全自動工業分析儀測量煤中水分結果不確定度評定

朱洪雙

摘要：隨著科技的進步和工業發展的需要及人們對環境保護的要求日益提高，對煤的開采也越來越重視。我國由于人口眾多，資源緊缺，在煤炭的生產過程中有相當大的一部分是靠人工來進行的，工作量比較大，工人的勞動強度也非常的大。而在工業方面，雖然自動化的程度較高，但還是存在著一些問題。本文對全自動工業分析儀測量煤中水分結果不確定度進行了評定。

關鍵詞：全自動工業、煤、水分、不確定度

本文主要介紹了幾種常用的煤質量指標的測定方法，并對這些方法進行了詳細的比較與分析。（1）水樣法：水樣法是根據不同的測量目的，選擇相應的測量方法，并將其應用于工業現場的一種測量方法。（2）灰度轉換法：該方法是利用灰度的變化來實現對煤的灰度的檢測和識別。（3）壓力控制閥：該工具可以通過調節閥門的開閉來改變被測物的壓力值，從而達到對被測物的有效監測。（4）電化學測試：該儀器具有很強的自檢功能，能夠快速的采集到所需的數據信息，并且能準確地判斷出實際的工況。但是由于其工作原理較為復雜，所以在使用時需要一定的技術支持。

一、系統測量方法分析

1.1 測量方案確定

根據煤質分析儀的工作原理，通過對煤的吸濕性、導熱性和導熱系數進行測定，得到原始數據，然后再利用計算機對所測的數據進行處理，最后得出結論。在工業分析儀的測量過程中，由于儀器的精度問題，要盡量避免使用相同型號的測量軟件，這樣可以減少誤差。同時也要考慮到不同的工況，選用適合的方法來提高測試的準確性和可靠性。在本次實驗的研究對象為聚乙烯醇縮甲型表面形狀的聚氨醇縮甲型表面，為了保證所測的結果更加準確，我們需要先用高分辨率的數字化儀表分別對這兩種曲面的曲線做加減運算，從而使兩者的加減值都趨于一致。在實際操作時，因為聚氨酯的吸濕性較大，會導致其吸濕性大，當用低分辨率的電子天平稱量的時候就會出現明顯的氣泡現象。但是如果把這兩個數值當作標準值，就能使其達到一個平衡的狀態了。

1.2 測量系統的參數設定

在煤質分析儀的測控煤質量指標的選取中，由于工作環境的不同和測量方法的差異性，所以要根據實際情況來進行選擇。首先，我們需要確定出一個合適的測量系統的參數值，這個參數值就是所要測定的目標函數的最佳狀態下的最大方差。其次，為了保證所選的基準量的準確性以及穩定性，則必須先選定的測量系統的最小方差的最大值為參考點，并且確定了該點的位置之后，才能開始下一步的操作步驟。最后，對于所選的測控系統的參數值，應該保持均勻一致，這樣可以避免因變量的變化而引起的不穩定現象。

1.3 煤中水分測量系統測試

煤中水分測量系統的主要作用是對煤的含水率進行測定，通過對測量數據的處理和計算，可以得到所需的實驗結果。在實際操作過程中，由于工作環境的影響和測試儀器本身的誤差等原因，導致系統的測試值與真實的值有很大的差異性。因此在設計的時候要充分考慮到這些因素，使其達到最佳的狀態以最大程度地保證準確無誤的完成任務。本課題采用的方法是直接分析法，即先利用實驗室現有的資料和設備，然后再根據所測得的結果來判斷待建廠區的具體情況，最后再結合現場的實際狀況，最終確定待建廠區的具體位置。該試驗的優點在于它能比較容易的找出待建廠區的問題點，而且它的反應速度快，能快速地反映映出待定廠區的含水量。

二、煤中水分測量數據處理

由于煤的成分和性質的不同導致了煤的含水率的差異是非常大的一個物理過程，所以在對煤進行測量時，我們必須先對所測的數據進行處理，然后再使用數字濾波的方法去處理，這樣才能得到更加精確的結果。

2.1 數據采集程序

首先，我們要對原始的煤進行采樣，采集的是煤在采空區的水分含量，由于采空區的面積大小不一，所以需要對采集的數據采用不同的方法來獲取。在本實驗中，采集的是60mL的煤樣，通過稱重法來計算出其含水率。但是因為沒有具體的測量程序，只需將待測的數據輸入到STL軟件的Matlab里，然后再利用函數的方式就可以輕松地得到了所需的樣本數據。最后，我們還需考慮到測試的誤差和被測樣品的變化等因素，這里主要是要保證所設計的試驗是合理的、有效的還是有缺陷的？這就要求我們的儀器能準確的反應被測物的真實情況，并且盡量減少人為操作的干擾。

2.2煤中水分圖像的分割

灰度值的分割是灰度圖像的處理過程，由于灰度值的變化會引起圖像的模糊和噪聲，因此需要進行適當的濾除，以消除或減少圖像中的干擾和錯誤。在煤水分含量的測定實驗的研究工作中，我們發現在煤水分的檢測數據的提取時，存在著很多的誤差因素，其中有以下幾個方面：（1）煤的含水量的不同。（2）含水率的差異。（3）含水率的高低也會影響到最終的測試結果。為了提高對原始數據的分析精度，必須要對其進行必要的濾除，以保證所測的數據能夠滿足要求。一般情況下，根據所選的樣本大小，可以將待測樣品劃分為若干個小的組塊，這樣便于后續的分析計算。

三、煤中水分結果不確定度評定

我們可以知道，煤中水分的變化趨勢是隨著水分的增加而增大的。但是當煤的含水量達到最大時，水分會出現明顯的波動和小幅的上升。當含水率在最適濃度時，水分就會表現出顯著的下降和不穩定的狀態。所以在對煤進行分析的時候要對不同的工況下的結果做一個準確地判斷與比較，這樣才能得出更加精確的結論來。

3.1 煤中水分不確定度評價標準

由于人工神經網絡的不確定性，所以在對煤樣的數據集進行采集時，經常會出現誤差，而且存在著一定的主觀性。為了消除這些問題，我們需要根據不同的對象建立相應的模型并計算其對應的權重來修正。但是這種方法也有它的缺陷：首先，它只能解決單個樣本的局部特征，而不能反映整個系統的整體。其次，它是一種非線性的建模過程，沒有考慮到多輸入多輸出的特性。最后，該算法的收斂速度有限，當大量的樣品同時被提取出來時，就會產生較大的噪聲污染。

3.2 煤中水分試驗

為了保證試驗的精度和經濟性，在開始做實驗之前，先用干凈的自來水對煤進行沖洗，然后再將沖洗的水裝入測濕設備內，將測濕儀器安裝在待測的位置上，用砂紙打磨，最后用水樣壓平。在做完水樣的準備工作后，先把待測量的數據導入SSA軟件中，先對所需的水分變化情況有一定的了解之后，再根據所要測量的內容建立相應的數學模型，并計算其平均值。由于本次研究的對象是工程量，所以不需要考慮實際的環境因素，只需把它的實體重新記錄下來即可。通過SPSS的回歸分析，可以得到以下結論：（1）當煤的含水量較高時，說明該部分的實體重新不穩定，此時應該采取人工測定的方法來確定其含水率。（2）當煤的含水量較低時，說明該部分的實體重新處于一個比較平穩的狀態下，這時應采用自動測試的方式來確定其含量。

四、不確定度評定煤中水分結果的應用

不確定度的測量是一種高精度的測量方法，它是在一定的條件下，用某種特定的儀器和設備來測定被測物的實際情況。在工業現場，我們可以利用不確定度的測量結果，來對煤的質量作出評價。（1）對于煤的灰分含量，一般采用的是加權平均法，而加權的最大比例原則是以灰分的百分數為的乘積為依據，即灰分的百分比=加權的權重-灰分的份額-灰分配的總量。（2）根據不同的煤質的特性和其對應的特征值，把煤的均勻性分為三類：氣固性、粘結性、流動性。

4.1 不確定度評定結果在煤中水分誤差校驗

4.1.1煤的不確定度校驗

在實際的測量過程中，由于工作環境的影響和煤質本身的性質等原因，不可能對實驗所測的數據進行準確的計算和分析，只能通過對試驗的誤差值的大小來判斷，但是在這里，我們可以利用計算機地快速運算來實現對誤差的分析與研究。

4.1.2基準點的不確定度的檢測

對于不同的工程項目，要求測量的精度也是有差別的。而為了保證最終的測量結果的準確性與穩定性，就需要針對性地選取合適的點位。同時還應注意到，當被測對象的尺寸較大時，還需選擇適當的位置。當被測的物為磚塊時，則需考慮其形狀的問題。當被測物為水泥砂漿時，則可選用標準的高程作為參考，但這又會帶來一定的誤差值。所以要根據這些因素的變化規律，采取相應的措施來提高測試的精確度與有效性。

4.2 煤中水分值

水分是影響煤粉細度和吸水能力的重要因素，在不同的測試條件下，煤中水分含量的變化規律也不盡相同。在實際的測量過程中，由于測定的時間、地點的差異以及儀器本身的誤差等原因，導致了所測的數據有較大的偏差。同時，因為測點的選取和測點的選擇存在一些不確定的情況而造成的人為問題，也會使最終的結果出現很大的波動性。因此我們需要對煤的水分值進行一定的控制與管理。

五、結束語

本次實驗采用的是人工測煤的方式來進行測量煤的水分含量，雖然在測取的過程中，能夠保證數據的準確性和完整性，但是由于人腦的局限性，導致所得到的結果可能存在一定的誤差。同時，在對煤的厚度和含水率的測定上，也會出現一些不確定的因素。所以，為了提高測量的精度以及滿足工業現場的需求還需要對現有的方法加以改進，使之更加完善。

參考文獻：

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