工業(yè)分析儀校準方法探討

畢經(jīng)亮 暢小軍 尹 博 李春麗 周巍松

(鋼鐵研究總院，北京100081)

0 引言

工業(yè)分析儀是近幾年興起的進行煤質(zhì)分析的自動化測試儀器[1-2]，相對于傳統(tǒng)的用馬弗爐、電子天平進行的煤的工業(yè)分析[3-4]，能更快速準確地檢測煤中的水分、灰分和揮發(fā)分等成分，且能節(jié)省大量的人力物力，受到了廣大工業(yè)分析工作者的認可，廣泛應用在電力、煤炭、環(huán)保、冶金、造紙、化工和地勘等行業(yè)以及科研和商檢質(zhì)檢機構(gòu)。為了保證工業(yè)分析檢測結(jié)果的準確性、一致性和溯源性，必須對工業(yè)分析儀進行檢定校準，目前，國家尚沒有工業(yè)分析儀的檢定規(guī)程。筆者根據(jù)此類分析儀器的使用特點，結(jié)合其他分析儀器的檢定校準方法[5-8]，建立了工業(yè)分析儀的校準方法，以保證檢測數(shù)據(jù)的準確性，實現(xiàn)量值的傳遞與溯源，同時，也為實驗室合理評價、驗收該類分析儀及相應計量檢定規(guī)程的編寫提供了借鑒。

1 儀器工作原理

工業(yè)分析儀工作原理是熱重分析法，它將加熱設備與電子天平結(jié)合在一起，在特定的氣氛條件、規(guī)定的溫度和規(guī)定的時間內(nèi)，稱量受熱過程中的試樣質(zhì)量，通過計算試樣在不同溫度下的失重計算出水分、灰分和揮發(fā)分等工業(yè)分析指標。

空氣干燥的煤樣置于加熱爐中，在107℃下干燥氮氣流中加熱至恒重，根據(jù)煤樣的質(zhì)量損失可計算水分的含量；將水分殘留物在氧氣流下，以一定的速度加熱至500℃恒溫，然后，高溫爐升至800℃左右，灼燒至質(zhì)量恒定，由殘留物的質(zhì)量計算灰分的產(chǎn)率；空氣干燥的煤樣在高溫爐中900℃左右灼燒一段時間，然后，在恒溫爐107℃下干燥冷卻約30min，以減少質(zhì)量占樣品的百分數(shù)減去該煤樣空氣干燥水分含量作為煤樣的揮發(fā)分。

工業(yè)分析儀是一種自動化程度比較高的分析儀器，一般試樣的稱重、進樣、加熱、計算等都可以自動完成。

2 校準技術(shù)要求

2.1 溫度誤差和穩(wěn)定性[9-10]

溫度是保證工業(yè)分析儀測量數(shù)據(jù)準確的重要參數(shù)之一。儀器的溫度讀數(shù)和實際工作溫度的相差應不超過±10℃，達到設定溫度后，30min內(nèi)儀器溫度變化不超過10℃。

2.2 示值誤差和重復性

示值誤差是反映儀器測量數(shù)據(jù)準確性的重要指標，它是試樣的測量值和標準值的差值，是工業(yè)分析儀的重要計量特性?？紤]到煤中水分受環(huán)境等的影響很大，一般不將水分作為煤(包括煤質(zhì)標準物質(zhì))的計量指標，只將灰分和揮發(fā)分的含量準確性作為考察的依據(jù)。根據(jù)儀器實際使用情況，單位對煤質(zhì)的要求和相關(guān)文獻，灰分和揮發(fā)分的示值誤差應不大于±2%。

重復性是衡量儀器測試結(jié)果重現(xiàn)性的計量特性，灰分、揮發(fā)分的重復性應不大于1.0%。

2.3 天平重復性[11]

配套天平的稱量重復性應小于天平最小分度的5倍。

3 校準條件

3.1 實驗室條件

室內(nèi)溫度：15～35℃，相對濕度：≤85%；供電電源：(220±4.4)V，(50±1)Hz，儀器接地良好；無明顯機械振動，無強電和磁場干擾，無易燃易爆和腐蝕性氣體。

3.2 校準設備與校準用標準物質(zhì)

1)E2等級標準砝碼(毫克組)，經(jīng)計量檢定合格；

2)二等鉑銠10—鉑標準熱電偶；

3)溫濕度巡檢儀，經(jīng)計量檢定合格；

4)根據(jù)被校準儀器的測量對象，選擇適用的、能覆蓋測量范圍的高、中、低含量的煤質(zhì)成分用標準物質(zhì)3～4種。

4 校準項目和校準方法

4.1 校準前準備

按儀器說明書要求開機預熱，穩(wěn)定后按要求進行儀器的條件化(燒空白等)，在選定的量程范圍內(nèi)，選擇一種標準物質(zhì)校準儀器。

4.2 溫度誤差

工業(yè)分析儀高溫爐和恒溫爐的溫度都是通過熱電偶來測量的，將標準熱電偶從工業(yè)分析儀上蓋垂直插入，將其測量端與爐體熱電偶測量端對齊進行標定。選擇100℃、500℃、800℃和900℃四個測量點進行測試，儀器的溫度讀數(shù)與溫濕度巡檢儀讀數(shù)的差值即為溫度誤差，可通過式(1)計算：

Δt=t-tr

(1)

式中，Δt為溫度誤差，℃；t為儀器溫度讀數(shù)，℃；tr為溫濕度巡檢儀溫度讀數(shù)，℃。

4.3 溫度穩(wěn)定性

儀器恒溫爐升至500℃，將與溫濕度巡檢儀連接的標準熱電偶與儀器的測量熱電偶連接，每隔10s巡檢儀自動記錄溫度一次，30min內(nèi)測量溫度的最大值與最小值之差可用來表征溫度的穩(wěn)定性，如式(2)計算：

ts=tmax-tmin

(2)

式中，ts為溫度穩(wěn)定性，℃；tmax為30min內(nèi)溫度最大讀數(shù)，℃；tmin為30min內(nèi)溫度最小讀數(shù)，℃。

4.3 示值誤差

在選定的儀器測量范圍內(nèi)，依次選擇低、中、高灰分和揮發(fā)分含量的標準物質(zhì)，分別重復測量三次，計算平均值與標準值的差值即為儀器示值誤差，按式(3)進行計算。

(3)

4.4 重復性

選取灰分含量15%～30%和揮發(fā)分含量20%～40%的標準物質(zhì)，重復測量7次，按式(4)、式(5)計算標準偏差及相對標準偏差，相對標準偏差即儀器的測量重復性。

(4)

(5)

4.5 天平稱量重復性

根據(jù)儀器實際測量時的稱樣量，選擇相應的砝碼，重復測量7次，最大的稱量值和最小的稱量值之差作為天平的重復性。

5 校準實例分析

筆者按照本校準方法對某鋼鐵企業(yè)檢測煙煤的5E-MAC/G6600型全自動工業(yè)分析儀(長沙開元儀器廠制造)進行了校準，所用煤質(zhì)標準物質(zhì)見表1，結(jié)果及數(shù)據(jù)處理見表2～表6，符合本校準方法規(guī)定的校準技術(shù)要求。

表1 煤質(zhì)標準物質(zhì)

表2 工業(yè)分析儀溫度誤差校準結(jié)果

表3 工業(yè)分析儀溫度重復性校準結(jié)果

表4 工業(yè)分析儀示值誤差校準結(jié)果

表5 工業(yè)分析儀重復性校準結(jié)果

表6 工業(yè)分析儀天平稱量重復性校準結(jié)果

備注：5E-MAC/G6600有兩個內(nèi)置分析天平，最小分度值0.0001g，稱量重復性均不大于5倍最小分度值

6 結(jié)論

筆者利用本方法對國內(nèi)多個研究和生產(chǎn)單位的全自動工業(yè)分析儀進行了校準，結(jié)果較為滿意。本校準方法能夠準確合理地評價工業(yè)分析儀的性能，保證了工業(yè)分析儀測試數(shù)據(jù)的準確性、一致性和溯源性為實驗室人員驗收和評價該儀器提供了借鑒，同時也可作為計量工作人員校準該類儀器時的參考。

參考文獻

[1] 羅丕蓉.5E-MAG6600工業(yè)分析儀在測定燃煤、石油焦中的應用[J].廣州化工，2009，39(2)

[2] 吳雪. 全自動工業(yè)分析儀在煤質(zhì)分析中的應用[J].煤質(zhì)分析，2008(6)

[3] GB/T 212—2008 煤的工業(yè)分析方法. 北京：中國標準出版社，2008

[4] GB/T 2001—1991 焦炭工業(yè)分析測定方法. 北京：中國標準出版社，1991

[5] JJF 1321—2011元素分析儀校準規(guī)范[S]. 北京：中國計量出版社，2011

[6] JJG 395—1997定碳定硫分析儀檢定規(guī)程[S]. 北京：中國計量出版社，1997

[7] 暢小軍，王蓬，畢經(jīng)亮.氧氮氫分析儀校準方法探討[J].化學分析計量，2012，21(5)

[8] JJG 1006—2005煤中全硫測定儀檢定規(guī)程[S]. 北京：中國計量出版社，2005

[9] JJF 1184—2007 熱電偶檢定爐溫度測試技術(shù)規(guī)范[S]. 北京：中國計量出版社，2007

[10] JJG 617—1996數(shù)字溫度指示調(diào)節(jié)儀器檢定規(guī)程[S]. 北京：中國計量出版社，1996

[11] JJG 1036—2008電子天平檢定規(guī)程[S].北京：中國計量出版社，2008