淺談標定量熱儀的準確性

摘要：筆者通過大量一線工作實踐，針對量熱儀熱容量標定中易出現(xiàn)的問題進行了歸納，總結了一些標定時應當注意的方面以及操作細節(jié)，以使量熱儀的熱容量標定更準確，從而獲得準確的發(fā)熱量測值。煤炭發(fā)熱量測定試驗是通過量熱儀測定出來的，而量熱儀又有一個本機熱容量關系到測值的準確性，因此，試驗時不但要按國標要求控制試驗條件，按操作規(guī)程進行每一個步驟的操作，還要對儀器的準確性有一個規(guī)范的要求，這就需要我們通過標定儀器熱容量，用標準煤樣進行校驗，確定儀器準確度符合要求，方能投入使用。

關鍵詞：煤質化驗；標定；熱容量；準確性

一、前言

煤炭的試驗熱值分為彈筒發(fā)熱量，恒容（恒壓）高位發(fā)熱量以及恒容（恒壓）低位發(fā)熱量，彈筒發(fā)熱量是通過一定量的符合要求的煤樣，在量熱儀的氧彈內燃燒所產生的熱量，恒容（恒壓）高位發(fā)熱量以及恒容（恒壓）低位發(fā)熱量是通過本煤樣的彈筒發(fā)熱量及其它指標計算出來的，其中熱容量對測值的準確性起著重要的作用。筆者從多年的一線工作實踐中，總結了一些儀器標定時的注意事項和操作方法，與同行共同探討。

二、按時標定熱容量

煤炭的發(fā)熱量是煤炭貿易中一個常用的、基本的指標，它關系到煤炭企業(yè)的發(fā)展，關系到用煤單位的成本。因此，煤炭發(fā)熱量值的準確性非常重要。煤的發(fā)熱量的測定方法國標中規(guī)定熱容量標定的有效期為3個月，超過此期限應重新標定；但有如下情況發(fā)生時，應對儀器的熱容量立即重新標定：第一，更換量熱溫度計；第二，更換熱量計的大部件如氧彈蓋，連接環(huán)（由廠家供給或自制的相同規(guī)格的小部件如氧彈的密封圈、電極柱、螺母等不在此列）；第三，標定熱容量與測定發(fā)熱量時的內筒溫度相差超過5K；第四，熱時計經過較大的搬動之后。除了上述這些，如果熱量計量熱系統(tǒng)沒有顯著改變，重新標定的熱容量值與前一次的熱容量值相差不應大于0.25%，否則，應檢查試驗程序，解決問題后再重新進行標定。此外，缺乏確切的物理定義或偏離經典方法的高度自動化的熱量計應增加標定頻率，必要時，應當每天進行標定。

三、標定前的工作

（一）外筒水長時間使用會混入雜質，從而影響量熱系統(tǒng)的正常循環(huán)

一般可視試驗次數(shù)多少6個月到1年更換1次外筒水，但如果發(fā)現(xiàn)外筒水中有雜物時，就應當立即換水，以免影響水泵和閥門正常工作。標定熱容量如需更換大桶水，應先將內桶清理干凈，再按換水程序更換。換水后放置不少于24h，使其水溫與室溫達到平衡狀態(tài)。如無需更換大桶水，則需在試驗前向內桶適當加水，使溢水口有少量水流出，即保證大桶水量充足。

（二）調節(jié)室溫

標定前應當將室溫調節(jié)在15-30℃范圍內，并保持相對穩(wěn)定，每次測定室溫變化不應超過1℃；理論上，外筒水溫與環(huán)境溫度差值越大，其熱交換的量也越大，因此引起內筒的熱損失也越多。假設儀器的熱容量為10000J/K，則校正值每偏離0.01K，發(fā)熱量就會偏離約100J/G，再加上其它因素影響，發(fā)熱量測值會偏離更大。從經驗來看，每做一個發(fā)熱量，外筒溫度就會上升0.1-0.2K，如果連續(xù)做10次樣，外筒就要上升約1-2℃，這時外筒溫度與室溫之間的溫差就可能超過1.5℃的要求，因此，要綜合考慮室溫與儀器水溫的關系，根據(jù)情況調整至符合要求。

（三）其它準備工作

檢查儀器運轉狀態(tài)，保證儀器運轉正常，無故障，與各信號線的連線完好。

檢查攪拌器有無故障，攪拌速度是否均勻。攪拌器轉速保持在（400-600）為宜，并應保持恒定，攪拌器風葉應注意清潔，防止沉積上面的臟雜物再次進入內筒中。與此同時，清理氧彈，將擋火板、氧彈蓋等處的水垢等清理干凈，并用蒸餾水沖洗、晾干；點火電極應經常擦拭，以免表面結垢，造成點火失?。怀酥?，選擇苯甲酸，應選用經計量部門檢定合格并在保質期內的基準量熱物，并保證苯甲酸干燥且表面無污染。

四、標定中注意事項

由于所用量熱溫度計的特性和設計上的原因，某些熱量計的熱容量值在整個工作范圍不是一個常數(shù)，即熱容量值隨被測熱值的大小（溫升的大?。┒儭Ｒ虼耍谑褂眯滦蜔崃坑嬊?，需確定熱容量的有效工作范圍。其方法是：至少進行8次苯甲酸的熱容量標定試驗，繪制溫升與熱容量值的關系圖。如果從圖中觀察到熱容量值在整個范圍內沒有明顯的變化，該熱量計的熱容量可視為常數(shù)。如果從圖中觀察到熱容量值與溫升有明顯的相關性，用一元線性回歸法法求得熱容量和溫升的關系式，并計算線性回歸方程的剩余標準差，其相對標準差不應超過0.20%。如果精密度不能滿足要求，應查找原因，解決問題后再重新標定。在測定煤樣的發(fā)熱量時，應根據(jù)實際的溫升確定所用的熱容量值。

與此同時，標定熱容量時的試驗條件應同測定發(fā)熱量時一致；苯甲酸可直接購買片劑型的也可以用粉狀的在燃燒皿中熔融后使用；鋼瓶壓力應不小于4.0Mpa，并保證有足夠的充氧時間，不得少于15s；還要確保點火絲綁好后與接線柱接觸良好，點火絲緊貼苯甲酸表面放置；充氧完成后要檢測氧彈是否漏氣；氧彈放入內桶前要用專用毛巾擦干凈，防止桌面上的點火絲等雜物帶入內桶，造成內桶出水口阻塞；放入氧彈后，輕輕的蓋上內桶蓋子，進入試驗。除了上述這些，試驗結束打開氧彈蓋后，要仔細觀察氧彈內部，包括氧彈帽、坩堝支架以及坩堝內部等處，看有無黑炭粒、黑跡，或坩堝內有無灰色的物質，若有則應判定苯甲酸燃燒不完全，應將此次測定結果舍棄。重新按程序開始試驗。

五、其它注意事項

標定結束進行標定準確度驗證時，若用標準煤樣試驗時，其測定結果應注意換算成干基高位發(fā)熱量，水分要同時測定，如不能同時測定則應在盡可能短的時間（不超過5天）內測定。若用標準苯甲酸標定儀器的熱容量時，在計算氧彈內的總釋放熱量時應加上硝酸形成熱，而在用苯甲酸來反標定儀器的準確度時，應扣除硝酸形成熱。

六、結論及建議

綜上所述，要想準確標定儀器的熱容量，使煤樣測定結果真實可靠，需要嚴格按照上述步驟操作，注意操作細節(jié)，避免人為因素的影響。這就要求操作者具有高度的責任心，在實際操作中能夠靈活機動的發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，不斷學習，積累經驗，提高儀器熱容量標定的準確度。

（作者單位：河南能源義煤公司耿村煤礦）