量热仪不确定度的影响因素分析
时间:2015-12-01 阅读:929
目前我国能源工业正处于高速发展时期,煤炭、石油的质量如何评定,如何快速准确地得出煤炭、石油的品质品位,就需要用到一系列的分析仪器。量热仪作为一种测量物质热量的仪器,是评定能源物质品质品位的主要工具之一。随着能源工业的发展人们对量热仪的不确定度要求是越来越高的,因此研究影响量热仪不确定度的各因素是有必要的。
1影响不确定度的主要因素
量热仪是一种间接测量热量的工具,主要是通过测量温度,根据比热容定律和热传导定律(傅立叶定律)计算热量。根据测量热量的过程得到量热仪不确定度的主要影响因素:
(1)测量单元的不确定度:包括温度测量和水量测量;
(2)量热仪结构:量热仪结构决定如何使用比热容定律和热传导定律,同时,内外传热结构的合理设计是量热仪不确定度的zui重要保证之一;
(3)热量计算公式的系数测定:量热仪的热量计算公式是通过比热容定律和热传导定律经合理的推导后得到的,因此一般不能直接得到热量计算公式的系数,而需要通过一系列方法测定,所以测定系数的准确性直接影响热量计算的不确定度。
2影响不确定度主要因素的分析
量热仪测量的热量内容包括储热和散热。储热是指氧弹燃烧放热完毕后内筒(包括氧弹)升高温度所包含的热量,即弹筒发热量;散热是指氧弹燃烧放热过程中内筒与外界(内筒和氧弹以外)的交换热。
不同类型的量热仪对这两部分的比重取向不一样,比如,绝热式量热仪储热比重大,散热比重小,尽可能达到忽略散热部分,所以其不确定度取决于储热部分。又比如干式量热仪,储热比重稍小,散热比重较大,所以散热部分的不确定度要求高。而恒温式量热仪是介于两者之间,储热比重较大,但散热部分达不到可忽略的要求,所以对储热和散热都有一定要求。
2.1绝热式量热仪不确定度分析
绝热式量热仪足要求氧弹燃烧放热过程中内筒与外界的交换热可以忽略的一种热量计。一般使用两种方式实现:真空绝热;外筒跟踪内筒同步升温(简称同步升温)。
真空绝热式量热仪使用真空层包围内筒方式实现绝热的结构方式。真空绝热式量热仪不考虑散热部分的热量,因此热量计算可以只从比热容定律导出。
真空绝热式量热仪在计算热量时考虑热容量受温度的影响是提高仪器不确定度的关键点。当然,真空绝热式量热仪的难点和重点在于结构上是否达到绝热要求。
同步升温绝热式量热仪是使外筒温度自动跟随内筒始终与内筒温度保持一致的方式实现绝热。所以,同步升温绝热式量热仪的不确定度影响因素,除了有真空绝热式量热仪所存在的影响因素外,还存在外筒与内筒温度达到的同步程度,以及内外筒温度的均匀程度。
2.2恒温式量热仪不确定度分析
恒温式量热仪是使用控温等方式使外筒温度保持稳定的一种热量计。恒温式量热仪在实验过程中内筒与外界(包括外筒)存在热交流,因此需要计算交流热。计算内筒与外界的交流热采用的理论就是热传导定律(傅立叶定律)。所以恒温式量热仪需要同时使用到比热容定律和热传导定律。
因为恒温式量热仪内筒的温升相对小,而且热量的计算公式相对复杂,所以一般不考虑温度变化对热容量的影响。但要求内外筒的温度达到较高的均匀性与稳定性,否则不能称为等温面。
恒温式量热仪的不确定度和不确定度的两个主要影响因素是:(1)结构上是否达到可忽略内外筒热交流以外的其它热交流;(2)外筒控温的均匀性和稳定性。
2.3干式量热仪的不确定度分析
干式量热仪是无内筒水方式测量热量的一种热量计。因此,干式量热仪热容量相对小,主期温升相对高,散热部分热量相时大。故干式量热仪的不确定度主要受散热部分影响。干式量热仪的内筒构造一般是金属,有极良好的热传导效果,因此燃烧热可以很迅速地传导出来,所以干式量热仪的主期一般较短。
干式量热仪(固体夹层)热量计算的不确定度和不确定度关键在探头的分布及数据的处理。干式量热仪是使用多个测温点和较复杂的数据处理来换取较简单的结构。
由于对量热仪的不确定度要求较高且结构较复杂,所以对不确定度的影响因素很多,本篇所作的分析是从理论出发作出的分析,在积累一定经验,用严谨推导过程才可以得到全面的分析结果。