畢經(jīng)亮 暢小軍 尹 博 李春麗 周巍松

(鋼鐵研究總院，北京100081)

0 引言

工業(yè)分析儀是近幾年興起的進(jìn)行煤質(zhì)分析的自動化測試儀器[1-2]，相對于傳統(tǒng)的用馬弗爐、電子天平進(jìn)行的煤的工業(yè)分析[3-4]，能更快速準(zhǔn)確地檢測煤中的水分、灰分和揮發(fā)分等成分，且能節(jié)省大量的人力物力，受到了廣大工業(yè)分析工作者的認(rèn)可，廣泛應(yīng)用在電力、煤炭、環(huán)保、冶金、造紙、化工和地勘等行業(yè)以及科研和商檢質(zhì)檢機(jī)構(gòu)。為了保證工業(yè)分析檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性、一致性和溯源性，必須對工業(yè)分析儀進(jìn)行檢定校準(zhǔn)，目前，國家尚沒有工業(yè)分析儀的檢定規(guī)程。筆者根據(jù)此類分析儀器的使用特點(diǎn)，結(jié)合其他分析儀器的檢定校準(zhǔn)方法[5-8]，建立了工業(yè)分析儀的校準(zhǔn)方法，以保證檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)量值的傳遞與溯源，同時(shí)，也為實(shí)驗(yàn)室合理評價(jià)、驗(yàn)收該類分析儀及相應(yīng)計(jì)量檢定規(guī)程的編寫提供了借鑒。

1 儀器工作原理

工業(yè)分析儀工作原理是熱重分析法，它將加熱設(shè)備與電子天平結(jié)合在一起，在特定的氣氛條件、規(guī)定的溫度和規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，稱量受熱過程中的試樣質(zhì)量，通過計(jì)算試樣在不同溫度下的失重計(jì)算出水分、灰分和揮發(fā)分等工業(yè)分析指標(biāo)。

空氣干燥的煤樣置于加熱爐中，在107℃下干燥氮?dú)饬髦屑訜嶂梁阒?，根?jù)煤樣的質(zhì)量損失可計(jì)算水分的含量；將水分殘留物在氧氣流下，以一定的速度加熱至500℃恒溫，然后，高溫爐升至800℃左右，灼燒至質(zhì)量恒定，由殘留物的質(zhì)量計(jì)算灰分的產(chǎn)率；空氣干燥的煤樣在高溫爐中900℃左右灼燒一段時(shí)間，然后，在恒溫爐107℃下干燥冷卻約30min，以減少質(zhì)量占樣品的百分?jǐn)?shù)減去該煤樣空氣干燥水分含量作為煤樣的揮發(fā)分。

工業(yè)分析儀是一種自動化程度比較高的分析儀器，一般試樣的稱重、進(jìn)樣、加熱、計(jì)算等都可以自動完成。

2 校準(zhǔn)技術(shù)要求

2.1 溫度誤差和穩(wěn)定性[9-10]

溫度是保證工業(yè)分析儀測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確的重要參數(shù)之一。儀器的溫度讀數(shù)和實(shí)際工作溫度的相差應(yīng)不超過±10℃，達(dá)到設(shè)定溫度后，30min內(nèi)儀器溫度變化不超過10℃。

2.2 示值誤差和重復(fù)性

示值誤差是反映儀器測量數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性的重要指標(biāo)，它是試樣的測量值和標(biāo)準(zhǔn)值的差值，是工業(yè)分析儀的重要計(jì)量特性。考慮到煤中水分受環(huán)境等的影響很大，一般不將水分作為煤(包括煤質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì))的計(jì)量指標(biāo)，只將灰分和揮發(fā)分的含量準(zhǔn)確性作為考察的依據(jù)。根據(jù)儀器實(shí)際使用情況，單位對煤質(zhì)的要求和相關(guān)文獻(xiàn)，灰分和揮發(fā)分的示值誤差應(yīng)不大于±2%。

重復(fù)性是衡量儀器測試結(jié)果重現(xiàn)性的計(jì)量特性，灰分、揮發(fā)分的重復(fù)性應(yīng)不大于1.0%。

2.3 天平重復(fù)性[11]

配套天平的稱量重復(fù)性應(yīng)小于天平最小分度的5倍。

3 校準(zhǔn)條件

3.1 實(shí)驗(yàn)室條件

室內(nèi)溫度：15～35℃，相對濕度：≤85%；供電電源：(220±4.4)V，(50±1)Hz，儀器接地良好；無明顯機(jī)械振動，無強(qiáng)電和磁場干擾，無易燃易爆和腐蝕性氣體。

3.2 校準(zhǔn)設(shè)備與校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

1)E2等級標(biāo)準(zhǔn)砝碼(毫克組)，經(jīng)計(jì)量檢定合格；

2)二等鉑銠10—鉑標(biāo)準(zhǔn)熱電偶；

3)溫濕度巡檢儀，經(jīng)計(jì)量檢定合格；

4)根據(jù)被校準(zhǔn)儀器的測量對象，選擇適用的、能覆蓋測量范圍的高、中、低含量的煤質(zhì)成分用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)3～4種。

4 校準(zhǔn)項(xiàng)目和校準(zhǔn)方法

4.1 校準(zhǔn)前準(zhǔn)備

按儀器說明書要求開機(jī)預(yù)熱，穩(wěn)定后按要求進(jìn)行儀器的條件化(燒空白等)，在選定的量程范圍內(nèi)，選擇一種標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)校準(zhǔn)儀器。

4.2 溫度誤差

工業(yè)分析儀高溫爐和恒溫爐的溫度都是通過熱電偶來測量的，將標(biāo)準(zhǔn)熱電偶從工業(yè)分析儀上蓋垂直插入，將其測量端與爐體熱電偶測量端對齊進(jìn)行標(biāo)定。選擇100℃、500℃、800℃和900℃四個(gè)測量點(diǎn)進(jìn)行測試，儀器的溫度讀數(shù)與溫濕度巡檢儀讀數(shù)的差值即為溫度誤差，可通過式(1)計(jì)算：

Δt=t-tr

(1)

式中，Δt為溫度誤差，℃；t為儀器溫度讀數(shù)，℃；tr為溫濕度巡檢儀溫度讀數(shù)，℃。

4.3 溫度穩(wěn)定性

儀器恒溫爐升至500℃，將與溫濕度巡檢儀連接的標(biāo)準(zhǔn)熱電偶與儀器的測量熱電偶連接，每隔10s巡檢儀自動記錄溫度一次，30min內(nèi)測量溫度的最大值與最小值之差可用來表征溫度的穩(wěn)定性，如式(2)計(jì)算：

ts=tmax-tmin

(2)

式中，ts為溫度穩(wěn)定性，℃；tmax為30min內(nèi)溫度最大讀數(shù)，℃；tmin為30min內(nèi)溫度最小讀數(shù)，℃。

4.3 示值誤差

在選定的儀器測量范圍內(nèi)，依次選擇低、中、高灰分和揮發(fā)分含量的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，分別重復(fù)測量三次，計(jì)算平均值與標(biāo)準(zhǔn)值的差值即為儀器示值誤差，按式(3)進(jìn)行計(jì)算。

(3)

4.4 重復(fù)性

選取灰分含量15%～30%和揮發(fā)分含量20%～40%的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)，重復(fù)測量7次，按式(4)、式(5)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差及相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，相對標(biāo)準(zhǔn)偏差即儀器的測量重復(fù)性。

(4)

(5)

4.5 天平稱量重復(fù)性

根據(jù)儀器實(shí)際測量時(shí)的稱樣量，選擇相應(yīng)的砝碼，重復(fù)測量7次，最大的稱量值和最小的稱量值之差作為天平的重復(fù)性。

5 校準(zhǔn)實(shí)例分析

筆者按照本校準(zhǔn)方法對某鋼鐵企業(yè)檢測煙煤的5E-MAC/G6600型全自動工業(yè)分析儀(長沙開元儀器廠制造)進(jìn)行了校準(zhǔn)，所用煤質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)見表1，結(jié)果及數(shù)據(jù)處理見表2～表6，符合本校準(zhǔn)方法規(guī)定的校準(zhǔn)技術(shù)要求。

表1 煤質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

表2 工業(yè)分析儀溫度誤差校準(zhǔn)結(jié)果

表3 工業(yè)分析儀溫度重復(fù)性校準(zhǔn)結(jié)果

表4 工業(yè)分析儀示值誤差校準(zhǔn)結(jié)果

表5 工業(yè)分析儀重復(fù)性校準(zhǔn)結(jié)果

表6 工業(yè)分析儀天平稱量重復(fù)性校準(zhǔn)結(jié)果

備注：5E-MAC/G6600有兩個(gè)內(nèi)置分析天平，最小分度值0.0001g，稱量重復(fù)性均不大于5倍最小分度值

6 結(jié)論

筆者利用本方法對國內(nèi)多個(gè)研究和生產(chǎn)單位的全自動工業(yè)分析儀進(jìn)行了校準(zhǔn)，結(jié)果較為滿意。本校準(zhǔn)方法能夠準(zhǔn)確合理地評價(jià)工業(yè)分析儀的性能，保證了工業(yè)分析儀測試數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、一致性和溯源性為實(shí)驗(yàn)室人員驗(yàn)收和評價(jià)該儀器提供了借鑒，同時(shí)也可作為計(jì)量工作人員校準(zhǔn)該類儀器時(shí)的參考。

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