纯水的密度值，单位kg/m³

g——当地的重力加速度值，单位m/s²；

h——待检声速剖面仪1测量的水深值，单位m。

②选定检定点，向声速剖面仪1施加一定的压力P_js，读取此时待检声速剖面仪1的压力值10个，计算平均值，减去初始值得到声速剖面仪1测量的压力计算压力值误差。压力值误差计算公式如下：

式中：

ΔP_j——在第j个压力检定点上压力值误差，单位MPa；

——在第j个压力检定点上待检声速剖面仪1压力值的平均值，单位MPa；

P_js——在第j个压力检定点上压力标准值，单位MPa。

③选择某一压力检定点上连续测量的10个压力值，计算水深测量的重复性。计算公式如下：

式中：

s_P——在某一压力检定点上测得值的实验标准差，单位MPa；

P_i——待检声速剖面仪在该压力检定点上第i个压力值，单位MPa；

——待检声速剖面仪在该压力检定点上压力值算术平均值，单位MPa；

n——待检声速剖面仪在该压力检定点上压力值的个数，此处n＝10。

声速剖面仪的计量检定方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A：利用纯水中声速公式获得标准的声速值，与通过声速检定装置测量的待检声速剖面仪测量的声速值比较，得到校准结果；

步骤B：提供标准压力值，利用水深检定装置和水深检定装置水深-压力换算公式获得待检声速剖面仪的压力值，比较得到校准结果。

进一步地，步骤A中利用纯水中声速公式获得标准的声速值，与待检声速剖面仪的声速值比较，得到校准结果具体包括以下步骤：

步骤1：在恒温水槽中放入纯水，将待检声速剖面仪吊装入水槽中，水的深度没过待检声速剖面仪探头，将标准铂电阻温度计与数字万用表以四线制电阻测量的方式连接，将标准铂电阻温度计前端温度测点放置于恒温水槽中，与待检声速剖面仪传感器等高，距离水槽边壁距离不小于5cm；

步骤2：控制恒温水槽温度先后在35℃、30℃、25℃、20℃、15℃、10℃、5℃试验点处稳定3min，读取标准铂电阻温度计的电阻值，利用公式

W(t_j)＝R(t_j)/R(0.01℃) (1)

将电阻值转化成为温度值t_j作为温度的标准值；

式中：

W(t_j)——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点t_j的电阻值与水三相点温度(0.01℃)的电阻比值；

R(t_j)——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点t_j的电阻值，Ω；

R(0.01℃)——水三相点温度(0.01℃)的电阻值，Ω；

步骤3：将W(t_j)的值与标准铂电阻温度计分度表t-W(t)-dW(t)/dt中的W(t)值相比较，找到与计算的W(t_j)值最接近的值W(t_jo)，以及与W(t_jo)相对应的温度t_jo和温度的变化率dW(t_jo)/dt，运用公式

进行插值计算，得到测量的温度值；

式中：

t_j——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点的温度计算值，℃；

t_jo——标准铂电阻温度计分度表中W(t_jo)值所对应的温度值，℃；

W(t_j)——标准铂电阻温度计在在第j个温度检定点电阻值与水三相点温度(0.01℃)的电阻比值；

W(t_jo)——标准铂电阻温度计分度表中，与计算得到的W(t_j)最接近的值；

dW(t_jo)/dt——在温度W(t_jo)时的W值相对温度的变化率；

步骤4：将各个温度检定点上的温度计算值t_j代入公式

计算得到标准声速值；

式中：

C_j——第j个温度检定点纯水中的声速，m/s；

t_j——标准铂电阻在第j个温度检定点的温度计算值，℃。

步骤5：在每个温度检定点均读取待检声速剖面仪1的声速值10个，计算平均值，利用公式

计算不同温度点的声速示值误差；

式中：

ΔC_j——在第j个温度检定点上声速测量的示值误差，m/s；

——在第j个温度检定点上声速剖面仪测量声速值的平均值，m/s；

C_js——在第j个温度检定点上声速标准值，m/s。

步骤6：选择20℃试验中连续测量的10个声速值，利用公式

计算声速测量的重复性；

式中：

s_C——声速剖面仪在20℃温度检定点上声速测量值的实验标准差，m/s；

C_i——声速剖面仪在20℃温度检定点上第i个声速值，m/s；

——声速剖面仪在20℃温度检定点上声速示值的算术平均值，m/s；

n——声速剖面仪在20℃温度检定点上声速测量值的个数，此处n＝10。

进一步地，步骤B中提供标准压力值，利用水深检定装置和水深-压力换算公式获得待检声速剖面仪的压力值，比较得到校准结果具体包括以下步骤：

步骤一：装置连接后测试装置气密性，在不漏气的情况下，进行下述步骤。

步骤二：在待检声速剖面仪压力测量范围内，选取0.1Mpa、0.2Mpa、0.3Mpa、0.4Mpa、0.5Mpa、0.6Mpa、0.7Mpa、0.8Mpa、0.9Mpa、1.0Mpa等十个检定点，压力检定按照先升压再降压的顺序进行。

步骤三：用合适的压力适配接头，将手持气体压力泵与恒温水槽连接，然后将声速剖面仪吊入水中，读取声速剖面仪的压力值作为初始值。水深和压力转化可利用公式

P＝ρgh (6)

计算；

式中：

P——水深对应的压力值，MPa；

ρ——1990年国际温标下的纯水的密度值，kg/m³

g——当地的重力加速度值，m/s²；

h——声速剖面仪测量的水深值，m；

步骤四：选定检定点，向声速剖面仪施加一定的压力P_js，读取此时声速剖面仪的压力值10个，计算平均值，减去初始值得到声速剖面仪1测量的压力利用公式

计算压力值误差；

式中：

ΔP_j——在第j个压力检定点上压力值误差，MPa；

——在第j个压力检定点上待检声速剖面仪压力值的平均值，MPa；

P_js——在第j个压力检定点上压力标准值，MPa；

步骤五：选择某一压力检定点上连续测量的10个压力值，按公式

计算水深测量的重复性；

式中：

s_P——在某一压力检定点上测得值的实验标准差，MPa；

P_i——待检声速剖面仪在该压力检定点上第i个压力值，MPa；

——待检声速剖面仪在该压力检定点上压力值算术平均值，MPa；

n——待检声速剖面仪在该压力检定点上压力值的个数，此处n＝10。

实施例1

声速剖面仪计量检定装置，包括水深检定装置和声速检定装置，水深检定装置和声速检定装置连接；整体结构简单，设计合理。

声速检定装置包括声速检定计量标准器和声速检定配套设备，声速检定计量标准器包括标准铂电阻温度计2和数字万用表3，声速检定配套设备为水槽4，标准铂电阻温度计2与数字万用表通过四线制电阻测量线连接，标准铂电阻温度计2前端温度测点与待检声速剖面仪1传感器等高设置于水槽中，使用用夹持装置如夹子或固定架将标准铂电阻温度计2固定住，将标准铂电阻温度计2垂直插入水面。利用纯水中声速公式获得标准的声速值，与通过声速检定装置测量的待检声速剖面仪的声速值比较，得到校准结果。

水深检定装置包括水深检定计量标准器和水深检定配套设备，水深检定计量标准器为数字精密压力表6，所述水深检定配套设备包括压力泵10，水槽4和压力泵10间设置所述数字精密压力表6，数字精密压力表6提供标准压力值，利用水深-压力换算公式获得待检声速剖面仪1的压力值，比较得到校准结果。

声速剖面仪计量的计量检定装置方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A：利用纯水中声速公式获得标准的声速值，与通过声速检定装置测量的待检声速剖面仪测量的声速值比较，得到校准结果；

步骤B：提供标准压力值，利用水深检定装置和水深-压力换算公式获得待检声速剖面仪的压力值，比较得到校准结果。

实施例2

水深检定计量标准器采用活塞式压力计。其他同实施例1

实施例3

声速检定装置的测量范围为1400～1600m/s，测量最大允许误差为±0.2m/s；

水深检定装置的测量范围为0～100m、0～200m、0～500m，测量最大允许误差为±1％FS，声速检定装置和所述水深检定装置的重复性试验标准差不大于最大允许误差绝对值的0.3倍。其他同实施例1。

实施例4

压力泵10通过设置有转换接头13的输气管15连接水槽，具体通过转换接头13与水槽的凹槽连接，可根据接头尺寸灵活适配转换接头，连接处需增加填充材料，以防止接口处漏气。

待检声速剖面仪1通过USB-RS485转接线与计算机之间连接，以便读出和分析数据，接口处进行防水处理。水槽采用恒温水槽，恒温水槽4采用密封结构，保证气密性，恒温水槽4可提供稳定的温度场和压力场，其水温调节范围为(0～40)℃，温场均匀度不大于±0.02℃，尺寸不小于40cm×20cm×20cm(深度×长度×宽度)。压力泵采用手持气体压力泵,其他声速检定装置同实施例3。

声速剖面仪的计量检定方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A：利用纯水中声速公式获得标准的声速值，与通过声速检定装置测量的待检声速剖面仪测量的声速值比较，得到校准结果；

步骤B：提供标准压力值，利用水深检定装置和水深检定装置和水深-压力换算公式获得待检声速剖面仪的压力值，比较得到校准结果。

进一步地，步骤A中利用纯水中声速公式获得标准的声速值，与待检声速剖面仪的声速值比较，得到校准结果具体包括以下步骤：

步骤1：在恒温水槽中放入纯水，将待检声速剖面仪吊装入水槽中，水的深度没过待检声速剖面仪探头，将标准铂电阻温度计与数字万用表以四线制电阻测量的方式连接，将标准铂电阻温度计前端温度测点放置于恒温水槽中，与待检声速剖面仪传感器等高，距离水槽边壁距离不小于5cm；

步骤2：控制恒温水槽温度先后在35℃、30℃、25℃、20℃、15℃、10℃、5℃试验点处稳定3min，读取标准铂电阻温度计的电阻值，利用公式

W(t_j)＝R(t_j)/R(0.01℃) (1)

将电阻值转化成为温度值t_j作为温度的标准值；

式中：

W(t_j)——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点t_j的电阻值与水三相点温度(0.01℃)的电阻比值；

R(t_j)——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点t_j的电阻值，Ω；

R(0.01℃)——水三相点温度(0.01℃)的电阻值，Ω；

步骤3：将W(t_j)的值与标准铂电阻温度计分度表t-W(t)-dW(t)/dt中的W(t)值相比较，找到与计算的W(t_j)值最接近的值W(t_jo)，以及与W(t_jo)相对应的温度t_jo和温度的变化率dW(t_jo)/dt，运用公式

进行插值计算，得到测量的温度值；

式中：

t_j——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点的温度计算值，℃；

t_jo——标准铂电阻温度计分度表中W(t_jo)值所对应的温度值，℃；

W(t_j)——标准铂电阻温度计在在第j个温度检定点电阻值与水三相点温度(0.01℃)的电阻比值；

W(t_jo)——标准铂电阻温度计分度表中，与计算得到的W(t_j)最接近的值；

dW(t_jo)/dt——在温度W(t_jo)时的W值相对温度的变化率；

步骤4：将各个温度检定点上的温度计算值t_j代入公式

计算得到标准声速值；

式中：

C_j——第j个温度检定点纯水中的声速，m/s；

t_j——标准铂电阻在第j个温度检定点的温度计算值，℃。

步骤5：在每个温度检定点均读取待检声速剖面仪1的声速值10个，计算平均值，利用公式

计算不同温度点的声速示值误差；

式中：

ΔC_j——在第j个温度检定点上声速测量的示值误差，m/s；

——在第j个温度检定点上声速剖面仪测量声速值的平均值，m/s；

C_js——在第j个温度检定点上声速标准值，m/s；

步骤6：选择20℃试验中连续测量的10个声速值，利用公式

计算声速测量的重复性；

式中：

s_C——声速剖面仪在20℃温度检定点上声速测量值的实验标准差，m/s；

C_i——声速剖面仪在20℃温度检定点上第i个声速值，m/s；

——声速剖面仪在20℃温度检定点上声速示值的算术平均值，m/s；

n——声速剖面仪在20℃温度检定点上声速测量值的个数，此处n＝10。

进一步地，步骤B中提供标准压力值，利用水深检定装置和水深-压力换算公式获得待检声速剖面仪的压力值，比较得到校准结果具体包括以下步骤：

步骤一：装置连接后测试装置气密性，在不漏气的情况下，进行下述步骤。

步骤二：在待检声速剖面仪压力测量范围内，选取0.1Mpa、0.2Mpa、0.3Mpa、0.4Mpa、0.5Mpa、0.6Mpa、0.7Mpa、0.8Mpa、0.9Mpa、1.0Mpa等十个检定点，压力检定按照先升压再降压的顺序进行。

步骤三：用合适的压力适配接头，将手持气体压力泵与恒温水槽连接，然后将声速剖面仪吊入水中，读取声速剖面仪的压力值作为初始值。水深和压力转化可利用公式

P＝ρgh (6)

计算；

式中：

P——水深对应的压力值，单位MPa；

ρ——1990年国际温标下的纯水的密度值，单位kg/m³

g——当地的重力加速度值，单位m/s²；

h——声速剖面仪测量的水深值，单位m；

步骤四：选定检定点，向声速剖面仪施加一定的压力P_js，读取此时声速剖面仪的压力值10个，计算平均值，减去初始值得到声速剖面仪1测量的压力利用公式

计算压力值误差；

式中：

ΔP_j——在第j个压力检定点上压力值误差，单位MPa；

——在第j个压力检定点上待检声速剖面仪压力值的平均值，单位MPa；

P_js——在第j个压力检定点上压力标准值，单位MPa；

步骤五：选择某一压力检定点上连续测量的10个压力值，按公式

计算水深测量的重复性；

式中：

s_P——在某一压力检定点上测得值的实验标准差，MPa；

P_i——待检声速剖面仪在该压力检定点上第i个压力值，MPa；

——待检声速剖面仪在该压力检定点上压力值算术平均值，MPa；

n——待检声速剖面仪在该压力检定点上压力值的个数，此处n＝10。

实施例5

1.声速剖面仪计量检定装置的结构

声速剖面仪计量检定装置，包括水深检定装置和声速检定装置，水深检定装置和声速检定装置连接；整体结构简单，设计合理。

声速检定装置包括声速检定计量标准器和声速检定配套设备，声速检定计量标准器包括标准铂电阻温度计2和数字万用表3，声速检定配套设备为水槽4，标准铂电阻温度计2与数字万用表通过四线制电阻测量线连接，标准铂电阻温度计2前端温度测点与待检声速剖面仪1传感器等高设置于水槽中，使用用夹持装置如夹子或固定架将标准铂电阻温度计2固定住，将标准铂电阻温度计2垂直插入水面。待检声速剖面仪1通过USB-RS485转接线与计算机之间连接，以便读出和分析数据，接口处作的防水处理。声速检定装置的测量范围为1400～1600m/s，测量最大允许误差为±0.2m/s；利用纯水中声速公式获得标准的声速值，与通过声速检定装置测量的待检声速剖面仪的声速值比较，得到校准结果。

水深检定装置包括水深检定计量标准器和水深检定配套设备，水深检定计量标准器为数字精密压力表6，所述水深检定配套设备包括压力泵10和水槽4，水槽4和压力泵10间设置所述数字精密压力表6，压力泵10通过设置有转换接头13的输气管15连接水槽，具体通过转换接头13与水槽的凹槽连接，连接处需增加填充材料，以防止接口处漏气，可根据的接头尺寸灵活适配转换接头。水深检定计量标准器也可以采用活塞式压力计。水深检定装置的测量范围为0～100m、0～200m、0～500m，测量最大允许误差为±1％FS，声速检定装置和所述水深检定装置的重复性试验标准差不大于最大允许误差绝对值的0.3倍。数字精密压力表6提供标准压力值，利用水深-压力换算公式获得待检声速剖面仪1的压力值，比较得到校准结果。

标准铂电阻温度计前端温度测点距离恒温水槽边壁距离不小于5cm，减少水槽边壁的影响。

水槽采用恒温水槽，恒温水槽4采用密封结构，保证气密性，恒温水槽4可提供稳定的温度场和压力场，其水温调节范围为(0～40)℃，温场均匀度不大于±0.02℃，尺寸不小于40cm×20cm×20cm(深度×长度×宽度)。压力泵采用手持气体压力泵,标准铂电阻温度计为四线制二等标准铂电阻温度计，通过四线制电阻测量线连接，测量范围为0～40℃，标准铂电阻温度计2采用WZPB-2型二等标准铂电阻温度计，四线制电阻测量线按颜色插好4支表笔，包括2支红色表笔和2支黑色表笔，方便按颜色插放和安装，表笔上配置鳄鱼夹，鳄鱼夹按颜色与标准铂电阻温度计2的接触线连接。标准铂电阻温度计2在检定各种标准温度计和精密温度计量仪器时作用于标准使用。

数字万用表为六位半数字万用表，数字万用表3采用广州致远电子股份有限公司推出61/2系列高精度数字万用表。在精度、性能、接口配置方面优良，且通信协议可兼容。采用DMM6000系列61/2位数字多用表是高精度电子测量仪器，能够满足准确测量的需求。

压力泵采用手持气体压力泵，包括预压泵8、压杆7、座体14，预压泵8上设置压杆7，预压泵8通过输出管道连接座体14，座体14输出管道上依次设置压力/真空转换阀11和截止阀9，压力表连接座设置于座体14端部，座体14另一端部设置微调手轮12，数字精密压力表6与压力表连接座连接，座体14端部还设置泄压阀5。结构紧凑，使用方便，适于携带和现场使用，可以保证被校验压力仪表的准确度。

2.声速剖面仪计量检定装置的测量原理

(1)温度测量原理

①读取标准铂电阻温度计的电阻值，将电阻值转化成为温度值t_j作为温度的标准值。计算方法如下：

W(t_j)＝R(t_j)/R(0.01℃) (1)

式中：

W(t_j)——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点t_j的电阻值与水三相点温度(0.01℃)的电阻比值；

R(t_j)——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点t_j的电阻值，Ω；

R(0.01℃)——水三相点温度(0.01℃)的电阻值，Ω。

②将W(t_j)的值与标准铂电阻温度计2分度表t-W(t)-dW(t)/dt中的W(t)值相比较，找到与计算的W(t_j)值最接近的值W(t_jo)，以及与W(t_jo)相对应的温度t_jo和温度的变化率dW(t_jo)/dt，进行插值计算，得到测量的温度值。计算方法如下：

式中：

t_j——标准铂电阻温度计2在第j个温度检定点的温度计算值，℃；

t_jo——标准铂电阻温度计2分度表中W(t_jo)值所对应的温度值，℃；

W(t_j)——标准铂电阻温度计2在第j个温度检定点电阻值与水三相点温度(0.01℃)的电阻比值；

W(t_jo)——标准铂电阻温度计2分度表中，与计算得到的W(t_j)最接近的值；

dW(t_jo)/dt——在温度W(t_jo)时的W值相对温度的变化率。

(2)声速测量原理

声速测量原理分为两种，一种是直接测量声速，另一种是以海水的温度、压力和盐度通过公式计算水中声速。

直接测量方法主要采用环鸣法，通常是测量声波在已知距离内往返多次的时间(即用接收到的反射回波信号去触发发射电路，再发射下一个脉冲，这样不断地循环下去)。

公式计算方法：

①、将各个温度检定点上的温度计算值t_j代入公式计算得到标准声速值。计算公式如下：

式中：

C_j——第j个温度检定点纯水中的声速，m/s；

t_j——标准铂电阻温度计2在第j个温度检定点的温度计算值，℃。

②、在每个温度检定点均读取待检声速剖面仪1的声速值10个，计算平均值，计算不同温度点的声速示值误差。计算公式如下：

式中：

ΔC_j——在第j个温度检定点上声速测量的示值误差，m/s；

——在第j个温度检定点上待检声速剖面仪1测量声速值的平均值，m/s；

C_js——在第j个温度检定点上声速标准值，m/s。

③、选择20℃试验中连续测量的10个声速值，计算声速测量的重复性。计算公式如下：

式中：

s_C——待检声速剖面仪1在20℃温度检定点上声速测量值的实验标准差，m/s；

C_i——待检声速剖面仪1在20℃温度检定点上第i个声速值，m/s；

——待检声速剖面仪1在20℃温度检定点上声速示值的算术平均值，m/s；

n——待检声速剖面仪1在20℃温度检定点上声速测量值的个数，此处n＝10。

(3)水深测量原理

①读取待检声速剖面仪1的压力值(或将水深值换算成为对应的压力值)作为初始值。水深和压力转化的计算公式如下：

P＝ρgh (6)

式中：

P——水深对应的压力值，MPa；

ρ——1990年国际温标下的纯水的密度值，kg/m³

g——当地的重力加速度值，m/s²；

h——待检声速剖面仪1测量的水深值，m。

②选定检定点，向声速剖面仪1施加一定的压力P_js，读取此时待检声速剖面仪1的压力值10个，计算平均值，减去初始值得到声速剖面仪1测量的压力计算压力值误差。压力值误差计算公式如下：

式中：

ΔP_j——在第j个压力检定点上压力值误差，MPa；

——在第j个压力检定点上待检声速剖面仪1压力值的平均值，MPa；

P_js——在第j个压力检定点上压力标准值，MPa。

③选择某一压力检定点上连续测量的10个压力值，计算水深测量的重复性。计算公式如下：

式中：

s_P——在某一压力检定点上测得值的实验标准差，MPa；

P_i——待检声速剖面仪在该压力检定点上第i个压力值，MPa；

——待检声速剖面仪在该压力检定点上压力值算术平均值，MPa；

n——待检声速剖面仪在该压力检定点上压力值的个数，此处n＝10。

2.声速剖面仪计量检定装置检定的步骤

(1)声速检定

步骤1：在恒温水槽4中放入纯水，将待检声速剖面仪1吊装入水槽中，水的深度没过待检声速剖面仪1探头。将标准铂电阻温度计2与数字万用表3以四线制电阻测量的方式连接。将标准铂电阻温度计2的前端温度测点放置于恒温水槽4中，与待检声速剖面仪1传感器等高，距离水槽边壁距离不小于5cm。

步骤2：控制恒温水槽4温度先后在35℃、30℃、25℃、20℃、15℃、10℃、5℃试验点处稳定3min，读取标准铂电阻温度计2的电阻值，利用公式(1)将电阻值转化成为温度值t_j作为温度的标准值。

步骤3：将W(t_j)的值与标准铂电阻温度计2分度表t-W(t)-dW(t)/dt中的W(t)值相比较，找到与计算的W(t_j)值最接近的值W(t_jo)，以及与W(t_jo)相对应的温度t_jo和温度的变化率dW(t_jo)/dt，运用公式(2)进行插值计算，得到测量的温度值。

步骤4：将各个温度检定点上的温度计算值t_j代入公式(3)计算得到标准声速值。

步骤5：在每个温度检定点均读取待检声速剖面仪1的声速值10个，计算平均值，利用公式(4)计算不同温度点的声速示值误差。

步骤6：选择20℃试验中连续测量的10个声速值，利用公式(5)计算声速测量的重复性。

在纯水的条件下，利用声速公式获得标准的声速值，与待检声速剖面仪测量的声速值比较，得到校准结果。

(2)水深检定

步骤1：装置连接后测试装置气密性，在不漏气的情况下，进行下述步骤。

步骤2：在待检声速剖面仪1压力测量范围内，选取0.1Mpa、0.2Mpa、0.3Mpa、0.4Mpa、0.5Mpa、0.6Mpa、0.7Mpa、0.8Mpa、0.9Mpa、1.0Mpa等十个检定点(可根据仪器测量范围适应性选取范围)，压力检定按照先升压再降压的顺序进行。

步骤3：合适的压力适配接头，将手持气体压力泵与恒温水槽连接，将待检声速剖面仪1吊入水中，读取声速剖面仪1的压力值(或将水深值换算成为对应的压力值)作为初始值，水深和压力转化可利用公式(6)计算。

步骤4：选定检定点，向待检声速剖面仪1施加一定的压力P_js，读取此时待检声速剖面仪1的压力值10个，计算平均值，减去初始值得到待检声速剖面仪1测量的压力利用公式(7)计算压力值误差。

步骤5：选择某一压力检定点上连续测量的10个压力值，按公式(8)计算水深测量的重复性。

以数字精密压力表6测量的压力值为标准压力值，利用“水深-压力”换算公式获得待检声速剖面仪1的压力值，比较得到校准结果。

3.声速剖面仪计量检定装置检定或校准结果验证

检定或校准结果的验证是指对给出的检定或校准结果的可信程度进行试验验证。由于验证的结论与测量不确定度有关，因此验证的结论在某种程度上同时也说明了所给出的检定或校准结果的不确定度是否合理。

检定或校准结果的验证方法可以分为传递比较法和比对法，传递比较法是具有溯源性的，而比对法则并不具有溯源性，因此检定或校准结果的验证原则上应当采用传递比较法。本项目采用传递比较法进行测量不确定度验证。

(1)纯水声速测量不确定度验证

声速无法直接获得，纯水中声速主要取决于纯水的温度，在测量不确定度的验证方面，采用以温度进行验证的方式。

在恒温水槽4中放置纯水，使用标准铂电阻温度计2测量纯水的温度。将恒温水槽4设置在10℃作为标称值，待恒温水槽4中的温度稳定后，测量10次，标准铂电阻温度计2的测量列为10.001℃，10.002℃，10.001℃，10.003℃，10.000℃，10.001℃，10.002℃，10.002℃，10.001℃，9.999℃，取其平均值10.0012℃为y_lab。

在测量不确定度的评定过程中，计算得到温度测量的标准不确定度u(T)为0.02℃，取k＝2，计算得到扩展不确定度U_lab＝0.04℃，k＝2。

恒温水槽4是经天津市计量监督检测科学研究院校准，因此将恒温水槽4提供的温度作为参考值y_ref

|y_lab-y_ref|＝|10.0012-10.000|＝0.0012℃ (9)

恒温水槽4的校准证书上，给出的温度U＝0.005℃，k＝2，将校准证书上的扩展不确定度作为U_ref，则有U_ref＝0.005℃，k＝2。

因此声速剖面仪检定装置温度测量结果经验证合理。

(2)水深测量不确定度验证

待检声速剖面仪1的水深量值溯源依靠压力开展，其测量不确定度的评定也依据压力展开，在测量不确定度的验证方面，采用以压力进行验证的方式。选用经校准的0.02级压力表作为参考表，核查标准表的量程为(0～1)MPa，选取0.5MPa作为核查点。将参考表和数字精密压力表6放置在同一个手持式气体压力泵10上，调节手持式气体压力泵10的压力，使参考表的示值为0.5000MPa，用被核查对象连续测量10次，压力的测量列为0.4998，0.499，0.4999，0.4998，0.5001，0.5000，0.4998，0.4999，0.5001，0.4999，取平均值0.49992为y_lab，U_lab采用压力测量不确定度评定过程中的结果，则有U_lab＝3×10-⁴MPa，k＝2。

参考表送至高一级的计量标准进行校准，标准的标准器为气体活塞式压力计(测量范围0.1MPa-6MPa，0.005级)，校准机构为中国航空工业集团公司第一计量测试技术研究所。参考表校准证书中0.5000MPa点处的压力值为0.5000MPa，本次校准的扩展不确定度为U＝0.0001MPa，k＝2。则有y_ref＝0.5000MPa，U_ref＝0.0001MPa，k＝2。

|y_lab-y_ref|＝|0.49992-0.5000|＝0.00008℃ (12)

因此声速剖面仪检定装置压力测量结果经验证合理。

4.重复性、稳定性和不确定度评定

(1)重复性测量

1)声速重复性测量

将恒温水槽4设置在20℃，待恒温水槽4中的温度稳定后，使用数字万用表3配合标准铂电阻温度计2测量温度，测量10次，将水温转换为声速值。声速重复性试验结果如表1所示。

表1温度重复性测量结果统计表

单位：℃

2)水深重复性测量

故选取0.2MPa为重复性试验测量点，选取另外一块0.02级的数字精密压力表作为参考表。使用手持式气体压力泵10向本发明中涉及的数字精密压力表6和参考表同时加压，调压至参考表的测量压力为0.2000MPa，读取被考核标准表的数据，连续重复测量10次，将压力值换算成水深值，计算重复性标准差S(y_i)。水深重复性试验的结果如表2所示。

表2水深重复性测量结果统计表

单位：m

(2)稳定性测量

1)声速稳定性测量

在温度稳定性核查的过程中，选用经校准的恒温水槽4作为核查标准。在核查的过程中，需要至少提供6个月的数据，核查的方法与重复性的核查方法相同。稳定性的核查点选择4个温度点，分别是10℃，15℃，20℃，25℃，获得恒温水槽4实际温度并计算获得声速值，数据如表3和表4所示。

表3声速稳定性测量数据统计表

单位：m/s

表4声速稳定性数据汇总表

单位：m/s

2)水深稳定性测量

在进行稳定性试验中，使用0.02级的数字精密压力表作为核查标准。将本发明涉及的数字精密压力表6和0.02级数字表安装在手持式气体压力泵10上，手持式气体压力泵10应保证压力的持续稳定。使用手持式气体压力泵10对两块数字精密压力表同时施加压力，保持其他压力源的压力不变，以0.02级的数字压力表的数字为准，读取本发明涉及的数字精密压力表6的示值，作为稳定性核查的数据。测量点选择0.2MPa，0.4MPa，0.6MPa和0.8MPa。稳定性核查数据如表5和表6所示。

表5声速稳定性测量数据统计表

单位：m

表6水深稳定性数据汇总表

单位：m

(3)不确定度评定

声速剖面仪计量检定装置测量不确定度的评定方法采用GUM法，评定结果如表7所示。

表7声速剖面仪计量标准不确定度评定

与现有技术相比，结构简单，设计合理，设计的升温水槽可提供稳定的温度场和压力场，在纯水的条件下，利用声速公式获得标准的声速值，与待检声速剖面仪测量的声速值比较，得到校准结果；将数字精密压力表测量的压力值作为标准压力值，利用“水深-压力”换算公式获得待检声速剖面仪测量的压力值，比较得到校准结果。该装置的研制，有利于促进水运工程领域声速剖面仪计量检定工作的顺利进行，对保障水运工程行业的持续、快速、健康的发展，具有深远的经济效益和社会效益。

以上对本发明的实例进行了详细说明，但内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (10)

1.声速剖面仪计量检定装置，包括声速检定装置和水深检定装置，其特征在于所述声速检定装置和所述水深检定装置连接；

所述声速检定装置包括声速检定计量标准器和声速检定配套设备，所述声速检定计量标准器包括标准铂电阻温度计和数字万用表，所述声速检定配套设备为水槽，所述标准铂电阻温度计与所述数字万用表通过电阻测量线的方式连接，所述标准铂电阻温度计前端温度测点与待检声速剖面仪传感器等高设置于所述水槽中，所述水槽采用密封结构；

所述水深检定装置包括水深检定计量标准器和水深检定配套设备，所述水深检定计量标准器为数字精密压力表，所述水深检定配套设备包括压力泵；所述压力泵连接所述水槽，所述水槽和所述压力泵间设置有所述数字精密压力表。

2.根据权利要求1的所述声速剖面仪计量检定装置，其特征在于所述标准铂电阻前端温度测点距离水槽边壁距离不小于5cm。

3.根据权利要求1或2所述的声速剖面仪计量检定装置，其特征在于所述水槽采用恒温水槽，所述压力泵采用手持气体压力泵,所述标准铂电阻温度计为四线制二等标准铂电阻温度计，测量范围为0～40℃，所述数字万用表为六位半数字万用表。

4.根据权利要求3的所述的声速剖面仪计量检定装置，其特征在于所述手持气体压力泵包括预压泵、压杆、座体，所述预压泵上设置所述压杆，所述预压泵通过输出管道连接所述座体，所述输出管道上设置压力/真空转换阀和截止阀，所述座体端部设置压力表连接座，所述座体另一端部设置微调手轮，所述数字精密压力表与所述压力表连接座连接，所述座体端部还设置有泄压阀。

5.根据权利要求4所述的声速剖面仪计量检定装置，其特征在于所述手持式气体压力泵通过设置有转换接头的输气管连接水槽，所述转换接头采用M20×1.5-M8×1.5。

6.根据权利要求1、2、4或5所述的声速剖面仪计量检定装置，其特征在于所述声速检定装置的测量范围为1400～1600m/s，测量最大允许误差为±0.2m/s；

所述水深检定装置的测量范围为0～100m、0～200m、0～500m，测量最大允许误差为±1％FS，所述声速检定装置和所述水深检定装置的重复性试验标准差不大于最大允许误差绝对值的0.3倍。

7.根据权利要求6所述的声速剖面仪计量检定装置，其特征在于所述恒温水槽的水温调节范围为0～40℃，温场均匀度不大于±0.02℃，深度×长度×宽度尺寸不小于40cm×20cm×20cm。

所述数字精密压力表的测量范围为0～1MPa、0～2MPa、0～5MPa，准确度等级为0.02级。

8.应用权利要求1-7任一所述声速剖面仪计量检定装置的计量检定方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤A：利用纯水中声速公式获得标准的声速值，与通过声速检定装置测量的待检声速剖面仪测量的声速值比较，得到校准结果；

步骤B：提供标准压力值，利用水深检定装置和水深-压力换算公式获得待检声速剖面仪的压力值，比较得到校准结果。

9.根据权利要求8所述的声速剖面仪的计量检定方法，其特征在于步骤A中利用纯水中声速公式获得标准的声速值，与通过声速检定装置测量的待检声速剖面仪测量的声速值比较，得到校准结果具体包括以下步骤：

步骤1：在恒温水槽中放入纯水，将待检声速剖面仪吊装入恒温水槽中，水的深度没过待测声速剖面仪探头，将标准铂电阻温度计与数字万用表以四线制电阻测量的方式连接，将标准铂电阻前端温度测点放置于恒温水槽中，与待检声速剖面仪传感器等高，距离水槽边壁距离不小于5cm；

步骤2：控制恒温水槽温度先后在35℃、30℃、25℃、20℃、15℃、10℃、5℃试验点处稳定3min，读取标准铂电阻温度计的电阻值，利用公式

W(t_j)＝R(t_j)/R(0.01℃) (1)

将电阻值转化成为温度值t_j作为温度的标准值；

式中：

W(t_j)——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点t_j的电阻值与水三相点温度0.01℃的电阻比值；

R(t_j)——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点t_j的电阻值，Ω；

R(0.01℃)——水三相点温度(0.01℃)的电阻值，Ω；

步骤3：将W(t_j)的值与标准铂电阻温度计分度表t-W(t)-dW(t)/dt中的W(t)值相比较，找到与计算的W(t_j)值最接近的值W(t_jo)，以及与W(t_jo)相对应的温度t_jo和温度的变化率dW(t_jo)/dt，运用公式

进行插值计算，得到测量的温度值；

式中：

t_j——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点的温度计算值，℃；

t_jo——标准铂电阻温度计分度表中W(t_jo)值所对应的温度值，℃；

W(t_j)——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点电阻值与水三相点温度(0.01℃)的电阻比值；

W(t_jo)——标准铂电阻温度计分度表中，与计算得到的W(t_j)最接近的值；

dW(t_jo)/dt——在温度W(t_jo)时的W值相对温度的变化率；

步骤4：将各个温度检定点上的温度计算值t_j代入公式

计算得到标准声速值；

式中：

C_j——第j个温度检定点纯水中的声速，m/s；

t_j——标准铂电阻温度计在第j个温度检定点的温度计算值，℃。

步骤5：在每个温度检定点均读取声速剖面仪的声速值10个，计算平均值，利用公式

计算不同温度点的声速示值误差；

式中：

ΔC_j——在第j个温度检定点上声速测量的示值误差，m/s；

——在第j个温度检定点上声速剖面仪测量声速值的平均值，m/s；

C_js——在第j个温度检定点上声速标准值，m/s；

步骤6：选择20℃试验中连续测量的10个声速值，利用公式

计算声速测量的重复性

式中：

s_C——待检声速剖面仪在20℃温度检定点上声速测量值的实验标准差，m/s；

C_i——待检声速剖面仪在20℃温度检定点上第i个声速值，m/s；

——待检声速剖面仪在20℃温度检定点上声速示值的算术平均值，m/s；

n——待检声速剖面仪在20℃温度检定点上声速测量值的个数，此处n＝10。

10.根据权利要求9所述的声速剖面仪的计量检定方法，其特征在于步骤B中提供标准压力值，利用水深-压力换算公式获得待检声速剖面仪的压力值，比较得到校准结果具体包括以下步骤：

步骤一：装置连接后测试装置气密性，在不漏气的情况下，进行下述步骤；

步骤二：在待检声速剖面仪压力测量范围内，选取0.1Mpa、0.2Mpa、0.3Mpa、0.4Mpa、0.5Mpa、0.6Mpa、0.7Mpa、0.8Mpa、0.9Mpa、1.0Mpa等十个检定点，压力检定按照先升压再降压的顺序进行；

步骤三：用合适的压力适配接头，将手持气体压力泵与恒温水槽连接，然后将待检声速剖面仪吊入水中，读取待检声速剖面仪的压力值作为初始值，水深和压力转化可利用公式计算

P＝ρgh (6)

式中：

P——水深对应的压力值，MPa；

ρ——1990年国际温标下的纯水的密度值，kg/m³

g——当地的重力加速度值，m/s²；

h——待检声速剖面仪测量的水深值，m；

步骤四：选定检定点，向待检声速剖面仪施加一定的压力P_js，读取此时待检声速剖面仪的压力值10个，计算平均值，减去初始值得到声速剖面仪1测量的压力利用公式

计算压力值误差；

式中：

ΔP_j——在第j个压力检定点上压力值误差，MPa；

——在第j个压力检定点上待检声速剖面仪压力值的平均值，MPa；

P_js——在第j个压力检定点上压力标准值，MPa；

步骤五：选择某一压力检定点上连续测量的10个压力值，按公式

计算水深测量的重复性。

式中：

s_P——在某一压力检定点上测得值的实验标准差，MPa；

P_i——待检声速剖面仪在该压力检定点上第i个压力值，MPa；

——待检声速剖面仪在该压力检定点上压力值算术平均值，MPa；

n——待检声速剖面仪在该压力检定点上压力值的个数，此处n＝10。