紅外法測定煤中碳?xì)浜康牟淮_定度評定

1、第3 期 煤 質(zhì) 技 術(shù) 2 0 1 3 年 5 月紅 外 法 測 定 煤 中碳 氫 含 量 的不確 定 度評 定 姚文松。 ，王小悅，胡賢輝，文亦敏，秦嶺，李小江( 1 ．華 電 電 力 科 學(xué)研 究 院 華 電 集 團(tuán) 煤 炭 質(zhì)檢 計 量 中心 ， 浙 江 杭 州3 1 0 0 3 0 ；2 ． 福 建省 產(chǎn)品 質(zhì) 量 檢 驗 研 究 院 ，福 建 福 州3 5 0 0 0 2 )摘 要 ：簡述 了紅外 法測 定煤 中碳 、氫

2、含 量的過 程 ，詳 細(xì)地分析 和識 別不 確定度 的 來源 ，建立 了測 量過程 分量 的數(shù) 學(xué)模 型 ，量 化 了各分 量的 相對 不確 定度 ，最終確 定合 成不 確定度 和擴(kuò)展 不 確定度 并 報 出 測 定 結(jié) 果 。關(guān)鍵詞 ：紅 外 法 ；碳 ；氫 ；不確 定度 ；評 定 中 圖分類 號 ：TQ5 3 3 ． 1文獻(xiàn) 標(biāo)識 碼 ：B文章編 號 ：l 0 0 7 — 7 6 7 7 ( 2 0 1 3 )0 3 — 0 0 1

3、 20 5Ev a l u a t i o no nt h eu n c e r t a i n t yo fc a r b o na n dh y d r o g e nc o n t e ntd e t e r mi n a t i o ni nc o a lb yi nf r a r e dm e t h o dY A( )W e n — s o n g一，W ANGX i a o — y u e，HU X i a n — h

4、u i，W E NYi — mi n，QI NL i n g，IIX i a o - j i a n g 。( 1 ．H u a di a nEl e c t r i cPo we rRe s e a r c hI n s t i t u t e ， Ha n gz h o u3 1 0 0 3 0，Ch i n a2 ． F u j i a nI n s p e c t i o na n dR e s e a r c h ] n s

5、t i t u t ef o rPr o d u c tQu a l i t y， Fu z h o u3 5 0 0 0 2 ． C h i n a )Ab s t r a c t ：Th ep r o c e s so fc a r b o na n dh y d r o g e nc o n t e n td e t e r mi n a t i o ni nc o a lb yi n f r a r e dme t h o dw

6、a sb r i e f l yd e s c r i b e di nt h i sp a p e r ．Ama t h e ma t i c a lmo d e lo fme a s u r e me n tc o mp o n e n t swa se s t a b l i s h e da f t e rt h es o u r c e so fu n c e r t a i n t ywe r es y s t e ma t

7、 i c a l l ya n a l y z e d ．B a s e do nq u a n t i f y i n gt h er e l a t i v eu n c e r t a i n t yo fe a c hc o mp o n e n t ， t h ef i n a ls y n t h e t i cu n c e r t a i n t ya n de x p a n d e du n c e r t a i

8、n t ywe r ed e t e r mi n e da n dt h et e s t i n gr e s u l t swe r ef i n a l l yr e p o r t e d ．Ke ywo r d s ： i n f r a r e dm e t h o d；c a r b o n ； h y d r o g e n；u n c e r t a i n t y；e v a l u a t i o n0前 言

9、D L ／ T5 6 8 —9 5燃 料 元 素 的快 速 分 析 方 法 ( 高 溫 燃燒 紅 外熱 導(dǎo) 法 )于 1 9 9 5年 實施 ，至 今 尚未 見 該 方法 測定煤 中碳 、氫元 素 含 量 的不 確 定 度 報道 。煤 中的碳和 氫是 產(chǎn)生熱 量 的主要 來源 ，其含 量 的多 少決定 了發(fā) 熱量 的高低 。因此對燃 燒 來說 ，碳 、氫 含量的準(zhǔn)確測定有著十分重要 的意義 。以下通過高 溫 燃燒 熱導(dǎo) 法對 煤 中碳

10、和 氫元素 含量 的測試 結(jié)果 進(jìn) 行 誤差 來 源分析 ，以確定各 個不 確定 度分 量及測 定 結(jié)果 的擴(kuò)展 不確 定度 ，為 實驗 室質(zhì) 量控制 和不 確定 度評 定提 供參考 依 據(jù) 。1實驗 部 分 1 ． 1儀 器與試 劑 L E C OC H N 6 2 8 ；電子天平 ；有證煤標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì) ：GB W 1 1 1 2 6 a，G BW 1 1 1 1 3 e，Z B M 1 0 1 ，Z BM 1 0 5，Z B M1 1

11、3 ；玻 璃 棉 ：長 絨 ，純 白色 ；盛 樣 囊 ：錫 箔 囊 ，容積 大小 可 盛 樣 0 ． 1g ～0 ． 2g左 右 ；氧 氣 純 度 不 小 于 99 9 9 ． 5 ％ ，壓 力 不 小 于 0 ． 2 7MP a ；氮 氣 ( 作 為動 力氣 )純 度 不 小 于 9 9 ． 5 ％，壓 力不 小 于 0 ． 2 7MP a 。121 ． 2 儀器工 作參 數(shù) U型 高 溫 燃 燒 管 ，其 中 主燃 燒 管 區(qū)溫 度

12、 保 持 在 ( 9 5 0±5 ) ℃ ， 次燃 燒 管區(qū)溫 度保持 在 ( 8 5 0±5 ) o c；碳 、氫紅外 池檢 測系統(tǒng) 溫度 為 ( 5 0±0 ． 1 ) ℃ 。1 ． 3 測 定 方 法 在 盛樣 囊 中稱取粒 度小 于 0 ． 2mm 的一般 分析 試驗煤 樣 0 ． 1g左 右 ( 稱 準(zhǔn)至 0 ． 0 0 02g ) 。煤樣在 9 5 0 ℃ 高溫下 及于 氧 氣流 中完全 燃 盡

13、 而 轉(zhuǎn) 化 為 C O、HO ( 汽 ) 、N和 N 0等氣 體 。燃 燒 氣 體 產(chǎn)物進(jìn) 入貯 氣罐之 前 ，其 中硫氧化 物和 鹵化 物 被次 燃 燒 管 中爐 試 劑 除 去 ，而 H 。 O ( 汽 ) 、C O 。 、N 0和剩 余 0進(jìn)入 貯 氣 罐 中混 合 均 勻 。定量 抽 取 1份混 勻后 的氣體 送入 紅外檢 測池 分 別分 析 C O和 H 。 O (汽 )含 量 ，從而 計算 出煤 中 C和 H含 量 。所

14、得結(jié) 果 中碳元 素包 括有機 碳 、元素碳 和碳 酸鹽 礦物 碳 ；氫包 括有 機氫 ，煤 中外在 水分 、內(nèi)在 水分 和結(jié) 晶水 中的氫元 素 。儀 器使 用前 用碳 、氫含 量不 同 的 有 證煤 標(biāo)準(zhǔn)物 質(zhì) ( 以下 簡稱 “ 標(biāo)煤 ” )進(jìn) 行標(biāo) 定 j 。2 被 測量 與輸 入 量 的 函數(shù) 關(guān) 系 ( 數(shù) 學(xué) 模 型 )Ca =×， r e p x1 0 0第3 期 煤 質(zhì) 技 術(shù) 2 0 1 3年5月因此

15、 ，試樣 稱量 的標(biāo)準(zhǔn) 不確 定度按 均 勻分布 計 算 為 ：()： ×一 0 ． 0 8 2 ( mg )√ 3。()一一| 【 ) ． 【 ) 0 08 21U U 4 ． 3 煤 樣 中碳?xì)?元素質(zhì) 量標(biāo) 準(zhǔn)不確 定度 4 ． 3 ． 1校 準(zhǔn) 曲 線 變 動 性 標(biāo) 準(zhǔn) 不 確 定 度 校準(zhǔn) 曲線繪 制 ：選用 多個 不 同含 量 的有 證煤 標(biāo) 準(zhǔn)物 質(zhì)進(jìn) 行標(biāo) 定 ，按 GT2 1 2 - 2 0 0 8煤

16、的工 業(yè) 分 析 方法測 定標(biāo) 煤 的 空 氣 干 燥 基 水 分 。依 據(jù) 測 定 步 驟 ，每 1種標(biāo)煤 均 重復(fù)測 定 3次 ，其 結(jié)果 見表 2 。表 2 標(biāo) 準(zhǔn) 曲線 中標(biāo) 煤 碳 氫 元 素 質(zhì) 量 與 相 應(yīng) 的 吸 收 峰 面積 煤標(biāo) 準(zhǔn)物 質(zhì) 空干基水分／ ％標(biāo) 準(zhǔn)值 ( 不確定度)／％標(biāo)煤質(zhì)量 } ／ mg元素質(zhì)量／ mg峰面積 M a dCdHdm “cm HY cHZ B M1 0 52 ． 2 55 3 ．

17、 4 3 ( 0 ． 4 0 )25 3 ( 01 0)G B W 1 1 1 1 3 e2 ． 3 06 4 ． 8 4 ( 0 ． 3 9 )2 ． 8 7 ( 0 ． 1 1 )Z B M1 0 11 ． 2 46 7 ． 1 8 ( 0 ． 3 6 )3 ． 6 8 ( 0 ． 1 2 )Z B M1 1 31 ． 3 77 8 ． 6 4 ( 0 ． 3 6 )5 ． 0 1 ( 0 ． 1 0 )G B W1 1 1 2 6

18、 a2 ． 5 08 0 ． O 0 ( 0 ． 3 1 ) 0 ． 9 5 ( 0 ． 0 6 )1 0 2 ． 61 O O ． 71 0 1 ． 61 0 1 ． 19 991 0 1 ． 21 0 11 0 01 O O1 0 0 ． 71 0 1 ． 4l 0 1 ． 31 0 0． 91 0 0． 41 0 1 ． 05 3． 615 2 ． 6 25 3O 96 4． O 56 3 ． 2 96 4． 1 16 7． 01

19、6 6． 6 26 6． 7 57 8． 1 O7 8． 6 57 8 ． 5 77 8 ． 7 07 83 17 8 ． 7 82 ． 7 9 072 ． 7 3 902 ． 7 6 3530 9 373． 0 5 693 ． 0 9 673 ． 8 0 773 ． 7 8 513 ． 7 9 265 ． 1 2 565 ． 1 61351 5 621 ． 2 1 481 ． 2 0 881 ． 2 1 605 ． 3 3 145 ．

20、 2 3 425 ． 2 7 966 ． 4 6 226 ． 3 9 086 ． 4 8 476 ． 7 3 716 ． 7 1 3467 1 017 ． 8 5 807 ． 9 3 787 ． 9 3 0279 9 977 ． 91 967 ． 97 570 ． 1 3640 ． 1 3 26O． 1 3 390． 1 5 050． 1 4 8701 7 770． 1 8 3001 8 390． 2 5 180． 2 5 740 ．

21、2 5 920 ． 0 4 840． 0 4 820 ． 0 4 85根據(jù) 表 2的測 量數(shù)據(jù) ，用 最小二 乘法 擬合碳 校 準(zhǔn) 曲線及 氫校 準(zhǔn) 曲線 。碳校 準(zhǔn) 曲線方 程為 ：=0 ． 1 0 40 mc 一0 ． 2 2 55 ，線性 相 關(guān) 系數(shù) r=0 ． 9 9 97 ，截 距 = 一0 ． 2 2 55 ，斜 率 b =0 ． 1 0 40 。氫校 準(zhǔn) 曲線方程 為 ：=0 ． 0 5 23 竹 z H一 0 ． 0

22、1 36 ，線性 相 關(guān) 系數(shù) =0 ． 9 9 90 ，截距 =一0 ． 0 1 36 ，斜率 b=0 ． 0 5 23 。在討 論最小 二乘 法 引入 的測 量不確 定度 時 ，通 常假定輸入量 的誤差可 以忽略不計 ，但 是與 Ⅲ【 i ] 對 應(yīng) 的 每 1 個 相 應(yīng) 值 都是 隨 機 的 ， 由此 擬 合出來的直線也具有不確定度 。擬合直線的標(biāo)準(zhǔn)偏 差 ，即回 歸標(biāo) 準(zhǔn) 偏差 ，按下 式計 算 ：s (c )／ 0 ．