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测量术语 - 涂层测厚仪

参考的产品。

以下讨论提供了与DeFelsko涂层测厚仪有关的计量学术语的定义、解释、限制和实际例子。用于开发本文件的资源主要包括国际组织(如SSPC、ISO、ANSI和ASTM)发表的技术文章和标准。其目的是为DeFelsko文件开发一个共同的参考平台,包括文献、手册、技术文章、信函和网络材料。

准确度

准确度是衡量测量结果和被测物的真实厚度之间的误差大小。准确度声明预测了涂层测厚仪测量待测涂层的真实厚度的能力。准确度声明提供了量具在整个功能测量范围内的性能能力。通常测量范围分为两部分,从0到一个固定值;然后是大于这个固定值的一切(直到量具的测量极限)。准确度声明经常包括在整个测量范围内保持不变的固定部分,以及与特定厚度的测量结果有关的可变部分。这样的精度说明是很关键的,因为那些没有固定值的精度说明意味着在零点有一个精确的测量。为了防止转换错误,准确度说明要用英制和公制的等价物表示。下图是DeFelsko量具的精度说明样本。

PosiTector 6000 FS测量仪的样品精度声明

精度

精度是重复量具读数之间的接近程度的指标。读数不一定要接近预期值或真实值才算精确,它们只需要彼此接近。

准确度和精确度之间的关系

图1是一个没有精确性的准确性表示。成千上万的读数将平衡到接近目标中心的平均数(平均值)。中间的小圆圈代表了被测量部分的规格。通过多次读数,我们可以从统计学上提高我们对被测参数的认识。这是在使用涂层测厚仪时推荐的一个过程。读数的分布代表读数的范围,应该在量具的精度范围内。图中所示的量具的精度范围比被测涂层的规格宽。这不是一个好的测量情况。这相当于用一个精度为±1.0的量具测量一个期望规格为±0.1的涂层。读数的长期平均值将接近规格的中心,但所需的测量次数对现实生活中的应用是不实际的。正是由于这个原因,量具应该比规格更准确。

图1- 没有精确性的准确度

 

图2显示了没有准确性的精确性。读数非常精确,而且是分组的,但离目标中心的真实值很远。从目标中心到读数中心(平均)的距离被称为进行测量的仪器的偏差。涂层测厚仪的一个例子是,它的读数总是高于或低于真实厚度。量具可能是一致的(精确的),但不是准确的。偏差可能来自量具本身,磨损,损坏,或由于特定的基材和涂层被测量。虽然不理想,但偏差通常可以通过校准调整来解决,如调零。

图2--没有准确性的精确性

 

图3同时展示了精确性和准确性。这表示一个量具的精度与零件的规格相当。目标的中心与读数组的直径相同。这是一个1:1的不确定性比率。这仍然不是一个理想的情况,因为在规格圈外的读数可能是由于仪器的有限精度或实际的偏离测量。

图3- 准确度和精确度

 

更理想的情况是图4,读数的精度是一个更紧密的圆,但仍位于规格圆的中心。在这种情况下,如果读数不在规格范围内,就可以保证是一个离谱的测量。

图4--期望的准确度

不确定性

不确定性是与测量的有效性相关的疑问(潜在的测量误差)。就涂层测厚仪而言,不确定度是指在测量涂层厚度时可能出现的测量误差。这可能包括测厚仪的不确定性(基于测厚仪在有关厚度上的精度的重复性),操作者的不确定性(基于操作者影响读数的能力的重复性),温度和湿度的不确定性(环境条件的影响),以及其他具体应用的不确定性。综合这些不确定因素的常用方法是下式中所示的平方之和法。

用户通常通过使用公认的不确定度比率规则,如4:1(根据ANSI Z540-1和MIL-STD-45662)来避免估计过程不确定度的复杂过程。4:1的不确定度比率指出,如果他们的量具比规格至少准确四倍,用户可以跳过不确定度计算过程。为了满足不确定度比率,DeFelsko在所有制造和校准过程中都采用了高精度的校准标准。为了进一步确保这种不确定度比率的充分性,我们的校准程序建立了标准,以尽量减少相关的变化源,如温度和湿度。

使用准确度和不确定性的实际例子

一个客户想测量一个涂层产品。涂层厚度预计为10密耳。涂层应用的规格是10%或±1密耳。因此可接受的读数范围是9到11密耳。

仪器的精度声明是读数的±(.1密耳+1%)。因此,要读取的仪器精度是±[.1密耳+(.01×10密耳)]=±0.2密耳。

因此,规格与仪器精度的计算方法是:1 VS 0.2。这相当于5:1的不确定性比率,这在测量应用中通常是可以接受的。

决议

在涂层厚度测量中,仪器的分辨率是量具显示的最小增量。DeFelsko仪器的分辨率从0.01到1密耳(0.5到20微米)不等,取决于厚度和仪器的类型。所有DeFelsko量具都能显示更高的分辨率,因为内部量具的读数和随后的计算是以更多的小数位进行的。它们随后被四舍五入并根据量具的分辨率设置呈现给用户。虽然量具的读数可以改变以显示更多的分辨率,但这样的增加不会使仪器更准确,它只是增加了读数的明显变化。

重复性和可重复性

重复性和再现性(R&R)是与精确性和准确性密切相关的关键因素。从量具在测量特定样品时向单个用户提供相同读数的能力方面来考虑重复性是有帮助的。不同的用户在测量特定样品时获得相同读数的能力被称为可重复性。统计学方法,如量具重复性研究,可以比较不同仪器的可重复性和再现性。

量具重复性研究的重要考虑因素

由于对量具研发的影响,在评估仪器时应考虑几个关键因素。

1.被测样品内部的变化。当涂层和基材由于粗糙度等因素而有明显的变化时,这种变化必须作为R&R研究的一部分加以考虑。保护性涂料协会(SSPC)的第2号涂料应用规范(PA2)特别指出:"磁性量具对涂层表面或探针中心以下的钢表面的非常小的不规则部分必然很敏感。在粗糙的表面上重复读数,即使是非常接近的点,也经常有很大的差异,特别是在粗糙的表面上的薄膜,有很高的轮廓"。通过固定样品和探头以确保在相同的位置进行读数,可以将差异降到最低,但是用户仍然必须确保规格和相应的重复性目标对应用来说是合理的。

2.读数的分辨率。一个没有 "高分辨率 "功能的仪器为用户提供更多的有效数字,可能看起来提供了更多的可重复的结果。例如,一个具有一位数分辨率的仪器可能提供以下读数(2.1,2.1,2.1)。同样的仪器在 "高分辨率 "模式下可能读出(2.06,2.14,2.07)。虽然这两组数字乍一看都是有效的,但第一组数字似乎更容易重复。相反,考虑以下两组读数(2.1, 2.2, 2.1)和(2.14, 2.15, 2.14)。在这个例子中,四舍五入功能对 "低分辨率 "模式的可重复性产生了负面影响。

3.实际测量的准确性。给出一个已知厚度为2.00的样品,考虑从一台(精确)仪器上的读数为2.21、2.22、2.21,与第二台(精确)仪器的读数为1.96、2.04、1.97。如果已知厚度的真实值是2.00,哪种仪器更实用,是有明显偏差的精确仪器,还是变化性稍大的精确仪器?在为任何应用选择涂层厚度仪器时,这些因素是至关重要的。

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