淺談氧彈熱量計內筒水的獲取對測量結果的影響

  


    淺談氧彈熱量計內筒水的獲取對測量結果的影響
  
    氧彈熱量計是用于測定固體、液體燃料熱值的計量儀器。基本原理是：一定量的燃燒熱標準物質苯甲酸在熱量計氧彈內燃燒，放出的熱量使整個量熱體系（包括內筒、內筒中的水或其它介質、氧彈、攪拌器、溫度計等）由初態溫度TA 升到末態溫度TB ，然后將一定量的被測物質再與上述相同條件進行燃燒測定。由于使用的熱量計相同，而且量熱體系溫度變化又一致，因而可以得到被測物質的熱值。                                                              
    氧彈熱量計從量熱原理可分為等溫型氧彈熱量計和絕熱型氧彈熱量計。在此，我們僅討論前者。
量熱體系被充滿水（或其它介質）的外筒所包圍，當樣品在熱量計的氧彈內燃燒使量熱體系溫度上升時，如果外筒溫度保持不變，此類型熱量計即為等溫型熱量計（以下簡稱熱量計）。
在我們進行熱量計檢定的過程中，發現許多用戶很注意以下條件，如：環境溫度是否恒定、樣品稱量的準確與否、所用的點火絲的種類和質量是否一致以及內、外筒溫度的控制等等,但是,測量數據依然很難平行,要重復多次,并且數據可靠性不高,后來發現他們對內筒水的質量準確與否卻不太重視,表現在:(1)配置的天平精度不夠;(2)使用2000ml容量瓶這種量入式容器作為量水的工具。下面我們就此問題展開一些討論。
按照JJG672-2001《氧彈熱量計檢定規程》（以下簡稱規程）第5.1.1.2條規定,內筒水必須用稱量5kg,分度值不大于1g的天平進行稱量。
現行國內生產的熱量計其內筒水的質量大部分定為2000g,下面就以此量值為例加以分析。
通過試驗，我們知道，取約1g的苯甲酸依照規程規定的條件和步驟檢定儀器的熱容量，每次試驗前后內筒水的溫差均在2.8K左右,由于1g的水在溫度每升高1K,所需要的熱量約為4.18J，由表1可見，由于水的稱量誤差對儀器熱容量帶來的影響。
表1   水的稱量誤差引起的熱容量的變化

水的稱量誤差(g)	1	2	3	…
引起熱容量的變化(J/K)	4.2	8.4	12.5	…

規程第3.2條：在規定條件下,用燃燒熱標準物質苯甲酸檢定熱量計的熱容量5次,按不同的平均熱容量，其極差不大于表2的規定。這一性能指標是計量部門判定儀器合格與否的最主要的依據，也是使用單位定期進行自較的唯一依據。因此，內筒水的稱量如果不準確,測量許多次也得不到重復的數據,大大降低工作效率,特別是那些測量值處于第3.2條邊緣的儀器,極易產生誤判, 可見，應嚴格按規程要求配置天平，否則，易出具錯誤的數據，引起誤判。


表2  熱容量檢定技術指標           J/K

熱容量	＜1500	9000～11000	14000～15000
極差	9	40	60

另外，在稱量時，要注意將天平托盤及內筒的外壁擦干，不要掛水，不然，影響稱量。
我們在實際檢定過程中，發現有些用戶由于暫時沒有大的稱量天平，而使用2000ml容量瓶（經檢定合格符合A級標準）作為量水的工具。
容量瓶是一種量入式量器，而用戶是用來作為量出式量器使用的，這樣，就帶來了一些問題，如每次用容量瓶量取水后，倒入內桶，瓶中剩余量多少？每次殘留量是否相同？為此，我們做了一些實驗，取一該規格的容量瓶，將其清洗干燥后，用電子天平稱量、去皮，再將其裝水至標線，保持壁干燥，內壁標線以上部分擦干，然后將水倒出，成滴流狀態時倒置等待30秒鐘，稱量，即為剩余量。如此重復多次，數據見表3。可見,多次測量間的極差為0.3 g, 小于1g, 平均殘留量為1.52g ,因此,每次量取內桶水時,均需采用分度吸管加入1.5ml水,才可基本消除殘留量帶來的影響.

表3            水的殘留量

測量次數
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
平均值

測量量(g)
403.67
403.65
403.85
403.55
403.64
403.68
403.61
403.69
403.79
403.72
403.68

殘留量(g)
1.50
1.48
1.68
1.38
1.47
1.51
1.44
1.52
1.62
1.55
1.52


(干燥狀態下,該容量瓶的質量為402.17g)

再者，由于水在不同溫度時，其密度是各不相同，質量也將有所區別。表4列出了水溫為（20±2）℃時，水的密度及質量為2000 g的水所對應的體積。

表4  不同溫度下水的密度及體積

溫度（℃）
18
19
20
21
22

水的密度(g/ml)
0.9986
0.9984
0.9982
0.9980
0.9978

2000 ml水所對應的質量(g)
1997.2
1996.8
1996.4
1996.0
1995.6

引起的熱容量誤差(J/K)
11.7
13.4
15.0
16.7
18.4




再者，由于溫度不同，玻璃的膨脹系數也不一致，因而，體積也不相同，……。

由此可見，溫度影響是不可忽視的。

綜上所述，用容量瓶獲取內筒水，容易產生誤差，影響測量的準確度,且不符合規程要求，應避免采用。

許多用戶在意識到內筒質量的重要性后,配置了合格的稱量天平,準確稱取內筒水,事實證明,原來較難平行的數據,現在較易實現,提高了工作效率,保證了數據的準確、可靠。