XRY-1B型氧弹热量计是依据国家标准GB 384—1981《石油产品热值测定法》、GB/T213—2008《煤的发热量测定方法》、国家计量检定规程JJG 672—2001《氧弹热量计》规定的要求设计制造的。仪器采用了高精度温度传感器和高性能的A/D转换器件，利用单片机做成智能温度采集、传输系统；由微电脑控制器组成了一个自动化程度高，使用方便、资料整理便捷的智能化仪器；XRY-1型氧弹可广泛用于测量煤、油、焦炭、石蜡等可燃性物质的热值，这个仪器有较高的自动化程度，与按国标的测定方法进行对比，其精度、速度、便捷性都有了很大的提高。

1.实验原理

氧弹热量计按照设计原理可以分为绝热式氧弹量热计和环境恒温式氧弹量热计。现在比较普及的是氧弹量热计为环境恒温式，本研究所用的燃料热值测试仪XRY-1型氧弹热量计就是环境恒温式的，其结构原理如图5-1所示。

图5-1 环境恒温式氧弹量热计结构图

1—外桶 2—空气间隔 3—精密热电偶 4—内桶 5—氧弹 6—搅拌器

XRY-1B型氧弹热量计的工作原理是在测定出仪器的热容量（即仪器每升高1℃需要吸收的热量，单位是[J/℃]）的情况下，燃料在充满氧气的氧弹内完全燃烧放出的热量使得弹体周边桶内水温升高，通过仪器热容量和桶内升高的温度差，就可以求得燃料样品的弹热值，原理计算公式见式（5-6），在实际的试验中，仪器可自动计算出弹热值结果。燃料样品的弹热值减掉点火丝等的附加热，即得燃料的热值。对于石油产品此时求出的热值是高热值，若想求得低热值，在仪器测定低热值的界面中，输入硫、氢、收到基水分以及空气干燥基水分（石油产品中此两项为0）的比例，即可求得；若不知成分比例，可利用高热值及式（5-4）或式（5-5）求出。

式中 Q_D——样品弹热值；

Q_f——点火丝的燃烧热；

C——仪器的热容量；

m——样品的质量；

T₁——实验开始前内桶的温度；

T₂——实验结束后内桶的温度。

2.试验步骤

（1）实验准备

1）给外桶加满水（约18kg）：为了测量时的温度能尽快达到平衡，加入外桶的水最好预先在室内放置10h以上；水注入外桶后还应手动搅拌十数次（外桶上的红色手柄即为手动搅拌杆）。

2）称样：标定仪器热容量时，称取片剂苯甲酸1g（约2片），精确至0.0002g，直接放入燃烧皿中；测定医用胶囊的热值时，也是如此。若是测试液体燃料的热值时，用注射器将燃料注入医用胶囊中，称重（精确到0.0002g），待天平显示的数据稳定后，读数并记录下来。

3）装点火丝：将氧弹弹盖放在弹头支架上，取一根约9Cm长的点火丝（本仪器出厂时厂家提供的是Ni—Cr丝），把点火丝与试样接触好，两端挂在两根开有斜缝的装点火丝杆上（其中一根杆也是燃烧皿托架），用锁紧小套管锁紧。注意，不可让点火丝接触燃烧皿或氧弹体的其他金属部位，以免旁路点火电流，使点火失败。为了防止样品燃烧时直冲氧弹头上的密封件，在燃烧皿上面设有圆形挡火板。

4）充氧：在氧弹内加入10mL蒸馏水，拧紧氧弹盖，将充氧器接在工业氧气瓶上，把氧气导管接在氧弹上，打开气阀，限压在2.5～3.0MPa，往氧弹内缓缓充入氧气，压力平衡时间不得少于30s。充好氧气的氧弹放入水中检查是否漏气，看不到冒气泡说明氧弹不漏气。因为氧弹弹体是耐高压器件，应按照正确的压力要求充氧气，不可过压。

5）给内桶加水：将氧弹放在内桶的氧弹座架上，向内桶加入已调好水温的蒸馏水（约3000g，水面应在进气阀螺母的三分之二处附近）；每次的加水量必须相同（≤±1g）；对于热值不是很大的燃料来讲，燃烧放热可使内桶的温度升高2℃左右，那么可以选择试验前的内桶水温比外桶水温低1℃，这样仪器可以通过这种近似对称的温差来抵消实验前后内外筒进行热交换的误差。给内桶加完水后，将内桶放在外桶的绝缘支座上。

6）插好点火线：将氧弹戴好点火帽，插好点火电极。

7）盖好外桶桶盖（将点火线卡在桶盖上留的缺口处）。

8）开启仪器右后上部的红色电源开关，这时面板上的“电源”指示灯被点亮。(www.daowen.com)

（2）实验操作

在进行对试样热值的测试前首先要测出仪器的热容量、医用胶囊的热值，对于点火丝的热值国标中已给出数据，本实验采用的镍铬丝的热值为14572J/g。测定燃料的热值的实验操作和标定仪器热容量的操作是一样的。

1）打开XRY-1B型氧弹热量计开关后，进入仪器操作界面，选择国标法，并对各

个参数进行设置，然后开始进行实验。

2）仪器开始进行测量，搅拌器开始进行搅拌，测量经过初期（6～10次），点火主期（35次左右）和末期（10次），并自动记录内桶的温度变化。

3）待氧弹内的燃料完全燃烧而且稳定。

4）求出样品的弹热值后，可以整理求出燃料的热值，对于石油产品是高热值，若想求出低热值，则选择高低位量。用仪器测量出燃料低热值需知道燃料中的硫、氢含量的质量分数。把各个参数设定，即可求出燃料的低热值。

5）待实验数据打印出以后，取出氧弹，利用放气阀把氧弹内多余的气体放出，然后卸下氧弹盖，检查氧弹内燃料是否燃烧完全，若有未燃烧的样品或油烟沉积物说明燃烧不完全，则试验报废，需要重新做。每次做完试验，都要清洗氧弹。

3.试验结果分析

对XRY-1B型氧弹热量计仪器本身的热容量，用苯甲酸标准样品进行标定了五次，将五次试验结果的算术平均值作为测定结果。实验结果如表5-1。对医用胶囊也进行了五次热值的测定，用五次的平均值作为医用胶囊的热值，实验结果如表5-2。从实验结果中可以看出，在标定仪器热容量和测定胶囊热值的实验数据中，误差最大不超过50J/g。

表5-1 仪器热容量标定实验结果

表5-2 医用胶囊热值测试结果

试验中测定用的油品是市场上销售的车用国Ⅲ汽油，甲醇汽油是由陕西省交通新能源开发、应用与汽车节能重点实验室调配。燃料样品测定的数据结果见表5-3、表5-4，每一个组样品都至少进行了五次热值测定，在最大误差小于60J/g的情况下，取五次平均值作为最后的结果。

表5-3 不同汽油热值的测试结果

表5-4 各比例甲醇汽油热值的测试结果

由表5-3及表5-4可见，在计算高低热值时，都引入了酸的修正系数，GB 384—1981《石油产品热值测定法》中规定，对于硫的质量分数不大于0.2%的燃料，酸的总修正数可以采用62.8J/g，GB 17930—2006《车用汽油》中规定了各标号汽油中的硫的质量分数不大于0.05%，所以可以采用此修正数。但是对于石油产品，酸的生成以及溶于水产生的热量对样品热值的影响是很小的，所以在估算燃料时可以略去。由于现有的国标以及资料中，没有明确给出石油产品的热值，所以本书所引用的报告通过实验将一些燃料热值的数据求出，对于石油产品，氢的质量分数、低热值按照国标中的计算公式。对于甲醇汽油，氢的质量分数、低热值按照比例进行计算，具体见表5-5。

表5-5 燃料理论空燃比、可燃混合气热值

从实验数据分析可见，甲醇汽油可燃混合气的热值要高于汽油混合气的热值，用直馏汽油调配的M85甲醇燃料混合气热值高于用催化裂化、重整汽油调配的M85混合气的热值，加之M85甲醇燃料的辛烷值远高于普通汽油，因而，以直馏汽油作为M85甲醇燃料基础油的主体组分不仅能使发动机动力性能增强，燃料调配成本降低，从抗爆性能上也满足了使用的要求。