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        淺談如何提高熱容量標(biāo)定的準(zhǔn)確度

        2020-10-21 05:06:30陳清云方新慧
        科學(xué)與財富 2020年10期
        關(guān)鍵詞:氧彈熱容量外筒

        陳清云 方新慧

        摘 要:針對日常熱量計熱容量標(biāo)定中易出現(xiàn)的問題,提出解決辦法,為提高熱量計熱容量標(biāo)定準(zhǔn)確度提供參考。

        關(guān)鍵詞:熱容量 ;準(zhǔn)確度

        0 ?前言

        熱量計的熱容量是指該儀器的量熱系統(tǒng)溫度每升高1℃所需要吸收的熱量。不同的熱量計有不同的熱容量,即使是同一臺熱量計的熱容量也會隨著環(huán)境溫度及其它試驗(yàn)條件的變化而變化,因此不能在所有情況下都長期使用同一個熱容量值,需經(jīng)常標(biāo)定儀器熱容量值。

        判斷發(fā)熱量測值準(zhǔn)確與否與熱容量標(biāo)定值的準(zhǔn)確度有直接影響,因此,對于準(zhǔn)確地測定煤的發(fā)熱量,熱容量的標(biāo)定顯得至關(guān)重要。

        1.熱量計熱容量標(biāo)定前、標(biāo)定中、標(biāo)定后的注意事項(xiàng)

        1.1熱量計熱容量標(biāo)定前準(zhǔn)備工作

        1.1.1內(nèi)、外筒水量控制

        量熱儀的原理就是通過測量水的溫升來確定發(fā)熱量,在熱容量標(biāo)定之前向外筒添加少量水,使溢水口有少量溢出為宜。內(nèi)筒水量則保持注水面剛剛淹沒氧彈頭的水平面位置,每次注水量應(yīng)一致,因?yàn)閮?nèi)筒水量多少決定了熱容量大小。

        另外,一年須定期更換一次外筒水,避免外筒水中的雜物堵塞管道。更換時,應(yīng)先將內(nèi)筒清理干凈,然后按操作程序更換。換水后保證自然放置不少于24h,使其水溫與室溫達(dá)到平衡狀態(tài)。

        1.1.2室溫調(diào)整

        熱容量的測定由一組獨(dú)立的試驗(yàn)組成,因此要求:每次試驗(yàn)過程中室溫變化應(yīng)盡量不超過1℃,通常室溫以不超出(15-30)℃為宜。

        1.1.3苯甲酸的準(zhǔn)備

        熱容量的標(biāo)定一般采用法定計量和傳遞熱值的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)苯甲酸,苯甲酸為碳、氫、氧 3 種元素組成的有機(jī)化合物,分子式為C6H5COOH,易吸水。此外,注意苯甲酸的純度,避免玷污。從商家購買的已壓制成片的苯甲酸,也應(yīng)放入干燥器中,每次試驗(yàn)前仍需在70度環(huán)境下干燥3小時以上。

        1.1.4標(biāo)定前的器具檢查

        1.1.4.1量熱溫度計

        發(fā)熱量實(shí)際上是通過測定內(nèi)筒水溫溫升算出來的,所以測準(zhǔn)水溫特別重要。目前所使用的溫度計精度可達(dá)0.001K。溫度計應(yīng)至少每兩年校驗(yàn)一次。

        1.1.4.2攪拌器

        攪拌器有螺旋漿式或其他形式,轉(zhuǎn)速400-600r/min為宜,并保持穩(wěn)定,攪拌效率應(yīng)能使熱容量標(biāo)定中由點(diǎn)火到終點(diǎn)的時間不超過10min,同時又要避免產(chǎn)生過多的攪拌熱。

        1.1.4.3氧彈

        在正式試驗(yàn)前,應(yīng)將空氧彈充足氧氣,將氧彈放入裝滿水的大容器中,水面以過氧彈為宜,觀察氧彈上有無氣泡冒出,確保氧彈的密封性能良好,以保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

        新氧彈和新?lián)Q部件的氧彈應(yīng)經(jīng)20.0MPa的水壓試驗(yàn),證明無問題后方能使用。每次水壓試驗(yàn)后氧彈的使用時間不能超過2年。

        1.1.4.4充氧儀

        充氧儀必須放在平穩(wěn)的工作臺面上,嚴(yán)禁與各種油脂接觸,充氧儀周圍嚴(yán)禁有明火存在。

        1.1.4.5接線柱

        試驗(yàn)之前須用砂布擦去接線柱的氧化層,保證點(diǎn)火絲與氧彈接觸良好,避免點(diǎn)火失敗。

        1.1.5氧氣瓶內(nèi)壓力

        當(dāng)鋼瓶中壓力降到5.0MPa以下時,充氧時間應(yīng)酌量延長,不得少于15秒。壓力降到4.0MPa以下時應(yīng)更換氧氣。

        1.1.6選擇坩堝

        標(biāo)定熱容量還是測定發(fā)熱量所用的坩堝,質(zhì)量大小應(yīng)基本相同,坩堝不宜過厚,且內(nèi)部要有一定弧度,防止死角存在,保證試樣燃燒完全且本身又不受腐蝕和產(chǎn)生熱效應(yīng)為原則。

        1.2熱量計熱容量標(biāo)定中的注意事項(xiàng)

        1.2.1室溫控制

        按照國家標(biāo)準(zhǔn)的要求,為了能容易地觀察終點(diǎn)同時又盡量減少蒸發(fā)熱的影響,終點(diǎn)時內(nèi)筒溫度應(yīng)高出外筒1℃左右;我國標(biāo)準(zhǔn)采用簡化式推算法求v0、vn,為了達(dá)到國際標(biāo)準(zhǔn)的準(zhǔn)確度,要求外筒溫度與室溫之差應(yīng)控制在1.5℃之內(nèi)。

        1.2.2試驗(yàn)室條件控制

        試驗(yàn)室應(yīng)為單獨(dú)房間,不得在同一房間內(nèi)進(jìn)行其它試驗(yàn)項(xiàng)目;試驗(yàn)室內(nèi)不應(yīng)有強(qiáng)烈的熱源和風(fēng)扇等,試驗(yàn)過程中應(yīng)避免開啟門窗;熱量計應(yīng)避免陽光直射,試驗(yàn)室安裝遮光窗簾。

        1.3熱量計熱容量標(biāo)定后檢查與結(jié)果整理

        1.3.1檢查燃燒是否完全

        在熱容量標(biāo)定試驗(yàn)中,有時會出現(xiàn)苯甲酸燃燒不完全而導(dǎo)致試驗(yàn)失敗的現(xiàn)象,即試驗(yàn)結(jié)束后打開氧彈蓋,若在氧彈帽、坩堝支架以及坩堝內(nèi)發(fā)現(xiàn)黑碳?;蚝谯E,或坩堝內(nèi)有一層灰色物質(zhì),應(yīng)判定試驗(yàn)失敗,重新試驗(yàn)。

        1.3.2標(biāo)定后的結(jié)果計算

        1.3.2.1熱容量標(biāo)定精密度

        熱量計標(biāo)定精密度要求是5次或5次以上苯甲酸測試試驗(yàn)結(jié)果的相對標(biāo)準(zhǔn)差不大于0.20%。

        1.3.2.2熱容量標(biāo)定準(zhǔn)確度

        準(zhǔn)確度要求:標(biāo)準(zhǔn)煤樣測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)值之差都在不確定度范圍內(nèi);或?qū)⒈郊姿嶙鳛闃悠愤M(jìn)行5次或5次以上的測試,其平均值與標(biāo)準(zhǔn)熱值相差不超過50J/g。

        1.3.2.3熱容量標(biāo)定期限

        熱容量標(biāo)定的有效期為3個月。發(fā)生以下情況時,需重新標(biāo)定:1.更換量熱溫度計或測溫探頭;2.當(dāng)測定發(fā)熱量與測定熱容量室溫相差超過5度;3.用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢查量熱儀的準(zhǔn)確度時,測值與標(biāo)準(zhǔn)值不一致;4.更換量熱系統(tǒng)的較大部件;5.熱量儀經(jīng)過較大搬動。

        1.3.2.2.1用標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)檢查熱容量準(zhǔn)確度

        用煤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)來檢查熱量計的測定準(zhǔn)確度時,應(yīng)注意同時測定水分,并用水分測定值進(jìn)行干基高位發(fā)熱量的計算。另外,還要注意標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)證書中給出的全硫值為干基硫St,d,用它來計算高位發(fā)熱量時,先將其換算為分析基全硫St,ad再參與計算,或者先將分析基彈筒發(fā)熱量換算為干基彈筒發(fā)熱量后再進(jìn)行計算。

        1.3.2.2.2用標(biāo)準(zhǔn)苯甲酸檢查熱容量準(zhǔn)確度

        因苯甲酸燃燒熱只與碳和氫元素的燃燒熱有關(guān)與氮元素的反應(yīng)熱無關(guān)。在用標(biāo)準(zhǔn)苯甲酸來標(biāo)定熱容量時,在計算氧彈內(nèi)的總釋熱量時應(yīng)加上硝酸生成熱;而在苯甲酸來反標(biāo)儀器的準(zhǔn)確度時,應(yīng)扣除硝酸生成熱。

        1.3.2.3熱容量的漂移

        如果熱量計量熱系統(tǒng)沒有顯著改變,重新標(biāo)定的熱容量值與前一次的熱容量值相差不應(yīng)大于0.25%,否則應(yīng)檢查試驗(yàn)程序,解決問題后再重新進(jìn)行標(biāo)定。

        2.新型熱量計熱容量有效工作范圍確定

        在使用新型熱量計前,需確定其熱容量的有效工作范圍。方法是:至少用苯甲酸進(jìn)行8次熱容量標(biāo)定試驗(yàn),苯甲酸片的質(zhì)量一般為(0.7-1.3)g,或者根據(jù)被測樣品可能涉及的熱值(溫升)范圍確定苯甲酸片的質(zhì)量。在兩個端點(diǎn)處,至少分別做兩次重復(fù)測定。然后以溫升Δt(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)變化,該熱量計的熱容量可視為常數(shù)。如果從圖中觀察到的熱容量值與溫升有明顯的相關(guān)性,除繪制E和Δt的相關(guān)圖外,還可用一元線性回歸的方法求得E和Δt的關(guān)系式:E=a+bΔt,并計算方程的標(biāo)準(zhǔn)方差S2。在測定試樣的發(fā)熱量時,根據(jù)實(shí)際的溫升Δt確定所用的熱容量值(查圖或公式計算)。

        3.結(jié)語

        綜上所述,為了減少熱容量標(biāo)定不準(zhǔn)確帶來的系統(tǒng)誤差,熱容量標(biāo)定前、標(biāo)定后的工作都需認(rèn)真對待。因此,操作者須嚴(yán)格遵守操作規(guī)程,提高熱容量標(biāo)定的準(zhǔn)確度。

        參考文獻(xiàn):

        [1]李英華. 煤質(zhì)分析應(yīng)用技術(shù)指南(第2版).中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2009.

        [2]國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 213-2008 , 煤的發(fā)熱量測定方法[S]

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