CN211347540U - 一种海水温跃层模拟与测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种海水温跃层模拟与测量装置，包括保温桶、第一恒温槽、第二恒温槽、第一循环冷水机、第二循环冷水机、取样系统和多路测温系统，所述的第一恒温槽位于保温桶的底部，第二恒温槽位于保温桶的顶部，所述的第一恒温槽与第一循环冷水机通过第一硅胶软管相连接，所述的第二恒温槽与第二循环冷水机通过第二硅胶软管相连，所述的第一循环冷水机和第二循环冷水机均位于保温桶的外侧，所述的保温桶内部分别设有纵向相互平行的取样系统和多路测温系统。通过该模拟装置在实验室内生成海水温跃层，利用内置的取样系统取出海水样品用于海水化学要素的测量，以获得模拟海水温跃层中海水化学要素的纵向变化规律。

Description

一种海水温跃层模拟与测量装置

技术领域

本实用新型涉及海洋环境模拟与测量装置，更具体地，涉及一种海水温跃层模拟与测量装置。

背景技术

海水温跃层(Thermocline)是指海水温度随深度出现急剧变化或不连续剧烈变化的阶跃状水层。温跃层在海洋中普遍存在，从几米几十米的表层水到数百米上千米的深层水均存在温跃层。温跃层的强度、厚度变化和分布十分复杂，温跃层中海水密度、温度、溶解氧、 pH值和盐度等海水化学要素变化剧烈。

海水温跃层对海洋经济的发展产生了重要影响。近年来随着海洋经济的快速发展，我国涌现了大量的跨海大桥、海上风电、海上石油平台和海洋渔业装备等海洋工程装备，上述海工装备均位于或跨越温跃层，温跃层中海水化学要素的剧烈变化使该区域内的海工装备发生严重的腐蚀，严重影响了正常的生产经营活动，并造成巨大损失。有调查指出，2014年中国腐蚀总成本约为2.1万亿元，占当年GDP的 3.34％，其中海洋腐蚀损失约7000亿，占腐蚀总成本的1/3。

海水温跃层对舰艇活动也有非常重要的影响。温跃层中海水温度、盐度、密度和压力变化剧烈，是潜艇隐蔽自己的天然屏障，能够有效防止声纳探测，但同时也伴随危险。因为压力急剧变化可能直接把潜艇压到海底，超过最大潜深就船毁人亡。1963年，排水量5000吨的美军“长尾鲨号”核潜艇遭遇海水温跃层，海水密度急剧降低使潜艇直接坠向了3000米深的海底，巨大的水压最终将这艘潜艇撕成了碎片，140名水兵无一生还。冷战期间，苏联“K142号”潜艇也在 80年代末神秘失踪，后来经过确认，同样是遭遇了海水温跃层，最终艇毁人亡。此外，1968年以色列“达喀尔”号潜艇、1970年俄国K142号潜艇、以及2017年阿根廷“圣胡安”号潜艇均是由于突遇温跃层而遇难。

系统研究海水温跃层对海洋经济的健康发展和军事航行安全具有重要意义，现有的海洋温(盐)跃层模拟装置结构复杂，实施困难，且不能监测海水化学要素的纵向变化。

实用新型内容

本实用新型为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种海水温跃层模拟与测量装置，其目的在于通过该模拟装置在实验室内生成海水温跃层，利用内置的取样系统取出海水样品用于海水化学要素的测量，以获得模拟海水温跃层中海水化学要素的纵向变化规律。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

一种海水温跃层模拟与测量装置，包括保温桶、第一恒温槽、第二恒温槽、第一循环冷水机、第二循环冷水机、取样系统和多路测温系统，所述的第一恒温槽位于保温桶的底部，第二恒温槽位于保温桶的顶部，所述的第一恒温槽与第一循环冷水机通过第一硅胶软管相连接，所述的第二恒温槽与第二循环冷水机通过第二硅胶软管相连，所述的第一循环冷水机和第二循环冷水机均位于保温桶的外侧，所述的保温桶内部分别设有纵向相互平行的取样系统和多路测温系统。

所述的多路测温系统，包括海水测温立杆、温度显示仪和若干个的温度传感器，所述的海水测温立杆垂直设置在保温桶内，其底端与保温桶内底侧相接，顶端与固定板固定连接，所述的海水测温立杆上均匀固设有若干的温度传感器，各温度传感器所处的位置分别为相对应的测温点，各测温点分别与同一水平高度的取样点一一对应，用于测试不同水深位置的温度，所述的各温度传感器分别通过测温导线与温度显示仪连接。

所述的测温导线贯穿设置在海水测温立杆的中空内，一端与温度传感器连接，另一端与海水测温立杆顶端的接线端子连接，接线端子连接有温度显示仪。

所述的取样系统，包括海水取样立杆、进样器、取样橡胶管和单向阀，所述的海水取样立杆为中空结构，垂直设置在保温桶内，其底端与保温桶内底侧相接，顶端与固定板固定连接，所述的海水取样立杆上均匀设有若干个的取样吸管口，所述的各取样吸管口分别通过取样橡胶管与单向阀连接，所述的取样橡胶管穿设在海水取样立杆的中空结构内并与海水取样立杆顶端的单向阀相连，所述的各取样吸管口所处的位置分别为各自的取样点，所述的单向阀与进样器进液口连接。

所述的保温桶由内层的第一有机玻璃圆桶及外层的第二有机玻璃圆桶构成的双层有机玻璃桶，第一有机玻璃圆桶与第二有机玻璃圆桶之间填充有聚氨酯保温泡沫。

所述的第一恒温槽为双层不锈钢桶，中间填充有保温泡沫，所述的第一恒温槽内设有金属支架，保温桶放置在第一恒温槽内的金属支架上，第二恒温槽的底部设有托板，托板通过丝杠及螺母固定在保温桶顶侧的上固定板上，所述的上固定板通过保温桶的外壁上的支板及螺栓进行固定。

所述的第一恒温槽上分别设有第一循环水进水口、第一循环水出水口及第一加水口，所述的第一循环水进水口通过第一硅胶软管与第一循环冷水机相连接，所述的第二恒温槽(上分别设有第二循环水进水口、第二循环水出水口及第二加水口，所述的第二循环水进水口通过第二硅胶软管与第二循环冷水机相连接。

所述的第一循环冷水机可以控制第一恒温槽内的水或乙二醇温度稳定在-10～3℃之间的某一温度，当控制的温度＜0℃时，第一恒温槽内的冷却介质采用乙二醇。

所述的第二循环冷水机可以控制第二恒温槽内的水温稳定在 10～35℃之间的某一温度。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：本实用新型进行海水温跃层模拟与测量时，向保温桶内注入海水，通过控制第一恒温槽 4和第二恒温槽5的温度来模拟不同强度的温跃层，保温桶内的海水经过一定时间的静置陈化既可以形成跟真实海洋中的海水温跃层一致的变化规律，同时使得温跃层海水中海水化学要素的纵向变化呈现与真实海洋中的海水温跃层的变化规律趋于一致性，温跃层中不同水深位置的温度可由多路测温系统实时测量并存储，利用取样系统对保温桶内的不同深度位置的海水取样，通过化学方法测量得到海水化学要素，从而可以更加精确的研究海水温跃层的特征。

附图说明：

图1为本实用新型的剖视图；

图2为本实用新型的立体结构示意图；

图3为本实用新型的第一恒温槽的立体结构示意图；

图4为本实用新型的第二恒温槽的立体结构示意图；

图5为本实用新型的海水取样立杆的剖视图；

图6为本实用新型的海水测温立杆的剖视图。

图中：1第一有机玻璃圆桶、2聚氨酯保温泡沫、3第二有机玻璃圆桶、4第一恒温槽、5第二恒温槽、6丝杠、7托板、8螺母、9 上固定板、10支板、11螺栓、12测温点、13海水测温立杆、14海水取样立杆、15取样点、16第一加水口、17第一循环水进水口、18 第一循环水出水口、19第二加水口、20第二循环水出水口、21取样吸管口、22取样橡胶管、23单向阀、24温度传感器、25测温导线、 26接线端子、27第一循环冷水机、28第二循环冷水机、29第一硅胶软管、30第二硅胶软管、31金属支架、32第二循环水进水口。

具体实施方式：

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本实用新型的限制。

如图1、2、3、4、5和6所示，一种海水温跃层模拟与测量装置，包括保温桶、第一恒温槽4、第二恒温槽5、第一循环冷水机27、第二循环冷水机28、取样系统和多路测温系统，所述的第一恒温槽4 位于保温桶的底部，第二恒温槽5位于保温桶的顶部，所述的第一恒温槽4与第一循环冷水机27通过第一硅胶软管29相连接，由第一循环冷水机27控制第一恒温槽4内的水温，进而控制模拟温跃层底部海水的温度，所述的第二恒温槽5与第二循环冷水机28通过第二硅胶软管30相连，由第二循环冷水机28控制第二恒温槽5内的水温，进而控制模拟温跃层顶部海水的温度，所述的第一循环冷水机27和第二循环冷水机28均位于保温桶的外侧，所述的保温桶内部分别设有纵向相互平行的取样系统和多路测温系统。

所述的多路测温系统，包括海水测温立杆13、温度显示仪和若干个的温度传感器24，所述的海水测温立杆13垂直设置在保温桶内，其底端与保温桶内底侧相接，顶端与固定板9固定连接，所述的海水测温立杆13上均匀固设有若干的温度传感器24，各温度传感器24所处的位置分别为相对应的测温点12，各测温点12分别与同一水平高度的取样点15一一对应，用于测试不同水深位置的温度，所述的各温度传感器24分别通过测温导线25与温度显示仪连接。

所述的测温导线25贯穿设置在海水测温立杆13的中空内，一端与温度传感器24连接，另一端与海水测温立杆13顶端的接线端子 26连接，接线端子26连接有温度显示仪，温度显示仪可同步显示各测温点12的温度。如果需要，可同步布置为其他类型的传感器。

所述的取样系统，包括海水取样立杆14、进样器、取样橡胶管 22和单向阀23，所述的海水取样立杆14为中空结构，垂直设置在保温桶内，其底端与保温桶内底侧相接，顶端与固定板9固定连接，所述的海水取样立杆14上均匀设有若干个的取样吸管口21，所述的各取样吸管口21分别通过取样橡胶管22与单向阀23连接，所述的取样橡胶管22穿设在海水取样立杆14的中空结构内并与海水取样立杆 14顶端的单向阀23相连，所述的各取样吸管口21所处的位置分别为各自的取样点15，各取样点15分别与多路测温系统的各个测温点 12一一对应并位于同一水平位置，所述的单向阀23与进样器进液口连接，取样时通过进样器在海水取样立杆14的顶部抽取不同水深位置的海水样品，取出的海水样品可用于海水化学要素的测量。

所述的保温桶由内层的第一有机玻璃圆桶1及外层的第二有机玻璃圆桶3构成的双层有机玻璃桶，第一有机玻璃圆桶1与第二有机玻璃圆桶3之间填充有聚氨酯保温泡沫2。

所述的第一恒温槽4为双层不锈钢桶，中间填充有保温泡沫。

所述的第一恒温槽4内设有金属支架31，保温桶放置在第一恒温槽4内的金属支架31上，第二恒温槽5的底部设有托板7，托板7 通过丝杠6及螺母8固定在保温桶顶侧的上固定板9上，所述的上固定板9通过保温桶的外壁上的支板10及螺栓11进行固定。

所述的第一恒温槽4上分别设有第一循环水进水口17、第一循环水出水口18及第一加水口16，所述的第一循环水进水口17通过第一硅胶软管29与第一循环冷水机27相连接，所述的第一循环水进水口17用于向第一恒温槽4内加水，第一循环水出水口18用于为第一恒温槽4的排出水。

所述的第二恒温槽5上分别设有第二循环水进水口32、第二循环水出水口20及第二加水口19，所述的第二循环水进水口32通过第二硅胶软管30与第二循环冷水机28相连接，第二循环水出水口20 用于为第二恒温槽5的排水，第二加水口19用于为第二恒温槽5的内部加水。

所述的第一循环冷水机27可以控制第一恒温槽4内的水或乙二醇温度稳定在-10～3℃之间的某一温度，当控制的温度＜0℃时，第一恒温槽4内的冷却介质采用乙二醇，由于乙二醇沸点是197.4℃，冰点是-11.5℃，因此采用乙二醇作为低温冷却介质相对于普通水更有利于本实验的开展。

所述的第二循环冷水机28可以控制第二恒温槽5内的水温稳定在10～35℃之间的某一温度。

本实施例中，可以利用现有的技术手段，在与测温点12和取样点15一一相对应且位于同一水平高度的位置设置数量相等的阵列电极，通过电化学分析方法获得模拟海洋温跃层不同位置的电极的海水化学要素特征，从而得到模拟海水温跃层中海水化学要素的纵向变化规律。

本实施例中，第一循环冷水机27和第二循环冷水机28均为现有技术或成熟的现有商业化产品，在此不再详细叙述。

进行具体海洋温跃层模拟与测量的步骤如下：1.向第一恒温槽4 和第二恒温槽5内分别注入冷却介质(水或乙二醇)；2.向保温桶内注入适量海水，海水液面不超过第二恒温槽5上表面；3.打开第一循环冷水机27和第二循环冷水机28，使第二恒温槽5内液体的温度高于第一恒温槽4内的液体温度；4.将保温桶内的海水静置一段时间，保温桶内的海水温度会随着深度而递减并可形成海水温跃层，温跃层中海水化学要素的纵向变化呈现与真实海水温跃层一致的变化规律； 5.海水温跃层形成后，定期通过取样系统抽取不同水深位置的海水样品，进行海水化学要素测量，每一取样点15的温度均由多路测温系统实时监测。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为清楚地说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。例如，有机玻璃圆桶进一步也可以设计成椭圆形桶或方形桶等，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种海水温跃层模拟与测量装置，其特征在于：包括保温桶、第一恒温槽(4)、第二恒温槽(5)、第一循环冷水机(27)、第二循环冷水机(28)、取样系统和多路测温系统，所述的第一恒温槽(4)位于保温桶的底部，第二恒温槽(5)位于保温桶的顶部，所述的第一恒温槽(4)与第一循环冷水机(27)通过第一硅胶软管(29)相连接，所述的第二恒温槽(5)与第二循环冷水机(28)通过第二硅胶软管(30)相连，所述的第一循环冷水机(27)和第二循环冷水机(28)均位于保温桶的外侧，所述的保温桶内部分别设有纵向相互平行的取样系统和多路测温系统。

2.根据权利要求1所述的一种海水温跃层模拟与测量装置，其特征在于：所述的多路测温系统，包括海水测温立杆(13)、温度显示仪和若干个的温度传感器(24)，所述的海水测温立杆(13)垂直设置在保温桶内，其底端与保温桶内底侧相接，顶端与固定板(9)固定连接，所述的海水测温立杆(13)上均匀固设有若干的温度传感器(24)，各温度传感器(24)所处的位置分别为相对应的测温点(12)，各测温点(12)分别与同一水平高度的取样点(15)一一对应，用于测试不同水深位置的温度，所述的各温度传感器(24)分别通过测温导线(25)与温度显示仪连接。

3.根据权利要求2所述的一种海水温跃层模拟与测量装置，其特征在于：所述的测温导线(25)贯穿设置在海水测温立杆(13)的中空内，一端与温度传感器(24)连接，另一端与海水测温立杆(13)顶端的接线端子(26)连接，接线端子(26)连接有温度显示仪。

4.根据权利要求1所述的一种海水温跃层模拟与测量装置，其特征在于：所述的取样系统，包括海水取样立杆(14)、进样器、取样橡胶管(22)和单向阀(23)，所述的海水取样立杆(14)为中空结构，垂直设置在保温桶内，其底端与保温桶内底侧相接，顶端与固定板(9)固定连接，所述的海水取样立杆(14)上均匀设有若干个的取样吸管口(21)，所述的各取样吸管口(21)分别通过取样橡胶管(22)与单向阀(23)连接，所述的取样橡胶管(22)穿设在海水取样立杆(14)的中空结构内并与海水取样立杆(14)顶端的单向阀(23)相连，所述的各取样吸管口(21)所处的位置分别为各自的取样点(15)，所述的单向阀(23)与进样器进液口连接。

5.根据权利要求1所述的一种海水温跃层模拟与测量装置，其特征在于：所述的保温桶由内层的第一有机玻璃圆桶(1)及外层的第二有机玻璃圆桶(3)构成的双层有机玻璃桶，第一有机玻璃圆桶(1)与第二有机玻璃圆桶(3)之间填充有聚氨酯保温泡沫(2)。

6.根据权利要求1所述的一种海水温跃层模拟与测量装置，其特征在于：所述的第一恒温槽(4)为双层不锈钢桶，中间填充有保温泡沫，所述的第一恒温槽(4)内设有金属支架(31)，保温桶放置在第一恒温槽(4)内的金属支架(31)上，第二恒温槽(5)的底部设有托板(7)，托板(7)通过丝杠(6)及螺母(8)固定在保温桶顶侧的上固定板(9)上，所述的上固定板(9)通过保温桶的外壁上的支板(10)及螺栓(11)进行固定。

7.根据权利要求1或6所述的一种海水温跃层模拟与测量装置，其特征在于：所述的第一恒温槽(4)上分别设有第一循环水进水口(17)、第一循环水出水口(18)及第一加水口(16)，所述的第一循环水进水口(17)通过第一硅胶软管(29)与第一循环冷水机(27)相连接，所述的第二恒温槽(5)上分别设有第二循环水进水口(32)、第二循环水出水口(20)及第二加水口(19)，所述的第二循环水进水口(32)通过第二硅胶软管(30)与第二循环冷水机(28)相连接。

8.根据权利要求1所述的一种海水温跃层模拟与测量装置，其特征在于：所述的第一循环冷水机(27)可以控制第一恒温槽(4)内的水或乙二醇温度稳定在-10～3℃之间的某一温度，当控制的温度＜0℃时，第一恒温槽(4)内的冷却介质采用乙二醇。

9.根据权利要求1所述的一种海水温跃层模拟与测量装置，其特征在于：所述的第二循环冷水机(28)可以控制第二恒温槽(5)内的水温稳定在10～35℃之间的某一温度。

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