楊虹++于曉青

摘要：依據(jù)《煤的工業(yè)分析方法》（GB/T 212-2008）對某煙煤的揮發(fā)分進(jìn)行了測定，并分析了測量過程中不確定度的來源：煤樣的兩次稱量、水分的測定、重復(fù)性等，在此基礎(chǔ)上對各不確定度分量進(jìn)行了評定，并計(jì)算得到了合成不確定度和擴(kuò)展不確定度，最后提出了在測定過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： TB9

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 16749944（2015）06019803

1 引言

煤質(zhì)分析中揮發(fā)分的測定是煤炭質(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間，煤中分解出來的液體（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）對某煙煤的揮發(fā)分進(jìn)行測定，并對測定過程進(jìn)行不確定度評定。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定過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，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)測定結(jié)果

某煙煤樣的揮發(fā)分測試數(shù)據(jù)見表1。

3 不確定度來源分析

測量過程中的不確定度主要來源于稱量誤差、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)行不確定度評定，它們的不確定度可以通過測量的重復(fù)性試驗(yàn)得以體現(xiàn)。本文按照國家計(jì)量技術(shù)規(guī)范《測量不確定度評定與表示》（JJF1059-1999）[1]的要求， 并參考文獻(xiàn)[2～4]對揮發(fā)分的測定過程進(jìn)行了不確定度評定。認(rèn)為揮發(fā)分測定過程的不確定度來源包括：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）、水分測定引入的不確定度urel（Mad）、重復(fù)性測量引入的不確定度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可能的來源：每次稱重都會有隨機(jī)變化和天平校準(zhǔn)帶來的不確定度。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 水分測定引入的不確定度urel （Mad）3.4 重復(fù)性測量引入的不確定度urel （rep）

按測定方法對某煙煤煤樣重復(fù)測定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)分測定的不確定度為：

其相對標(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，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

將各個分量的相對標(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)分的測定結(jié)果的不確定度主要來源于水分的測定，其次為重復(fù)性測定。但是水分測定的不確定度的主要來源也是重復(fù)性測定，從重復(fù)性試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)偏差公式可以看出測量次數(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)分測定的不確定度。

參考文獻(xiàn)：

[1]國家質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局.測量不確定度評定與表示 JJF1059-1999[S].北京：中國計(jì)量出版社，1999.

[2]中國實(shí)驗(yàn)室國家認(rèn)可委員會.化學(xué)分析中不確定度的評估指南[M].北京：中國計(jì)量出版社，2002.

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

[4]趙金龍，楊寶洪，李建國.煙煤中揮發(fā)分產(chǎn)率測定的不確定度評定[J].河南冶金，2007，15（6）：21～22.