JJG 672-2001 氧弹热量计

中华人民共和国国家计量检定规程

JJG 672—2001

氧弹 热量 计

2001-07-06发布 2001-10-01 实施

国家 质量 监督 检验 检疫 总局 发布

氧弹热量计检定规程Verification Regulation of

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代替 JJG 672—1990 JJG 673—1990

本规程经国家质量监督检验检疫总局于 2001年 07月 06 日批准 , 并自2001年 10月 01 日起施行。

归口单位 : 全国物理化学计量技术委员会

起草单位 : 国家标准物质研究中心

本规程委托全国物理化学计量技术委员会负责解释

本规程主要起草人 :

俞秀慧 (国家标准物质研究中心)

参加起草人 :

孟凡敏 (国家标准物质研究中心)

目录

氧弹热量计检定规程

1 范围

本规程 适用 于等 温型、 绝热 型、 自动 氧弹 热量 计 (热容 量范 围为 1 500~ 15 000J/K)的首次检定、后续检定和使用中检验。

2 概述

氧弹热量计是用于测定固体、液体燃料热值的计量仪器。基本原理是 : 一定量的燃烧热标准物质苯甲酸在热量计的氧弹内燃烧 , 放出的热量使整个量热体系 (包括内筒、内筒中的水或其它介质、氧弹、搅拌器、温度计等) 由初态温度 TA 升到末态温度 TB ,然后将一定量的被测物质再与上述相同条件进行燃烧测定。 由于使用的热量计相同 , 而且量热体系温度变化又一致 , 因而可以得到被测物质的热值。

氧弹热量计从量热原理可分为等温型氧弹热量计 (简称等温热量计) 和绝热型氧弹热量计 (简称绝热热量计)。量热体系被充满水 (或其它介质) 的双层夹套 (简称外筒)所包围 , 当样品在热量计的氧弹内燃烧使量热体系温度上升时 , 如果外筒温度保持不变 , 该类型热量计称为等温热量计 , 若外筒温度自动同步跟踪内筒温度 , 则称为绝热热量计。

自动氧弹热量计 (以下简称自动热量计) 操作较为简便 , 除了称量样品、装氧弹等外 , 其余实验过程均自动进行 , 该类型热量计的量热原理有等温型的 , 也有绝热型的。

3 计量性能要求

3.1 搅拌热

在规定条件下 , 热量计搅拌器连续搅拌 10min, 量热体系温度升高不超过 0.01K。

3.2 热容量重复性

在规定条件下 , 用燃烧热标准物质苯甲酸检定热量计的热容量 5次 , 按不同的平均热容量 , 其极差不大于表 1 的规定。

表 1 热容量检定技术指标 J/K

3.3 热值误差

在规定条件下 , 测得热值与它的标准值之间的误差不超过 60J/g。

3.4 平衡点稳定性

绝热热量计初期温度达到平衡后 , 在 3 min内量热体系温度变化不大于 0.001K。

4 通用技术要求

4.1 热量计外观要求

4.1.1 铭牌应 标明 名称、 型号、制造 厂名、 出厂 编号、 标志等。

4.1.2 控制面板上所有按键、开关均能正常工作 , 显示屏的各种信息显示清晰。

4.2 内、外筒外观要求

内筒表面应抛光 , 外筒内表面不得有划痕、起泡和脱皮等缺陷。

4.3 氧弹要求

氧弹内、外表面不得有任何划痕及损伤 , 弹盖和弹筒的螺旋部分不得有磨损、锈蚀等缺陷 , 在室温下应能承受 20 MPa的水压试验。

4.4 测温系统要求

精密量热温度计分辨率为 0.001K, 也可采用配备 5倍放大镜的贝克曼温度计 , 分度值为 0.01K, 该温度计应有制造计量器具生产许可证的标记 , 并具有计量检定机构出具的检定证书。

5 计量器具控制

计量器具控制包括 : 首次检定、后续检定和使用中检验。

5.1 检定条件

5.1.1 检定用设备

5.1.1.1 分析天平 : 分度值为 0.1 mg, 天平及砝码均应具有计量检定机构出具的检定证书。

5.1.1.2 天平或台秤 : 称量 5 kg, 分度值不大于 1 g。

5.1.1.3 氧气减压器 : 总压表量程为 0~25MPa, 分压表量程为 0~6 MPa, 分度值分别为 1 MPa和 0.2 MPa。

5.1.1.4 充氧系统 (包括氧气减压器接头、导管等) : 严禁与润滑油接触 , 若发现有油类污染 , 必须依次用汽油和酒精将油脂洗干净后才能充氧。

5.1.1.5 温度计 : 量程为 0~50 ℃ , 分度值为 0.1 ℃。

5.1.1.6 秒表 : 分度值为 0.01 s。

5.1.1.7 滴定管 : 容量为 0~25 mL, 分度值为 0.1 mL。

5.1.1.8 检定用标准物质和试剂材料

a) 燃烧 热标 准物 质片 剂苯 甲酸 (以下 简称 苯甲酸) : 其质 量分 别为 0.7, 1.0, 1.3 g。

注 : 应使用经国家计量行政部门批准并发布的燃烧热标准物质 , 并具有标准物质证书。

b) 氧气 : 纯度为 99.5%以上。

c) 标准溶液 : 0.1 mol/L NaOH (或 0.1 mol/L KOH) , 用分析纯 NaOH (或 KOH)配制 , 并用标准物质邻苯二甲酸氢钾标定 , 准确至 0.01 mol/L。

d) 酚酞指示剂 : 1 g/L乙醇溶液。

e) 点火丝 : 直径 0.10~0.15 mm, 可供选择用的丝材及其热值见表 2。

表 2 金属引燃丝材料及其热值

5.1.2 检定环境条件

5.1.2.1 环境温度 : 15~28 ℃ , 在一次检测过程中温度波动不能大于 ±0.5 ℃。

5.1.2.2 环境湿度 : <85%RH。

5.1.2.3 供电电源 : (220±22) V、频率 (50±1) Hz, 供电电路中无强电磁干扰源。

5.1.2.4 热量计应放在无热源辐射和空气对流的地方。

5.1.2.5 绝热热量计冷却水温至少比室温低 3 ℃。

5.2 检定项目和检定方法

5.2.1 首次检定、后续检定及使用中检验项目如表 3所示。

表 3 热量计检定项目

5.2.2 外观及常规检查

5.2.2.1 按 4.1、4.2、4.4 的要求 , 用目视方法进行检查。

5.2.2.2 按 4.3 的要求 , 检查氧弹 , 当充入氧气压力至 3 MPa后浸没在水中不能有任何泄漏。

5.2.3 等温热量计的检定方法

5.2.3.1 搅拌热的检定

将热量计的内筒温度、外筒温度调到与室温相差不大于 0.1 ℃ , 开动搅拌器连续搅

拌 10 min, 记录 10 min前后量热体系温度的变化。

5.2.3.2 热容量重复性的检定

a) 取约 1 g片剂苯甲酸 , 称准至 0.1 mg, 放入洁净的坩埚内 , 将坩埚安放在氧弹头电极架上 ; 取一段金属引燃丝 , 称准至 0.1 mg, 将其两端分别缚紧在氧弹头的两个电极柱上 , 调整下垂的引燃丝 , 使它能与苯甲酸相接触。

b) 向氧弹筒内移入 10mL蒸馏水 (每次检定及测定移入蒸馏水量应相同) , 将氧弹头插入氧弹筒内 , 安装好后拧紧弹盖 , 然后与充氧系统相连 , 向弹内缓缓充入氧气 , 一般充氧时间不少于 15 s (亦可按仪器说明书要求操作) , 使弹内压力达到 3.0 MPa。 如充氧不慎 , 弹内压力达到 3.3 MPa时 , 则应中断操作 , 更换苯甲酸后重新安装氧弹。

c) 调节外筒水温与室温相同 , 一般两者不得超过 1.5 K, 调节内筒水温 , 使主期终了时内筒温度出现明显下降 (通常主期终了时内筒温度比外筒温度约高 1.5 K 左右)。所取水量应使氧弹盖的顶面淹没在水面下 10~ 20 mm (亦可按仪器说明书要求操作) ,将盛有蒸馏水的内筒置于天平上称准至 1 g, 每次检定实验所取水量应相同。

d) 按常规安装好氧弹和热量计后接通总电源 , 启动搅拌器 , 10 min后当热量计体系温度变率达 到恒 定时 , 开始 初期 温度 的读 数。 每隔 30 s 记录 一次 温度 , 读准 至0.001K, 共读取 10次 , 第 11次读数同时接通点火开关 , 此时温度为主期初温 (t0)。主期温度读数仍隔 30 s记录一次 , 当 30 s温升大于 0.5 K 时 , 读准至 0.1 K; 当 30 s温升为 0.1~0.5 K 时 , 读数准至 0.01K; 当 30 s温升小于 0.1 K 时 , 读准至 0.001 K。当主期温度升至最大值后第一个开始下降的温度为主期末温 (tn) , 然后进行末期温度读数 , 每 30 s记录一次温度 , 共读 10次。

e) 实验完成后 , 放尽弹内废气 , 用蒸馏水仔细洗涤弹头、 电极支架、坩埚、弹筒内壁等。把洗液收集在 200 mL三角烧瓶中 , 置于电炉上加热 , 煮沸 1~2 min, 冷却后加 3~5滴酚酞指示剂 , 用 0.1 mol/L NaOH (或 0.1 mol/L KOH) 标准溶液进行滴定 ,记录消耗的标准溶液体积 , 称量并记下燃烧后剩下的金属引燃丝质量 , 以作修正用 (仪器说明书没要求 , 此项可以不做)。

注 : 如果发现在坩埚或弹筒内有积炭 , 实验作废。

f) 重复上述 4次 , 共检测 5次 , 按公式 (1) 计算热容量 , 并计算出平均热容量和极差。

式中 : E— 热量计热容量 , J/K;

m— 苯甲酸质量 , g;

Q— 苯甲酸标准热值 , J/g;

m1— 引燃丝质量 (引燃前后丝的质量差) , g;

Q1— 引燃丝热值 , J/g;

V— 滴定消耗标准溶液的体积 , mL;

Q2— 硝酸生成热滴定校正 (0.1 mol的硝酸生成热为 5.9 J) , J/mL;

Δt— 修正后的量热体系温升 , K;

H— 贝克曼温度计的平均分度值 (使用其它温度计时 H= 1)。

Δt= [ (tn +hn) - (t0 +h0) ] + Δθ (2)

式中 : t0 和 tn— 主期初温和末温 , K;

h0 和 hn— 在 t0 和 tn 温度点的修正值 , K;

Δθ— 量热体系与环境的热交换修正值 , K。

式中 : V0 和 Vn— 初期和末期温度变化率 , K/30 s;

θ0 和θn— 初期和末期的平均温度 , K;

n— 主期读取温度的次数 ;

ti— 主期按次序温度读数。

注 : 如果采用计算机程序控制 , 则上述测温、计算均是自动进行。

5.2.3.3 热值误差的检定

取约 0.7 g和 1.3 g苯甲酸片剂分别按 5.2.3.2步骤进行操作 , 按公式 (4) 计算苯甲酸热值。

式中 , 为热量计平均热容量 , J/K。

按公式 (5) 计算热值误差。

ΔQ=-QS (5)

式中 : ΔQ— 热值误差 , J/g;

— 测得苯甲酸的平均热值 , J/g;

QS— 苯甲酸的标准热值 , J/g。

5.2.4 绝热热量计检定方法

5.2.4.1 平衡点稳定性的检定

绝热热量计初期温度达到平衡后 , 记录 3 min前后量热体系温度变化。

5.2.4.2 热容量重复性的检定

a) 称量苯甲酸和安装氧弹方法同 5.2.3.2, 调节内筒水温度比室温高 1~ 3 K, 并称准至 1 g。

b) 接通热量计总电源 , 启动搅拌器、循环水泵及外筒跟踪用的加热开关 , 调节冷却水量及热量计面板上的平衡电位器 , 在 10 min左右 , 体系温度应达到平衡。

注 : 外筒加入含有 Na2CO3 的水溶液 , 使其最大跟踪电流为 5 A 左右 , 热量计温度平衡调好后一般在以后实验中 (环境变化小于 3 K) 不需再转动面板上的平衡电位器。

c) 热量计达到平衡后 , 读取内筒温度 (t1) 同时开始计时 , 隔 3 min读取内筒温度(t2) 同时点火 , 2次温度的平均值为初期平均温度 (t0) ; 点火后 12 min读取内筒温度(t3) , 隔 3 min后再读取内筒温度 (t4) , 后 2次温度平均值为末期平均温度 (tn)。

注 : 初期与末期时间间隔也可按技术说明书规定。

d) 实验完成后氧弹操作同 5.2.3.2 e)。重复上述检测 4次 , 按公式 (6) 计算热容量 , 并计算出平均热容量和极差。

式中 : t0— 初期平均温度 , K;

tn— 末期平均温度 , K。

5.2.4.3热值误差的检定

取约 0.7 g和 1.3 g苯甲酸片剂分别按 5.2.4.2步骤进行操作。按公式 (7) 计算苯甲酸热值后取其平均值 , 并且与标准值相比较。

5.2.5 自动热量计检定方法

5.2.5.1 热容量重复性的检定

按上述方法称量苯甲酸和安装氧弹 , 然后按技术说明书规定选定热容量测量程序 ,向计算机输入必要的参数 , 实验结束后自动计算热容量 , 重复检测 4次 , 计算出平均热容量和极差。

5.2.5.2 热值误差的检定

按技术说明书规定 , 选定热值测定程序 , 分别测定 0.7 g 和 1.3 g苯甲酸热值 , 计算出平均热值 , 并与标准值相比较。

5.3 检定结果的处理

经检定符合本规程要求的热量计发给检定证书 , 不符合的发给检定结果通知书 , 并指出不合格项目。

5.4 检定周期

检定周期一般不得超过 2年。

附录 A

氧弹热量计检定记录

原始记录号仪器名称型号

设备编号出厂编号

制造厂送检单位

标准物质苯甲酸批号热值 (Q) J/g

称样天平编号内筒加水质量 g

环境温度 ℃ 环境湿度 %

证书编号

1 外观检查 :

2 搅拌热检定 :

3 热容量检定 :

4 热值误差检定 :

检定日期年 月日 检定员核验员

附录 B

等温型热量计测量记录表

测量项目 热容量 (或热值)

原始记录号序号

标准物质苯甲酸热值 (Q) J/g 苯甲酸质量 (m) g

引燃丝热值 (Q1) J/g 引燃丝质量 mg

标准溶液浓度相当于 (Q2) J/mL 消耗标准溶液 (V) mL

1 测温记录

2 热交换修正值 Δθ的计算

V0 = Vn =

θ0 = θn =

3 量热体系温升 Δt修正后的计算

h0 = hn =

4 热容量 E (或热值 Q) 的计算

附录 C

绝热型热量计测量记录表

标准物质苯甲酸热值 (Q) J/g 标准物质苯甲酸质量 (m) g

1 外观检查

2 平衡点稳定性检定

3 量热体系温升后 Δt的计算

t2 = 3 t4 =

h0 = - - hn=

Δt= (tn+hn) - (t0 +h0) = 4 热容 E (或热值 Q) 的计算