胡澤宇，李世婕，朱火清，黃永達(dá)，劉宏江

廣東省焊接技術(shù)研究所(廣東省中烏研究院)，廣東 廣州 510650

用鹵素水分測(cè)定儀測(cè)定釬劑水分含量的可行性研究*

胡澤宇，李世婕，朱火清，黃永達(dá)，劉宏江

廣東省焊接技術(shù)研究所(廣東省中烏研究院)，廣東 廣州 510650

用鹵素水分測(cè)定儀在不同溫度下測(cè)定釬劑產(chǎn)品中的水分含量，并與烘箱法進(jìn)行對(duì)比.實(shí)驗(yàn)表明，在升溫程序?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)，關(guān)機(jī)模式為1 mg/50s，干燥溫度為110，115，120 ℃的條件下，用鹵素水分測(cè)定儀測(cè)定3個(gè)釬劑樣品水分的精密度都和烘箱法(110℃,4h)沒(méi)有顯著差異.但在準(zhǔn)確度方面，1號(hào)樣品在干燥溫度115，120 ℃，2，3號(hào)樣品在120 ℃的條件下，與烘箱法沒(méi)有顯著差異.在干燥溫度為120 ℃時(shí)，用鹵素水分測(cè)定儀法測(cè)定釬劑產(chǎn)品水分含量的精密度和準(zhǔn)確度與烘箱法一致，可以代替烘箱法，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)釬劑水分的在線(xiàn)跟蹤和智能化檢測(cè).

鹵素水分測(cè)定儀；烘箱；釬劑；水分含量

目前，測(cè)量物質(zhì)水分含量最傳統(tǒng)的方法是烘箱法[1].烘箱法的特點(diǎn)是：以電阻絲發(fā)熱管為熱源，無(wú)篩選地通過(guò)加熱蒸失包含水分在內(nèi)的可揮發(fā)組分，實(shí)施測(cè)量.其熱源熱量以過(guò)流方式均勻分布于整個(gè)烘箱，烘箱各處的溫度波動(dòng)不大，可同時(shí)測(cè)量幾十個(gè)樣品[1]；但檢測(cè)時(shí)間長(zhǎng)(至少7 h)，不能實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)檢測(cè)，工作效率低；稱(chēng)量、烘干和計(jì)算工序不能實(shí)現(xiàn)一體化，對(duì)檢測(cè)人員的綜合技能和熟練程度要求較高[2].

氟鋁酸鉀釬劑在空氣中具有一定的吸潮性，在熔點(diǎn)560 ℃以下的揮發(fā)性物質(zhì)只有水.由于廣州市一年四季的濕度差別較大，導(dǎo)致釬劑的水分含量波動(dòng)較大.為了有效控制其水分含量、穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量，必須準(zhǔn)確檢測(cè)其水分含量.

隨著科技的發(fā)展，一種新型快速水分檢測(cè)儀器——鹵素水分測(cè)定儀面世，它集稱(chēng)量、加熱、計(jì)算和顯示單元為一體，可與計(jì)算機(jī)、打印機(jī)相聯(lián)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)智能化檢測(cè).其檢測(cè)時(shí)間較短(5～30 min)，可實(shí)現(xiàn)在線(xiàn)跟蹤檢測(cè).但是，一臺(tái)鹵素水分測(cè)定儀每次只能檢測(cè)一個(gè)樣品，如果要同時(shí)檢測(cè)幾十個(gè)樣品，工作效率反而不如烘箱法[3].

本文以釬劑作為樣品，分別用烘箱法和鹵素水分測(cè)定儀法檢測(cè)其水分含量，并將兩者檢測(cè)結(jié)果的精密度和準(zhǔn)確度進(jìn)行對(duì)比分析[4]，以確定鹵素水分測(cè)定儀能否替代烘箱進(jìn)行檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)檢測(cè)方法的轉(zhuǎn)型升級(jí).

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試樣與儀器

試樣：自產(chǎn)氟鋁酸鉀釬劑.

儀器：瑞士METTLER TOLEDO HE83鹵素水分測(cè)定儀；廣州上工熱工設(shè)備有限公司生產(chǎn)的FA101實(shí)驗(yàn)室防腐烘箱；德國(guó)SARTORIUS AG BT224分析電子天平，以及配套的稱(chēng)量瓶和干燥器.

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

鹵素水分測(cè)定儀和烘箱法的檢測(cè)原理一樣，都是通過(guò)加熱進(jìn)行無(wú)篩選的水分含量測(cè)定，區(qū)別在于兩者的加熱方式不同，鹵素水分測(cè)定儀的熱源為環(huán)形鹵素?zé)?，環(huán)形鹵素?zé)羯郎匮杆?，可縮短檢測(cè)時(shí)間.

釬劑的水分與空氣的濕度密切相關(guān)，選擇一年中三種典型空氣濕度下生產(chǎn)的釬劑為3個(gè)待測(cè)樣品：1號(hào)樣品為干燥季節(jié)生產(chǎn)的釬劑，2號(hào)樣品為一般季節(jié)生產(chǎn)的釬劑，3號(hào)樣品為潮濕季節(jié)生產(chǎn)的釬劑.然后用烘箱法和鹵素水分測(cè)定儀法分別對(duì)3個(gè)樣品重復(fù)測(cè)定5次.

1.2.1 烘箱法

首先，將空稱(chēng)量瓶在110 ℃下烘1 h，恒重，取出放在干燥器中冷卻0.5 h，稱(chēng)重，記為m1.然后，稱(chēng)4 g左右釬劑樣品置于空稱(chēng)量瓶中，記為m2.將裝有樣品的稱(chēng)量瓶放入溫度為110 ℃的烘箱中，打開(kāi)瓶蓋，烘4 h，取出放在干燥器中冷卻0.5 h，稱(chēng)重，記為m3.

(1)

1.2.2 鹵素水分測(cè)定儀法

影響鹵素水分測(cè)定儀測(cè)量的因素有：干燥溫度、干燥速度、干燥時(shí)間、樣品面積、樣品水分范圍和樣品量等[5].當(dāng)樣品量、樣品面積、干燥速度、干燥時(shí)間一定時(shí)，樣品的水分含量就只和干燥溫度相關(guān)，干燥溫度可根據(jù)樣品的特性設(shè)定.在鹵素水分測(cè)定儀的操作規(guī)范中，干燥速度對(duì)應(yīng)升溫程序，干燥時(shí)間對(duì)應(yīng)關(guān)機(jī)模式.因此，通過(guò)設(shè)定鹵素水分測(cè)定儀的干燥溫度、升溫程序和關(guān)機(jī)模式，來(lái)檢測(cè)樣品的水分含量.

其檢測(cè)流程為：先測(cè)定樣品質(zhì)量，然后由內(nèi)置的鹵素干燥裝置和水分蒸發(fā)器快速加熱樣品，在干燥過(guò)程中，連續(xù)測(cè)定樣品質(zhì)量并顯示失去的水分，干燥結(jié)束后，直接顯示水分含量，即為最終檢測(cè)結(jié)果[6].

鹵素水分測(cè)定儀的干燥溫度和樣品的水分含量密切相關(guān)，樣品的水分含量越低，設(shè)定的干燥溫度就越低；水分含量越高，設(shè)定的干燥溫度就越高.這與鹵素水分測(cè)定儀的檢測(cè)時(shí)間短有關(guān).

根據(jù)本試驗(yàn)釬劑樣品的特性，確定分析測(cè)試流程為：先開(kāi)機(jī)預(yù)熱15min，進(jìn)行天平校準(zhǔn)；然后選擇升溫程序?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)、關(guān)機(jī)模式為1mg/50s，分別設(shè)定干燥溫度為110，115，120 ℃，將4g樣品均勻分散置于托盤(pán)中，開(kāi)始測(cè)量.測(cè)量結(jié)束后，屏幕顯示測(cè)量結(jié)果.

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 兩種方法的溫度曲線(xiàn)

在相同室溫和樣品質(zhì)量的條件下，分別用烘箱法和鹵素水分測(cè)定儀法測(cè)定釬劑樣品的水分，記錄兩種方法的溫度變化曲線(xiàn)，結(jié)果如圖1所示.

圖1 烘箱法和鹵素水分測(cè)定儀法的溫度曲線(xiàn) Fig.1 The temperature curve of oven drying method and halogen moisture detector

由圖1可知，鹵素水分測(cè)定儀的升溫速率很快，在30 s內(nèi)就從20 ℃升至設(shè)定溫度110 ℃，且升到設(shè)定溫度后，幾乎沒(méi)有明顯的溫度波動(dòng)；而用烘箱從20 ℃升至設(shè)定溫度110 ℃，至少需10 min，升至設(shè)定溫度后，還需幾分鐘才能穩(wěn)定，最后溫度在(110±2)℃范圍內(nèi)波動(dòng).

用鹵素水分測(cè)定儀測(cè)量釬劑的水分時(shí)，樣品表面吸收了部分紅外線(xiàn)，通過(guò)分子傳導(dǎo)，使樣品全部受熱，從而實(shí)現(xiàn)快速加熱.環(huán)形鹵素?zé)舻奶厥饨Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可使樣品加熱均勻、溫度波動(dòng)不顯著.

2.2 兩種方法的水分含量檢測(cè)

分別用烘箱和鹵素水分測(cè)定儀(干燥溫度110，115，120℃)，對(duì)1,2,3號(hào)釬劑樣品的水分進(jìn)行測(cè)定，并計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)偏差和平均值，結(jié)果列于表1～3.

2.3 兩種方法檢測(cè)效果的分析

用F檢驗(yàn)法分析烘箱法和鹵素水分測(cè)定儀法兩種方法的精密度是否存在顯著差異；若精密度不存在顯著差異，再用t檢驗(yàn)法分析兩種方法的準(zhǔn)確度是否存在顯著差異，以確定鹵素水分測(cè)定儀法是否可替代烘箱法，以及替代的條件.

表1 1號(hào)釬劑樣品的測(cè)定結(jié)果

表2 2號(hào)釬劑樣品的測(cè)定結(jié)果

表3 3號(hào)釬劑樣品的測(cè)定結(jié)果

2.3.1F檢驗(yàn)

根據(jù)表1～3的標(biāo)準(zhǔn)偏差和平均值，計(jì)算F檢驗(yàn)中的方差和F值，結(jié)果列于表4.

表4 F檢驗(yàn)法結(jié)果

由表4可知，3個(gè)樣品的F值都比查表所得F0.05(4,4)小，表明鹵素水分測(cè)定儀法(110，115，120 ℃)與烘箱法(110 ℃，4h)在精密度方面沒(méi)有顯著性差異.

2.3.2t檢驗(yàn)

兩種方法在精密度方面沒(méi)有顯著性差異，需進(jìn)行t檢驗(yàn).根據(jù)表1～3的數(shù)據(jù)，計(jì)算t檢驗(yàn)中的方差和t值，結(jié)果列于表5.

表5 t檢驗(yàn)法結(jié)果

由表5可知，采用鹵素水分測(cè)定儀法測(cè)試時(shí)，1號(hào)樣品在110 ℃，以及2，3號(hào)樣品在110，115 ℃的條件下，其t值都比查表所得t0.05，8大，說(shuō)明兩種方法產(chǎn)生顯著性差異.即采用鹵素水分測(cè)定儀法時(shí)，1號(hào)樣品在115，120 ℃，以及2，3號(hào)樣品在120 ℃條件下測(cè)試，不會(huì)與烘箱法產(chǎn)生顯著性差異.說(shuō)明在此條件下，鹵素水分測(cè)定儀法可以代替烘箱法，測(cè)定釬劑中水分的含量.

采用鹵素水分測(cè)定儀法測(cè)定氟鋁酸鉀釬劑樣品的水分，若對(duì)3個(gè)樣品都取干燥溫度為120 ℃，其精密度和準(zhǔn)確度都和烘箱法沒(méi)有顯著差異，鹵素水分測(cè)定儀法可以代替烘箱法.

3 結(jié) 論

(1)在升溫程序?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)，關(guān)機(jī)模式為1 mg/50s，干燥溫度為110，115，120 ℃的條件下，用鹵素水分測(cè)定儀測(cè)定3個(gè)釬劑樣品水分的精密度都和烘箱法(110℃,4h)沒(méi)有顯著差異.但在準(zhǔn)確度方面，1號(hào)樣品在干燥溫度115，120 ℃，2，3號(hào)樣品在120 ℃的條件下，與烘箱法沒(méi)有顯著差異.從建立釬劑檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一性的角度出發(fā)，對(duì)3個(gè)釬劑樣品都取干燥溫度為120 ℃，其精密度和準(zhǔn)確度都和烘箱法沒(méi)有顯著差異.

(2)對(duì)本單位生產(chǎn)的釬劑產(chǎn)品，在樣品量4 g左右、樣品均布在托盤(pán)、升溫程序?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)、關(guān)機(jī)模式為1 mg/50s、干燥溫度為120 ℃的條件下，可用鹵素水分測(cè)定儀代替烘箱法，測(cè)定釬劑的水分.這樣不僅實(shí)現(xiàn)了在線(xiàn)跟蹤和智能化檢測(cè)，而且還實(shí)現(xiàn)了檢測(cè)方法的轉(zhuǎn)型升級(jí)，可更好地為釬劑生產(chǎn)和品質(zhì)控制服務(wù).

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Feasibility study on determination of water content of flux by halogen moisture analyzer

HU Zeyu，LI Shijie，ZHU Huoqing，HUANG Yongda，LIU Hongjiang

GuangdongWeldingInstitute(China-UkraineE.O.PatonInstituteofWelding)，Guangzhou510650，China

Themoisturecontentofthefluxproductwasmeasuredatdifferenttemperaturesusingahalogenmoistureanalyzerandcomparedwiththeovenmethod.Theexperimentalresultsshowthattheprecisionofthethreefluxsamplesisdeterminedbythehalogenmoistureanalyzerundertheconditionthattheheatingrateis1mg/ 50sandthedryingtemperatureis110 ℃, 115 ℃and120 ℃.Therewasnosignificantdifferencewiththeovenmethod(110 ℃, 4h).However,intermsofaccuracy,no.1samplesatthedryingtemperatureof115 ℃,120 ℃,no.2and3samplesat120 ℃,andtheovenmethodwasnosignificantdifference.At120 ℃,themoisturecontentofthefluxproductisconsistentwiththatoftheovenmethod.Themethodcanbeusedtoreplacetheovenmethod,soastorealizetheon-linetrackingandintelligenceofthefluxdetection.

halogenmoisturedetector；ovendryingmethod；brazingflux；moisturecontent

2017-03-25

廣州市科技計(jì)劃項(xiàng)目(201704030113)

胡澤宇(1986-)，男，廣東海豐人，助理工程師，本科.

1673-9981(2017)02-0123-05

TG425.2

A