煤炭高位发热量测定结果的不确定度评定探究

【摘要】煤炭是我国经济发展最重要的能源。而煤炭的高位发热量是衡量煤炭质量的重要指标。但是由于测定过程中的系统性因素和非系统性因素严重的影响着这一指标测定结果的准确性，因此有关这一指标测定结果的不确定度问题逐渐引起人们的关注。本文从煤炭高位发热量的内涵出发，探究导致这一指标测定结果不确定性的因素，并评定这一测定结果的不确定度。

【关键词】高位发热量；不确定度；煤炭

煤炭一直以来被人们称作“黑色的金子”。没有煤炭，工业缺乏原料，经济缺乏动力，社会无法进步。作为非常重要的能源，煤炭的质量影响着煤炭的使用效率及其产品质量。因此，人们越发重视煤炭的质量水平。那么，人们如何确定煤炭的质量水平呢？煤炭发热量的概念应运而生。煤炭发热量是分析煤炭质量的一个非常重要的指标。而煤炭高位发热量是煤发热量的其中一种类别，它可以通过氧弹热量计得出。这一指标是在煤炭市场上决定煤炭价格的主要依据。因此有必要研究测定煤炭高位发热量过程中的不确定度。

1、煤炭高位发热量的内涵

1.1煤炭发热量：这一指标衡量的是煤炭在燃烧过程中释放的热量。煤炭发热量不仅能够评价煤炭质量水平的高低，而且也能反映煤炭的煤化情况，同时也有助于根据国际标准将煤炭进行分类。

1.2煤炭高位发热量：这一指标衡量的是在大气压作用下煤炭燃烧后释放的热量。这一热量大致为恒容弹筒发热量与燃烧过程中酸所产生的热量的差额。煤炭高位发热量的测定对于煤炭使用价格的界定极为重要。同时，根据这一指标也可以计算出煤炭低位发热量，从而更好地衡量煤炭质量。

1.3煤炭高位发热量的测定：实验室中通常采用特定的仪器对这一指标进行测定。具体方法如下：用电子分析天平城区一定数量的煤炭样本置于燃烧器皿中；在氧弹中加入10毫升蒸馏水；最终用微机全自动量热仪测量煤炭在燃烧过程中产生的热量。需要注意的是：这里所测量的热量是恒容弹筒发热量，而煤炭高位发热量是根据实验室的测量结果间接计算出来的。煤炭高位发热量的计算公式具体如下：

其中，Qgr，ad代表煤炭的高位发热量，单位为：J/g；E代表实验中所得的恒容弹筒发热量，单位为：J/g；T代表煤炭样本燃烧前后的温差，单位为：k；m代表煤炭样本的质量，单位为：克；Q1代表实验中电点火和棉线所释放的能量；Q2与Q3分别表示实验中硫酸和硝酸的产热量，单位均为：焦耳。

2、煤炭高位发热量测定结果的不确定度来源

煤炭高位发热量的测定过程中存在诸多因素致使这一指标出现非确定性的测定结果。

（1）煤炭样本的选择方法。用天平称取煤炭样本时，应该保证煤炭的质量误差较小，颗粒和松散度大小适中，防止样本燃烧时出现飞溅，从而使实验结果偏低。（2）发热量测定场所的选择设定。发热量测定场所的温度要设定在一定范围内，否则就会对实验结果产生严重的影响。（3）双控电脑精密自动量热仪温度的分辨率对结果的影响。（4）标准物质标定仪器产生的不确定度。

3、煤炭高位发热量测定结果的不确定度的评定

3.1非系统性因素所导致的不确定度u1：由于实验的重复性所导致的不确定度可以由实验结果的标准差来求。具体公式如下：

其中：xi为实验的测试值；n为重复试验的次数；xar为重复试验结果的平均值；s（x）为实验标准差。

煤中发热量测定一般采取两次平行样，重复测定，测量结果为23.76MJ，23.78MJ，平均值为，23.78MJ，计算由重复性测定引入的不确定度。

3.2实验室使用的天平最大允许误差为±0.0001克。实验中所选取的煤炭样本质量服从的是均匀分布；所用电子天平经检定符合一级，其最大允许误差为±0.0005g，按均匀分布转换为标准不确定度。

3.3量热仪温度测量装置的分辨力为0.0001卡。实验中的温差为煤炭样本燃烧前后的温度的差额，这一温差值同样服从均匀分布。

3.4标准物质发热量的不确定度，在95%的置信概率下其不确定度为0.17%；使用标准值为31.00MJ/Kg的标准物质标定仪器五次，其测量结果为31.07，31.12，31.13，31.18，31.14.计算其不确定度。

4、总体不确定度的评定及结果

根据以上分析，上述几部分因素所引起的不确定度彼此之间相互独立，所以总体不确定度具体应为：

5、总结

煤炭高位发热量有助于判断质量高低，制定煤炭价格。这一指标测定结果的不确定度主要来源于系统性因素和非系统性因素两个方面。因此，其不确定度评定也可以从这两个方面计算得出。这两方面因素都对煤炭高位发热量的测定结果有显著的影响。