涂镀层测厚仪的测量不确定度试验分析

涂镀层测厚仪主要用于金属材料表面涂镀层厚度的测量，一般常采用无损检测方法。但是，由于测量对象、测量方法、测量环境、仪器设备等因素引进了诸多测量误差，为确保测量结果的准确可靠，有必要对其进行不确定度分析。

今天，我们主要对磁性测厚仪展开分析。

试验目的：

分析涂镀层测厚仪测量结果的不确定度

试验依据

GB/T 4956-2003《磁性基体上非磁性覆盖层 覆盖层厚度测量 磁性法》；JJF 1059-1999《测量不确定度评定与表示》

试验对象

1000mm×100mm×5mm漆膜金属试样一块；100mm×100mm×5mm基体金属试样一块

试验仪器

FMP40涂镀层测厚仪、124μm±1.5μm校准箔片（计量检定合格）

试验方法

启动仪器后，首先调整仪器和探头对100mm×100mm×5mm基体金属试样进行零位校准，然后使用相应的校准箔片对仪器进行校准，最后将1000mm×100mm×5mm漆膜金属试样划分为10个基准表面，并对不同基准表面进行重复测量10次，记录测量结果。

数学模型

Y=X+△X

Y—涂层厚度，μm

X—单次测量的涂层厚度测量值，μm

△X—测量系统引入的允许误差，μm

测量不确定度通常由测量过程的数学模型和不确定度的传播规律来评定。根据数学模型及实验条件，本实验考虑的不确定度来源和评定方法见表1。

1

标准不确定度分量评定

重复性测量引入的标准不确定度U₁

在相同实验条件下，根据GB/T 4956-2003标准要求，使用FMP40涂镀层测厚仪对漆膜金属试样10个基准表面均重复测量10次，其测量平均值和标准偏差见表2。

 

仪器测量示值最大允许误差引入的标准不确定度U₂

仪器最小分辨率引入的标准不确定度U₃

本次实验使用的涂镀层测厚仪的最小分辨率为0.1μm，即可得标准不确定度U₃=0.29×0.1=0.029μm。

仪器无箔校准引入的标准不确定度U₄

在试样测量前，对仪器无箔校准，将仪器测头垂直置于基体金属试样上（无涂层），连续测量10次，其测量结果见表3。

仪器校准箔校准引入的标准不确定度U₅

在测量漆膜金属试样时，选用与其涂层厚度相近的校准箔，该校准箔标记值为124μm±1.5μm，服从均匀分布（矩形分布），半宽为1.5μm，，即可得标准不确定度。

2

合成标准不确定度评定

3

扩展不确定度评定

取置信概率p=95%，包含因子k=2,即可得扩展不确定度U₉₅表示如下：

U95=kU_c=2×1.47=2.94μm  

4

测量结果不确定度报告

在本次评定条件下，相对扩展不确定度U₉₅=2.94μm，包含因子k=2，则测量结果表示如下：X=(137.49±2.94) μm，k=2。

结语

从上述不确定度分析结果可以看出，对金属材料表面涂镀层厚度测量时，部分影响因素可以根据实际试样采取措施来尽量消除影响，比如基体金属厚度、材料边缘效应、材料表面附着物、测头取向等。部分影响因素可以通过人为措施来尽量避免，比如强磁场环境、温湿度条件等。部分影响因素则不可轻易忽视，比如仪器测量示值误差、仪器测量最小分辨率、仪器使用的校准片等，在进行不确定度分析评定时需考虑，以便提供更为客观准确的检测结果。

选自：《理化检验—物理分册》 Vol.52 2016.7

作者：魏源