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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,是動力用煤計價的主要依據(jù)。燃煤工藝過程的熱平衡、耗煤量、熱效率等的計算,都要以煤的發(fā)熱量為基礎(chǔ)。發(fā)熱量測定準確性的關(guān)鍵在于,標(biāo)定熱容量所能達到的準確度,以及熱容量標(biāo)定條件與發(fā)熱量測定條件的相似性。在實踐操作中,應(yīng)盡量減少由于熱容量值不準確而造成的系統(tǒng)誤差。因此,做好熱容量的標(biāo)定工作,是保證獲得準確發(fā)熱量測定結(jié)果的基礎(chǔ)。

        關(guān)鍵詞:量熱儀;熱容量;分析

        中圖分類號:TK39 文獻標(biāo)識碼:A 文章編號: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)熱量測定結(jié)果準確可靠的必要前提。確定量熱儀熱容量的有效工作范圍,就是確定測熱過程中量熱系統(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),在實際測熱過程中必須根據(jù)溫升對熱容量進行修正,以保證發(fā)熱量測定的準確性。國際規(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,就會造成測低熱值的煤樣發(fā)熱量偏低,測高發(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,并計算線性回歸方程的估計方差和相對標(biāo)準差,其相對標(biāo)準差不應(yīng)超過0.20%。如果精密度滿足要求,在測定試樣的發(fā)熱量時,就可根據(jù)實際的溫升,用公式確定所用的熱容量值(查圖或用公式計算)。因此,在測定試樣的發(fā)熱量時,該熱量計就可根據(jù)實際的溫升,用公式確定所用的熱容量值。

        熱容量標(biāo)定一般應(yīng)進行5次重復(fù)試驗。計算5次重復(fù)試驗結(jié)果的平均值和相對標(biāo)準差,其相對標(biāo)準差不應(yīng)超過0.20%;若超過0.20%,再補做一次試驗,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,所測定的熱容量值依然滿足“5次重復(fù)試驗結(jié)果的相對標(biāo)準差不應(yīng)超過0.20%”的要求,顯然可取符合要求的5次結(jié)果的均值為熱量計的熱容量值。

        熱量計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,為提高測定速度和自動化程度,采用了一些非經(jīng)典原理的設(shè)計,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,就不能在所有的情況下都使用同樣的熱容量值。如某些熱量計在測定高熱值樣品時產(chǎn)生的溫升大,其熱容量值可能小;測定低熱值樣品時產(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)計制造的熱量計那樣,無論溫升的大小,熱容量值都是一致的。因此,在使用新購置的新型熱量計時,應(yīng)進行一系列的試驗來確定熱量計的熱容量。如果得出的熱容量值基本一致(不超過規(guī)定的允許差),可以認為該儀器在所有的測量范圍內(nèi)熱容量值是一致的。若測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)于熱量計熱容量可視為常數(shù)的判定。根據(jù)國標(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范圍內(nèi)沒有明顯的系統(tǒng)性變化,該熱量計的熱容量可視為常數(shù)??梢姛崛萘恐蹬c溫升是否呈系統(tǒng)性變化、熱容量值與溫升有無明顯的相關(guān)性,是熱量計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,由于熱容量與溫升線性相關(guān)顯著,雖然其中的5個熱容量測定數(shù)據(jù)都能滿足相對標(biāo)準差不超過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。

        試驗內(nèi)容如下,熱量計有效熱容量標(biāo)定試驗數(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無線性相關(guān)。

        結(jié)論及建議:

        確定熱量計熱容量的有效工作范圍時,其中的5個熱容量測定數(shù)據(jù)都能滿足相對標(biāo)準差不超過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明顯的相關(guān)性,是熱量計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)性變化且相對標(biāo)準差小于0.20%熱量計測定發(fā)熱量時,就應(yīng)根據(jù)實際的溫升用公式=a+b確定所用的熱容量值,確保儀器分析的精密度和準確度。

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

        熱容量的標(biāo)定,一般應(yīng)用已知熱值的基準物(通常用苯甲酸)進行5次重復(fù)試驗,計算5次重復(fù)試驗結(jié)果的平均值和標(biāo)準差,其相對標(biāo)準差不應(yīng)超過0.20%。若其超過0.20%,再補做一次或兩次試驗,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)對試驗條件和操作技術(shù)進行仔細檢查,糾正存在問題后再重新進行標(biāo)定,舍去已有的全部結(jié)果。熱容量的評定反映了量熱儀的測試精密度,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,從而減少了對煤發(fā)熱量測定結(jié)果準確性的影響。因此,對量熱儀進行標(biāo)定很有必要。

        參考文獻

        [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.量熱儀性能驗收方法簡析[J].煤質(zhì)技術(shù),2015(03):36-39.

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