煤炭高位發(fā)熱量測定結(jié)果的不確定度評定探究

【摘要】煤炭是我國經(jīng)濟發(fā)展最重要的能源。而煤炭的高位發(fā)熱量是衡量煤炭質(zhì)量的重要指標(biāo)。但是由于測定過程中的系統(tǒng)性因素和非系統(tǒng)性因素嚴(yán)重的影響著這一指標(biāo)測定結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此有關(guān)這一指標(biāo)測定結(jié)果的不確定度問題逐漸引起人們的關(guān)注。本文從煤炭高位發(fā)熱量的內(nèi)涵出發(fā)，探究導(dǎo)致這一指標(biāo)測定結(jié)果不確定性的因素，并評定這一測定結(jié)果的不確定度。

【關(guān)鍵詞】高位發(fā)熱量；不確定度；煤炭

煤炭一直以來被人們稱作“黑色的金子”。沒有煤炭，工業(yè)缺乏原料，經(jīng)濟缺乏動力，社會無法進步。作為非常重要的能源，煤炭的質(zhì)量影響著煤炭的使用效率及其產(chǎn)品質(zhì)量。因此，人們越發(fā)重視煤炭的質(zhì)量水平。那么，人們?nèi)绾未_定煤炭的質(zhì)量水平呢？煤炭發(fā)熱量的概念應(yīng)運而生。煤炭發(fā)熱量是分析煤炭質(zhì)量的一個非常重要的指標(biāo)。而煤炭高位發(fā)熱量是煤發(fā)熱量的其中一種類別，它可以通過氧彈熱量計得出。這一指標(biāo)是在煤炭市場上決定煤炭價格的主要依據(jù)。因此有必要研究測定煤炭高位發(fā)熱量過程中的不確定度。

1、煤炭高位發(fā)熱量的內(nèi)涵

1.1煤炭發(fā)熱量：這一指標(biāo)衡量的是煤炭在燃燒過程中釋放的熱量。煤炭發(fā)熱量不僅能夠評價煤炭質(zhì)量水平的高低，而且也能反映煤炭的煤化情況，同時也有助于根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)將煤炭進行分類。

1.2煤炭高位發(fā)熱量：這一指標(biāo)衡量的是在大氣壓作用下煤炭燃燒后釋放的熱量。這一熱量大致為恒容彈筒發(fā)熱量與燃燒過程中酸所產(chǎn)生的熱量的差額。煤炭高位發(fā)熱量的測定對于煤炭使用價格的界定極為重要。同時，根據(jù)這一指標(biāo)也可以計算出煤炭低位發(fā)熱量，從而更好地衡量煤炭質(zhì)量。

1.3煤炭高位發(fā)熱量的測定：實驗室中通常采用特定的儀器對這一指標(biāo)進行測定。具體方法如下：用電子分析天平城區(qū)一定數(shù)量的煤炭樣本置于燃燒器皿中；在氧彈中加入10毫升蒸餾水；最終用微機全自動量熱儀測量煤炭在燃燒過程中產(chǎn)生的熱量。需要注意的是：這里所測量的熱量是恒容彈筒發(fā)熱量，而煤炭高位發(fā)熱量是根據(jù)實驗室的測量結(jié)果間接計算出來的。煤炭高位發(fā)熱量的計算公式具體如下：

其中，Qgr，ad代表煤炭的高位發(fā)熱量，單位為：J/g；E代表實驗中所得的恒容彈筒發(fā)熱量，單位為：J/g；△T代表煤炭樣本燃燒前后的溫差，單位為：k；m代表煤炭樣本的質(zhì)量，單位為：克；Q1代表實驗中電點火和棉線所釋放的能量；Q2與Q3分別表示實驗中硫酸和硝酸的產(chǎn)熱量，單位均為：焦耳。

2、煤炭高位發(fā)熱量測定結(jié)果的不確定度來源

煤炭高位發(fā)熱量的測定過程中存在諸多因素致使這一指標(biāo)出現(xiàn)非確定性的測定結(jié)果。

（1）煤炭樣本的選擇方法。用天平稱取煤炭樣本時，應(yīng)該保證煤炭的質(zhì)量誤差較小，顆粒和松散度大小適中，防止樣本燃燒時出現(xiàn)飛濺，從而使實驗結(jié)果偏低。（2）發(fā)熱量測定場所的選擇設(shè)定。發(fā)熱量測定場所的溫度要設(shè)定在一定范圍內(nèi)，否則就會對實驗結(jié)果產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。（3）雙控電腦精密自動量熱儀溫度的分辨率對結(jié)果的影響。（4）標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定儀器產(chǎn)生的不確定度。

3、煤炭高位發(fā)熱量測定結(jié)果的不確定度的評定

3.1非系統(tǒng)性因素所導(dǎo)致的不確定度u1：由于實驗的重復(fù)性所導(dǎo)致的不確定度可以由實驗結(jié)果的標(biāo)準(zhǔn)差來求。具體公式如下：

其中：xi為實驗的測試值；n為重復(fù)試驗的次數(shù)；xar為重復(fù)試驗結(jié)果的平均值；s（x）為實驗標(biāo)準(zhǔn)差。

煤中發(fā)熱量測定一般采取兩次平行樣，重復(fù)測定，測量結(jié)果為23.76MJ，23.78MJ，平均值為，23.78MJ，計算由重復(fù)性測定引入的不確定度。

3.2實驗室使用的天平最大允許誤差為±0.0001克。實驗中所選取的煤炭樣本質(zhì)量服從的是均勻分布；所用電子天平經(jīng)檢定符合一級，其最大允許誤差為±0.0005g，按均勻分布轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)不確定度。

3.3量熱儀溫度測量裝置的分辨力為0.0001卡。實驗中的溫差為煤炭樣本燃燒前后的溫度的差額，這一溫差值同樣服從均勻分布。

3.4標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)發(fā)熱量的不確定度，在95%的置信概率下其不確定度為0.17%；使用標(biāo)準(zhǔn)值為31.00MJ/Kg的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)標(biāo)定儀器五次，其測量結(jié)果為31.07，31.12，31.13，31.18，31.14.計算其不確定度。

4、總體不確定度的評定及結(jié)果

根據(jù)以上分析，上述幾部分因素所引起的不確定度彼此之間相互獨立，所以總體不確定度具體應(yīng)為：

5、總結(jié)

煤炭高位發(fā)熱量有助于判斷質(zhì)量高低，制定煤炭價格。這一指標(biāo)測定結(jié)果的不確定度主要來源于系統(tǒng)性因素和非系統(tǒng)性因素兩個方面。因此，其不確定度評定也可以從這兩個方面計算得出。這兩方面因素都對煤炭高位發(fā)熱量的測定結(jié)果有顯著的影響。