NO323850B1 - Instrument og sonde for maling av vannets ledningsevne - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse gjelder måleutrustning i form av et instrument med målesonde innrettet for måling av en væskes elektriske ledningsevne, nærmere bestemt måling av havvannets ledningsevne i vertikal retning. Det kjennes allerede slik måleutrustning, særlig den type som går under benevnelsen "XBT" (expendable bathy thermograph) og som kontinuerlig måler sanntidstemperaturer i vertikal retning i havet ved hjelp av en sonde med innebygget vanntemperaturmåler. Målingen utføres ved at man kaster sonden ut i sjøen fra et fartøy på overflaten, og sonden tillates å falle fritt i vertikal retning mens vanntemperaturen måles kontinuerlig. Sonden sender ut et signal som gir en indikasjon på den målte temperatur, og signalet fanges opp av skipet via ledninger (meget tynne). Vanntemperaturen regnes å være en viktig observasjonsparameter for havundersøkelser. Etter at temperaturen på denne måte er målt ved forskjellig dybde kuttes ledningene og slippes ut i sjøen sammen med sonden som altså ikke tas opp.

Videre er det kjent måleapparatur som går under benevnelsen "CTD"

(conductivity temperature depth) og som måler den elektriske ledningsevne av havvannet såvel som dets temperatur. Hensikten er å observere forskjellige fenomener i havet. Apparaturen har en sonde med en vanntemperaturmåler, en måler for elektrisk ledningsevne (konduktivitetsmåler) og en dybdemåler, idet alle tre målere er bygget inn i sonden. Denne slippes ned fra et skip og har forbindelse med dette via en kabel, slik at sanntidstemperaturer, elektriske ledningsevneverdier og sjødybde kan måles om bord på skipet. Forholdet mellom vanntemperaturen og sjøens elektriske ledningsevne ved forskjellig dybde kan på denne måte vises grafisk eller skrives ut som tallresultater.

Endelig kjenner man en spesiell CTD-apparatur med et innebygget lager i sonden for å holde lagret resultatene av målingen av vanntemperatur og elektrisk ledningsevne. I dette tilfelle ønsker man ikke å la sonden forsvinne i dypet etter målingene, men den er festet med en snor og tas opp igjen når måleresultatene er avgitt til lageret, hvorfra data for forholdet mellom temperatur, ledningsevne, sjødybde etc. kan hentes ut for presentasjon.

Den første, enklere CTD-apparatur overfører altså måleresultatene via ledninger til skipet, og man kan derfor ta ut sanntidsdata for havparametrene. Imidlertid kan ikke skipet bevege seg særlig når målingen foregår, og det må faktisk være forankret helt til målingene er avsluttet. Følgelig påløper kostnader, eventuelt må avgift betales for ankringen, og målesyklusen krever relativt lang tid. Videre er det nødvendig med ekstra salær eller avgift og materialer for å tilveiebringe en dertil egnet vinsj.

Bruker man CTD-apparatur av den sist nevnte utførelse kan man imidlertid ikke ta ut havdata før sonden er tatt opp, og resultatene må derfor presenteres i ettertid.

Ut fra det som er belyst ovenfor er det et naturlig behov for CTD-apparatur som er i stand til å måle sanntidstemperatur og elektrisk ledningsevne av havvannet mens måle- eller forskningsskipet er i fare.

I en slik apparatur koples gjerne to meget tynne elektriske ledninger til sonden som deretter slippes ned i sjøen og tillates å synke fritt ned til en bestemt dybde. Sonden trekkes ikke opp igjen ved hjelp av ledningene, men disse kuttes og det hele tillates å gå tapt, og derfor ønsker man at selve sonden er av billig utførelse, men likevel nøyaktig.

Japansk patentsøknad 5-188030 (KOKAI) beskriver nettopp en apparatur med en prisbillig sonde som kan slippes ned i sjøen og som kan gi nøyaktige måleresultater med god oppløsning. Sonden er av den såkalte elektrodetype hvor motstanden mellom to elektroder måles for å gi de ønskede oseandata.

Man har imidlertid den ulempe at det tar ganske lang tid før elektrodene har tilpasset seg sjøvannet etter at sonden er sluppet ned i vannet, og påliteligheten av de måledata man får for vannets ledningsevne i overflatesjiktet vil derfor uunngåelig bli dårlig. Siden denne type apparatur dessuten benytter sjøvannet som retur- eller jordledning kan måleresultatene ikke sjelden forstyrres av støy eller ha feilkilder.

Det skal også vises til patentene US 5 341 102 og WO 95/16197 Al

Hensikten med denne oppfinnelse er å tilveiebringe et instrument og en sonde for måling av vannets ledningsevne hvor man ikke har noen forsinkelse før man kan oppnå god målenøyaktighet, ved at man ikke behøver lang tilpasningstid for måleelektrodene overfor vannet eller generelt den væske som skal måles.

Det tilsiktede oppnås ved at det er skaffet til veie en elektrisk krets for måling av en væskes elektriske ledningsevne Kc, omfattende: En første, ytre kjerne og en andre, indre kjerne for å danne en lukket fluksbane i væsken, en primærspole viklet på den første kjerne og en sekundærspole viklet på den andre kjerne, i motsatt vikleretning av den for primærspolen, en oscillator for å påtrykke primærspolen spenningspulser som på sin side induserer tilsvarende spenningspulser i sekundærspolen, en fasedetektor for å registrere fasen av den induserte spenning i sekundærspolen og gi ut faserelaterte utgangssignaler, kjennetegnet ved: en lukkbar sløyfe som i seriekopling omfatter: en tredje spole lagt rundt den første kjerne, en fjerde spole lagt rundt den andre kjerne motsatt i forhold til den tredje, en referansemotstand Rr og en bryter Sl,

en integrator for integrasjon av utgangssignalene fra fasedetektoren og for å gi ut en integrert utgangsspenning,

en første og en andre samplings/holdekrets (S/H) for temporært å lagre den integrerte utgangsspenning for å opprettholde dens spenningsnivå, og

en styrekrets for periodisk lukking og åpning av bryteren for dermed å slutte hhv. bryte sløyfen og tillate beregning av ledningsevnen Kc ut fra forskjellen i indusert spenning i sekundærspolen

I et annet aspekt av oppfinnelsen er det skaffet til veie en fremgangsmåte angitt i krav 4 og som har de karakteristiske trekk som angitt i den kjennetegnende del av kravet.

Ved hjelp av et slikt instrument med tilhørende eller i form av en målesonde får man ifølge oppfinnelsen anledning til å måle den elektriske ledningsevne av en væske så som havvann, med stor nøyaktighet og uten behov for temperaturkompensering og uten at det tar en relativt lang tid før de nøyaktige målinger kan starte, i motsetning til elektrodeapparatur hvor elektrodene må "tilvennes" den væske som skal måles.

Ytterligere intensjoner og fordeler med oppfinnelsen vil fremgå av den nå følgende detaljbeskrivelse, idet de delvis fremgår åpenbart av beskrivelsen eller kan tilegnes ved bruk av oppfinnelsens målesonde. Oppfinnelsens ramme vil være bestemt av de etterfølgende patentkrav, og beskrivelsen støtter seg til tegninger av en for tiden foretrukket utførelse, idet fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom en målesonde ifølge oppfinnelsen, fig. 2 viser i større målestokk den nederste del av sonden, fig. 3 viser en forenklet prinsippskisse av samme, fig. 4 illustrerer hvordan sonden brukes for måling av elektrisk ledningsevne i vann på havet, fig. 5 viser hvordan sondespissens kjerner og omsluttende aksialkanal er anordnet, fig. 6 viser koplingsskjemaet for sondens innebygde elektronikkmålekretser, fig. 7 viser en følgeoppstilling for utførelse av målingene, fig. 8 viser et tidsdiagram over de enkelte kretser i koplingsskjemaet, og fig. 9 viser et forstørret utsnitt av de viktigste hendelser i diagrammet på fig. 8.

Først kan den forenklede skisse på fig. 3 betraktes, idet den viser oppfinnelsens instrument i form av en målesonde for å måle den elektriske ledningsevne av en væske, særlig havvann. Sonden har henvisningstallet 11 og omfatter en konisk spiss 12 og en sylindrisk hoveddel 13, idet spissen og hoveddelen danner et sammenhengende stykke av plast/harpiks.

Hoveddelen 13 rommer elektriske/elektroniske kretser som skal beskrives nærmere nedenfor. En tynn elektrisk ledning 14 er strukket fra sondens 11 indre og til yttersiden for å sende data vedrørende den elektriske ledningsevne Kc fra kretsene og med en periodetakt på 40 ms. Ledningen 14 er til å begynne med oppviklet i sonden 11 før denne slippes ut i sjøen og blir viklet ut når sonden synker ned mot sjøbunnen. Den ene ende av ledningen er koplet til sondens elektronikkretser, og den andre ende er tilkoplet en regnemaskin (PC, ikke vist) om bord i et undersøkelses- eller forskningsfartøy S (fig. 4).

En aksial sylindrisk kanal 15 går langsetter inn i sondespissen 12 for å slippe inn det havvann som ledningsevnen skal måles av. Kanalen står i forbindelse med et tverrhull 16 som går normalt på sondens langsgående midtakse, og ved dette vil vann som trenger inn i sondespissen via kanalen 15 i pilens A retning føres ut til siden gjennom hullet 16.

En første, ytre og en andre, indre kjerne 17 hhv. 18 er anordnet rundt kanalen 15 og skilt aksialt fra hverandre slik det er illustrert på fig. 5.

Fig. 1 og 2 viser de nærmere detaljer i sonden 11, og på disse figurer er den inndelt i en øvre sylindrisk del 21a og en nedre konisk del 21b, begge av plast/harpiks og sammenføyd slik at de danner et integrert legeme. Den sylindriske del 21a omslutter et kretskort 22 med de kretser som er vist på fig. 6. Kanalen 15 for innføring av vann går altså inn aksialt på midten av den nedre, koniske del 21b, og tverrhullet 16 strekker seg normalt på denne akse.

En kjerneholder 23b med et indre ringrom er anordnet rundt kanalen 15 og opptar den ytre kjerne i en tilsvarende ytre ringformet magnetskjerm 17a med omvendt U-formet tverrsnitt, mens den andre, indre kjerne 18 er opptatt i en tilsvarende ringformet indre magnetskjerm 18a med U-formet tverrsnitt slik at denne skjerms åpning kommer til å vende oppover og innover i sonden, mens den ytre magnetskjerms åpning vender nedover/utover. Mellom magnetskj ermene er det lagt inn et avstandsstykke 19 og en epoksyharpiksmasse 20 fyller kjerneholderen 23b og holder dens elementer kjernene 17, 18, avstandsstykket 19 og magnetskjermene 17a, 18a på plass.

Et rør 21c av borsilikatglass og derfor med meget liten varmeutvidelseskoeffisient er lagt inn i det indre av den aksiale kanal 15 for å hindre at den nedre koniske del 21b blir deformert som følge av endringer i temperatur eller trykk, hvorved kanalens 15 innerdiameter holdes tilnærmet konstant.

Et sylindrisk masseelement 23a av metall er lagt inn mellom den øvre sylindriske del 21a og den nedre koniske del 21b, og langsgående boringer 24 - 26 er ført aksialt i masseelementet for å tilkople elektriske ledninger. Fig. 1 og 2 kan indikere at boringene 25 og 26 går tett inntil hverandre, men dette er ikke tilfelle, idet begge ikke går i tegneplanet.

Masseelementet 23a er festet væsketett ved hjelp av den sylindriske del 21a og skruer 27 - 30. Pakninger i form av O-ringer 32a og 32b er lagt inn hhv øverst og nederst rundt masseelementet.

Videre er det anordnet langsgående boringer 31a - 31c i de deler av den koniske del 21b som vender opp mot boringene 24 - 26.

Ledningene fra kretskort 22 er koplet til en primærspole LI og en sekundærspole L2 hhv viklet på den ytre og den indre kjerne 17, 18, og i tillegg har den ytre kjerne en primærsløyfe L3, mens den indre kjerne har en tilsvarende sekundærsløyfe L4. Disse sløyfer skal beskrives nærmere nedenfor.

Fig. 6 viser elektronikkdelen på kretskortet 22 som et koplingsskjema. Primærspolen LI er som nevnt viklet rundt den ytre kjerne 17 og har sin ene spoleende koplet til jord (trekantjordsymbolet) mens dens andre ende er koplet til en oscillator 31 og mottar fra denne et spenningspulstog (ved A). Pulstoget fra oscillatoren er på fig. 8 vist på øverste linje. Pulsrepetisjonsfrekvensen ligger i det øvre audioområde og er i eksempelet 12, 8 kHz. Oscillatoren styres via en fasereferanselinje a fra en styrekrets 32 på kortet.

Primærsløyfen L3 er utført ved å vikle en elektrisk ledning 33 en enkelt gang rundt samme ytre kjerne 17, mens sekundærsløyfen L4 er utført på liknende måte rundt den indre kjerne 18, med den forskjell at vikle- eller omleggingsretningen er motsatt. Sløyfene L3 og L4 er sammenkoplet via en referansemotstand Rr og en referansekoplingsbryter Sl slik at det dannes en lukket sløyfe med en vinding i hver ende. Referansekoplingsbryteren Sl er gjerne en halvlederbryter som kan slås på/av (gi forbindelse/bryte) i respons på et styresignal som føres på en linje b fra styrekretsen 32. Diagrammet på fig. 8 viser utenfor (H) etter hvilket tidsskjema bryteren Sl arbeider, nemlig 20 ms av, 20 ms på. Referansemotstanden Rr behøver ingen temperaturkompensasjon, og dens ekvivalente ledningsevne Kr er S/Rr, idet S som angitt ovenfor er en konstant for måleoppstillingen.

Fig. 6 viser at kjernene 17 og 18 er sammenkoplet med en koplingssløyfe CL hvor det er innskudd en koplingsmotstand Rc. Motstanden Rc indikerer ekvivalentmotstanden for (har en verdi som er valgt for å tilsvare motstanden av) det sjøvann som strømmer inn gjennom kanalen 15 i sonden 11, idet verdien er satt til S/Kc.

Sekundærspolen L2 vikles rundt den indre kjerne 18 har sitt ene uttak koplet til jord og sitt andre uttak (B) koplet til en forforsterker 34 (fig. 8) som fører det forsterkede signal ved C til en fasebryter S2 og via en motstand R til en integrator 36 som er bygget opp rundt en operasjonsforsterker 35 som er tilbakekoplet med en kondensator Cl. Parallelt med kondensatoren Cl er lagt en tilbakestillingsbryter S3 for utladning av kondensatoren.

Fasebryteren S2 åpnes og lukkes i synkronisme med den ledende eller avsluttende flanke på utgangssignalet fra oscillatoren 31 (ved A på figuren). Når bryteren S2 lukkes i synkronisme med den ledende flanke av det pulstog som oscillatorsignalet utgjør registreres en fase på 0o, det som i det følgende er kalt "nullfasedeteksjon". Når derimot brukeren S2 er synkronisert med den avsluttende flanke på hver puls i signalet fra oscillatoren registreres 180o fase, hvilket i det følgende er kalt 180o-fasedeteksjon. Utgangen fra fasebryteren S2 er på koplingsskjemaet angitt med D. Styringen av bryteren skjer over en fasestyrelinje c fra styrekretsen 32.

Styringen av tilbakestillingsbryteren S3 over integratoren 36 skjer over en tilbakestillingslinje d fra styrekretsen, og det fremgår av fig. 8 at denne bryter S3 er påslått en kort periode hvert 40 ms (pulsen P, linje (J) i diagrammet).

Utgangsspenningen ved E fra integratoren 36 er ført til en samplings/holdekrets 38 (S/H-krets) som består av en bryter S4 som kan kalles oppstillingen "ledningsevnebryter", en kondensator C2 for å holde spenningsnivået oppe ved S, og en etterfølgende første skilleforsterker 37. Parallelt med denne krets er utgangsspenningen fra integratoren 36 også ført til en andre samplings/holdekrets 40 som er bygget opp tilsvarende, med en bryter S5 som tjener som referanseholdebryter, en kondensator C3 og en etterfølgende andre skilleforsterker 39.

Styringen av ledningsevnebryteren S4 skjer via en C-holdelinje e fira styrekretsen 32, og diagrammet på fig. 8 viser hvordan bryteren S4 (linje K) er påslått et kort øyeblikk like før referansekoplingsbryteren Sl slås på 20 ms etter pulsen P via tilbakestillingsbryteren S3. Følgelig kan en spenning Vc fra integratoren 36 holdes i den første skilleforsterker 37 når referansekoplingsbryteren Sl er frakoplet.

Styringen av referanseholdebryteren S5 i den andre samplings/holdekrets 40 skjer over en R-holdelinje f fra styrekretsen 32, og diagrammet viser på linje (L) at denne bryter S5 er påslått et kort øyeblikk 40 ms etter pulsen P og like før en ny puls P etableres (linje (J). Når referansekoplingsbryteren Sl slås fra åpen stilling og til lukket stilling kan en spenning Vr fra integrasjonen holdes i den andre skilleforsterker 39.

Spenningene Vc og Vr for henholdsvis ledningsevnen og referanseverdien omvandles etter sin respektive skilleforsterker 37 og 39 til digital form i sin respektive A/D-omvandler 41 og 42 og føres deretter til styrekretsen 32.

Denne styrekrets er også koplet til en senderkrets 44 via en modusomvandler 43 for parallell- til seriemodus, idet denne omvandler gjør om ledningsevneverdiene til seriell form. Senderkretsen sender disse ledningsevnedata ut periodisk via ledningen 14 og med periodetid på 40 ms til en regnemaskin eller liknende om bord på fartøyet S.

Styrekretsen 32 inneholder f.eks. en firebits mikroprosessor og kan utføre styring av bryterne Sl - S5 over linjene b -f ut fra de signaler som kommer inn over fasereferanselinjen a. Videre utfører kretsen 32 beregning av den elektriske ledningsevne Kc for den væske som undersøkes (dvs sjøvannet som strømmer gjennom kanalen 15) på grunnlag av spenningene Vc og Vr fra omvandlerne 41 og 42 og ved hjelp av referansemotstanden Rr, i henhold til følgende likning:

Virkemåten for den viste utgave av oppfinnelsens instrument skal nå gjennomgås. Det vises først til flytdiagrammet på fig. 7. Når fartøyet S har kommet inn i et område hvor havvannets elektriske ledningsevne Kc skal måles tas sonden 11 ut av en holder (ikke vist) og slippes ned i sjøen etter at kraftforsyningen (ikke vist) for styreenheten 32 er påslått. Når dette gjøres slås bryterne Sl, S2 - S5 av (trinn Sl i diagrammet). Deretter tilbakestilles en taktgiver Tl (trinn S2), bryteren S2 lukkes når fasen av signalet fra utgangen av oscillatoren 31 er Oo, hvorved nullfasedeteksjonen utføres (trinn S3), og det bestemmes, på basis av taktgiveren Tl, om det har gått 20 ms eller ikke (trinn S4). Hvis 20 ms har gått lukkes bryteren S4 for å holde spenningen Vc i kretsen 38 fra integratoren 36 (trinn S5).

Bryteren Sl lukkes og ledningen 33 tilkoples kretsen (trinn S6). Deretter lukkes bryteren S2 når utgangsfasen av signalet fra oscillatoren 31 er 180o (trinn S7). I trinn S8 bestemmes om det har gått 40 ms eller ikke, referert til taktgiveren Tl. Hvis dette er tilfellet lukkes bryteren S5 for å holde spenningen Vr i kretsen 40, idet denne spenning kommer fra integratoren 36 (trinn S9).

Etter dette lukkes bryteren S3 og spenningen som integreres av integratoren 36 frigis (trinn S10), hvorved den elektriske ledningsevne kan beregnes og overføres til en datamaskin e.l. om bord på skipet S via ledningen 14 (trinn Sil), idet dette i blokken er kalt datatransmisjon.

Virkemåten av oppfinnelsens instrument skal også belyses nærmere. Sonden 11 som slippes ned i sjøen fortsetter å falle fritt ved sin egen vekt mens ledningen 14 i den vikles ut. Siden sonden 11 inneholder det sylindriske masseelement 23A kommer den til å synke nedover i sjøen med sin nedre koniske del 2IB nederst. Vann strømmer derved inn i denne del via kanalen 15 og presses ut til sidene gjennom det gjennomgående tverrhull 16. Den innebyggede målekrets beregner vannets ledningsevne Kc mellom den første og den andre kjerne 17, 18 i kanalen 15.

Slik det er vist i diagrammet på fig. 8 slås bryteren Sl på og av periodisk med periodetrinn 20 ms.

Kretsenes forløp fra et første tidspunkt Tl og til et tidspunkt T2 20 ms senere skal først gjennomgås, idet referansekoplingsbryteren Sl da er avslått (åpen). Ledningen 33 danner derved ingen lukket sløyfe gjennom primær- og sekundærsløyfen rundt kjernene. Primærspolen LI på den ytre kjerne 17 mottar imidlertid det pulstog som er indikert på den øverste linje (A) i diagrammet, fra oscillatoren 31. Siden dette pulstog representerer en vekselspenning vil det induseres en tilsvarende vekselspenning i sekundærspolen rundt den indre kjerne 18, riktignok med en noe annen kurveform, slik det fremgår av linje (B) på diagrammet.

Spenningen på utgangen av sekundærspolen L2 (B på koplingsskjemaet på fig.

6) vil være større jo større den elektriske ledningsevne Kc av motstanden Rc er, siden flukstettheten som overføres fra den første kjerne 17 og til den andre kjerne 18 vil øke i avhengighet av den elektriske ledningsevne av et medium mellom kjernene, dvs den elektriske ledningsevne av sjøvannet i kanalen 15. Følgelig vil ledningsevnen Kc av sjøvannet i denne kanal kunne måles ved rett og slett å måle spenningen i punktet B på sekundærsiden.

Det vises nå til tidsdiagrammet på fig. 9 for lettere å forstå hvordan den elektriske ledningsevne Kc av havvannet kan utføres. Når utgangssignalet fra oscillatoren 31 (linje (A)) frembringer sekundærspolen L2 et pulsforløp (linje B) som vist med positive pulser Pl og negative pulser P2 synkront med den ledende hhv avsluttende flanke på hver positiv puls i oscillatorsignalet, hhv ved fase Oo og 180o.

Utgangssignalet fra sekundærspolen L2 (B på fig. 6) forsterkes av forforsterkeren 34 og fremkommer etter fasebryteren S2 som signalet på linje (C) på fig. 8.

I tidsperioden mellom Tl og T2, idet referansekoplingsbryteren Sl da er holdt åpen, utfører fasebryteren S2 nullfasedeteksjon. M.a.o. er bryteren S2 lukket over en forhåndsbestemt tidsperiode og i synkronisme med den ledende flanke på oscillatorpulstoget, og følgelig mottar integratoren 36 pulstoget vist på linje (C) på fig. 9, med bare positive Pl-pulser.

Siden integratoren 36 integrerer dette pulstog vil integratorutgangen øke lineært slik som angitt med linjen D på diagrammet på fig. 9, utenfor (E).

Ved tidspunktet T2 lukkes imidlertid referansekoplingsbryteren Sl og derved dannes en lukket sløyfe av ledningen 33, gjennom primær- og sekundærsløyfen L3 og L4 på kjernene 17 og 18, via referansemotstanden Rr (med den elektriske ledningsevne Kc).

Ved altså å legge inn den elektriske ledning 33 mellom den første og den andre kjerne 17, 18 økes utgangssignalet ved B (fig. 6) fra sekundærspolen L2, og dette er også vist i diagrammet på fig. 8 ved tidspunktet T2.

Dette skjer som følge av at den elektriske ledningsevne Kr av referansemotstanden R er satt høyere enn den standardiserte elektriske ledningsevne Kc for havvannet. Der f.eks. motstanden av referansemotstanden Rr er satt til 188 ohm eller mindre og motstanden av sjøvannet er satt til en verdi som avtar innenfor et område fra 188 ohm og til uendelig vil den elektriske ledningsevne Kr av referansekoplingsmotstanden Rr være større enn den elektriske ledningsevne Kc av havvannet siden den elektriske ledningsevne tilsvarer det inverse av motstanden.

Hvis referansekoplingsbryteren Sl holdes åpen fra tidspunktet Tl og til et tidspunkt T3 (dvs. at bryteren holdes åpen 40 ms) vil spenningen Vc på utgangen av integratoren 36 ved tidspunktet T2 reduseres slik det er indikert med den stiplede linje e på fig. 9 og falle ned til null ved tidspunktet T3, siden integratoren 36 også integrerer de negative pulser P2 etter tidspunktet T2. Dette skjer fordi fasedeteksjonen koples om til 180o deteksjon ved tidspunktet t2, og tidsperioden fra tidspunktet ti og til tidspunktet t2 vil være lik tidsperioden fra tidspunktet t2 og til tidspunktet t3.

Ifølge oppfinnelsen er det imidlertid slik at fasedeteksjonen slår om til 180o fasedeteksjon og bryteren Sl lukkes for å kople inn den elektriske ledning 33 i kretsen ved tidspunktet t2, og siden den elektriske ledningsevne Kr av referansemotstanden Rr koplet til ledningen 33 er større enn den elektriske ledningsevne Kc av havvannet og viklingsretningene for hhv primær- og sekundærsløyfen L3, L4 er motsatt vil den spenning som induseres i sekundærspolen L2 på den indre kjerne 18 økes.

Som et resultat av dette vil den spenning som fremkommer med integrasjonen av integratoren 36 fra og med tidspunktet T2 øke slik det er angitt med heltrukket strek f i diagrammet på fig. 9, og i mellomtiden vil den negative pulsfølge (P2) integreres i tillegg til spenningen Vc ved tidspunktet t2. Siden det er slik at tidsperioden fra tidspunktet ti og til tidspunktet t2 er like lang som fra t2 til t3 mottar integratoren 36 i tidsintervallet mellom ti og t3 positive sagtannpulser Pl og like mange negative sagtannpulser P2, og derfor vil den spenning som allerede er frembrakt av integratoren 36 ved tidspunktet t2 reduseres til null ved tidspunktet t3.

Fra dette fremgår at spenningen Vr fra integratoren 36 ved tidspunktet t3 ikke vil være avhengig av spenningen Vc, og dette betyr at den spenning Vr som oppnås ved integrasjonen ved tidspunktet t3 er en konstant spenning som bare vil være proporsjonal med den elektriske ledningsevne Kr av referansemotstanden Rr som i det hele tatt ikke påvirkes av den elektriske ledningsevne Kc av havvannet. Siden referansemotstanden er av et materiale som ikke krever temperaturkompensasjon kan spenningen Vr bestemmes direkte av tidsperioden mellom tidspunktene t2 og t3 og av den elektriske ledningsevne Kr av referansemotstanden Rr. Videre er det slik at avstanden mellom den første og andre kjerne 17,18 under tidsperioden mellom ti og t2 er fylt av sjøvann som har den elektriske ledningsevne Kc som skal måles, inne i kanalen 15, og den spenning som induseres i sekundærspolen L2 vil være proporsjonal med denne elektriske ledningsevne Kc, og følgelig vil spenningen Vc ved tidspunktet t2 som følge av integrasjonen over tidsperioden ti -12 være avhengig av den elektriske ledningsevne Kc, og avhengigheten er proporsjonal.

Videre vil, i tidsperioden mellom t2 og t3, rommet mellom den første og andre kjerne 17, 18 være elektrisk tilkoplet via havvannet som har elektrisk ledningsevne Kc og er ført inn i kanalen 15 og via referansemotstanden Rr hvis elektriske ledningsevne er Kr.

Siden imidlertid spenningen Vc fra integratoren 36 ved tidspunktet t2 er redusert til null ved tidspunktet t3 kan man betrakte spenningen Vr å være fremkommet ved integrasjon av integratoren 36 ved tidspunktet t3 og proporsjonal med den elektriske ledningsevne Kr av referansemotstanden Rr. Derfor kan man sette opp følgende likning:

Likning 1 kan modifiseres med Kr = S/Rr slik at man får følgende uttrykk:

Hvis utgangsspenningen fra oscillatoren 31, den elektromagnetiske endringstakt for de to kjerner 17 og 18, forsterkningsfaktoren i forforsterkeren 34 eller kapasiteten av kondensatoren Cl i integratoren 36 endres vil spenningen Vc påvirkes av denne variasjon og også variere. Siden imidlertid tidsperioden mellom tidspunktene ti og t2 for hvilken spenningen Vr måles, er lik tidsperioden mellom tidspunktene t2 og t3 for hvilken spenningen Vc måles, vil spenningen Vr påvirkes på samme måte som ovenfor, og derved vil påvirkningene på spenningene Vc og Vr kunne elimineres i faktoren (Vc/Vr) i likning (2).

Følgelig kan den elektriske ledningsevne Kc av sjøvannet og beregnet fra likning (2) holdes konstant og upåvirket av endringene i utgangsspenningen fra oscillatoren 31 og de øvrige faktorer som er nevnt ovenfor. I tillegg angir Kr den elektriske ledningsevne av referansemotstanden Rr, og denne motstand trenger ingen temperaturkompensering, derfor vil ikke Kc for havvannet og beregnet ved hjelp av likningen (2) påvirkes av omgivelsestemperaturen, endringer i utgangsspenningen fra oscillatoren 31 eller av de øvrige komponenter som er nevnt ovenfor.

Spenningen Vc som fremkommer ved integrasjon i integratoren 36 ved tidspunktet t2 holdes i den første S/H-krets 38, mens spenningen Vr fra integratoren holdes ved tidspunktet t3 av den andre tilsvarende S/H-krets 40.

Spenningene Vc og Vr overføres til styrekretsen 32 etter omvandling til digital form i A/D-omvandlerne 41 og 42, og styrekretsen kan derfra beregne havvannets ledningsevne fra likningen (S/Rr)(Vc/Vr). Hver gang en 40 ms tidsperiode har forløpt (mellom tidspunktene ti og t3) beregner således styrekretsen 32 den elektriske ledningsevne Kc.

Disse data i form av parallellformaterte digital signaler for ledningsevnen omvandles til seriell form i omvandleren 43 og videresendes via ledningen 14 av senderkretsen 44, til det beregningsutstyr som finnes om bord på skipet S. Dataoverføringen som gjelder den elektriske ledningsevne Kc fortsettes inntil ledningen 14 brytes når den er helt viklet ut fra sonden 11 som under målingene synker ned i havet.

Datautrustningen om bord på fartøyet og som mottar måledata hvert 40. ms beregner dybden av sonden 11 i sjøen ut fra gravitasjonsformelen XA gt2 og måler ledningsevnen som funksjon av dybden hvert 40. ms. Siden havvannets elektriske ledningsevne som forklart ovenfor måles på basis av elektromagnetisk induksjon vil ikke ifylling av epoksyharpiks i kjerneholderen 23b for å holde kjernene 17 og 18 på plass påvirke målingen i vesentlig grad.

Videre er de deler av sonden 11 som skal komme i kontakt med sjøvannet av borsilikatglass og epoksyharpiks (hhv røret 21c og massen 20) med meget liten varmeutvidelseskoeffisient, og materialene er i tillegg elektrokjemisk stabile. Derfor forventer man ingen elektrisk korrosjon selv etter langvarig bruk i sjøvann.

Siden borsilikatglass er anordnet på innsiden av kanalen 15 kan dennes diameter holdes konstant uavhengig av endringer i trykk eller temperatur i sjøen, og som et resultat kan nøyaktigheten av målingene av ledningsevnen bedres ytterligere.

Selv om man naturligvis alltid vil ha målefeil i et slikt måleinstrument for elektrisk ledningsevne blir ifølge oppfinnelsen feilene mindre enn i den konvensjonelle type hvor elektrodene må ha en viss tilvenningstid overfor sjøvannet, ved at det ifølge oppfinnelsen ikke blir kontakt mellom sjøvannet og kjernene 17 og 18.

Ytterligere fordeler og modifikasjoner vil fremgå for de som er bevandret i denne teknikk, og oppfinnelsen er i sine bredere aspekter derfor ikke begrenset til de enkelte detaljer som er vist og beskrevet her, men forskjellige modifikasjoner kan tenkes uten at dette fråviker rammen om oppfinnelsen, slik denne er fastlagt i de nå følgende patentkrav og deres ekvivalenter.

Claims (4)

1. Instrument med målesonde (11) og innrettet for måling av en væskes elektriske ledningsevne (Kc), omfattende: en første, ytre kjerne (17) og en andre, indre kjerne (18) for å danne en lukket fluksbane i væsken, en primærspole (LI) viklet på den første kjerne og en sekundærspole (L2) viklet på den andre kjerne, i motsatt vikleretning av den for primærspolen, en oscillator (31) for å påtrykke primærspolen spenningspulser som på sin side induserer tilsvarende spenningspulser i sekundærspolen, og en fasedetektor for å registrere fasen av den induserte spenning i sekundærspolen og gi ut faserelaterte utgangssignaler, karakterisert ved: en lukkbar sløyfe (31) som i seriekopling omfatter: en tredje spole (L3) lagt rundt den første kjerne (17), og en fjerde spole (L4) lagt rundt den andre kjerne (18), motsatt i forhold til den tredje, en referansemotstand (Rr) og en bryter (Sl), en integrator (36) for integrasjon av utgangssignalene fra fasedetektoren og for å gi ut en integrert utgangsspenning, en første og en andre samplings/holdekrets (38, 40) for temporært å lagre den integrerte utgangsspenning for å opprettholde dens spenningsnivå, og en styrekrets (32) for periodisk lukking og åpning av bryteren (Sl) for dermed å slutte hhv. bryte sløyfen (31) og tillate beregning av ledningsevnen (Kc) ut fra forskjellen i indusert spenning i sekundærspolen (18).

2. Instrument ifølge krav 1, karakterisert ved at styrekretsen (32) er anordnet i den nedre del av målesonden (11), at kjernene (17, 18) er anordnet motsatt hverandre langs målesondens langsgående midtakse og med en aksial kanal (15) mellom dem i sondens spiss, for innføring av væsken.

3. Instrument ifølge krav 1-2, karakterisert ved at: styrekretsen (32), for å kunne beregne væskens ledningsevne (Kc), videre er innrettet for å registrere fasen av sekundærspolens (L2) induserte spenning når bryteren (Sl) er åpen hhv. lukket, i synkronisme med avslutningsflanken på hver spenningspuls fra oscillatoren (31), at den første hhv. andre samplings/holdekrets (38, 40) er innrettet for temporær lagring av den respektive integrerte spenning som en første hhv. andre samplingsspenning (Vc, Vr), idet den andre samplingsspenning (Vr) tjener som referanseverdi, pgat styrekretsens beregning av væskens ledningsevne (Kc) omfatter bruk av følg-ende likning hvor forholdet mellom samplingsspenningene inngår: idet størrelsen S er en konstant gitt av målebetingelsene.

4. Fremgangsmåte for beregning av en væskes elektriske ledningsevne (Kc) ut fra måling ved hjelp av en målesonde (11) som omfatter en første, ytre kjerne (17) og en andre, indre kjerne (18) for å danne en lukket fluksbane i væsken, en primærspole (LI) viklet på den første kjerne og en sekundærspole (L2) viklet på den andre kjerne, en lukkbar sløyfe (31) som i seriekopling omfatter: en tredje spole (L3) lagt rundt den første kjerne (17), en fjerde spole (L4) lagt rundt den andre kjerne (18), motsatt i forhold til den tredje, en referansemotstand (Rr) og en bryter (Sl), karakterisert ved: periodisk lukking og åpning av bryteren (Sl) og registrering av den spenning som induseres i sekundærspolen (L2) i synkronisme med avslutningsflanken på en spenningspuls påtrykt primærspolen (LI) når bryteren (Sl) er åpen, integrasjon av den spenning som induseres i sekundærspolen når bryteren fortsatt er åpen, temporær lagring av den integrerte spenning som en første samplingsspenning (Vc) så lenge bryteren (Sl) er åpen, registrering av den induserte spenning i sekundærspolen i synkronisme med avslutningsflanken på hver spenningspuls som påtrykkes primærspolen, når bryteren er lukket, integrasjon av den induserte spenning i sekundærspolen når bryteren fortsatt er lukket, temporær lagring i en andre samplings/holdekrets, som en andre samplingsspenning (Vr) for å tjene som referanseverdi så lenge bryteren er lukket, og beregning av væskens elektriske ledningsevne (Kc) ved bruk av likningen Kc = (S/Rr)(Vc/Vr), hvor S er en konstant gitt av målebetingelsene, særlig ut fra konfigurasjonen av en væskecelle.