自动量热仪的校准方法的探讨

刘岳祥

自动量热仪是煤炭检测必用、常用的检测设备，其准确度直接影响煤炭的质量。现在阶段，使用该仪器的单位企业越来越多，使用频率很高。而仪器使用单位周围具备检定校准资质机构也十分缺乏，对自动量热仪的送检校准造成了极大的困难，影响自动量热仪的计量性能与准确度。目前绍兴市内计量检定机构也没有相关的校准规范与方法，存在计量量传与溯源的盲区，因此编写类似的校准方法极为必要。本方法在多次校准比较的基础上提出一种校准方法供大家探讨。

1范围本规范适用于自动量热仪（带微机）（热容量范围为1500J/K～15000J/K）的首次、后续周期性、使用中校准。

2引用文件本规程引用下列文献：JJF1001—2011通用计量术语及定义JJF1059.1—2012测量不确定度评定与表示JJF1071-2010《国家计量校准规范编写规则》GB/T213-2003《煤的发热量测定方法》JJG672-2001《氧弹热量计检定规程》SYZJ/JGL003-2009《QTF-6000自动量热仪自校规程》3概述全自动量热仪用于测定固体、液体燃料热值的计量仪器，带微机的主要由恒温式弹桶热仪及微型计算机等部分组成，是一种由计算机软件控制，并能进行对其数据处理的多功能、自动化热量测试仪器。该仪器具有测量精度高、操作简便、使用可靠、外观精美等特点为，主要用于煤炭、石油、化工、食品、木材、炸药等可燃物质发热量的测定。

自动量热仪基本原理如下：将一定质量的燃烧热标准物质苯甲酸在自动量热仪的氧弹内燃烧，放出的热量使整个量热体系（包括内筒、内筒的水或其他介质、氧弹、搅拌器、温度计等）由初态温度TA升到TB，然后将一定量的试样再与上述相同条件进行燃烧测定，放出的热量被一定量的水吸收，根据水温的升高来计算试样的发热量。由于使用的仪器相同，而且量热体系温度变化又一致，因而可以得到被测物质的热值，可以通过检测热量值已知的标准物质苯甲酸来测定仪器的精密度是否在标准范围内。

自动量热仪（下称热量仪）操作较为方便，除了称量试样、装氧弹等外，其余校准过程均自动进行，有等温型的、绝热型的。

4计量性能要求4.1热容量重复性在规定条件下，用燃烧热标准物质苯甲酸检定量热仪热容量5次，按不同的平均热容量，其极差不大于表1的规定。

表1热容量校准技术指标J/K热容量<15009000～1100014000～15000极差940604.2热值误差在规定条件下，测得热值与它的标准值之间的误差不超过60J/g。

5通用技术要求5.1量热仪外观要求：名牌应标明名称、型号、制造厂名、出厂编号及相关显示标志等，内外筒完好无损。

5.2氧弹要求：在室温下能承受20MPa的水压试验。

5.3测温系统要求：温度分辨率不得低0.001K。

6校准条件6.1环境条件6.1.1环境温度：（15～28）℃，每次测定室温变化应≤±0.5℃。

6.1.2环境湿度：<85%RH。

6.1.3平衡情况：校准前，将被校准前自动量热仪放在室内平衡温度时间不少于2h，开机预热不少于20分钟；绝热型量热冷却水温至少比室温低3℃。

6.2校准设备6.2.1分析天平：分度值为0.1mg。

6.2.2天平或台秤：称重5kg，分度值不大于1g。

6.2.3氧气瓶（氧气压力应在4MPa以上），氧气减器、充氧系统（包括有氧气减器接着头、导管等）。

6.2.4校准用标准物质和试剂材料a）燃烧热标准物质片剂苯甲酸：其质量分别为0.7、1.0、1.3g（应有国家标准物质证书）。

b）氧气：纯度为99.5%以上。

C）点火丝：直径（0.10～0.15）mm，可供选择用丝材及热值见表表2金属引燃丝材料及其热值J/g名称铁丝镍丝康铜丝铜丝镍铬丝纯棉丝热值6699324531402512600017500

7.校准项目和校准方法7.1校准项目7.1.1外观与常规7.1.2热容量重复性7.1.3热值误差7.2校准方法7.2.1外观及常规检查7.2.1.1按5.1.5.2.5.4要求，用目视方法进行检查。

7.2.1.2按5.3的要求，检查氧弹，当充入氧气压力至3MPa后浸没在水中不能有任何泄漏。

7.2.2热容量重复性的校准a）开启设备，取约1g片剂的一定质量（0.9～1.1）g苯甲酸，称准至0.1mg，放入洁净的坩埚内，将坩埚安放在氧弹头电极架上；取一段金属引燃丝，称准至0.1mg，将其两端分别缚紧在氧弹头的两个电极柱上，调整下垂的引燃丝，使它能与苯甲酸相接触，用苯甲酸压住。

b）向氧弹筒内移入10ml蒸馏水（每次检定及测定移入蒸馏水量应相同），将氧弹头插入氧弹筒内，安装后拧紧弹盖，然后与充氧系统相连，向弹内缓缓充入氧气，一般充氧时间不少于15s（亦可按仪器说明书要求操作），使弹内压力达到3.0MPa。

如充氧不慎，弹内压力达到3.3MPa时，则应中断操作，更换苯甲酸后重新安装氧弹。

c）等温型量热仪，调节外筒水温与室温相同，一般两者不得超过1.5K，调节内筒水温，使主期终了时内筒温度出现了明显下降（主期终了时内筒温度比外筒温度约高1.5K左右）；绝热型量热仪调节外筒水温比室温高（1～3）K。所取水量应使氧弹盖的顶面淹没在水面下（10～20）mm（亦可按仪器说明书要求操作），将盛有蒸馏水的内筒置于天平上称准至1g，每次检定实验室所取水量相同。

d）按常规安装好氧弹和量热仪，然后按技术说明书规定的热容量测量程序，向计算机输入相关必要的参数，然后接通总电源，启动搅拌器，10min后当量热仪体系温度变化达到恒定平衡后开始校准数值，记下相应数据。

e）校准完成后，放尽弹内废气，用蒸馏水仔细洗涤弹头、电极支架、坩埚、弹筒内壁等。观察坩埚或弹筒内试样是否溅出或有碳黑积灰（燃烧不完全），此次校准作废。

f）重复上述4次，共校准五次，结束后自动计算，从微机软件上读出热容量数值E，一般可以第一个数据舍弃，作为“费样”，从而可以计算出平均热容量E——5次校准的平均值（1）热容量重复性：?E=EEminmaX?（2），单位J/K。----（2）7.2.3热值误差的校准a）按技术说明书规定，选定热值测定程序，分别测定0.7g和1.3g苯甲酸热值，计算出平均热值，并与标准值比较。

按公式（3）计算热值误差?Q=SQ?Q----------------------------------（3）式中：?Q——热值误差，J/g；Q——测得苯甲酸的平均热值，J/g；SQ——苯甲酸的标准热值，J/g。

8校准结果经过校准符合本方法要求的量热仪出具校准证书，不符合的进行重新校准标定。

9校准周期为确保被校自动量热仪技术指标的准确可靠，通常情况下校准周期一般不超过为一年（仪器说明书具体有要求的另按要求校准标定）。

19科学技术2014年12期下KEXUEYUJISHU