量热仪ASTM标准中文.docx
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量热仪ASTM标准中文
煤和焦碳1的高位发热量的标准测量方法
这项标准是在固定设计D5865上发布的；这些数字是跟随最初通过的那一年的设计而定的，或者有修改的话是根据上次修改的那一年。
括号中的数字表明上次修改的年份。
标号（∈）表示自上次修改或重新审批后的编辑变化。
1应用范围
1.1这种测试方法通过恒温式或绝热式弹筒热量计实现，与煤和焦碳的高位发热量有关。
1.2在SI组织中规定的值被认为是标准值。
1.3此标准不能解决所有的安全问题，有些解决的也是和它的应用相关的。
设立恰当的安全与健康设施，制定利于使用的规则的应用范围，这些是此标准的使用者的责任。
具体的注意事项说明见第8部分.
2参考文件
2.1ASTM标准2
D121关于煤和焦碳的词汇
D346实验室理论中焦碳试样的收集和准备的惯例
D388煤按级别分类
D1193水试剂规格
D2013准备分析煤样的设备
D3173煤和煤焦的分析样品的湿度的测量方法
D3180煤和焦碳从“为确定”到“各基地”的分析计算的实习
D4239使用高温管道燃烧炉的方法分析煤和焦碳的硫的测试方法
D5142用工具程序分析煤和焦碳样的接近理论的测量方法
E1ASTM温度计的规格
注释：
1.这种方法是在关于煤和焦碳ASTM委员会D05的极限下提出的，在分析方法上，是分委员会D05.21的直接责任。
最新版本是在2004年4月1日批准通过、2005年5月出版的。
最初的版本是在1995年批准通过的。
上次版本是在2003年通过的D5865-03a。
2.对涉及到的ASTM标准，参考ASTM网站www.astm.org或通过邮箱service@astm.org联系ASTM顾客服务。
对ASTM标准容积信息的每年的书籍，涉及到ASTM网站上的此标准的文档总结。
E144氧弹的安全使用惯例
E178处理外围观察的惯例
3词汇
3.1定义
3.1.1绝热式热量计—在绝热模型下操作的热量计，可使用也可不使用微处理器。
由操作者或微处理器记录下来开始点火之前的初始温度和终时温度。
3.1.2自动热量计—含有微处理器的热量计，它能记录温度计的读数，并且能计算点火值的标准值和热量。
3.1.3热值——指定条件下的单位数量的物质的点火产生的热量。
3.1.4热量计——测量热量值的设备，它包括氧弹、固定氧弹的容器、测量设备、点火丝、水、搅拌器和控制系统。
3.1.5高位发热量（恒容高位点火热）Qv——物质在恒定容积下完全燃烧产生的热量，生成的所有的水都呈液态。
3.1.6生成热——在标准状态下，由稳定单质生成1mL的某物质的反应热。
3.1.7恒温式热量计——在恒温模式下工作的热量计，有微处理器记录最初和最终的温度值，并且在温度上升时做出恰当的热量校正。
它决定热量计达到平衡时与点燃试样时的时间，并决定燃烧后热量计达到平衡的时间。
3.1.8低位发热量（在恒压下点火低位热）Qp（低位）——物质在0.1Mpa（即一个标准大气压）的恒压下燃烧生成的热量，所有的水均以蒸汽的形式存在。
3.2此标准相关专业术语的定义
3.2.1温度升高校正——校正氧弹内部程序引起的热量计温度的变化引起的各种各样的因素。
3.2.2热容量——升高任一热量计的温度所需的能量。
3.2.2.1讨论——热容量也可被认为是热量计的相等的能量或相等的水。
4测量方法的总结
4.1热量计的热容量是通过在氧气中燃烧一定重量的苯甲酸来标定的。
一系列比较分析的试样是热量计在同样的条件下燃烧计算的。
通过乘于温度升高的校正值和额外热效应的校正值及计算热容量和试样的重量来分析试样的热量值。
注解1：
取样后煤的氧化会导致热值的降低。
特别是，褐煤和含低沥青的煤样可能比含高沥青的煤样更容易受到氧化。
取样时样品不必要的暴露在空气中或者分析延迟这些都应该是要避免的。
5意义与应用
5.1高位发热量可用来计算大量的煤和焦碳的总热容量，这些煤和焦碳在出售时，是可以用做试样来定价的。
5.2高位发热量可用来计算硫含量值以确定煤是否满足工业燃料法的要求。
5.3高位发热量用来标定选矿过程的效果。
5.4高位发热量用来根据D388给煤分等级。
6设备工具
6.1测试环境——环境中没有通风装置；没有阳光的直射和其他的放射源；有温度调节装置控制室内的温度和湿度，使之在适宜的条件下。
6.2氧弹——构成材料不受燃烧过程中出现的高温和腐蚀性产物的影响而产生热效应。
氧弹应设计得使所有的液态燃料能通过清洗内表面被完全覆盖，不允许有气体泄露，在室温下能够承受20.0Mpa的压力，并且在弹性范围之外不发生形变。
6.3天平——实验室用天平，能称量分析样品的重量到0.0001g。
要准确称量，天平至少每周校准一次。
6.4热量计容器——由覆了一层黑电阻、外表面高度剖光的金属制成。
它的形状大小应能使氧弹在标定的时候完全浸在水中。
搅拌器能够使水混合均匀。
搅拌器浸在水中的部分通过低热扩散的连接物和外面相连。
搅拌器的速度应保持恒定以确保搅拌带来的温度变化最小。
持续搅拌十分钟保证热量计的温度升高不超过0.01℃,当起始温度在热量计可识别的温度范围内,在测试区域并装有防护时，对有一个桶的热量计，它可以是一分单元，也可以是一完整单元。
此容器的结构应能保证热量计的整个外围环境维持在恒定的温度。
6.5外桶——内桶外围维持在恒定的温度变化在±0.1℃内，或是在与测量中的热量计容器（绝热式）相等的温度环境±0.1℃内。
为尽可能地减小对流，热量计的周围、顶部和底部与外桶内表面的距离不大于10mm。
热量计容器的机械设备要求是低热导率的。
6.6温度计
6.6.1自动热量计——铂电阻或者线性热敏电阻温度计能够测量到接近0.0001℃。
温度计的刻度源于一个被认可的认证机构
6.6.2人工热量计
6.6.2.1铂电阻或者线性热敏电阻温度计能够测量到接近0.0001℃。
温度计的刻度源于一个被大众认可的认证机构。
6.6.2.2液体温度计——按照E1说明书规定的56C、116C或117C温度计要求。
56C温度计所划分的刻度间距在整个所标的刻度上应不大于2.0℃，且任意两个刻度点之间的最大差校正值应不大于0.02℃。
116C和117C温度计所划分的刻度间距在整个所标的刻度上应不大于0.5℃，且任意两个刻度点之间的最大差校正值应不大于0.02℃
6.6.2.3贝克曼差值温度计（BeckmanDifferentialThermometer）——（玻璃密封标度，可调节的）拥有接近6℃的范围以0.01℃细分readingupward并遵从E1说明书规定的115C温度计要求。
该温度计所划分的刻度间距在整个所标的刻度上应不大于1℃，且任意两个刻度点之间的最大差校正值应不大于0.02℃。
6.6.2.4辅助温度计——在读取液体温度计最小分度的十分之一时，通常需要一个放大器件。
该器件应该有一个透镜和设计好的保持器，这样才能减少由视差所产生的错误。
6.7样品保存器——一个铂、石英或基本部分为金属合金的敞口坩埚。
在量热计使用它之前，
6.8点火丝——点火丝长度为100mm，直径为0.16mm（No.34B&Sgage）或更小。
镍铬合金（铬C合金）、棉线或铁丝都可以。
铂或钯丝，直径0.10mm（No.38B&Sgage），也可以提供固定不变的点火热。
使用同样种类和长度（或大量的）的点火丝生成的热量作为标准化判定。
6.9点火电路——6V～30V的交流或直流电流可达到点火的目的。
降压变压器和交流电路相联，用到了电容和电阻。
对手动操作的热量计来说，点火电路开关将会瞬间高连接，通常是开着的，除非操作者把它关闭。
电表或标灯用在电路中表征电流的流动。
6.10控制器——对自动的热量计来说，能存储氧弹；填充热量计容器；引燃点火电路；实验前、实验过程中和实验完成后记录热量计温度；记录平衡重量；进行必要的校正和计算。
6.11坩埚架——在标定热容量时，用来架起坩埚使没有完全燃烧的试样得到充分燃烧的石英光纤或人造刚玉3。
7试剂
7.1水试剂——遵照准备试剂和清洗氧弹内部的D1193规范的第二版本中传导率的要求。
7.2试剂的纯度——遵照美国化学协会分析试剂委员会在所有测量中的规范4，使用分等级的化学试剂。
7.3苯甲酸——标准物质（C6H5COOH）——标准和技术国际协会（NIST）规范的苯甲酸制成的小球，或者是和NIST相对立的标准材料的苯甲酸。
苯甲酸的发热量用来计算热容量，源于它有公认的标准值。
7.4氧气——人造液态气体，保证纯度在99.5﹪以上，不含易燃物质。
由电解产生的氧气含有少量不合要求的氢气，除非在500℃时通过铜的氧化物将之净化。
7.5滴定指示剂——甲基橙、甲基红、甲基紫用来显示滴定燃烧过程中形成的酸的最后点。
同样的指示剂也被用在校正和标定热容量上。
7.6标准溶液——碳酸钠（Na2CO3）或其它合适的标准溶液。
取3.757g的碳酸钠，在105℃的温度下干燥24小时，然后溶解于水中，稀释为1L。
1毫升的此溶液在酸性滴定中相当于4.2J（即1卡）的热量。
8注意事项
8.1为安全操作热量计推荐以下防备措施。
在E144实践中，额外的防护是必要的。
在用热量计之前，参考人造装置的热量计设备和操作说明。
8.1.1试样的重量和任何助燃设施及氧弹内氧气的压力等都不能超出氧弹制
造商的规范要求。
注释：
3-要求研究报告：
D05-1025，可从ASTM总部获得。
4-化学试剂。
美国通信部，华盛顿，美国化学协会，美国化学协会规范。
非美国化学协会提供的测量试剂的建议，查看化学实验室的高纯度化学试剂标准，即联合王国.多西特.普尔.有限的BDH，美国处方汇编和美国公式集，包含USPC在内的处方汇编的惯例，医学博士
8.1.2每次使用后要认真检查氧弹部件。
更换有裂缝的或明显破旧的部件。
根据厂商说明更换氧环和阀（门）座。
若需更多详细问题，可咨询厂商。
8.1.3用被认可的形式安全安装氧气瓶设备，例如放松阀，针状阀，调节充入氧掸的氧气压力的压力表。
阀、测量仪和垫圈都讲满足工业安全说明。
适当地调节阀和适配器使压力降低3MPa或4MPa，可从压缩气体设备的商业资源中获得。
每年检查计量计的压力以保证测量的精确，或者是在发生意外压力超过测量计的限压时。
8.1.4在试样点火时，操作者的身体不要接触热量计。
8.1.5在氧弹跌翻或装载时打翻时，不要点燃氧弹。
8.1.6当氧弹浸在热量计容器中时，发现有气体泄露时，不要点燃氧弹。
8.1.7对手动操作热量计，点火开关压下的时间只需点燃燃料即可。
9试样
9.1依照焦炭的D346惯例或煤的D2013法则。
分析试样是能通过漏孔为250μｍ（见NO.60）的筛子。
10热量计的热容量标定
10.1试样——称0.8～1.2g的苯甲酸放到装试样的器皿中。
记录试样的重量精确到0.0001g。
10.2氧弹准备
10.2.1用水清洗氧弹，打湿氧弹内部密封处和外部区域，或者是按照厂商的说明对热量计进行预处理。
装配前给氧弹加1.0ml的水。
10.2.2按照厂商的指导连接一个可测的点火丝。
10.2.3装配氧弹。
在氧弹内装入2～３MPa（２０到３０个大气压）的恒压的氧气。
以后每次的操作中用同样的压力。
控制氧弹内氧气的流动以防试样器皿中的燃料被吹走。
如果压力超过了设定值，分离填充连接放弃氧弹。
丢弃试样。
10.3热量计准备
10.3.1用温度低于室温最多2℃的水填充热量计容器，把装配的氧弹放到热量计中。
检查确保没有氧气从氧弹中流出。
移开氧弹并放气。
丢掉试样。
10.3.2每次实验中用到的水的重量为M±0.5g，M是水的固定重量。
根据体积来确定水的重量的设备，在温度变化导致水的密度发生变化的时，需要进行补偿调整。
10.3.3将热量计容器放在护套中，启动搅拌器。
10.4自动热量计的温度检测
10.4.1稳定性——点火前，热量计容器的温度在超过30秒的时间里保持稳定。
对绝热式热量计，稳定性在±0.001℃范围内，对恒温式热量计，稳定性在±0.001℃或更小。
10.4.2推断法——点燃试样，记录升高的温度。
当观测的热量曲线和允许最终温度的最大不确定度为±0.002℃的热量曲线匹配时，实验结束。
10.4.3完全发展法——点燃试样，记录升高的温度，直到按10.4.1的指定要求温度稳定30秒的时间为止。
10.5手动热量计的温度检测
10.5.1当使用56C的ASTM温度计，估算所有的读数到接近0.002℃。
当使用115C、116C、117C的ASTM温度计，可估算读数到0.001℃，阻值为25Ω的温度计读数可达0.0001Ω。
读数之前轻拍或振动水银温度计可避免由粘在毛细管壁上的水银带来的误差。
10.5.2留5分钟的时间让温度计的温度保持稳定，调节护套的温度和热量计容器的温度匹配并维持3分钟，误差在0.01℃之内。
10.5.3点燃试样。
记录时间a和在此时间下的温度ta。
10.5.4对绝热式热量计，在温度上升的过程中，调节护套的温度和热量计容器的温度匹配。
在快速上升的过程中，尽量保证两温度相等。
当接近最后稳定值时，相差校正到0.01℃之内。
在小于1分钟的间隔里记录后来的读数，直至三个成功的读数的不同在±0.001℃之内。
记录下变化率稳定后的第一个值作为最终温度值tc和此时的时间值c。
10.5.5打开热量计，取出氧弹。
以均衡的速度减压，使操作时间至少为1分钟。
打开氧弹，检查氧弹内部，当发现有没燃烧的试样或乌黑的沉淀物时，此次实验作废。
10.6热化学校正（见附录X1）
10.6.1酸性校正（见X1.1）——对煤和焦碳试样，可用来滴定或计算滴定过程。
10.6.1.1滴定方法——用含有滴定指示剂（见7.5）的蒸馏水清洗氧弹的内部，直到洗涤液不再含酸性，并结合瓶内的漂洗。
用用做滴定指示剂的标准液或PH值或毫伏表来滴定清洗液。
用在滴定中的标准Na2CO3的毫升数被认为是e1。
图1对应于温度升高的滴定
10.6.1.2滴定方法的计算——每个热量计系统都是用重量为0.8、1.0、1.2g的苯甲酸在几个能量级别下测定的。
此范围和5000～8000卡最适宜的能量范围是相符的。
两数据在各自的重量下计算得出。
和温度的升高相对应的滴定液的毫升数，温度C（x）,对每一热容量使用线性递减可得线性函数公式y=m（x）+b（见例1）.一直线的描述公式与计算滴定液的毫升数是等价的。
要计算的滴定液=m（x）+b，m和b通过线性递减已经计算得出。
每次实验的温度的升高已在图表中显示，即可来计算酸校验（e1），或从公式y=mx+b中计算。
例：
样品测量温度
净重（g）滴定（y）升高（x）
0.76437.87.7443
0.81047.08.2188
1.039211.010.5114
1.050610.310.6420
1.153910.511.6584
1.256213.012.6491
y=m（x）+b
（1）
用递减分析法，上面的数据可推算出下列数据：
斜率=1.0826，截距=-1.1496，滴定溶液的等价=y=1.0826x-1.1496。
对任意给定的温度升高值（x），y（e1）的值即可确定出来5。
注解2-上面的m代表直线的斜率，而在其他资料里m是代表重量的。
注解3-递减分析法确定滴定液（e1）的毫升数是在没有让数据通过零点的情况下做的。
10.6.2熔丝校正（参看X1.3）——用两个可选择的其中一个来测定熔丝修正值：
10.6.2.1通过方程2来测量剩余的点火丝总和并减去其原始长度来确定点火燃烧的熔丝。
e2=K1*l
（2）
其中，
e2=点火丝燃烧热的校正值
l=燃烧时所消耗的点火丝长度
K1=0.96J/mm（0.23cal/mm），No.34B&S镍铬碳合金的标准度量
K1=1.13J/mm（0.27cal/mm），No.34B&S铁丝标准度量
K1=0.00J/mm，铂或钯丝所提供的固定不变的点火能量
注释：
5-要求研究报告：
D05-128，“用来计算硝酸校正多个实验室（进行）的研究”可从ASTM总公司获得。
或者；
10.6.2.2称量剩余的点火丝重量并减去原来熔丝的重量，以毫克为单位，来确定点火丝燃烧的重量。
称量之前必须去除端点上所有的球状金属氧化物。
e2=Km*m（3）
其中，
e2=点火丝燃烧热的校正值
m=点火丝在燃烧过程中所消耗的重量，单位mg
Km=5.9J/mg（1.4cal/mg），No.34B&S镍铬碳合金的标准度量
Km=7.5J/mg（1.8cal/mg），No.34B&S铁丝标准度量
Km=0.00J/mg是铂或钯丝所提供的固定不变的点火能量
当使用棉线时，使用焦耳校正值由设备生产商所推荐。
10.7计算适当的上升温度——如下计算适当的上升温度t：
t=tc–ta+Ce+Cr+Cs（4）
其中，
t=适当的上升温度，单位℃
ta=点火时读取的初始温度
tc=读取的最终温度
Ce=温度计，水银柱露出部分校准（参见方程A1.4）
Cr=辐射校正（参见方程A1.2）
Cs=温度计设置校准（参见方程A1.3）
10.7.1恒温式量热仪的上升温度要求辐射校正
10.7.2贝克曼差分温度计要求设置校正和水银柱露出部分校准
10.7.3如果Solid-stemASTM温度计56C的所有测试都在5.5℃的温度间隔下进行，则不需要水银柱露出部分校准。
如果操作的温度超出了该温度范围的的限制，则水银柱露出部分的微分校准必须被使用。
10.8计算热容量——用下式计算量热仪的热容量：
E=[（He*m）+e1+e2]/t（5）
其中，
E=量热仪的热容量，单位J/℃
Hc=被鉴定标示出的苯甲酸的燃烧热
m=苯甲酸的质量，单位g
e1=由10.6.1中的滴定方法（10.6.1.1）或计算出的滴定（10.6.1.2）来进行酸度修正。
e2=10.6.2中的熔丝校正
t=10.7中的上升温度校正，单位℃
10.8.1用10.1-10.8所描述的过程完成了一整套满意的测试进程。
一些个别的测试只有在明显的不完全燃烧情况下不合格。
10.8.2一些相关标准偏离由10个可接受的测试变化构成的热容量为0.15%或少于相等的平均能量。
如果在局外人使用已建立实施的E178规范认为可能之后，该限制就不合适了。
一个人应该为任何可指定的原因评论量热仪的操作，他们应该在接下来的一系列的操作之前被改正。
表1摘录了一系列的热容量变化。
这个表应该被应用，而不管热容量的测量单位。
11热容量的校正
11.1在改变量热仪任何部件或改变氧气供应后，热容量值应该至少一个月检查一次。
两个步骤对热容量检测是十分有用的：
标准法和移动平均法。
注解4-尽管只要求每月检查一次热容量的值，这可能不合适。
实验室日常的大量实验要求更频繁的热容量检查。
热容量检查的频率应该有减少的测试数量决定，他们会被检查不到的热容量所影响。
11.2标准法：
11.2.1一个单独的新热容量测试值应该与已经存在的热容量值相一致，且不超过±0.17%。
若此要求达到了，现有的热容量值就会是比较理想。
例如：
现有的热容量值是2402cal/℃。
2402cal/℃×0.0017=4.1cal/℃。
若单独测量值在2402cal/℃的4.1cal/℃之内，则现存的热容量值仍然是可接受的。
表1热容量流程
注解—标准差的平方=s2=[∑C–（∑B）2/10]/9=89.51
标准差=s=9.46
相对标准差=s/平均值*100=0.09%
运行号
列A
热容量J/℃
列B与平均值的偏差
列C
（B2）
1
10257.7
+4.2
17.6
2
10249.3
-4.2
17.6
3
10270.2
+16.7
278.9
4
10253.5
0
0
5
10245.1
-8.4
70.6
6
10249.3
-4.2
17.6
7
10240.9
-12.6
158.8
8
10266.0
+12.5
156.3
9
10257.7
+4.2
17.6
10
10245.1
-8.4
70.6
总和
——
-0.2
850.6
平均值
E=10253.5
——
——
11.2.2如果11.2.1给定的条件不能满足，则需要进行附加的热容量测试。
这两种新的热容量值之间的误差不能超过现有热容量值的0.21%。
两种新热容量值的平均值的偏差应该不超过现有热容量值的±0.13%。
如果上述条件都得到满足，则现有热容量值符合要求。
11.2.3如果11.2.2给定的条件不能满足，则需进行另外两种热容量测试。
这四种新的测试值的范围不能超过现有热容量值的0.33%。
这四种新的热容量值的平均值的偏差应该不超过现有热容量值的±0.08%。
如果上述条件都得到满足，则现有热容量值符合要求。
11.2.4如果11.2.3给定的条件不能满足，则需进行第5种和第6种热容量测试。
这六种新的测试值范围不能超过现有热容量值的0.42%。
这六种新的热容量值的平均值的偏差应该不超过现有热容量值的±0.08%。
如果上述条件都得到满足，则不需改变已有热容量值。
11.2.5如果11.2.4给定的条件不能满足，则需进行另外四种热容量测试。
这十种新的测试值范围不能超过现有热容量值的0.50%。
这十种新的热容量值的平均值的偏差应该不超过现有热容量值的±0.04%。
如果上述条件都得到满足，则现有热容量值符合要求。
11.2.6如果11.2.5给定的条件不能满足，则一种新的热容量值可由这十种新的测试值的平均值确定，倘若这十个值的相关标准偏差不超过0.15%。
11.2.7热容校验每个步骤的数值要求概要如表2所示。
表2：
数值要求
校验运行个数最大范围（（Enmax-Enmin）/Ee）*100最大偏（（Enav-Ee）/Ee）*100
1…±0.17
20.21±0.13
40.33±0.08
60.42±0.08
100.50±0.04
Ee是现有热容量值；
Enmax是在热容检验运行组中的最大读数；
Enmin是在热容检验运行组中的最小读数；
Enav是热容检验运行组的平均值。
11.3移动平均法
11.3.1单一的一个新的热容量值与现有热容量值的偏差不能超过±0.17%。
11.3.2为确定热容量所服务的数值将包括在最初的10个校准测试中，直到总共20个校准测试完成。
倘若这20个值的相关标准偏差不超过±0.15%，则这些测试值可组成一个可用于计算热容量平均值的数据库。
任意不同于这20种测试的新的校准值都可取代这20个测试值所组成的热容量数据库中的最前面的值。
这20个测试值所组成的热容量数据库应该维持0.15%的最大相关标准偏差。
11.3.3当采用移动平均法时，出现以下四种失控条件时，热容量数值必须持续标定：
1，七个连续结果均高于平均值；2，七个连续结果均低于平均值；3，七个连续结果持续上升；4，七个连续结果持续下降。
11.3.4失控趋势表明，温度计运行不正确且应该找出原因。
但不管原因是否被找出，温度计都应该按照第10章的步
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