Thiết kế máy đo độ mặn dựa trên sự suy hao của sóng khi truyền trong môi trường nước lợ và ứng dụng trong ngành nuôi trồng thủy sản

BỘ CÔNG THƢƠNG
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

TRẦN MẠNH TIẾN

THIẾT KẾ MÁY ĐO ĐỘ MẶN DỰA TRÊN
SỰ SUY HAO CỦA SĨNG KHI
TRUYỀN TRONG MƠI TRƢỜNG NƢỚC LỢ
VÀ ỨNG DỤNG TRONG NGÀNH NUÔI
TRỒNG THỦY SẢN

Chuyên ngành:

K THU T ĐIỆN TỬ

Mã chuyên ngành:

60520203

LUẬN VĂN THẠC SĨ

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH, NĂM 2019


Cơng trình đƣợc hồn thành tại Trƣờng Đại học Cơng nghiệp TP.Hồ Chí Minh
Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS. Bùi Thƣ Cao
Ngƣời phản iện 1: ........................................................................................................
Ngƣời phản iện 2: .......................................................................................................
Lu n v n thạc s đƣợc ảo vệ tại Hội đồng ch m ảo vệ Lu n v n thạc s
Trƣờng Đại học Cơng nghiệp thành phố Hồ Chí Minh ngày… tháng… n m…
Thành phần Hội đồng đánh giá lu n v n thạc s gồm:

1. ......................................................................... - Chủ tịch Hội đồng
2. ......................................................................... - Phản iện 1
3. ......................................................................... - Phản iện 2
4. ......................................................................... - Ủy viên
5. ......................................................................... - Thƣ ký

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

TS. Mai Thăng Long


BỘ CÔNG THƢƠNG
CỘNG HÕA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNGNGHIỆP
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: TRẦN MẠNH TIẾN

MSHV: 16083261

Ngày, tháng, n m sinh: 24/12/1967

Nơi sinh: Hà nội

Chuyên ngành: Kỹ thu t Điện tử

Mã chuyên ngành: 60520203

I. TÊN ĐỀ TÀI:
Thiết kế máy đo độ mặn dựa trên sự suy hao của sóng khi truyền trong môi
trƣờng nƣớc lợ và ứng dụng trong ngành nuôi trồng thủy sản.
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
Nhiêm vụ:
Thiết kế máy đo độ mặn dựa trên sự suy hao của sóng khi truyền trong môi
trƣờng nƣớc iển
Nội dung:
1. Nghiên cứu tổng quan về hiện trạng máy đo độ mặn của nƣớc.
2. Tổng quan kỹ thu t anten và truyền sóng cho anten dipol điện, từ đó
xây dựng giải pháp cho đề tài.
3. Thiết kế mơ hình hệ thống phần cứng và phần mền thiết ị đo độ mặn
ằng phƣơng pháp đo suy hao của sóng vi a.
4. Lắp đặt mơ hình và thực nghiệm
5. Đánh giá kết quả và hƣớng phát triển.
II. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ:
Theo Quyết định số 2057/QĐ-ĐHCN ngày 10/10/2018 của Hiệu trƣởng
Trƣờng Đại học Công Nghiệp Tp. Hồ Chí Minh.
III. NGÀY HỒN THÀNH NHIỆM VỤ: ngày 01/03/2019


IV. NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. Bùi Thƣ Cao
Tp. Hồ Chí Minh, ngày... tháng… năm 2019
NGƢỜI HƢỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

TS. Bùi Thƣ Cao

TRƢỞNG KHOA KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

TS. Mai Thăng Long


LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Thầy – Tiến s Bùi Thƣ Cao,
giáo viên hƣớng dẫn đã nhiệt tình chỉ ảo, động viên, khích lệ và tạo điều kiện cho
em trong suốt q trình nghiên cứu, hồn t t đề tài.
Em xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô trong Khoa Cơng Nghệ Điện Tử cũng nhƣ
các thầy cơ ở ngồi Khoa đã nhiệt tình giảng dạy giúp em có các kiến thức nền tảng
và Khoa sau đại học đã tạo điều kiện giúp đỡ em để thực hiện hoàn t t đề tài này.
Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn ạn è lớp CH 6B và gia đình, đã luôn tạo
điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt q trình học t p và hồn
thành đồ án tốt nghiệp.

i


TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ
Nội dung của đề tài gồm 4 phần:
Phần 1. Tìm hiểu tổng quan hiện trạng các phƣơng pháp đo độ mặn. Phần này giới
thiệu tầm quan trọng của thiết ị đo độ mặn trong nuôi trồng thủy sản, khảo sát
nguyên lý hoạt động của một số máy đo độ mặn thơng dụng. Từ đó tìm ra những
điểm hạn chế cho các thiết ị đo độ mặn hiện nay trên thị trƣờng là khơng có khả
n ng đo online lâu dài trong môi trƣờng nƣớc. Do các phƣơng pháp này sử dụng các
điện cực tiếp xúc trực tiếp, nên chỉ sau vài ngày ngâm dƣới nƣớc, các điện cực ị
oxyhóa và ám ẩn gây ra sai số lớn phép đo.

Phần 2. Cơ sở lý thuyết. Phần này trình ày tổng quan lý thuyết ức xạ điện từ của
anten dipol điện và mối liên hệ giữa hằng số điện môi của và độ mặn của nƣớc iển.
Phần 3. Phƣơng pháp thiết kế máy đo độ mặn. Trên cơ sở lý thuyết, nhóm nghiên
cứu đã tìm ra mối liên hệ giữa xuy hao công su t ức xạ của sóng radio với độ mặn
của nƣớc iển. Từ đó nhóm nghiên cứu đề xu t giải pháp thiết kế hệ thống phát và
thu tín hiệu microwave trong mơi trƣờng nƣớc iển để đo độ mặn của nƣớc iển.
Mơ hình phần cứng và phần mềm cho thiết ị đo độ mặn đã đƣợc nhóm nghiên cứu
thiết kế r t cơng phu. Hệ thống đƣợc thi công lắp đặt và thực nghiệm sử dụng phần
cứng thu nh n dữ liệu NI MyDAQ và phần mềm La view. Bồn nƣớc 500lít và
1000lit đƣợc sử dụng làm ể chứa nƣớc iển.
Phần 4. Kết quả thử nghiệm đã cho th y phù hợp với lý thuyết thiết kế. Nó cho th y
tính đúng đắn của phƣơng pháp thiết kế. Tuy nhiên hệ thống thiết ị đo cũng cho
th y hạn chế nh t định, đó là nhiễu fading sóng, nhiễu nhiệt và khi mơi trƣờng nƣớc
có nhiều cặn lắng sẽ làm sai số cho giá trị đo.
Phần 5. Kết lu n. Đề tài đã đã thực hiện đƣợc các mục tiêu đề ra. Phƣơng pháp
nghiên nghiên cứu logic và ứng dụng hiệu quả lý thuyết truyền dẫn sóng vào thực
tế. Đề tài đã mở ra nhiều hƣớng ƣng dụng thực tế từ phƣơng pháp đề nghị.

ii


ABSTRACT
Salinity has been shown to be related to the ability to absorb feed for brackish
shrimp and fish. Not only that, when the salinity is too high or too low compared to
the permitted range, shrimp and fish will be killed. Therefore, salinity meter is one
of the important tools of aquaculture households. However, the current limitation of
salinity meters is not able to measure long-term online in the water environment, by
using the measurement electrode principle in direct contact with the water
environment.
The team found a link between microwave power loss and the salinity of the water,

thereby designing the model and the device system that measures the salinity by
microwave power loss through antenna electrodes insulated cover and placed in
brackish water environment. NI MyDAQ data acquisition hardware and Labview
software and 500 liter and 1000 liter water tanks are used to implement. Then the
salinity meter system is installed and tested by using granular salt in Can Gio area.
Experimental results have been shown to be consistent with design theory. It shows
the correctness of the design method. However, the measuring equipment system
also shows certain limitations. The disadvantages of the proposed measurement
method are wave fading noise, thermal noise and many sediments in the water
environment. They will create much error for measuring. This proposed method has
the ability to develop into a commercial product and the research team has also
found a solution to overcome thedisadvantages.

iii


LỜI CAM ĐOAN
Tơi xin cam đoan đây là cơng trình nghiên cứu của ản thân tôi. Các kết quả nghiên
cứu, các số liệu thực nghiệm, kết lu n trong lu n v n “Thiết kế máy đo độ mặn dựa
trên sự suy hao của sóng khi truyền trong mơi trƣờng nƣớc lợ và ứng dụng trong
ngành nuôi trồng thủy sản” là trung thực, khơng sao chép dƣới

t kỳ hình thức nào.

Việc tham khảo các nguồn tài liệu (nếu có) đã đƣợc thực hiện trích dẫn và ghi
nguồn tài liệu tham khảo đúng quy định.
Học viên

Trần Mạnh Tiến

iv


MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH .......................................................................................... I
DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................................... III
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT................................................................................... IV
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
1. Đặt v n đề ...............................................................................................................1
2. Mục tiêu nghiên cứu................................................................................................1
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ...........................................................................1
4. Cách tiếp c n và phƣơng pháp nghiên cứu .............................................................2
5. Tính khoa học và thực tiễn ......................................................................................2
CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN ................................................................. 3
1.1 Phƣơng pháp tỷ trọng kế.......................................................................................4
1.2 Phƣơng pháp độ dẫn .............................................................................................4
1.3 Phƣơng pháp trọng lƣợng (Gravimetric) ..............................................................6
1.4 Phƣơng pháp chuẩn độ Chlorination ....................................................................6
1.5 Phƣơng pháp khúc xạ kế.......................................................................................8
CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .......................................................................... 11
2.1 Tổng quát về truyền dẫn bức xạ của anten .........................................................11
2.2 Truyền sóng trong mơi trƣờng v t ch t ..............................................................16
CHƢƠNG 3 PHƢƠNG PHÁP VÀ THỰC NGHIỆM ............................................. 19
3.1 Phƣơng pháp thực hiện .......................................................................................19
3.2 Mơ hình đê nghị cho hệ thống thiết bị đo độ mặn ..............................................20
3.3 Thiết kế nguyên lý ..............................................................................................21
3.3.1 Xây dựng hàm toán học mô tả hệ thống thu phát ..........................................21
3.3.2 Xây dựng hàm mô tả hằng số điện môi ..........................................................23
3.3.3 Thiết kế mạch thu phát tín hiệu ......................................................................24
v

3.3.4 Thiết kế bộ thu nh n tín hiệu..........................................................................27
3.4 Thiết kế phần mềm DSP .....................................................................................29
3.5 Lắp đặt và thực nghiệm ......................................................................................32
CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ ............................................................................................ 36
4.1 Kết quả thực nghiệm...........................................................................................36
4.2 Nh n xét ..............................................................................................................37
KẾT LU N VÀ KIẾN NGHỊ .................................................................................. 39
1. Kết lu n ................................................................................................................39
2. Kiến nghị ..............................................................................................................39
TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................................... 40
PHỤ LỤC .................................................................................................................. 42
A. Thông số môi trƣờng nƣớc lợ .............................................................................42
B. Giới thiệu mô đun thu th p dữ liệu NI myDAQ.................................................42
C. Giới thiệu phần mềm Labview ...........................................................................45
D. Máy đo độ mặn và nhiệt độ EXTECH EC170 (0~70.0ppt, 0 to 50°C) ..............46
LÝ LỊCH TRÍCH NGANG CỦA HỌC VIÊN ......................................................... 47

vi


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Ni tơm nƣớc lợ vùng Đồng ằng sơng Cửu Long....................................3
Hình 1.2 Minh họa tỷ trọng kế đo độ mặn. .................................................................4
Hình 1.3 Minh họa máy đo độ mặn kỹ thu t dùng phƣơng độ dẫn. ...........................5
Hình 1.4 Thiết ị cân trọng lƣợng mối........................................................................6
Hình 1.5 Dụng cụ l y mẫu clo. ...................................................................................7
Hình 1.6 Dụng cụ đo nồng độ Clo. .............................................................................8
Hình 1.7 Máy đo độ mặn ằng phƣơng pháp khúc xạ kế. ..........................................9

Hình 2.1 Minh họa nguyên tố anten dipole điện .......................................................11
Hình 2.2 Đồ thị phƣơng hƣớng iên độ trong khơng gian ........................................14
Hình 2.3 Đồ thị góc

.......................................................................................14

Hình 2.4 Đồ thị góc

trong mặt phẳng H. ...............................................................15

Hình 3.1 Sơ đồ khối phần cứng của hệ thống máy đo độ mặn .................................20
Hình 3.2 Sơ đồ khối ộ điều chế ASK. .....................................................................24
Hình 3.3 Sơ đồ nguyên lý mạch phát ........................................................................24
Hình 3.4 Sơ đồ mạch in của mạch phát ....................................................................25
Hình 3.5 Sơ đồ khối ộ giải điều chế ASK. ..............................................................26
Hình 3.6 Sơ đồ ngun lý mạch phát. .......................................................................26
Hình 3.7 Mạch phát tín hiệu. .....................................................................................27
Hình 3.8 NI My DAQ ...............................................................................................27

VII


Hình 3.9 Sơ đồ chân ngõ ra của NI MyDAQ. ...........................................................28
Hình 3.10 Cảm iến nhiệt độ PT100. ........................................................................28
Hình 3.11 Lƣu đồ giải thu t hệ thống .......................................................................29
Hình 3.12 Lƣu đồ khối phát xung cho RF ................................................................29
Hình 3.13 Lƣu đồ khối thu dự liệu RF ......................................................................30
Hình 3.14 Lƣu đồ khối thu dữ liệu nhiệt độ ..............................................................30
Hình 3.15 Lƣu đồ khối xử lý dữ liệu thu nội suy ra đƣợc giá trị độ mặn. ................31
Hình 3.16 Hình chụp ể chứa nƣớc và hệ thống anten thu phát ...............................32

Hình 3.17 Minh họa các thiết ị đƣợc sử dụng cho thực nghiệp. .............................32
Hình 3.18 Hình chụp ể chứa nƣớc và đầu đo đối xứng ..........................................33
Hình 3.19 Giao diện phần mềm LABVIEW .............................................................34
Hình 3.20 Thơng kế sai số của độ mặn của hệ thống so với thiết ị chuẩn. .............37
Hình 3.21 Minh họa các giá trị dộ.............................................................................37
Hình 3.22 Các kết nối của NI myDAQ .....................................................................43
Hình 3.23 Phạm vi ứng dụng của NI myDAQ. .........................................................44

VIII


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 4.1 Dữ liệu thực nghiệm ..................................................................................36

IX


DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
ASK: Amplitude Shift Keying
DAQ: Data acquisition
DSP: Digital signal processing
ppt: Đơn vị tính theo một phần ngàn (vd: g/Kg; g/L)

S 0/00: Ký hiệu độ mặn của nƣớc nƣớc iển đơn vị tính theo một phần ngàn

X


MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề

Độ mặn đã đƣợc chứng minh là liên quan đến khả n ng h p thụ thức n cho tôm, cá
nƣớc lợ. Không những thế, khi độ mặn quá cao hay quá th p so với khoảng cho
phép, có thể làm chết tơm, cá. Chính vì thế máy đo độ mặn là một trong các công cụ
quan trọng của các hộ nuôi trồng thủy sản. Tuy nhiên hạn chế hiện nay của các máy
đo độ mặn là khơng có khả n ng đo online lâu dài trong môi trƣờng nƣớc, do sử
dụng nguyên lý điện cực đo tiếp xúc trực tiếp với môi trƣờng nƣớc.
Hiện nay việc theo dõi môi trƣờng đƣợc thực hiện không liên tục và làm thủ công
trong từng thời điểm. Điều này sẽ không đáp ứng yêu cầu theo dõi liên tục 24/24
dẫn đến không xử lý kịp thời trong các trƣờng hợp sự cố xảy ra nhƣ độ mặn t ng
cao do xâm thực của nƣớc iển hay độ mặn xuống quá th p do lƣợng mƣa lớn. Mặt
khác các thiết ị đo nếu làm việc liên tục trong môi trƣờng tự nhiên và lại tiếp xúc
trự tiếp với môi trƣờng nƣớc iển r t dễ gây hƣ hỏng phá hủy ề mặt do muối n
mòn, dơ ẩn do rong tảo và các ch t hữu cơ ám vào làm sai lệch kết quả.
Để khắc phục v n đề trên nhóm nghiên cứu đã đƣa ra ý tƣởng trong đề tài thiết kế
máy đo độ mặn sử dụng điện cực ằng sóng vơ tuyến khơng tiếp xúc trực tiếp với
mơi trƣờng nƣớc.
2. Mục tiêu nghiên cứu
Thiết kế máy đo độ mặn dựa trên sự suy hao của sóng khi truyền trong môi trƣờng
nƣớc lợ
3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
Môi trƣờng nƣớc lợ ở đồng ằng sông Cửu long, lý thuyết truyền dẫn sóng điện từ.
nƣớc có độ mặn từ 00/00 đến 500/00. Sóng vơ tuyến đƣợc thết kế có tần số 315 MHz ở
dãy tần dân dụng

1


4. Cách tiếp cận và phƣơng pháp nghiên cứu
Nghiên cứu xây dựng mơ tả tốn học, mối liên hệ giữa cơng su t tín hiệu sóng
microwave thu đƣợc với độ mặn của nƣớc iển.

Xây dựng mơ hình và thiết kế hệ thống thiết ị đo độ mặn ằng cách đo sự suy hao
của sóng trong mơi trƣờng nƣớc lợ.
5. Tính khoa học và thực tiễn
Đề tài đã xây dựng một phƣơng pháp mới trong thiết kế ộ cảm iến đo độ mặn
ằng phƣơng pháp điện cực không tiếp xúc, sử dụng ngun lý đo suy hao cơng
su t của sóng microwave. Phƣơng pháp thiết kế đã đƣợc diễn giải một cách logic.
Một số điểm đóng góp mới và nổi

t của đề tài:

 Đƣa ra ý tƣởng mới cho việc ứng dụng kỹ thu t truyền dẫn sóng vơ tuyến để đo
độ mặn của nƣớc.
 Với ý tƣởng của đề tài có thể phát triển rộng ra trong nhiều l nh vực nhƣ đo độ
cồn, hay nồng độ v t ch t trong dung dịch.

2


CHƢƠNG 1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN

Hình 1.1 Ni tơm nƣớc lợ vùng Đồng ằng sơng Cửu Long

Với địa hình trải dài trên 2000 km ờ iển, Việt Nam là nƣớc có tiềm n ng mạnh về
phát triển kinh tế iển, thủy hải sản. Tuy nhiên cho đến nay, qua các phƣơng tiện
thông tin đại chúng ta th y hiệu quả ni trồng thủy sản vẫn cịn th p. Thực tế,
muốn nuôi tôm, cá t ng trƣởng tốt, à con nông dân khơng những phải có kinh
nghiệm mà cịn cần phải có kỹ thu t khoa học trong việc kiểm sốt các thơng số mơi
trƣờng nƣớc, nhƣ: pH, Oxy hịa tan, độ mặn, … là các yếu tố ảnh hƣởng trực tiếp
đến n ng su t thu hoạch tôm.
Một trong các thông số môi trƣờng nƣớc, Độ mặn đã đƣợc chứng minh là liên quan

đến khả n ng h p thụ thức n cho tôm, cá nƣớc lợ. Không những thế, khi độ mặn
quá cao hay quá th p so với khoảng cho phép, có làm chết tơm, cá. Chính vì thế
máy đo độ mặn là một trong các công cụ quan trọng của các hộ ni trồng thủy sản.
Có 03 loại phƣơng pháp đo độ mặn đang sử dụng trong thực tế: phƣơng pháp tỷ
trọng kế, phƣơng pháp độ dẫn và phƣơng pháp khúc xạ kế.

3


1.1 Phƣơng pháp tỷ trọng kế
Tỷ trọng là tỷ số của trọng lƣợng riêng ch t cần đo và trọng lƣợng riêng của nƣớc.
Độ mặn và tỉ trọng là thu t ngữ thƣờng đƣợc sử dụng để đo nồng độ muối trong môi
trƣờng nuôi trồng. Mặc dù độ mặn và tỉ trọng có quan hệ với nhau, nhƣng hai thu t
ngữ thì khá khác nhau và nên đƣợc hiểu theo ngh a riêng của nó.
Độ mặn (Salinity): đƣợc định ngh a là tỷ số khối lƣợng gam muối đƣợc hòa tan
trong 1 kg nƣớc, đơn vị ‰.
Tỉ trọng: đƣợc định ngh a là tỉ số giữa tỉ trọng của dung dịch (tại nhiệt độ nh t định)
trên tỉ trọng của nƣớc tinh khiết (tại nhiệt độ nh t định). Tỉ trọng phụ thuộc vào
nhiệt độ, Khi nƣớc iển nóng lên, nó giãn ra. Và khi lạnh đi, nó co lại. Nhƣ là định
lu t chung của tự nhiên là khi nhiệt độ t ng thì tỉ trọng giảm và khi nhiệt độ giảm
thì tỉ trọng t ng.

Hình 1.2 Minh họa tỷ trọng kế đo độ mặn.

Tùy theo ch t cần đo là ch t gì mà ngƣời dùng có thể lựa loại tỷ trọng kế cho thích
hợp. Thƣờng thì phân ra 2 loại chính là: ch t nặng hơn nƣớc và ch t nhẹ hơn nƣớc.
Và cũng tùy theo mục đích sử dụng mà trên tỷ trọng kế có nhiệt kế kèm theo hay ko
nữa. Nhẹ hơn nƣớc thì chủ yếu dùng để đo nồng độ rƣợu – Cồn kế (ngƣời pha rƣợu
nào cũng có). Nặng hơn nƣớc thì dùng đo nồng độ muối – Tỷ trọng kế.
1.2 Phƣơng pháp độ dẫn

Muối tồn tại dƣới dạng ion Natri và ion Chloride mang điện tích dƣơng và điện tích
âm di chuyển tự do trong nƣớc. Một khi trƣờng điện từ xu t hiện, điện tích dƣơng

4


sẽ di chuyển về điện cực âm và điện tích âm sẽ di chuyển về điện cực dƣơng, máy
sẽ tính toán để cho ra kết quả đo.
Nguyên lý đo độ mặn: dựa trên phƣơng pháp đo độ dẫn điện của dung dịch. Muối
trong dung dịch tồn tại ở dạng ion Sodium (Na+) và ion Chloride (Cl-). Khi số
lƣợng ion Sodium và ion Chloride t ng lên, độ dẫn điện của dung dịch cũng t ng
lên tƣơng ứng vơi độ t ng của nồng độ muối. Sử dụng nguyên lý này, độ mặn đƣợc
xác định ằng cách tính tốn độ dẫn điện của dung dịch.
Thao tác đo: đơn giản ằng cách nhúng điện cực tiếp xúc trực tiếp vào trong nƣớc
mặn (nƣớc nuôi trồng thuỷ sản) và nh n nút

t máy để trên màn hình hiển thị nhiệt

độ (°C hoặc °F), độ mặn (ppt) và tỉ trọng.
Một số loại máy đo độ mặn thƣờng gặp: Máy đo độ mặn điện tử hiện số kèm điện
cực, út đo độ mặn. Máy đo độ mặn kỹ thu t số dùng phƣơng pháp đo độ dẫn điện
hiện đang là thiết ị đo chính xác nh t và là phƣơng pháp đo tin c y đƣợc ứng dụng
đo trong sản xu t cơng nghiệp.

Hình 1.3 Minh họa máy đo độ mặn kỹ thu t dùng phƣơng độ dẫn.

Độ dẫn tính đƣợc tính từ độ dẫn đo ằng cảm iến sử dụng hằng số (C), phản ánh tỷ
lệ và chéo diện tích mẫu nƣớc trong đó dòng điện thực sự chảy. Xác định độ dẫn là
từ mối quan hệ:
(1.1)

5


trong đó điện trở R = điện trở su t = conductance-1,  = độ dẫn điện-1, L = Chiều
dài mẫu nƣớc và A = diện tích ngang của thể tích nƣớc. để có đƣợc độ chính xác với
salinometer phịng thí nghiệm, độ dẫn điện của dung dịch nƣớc thu đƣợc ằng cách
đo điện trở giữa hai điện cực platin ngâm trong dung dịch. Độ chính xác của các
dụng cụ dẫn điện khác nhau đáng kể tùy theo thiết kế · kết nối điện với nƣớc iển
(điện cực hoặc Điện áp).
1.3 Phƣơng pháp trọng lƣợng (Gravimetric)

Hình 1.4 Thiết ị cân trọng lƣợng mối.

Độ mặn của. một mẫu nƣớc iển có thể đƣợc đo ằng cách ốc hơi nƣớc và cân
nặng, dƣ lƣợng ch t rắn - muối. Điều này đƣợc gọi là gravimetric. Th t không khả
thi, muối giữ lại một lƣợng thay đổi H2O, vì v y iện pháp này khơng chính xác.
Nhà hóa học iển ở thế kỷ 19 đã đƣợc nh n thức về

t lợi này trong nỗ lực của họ

để đo mức độ mặn theo độ mặn, và các quy trình đã đƣa ra kết quả có thể tái tạo
hợp lý.
1.4 Phƣơng pháp chuẩn độ Chlorination
Nguyên tắc "tỷ lệ không đổi" cho rằng số lƣợng của một ion đơn chính là đủ để xác
định độ mặn của nƣớc. Các nhà hóa học,nhiều lý do hợp lý, chosed Cl- nhƣ chỉ số
độ mặn. Riêng chỉ số sa1inity liên quan đến việc xác định không chỉ của Clchlorine, hoặc tổng lƣợng halogen hòa tan trong nƣớc trong g/kg. Các nguyên tố của
họ halogen ao gồm clo, rom, iốt và flo, r t khó để phân iệt đƣợc phân tích vì

6

tính ch t hóa học chung của chúng. Độ chính xác cần thiết cho độ chuẩn độ thu
đƣợc ằng cách sử dụng một loại dụng cụ thủy tinh đặc iệt - một Knudsen urette
và pipette Knudsen. Một urette của Knudsen chứa đầy dung dịch ạc nitrate.

Hình 1.5 Dụng cụ l y mẫu clo.

Nƣớc iển mẫu đƣợc đặt ằng pipel Knudsen vào cốc nƣớc, và một chút lƣợng kali
dung dịch cromat đƣợc thêm vào. Trong khi khu y, dung dịch ạc nitrate chạy nhƣ
một dòng suối mỏng vào mẫu nƣớc iển màu vàng, sau đó ạc clorua kết tủa trong
mẫu nƣớc iển tạo thành màu trắng tiền gửi ằng khí. Khi t t cả các ion clo chứa
trong 86 K. Arulananthan mẫu nƣớc iển đã kết tủa nhƣ ạc clorua, ạc cromat hình
thành (màu đỏ xu t hiện trên tiền gửi). Từ số tiền ạc nitrat cần thiết đến mức thay
đổi màu sắc diễn ra, và từ lƣợng nƣớc iển đã sử dụng, lƣợng clorua trong nƣớc
iển mẫu có thể đƣợc tính tốn. Chuẩn độ clorua theo Mohr dựa về các cơng thức
hóa học sau (Dietrich et al., 1980).
NaCl + AgN03 = AgCl + NaN03
2AgN03 +K2Cr04 = Ag 2Cr04 +2KN03
S = 0.030+1.8050 Cl

(1.2)

Ở đây S là độ mặn trong ‰, tổng trọng lƣợng của muối trong 1000 gram nƣớc iển.
Cl là lƣợng clo trong ‰, trọng lƣợng clo trong mỗi 1000 gram nƣớc iển (Knudsen,

7


1959). Độ chính xác ± 0.02‰ trong việc xác định độ mặn đạt đƣợc ằng phép đo so

sánh với mẫu nƣớc chuẩn.

Hình 1.6 Dụng cụ đo nồng độ Clo.

1.5 Phƣơng pháp khúc xạ kế
Nhỏ một vài giọt nƣớc (có chứa muối) lên trên l ng kính ở phía đầu của khúc xạ kế.
Nƣớc phải phủ đều và khơng đƣợc có ọt khí để đạt đƣợc kết quả chính xác. Đ y
nắp trên l ng kính. Chỉnh độ đi-ốp cho phù hợp với mắt ngƣời đọc, và đọc số vạch
chuyển màu trên ống ngắm.
Dụng cụ sử dụng quan sát m t độ hay chiết su t phải chỉ sử dụng khi yêu cầu về
tính chính xác và tính ứng dụng th p. Do đó đƣợc gọi là các mẫu đo m t độ đƣợc sử
dụng dƣới dạng thủy tinh đƣợc định chuẩn phao nổi, phần lớn là đo đạc thân; các
mẫu nƣớc đƣợc điền vào một xi lanh, ch m sóc đƣợc thực hiện rằng nhiệt độ đƣợc
cân ằng, và isometer đƣợc đƣa vào. Từ một quy mô đƣợc hiệu chỉnh (đƣợc tính
ằng% độ mặn) trong cuống areometer, khoảng cách mà dụng cụ đƣợc đắm trong
nƣớc iển có thể đƣợc đọc. Đồng thời đo nhiệt độ là cần thiết để có đƣợc độ mặn.
Phƣơng pháp này đơn giản nhƣng mang lại độ chính xác khoảng S  ± 0,1 ‰

8


Hình 1.7 Máy đo độ mặn ằng phƣơng pháp khúc xạ kế.

Chiết su t t ng với độ mặn khoảng 2 .10-4 / psu và với nhiệt độ khoảng 0,1. 10-4/ °C.
Theo Rusby (1967) [1], độ mặn thu đƣợc từ sự khác iệt  giữa chiết su t  s,r của
nƣớc iển dồi dào và chỉ số khúc xạ  35,T của tiêu chuẩn nƣớc iển có độ muối 35,00
psu ở nhiệt độ T và áp su t khí quyển nhƣ sau :
S  35, 00  5,3302.103.  2, 274.105  2
3,9.106. 310,59. (T  20)  2,5.102. 2 (T  20)

(1.3)

Phƣơng trình này giữ cho các dải 30,9  S  38.8 và 17 0C  T  30 0C cho dòng ánh
sáng xanh của Hg ở ƣớc sóng   546,227 nm. Các chiết su t giảm khoảng 4 ‰ tại
sự gia t ng của ƣớc sóng từ 250 đến 1250nm. Đo số liệu hiển thị độ chính xác tốt
hơn (± 2 psu) nƣớc có độ mặn 20-40 psu và trở nên kém chính xác vƣợt quá phạm
vi. Arulananthan và cộng sự (1995) (1.3) đƣợc hiệu chuẩn referactometer các quan
sát đối với việc xác định phịng thí nghiệm với phịng thí nghiệm salinometers
(AutoSal) và thu đƣợc mối quan hệ Sa = 0.8249Sr + 5.358; vơi Sa = độ mặn tự động
và Sr = độ mặn tƣợng trƣng.
Nh n xét chung:
Trong thế kỷ vừa qua, độ mặn đã đƣợc đo ằng các phƣơng pháp khác nhau, mặc
dù độ chuẩn độ và tính dẫn độ chloric là chung nh t. Độ chính xác cao nh t đạt
đƣợc độ dẫn điện đo lƣờng theo phƣơng pháp chuẩn độ.

9


Phƣơng pháp khúc xạ kế và phƣơng pháp độ dẫn cũng có thể đƣợc sử dụng để xác
định độ mặn, mặc dù chúng không đáp ứng các tiêu chuẩn quốc tế về tính chính
xác. Tuy nhiên trong phạm vi ứng dụng trong nuôi trồng thủy sản, với yêu cầu sai
số khoảng ±0.5 độ, thì cả 2 phƣơng pháp này đáp ứng tốt.
Hiện nay việc theo dõi môi trƣờng đƣợc thực hiện không liên tục và làm thủ công
trong từng thời điểm. Điều này sẽ không đáp ứng yêu cầu theo dõi liên tục 24/24
dẫn đến không xử lý kịp thời trong các trƣờng hợp sự cố xảy ra nhƣ độ mặn t ng
cao do xâm thực của nƣớc iển hay độ mặn xuống quá th p do lƣợng mƣa lớn. Mặt
khác các thiết ị đo nếu làm việc liên tục trong môi trƣờng tự nhiên và lại tiếp xúc
trự tiếp với môi trƣờng nƣớc iển r t dễ gây hƣ hỏng phá hủy ề mặt do muối n
mòn, dơ ẩn do rong tảo và các ch t hữu cơ ám vào làm sai lệch kết quả.
Trên cở sở lý thuyết, để khắc phục v n đề này nhóm nghiên cứu đã đƣa ra ý tƣởng

thiết kế dầu dò đo độ mặn dựa trên sự suy hao công su t của sóng microwave trong
mơi trƣờng nƣớc lợ.

10


CHƢƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT
2.1 Tổng quát về truyền dẫn bức xạ của anten
Một trong phạm vi ứng dụng của đề tài, nhóm nghiên cứu nh n th y chọn lựa loại
anten dipole điện là phù hợp nh t. Vì, anten đipơl điện cho kích thƣớc anten nhỏ và
dể thiết kế và phù hợp mơ hình hệ thống đo kiểm.
1.1.1 Trường bức xạ và đặc tính phương hướng của dipole
Giả thiết có khơng gian đồng nh t, rộng vơ hạn và giả sử trong thể tích V hữu hạn
của khơng gian y có dịng điện phân ố với m t độ khối

. Lại giả thiết thể tích

hữu hạn nói trên là một đoạn thẳng dẫn điện, r t mảnh, có độ dài

(với

),

đƣợc đặt tại tâm của hệ tọa độ vng góc, dọc theo trục z (Hình 8). Giả sử dịng
điện chảy theo phƣơng trục z, có iên độ và pha đồng đều trên đoạn thẳng đó.
Nguyên tố ức xạ nói trên đƣợc gọi là đipơl điện.

Hình 2.1 Minh họa nguyên tố anten dipole điện

Đipôl điện là phần tử dẫn điện thẳng, r t mảnh, cố độ dài l r t nhỏ so với ƣớc sóng,

trên đó cố dịng điện mà iên độ và pha ở mọi điểm đều nhƣ nhau.
Hàm ức xạ Ge đƣợc xác định[4].. Khi chọn hệ tọa độ nhƣ ở Hình 2.1 ta có: ̅
Do đó:
⃗⃗⃗ ⃗⃗⃗

11

̅.