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        石油產(chǎn)品微量殘?zhí)繙y定儀的校準

        2020-03-26 06:37:10郭波張森張鵬黃清波鄭鵬高捷朱凱
        化學(xué)分析計量 2020年2期
        關(guān)鍵詞:測量標準

        郭波,張森,張鵬,黃清波,鄭鵬,高捷,朱凱

        (1.山東省計量科學(xué)研究院,濟南 250014; 2.山東匯豐石化集團有限公司,山東淄博 256410;3.山東藍城分析測試有限公司,濟南 250000)

        膠質(zhì)、瀝青質(zhì)及多環(huán)芳烴等是石油產(chǎn)品中形成殘?zhí)康闹饕镔|(zhì)。當(dāng)油品中含硫、氮、氧化合物較多時,殘?zhí)恐递^大,因此殘?zhí)恐凳鞘彤a(chǎn)品中膠質(zhì)、不穩(wěn)定化合物和多環(huán)芳烴含量的間接指標[1]。油品殘?zhí)坎粌H反映油品結(jié)焦的傾向性,而且能夠直接或間接反映重油輕質(zhì)化過程中的產(chǎn)品分布比率和加工損失,在評定油品質(zhì)量高低和優(yōu)化煉油工藝方面具有重要意義[2–5]。通常情況下,烷烴只起分解反應(yīng),完全不參加聚合反應(yīng),所以不會形成殘?zhí)?,因此通過殘?zhí)恐悼梢源致耘袛嗍彤a(chǎn)品的精制程度[6]。

        油品殘?zhí)渴菍⒂推贩湃霘執(zhí)繙y定儀中,在不通入空氣的條件下,加熱使其蒸發(fā)和分解,排出燃燒氣體后所剩余的焦黑色殘余物[7–9]。目前測量殘?zhí)恐档姆椒ㄓ锌凳戏?GB/T 268)、電爐法(SH/T 170)、蘭氏法(SH/T 160)和微量法(GB/T 17144)等[10–13]??凳戏ㄊ鞘澜绺鲊毡椴捎玫臉藴史椒?;電爐法源于蘇聯(lián),使用的國家較少;蘭氏法的殘?zhí)繑?shù)據(jù)因與康氏殘?zhí)块g只存在近似關(guān)系,較少采用;微量法是近年來國內(nèi)外普遍采用的一種簡便高效的測定方法[1,14]。石油產(chǎn)品微量殘?zhí)繙y定儀因其取樣量少、重復(fù)性和再現(xiàn)性好、工作效率高、勞動強度低等優(yōu)點,在石油化工領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。然而由于殘?zhí)繙y定儀加熱溫度較高,一般需加熱至500℃,超出普通溫度計測量范圍,而且石油產(chǎn)品微量殘?zhí)繙y定儀的爐腔為封閉空間,溫度計無法深入爐腔進行測量,給該儀器的檢定或校準帶來困難。在石油產(chǎn)品微量殘?zhí)繙y定儀樣品盤中均勻放置的12 個樣品管,其自帶的溫度傳感探頭無法準確感知每個區(qū)域的試驗溫度,而且溫度傳感探頭拆卸安裝困難,因此使用標準物質(zhì)對該儀器進行檢定或校準能夠體現(xiàn)儀器的整機性能。此外,石油產(chǎn)品微量殘?zhí)繙y定儀試驗過程較長,需要使用電子天平、干燥器等配套設(shè)備和工具,使用標準物質(zhì)對儀器進行檢定或校準,也能更好地反應(yīng)方法和人員操作過程中的問題。油品殘?zhí)繕藴饰镔|(zhì)研制成功并上市幾年來,石油產(chǎn)品微量殘?zhí)繙y定儀的檢定或校準仍無相應(yīng)的規(guī)程規(guī)范,導(dǎo)致該儀器的性能無法評價,量值無法溯源,測量準確性無法保證。筆者采用殘?zhí)恐禐?.03%的油品殘?zhí)繕藴饰镔|(zhì)對石油產(chǎn)品微量殘?zhí)繙y定儀進行校準,并對示值誤差測定結(jié)果的不確定度進行了評定。

        1 校準條件

        1.1 環(huán)境要求

        環(huán)境溫度:10~35℃;相對濕度:不大于80%;供電電壓:(220±22) V;頻率:(50±1) Hz;周圍無強烈震動,無強電、磁場干擾。

        1.2 校準用設(shè)備與試劑

        石油產(chǎn)品微量殘?zhí)繙y定儀:T 17144–2 型,大連遠東興儀器有限公司;

        電子天平:I 級,感量為0.1 mg,瑞士梅特勒–托利多公司;

        油品殘?zhí)繕藴饰镔|(zhì):殘?zhí)恐禐?.03%,擴展不確定度為0.08%(k=2),編號為GBW(E) 110097,中國石化股份有限公司石油化工科學(xué)研究院;

        氮氣、干燥器等。

        2 校準項目

        2.1 示值誤差

        天平開機預(yù)熱,石油產(chǎn)品微量殘?zhí)繙y定儀開機預(yù)熱。在3 只樣品管中分別稱取油品殘?zhí)繕藴饰镔|(zhì)(殘?zhí)恐敌∮?%的油品殘?zhí)繕藴饰镔|(zhì)稱取1.5 g 左右,殘?zhí)恐禐?%~5%的油品殘?zhí)繕藴饰镔|(zhì)稱取0.5 g 左右,殘?zhí)恐荡笥?%的油品殘?zhí)繕藴饰镔|(zhì)稱取0.15 g 左右),記錄質(zhì)量。將其均勻地放置在樣品盤不同區(qū)域,在氮氣氣氛中,按規(guī)定的加熱程序升溫至500℃,使其在反應(yīng)過程中生成易揮發(fā)性物質(zhì),并由氮氣帶走,留下炭質(zhì)型殘渣,于干燥器中冷卻,稱量殘渣質(zhì)量,以該炭質(zhì)型殘渣占原樣品的質(zhì)量百分數(shù)作為微量殘?zhí)恐怠R? 次測定結(jié)果的平均值作為測定值,該值與標準值之差為儀器的殘?zhí)渴局嫡`差。

        式中:ΔX——示值誤差,%;

        ——標準物質(zhì)的標準殘?zhí)恐担?。

        2.2 重復(fù)性

        按照式(2)計算該儀器的重復(fù)性。

        式中:δr——重復(fù)性,%;

        Xmax——測量的最大殘?zhí)恐担?;

        Xmin——測量的最小殘?zhí)恐担?。

        3 校準實例

        按照上述方法對大連遠東興儀器有限公司生產(chǎn)的T 17144–2 型石油產(chǎn)品微量殘?zhí)繙y定儀進行校準。環(huán)境溫度為21.6℃,相對濕度為53%RH。

        將天平與石油產(chǎn)品微量殘?zhí)繙y定儀開機預(yù)熱。用3 只樣品管分別稱取0.5 g 左右油品殘?zhí)繕藴饰镔|(zhì),并記錄質(zhì)量。將其每相隔3 個孔放置于樣品支架上,合上爐蓋,以600 mL/min 的流量氮氣吹掃10 min;氮氣流量降為150 mL/min,將爐腔以10℃/min 升溫至500℃,保持15 min,停止加熱,再以600 mL/min 氮氣吹掃冷卻,待溫度降至250℃以下,取出樣品管,置于干燥器中冷卻,稱量殘渣質(zhì)量,計算殘?zhí)恐?,結(jié)果列于表1。

        表1 殘?zhí)繙y試結(jié)果 %

        4 不確定度評定

        4.1 不確定度傳播率

        被測量的估計值Δ與輸入量的估計值之間的數(shù)學(xué)模型為線性模型,并且全部輸入量彼此間獨立無關(guān),不確定度傳播率按下式計算:

        由于各分量獨立不相關(guān),則靈敏系數(shù):

        則合成標準不確定度按下式計算:

        4.2 不確定度的來源

        影響測定結(jié)果不確定度的因素包括標準物質(zhì)量值的不確定度、稱量引入的不確定度、測量環(huán)境條件引入的不確定度、人員操作引入的不確定度、被檢計量器具分辨率引入的不確定度等。

        測量過程中環(huán)境條件的變化、人員操作以及儀器分辨率引入的不確定度可以認為體現(xiàn)在測量的重復(fù)性中。

        4.2.1 測量重復(fù)性引起不確定度分量uX

        3 只樣品管中測得的不同數(shù)據(jù),用極差法計算示值重復(fù)性引入的不確定度分量。得到如下觀察值X:2.05%,2.07%和2.08%,則

        式中:Xmax——測量最大殘?zhí)恐担?;

        Xmin——測量最小殘?zhí)恐担?;

        d——級差系數(shù),d=1.69;

        n——測量次數(shù),n=3。

        4.2.2 標準物質(zhì)引入不確定度分量uXs

        校準用標準物質(zhì)的證書上可查到標準值的擴展不確定度和包含因子。以油品殘?zhí)繕藴饰镔|(zhì)GBW(E) 110097 為例,U=0.08%(k=2),則:

        4.2.3 樣品稱量引入的不確定度分量u3

        用分度為0.1 mg 的電子天平稱取0.5 g 左右的油品殘?zhí)繕藴饰镔|(zhì),稱量引入的不確定度來源有2個方面:一是稱量變動性,根據(jù)歷史記錄,在10 g 以內(nèi),變動性標準偏差為0.000 1 g;二是計量檢定部門給出的天平示值誤差引入的不確定度(按均勻分布,等于示值最大允許誤差絕對值除以),即0.5 mg/=0.000 29 g。將兩項合并,得天平稱量引入的不確定度為0.000 31 g。則樣品稱量引入的標準不確定度:

        4.2.4 殘渣稱量引入的不確定度分量u4

        稱量殘?zhí)抠|(zhì)量在0.01 g 左右,參照4.2.3 評定過程,得天平稱量引起的不確定度為0.000 31 g。則殘渣稱量引入的標準不確定度:

        4.3 合成標準不確定度

        以上各不確定度分量互相獨立,按4.1 所述,則示值誤差的合成標準不確定度:

        4.4 擴展不確定度

        取k=2,則U=0.15%。

        從上述各不確定度分量來看,稱量引入的不確定度分量最大,尤其是殘渣稱量時的不確定度分量,對合成標準不確定度的貢獻最大。因此選擇精度合適、檢定合格的電子天平非常重要。另外,重復(fù)性也是不確定度的重要來源,稱量、冷卻、轉(zhuǎn)移等各個環(huán)節(jié)均會影響測量結(jié)果,因此對操作人員的熟練程度和檢測水平均有較高要求。在測定時要保證樣品管清潔,樣品管的移取一定要用試管鉗夾取,避免污染。稱量時,電子天平提前預(yù)熱穩(wěn)定,稱量要迅速,避免空氣中水分的影響[15]。在石油產(chǎn)品微量殘?zhí)繙y定儀校準過程中,考慮到試驗時間較長,建議采用3 次測量的絕對誤差和極差法來評價儀器的示值誤差和重復(fù)性。殘?zhí)恐狄园俜趾勘硎?,相對誤差容易造成認識和計算上的偏差,3 次測量基本能夠準確反映儀器的性能,因此上述校準方法在實際檢定或校準工作中更為實用。

        5 結(jié)語

        根據(jù)石油產(chǎn)品微量殘?zhí)繙y定儀的工作原理,結(jié)合實際測試工作需求,建立了一種針對石油產(chǎn)品微量殘?zhí)繙y定儀的校準方法,實現(xiàn)了對石油產(chǎn)品微量殘?zhí)繙y定儀示值誤差、重復(fù)性的綜合評價,并對校準結(jié)果進行了不確定度評定。該方法可以準確評價該類儀器的計量特性,為此類儀器的校準提供參考。

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