De volgende discussie geeft definities, uitleg, beperkingen en praktische voorbeelden van metrologieterminologie in relatie tot de DeFelsko coatingdiktemeters. Voor de ontwikkeling van dit document zijn voornamelijk technische artikelen en normen gebruikt die zijn gepubliceerd door internationale organisaties zoals SSPC, ISO, ANSI en ASTM. De bedoeling is een gemeenschappelijk referentieplatform te ontwikkelen voor DeFelsko documentatie, waaronder literatuur, handleidingen, technische artikelen, correspondentie en webmateriaal.
Nauwkeurigheid is een maat voor de grootte van de fout tussen het resultaat van een meting en de werkelijke dikte van het te meten object. Een nauwkeurigheidsverklaring voorspelt het vermogen van een coatingdiktemeter om de werkelijke dikte van een te meten coating te meten. Nauwkeurigheidsverklaringen geven het prestatievermogen over het volledige functionele meetbereik van de meter. Vaak wordt het meetbereik opgesplitst in twee delen, van 0 tot een vaste waarde, en vervolgens alles boven die vaste waarde (tot aan de meetlimiet van de meter). Nauwkeurigheidsverklaringen bevatten vaak een vast deel dat constant blijft over het meetbereik, plus een variabel deel dat verband houdt met het meetresultaat voor een bepaalde dikte. Dergelijke nauwkeurigheidsverklaringen zijn kritisch, omdat die zonder vaste waarde een exacte meting bij nul impliceren. Om conversiefouten te voorkomen, worden nauwkeurigheidsverklaringen zowel in het imperiale als in het metrische equivalent vermeld. De volgende figuur geeft een voorbeeld van een nauwkeurigheidsverklaring voor een DeFelsko meter.
Precisie is een indicator van de dichtheid tussen herhaalde meetwaarden. Aflezingen hoeven niet dicht bij een verwachte of werkelijke waarde te liggen om als nauwkeurig te worden beschouwd, ze moeten alleen dicht bij elkaar liggen.
Figuur 1 is een voorstelling van nauwkeurigheid zonder precisie. De duizenden metingen komen uit op een gemiddelde dat dicht bij het midden van het doel ligt. De kleine cirkel in het midden vertegenwoordigt de specificatie van het te meten onderdeel. Door meerdere metingen te doen, kunnen we onze kennis van de gemeten parameter statistisch verbeteren. Dit is een aanbevolen proces bij het gebruik van laagdiktemeters. De spreiding van de metingen vertegenwoordigt het bereik van de metingen en moet binnen het nauwkeurigheidsbereik van de meter liggen. De afgebeelde meter heeft een nauwkeurigheidsbereik dat groter is dan de specificatie van de te meten coating. Dit is geen goede meetsituatie. Dit zou overeenkomen met het meten van een coating met een gewenste specificatie van ± 0,1 met een meetinstrument dat een nauwkeurigheid heeft van ± 1,0. Het langetermijngemiddelde van de metingen zal dicht bij het midden van de specificatie liggen, maar het vereiste aantal metingen zou voor een reële toepassing niet praktisch zijn. Daarom moet de meter nauwkeuriger zijn dan de specificatie.
Figuur 2 toont precisie zonder nauwkeurigheid. De metingen zijn zeer nauwkeurig en gegroepeerd, maar liggen ver van de werkelijke waarde in het midden van het doel. De afstand van het midden van het doel tot het midden (gemiddelde) van de aflezingen wordt de bias genoemd van het instrument dat de metingen verricht. Een voorbeeld van een coatingdiktemeter is wanneer hij altijd hoger of lager afleest dan de werkelijke dikte. De meter kan consistent (precies) zijn, maar is niet nauwkeurig. Vertekening kan het gevolg zijn van de meter zelf, slijtage, schade, of van een bepaald substraat en de te meten coating. Hoewel dit niet wenselijk is, kan de afwijking meestal worden verholpen door een kalibratieaanpassing zoals nulstelling.
Figuur 3 toont tegelijkertijd precisie en nauwkeurigheid. Dit stelt een meter voor met een nauwkeurigheid die overeenkomt met de specificatie van het onderdeel. Het middelpunt van het doel heeft dezelfde diameter als de groep aflezingen. Dit is een onzekerheidsverhouding van 1:1. Dit is nog steeds geen ideale situatie, aangezien een aflezing buiten de specificatiecirkel het gevolg kan zijn van de beperkte nauwkeurigheid van het instrument of van een werkelijke afwijkende meting.
Een meer ideale situatie is figuur 4, waar de precisie van de aflezingen een strakkere cirkel is die nog steeds in het midden van de specificatiecirkel ligt. In dit geval is het zeker dat een aflezing die buiten de specificatie valt, een afwijkende meting is.
Onzekerheid is de twijfel (potentiële meetfout) in verband met de geldigheid van een meting. In termen van een coatingdiktemeter identificeert de onzekerheid de meetfouten die redelijkerwijs kunnen optreden bij het meten van de dikte van een coating. Dit kan de onzekerheid van de meter omvatten (herhaalbaarheid gebaseerd op de nauwkeurigheid van de meter bij de dikte in kwestie), de onzekerheid van de operator (reproduceerbaarheid gebaseerd op het vermogen van de operator om de metingen te beïnvloeden), temperatuur- en vochtigheidsonzekerheden (invloed van omgevingsfactoren), alsmede andere toepassingsspecifieke onzekerheden. Een gebruikelijke manier om deze onzekerheden te combineren is de som van de kwadraten in de volgende formule.
De gebruiker vermijdt meestal het ingewikkelde proces van het schatten van procesonzekerheden door een geaccepteerde onzekerheidsverhouding te gebruiken, zoals 4:1 (volgens ANSI Z540-1 en MIL-STD-45662). Een 4:1 onzekerheidsverhouding stelt dat de gebruiker het proces van onzekerheidsberekening mag overslaan als zijn meter ten minste vier keer nauwkeuriger is dan de specificatie. Om aan de onzekerheidsverhouding te voldoen, gebruikt DeFelsko in alle productie- en kalibratieprocessen zeer nauwkeurige kalibratienormen. Om de toereikendheid van dergelijke onzekerheidsverhoudingen verder te garanderen, stellen onze kalibratieprocedures criteria vast om relevante variatiebronnen zoals temperatuur en vochtigheid te minimaliseren.
Een klant wil een gecoat product meten. De coatingdikte zal naar verwachting 10 mils bedragen. De specificatie van de coatingapplicatie is 10% of ± 1 mil. Het aanvaardbare meetbereik is dus 9 tot 11 mils.
De nauwkeurigheidsverklaring voor het instrument is ±(.1 mil + 1%) van de aflezing. Daarom is de nauwkeurigheid van het instrument voor de af te lezen waarde ±[.1 mil + (.01 x 10 mils)] = ± 0.2 mils.
Daarom wordt de specificatie versus instrumentnauwkeurigheid berekend als 1 versus 0,2. Dit komt overeen met een onzekerheidsverhouding van 5:1, wat voor meettoepassingen doorgaans aanvaardbaar is.
Bij laagdiktemeting is de resolutie van een instrument de kleinste stap die de meter weergeeft. De resolutie van DeFelsko instrumenten varieert van 0,01 tot 1 mil (0,5 tot 20 µm), afhankelijk van de dikte en het type instrument. Alle DeFelsko-meters kunnen een hogere resolutie weergeven omdat de interne meetwaarden en de daaropvolgende berekeningen met veel meer decimalen worden uitgevoerd. Ze worden vervolgens afgerond en aan de gebruiker gepresenteerd op basis van de resolutie-instelling van de meter. Hoewel de aflezing van de meter kan worden gewijzigd om meerdere cijfers van de resolutie weer te geven, zou een dergelijke verhoging het instrument niet nauwkeuriger maken, maar alleen de schijnbare variatie in de aflezingen vergroten.
Herhaalbaarheid en reproduceerbaarheid (R&R) zijn kritische factoren die nauw verband houden met precisie en nauwkeurigheid. Herhaalbaarheid kan worden gezien als het vermogen van de meter om een enkele gebruiker bij het meten van een specifiek monster dezelfde aflezing te geven. Het vermogen van verschillende gebruikers om dezelfde aflezing te krijgen bij het meten van een specifiek monster wordt reproduceerbaarheid genoemd. Om de herhaalbaarheid en reproduceerbaarheid van verschillende instrumenten te vergelijken, bestaan statistische methoden zoals R&R-onderzoeken van meters.
Vanwege de gevolgen voor R&R-onderzoeken van gages moet bij de evaluatie van instrumenten rekening worden gehouden met verschillende kritieke factoren.
1. Variatie binnen het te meten monster. Wanneer de coating en het substraat een aanzienlijke variatie vertonen als gevolg van factoren zoals ruwheid, moet met deze variatie rekening worden gehouden als onderdeel van het R&R-onderzoek. Paint Application Specification No. 2 (PA2) van de Society for Protective Coatings (SSPC) stelt specifiek: "Magnetische meters zijn noodzakelijkerwijs gevoelig voor zeer kleine onregelmatigheden van het coatingoppervlak of van het staaloppervlak direct onder het middelpunt van de sonde. Herhaalde metingen op een ruw oppervlak, zelfs op punten die zeer dicht bij elkaar liggen, verschillen vaak aanzienlijk, vooral voor dunne lagen op een ruw oppervlak met een hoog profiel." Variatie kan worden geminimaliseerd door het monster en de sonde zo op te stellen dat de metingen op dezelfde plaats worden verricht, maar de gebruiker moet er toch voor zorgen dat de specificatie en de bijbehorende herhaalbaarheidsdoelen redelijk zijn voor de toepassing.
2. Resolutie van de metingen. Een instrument zonder "hoge resolutie" om de gebruiker van meer significante cijfers te voorzien, lijkt meer herhaalbare resultaten op te leveren. Een instrument met een resolutie van één cijfer kan bijvoorbeeld de volgende aflezingen geven (2.1, 2.1, 2.1). Hetzelfde instrument in de modus "hoge resolutie" kan de volgende waarden geven (2.06, 2.14, 2.07). Hoewel beide reeksen getallen op het eerste gezicht geldig zijn, lijkt de eerste reeks veel herhaalbaarder. Beschouw daarentegen de volgende twee reeksen aflezingen (2.1, 2.2, 2.1) en (2.14, 2.15, 2.14). In dit geval heeft de afrondingsfunctie een negatief effect op de herhaalbaarheid van de modus "lage resolutie".
3. Nauwkeurigheid van de feitelijke meting. Bij een monster met een bekende dikte van 2,00 worden de metingen van een (nauwkeurig) instrument 2,21, 2,22, 2,21 vergeleken met een tweede (nauwkeurig) instrument 1,96, 2,04, 1,97. Als de werkelijke waarde van de dikte bekend is als 2,00, welk instrument is dan praktischer voor gebruik, het nauwkeurige instrument met een duidelijke afwijking, of het nauwkeurige instrument met iets meer variabiliteit? Deze factoren zijn cruciaal bij de keuze van een coatingdikte-instrument voor elke toepassing.
