煙煤中揮發(fā)分含量測(cè)定的不確定度評(píng)定

楊虹++于曉青

摘要：依據(jù)《煤的工業(yè)分析方法》（GB/T 212-2008）對(duì)某煙煤的揮發(fā)分進(jìn)行了測(cè)定，并分析了測(cè)量過(guò)程中不確定度的來(lái)源：煤樣的兩次稱量、水分的測(cè)定、重復(fù)性等，在此基礎(chǔ)上對(duì)各不確定度分量進(jìn)行了評(píng)定，并計(jì)算得到了合成不確定度和擴(kuò)展不確定度，最后提出了在測(cè)定過(guò)程中減小不確定度的有效途徑。

關(guān)鍵詞：煙煤；揮發(fā)分；不確定度

中圖分類號(hào)： TB9

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 16749944（2015）06019803

1 引言

煤質(zhì)分析中揮發(fā)分的測(cè)定是煤炭質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)檢驗(yàn)的一項(xiàng)重要項(xiàng)目，是了解煤的性質(zhì)和用途的重要指標(biāo)。煤的揮發(fā)分是指把煤在隔絕空氣條件下，于一定的溫度下加熱一定時(shí)間，煤中分解出來(lái)的液體（蒸氣狀態(tài)）和氣體產(chǎn)物減去煤中所含的水分，包括含有氮、氫、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和硫化氫等氣體外，還有一些復(fù)雜的有機(jī)化合物。本文依據(jù)《煤的工業(yè)分析方法》（GB/T212-2008）對(duì)某煙煤的揮發(fā)分進(jìn)行測(cè)定，并對(duì)測(cè)定過(guò)程進(jìn)行不確定度評(píng)定。比較各不確定度分量的大小，找出顯著性的不確定度分量并提出在測(cè)定過(guò)程中減小不確定度的有效途徑，以期提高實(shí)驗(yàn)室內(nèi)部質(zhì)量水平。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 方法原理

稱取一定量的一般分析試驗(yàn)煤樣，放在帶蓋的瓷坩堝中，在（900±10）℃下，隔絕空氣加熱7min，以減少的質(zhì)量占煤樣質(zhì)量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，減去該煤樣的水分含量作為煤樣的揮發(fā)分。

2.2 儀器設(shè)備

揮發(fā)分坩堝，坩堝架，坩堝架夾，干燥器，SX2-4-10箱式電阻爐，CPA225D賽多利斯電子天平，壓餅機(jī)。

2.3 實(shí)驗(yàn)方法

在預(yù)先于900℃下灼燒至質(zhì)量恒定的帶蓋磁坩堝中，稱取粒度小于0.2mm的一般分析試驗(yàn)煤樣（1.00±0.01）g（稱準(zhǔn)至0.0002g），然后輕輕振動(dòng)坩堝，使煤樣攤平，蓋上蓋，放在坩堝架上。將馬弗爐預(yù)熱至920℃左右。打開(kāi)爐門，迅速將放有坩堝的坩堝架送入恒溫區(qū)，立即關(guān)上爐門并計(jì)時(shí)，準(zhǔn)確加熱7min。要求坩堝及坩堝架放入后爐溫在3min內(nèi)恢復(fù)到（900±10）℃。從馬弗爐中取出坩堝，并放在空氣中冷卻5min左右，移入干燥器中冷卻至室溫后稱量。

2.4 數(shù)學(xué)模型

Vad=m1[]m0×100-Mad

式中：Vad為空氣干燥基揮發(fā)分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)（%）；m1為煤樣加熱后減少的質(zhì)量（g）；m0為稱取的煤樣質(zhì)量（g）；Mad為煤樣的水分含量（%）。

2.5 數(shù)據(jù)測(cè)定結(jié)果

某煙煤樣的揮發(fā)分測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

3 不確定度來(lái)源分析

測(cè)量過(guò)程中的不確定度主要來(lái)源于稱量誤差、儀器誤差、環(huán)境條件、人員素質(zhì)及樣品均勻性等方面，其中環(huán)境條件、人員素質(zhì)以及樣品均勻性等因素很難用技術(shù)文件的數(shù)據(jù)進(jìn)行不確定度評(píng)定，它們的不確定度可以通過(guò)測(cè)量的重復(fù)性試驗(yàn)得以體現(xiàn)。本文按照國(guó)家計(jì)量技術(shù)規(guī)范《測(cè)量不確定度評(píng)定與表示》（JJF1059-1999）[1]的要求， 并參考文獻(xiàn)[2～4]對(duì)揮發(fā)分的測(cè)定過(guò)程進(jìn)行了不確定度評(píng)定。認(rèn)為揮發(fā)分測(cè)定過(guò)程的不確定度來(lái)源包括：煤樣稱量引入的不確定度urel（m0）、干燥后稱量引入的不確定度urel（m0-m1）、水分測(cè)定引入的不確定度urel（Mad）、重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度urel（rep）。

3.1 煤樣稱量引入的不確定度 urel（m0）

由煤樣稱量所引起的不確定度已包含在重復(fù)測(cè)量的不確定度之中。由天平準(zhǔn)確性引起的不確定度有兩個(gè)可能的來(lái)源：每次稱重都會(huì)有隨機(jī)變化和天平校準(zhǔn)帶來(lái)的不確定度。本實(shí)驗(yàn)所使用的CPA225D賽多利斯電子天平的最大允許誤差為±0.1mg。根據(jù)JJF1059-1999，由分辨力導(dǎo)致的不確定度按均勻分布計(jì)算。因此，天平最大允許誤差引入的不確定度為0.29×0.0001g=2.9×10-5g。采用矩形分布將其轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)不確定度，此分量必須計(jì)算2次，一次是坩堝的質(zhì)量，另一次是煤樣的質(zhì)量，因?yàn)槊恳淮畏Q量均為獨(dú)立的觀察結(jié)果，兩者的線性影響是不相關(guān)的，故由此次稱量引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.2 干燥后稱量引入的不確定度urel （m0-m1）

干燥后稱量引入的不確定度分析同3.1，故此次稱量引起的標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.3 水分測(cè)定引入的不確定度urel （Mad）3.4 重復(fù)性測(cè)量引入的不確定度urel （rep）

按測(cè)定方法對(duì)某煙煤煤樣重復(fù)測(cè)定6次，該煙煤的揮發(fā)分含量分別為：23.74%、23.69%、23.40%、23.76%、23.82%、23.68%，平均值為23.68%，標(biāo)準(zhǔn)偏差

3.5 合成不確定度u （Vad）

因各不確定度分量相互獨(dú)立， 因此煙煤中揮發(fā)分測(cè)定的不確定度為：

其相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度為：

3.6 擴(kuò)展不確定度U （Vad）

在置信概率95%時(shí)，取k=2，其擴(kuò)展不確定度為：U（Vad）=2×0.38%=0.76%。

4 結(jié)果討論

將各個(gè)分量的相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)不確定度列入表2中。

從表2可以看出，煙煤中揮發(fā)分的測(cè)定結(jié)果的不確定度主要來(lái)源于水分的測(cè)定，其次為重復(fù)性測(cè)定。但是水分測(cè)定的不確定度的主要來(lái)源也是重復(fù)性測(cè)定，從重復(fù)性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差公式可以看出測(cè)量次數(shù)越多平均值的標(biāo)準(zhǔn)偏差越小，所以增加水分和揮發(fā)分測(cè)量次數(shù)可以減小重復(fù)性的不確定度，從而降低揮發(fā)分測(cè)定的不確定度。

參考文獻(xiàn)：

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[3]王麗輝，夏文前，侯 麗.煤質(zhì)灰份、揮發(fā)份、全硫測(cè)定的不確定度評(píng)定[J].綠色科技，2012（4）：205～208.

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