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        量熱儀的熱容量分析

        2020-09-10 07:22:44劉凝
        科技尚品 2020年9期
        關(guān)鍵詞:熱容量分析

        劉凝

        摘 要:煤的發(fā)熱量是衡量煤炭質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,是動(dòng)力用煤計(jì)價(jià)的主要依據(jù)。燃煤工藝過(guò)程的熱平衡、耗煤量、熱效率等的計(jì)算,都要以煤的發(fā)熱量為基礎(chǔ)。發(fā)熱量測(cè)定準(zhǔn)確性的關(guān)鍵在于,標(biāo)定熱容量所能達(dá)到的準(zhǔn)確度,以及熱容量標(biāo)定條件與發(fā)熱量測(cè)定條件的相似性。在實(shí)踐操作中,應(yīng)盡量減少由于熱容量值不準(zhǔn)確而造成的系統(tǒng)誤差。因此,做好熱容量的標(biāo)定工作,是保證獲得準(zhǔn)確發(fā)熱量測(cè)定結(jié)果的基礎(chǔ)。

        關(guān)鍵詞:量熱儀;熱容量;分析

        中圖分類號(hào):TK39 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1674-1064(2020)09-0012-02

        量熱儀的熱容量是指,該儀器的量熱系統(tǒng)穩(wěn)定每升高1℃所需要吸收的熱量,以J/K(或J/℃)表示。量熱儀的熱容量是計(jì)算燃料發(fā)熱量的基本參數(shù)。正確標(biāo)定熱容量,是保證發(fā)熱量測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確可靠的必要前提。確定量熱儀熱容量的有效工作范圍,就是確定測(cè)熱過(guò)程中量熱系統(tǒng)溫升與熱容量的關(guān)系。如果溫升與熱容量值沒(méi)有明顯變化,該量熱儀的熱容量可視為常數(shù),在室溫變化不超過(guò)5℃的情況下是一固定值;反之,該量熱儀的熱容量不能視為常數(shù),在實(shí)際測(cè)熱過(guò)程中必須根據(jù)溫升對(duì)熱容量進(jìn)行修正,以保證發(fā)熱量測(cè)定的準(zhǔn)確性。國(guó)際規(guī)定在使用新型量熱儀前,需確定其熱容量的有效工作范圍。但使用者往往忽視此問(wèn)題。若量熱儀的熱容量與溫升有關(guān)系,而不確定量熱儀熱容量的有效工作范圍,就會(huì)造成測(cè)低熱值的煤樣發(fā)熱量偏低,測(cè)高發(fā)熱量的煤熱值偏高。因此,確定新量熱儀有效工作范圍是非常重要的。

        國(guó)標(biāo)中規(guī)定,如果觀察到的熱容量值與溫升有明顯的相關(guān)性,用一元線性回歸的方法求得和的關(guān)系式,并計(jì)算線性回歸方程的估計(jì)方差和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差,其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差不應(yīng)超過(guò)0.20%。如果精密度滿足要求,在測(cè)定試樣的發(fā)熱量時(shí),就可根據(jù)實(shí)際的溫升,用公式確定所用的熱容量值(查圖或用公式計(jì)算)。因此,在測(cè)定試樣的發(fā)熱量時(shí),該熱量計(jì)就可根據(jù)實(shí)際的溫升,用公式確定所用的熱容量值。

        熱容量標(biāo)定一般應(yīng)進(jìn)行5次重復(fù)試驗(yàn)。計(jì)算5次重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果的平均值和相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差,其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差不應(yīng)超過(guò)0.20%;若超過(guò)0.20%,再補(bǔ)做一次試驗(yàn),取符合要求的5次結(jié)果的平均值,修約至1J/K作為該儀器的熱容量。在熱容量有效工作范圍內(nèi),熱容量值與溫升有明顯的相關(guān)性時(shí),所測(cè)定的熱容量值依然滿足“5次重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差不應(yīng)超過(guò)0.20%”的要求,顯然可取符合要求的5次結(jié)果的均值為熱量計(jì)的熱容量值。

        熱量計(jì)熱容量的有效工作范圍是指,其熱容量值適用的溫度變化(升溫)的范圍。有些熱量計(jì),為提高測(cè)定速度和自動(dòng)化程度,采用了一些非經(jīng)典原理的設(shè)計(jì),使得量熱系統(tǒng)的熱容量在不同的溫升范圍內(nèi)不同。此時(shí),就不能在所有的情況下都使用同樣的熱容量值。如某些熱量計(jì)在測(cè)定高熱值樣品時(shí)產(chǎn)生的溫升大,其熱容量值可能小;測(cè)定低熱值樣品時(shí)產(chǎn)生的溫升小,其熱容量值可能大;或情況相反。也即,該種熱量計(jì)的熱容量與量熱系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生的溫升有關(guān),而不是像用經(jīng)典原理設(shè)計(jì)制造的熱量計(jì)那樣,無(wú)論溫升的大小,熱容量值都是一致的。因此,在使用新購(gòu)置的新型熱量計(jì)時(shí),應(yīng)進(jìn)行一系列的試驗(yàn)來(lái)確定熱量計(jì)的熱容量。如果得出的熱容量值基本一致(不超過(guò)規(guī)定的允許差),可以認(rèn)為該儀器在所有的測(cè)量范圍內(nèi)熱容量值是一致的。若測(cè)得的熱容量值在不同的溫升下不同,并與溫升有較明顯的相關(guān)性,則認(rèn)為該儀器的熱容量的有效工作范圍不同,在不同的工作范圍下應(yīng)采用不同的熱容量值[1]。

        關(guān)于熱量計(jì)熱容量可視為常數(shù)的判定。根據(jù)國(guó)標(biāo)規(guī)定以溫升(tn-t0)為橫坐標(biāo),以熱容量E為縱坐標(biāo),繪制溫升與熱容量值的關(guān)系圖。如果從圖中觀察到的熱容量值在整個(gè)范圍內(nèi)沒(méi)有明顯的系統(tǒng)性變化,該熱量計(jì)的熱容量可視為常數(shù)。可見(jiàn)熱容量值與溫升是否呈系統(tǒng)性變化、熱容量值與溫升有無(wú)明顯的相關(guān)性,是熱量計(jì)的熱容量可視為常數(shù)的判斷依據(jù)。確定熱容量的有效工作范圍時(shí),由于熱容量與溫升線性相關(guān)顯著,雖然其中的5個(gè)熱容量測(cè)定數(shù)據(jù)都能滿足相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差不超過(guò)0.20%的要求,其均值可作為熱容量值,但視其熱容量為常數(shù)是不妥的。

        試驗(yàn)內(nèi)容如下,熱量計(jì)有效熱容量標(biāo)定試驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。#1量熱儀一元線性回歸法求熱容量與溫升的關(guān)系:

        =2.5824

        =214177.4753-(20.3136)×84334.37

        =214177.4753-214141.8323

        =35.643

        =1863.5868

        相關(guān)系數(shù) ;

        查相關(guān)系數(shù)臨界值r0.05,6=0.707;

        r<r0.05,6 ,因此熱容量E與溫升?t無(wú)線性相關(guān)。

        結(jié)論及建議:

        確定熱量計(jì)熱容量的有效工作范圍時(shí),其中的5個(gè)熱容量測(cè)定數(shù)據(jù)都能滿足相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差不超過(guò)0.20%的要求,其均值可作為熱容量值。

        熱容量值與溫升是否呈系統(tǒng)性變化、熱容量值與溫升有無(wú)明顯的相關(guān)性,是熱量計(jì)的熱容量可視為常數(shù)的判斷依據(jù)。

        一經(jīng)判定熱容量值與溫升有明顯的相關(guān)性,即呈系統(tǒng)性變化且相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差小于0.20%熱量計(jì)測(cè)定發(fā)熱量時(shí),就應(yīng)根據(jù)實(shí)際的溫升用公式=a+b確定所用的熱容量值,確保儀器分析的精密度和準(zhǔn)確度。

        精確度計(jì)量的精確度是指在相同條件下,對(duì)被測(cè)量者進(jìn)行多次反復(fù)測(cè)量,測(cè)得值之間的一致程度。從測(cè)量誤差的角度來(lái)說(shuō),精確度所反映的是測(cè)得值的隨機(jī)誤差,精確度通常又稱為精密度。準(zhǔn)確度計(jì)量的準(zhǔn)確度是指,被測(cè)量的測(cè)得值之間的一致程度以及與其真值的接近程度。從測(cè)量誤差的角度來(lái)說(shuō),準(zhǔn)確度是測(cè)得值的隨機(jī)誤差和系統(tǒng)誤差的綜合反映。測(cè)量結(jié)果的好壞應(yīng)從精確度和準(zhǔn)確度兩個(gè)方面衡量,精確度是保證準(zhǔn)確度的先決條件。精確度差,所測(cè)結(jié)果不可靠,就失去了衡量準(zhǔn)確度的前提。精確度好,不一定準(zhǔn)確度高。只有在消除了系統(tǒng)誤差的前提下,精確度好,準(zhǔn)確度才會(huì)高。準(zhǔn)確度和精確度雖然是兩個(gè)不同的概念,但兩者之間存在著一定的關(guān)系[2]。應(yīng)當(dāng)指出的是,測(cè)定的精確度越高,測(cè)定結(jié)果也越接近于真實(shí)值。但不能絕對(duì)地認(rèn)為精確度高,準(zhǔn)確度也高,因?yàn)橄到y(tǒng)誤差的存在并不影響測(cè)定的精確度。

        熱容量的標(biāo)定,一般應(yīng)用已知熱值的基準(zhǔn)物(通常用苯甲酸)進(jìn)行5次重復(fù)試驗(yàn),計(jì)算5次重復(fù)試驗(yàn)結(jié)果的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差,其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差不應(yīng)超過(guò)0.20%。若其超過(guò)0.20%,再補(bǔ)做一次或兩次試驗(yàn),取符合要求的5次結(jié)果的平均值(修約至1J/K)作為該儀器的熱容量;若仍超差,應(yīng)對(duì)試驗(yàn)條件和操作技術(shù)進(jìn)行仔細(xì)檢查,糾正存在問(wèn)題后再重新進(jìn)行標(biāo)定,舍去已有的全部結(jié)果。熱容量的評(píng)定反映了量熱儀的測(cè)試精密度,也反映了其總體性能,很大程度上減少了量熱儀存在的系統(tǒng)誤差,從而減少了對(duì)煤發(fā)熱量測(cè)定結(jié)果準(zhǔn)確性的影響。因此,對(duì)量熱儀進(jìn)行標(biāo)定很有必要。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 江秀梅.量熱儀熱容量變化率超標(biāo)分析及控制措施[J].華北電力技術(shù),2014(10):48-50,54.

        [2] 隋艷.量熱儀性能驗(yàn)收方法簡(jiǎn)析[J].煤質(zhì)技術(shù),2015(03):36-39.

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