焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度測定儀測量結(jié)果不確定度評定

文萌 王海濤

【摘要】 本文對焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度測定儀在校準(zhǔn)過程中的各個(gè)影響量進(jìn)行分析，評定了溫度均勻度的不確定度，為該設(shè)備校準(zhǔn)結(jié)果的評價(jià)提供了依據(jù)。

【關(guān)鍵詞】 焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度測定儀;溫度均勻度;不確定度

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.02.027

The Evaluation of Uncertainty of Measurement Results in Coke Reactivity and Strength after Reaction Reator

WEN Meng，WANG Hai-tao

（Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）

Abstract： The influence of Coke Reactivity and Strength after Reaction Reator in the calibration process is analyzed，and the uncertainty of the error measurement results is evaluated，which provides the basis for the evaluation of the calibration results of this kind of instrument.

Key words： tyre uniformity testing machines;uncertainty

焦炭是高爐最重要的燃料，是其重要的還原劑及物理支撐骨架。為了評估焦炭熔損破壞及高溫破壞的性能，采用焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度測定儀來測定其反應(yīng)性（CRI）及反應(yīng)后強(qiáng)度（CSR）是冶金行業(yè)的普遍方法。圖1為一典型焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度測定儀的示意圖。

1 概述

1.1 測量技術(shù)依據(jù)

JJF（遼） 403-2019《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度測定儀溫度參數(shù)校準(zhǔn)規(guī)范》

1.2 環(huán)境條件

環(huán)境溫度：15～40 ℃;相對濕度：30%～80%;

電源電壓：（380±38） V;頻率：（50±0.5） Hz;

1.3 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)器

1.4 測量對象

焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度測定儀。

1.5 測量方法

將熱電偶從反應(yīng)器的上開口處沿縱向插入反應(yīng)器，并確認(rèn)熱電偶末端在反應(yīng)器內(nèi)恒溫區(qū)中心處。不同類型的反應(yīng)器裝料區(qū)域不同，部分反應(yīng)器還有孔板，應(yīng)首先根據(jù)說明書確認(rèn)有效恒溫區(qū)，然后將標(biāo)準(zhǔn)電偶插入有效恒溫區(qū)中心。后按照J(rèn)JF（遼） 403-2019《焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度測定儀溫度參數(shù)校準(zhǔn)規(guī)范》中的校準(zhǔn)方法進(jìn)行測量。

2 數(shù)學(xué)模型

[Δθ+=tpmax-tp] （1）

[Δθ-=tpmin-tp] （2）

式中：[Δθ+]、[Δθ-]——溫度均勻度，℃;

[tpmax]——公式（1）所得各點(diǎn)實(shí)際溫度的最大值，℃;

[tpmin]——公式（1）所得的各點(diǎn)實(shí)際溫度的最小值，℃;

[tp]——公式（1）所得的中心點(diǎn)的實(shí)際溫度，℃。

合成方差與靈敏系數(shù)

[u2c=[c1u（tpmax）]2+[c2u（tp）]2] （3）

[u2c=[c1u（tpmin）]2+[c2u（tp）]2] （4）

在（1）、（2）式中[tpmax]、[tp]、[tpmin]互為獨(dú)立，因而得：

其中：[c1=Δθ+tpmax=Δθ-tpmin=1]，[c2=Δθ+tp=Δθ-tp=-1]

[u2c=u2（tpmax）+u2（tp）] （5）

[u2c=u2（tpmin）+u2（tp）] （6）

3 計(jì)算各點(diǎn)測得的最高溫度與中心點(diǎn)溫度之差的不確定度

3.1 輸入量[tpmax]引入的不確定度[u]（[tpmax]）

3.1.1 輸入量[tpmax]重復(fù)測量引入的不確定度[u]（[tpmax1]）

反應(yīng)器恒溫至1100 ℃時(shí)，讀取平均值為最高的測溫點(diǎn)的溫度值，共讀取10次，分別為[tpm1]，[tpm2]，…，[tpm20]，其平均值為[t_pm]。測量值和計(jì)算結(jié)果詳見表2，屬于A類不確定度分量，服從正態(tài)分布。

平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

[u（tpmax1）=S（t_pm）/10=0.04] ℃

3.1.2 溫度校準(zhǔn)裝置修正值引入的不確定度[u（tx1）]

由證書中可得，溫度校準(zhǔn)裝置修正值的擴(kuò)展不確定度為0.84 ℃（[k=]2），其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

[u（tx1）=0.42] ℃

輸入量[tpmax]的合成不確定度[u（tpmax）]為：

[u（tpmax1）=u2（tpmax1）+u2（tx1）=0.42] ℃

3.2 輸入量[tp]引入的不確定度[u（tp）]

3.2.1 輸入量[tp]的重復(fù)測量引入的不確定度[u（tpk）]

反應(yīng)器恒溫至1100 ℃時(shí)，讀取中心點(diǎn)的溫度值，共讀取計(jì)10次，分別為[tpk1]，[tpk2]，…，[tpk10]，其平均值為[t_pk]測量值和計(jì)算結(jié)果見表3，屬于A類不確定度，服從正態(tài)分布。

平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

[u（tpk）=S（t_pk）/10=0.08] ℃

3.2.2 溫度校準(zhǔn)裝置修正值引入的不確定度[u（tpd）]

由證書中可得，溫度校準(zhǔn)裝置修正值的擴(kuò)展不確定度0.84 ℃（[k=]2），標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

[u（tpd）=0.42] ℃

輸入量[tp]的合成不確定度[u（tp）]為：

[u（tp）=u2（tpk）+u2（tpd）=0.43] ℃

3.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

[uc=u2（tpmax）+u2（tp）=0.422+0.432]≈0.60 ℃

3.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表

反應(yīng)器校準(zhǔn)溫度1100 ℃，最高實(shí)際溫度與中心點(diǎn)實(shí)際溫度之差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總見表4。

3.5 溫度均勻度（[Δθ+]）測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度

[U=k×uc=2×0.60=1.2] ℃;[k]=2

4 計(jì)算各點(diǎn)測得的最低溫度與中心點(diǎn)溫度之差的不確定度

4.1 輸入量[tpmin]引入的不確定度[u（tpmin）]

4.1.1 輸入量[tpmin]重復(fù)測量引入的不確定度[u（tpmin1）]

反應(yīng)器恒溫至1100 ℃時(shí)，讀取平均值為最低的測溫點(diǎn)的溫度值，共計(jì)讀取10次，分別為[t'pm1]，[t'pm2]，…，[t'pm10]，其平均值為[t'_pm]。測量值及計(jì)算結(jié)果見表5，屬于A類不確定度，服從正態(tài)分布。

平均值的標(biāo)準(zhǔn)不確定度：

[u（tpmin1）=S（t-'pm）/10=0.11] ℃

4.1.2 溫度校準(zhǔn)裝置修正值引入的不確定度[u（tx2）]

由證書中可得，溫度校準(zhǔn)裝置修正值的擴(kuò)展不確定度為0.84 ℃（[k=]2），標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

[u（tx2）=0.42] ℃

輸入量[tpmin]的合成不確定度[u（tpmin）]為：

[u（tpmin）=u2（tpmin1）+u2（tx2）=0.44] ℃

4.2 輸入量[tp]引入的不確定度[u（tp）]

輸入量[tp]引入的不確定度[u（tp）]與C.4.2的相同為：

[u（tp）=0.43] ℃

4.3 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

[uc=u2（tpmin）+u2（tp）=0.442+0.432]≈0.62 ℃

4.4 標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總表

反應(yīng)器校準(zhǔn)溫度1100 ℃，最低實(shí)際溫度與中心點(diǎn)實(shí)際溫度之差的標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量匯總見表6。

4.5 溫度均勻度（[Δθ-]）測量結(jié)果的擴(kuò)展不確定度

[U=k×uc=2×0.62=1.3] ℃;[k]=2

5 結(jié)語

本文對焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度測定儀的溫度均勻度在測量過程中的不確定度進(jìn)行了評定，通過建立數(shù)學(xué)模型，分析了各影響量對測量結(jié)果的影響，分別得到了最大、最小溫度均勻度的合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度和擴(kuò)展不確定度。

【參考文獻(xiàn)】

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[2] 焦炭反應(yīng)性及反應(yīng)后強(qiáng)度測定儀溫度參數(shù)校準(zhǔn)規(guī)范：JJF（遼） 403-2019[S].

[3] 倪育才.實(shí)用測量不確定度評定（第5版）[M].北京：中國質(zhì)檢出版社，2016.

[4] 耿維明.測量誤差與不確定度評定[M].北京：中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2011.

【作者簡介】

文萌（1988-），男，工程師，碩士，研究方向?yàn)闇囟葘I(yè)相關(guān)檢定、校準(zhǔn)、檢測等。

王海濤（1985-），男，高級工程師，碩士，研究方向?yàn)闇囟葘I(yè)相關(guān)檢定、校準(zhǔn)、檢測等。