關于粘結指數自動攪拌儀的校準方法和測量不確定度評定的研究

張宏利，王云彤，李艷林

(1.河北寰科計量檢測技術服務有限公司，河北 石家莊 050027 2.定州市質量技術監督檢驗所；3.河北晟衡計量檢測技術服務有限公司，河北 定州 073000)

1 概 述

粘結指數是評價煤粘結力的主要指標，粘結力的強弱，直接影響煉焦的工藝過程及焦炭的機械強度，通過測定煙煤的粘結指數，可以大致判斷煤的加工利用途徑，指導配煤煉焦，確定煤的工業牌號。

2 結 構

粘結指數自動攪拌儀主要由底座、控制板、主機、攪拌絲、坩堝、旋轉彎板等組成。儀器的結構示意見圖1。

圖1 儀器結構示意

3 計量特性

彎板傾斜角度45°，攪拌轉速為150 r/min，坩堝轉速為15 r/min，彎板傾斜45°后攪拌時間為105 s，彎板傾斜45°至垂直時間為15 s。

4 校準條件和標準器的選擇

環境溫度：15～35 ℃；相對濕度：不大于85%；校準時周圍應無影響校準結果的震動、強電磁場或其他干擾。

測量標準：0°～320°萬能角度尺，分度值2′；電子秒表，分度值0.01 s；0.1級轉速表。

5 校準項目和校準方法

5.1 外觀檢查

用目測的方法進行檢查。粘結指數轉鼓的外觀結構應完好，附件、備件齊全；銘牌上應有產品名稱、規格型號、出廠編號、制造廠、電源電壓等信息。

5.2 彎板傾斜角度

彎板傾斜角度使用萬能角度尺進行測量。

5.3 攪拌轉速

啟動儀器，但轉速穩定后用轉速表測量攪拌轉速，測量3次，取平均值為測量結果。

5.4 坩鍋轉速

用秒表測量坩堝旋轉15 r所需要的時間，由公式(1)計算坩堝轉速：

A=15/t

(1)

式中：A——轉鼓轉速，r/min；

t——轉鼓轉動15圈所需要的時間，min；

15——15圈，r。

5.5 彎板傾斜45°后攪拌時間，彎板傾斜45°至垂直時間

用秒表測量彎板傾斜45°后攪拌時間、彎板傾斜45°至垂直時間。

5.6 彎板傾斜角度

當彎板傾斜后，用萬能角度尺測量彎板傾斜角度，測量3次，取平均值作為測量結果。

6 標準不確定度評定

6.1 坩堝轉速測量結果不確定度評定

6.1.1 數學模型及靈敏系數

6.1.2 不確定度來源及評定

(1)重復性引入的標準不確定度分量u1。用秒表對坩堝轉速進行重復性測量10次，測量結果見表1。

表1 坩堝轉速測量結果

用貝塞爾公式計算標準偏差，得s=0.062 s，測量結果取3次測量平均值，則重復性引入的不確定度為：

(2)秒表分辨力引入的標準不確定度分量u2。秒表分辨力為0.01 s，估計均勻分布，則其引入的標注不確定度為：

根據JJF1033—2016《計量標準考核規范》可知：當重復性引入的不確定度分量大于被測儀器的分辨力所引入的不確定度分量時，可以不考慮分辨力所引入的不確定度分量；當重復性引入的不確定度分量小于被測儀器的分辨力所引入的不確定度分量時，應該用分辨力引入的不確定度分量代替重復性分量。故舍去分辨力和引入的不確定度。

(3)秒表最大允許誤差引入的標準不確定度u3。在10 min內，秒表最大允許誤差為 ±0.07 s，估計均勻分布，則秒表最大允許誤差引入的標準不確定度：

(4)人為卡表誤差引入的標準不確定度u4。當轉鼓旋轉開始計時到旋轉15 r停止計時，人為操作卡表，大概有0.1 s的延遲，估計均勻分布，則人為卡表誤差引入的不確定度為：

(5)靈敏系數計算。

(6)不確定度分量一覽表見表2。

表2 不確定度分量

6.1.3 合成標準不確定度和擴展不確定度

以上各分量不相關，合成標準不確定度：

取包含因子k=2，則擴展不確定度：U=uc×k=0.1 r/min。

6.2 攪拌轉速測量結果不確定度評定

6.2.1 數學模型及靈敏系數

數學模型為：

A=A0

式中：A——攪拌轉速，r/min；

A0——轉速表測量攪拌轉速，r/min。

6.2.2 不確定度來源及評定

(1)重復性引入的標準不確定度分量u1。用0.1級轉速表對攪拌轉速進行重復性測量10次，測量結果見表3。

表3 攪拌轉速測量結果

用貝塞爾公式計算標準偏差，得s=0.12 r/min，測量結果取3次測量平均值，則重復性引入的不確定度為：

(2)轉速表辨力為0.1 r/min，估計均勻分布，則分辨力引入的標準不確定度為：

根據JJF1033—2016《計量標準考核規范》可知：當重復性引入的不確定度分量大于被測儀器的分辨力所引入的不確定度分量時，可以不考慮分辨力所引入的不確定度分量：當重復性引入的不確定度分量小于被測儀器的分辨力所引入的不確定度分量時，應該用分辨力引入的不確定度分量代替重復性分量。故舍去分辨力和引入的不確定度。

(3)轉速表最大允許誤差引入的標準不確定度u3。轉速表最大允許誤差為±0.1%，估計均勻分布，則在150 r/min時轉速表最大允許誤差引入的標準不確定度為：

(4)不確定度分量一覽表見表4。

6.2.3 合成標準不確定度和擴展不確定度

以上各分量不相關，合成標準不確定度：

取包含因子k=2，則：U=uc×k=0.2r/min

表4 不確定度分量

7 結 語

通過對粘結指數自動攪拌儀的原理、結構等進行研究，并結合市場上典型廠家進行技術交流，確定校準參數，系統分析每個參數與儀器設備性能的聯系，確定能夠較全面地評價粘結指數自動攪拌儀的計量特性。同時，制定每個參數的校準方法，經過大量試驗和不確定度評定驗證，證明其校準方法合理。