焦炭反应性及反应后强度测定仪测量结果不确定度评定

文萌 王海涛

【摘要】 本文对焦炭反应性及反应后强度测定仪在校准过程中的各个影响量进行分析，评定了温度均匀度的不确定度，为该设备校准结果的评价提供了依据。

【关键词】 焦炭反应性及反应后强度测定仪;温度均匀度;不确定度

【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2021.02.027

The Evaluation of Uncertainty of Measurement Results in Coke Reactivity and Strength after Reaction Reator

WEN Meng，WANG Hai-tao

（Liaoning Institute of Measurement，Shenyang 110004，China）

Abstract： The influence of Coke Reactivity and Strength after Reaction Reator in the calibration process is analyzed，and the uncertainty of the error measurement results is evaluated，which provides the basis for the evaluation of the calibration results of this kind of instrument.

Key words： tyre uniformity testing machines;uncertainty

焦炭是高炉最重要的燃料，是其重要的还原剂及物理支撑骨架。为了评估焦炭熔损破坏及高温破坏的性能，采用焦炭反应性及反应后强度测定仪来测定其反應性（CRI）及反应后强度（CSR）是冶金行业的普遍方法。图1为一典型焦炭反应性及反应后强度测定仪的示意图。

1 概述

1.1 测量技术依据

JJF（辽） 403-2019《焦炭反应性及反应后强度测定仪温度参数校准规范》

1.2 环境条件

环境温度：15～40 ℃;相对湿度：30%～80%;

电源电压：（380±38） V;频率：（50±0.5） Hz;

1.3 计量标准器

1.4 测量对象

焦炭反应性及反应后强度测定仪。

1.5 测量方法

将热电偶从反应器的上开口处沿纵向插入反应器，并确认热电偶末端在反应器内恒温区中心处。不同类型的反应器装料区域不同，部分反应器还有孔板，应首先根据说明书确认有效恒温区，然后将标准电偶插入有效恒温区中心。后按照JJF（辽） 403-2019《焦炭反应性及反应后强度测定仪温度参数校准规范》中的校准方法进行测量。

2 数学模型

[Δθ+=tpmax-tp] （1）

[Δθ-=tpmin-tp] （2）

式中：[Δθ+]、[Δθ-]——温度均匀度，℃;

[tpmax]——公式（1）所得各点实际温度的最大值，℃;

[tpmin]——公式（1）所得的各点实际温度的最小值，℃;

[tp]——公式（1）所得的中心点的实际温度，℃。

合成方差与灵敏系数

[u2c=[c1u（tpmax）]2+[c2u（tp）]2] （3）

[u2c=[c1u（tpmin）]2+[c2u（tp）]2] （4）

在（1）、（2）式中[tpmax]、[tp]、[tpmin]互为独立，因而得：

其中：[c1=Δθ+tpmax=Δθ-tpmin=1]，[c2=Δθ+tp=Δθ-tp=-1]

[u2c=u2（tpmax）+u2（tp）] （5）

[u2c=u2（tpmin）+u2（tp）] （6）

3 计算各点测得的最高温度与中心点温度之差的不确定度

3.1 输入量[tpmax]引入的不确定度[u]（[tpmax]）

3.1.1 输入量[tpmax]重复测量引入的不确定度[u]（[tpmax1]）

反应器恒温至1100 ℃时，读取平均值为最高的测温点的温度值，共读取10次，分别为[tpm1]，[tpm2]，…，[tpm20]，其平均值为[t_pm]。测量值和计算结果详见表2，属于A类不确定度分量，服从正态分布。

平均值的标准不确定度：

[u（tpmax1）=S（t_pm）/10=0.04] ℃

3.1.2 温度校准装置修正值引入的不确定度[u（tx1）]

由证书中可得，温度校准装置修正值的扩展不确定度为0.84 ℃（[k=]2），其标准不确定度为：

[u（tx1）=0.42] ℃

输入量[tpmax]的合成不确定度[u（tpmax）]为：

[u（tpmax1）=u2（tpmax1）+u2（tx1）=0.42] ℃

3.2 输入量[tp]引入的不确定度[u（tp）]

3.2.1 输入量[tp]的重复测量引入的不确定度[u（tpk）]

反应器恒温至1100 ℃时，读取中心点的温度值，共读取计10次，分别为[tpk1]，[tpk2]，…，[tpk10]，其平均值为[t_pk]测量值和计算结果见表3，属于A类不确定度，服从正态分布。

平均值的标准不确定度：

[u（tpk）=S（t_pk）/10=0.08] ℃

3.2.2 温度校准装置修正值引入的不确定度[u（tpd）]

由证书中可得，温度校准装置修正值的扩展不确定度0.84 ℃（[k=]2），标准不确定度为：

[u（tpd）=0.42] ℃

输入量[tp]的合成不确定度[u（tp）]为：

[u（tp）=u2（tpk）+u2（tpd）=0.43] ℃

3.3 合成标准不确定度

[uc=u2（tpmax）+u2（tp）=0.422+0.432]≈0.60 ℃

3.4 标准不确定度分量汇总表

反应器校准温度1100 ℃，最高实际温度与中心点实际温度之差的标准不确定度分量汇总见表4。

3.5 温度均匀度（[Δθ+]）测量结果的扩展不确定度

[U=k×uc=2×0.60=1.2] ℃;[k]=2

4 计算各点测得的最低温度与中心点温度之差的不确定度

4.1 输入量[tpmin]引入的不确定度[u（tpmin）]

4.1.1 输入量[tpmin]重复测量引入的不确定度[u（tpmin1）]

反应器恒温至1100 ℃时，读取平均值为最低的测温点的温度值，共计读取10次，分别为[t'pm1]，[t'pm2]，…，[t'pm10]，其平均值为[t'_pm]。测量值及计算结果见表5，属于A类不确定度，服从正态分布。

平均值的标准不确定度：

[u（tpmin1）=S（t-'pm）/10=0.11] ℃

4.1.2 温度校准装置修正值引入的不确定度[u（tx2）]

由证书中可得，温度校准装置修正值的扩展不确定度为0.84 ℃（[k=]2），标准不确定度为：

[u（tx2）=0.42] ℃

输入量[tpmin]的合成不确定度[u（tpmin）]为：

[u（tpmin）=u2（tpmin1）+u2（tx2）=0.44] ℃

4.2 输入量[tp]引入的不确定度[u（tp）]

输入量[tp]引入的不确定度[u（tp）]与C.4.2的相同为：

[u（tp）=0.43] ℃

4.3 合成标准不确定度

[uc=u2（tpmin）+u2（tp）=0.442+0.432]≈0.62 ℃

4.4 标准不确定度分量汇总表

反应器校准温度1100 ℃，最低实际温度与中心点实际温度之差的标准不确定度分量汇总见表6。

4.5 温度均匀度（[Δθ-]）测量结果的扩展不确定度

[U=k×uc=2×0.62=1.3] ℃;[k]=2

5 结语

本文对焦炭反应性及反应后强度测定仪的温度均匀度在测量过程中的不确定度进行了评定，通过建立数学模型，分析了各影响量对测量结果的影响，分别得到了最大、最小温度均匀度的合成标准不确定度和扩展不确定度。

【参考文献】

[1] 测量部而确定度评定与表示：JJF 1059.1-2012[S].

[2] 焦炭反应性及反应后强度测定仪温度参数校准规范：JJF（辽） 403-2019[S].

[3] 倪育才.实用测量不确定度评定（第5版）[M].北京：中国质检出版社，2016.

[4] 耿维明.测量误差与不确定度评定[M].北京：中国标准出版社，2011.

【作者简介】

文萌（1988-），男，工程师，硕士，研究方向为温度专业相关检定、校准、檢测等。

王海涛（1985-），男，高级工程师，硕士，研究方向为温度专业相关检定、校准、检测等。