平均值－極差控制圖在γ 測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置核查中的應(yīng)用

王新興，胡明考，張積運(yùn)

(核工業(yè)航測(cè)遙感中心，河北 石家莊050002)

0 引言

國(guó)家JJF 1069 －2012 《法定計(jì)量檢定機(jī)構(gòu)考核規(guī)范》7.6.3.3 條款明確指出:“應(yīng)根據(jù)規(guī)定的程序和日程對(duì)計(jì)量基準(zhǔn)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)、傳遞標(biāo)準(zhǔn)、工作標(biāo)準(zhǔn)以及標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行核查，以保持其檢定或校準(zhǔn)狀態(tài)的置信度”［1］。我國(guó)現(xiàn)今唯一的γ 測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置，從20世紀(jì)70 年代末研建以來(lái)，一直無(wú)法直接溯源。我們從20 世紀(jì)90 年代開(kāi)始對(duì)γ 測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行定期核查(監(jiān)測(cè))，選擇應(yīng)用平均值－極差控制圖方法對(duì)γ 測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置是否保持初始密封狀態(tài)、量值是否穩(wěn)定進(jìn)行控制，防止由于標(biāo)準(zhǔn)的失準(zhǔn)造成傳遞的失準(zhǔn)。

1 γ 測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置

γ測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置是由一系列鉀鈾釷含量不同、能在平面上和垂向上模擬天然放射性核素均勻分布的無(wú)限延伸地質(zhì)體的體源模型和相應(yīng)的配套設(shè)備構(gòu)成。單個(gè)模型為邊長(zhǎng)1.2 m 的立方體輻射體源模塊，上下圍巖層尺寸為1.2 m ×1.2 m ×0.6 m 見(jiàn)圖1 所示。模型中心有直徑95 mm 的圓孔，用于放入γ 測(cè)井探管，模型六面和孔壁采用環(huán)氧樹(shù)脂密封。每個(gè)輻射體源模塊質(zhì)量約4000kg。系列體源模型由1 個(gè)本底模型、1個(gè)鉀模型、5 個(gè)鈾模型、4 個(gè)釷模型和3 個(gè)混合模型，共計(jì)14 個(gè)密封式飽和輻射體源模型組組成。這14 個(gè)模型均由已知含量的天然放射性鈾、釷、鉀礦粉和低本底石英砂、水泥澆注而成。配套設(shè)備主要為6#標(biāo)準(zhǔn)固體鐳點(diǎn)源及FD－3019 型γ 測(cè)井儀。

圖1 γ測(cè)井模型

2 核查數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)控制—控制圖

2.1 核查數(shù)據(jù)

選擇一臺(tái)性能穩(wěn)定的經(jīng)過(guò)標(biāo)準(zhǔn)固體鐳源檢定的FD－3019 型γ 測(cè)井儀，對(duì)γ測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置每個(gè)月進(jìn)行一次核查測(cè)量，每次取n 個(gè)測(cè)量數(shù)據(jù)的平均值x－為本次核查值，重復(fù)測(cè)量取n =6。每個(gè)模型每次核查測(cè)量的最大值與最小值之差為極差，用R 表示。連續(xù)測(cè)量25個(gè)月共獲取25 組數(shù)據(jù)。以UThF －0.01 －0.03 －I 模型為例，核查數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

2.2 確定控制參數(shù)［2］

建立平均值控制圖和極差控制圖前，先要計(jì)算控制參數(shù)中心線CL、控制上限UCL 和控制下限LCL。對(duì)UThF－0.01 －0.03 －I 模型m 次核查測(cè)量結(jié)果的平均值由公式(1)計(jì)算，m 次測(cè)量數(shù)據(jù)的極差平均值由公式(2)計(jì)算。

表1 對(duì)UThF－0.01 －0.03 －I 孔深中點(diǎn)做重復(fù)測(cè)量的結(jié)果

1)平均值控制圖控制限

控制上限UCL =x + A2·= 573.4 + 0.483 ×13.48 =579.9

2)極差控制圖控制限

以上常數(shù)A2，D3，D4由參考文獻(xiàn)［2］查得。

2.3 繪制控制圖

控制圖的縱坐標(biāo)為核查數(shù)據(jù)計(jì)算得到的各統(tǒng)計(jì)控制量，橫坐標(biāo)為時(shí)序坐標(biāo)。并在圖上畫(huà)出CL，UCL 和LCL 三條控制界限。在圖上標(biāo)出各組相應(yīng)統(tǒng)計(jì)控制量的測(cè)量點(diǎn)后，將相鄰的測(cè)量點(diǎn)連成折線，即完成了控制圖繪制。如UThF －0.01 －0.03 －I 模型平均值控制圖和極差控制圖，分別見(jiàn)圖2，3。

圖2 UThF－0.01 －0.03 －I 平均值控制圖

圖3 UThF－0.01 －0.03 －I 極差控制圖

2.4 核查程序

建立了均值控制圖和極差控制圖后，根據(jù)核查程序制定每年的核查計(jì)劃，使用FD－3019 測(cè)井儀對(duì)γ 測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置中的每個(gè)模型進(jìn)行測(cè)量，每次重復(fù)測(cè)量6 次，計(jì)算出本次測(cè)量數(shù)據(jù)的均值和極差，分別標(biāo)注在均值控制圖和極差控制圖上。延長(zhǎng)控制圖的時(shí)間坐標(biāo)，使控制圖轉(zhuǎn)變?yōu)楸O(jiān)測(cè)控制用控制圖。核查頻率確定為每6 個(gè)月一次，測(cè)量數(shù)據(jù)同樣也可作為重復(fù)性、穩(wěn)定性考核。

2.5 結(jié)果的判定

核工業(yè)航測(cè)遙感中心做的γ 測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置中14 個(gè)模型平均值控制圖和極差控制圖中標(biāo)注的統(tǒng)計(jì)測(cè)量點(diǎn)分布在中心線上下兩側(cè)，均沒(méi)有超出控制限的范圍。在此，從γ 測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置模型組中，選擇檢定工作中使用頻率較多的KF－6 －I 鉀模型、UF－0.03－I 鈾模型和ThF －0.05 － I 釷模型，根據(jù)1995 年到2012 年底的36 組核查數(shù)據(jù)繪制平均值控制圖和極差控制圖(圖4 ～圖9)。根據(jù)GB/T4091 －2001 常規(guī)控制圖的判異原則，我們發(fā)現(xiàn)γ 測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置的測(cè)量過(guò)程沒(méi)有受到不受控的系統(tǒng)效應(yīng)影響，也沒(méi)有受到不受控的隨機(jī)效應(yīng)的影響。

圖4 KF－6 －I 平均值控制圖

圖5 KF－6 －I 極差控制圖

圖6 UF－0.03 －I 平均值控制圖

圖7 UF－0.03 －I 極差控制圖

圖8 ThF－0.05 －I 平均值控制圖

圖9 ThF－0.05 －I 極差控制圖

3 結(jié)論

γ 測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置是由純鈾礦粉、純釷礦粉或者鈾釷混合礦粉制作而成，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)模型自身的特點(diǎn)，如果裝置密封破損，放射性衰變系列平衡將被打破，俗稱(chēng)氡氣泄露，測(cè)量的比釋動(dòng)能將會(huì)降低。應(yīng)用平均值—極差控制圖方法對(duì)γ 測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置進(jìn)行定期核查(監(jiān)測(cè))，通過(guò)觀察測(cè)量結(jié)果的平均值和極差的變化，判斷標(biāo)準(zhǔn)裝置的量值是否處于受控狀態(tài)，其方法直觀，易于操作，可對(duì)標(biāo)準(zhǔn)裝置的狀態(tài)進(jìn)行了有效的控制。以上監(jiān)測(cè)結(jié)果顯示γ 測(cè)井模型標(biāo)準(zhǔn)裝置自建立以來(lái)，沒(méi)有發(fā)生破損泄漏，標(biāo)準(zhǔn)裝置始終保持初始密封狀態(tài)，標(biāo)準(zhǔn)量值穩(wěn)定可靠。

［1］全國(guó)法制計(jì)量管理計(jì)量技術(shù)委員會(huì). JJF1033 －2008 計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)考核規(guī)范［S］. 北京:中國(guó)計(jì)量出版社，2008.

［2］全國(guó)統(tǒng)計(jì)方法應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會(huì).GB/T4091 －2001 常規(guī)控制圖［S］. 北京:中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2001.