烟煤中挥发分含量测定的不确定度评定

杨虹++于晓青

摘要：依据《煤的工业分析方法》（GB/T 212-2008）对某烟煤的挥发分进行了测定，并分析了测量过程中不确定度的来源：煤样的两次称量、水分的测定、重复性等，在此基础上对各不确定度分量进行了评定，并计算得到了合成不确定度和扩展不确定度，最后提出了在测定过程中减小不确定度的有效途径。

关键词：烟煤；挥发分；不确定度

中图分类号： TB9

文献标识码： A 文章编号： 16749944（2015）06019803

1 引言

煤质分析中挥发分的测定是煤炭质量标准检验的一项重要项目，是了解煤的性质和用途的重要指标。煤的挥发分是指把煤在隔绝空气条件下，于一定的温度下加热一定时间，煤中分解出来的液体（蒸气状态）和气体产物减去煤中所含的水分，包括含有氮、氢、甲烷、一氧化碳、二氧化碳和硫化氢等气体外，还有一些复杂的有机化合物。本文依据《煤的工业分析方法》（GB/T212-2008）对某烟煤的挥发分进行测定，并对测定过程进行不确定度评定。比较各不确定度分量的大小，找出显著性的不确定度分量并提出在测定过程中减小不确定度的有效途径，以期提高实验室内部质量水平。

2 实验方法

2.1 方法原理

称取一定量的一般分析试验煤样，放在带盖的瓷坩埚中，在（900±10）℃下，隔绝空气加热7min，以减少的质量占煤样质量的质量分数，减去该煤样的水分含量作为煤样的挥发分。

2.2 仪器设备

挥发分坩埚，坩埚架，坩埚架夹，干燥器，SX2-4-10箱式电阻炉，CPA225D赛多利斯电子天平，压饼机。

2.3 实验方法

在预先于900℃下灼烧至质量恒定的带盖磁坩埚中，称取粒度小于0.2mm的一般分析试验煤样（1.00±0.01）g（称准至0.0002g），然后轻轻振动坩埚，使煤样摊平，盖上盖，放在坩埚架上。将马弗炉预热至920℃左右。打开炉门，迅速将放有坩埚的坩埚架送入恒温区，立即关上炉门并计时，准确加热7min。要求坩埚及坩埚架放入后炉温在3min内恢复到（900±10）℃。从马弗炉中取出坩埚，并放在空气中冷却5min左右，移入干燥器中冷却至室温后称量。

2.4 数学模型

Vad=m1[]m0×100-Mad

式中：Vad为空气干燥基挥发分的质量分数（%）；m1为煤样加热后减少的质量（g）；m0为称取的煤样质量（g）；Mad为煤样的水分含量（%）。

2.5 数据测定结果

某烟煤样的挥发分测试数据见表1。

3 不确定度来源分析

测量过程中的不确定度主要来源于称量误差、仪器误差、环境条件、人员素质及样品均匀性等方面，其中环境条件、人员素质以及样品均匀性等因素很难用技术文件的数据进行不确定度评定，它们的不确定度可以通过测量的重复性试验得以体现。本文按照国家计量技术规范《测量不确定度评定与表示》（JJF1059-1999）[1]的要求， 并参考文献[2～4]对挥发分的测定过程进行了不确定度评定。认为挥发分测定过程的不确定度来源包括：煤样称量引入的不确定度urel（m0）、干燥后称量引入的不确定度urel（m0-m1）、水分测定引入的不确定度urel（Mad）、重复性测量引入的不确定度urel（rep）。

3.1 煤样称量引入的不确定度 urel（m0）

由煤样称量所引起的不确定度已包含在重复测量的不确定度之中。由天平准确性引起的不确定度有两个可能的来源：每次称重都会有随机变化和天平校准带来的不确定度。本实验所使用的CPA225D赛多利斯电子天平的最大允许误差为±0.1mg。根据JJF1059-1999，由分辨力导致的不确定度按均匀分布计算。因此，天平最大允许误差引入的不确定度为0.29×0.0001g=2.9×10-5g。采用矩形分布将其转化为标准不确定度，此分量必须计算2次，一次是坩埚的质量，另一次是煤样的质量，因为每一次称量均为独立的观察结果，两者的线性影响是不相关的，故由此次称量引起的标准不确定度为：

3.2 干燥后称量引入的不确定度urel （m0-m1）

干燥后称量引入的不确定度分析同3.1，故此次称量引起的标准不确定度为：

3.3 水分测定引入的不确定度urel （Mad）3.4 重复性测量引入的不确定度urel （rep）

按测定方法对某烟煤煤样重复测定6次，该烟煤的挥发分含量分别为：23.74%、23.69%、23.40%、23.76%、23.82%、23.68%，平均值为23.68%，标准偏差

3.5 合成不确定度u （Vad）

因各不确定度分量相互独立， 因此烟煤中挥发分测定的不确定度为：

其相对标准不确定度为：

3.6 扩展不确定度U （Vad）

在置信概率95%时，取k=2，其扩展不确定度为：U（Vad）=2×0.38%=0.76%。

4 结果讨论

将各个分量的相对标准不确定度列入表2中。

从表2可以看出，烟煤中挥发分的测定结果的不确定度主要来源于水分的测定，其次为重复性测定。但是水分测定的不确定度的主要来源也是重复性测定，从重复性试验的标准偏差公式可以看出测量次数越多平均值的标准偏差越小，所以增加水分和挥发分测量次数可以减小重复性的不确定度，从而降低挥发分测定的不确定度。

参考文献：

[1]国家质量技术监督局.测量不确定度评定与表示 JJF1059-1999[S].北京：中国计量出版社，1999.

[2]中国实验室国家认可委员会.化学分析中不确定度的评估指南[M].北京：中国计量出版社，2002.

[3]王丽辉，夏文前，侯 丽.煤质灰份、挥发份、全硫测定的不确定度评定[J].绿色科技，2012（4）：205～208.

[4]赵金龙，杨宝洪，李建国.烟煤中挥发分产率测定的不确定度评定[J].河南冶金，2007，15（6）：21～22.