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        無證苯甲酸熱值不確定度評定

        2019-11-29 02:43:08王爽
        質(zhì)量安全與檢驗檢測 2019年5期
        關鍵詞:標準

        王爽

        (北京華夏力鴻商品檢驗有限公司唐山分公司 河北唐山 063611)

        1 前言

        發(fā)熱量是煤質(zhì)分析的重要指標,也是煤炭貿(mào)易的主要計價依據(jù),準確測定煤的發(fā)熱量具有重要意義。煤炭發(fā)熱量測定的精密度需要用苯甲酸等標準物質(zhì)校準和衡量,但有證標準苯甲酸價格較高,且僅依靠有證標準物質(zhì)不利于實驗室的質(zhì)量控制。因此,實驗室利用無證質(zhì)控樣及時對實驗室檢驗工作質(zhì)量進行監(jiān)控很有必要。本文討論了無證苯甲酸的約定真值的確定及其不確定度的評定,以提高煤炭發(fā)熱量測定的精密度[1]。

        2 試驗部分

        2.1 試驗儀器

        開元5E-C5500 型恒溫式量熱儀;梅特勒-托利多ME-104E/02 型電子天平;1.0 g 片狀苯甲酸。

        2.2 被測量說明

        2.2.1 測量程序

        苯甲酸約定真值經(jīng)過酸校正相當于恒容高位發(fā)熱量,因此,苯甲酸約定真值的測定包含2 個程序,即儀器熱容量標定和苯甲酸的恒容高位發(fā)熱量測定,2 個試驗的實驗條件基本保持一致。

        (1)儀器熱容量標定

        稱量已知熱值的有證標準苯甲酸片(稱準至0.000 1 g)置于氧彈熱量計中,充有過量氧氣的氧彈內(nèi)被點火絲點燃,通過計算經(jīng)校正的量熱系統(tǒng)溫升得到儀器的熱容量。

        (2)苯甲酸的恒容高位發(fā)熱量測定

        已知重量(稱準至0.000 1 g)的無證苯甲酸置于氧彈熱量計中,充有過量氧氣的氧彈內(nèi)被點火絲點燃,通過計算經(jīng)校正的量熱系統(tǒng)溫升得到苯甲酸彈筒發(fā)熱量,減去硝酸形成熱后為恒容高位發(fā)熱量。

        2.2.2 被測量[2]

        (1)熱容量E

        其中,Q—有證標準苯甲酸熱值,J/g;qi—點火熱,J;mb—苯甲酸質(zhì)量,g;qn—硝酸形成熱,J。

        苯甲酸硝酸形成熱qn=0.001 5Qmb。

        (2)彈筒發(fā)熱量Qb,ad

        其中,E—熱量計的熱容量,J/K;qi—點火熱,J;q2—添加物總熱量,J;t0—點火時的內(nèi)筒溫度,K;tn—終點時的內(nèi)筒溫度,K。

        (3)高位發(fā)熱量Qgr,ad

        其中,Qgr,ad—恒容高位發(fā)熱量,J/g;Qb,ad—彈筒發(fā)熱量,J/g;α—硝酸形成熱校正系數(shù):α=0.001 5。

        2.3 試驗數(shù)據(jù)

        2.3.1 熱容量標定

        熱容量標定試驗共進行了5 次重復試驗,結果詳見表1。

        有證標準苯甲酸發(fā)熱量:Q=26 458 J/g

        表1 熱容量標定試驗結果

        2.3.2 發(fā)熱量測定

        用恒溫式氧彈熱量計測得無證苯甲酸的發(fā)熱量經(jīng)t檢驗和F檢驗統(tǒng)計分析,得出該無證標煤的約定真值為26 464 J/g。所得試驗數(shù)據(jù)共20 組,結果詳見表2(儀器熱容量:E=9 839 J/K)。

        表2 發(fā)熱量測定結果

        2.4 進行不確定度分量來源分析[3-5]

        2.4.1 熱容量的影響因素

        有證苯甲酸標準熱值、 苯甲酸稱量質(zhì)量、 溫升Δt、硝酸形成熱、冷卻校正值C、點火熱,即

        2.4.2 彈筒發(fā)熱量的影響因素

        儀器熱容量、稱量質(zhì)量、冷卻校正值C、溫升Δt、點火熱,即

        熱容量標定試驗和發(fā)熱量測定都采用同樣的點火方式及相同規(guī)格點火絲,具有相近點火熱,故不考慮點火熱對彈筒發(fā)熱量測定結果的影響,因此:

        2.4.3 高位發(fā)熱量的影響因素

        彈筒發(fā)熱量、硝酸形成熱(因苯甲酸不含硫,無硫酸校正熱),即

        2.5 量化不確定度分量[6]

        2.5.1 儀器熱容量的不確定度u(E)

        (1)測量重復性的不確定度u(E,rep)

        儀器熱容量E為5 次重復試驗的平均值(J/K),其標準不確定度為:

        (2)稱量質(zhì)量的不確定度u(mb)

        天平精密度為0.000 2 g,稱量引起的標準不確定度,按均勻分布轉(zhuǎn)化為標準不確定度:

        (3)苯甲酸證書標準值引入的不確定度u(Q)

        苯甲酸標準物質(zhì)證書中給出的標準值為26 458 J/g,擴展不確定度為0.1%,包含因子k=2,換算為相對標準不確定度

        (4)總溫升的標準不確定度u(t):

        根據(jù)儀器說明書,溫度分辨率為0.000 1 K,按均勻分布轉(zhuǎn)化,溫度測量引起的標準不確定度

        (5)冷卻校正值的標準不確定度

        冷卻校正值是由儀器根據(jù)內(nèi)外筒溫差自動計算得出。根據(jù)儀器說明書,儀器精密度小于0.15%,得出其冷卻校正值的相對不確定度約為0.15%。標準不確定度:

        總溫升引起的標準不確定度為:

        (6)硝酸校正熱的標準不確定度

        相關文獻表明,硝酸校正熱與燃燒熱成正相關,當燃燒約1 g 苯甲酸產(chǎn)生溫升約為2.5℃時,對熱容量產(chǎn)生的影響約為1.2 J/K。

        各組分合成標準不確定度詳見表3。

        表3 各組分合成標準不確定度

        合成標準不確定度(相對):

        2.5.2 彈筒發(fā)熱量的不確定度評定u(Qb)

        (1)彈筒發(fā)熱量不確定度分量

        首先,試樣稱量標準不確定度u(m):根據(jù)天平精密度0.000 2 g,稱量引起的標準不確定度,按均勻分布轉(zhuǎn)化為標準不確定度:

        其次,溫升引起的標準不確定度:

        ①根據(jù)儀器說明書,溫度分辨率為0.000 1 K,溫度升引入的標準不確定度:

        ②冷卻校正值的標準不確定度:

        冷卻校正值是儀器自動計算內(nèi)外筒溫差得出。由設備說明書得知儀器精密度小于0.15%, 可推出其冷卻校正值的相對不確定度約為0.15%。按95%置信概率正態(tài)分布,kp=1.96,則標準不確定度:

        總溫升引起的標準不確定度為:

        A類標準不確定度(重復性)u(Qb,rep)為:

        (2)合成彈筒發(fā)熱量Qb,ad的標準不確定度

        各組分合成標準不確定度詳見表4。

        表4 各組分合成標準不確定度

        合成標準不確定度:

        2.5.3 高位發(fā)熱量的不確定度

        (1)苯甲酸高位發(fā)熱量的標準不確定度u(Qgr,ad)

        苯甲酸熱值為25~26 MJ/kg,苯甲酸校正系數(shù)為0.001 5~0.001 6,其標準不確定度u(N)為0.000 1,因此硝酸校正熱的標準不確定度為:

        (2)合成標準不確定度各組分

        高位發(fā)熱量的標準不確定度u(Qgr,ad):

        高位發(fā)熱量的擴展不確定度U(Qgr,ad):

        取95%置信概率下的擴展因子kp=2,

        所以,該苯甲酸的高位發(fā)熱量Qgr,ad測量結果為:(26 464±32)J/g

        3 討論

        熱量計測定過程及熱容量標定過程中,量熱系統(tǒng)默認為一致,內(nèi)筒水量默認為每次實驗保持一致,因此并未將內(nèi)容水量作為不確定度分量。本文評定了無證苯甲酸的約定真值及不確定度,取苯甲酸的恒容高位發(fā)熱量Qgr,ad測量結果26 464 為約定真值,其不確定度能滿足實驗室日常質(zhì)控樣品使用要求。

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