Pobieranie próbek paliw stałych

1. Pobieranie próbek paliw stałych LABORATORYJNE METODY OZNACZANIA JAKOŚCI PALIW RYBNIK 24 kwiecień 2008 Zbigniew Bębenek Piotr Burmistrz Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Paliw i Energii zbebenek@agh.edu.pl /burmistr@agh.edu.pl

2. Pobieranie próbek paliw stałych LABORATORYJNE METODY OZNACZANIA JAKOŚCI PALIW RYBNIK 24 kwiecień 2008 Zbigniew Bębenek Piotr Burmistrz Akademia Górniczo-Hutnicza, Wydział Paliw i Energii zbebenek@agh.edu.pl /burmistr@agh.edu.pl

3. Populacja generalna i populacja próbna Populacja generalna-dowolny zbiór elementów (np.przedmiotów lub zdarzeń) charakteryzujących się wspólną cechą ilościową lub jakościową Populacja próbna (próba, próbka) - podzbiór populacji generalnej

4. Rodzaje pomiarów Pomiary wyczerpujące- pomiary na wszystkich elementach populacji generalnej (na całej populacji generalnej) Pomiary (badania) populacji próbnej (próbki) Badanie określonej cechy w próbce wykonuje się, aby wyciągnąć wnioski odnośnie tej cechy w populacji generalnej

5. Reprezentatywność próbki Próbka jest reprezentatywna, jeżeli struktura badanej cechy w próbce nie różni się od struktury tej cechy w populacji generalnej Uzyskanie próbki reprezentatywnej jest możliwe przy zapewnieniu w pełni losowego (przypadkowego) sposobu wyboru elementów z populacji generalnej

6. Populacja próbna (próbka) (np. próbka analityczna 1g) Populacja generalna (np. partia węgla 2500 ton) WNIOSKOWANIE ANALIZA (np. )

7. „Filozofia” pomiaru (badania) Partia węgla 2500 ton, uziarnienie <50 mm Wynik analizy, Ca=72,5% Próbka laboratoryjna, 1,8 kg; uziarnienie < 3mm Analiza (badanie), np. Ca naważka 1 g, uziarnienie < 0,2mm Próbka analityczna, 80 g uziarnienie < 0,2 mm

8. „Filozofia” pomiaru (badania) Wynik analizy, Ca=72,5% (Wexr=10,0%) Partia węgla 2500 ton 1632,5 t C (1612,5 – 1652,5) t C (1582,5 – 1682,5) t C

9. Wariancja poboru próbki wariancja odchylenie standardowe

10. Wariancja poboru próbki Niepewność standardowa Odchylenie standardowe Odchylenie standardowe średniej arytmetycznej

11. Wariancja poboru próbki

12. Sens wyniku pomiaru (badania)

13. Sens wyniku pomiaru (badania) Wertykalnie (suma miesięcy) Horyzontalnie (średnio rocznie) Różnica Sens wyniku pomiaru polega, przede wszystkim na tym, że możemy go odnieść do interesującej nas populacji generalnej (np. partii węgla )

14. Sens wyniku pomiaru (badania)

15. Sens wyniku pomiaru (badania) Niepewność rozszerzona U(C)= 4 648,0 t  4 700 t

16. Odrobina definicji: Dokładność i poprawność Dokładność – stopień zgodności pomiędzy wynikiem uzyskanym na drodze badania (pomiaru), a wartością, która jest akceptowana jako prawdziwa (rzeczywista). Dokładność (poprawność) Wartość rzeczywista („prawdziwa”) Wynik pomiaru Skąd mamy wartość prawdziwą (rzeczywistą) ???

17. Odrobina definicji: dokładność Dokładność – oznacza stopień bliskości wyniku pomiaru i rzeczywistej wartości danej wielkości (albo wartości referencyjnej/odniesienia, określonej empirycznie przy zastosowaniu znormalizowanych metod przyjętych w skali międzynarodowej i materiałów kalibracyjnych sprawdzanych pod kątem zgodności), przy uwzględnieniu zarówno czynników losowych jak i systematycznych.  Dokładność metody wyznaczamy oznaczając (mierząc) wartość danej wielkości w materiale referencyjnym / odniesienia

18. Dokładność i poprawność badania (pomiaru) dokładność wyniku pojedynczego oznaczenia – jest to tzw. całkowity błąd bezwzględny x, stanowiący różnicę pomiędzy otrzymaną wartością xj, a wartością prawdziwą (wartością oczekiwaną) x. Na wielkość x może składać się szereg błędów: • błąd systematyczny metody xsyst(spowodowany czynnikiem działającym w jednakowy sposób w czasie wielokrotnego pomiaru tej samej wielkości), • błąd przypadkowy xj, • błąd gruby x.

19. Dokładność i poprawność badania (pomiaru) dokładność wyniku badania (pomiaru) – jest to całkowity błąd bezwzględny wyniku badania (oznaczenia), stanowiący różnicę pomiędzy wartością średnią wyników, a prawdziwą wartością (wartością oczekiwaną) x.

20. Dokładność i poprawność badania (pomiaru) dokładność metody badawczej (analitycznej) – definiowana jest jako różnica xmet pomiędzy wartością oczekiwaną E(X) zbioru wyników uzyskanych daną metoda badawczą (pomiarową), a prawdziwą wartością x. Jest miarą niedokładności metody badawczej (pomiaru)

21. Błąd pomiaru a niepewność pomiaru Błąd pomiaru Wartość odniesienia („prawdziwa”) Wynik pomiaru Niepewność pomiaru

22. Badanie obciążenia metody pobierania próbek • badaną metodę pobierania próbek zawsze porównujemy do metody odniesienia, • obciążenie (bias) ocenianej metody pobierania próbek jest „różnicą” pomiędzy wynikiem badania próbki pobranej metodą ocenianą i wynikiem badania próbki pobranej metodą odniesienia, • obciążenie metody poboru próbki jest miarą na ile populacja próbna uzyskana daną metodą jest identyczna z populacją próbną uzyskaną metoda odniesienia

23. Badanie obciążenia metody pobierania próbek 1. Dwie metody pobierania próbek: metoda A i metoda B 2. W metodzie A pobieramy nApróbek pierwotnych, w metodzie B pobieramy nB próbek pierwotnych 3. Analizujemy każdą z pobranych próbek (np. oznaczenie zawartości popiołu Aaw próbce węgla kamiennego) Średnie arytmetyczne

24. Badanie obciążenia metody pobierania próbek Odchylenie standardowe

25. Badanie obciążenia metody pobierania próbek I) nA=nB<30  stosujemy rozkład t-Studenta 1. Formułujemy hipotezę zerową H0 (A= B) 2. Formułujemy hipotezę alternatywną H1 (A B) 3. Obliczamy miarę względnej różnicy pomiędzy średnimi

26. Badanie obciążenia metody pobierania próbek I) nA=nB<30  stosujemy rozkład t-Studenta 4. Porównujemy wartość statystyki t z wartością krytyczną testu t-Studenta t,,k=n-1.(zależną od przyjętego poziomu ufności 1-, zazwyczaj 95% i liczby stopni swobody k=n-1)  prawdziwa jest H0  metoda nie jest obciążona w stosunku do metody odniesienia  prawdziwa jest H1  metoda jest obciążona w stosunku do metody odniesienia

27. Badanie obciążenia metody pobierania próbek I) nA=nB>30  stosujemy rozkład normalny 1. Formułujemy hipotezę zerową H0 (A= B) 2. Formułujemy hipotezę alternatywną H1 (A B) 3. Obliczamy miarę względnej różnicy pomiędzy średnimi

28. Badanie obciążenia metody pobierania próbek I) nA=nB>30  stosujemy rozkład normalny 4. Porównujemy wartość statystyki z z wartością krytyczną rozkładu normalnego z.(zależną od przyjętego poziomu ufności 1-, zazwyczaj 95%)  prawdziwa jest H0  metoda nie jest obciążona w stosunku do metody odniesienia  prawdziwa jest H1  metoda jest obciążona w stosunku do metody odniesienia

29. Pobieranie próbek paliw stałych (węgiel kamienny, węgiel brunatny, koks) • Podstawowe problemy: • niejednorodność (niehomogeniczność) populacji generalnej, • konieczność rozdrabniania ziaren, • zmiana niektórych właściwości w czasie (np. w wyniku utleniania paliwa), • duża masa i objętość populacji generalnej, • inne

30. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” Partia – cała ilość węgla o zadeklarowanej jakości. Porcja – ilość węgla pobrana przez jednokrotne zanurzenie urządzenia (przyrządu) próbobiorczego. Próbka pierwotna – próbka w postaci porcji węgla lub otrzymana przez połączenie porcji węgla pobranych z jednego miejsca w partii węgla. Próbka ogólna – próbka powstała przez połączenie próbek pierwotnych. Podpróbka – próbka węgla otrzymana przez połączenie co n-tej próbki pierwotnej w kolejności ich pobierania (n jest przyjętą liczbą podpróbek).

31. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” Próbka laboratoryjna – próbka węgla o uziarnieniu poniżej 10 lub poniżej 3 mm przygotowana z próbki ogólnej, przeznaczona do badań laboratoryjnych lub wydzielenia z niej próbek analitycznych. Próbka analityczna 1,4 (1,6) Próbka analityczna 1,0 Próbka analityczna 0,2 S Próbka analityczna 0,2

32. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” porcja Próbka pierwotna Próbka ogólna ROZDRABNIANIE POMNIEJSZANIE Próbka analityczna Próbka laboratoryjna ROZDRABNIANIE POMNIEJSZANIE

33. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” 1. Wielkość próbki pierwotnej Masa próbki, kg Wielkość największego ziarna, mm 2. Liczba próbek pierwotnych Masa partii, t Dokładność wg normy n 16 (dla węgla wzbogaconego) n 32 (dla węgla niewzbogaconego) C=1000 t (dla węgla kamiennego) C=2500 t (dla węgla brunatnego) Dokładność inna niż przewidziana normą

34. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych”

35. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” • Sposoby pobierania próbek pierwotnych węgla: • z przenośników taśmowych będących w ruchu, • z zatrzymanego przenośnika (tzw. „rama”), • w miejscach przesypu z przenośnika, • z podnośników kubełkowych, • z wagonów kolejowych, • z wozów kopalnianych i samochodów, • ze statków i barek, • ze składów i zwałów

36. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” Pobieranie próbek pierwotnych z przenośnika taśmowego Masa badanej partii węgla, t Odstęp czasu pomiędzy poborem kolejnych próbek pierwotnych [min.] Liczba próbek pierwotnych Strumień masy węgla, t/h

37. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” Pobieranie próbek pierwotnych z przenośnika taśmowego M = 2 400 t, Q = 500 t/h, n = 40

38. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” D = 50 mm Węgiel kamienny, niewzbogacony

39. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” Masa próbki pierwotnej Masa próbki ogólnej Liczba próbek pierwotnych Próbka ogólna 153 kg Partia węgla 2 400 t Próbka analityczna 80 g

40. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” Przygotowanie próbek laboratoryjnych węgla • Etapy przygotowania próbki laboratoryjnej: • rozdrabnianie (do uziarnienia <10mm lub <3mm), • mieszanie (mechaniczne lub ręczne), • pomniejszanie (mechaniczne lub ręczne), • dzielenie na wymaganą liczbę próbek laboratoryjnych

41. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” Przygotowanie próbek analitycznych węgla • Etapy przygotowania próbki laboratoryjnej: • rozdrabnianie (do uziarnienia <1,4mm lub <1,0mm lub 0,2mm), • mieszanie (mechaniczne lub ręczne), • pomniejszanie (mechaniczne lub ręczne), • dzielenie na wymaganą liczbę próbek analitycznych

42. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” Minimalna masa próbek

43. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” • Pobieramy n próbek pierwotnych (n musi być podzielne przez 6) • Z n próbek pierwotnych przygotowujemy 6 podpróbek (każda składając się z n/6 próbek pierwotnych) • Z każdej podpróbki przygotowujemy próbkę laboratoryjną i w dalszej kolejności analityczną. • Wykonujemy odpowiednie analizy próbek analitycznych (np. Oznaczenie zawartości popiołu, pierwiastka C lub ciepła spalania) • Dokonujemy oszacowania niepewności poboru próbek, przygotowania próbek i ich analizy.

44. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych”

45. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” Największy teoretyczny rozstęp w próbce Najmniejszy teoretyczny rozstęp w próbce Wymagana dokładność pobrania, przygotowania i analizy próbki

46. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” Rozstęp z badania poboru próbki Jeżeli WL<W<WU próbka była pobrana z wymaganą (założoną) dokładnością Jeżeli W<WL próbka była pobrana z większą niż wymagana (założona) dokładność  można zmniejszyć liczbę próbek pierwotnych Jeżeli W>WU próbka była pobrana z mniejszą niż wymagana (założona) dokładność  należy zwiększyć liczbę próbek pierwotnych

47. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” Pobór próbki został wykonany z założoną dokładnością

48. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” Obliczmy niepewność poboru próbki, jej przygotowania i analizy

49. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych” Obliczamy odchylenie standardowe średniej arytmetycznej czyli niepewność (precyzję) samej analizy pierwiastka C (obliczanie niepewności metodą typu A) Odchylenie standardowe średniej arytmetycznej Ilość powtórzeń Niepewność standardowa samej analizy pierwiastka C

50. PN-90/G-04502 „Węgiel kamienny i brunatny – Metody pobierania i przygotowania próbek do badań laboratoryjnych”