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GB／T 40870-2021 气体分析 混合气体组成数据的换算.pdf简介：

GB/T 40870-2021《气体分析 混合气体组成数据的换算》是中国国家标准，主要规定了如何处理和转换混合气体中各组分的浓度或含量数据。这一标准适用于各种气体的分析，包括工业生产过程中的气体、环境监测中的大气样品、实验室中的分析样本等。

在混合气体分析中，可能存在多种气体，每种气体的浓度可能不同。标准中提到的换算，主要包括以下几种情况：

1. 质量分数换算：如果气体的浓度是以质量为基础测量的，可能需要转换为体积分数或摩尔分数。这需要知道气体在特定条件下的密度或者摩尔质量。

2. 体积分数换算：如果气体的浓度是以体积为基础测量的，可能需要转换为质量分数或者摩尔分数。这需要知道气体在标准状态下的体积。

3. 摩尔分数换算：如果气体的浓度是以摩尔为基础测量的，可能需要转换为质量分数或者体积分数。这需要知道气体的摩尔质量。

4. 标准状况下的换算：在标准状况下，1摩尔气体的体积约为22.4升，如果气体的浓度不是在标准状况下测量的，可能需要进行温度和压力的修正。

5. 不同气体间的换算：如果混合气体中含有多种气体，需要知道每种气体的摩尔比例，才能准确计算出每种气体的浓度。

该标准提供了一套详细的换算公式和步骤，以确保混合气体分析结果的准确性和一致性。在进行气体分析时，遵循该标准可以确保数据的可靠性和可比性。

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准不确定度分别减小至0.25%和0.15%。在状态条件与凝结范围相差较大时，压缩因子小于0.95的情况较为罕见。 利用公式（27)计算维里系数数据的内插值，由于线性欠佳，不确定度需要根据实验研究进行估算 （见参考文献[10]），在这一过程中内插的最大相对误差为2%，除以/3，最大相对误差转化为相对标准 不确定度，为1.2%。 利用公式（28)将摩尔体积维里系数转化为压力维里系数，不会引人额外的不确定度。 根据本条计算压缩因子数据的总的标准不确定度，由输入数据的标准不确定度和涉及的近似过程 引人的标准不确定度合成，其值为相关数据平方和的正平方根（见参考文献[3]）。例如，按照公式（26） 和公式（27），通过维里系数B。和B'30，计算压缩因子Z（p，T），总的不确定度是以下数据的合成： a）截断的不确定度[公式（26)]， b）插人的不确定度[公式（27)]， c）输人的维里系数的不确定度。 不确定度评估公式（29）和公式（30）如下

在公式（30)中，等式右边第一项为内插误差的不确定度贡献，其值按最天误差的1.2%估算（假定最 大误差出现在中间值，即t=15℃，且向边界0℃、30℃逐步减小）。第二项，u（Bdat）代表维里系数 B。和B30的平均不确定度。 注：通常，B。和B"30的估算至少有80%的共同误差。因此，在公式（30)中使用合成的平均不确定度。 在附录C中的维里系数数据中，同时给出了维里系数数据B。和B'30粗略估算的平均不确定度 u（Bdat）

当按照7.3进行全组成换算时，不需要所研究混合气体的摩尔质量。本条涉及根据混合气体组成 的相关信息估算摩尔质量，因此适用于按照7.2进行的单一分析组分含量的换算。 只有在特殊情况下才可查得混合气体的摩尔质量数据，如于燥空气（见参考文献8和107）。因 此，在通常情况下，混合气体的摩尔质量应根据混合气体的组成信息进行计算或估算。 混合气体的摩尔质量可以通过摩尔组成及组分的摩尔质量，按照公式（31）进行计算

根据混合气体的组成数据JTS 154-2018 防波堤与护岸设计规范，估算混合气体的摩尔质量，该估算的标准不确定度是利用标准不确定度 传递公式，将公式（31)中组分摩尔质量和组分摩尔分数的标准不确定度合成得到。如何进行详细计算 取决于混合气体组成的误差来源。最常见的情况是混合气体中的底气组分N的摩尔分数通过差值确 定，而其他组分的摩尔分数分别独立确定，此时公式（31）则需要减去底气的摩尔分数，重新排列得到公 式（32）：

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在其他情况下，例如，确定出所有组分的含量，对所确定的摩尔分数进行归一化处理，在计算不确定 度时，应考虑加人组分数据相关性误差的协方差项（计算过程见9.3、9.4，实例见附录D中示例2)。 通常来说，在公式（33)中，最后一项（与组成数据相关的不确定度)是主要贡献量，而其他项（与纯气 体的摩尔质量相关的不确定度）可忽略不计。 如果所研究的混合气体组成是以质量分数或体积分数给出，利用附录B中给出的相关求和关系， 通过组分的摩尔质量可以计算出混合气体的摩尔质量。比如，以质量分数给出组成时，混合气体的摩尔 质量可由公式（34）计算

该计算的不确定度分析，与基于摩尔组成计算的原理相同。 如果能够获得所研究混合气体组成的浓度信息，可以按照7.5.1，按理想气体近似计算，将浓度 相应的分数，然后用分数估算混合气体的摩尔质量，

根据7.3进行全组成换算时，不需要所研究混合气体的压缩因子。因此该条适用于按照7.2进行的 单一分析组分含量的换算，因为其涉及从混合气体组成相关信息估算压缩因子的计算。 只有在特殊情况下，才可查得混合气体的压缩因子，如干燥空气（见参考文献[8]和[10])。因此，一 般来说，需要根据混合气体的组成信息计算或估算其压缩因子。 混合气体的压缩因子利用其摩尔组成和组分的压缩因子按照公式（35）进行计算：

Z,=f×: ×z.

在公式（35)中，混合气体中所有与状态条件相关的量，均指指定压力力和温度T下的量。 除非有具体信息，否则混合气体的混合因子可视为1（见8.2.3），此时公式（35）可化简为阿马伽定律 的等价公式，见公式（36）：

利用公式（36)计算的混合气体压缩因子的标准不确定度，是以下各量的合成： a）由于将混合因子近似为1的误差引起的不确定度； 一组公际腔用子的通宝座

c）组分摩尔分数的不确定度。

子近似为1的相关不确定度按公式（37）进行计

..............................

对于公式(36)中b)和c)两个不确定度评估的分量，其计算方式与7.2.1中的计算类似。 除在标准参考条件下可查表获得压缩因子，其他情况下，均需要采用8.1.2中的公式（26)进行截断 维里展开，得到组分的压缩因子，再结合公式（36）进行计算，即：

PT)~1+B(T)X

这一结合过程就相当于对整个混合气体使用截断维里展开，并且，按照以下公式，用组分维里系数 之和表示混合气体的维里系数：

因此，其相关适用范围为整个混合气体的截断维里展开。这种近似适用于混合气体的密度低子 虚拟临界密度50%的状态条件（压力为P，温度为T)[11)。A.2详细说明了如何根据混合气体组分的 界数据使用截断维里展开。

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需要注意的是，截断维里展开可能适用于整个混合气体，但在有些状态条件下，却不适用于一些单 组分。 从阿马伽定律，即公式（36），根据实际情况，可获得其他的近似结果。例如，混合气体是由一种或几 种微量组分和底气组成，可以将底气的压缩因子作为混合气体压缩因子的准确近似值。 如果所研究的混合气体的组成以体积分数给出，可按照附录B中给出的相应求和关系，通过组分 的压缩因子，按公式（38）计算出混合气体的压缩因子：

该计算的不确定度分析应与基于摩尔组成计算的不确定度分析原理相同。 如果所研究混合气体的现有信息是除摩尔分数和体积分数之外的其他量，按照7.5.1，利用理想气 体近似方法，将这些量换算成适当的分数，然后用于估算混合气体的压缩系数。 在任何情况下，均可按照7.5，利用简单的近似估算混合气体的压缩因子。 注：在ISO12213第1部分～第3部分和GERG上发表的文章中，给出了根据天然气的组成或其他物性参数数据 计算其压缩因子的精确过程。

按照7.2进行单一分析组分含量的换算和按7.3进行全组分的换算都可能需要估算混合因子。 除了如共沸混合气体等组分间有强相互作用的混合气体外，在状态条件远处于凝结范围之外时，混 合气体的混合因子可近似为1。因此，如缺少具体信息，混合因子f，都可视为1。该近似方法的相关不 确定度可以通过公式（39）进行估算

8.3不确定度的粗略评估

对于通过8.1和8.2中给出的方法确定的组分和混合数据，其总的标准不确定度可以按以下方法 略评估： 一对于组分数据，可以用公式（40）和公式（41）进行评估

在公式（42)中，第N相组分为底气，其在混合气体中的含量根据差减法确定。如果按照理想气体

，压缩因子近似为1，公式（41）和公式（43)将不适用。 组分和混合数据，以及根据这些数据获得的压缩因子的不确定度，可按照8.1、8.2和第9章中 确定度详细计算方法，进行更准确地评估

在大多数实际应用中，按照本条款描述过程进行的不确定度换算，需要利用计算机技术。其中出现 的数学表达式非常复杂，但是通过设计好的计算机程序进行计算却非常简单。附录E中给出了可实现 该目的的计算程序。不建议本文件的使用者进行人工计算，除了： a）最简单的计算情况； 租皮核玲

9.2单一分析组分的换算

............................45

O输出量(欲求量)； Q一换算因子； I一输人量（已知量）。 假如换算因子的值与输入量无关,应按照公式(46)评估输出量的标准不确定度

u(O) u (Q2) u(I) 0 Q

(0)=(Q)+(1)

一般来说，换算因子是一个包括所研究的组分量、混合气体量，以及表征所研究的状态条件量 /（RT）的乘积或比值，如公式（48）所示

KXLX... PXQX.

根据（2的数学模型，换算因子的相对标准不确定度按公式（49）进行评估： u()=(K)+²(L)+.+(P)+(Q)+" ·（49） 公式(49)成立的前提是，假设K、L、、P、Q、这些参数值均为独立测得。否则，如果具有显著相 关性应考虑并加人公式中。同样，如果换算因子的值是通过输人量的数据估算得到，如果具有显著相关 主也应考虑并加人公式中。 在所有不确定度计算中，均假定所研究的状态条件（压力力，温度T)不会引人不确定度，并且忽略 摩尔气体常数R的不确定度。 注：在指定的状态条件不准确的情况下进行换算时，不确定度的计算也应进行相应的修正。修正项不仅包括 "（p）、（T）或类似附加项，还包括由状态条件误差与所涉及状态相关量误差的相关性以及状态相关量间 误差的相关性引起的协方差项。 示例：质量浓度换算为摩尔分数按公式（50）进行：

Z. α XM ?B

假定所研究的给定状态条件不会引人不确定度框架办公楼毕业设计（含建筑结构图等），并且忽略了摩尔气体常数R的不确定度，则摩尔

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分数工：的相对标准不确定度（a：）可通过公式（51)进行计算：

"(.)="(Z.)+"(M)+"(B:)

该不确定度是在假定Z。、M；、β:互不相关或者相关性不显著的情况下进行计算的。如果混合气体 的压缩因子通过组成计算得到，或者其值与所研究分析组分的浓度具有较强的相关性，用此公式计算的 不确定度则是错误的。 由于可准确获得纯气体的摩尔质量（见8.1.1），通常忽略摩尔质量的不确定度（M,）。质量浓度向 摩尔分数换算的不确定度计算公式可简化为公式（52）：

DB63／T 1851-2020 公路波纹钢板挡土墙施工技术规程.pdf(.)=(Z)+(B:)