Государственная система обеспечения единства измерений

СТАНДАРТНЫЕ ОБРАЗЦЫ СОСТАВА
МОНОЛИТНЫХ И ДИСПЕРСНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Способы оценивания однородности

ГОСТ 8.531-2002

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ
ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

Минск

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием Уральский научно-исследовательский институт метрологии Госстандарта России (ФГУП УНИИМ)

ВНЕСЕН Госстандартом России

2 ПРИНЯТ Межгосударственным Советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол № 22 от 30 мая 2002 г.)

За принятие проголосовали:

(Поправка. ИУС 12-2002)

3 Постановлением Государственного комитета Российской Федерации по стандартизации и метрологии от 13 августа 2002 г.№ 299-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 8.531-2002 введен в действие непосредственно в качестве государственного стандарта Российской Федерации с 1 марта 2003 г.

4 ВЗАМЕН ГОСТ 8.531-85 и МИ 1709-87

5 Переиздание. Август 2003 г.

Содержание

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

Дата введения 2003-03-01

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на стандартные образцы (СО) состава монолитных материалов для спектрального анализа и на СО состава дисперсных материалов и устанавливает порядок проведения экспериментов и алгоритм обработки результатов при оценивании характеристик однородности в процессе аттестации СО.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ 8.010-90¹⁾ Государственная система обеспечения единства измерении. Методики выполнения измерении

ГОСТ 8.315-97 Государственная система обеспечения единства измерении. Стандартные образцы состава и свойств веществ и материалов. Основные положения

ГОСТ 9716.2-79 Сплавы медно-цинковые. Метод спектрального анализа по металлическим стандартным образцам с фотоэлектрической регистрацией спектра

1) На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 8.563-96.

3 Определения и сокращения

В настоящем стандарте применяют следующие термины с соответствующими определениями и сокращениями:

стандартный образец состава вещества (материала) (СО); погрешность, обусловленная неоднородностью СО; наименьшая представительная проба СО: По ГОСТ 8.315.

спектральный анализ: Метод определения состава вещества, основанный на исследовании спектров излучения, возникающих в результате взаимодействия вещества с различными источниками излучения.

эмиссионный анализ: Спектральный анализ, основанный на исследовании спектров излучения атомов пробы, переведенной в газообразное состояние внешним источником энергии (источником возбуждения).

рентгенофлуоресцентный анализ: Спектральный анализ, основанный на исследовании спектров флуоресцентного рентгеновского излучения пробы, возбужденного рентгеновским источником излучения.

методика выполнения измерений (МВИ): По ГОСТ 8.010.

аналитическая поверхность: Поверхность на экземпляре СО, подготовленная в соответствии с МВИ для получения спектра излучения.

аналитический объем: Объем материала СО, предусмотренный МВИ и используемый для получения спектра излучения.

характеристика однородности СО: Среднее квадратическое отклонение погрешности, обусловленное неоднородностью СО(S_н) для проб заданной массы (аналитического объема).

макронеоднородность: Составляющая погрешности, обусловленная неоднородностью СО для частей материала СО, сумма масс которых равна массе экземпляра СО. Характеристикой макронеоднородности является среднее квадратическос отклонение (S_мак) погрешности, обусловленной неоднородностью для экземпляра СО.

микронеоднородность: Составляющая погрешности, обусловленная неоднородностью для частей материала СО, сумма масс которых равна массе аналитического объема. Характеристикой микронеоднородности является среднее квадратическое отклонение (S_мик) погрешности, обусловленной неоднородностью СО для аналитического объема.

аттестуемый компонент (элемент): Компонент материала СО, содержание которого является аттестуемой характеристикой СО.

компонент-индикатор: Аттестуемый компонент с наибольшей неоднородностью, характеристику однородности которого используют для оценивания характеристики однородности другого аттестуемого компонента.

группа результатов измерений: Несколько результатов измерении объединенных по определенному признаку (например результаты измерении содержания аттестуемого компонента в одной пробе).

среднее значение в группе результатов измерений: Сумма всех результатов измерении данной группы, деленная на число результатов измерении в группе.

сумма квадратов отклонений в группе результатов измерений: Сумма квадратов отклонении всех результатов измерении в группе от среднего значения в данной группе результатов измерении.

средний квадрат: Сумма квадратов отклонении в нескольких группах результатов измерении, деленная на общее число результатов, уменьшенное на количество средних значении, входящих в данную сумму.

4 Общие требования к методу и погрешности измерений

4.1 Характеристику однородности СО состава дисперсного материала оценивают способом, основанным на многократных измерениях содержания аттестуемого компонента в нескольких пробах, отобранных случайным образом от всего материала СО, с последующей обработкой результатов по схеме однофакторного дисперсионного анализа.

4.2 Характеристику однородности СО состава монолитного материала оценивают методом, основанным на многократных измерениях содержания аттестуемого компонента в нескольких экземплярах СО, отобранных случайным образом, с последующей обработкой результатов по схеме двухфакторного дисперсионного анализа.

4.3 Характеристики однородности оценивают, как правило, для всех аттестуемых компонентов. В обоснованных случаях допускается оценивать характеристики однородности по компонентам-индикаторам.

4.4 Для экспериментального исследования однородности используют МВИ с известной или оцененной перед проведением исследования характеристикой случайной погрешности в соответствии с ГОСТ 8.010. Систематическая составляющая погрешности должна оставаться постоянной или изменяться за время проведения измерении пренебрежимо мало по отношению к случайной погрешности измерении.

4.5 Среднее квадратическос отклонение S_МВИ характеризующее случайную погрешность измерении при оценивании однородности СО, должно удовлетворять общему условию S_МВИ ≤ Δ_доп (где Δ_доп - допускаемое значение погрешности аттестованного значения СО).

5 Оценивание однородности дисперсных материалов

5.1 От всей массы материала СО для оценивания однородности случайным образом отбирают N проб массой М_о каждая. Отбор проб проводят после приготовления материала СО. Масса каждой пробы М_о должна быть достаточной для проведения в соответствии с применяемой МВИ фиксированного числа измерении J.

Для определения числа отбираемых проб рассчитывают отношение Q

5.2 Число отбираемых проб TV при фиксированном числе многократных измерении У находят по таблице 1 для значения Q, определенного в соответствии с 5.1.

Таблица 1 - Число отбираемых проб N для оценивания однородности

5.3 В каждой из N проб J раз измеряют содержание аттестуемого компонента. Измерения проводят либо в одной пробе массой М_о неразрушающим методом, либо в растворе, в который она переведена для обеспечения однородности.

Результаты измерений Х_nj: вносят в таблицу по форме, приведенной в приложении А. Индексом n нумеруют пробы (n = 1, 2,..., N), индексом j - измерения в каждой пробе (j = 1, 2,..., J).

5.4 Результаты измерений при оценивании характеристики однородности обрабатывают в следующем порядке.

Вычисляют средние арифметические значения всех N * J результатов

и J результатов для каждой пробы

Вычисляют суммы квадратов отклонений результатов измерений от средних значений для каждой пробы

и средних арифметических для каждой пробы от среднего арифметического всех результатов

Вычисляют средний квадрат отклонений результатов измерений от средних значений для каждой пробы

и между пробами

Характеристику однородности оценивают по формуле

Если , то полагают

где М - наименьшая представительная проба СО.

5.5 Оценивание характеристики однородности по компонентам-индикаторам

В качестве компонентов-индикаторов выбирают компоненты, относительно которых из литературных данных или на основании предварительных исследований известно, что их распределение в материале СО имеет наибольшую неоднородность.

По выбранным I компонентам-индикаторам оценивают в соответствии с 5.1 - 5.4 характеристики однородности S_нi (i = 1, 2,..., I). Каждую характеристику однородности для i-го компонента-индикатора оценивают для пробы массой М_oi и наименьшей представительной пробы М_i

5.6 Для любого другого аттестуемого компонента, не входящего в число компонентов-индикаторов, характеристику однородности оценивают следующим образом.

Вычисляют относительные характеристики однородности компонентов-индикаторов

где А_i - аттестационное значение СО i-го компонента-индикатора или среднее арифметическое результатов для i-го компонента по формуле (2).

Вычисляют среднюю характеристику однородности и среднюю массу проб для компонентов-индикаторов по формулам:

и

Характеристику однородности для аттестуемых компонентов, не входящих в число компонентов-индикаторов, оценивают по формуле

где А - аттестованное значение СО;

М - наименьшая представительная проба СО для данного компонента.

5.7 Пример оценивания однородности дисперсного материала приведен в приложении Б.

6 Оценивание однородности монолитных материалов

6.1 Оценку характеристик однородности проводят после отработки технологии получения материала СО, исключающей регулярные изменения содержании аттестуемого элемента, порядка приготовления материала СО и разделения его на экземпляры.

6.2 Из общего количества экземпляров СО отбирают случайным образом К экземпляров СО (K ≥ 25).

6.3 Подготовляют на каждом отобранном экземпляре СО аналитические поверхности в соответствии с методикой спектрального анализа, используемой для оценивания однородности.

6.4 На каждой аналитической поверхности проводят два измерения со случайным выбором места возбуждения при оценивании однородности эмиссионным методом или два измерения без изменения положения СО - при оценивании однородности рентгенофлуоресцентным методом.

6.5 После проведения измерении разрезают каждый экземпляр СО по плоскости, параллельной аналитической поверхности. Положение плоскости разреза на каждом экземпляре СО определяют случайным образом на веси его длине (высоте). Подготовляют на срезах аналитические поверхности и проводят измерения в соответствии с 6.4.

6.6 Результаты измерении для каждого аттестуемого элемента записывают в таблицу, форма которой приведена в приложении В (таблица В.1). В таблице приняты следующие обозначения:

i - номер экземпляра СО (i = 1, 2,..., К);

j - номер аналитической поверхности (j = 1, 2);

п - номер измерения (n = 1, 2);

Х_ijn - результат n-гo измерения на j-й поверхности в i-м СО.

6.7 Вычисляют значения следующих величин и записывают их в соответствующие столбцы таблицы:

- сумму результатов для j-й аналитической поверхности в i-м СО.

- сумму результатов для i-го экземпляра СО

- сумму квадратов результатов для i-го экземпляра СО

6.8 В свободной таблице результатов, приведенных в 6.7, вычисляют суммы по столбцам, обозначенные символами от V до IX.

На основе данных в таблице результатов вычисляют следующие суммы квадратов:

Для контроля правильности вычислений проверяют соотношение между суммами квадратов. Если вычисления проведены правильно, то должно быть выполнено равенство

В том случае, если суммы квадратов удовлетворяют уравнению (21), вычисляют средние квадраты:

6.9 Вычисляют выборочное среднее квадратическос отклонение

где S_м характеризует случайную погрешность рснтгенофлуорссцснтного метода анализа. При оценивании однородности эмиссионным методом S_м характеризует суммарную погрешность, определяемую как случайной погрешностью метода, так и различием содержания аттестуемого элемента в аналитических объемах.

6.10 Оценки характеристик погрешности S_мак и S_мик проводят в зависимости от соотношений между средними квадратами MSW, MSBB и MSBL по формулам, приведенным в таблице 2. В таблице 2 приняты следующие обозначения:

m - количество измерений для воспроизведения аттестованного значения СО эмиссионным методом.

Таблица 2 - Оценка характеристик S_мак и S_мик при различных соотношениях между средними квадратами MSW, MSBB, MSBL

6.11 Оценку характеристики однородности S_н получают по формуле

6.12 Пример расчета характеристики однородности СО состава монолитного материала для спектрального анализа приведен в приложении Г.

7 Учет погрешности, обусловленной неоднородностью

Характеристику погрешности, обусловленной неоднородностью, учитывают при оценивании погрешности аттестованного значения CO(D_aт) по формуле

где D_м - погрешность метода, используемого для установления аттестованного значения СО.

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(справочное)

Форма представления результатов измерений при оценивании однородности
дисперсных материалов

Таблица А.1

ПРИЛОЖЕНИЕ Б
(справочное)

Пример оценивания однородности дисперсного материала

Материал СО - черноземная почва. Аттестуемый компонент - оксид калия. Среднее квадратическое отклонение случайной погрешности S_МВИ равно 0,11 %, допускаемое значение погрешности аттестованного значения СО - 0,25 %.

Вычисляют отношение Q для расчета числа отбираемых проб:

Q = 0,25/0,11 = 2,3.

Количество многократных измерений J = 3. По этим данным в соответствии с таблицей 1 находят число отбираемых проб N = 18. Масса отбираемой пробы для исследования однородности М₀ = 1 г.

Результаты измерений Х_nj - записывают в таблицу (таблица Б.1).

Таблица Б.1

По результатам, приведенным в таблице Б.1, вычисляют по формуле (3) средние результаты по пробам  и записывают их в последнюю графу таблицы. Вычисляют по формуле (4) сумму квадратов

SS_e = 0,1904.

Вычисляют по формуле (3) среднее арифметическое всех результатов , которое составило 2,21, и сумму квадратов

SS_н = 0,2193.

Вычисляют средние квадраты отклонений результатов внутри проб

и средние квадраты отклонений результатов между пробами

Наименьшая представительная проба М для данного аттестуемого компонента равна 0,5 г. Вычисляют оценку характеристики однородности по формуле (8)

S_н = [(0,0129 - 0,005289) * (l/0,5)/3]^0,5 = 0,07 %.

ПРИЛОЖЕНИЕ В
(справочное)

Форма представления результатов измерений при оценивании однородности монолитных материалов для спектрального анализа

Таблица В.1

ПРИЛОЖЕНИЕ Г
(справочное)

Пример оценивания однородности монолитного материала для спектрального анализа

Материал СО - бронза. Аттестуемый компонент - олово.

Однородность СО исследована методом эмиссионного спектрального анализа по ГОСТ 9716.2.

Результаты измерений X_ijn записывают в таблицу.

Таблица Г.1

Суммируют последние столбцы таблицы и получают следующие суммы:

V = 444,43;

VI = 1978,4111;

VII = 444,43;

VIII = 1976,8912;

IX = 1979,7637.

Вычисляют по формулам (17) - (20) суммы квадратов:

SSBL = 1976,8912 - (444,43)²/(4 * 25) = 1,7110;

SSBB = 1978,4111 - 1976,8912 = 1,5199;

SSW = 1979,7637 - 1978,4111 = 1,3526;

SST = 1979,7637 - (444,43)²/(4 * 25) = 4,5835.

Проверяют по формуле (21) выполнение соотношения между суммами квадратов

1,7110 + 1,5199 + 1,3526 = 4,5835.

Вычисляют по формулам (22) - (24) средние квадраты:

MSBL = 1,7110/(25 - 1) = 0,07129;

MSBB = 1,5199/25 = 0,06080;

MSW = 1,3526/(2 * 25) = 0,09167.

Для данного случая выполняется следующее соотношение между средними квадратами:

MSW > MSBB, MSBB < MSBL.

Следовательно, оценку характеристик однородности S_мак и S_мик проводят по формулам второй строки таблицы 2.

Вычисляют по формуле (27)

и по формуле (25)

S_м = (l/3) * (0,09167)^0,5 = 0,1009.

Характеристика макронеоднородности

S_мак = (0,002622)^0,5 = 0,051,

а характеристика микронеоднородности при m = 2

S_мик = 0,1009/(2)^0,5 = 0,071.

По этим характеристикам оценивают характеристику однородности по формуле (27)

S_н = (0,051² + 0,071²)^0,5 = 0,09.

Ключевые слова: стандартные образцы, однородность, монолитные материалы, дисперсные материалы