Spessimetro: calibrazione, verifica e regolazione

Astratto

La misurazione di parametri fisici come lo spessore del rivestimento, il profilo della superficie e il punto di rugiada è un'attività comune per ispettori e applicatori. Tuttavia, queste misurazioni sono accurate solo quanto lo strumento che le esegue. Persino strumenti elettronici di alta qualità possono produrre misurazioni errate se non vengono seguiti tre passaggi chiave: calibrazione, verifica e regolazione. In questo documento, questi passaggi spesso fraintesi sono spiegati come definiti da ASTM D70911, ISO 28082 e SSPC-PA 23. L'importanza di un certificato di calibrazione "lungo", che può eseguire una calibrazione, e le applicazioni che potrebbero richiedere regolazioni sul campo sarà anche discusso.

Garantire letture accurate dello strumento

Parte 1: calibrazione

Cos'è la calibrazione?

La parola "calibrazione" ha significati diversi a seconda del settore o dell'ambiente in cui viene utilizzata. C'è una buona probabilità che qualcuno che conosci fraintenda i termini Calibrazione e Intervallo di calibrazione in quanto si riferiscono al settore dell'ispezione del rivestimento. Sarebbero sorpresi di apprendere che, non solo non possono calibrare da soli il misuratore, ma di solito non esiste nemmeno un intervallo di ricalibrazione fisso.

Per un'indicazione di quanto sia difficile definire i termini di calibrazione, non è necessario guardare oltre la miriade di definizioni disponibili dalle principali organizzazioni. Non sorprende che le spiegazioni differiscano date le difficoltà di definire una parola usata in molti settori per molti tipi di strumenti.

Un approccio più semplice consiste nello spiegare i termini di calibrazione in quanto si riferiscono a un segmento industriale specifico, in questo caso, l'industria dei rivestimenti protettivi. Qui ISO, ASTM, SSPC e altri generalmente concordano.

Calibrazione nel settore dell'ispezione dei rivestimenti

ASTM D7091 descrive l'uso di misuratori di correnti parassite magnetiche per lo spessore del film secco ed è tipico di molti standard. Definisce la calibrazione come:

"... processo di alto livello, controllato e documentato per ottenere misurazioni su standard di calibrazione tracciabili sull'intero intervallo operativo del misuratore, quindi effettuare le necessarie regolazioni del misuratore (come richiesto) per correggere eventuali condizioni fuori tolleranza. Calibrazione di I misuratori di spessore del rivestimento vengono eseguiti dal produttore dell'attrezzatura, dal loro agente autorizzato o da un laboratorio di calibrazione accreditato in un ambiente controllato utilizzando un processo documentato. Il risultato della calibrazione è quello di ripristinare / riallineare il misuratore per soddisfare / superare l'accuratezza dichiarata dal produttore. "

All'interno di questa definizione ci sono alcuni termini degni di ulteriore discussione:

"Standard di calibrazione tracciabile": Fondamentalmente, lo scopo della calibrazione è garantire che uno strumento legga entro la tolleranza di uno standard di un valore noto. Quantificare questi valori noti (peso, distanza, ecc.) È responsabilità di un'organizzazione chiamata International Bureau of Weights and Measures (BIPM).

Il BIPM lavora con istituti metrologici nazionali come NIST (USA), NPL (Regno Unito) e PTB (Germania), che mantengono materiali di riferimento standard (SRM) per misure standard come lunghezza, peso e tempo. Questi SRM sono artefatti estremamente precisi che vengono utilizzati come standard di calibrazione per le apparecchiature di misurazione più precise.

Poiché non è conveniente, efficiente o addirittura possibile per tutti eseguire la calibrazione rispetto a un SRM, gli SRM vengono utilizzati per calibrare gli standard di calibrazione primari; gli standard secondari sono usati per calibrare gli standard di lavoro; e standard di lavoro vengono utilizzati per calibrare gli strumenti di processo. Attraverso questa "catena" di standard, gli strumenti sono infine riconducibili direttamente a un artefatto SRM senza la necessità di misurarlo.

Poiché uno strumento o uno standard è sempre meno accurato dello standard che lo calibra, si verifica un aumento dell'incertezza man mano che ci si sposta più in basso nella catena degli standard.

Un rapporto di incertezza del test (TUR) di 4: 1 è generalmente accettato nell'industria, il che significa che la tolleranza di uno strumento è quattro volte maggiore dell'incertezza dello standard rispetto al quale è stato misurato. Ad esempio, quando si utilizza un TUR di 4: 1, un misuratore di spessore del rivestimento calibrato rispetto agli standard con un'incertezza di ± 0,05 mil avrebbe una tolleranza dichiarata o una precisione di ± 0,2 mil.

In base ad un Accordo di Mutuo Riconoscimento firmato tra i maggiori Istituti Metrologici Nazionali, tutti gli istituti partecipanti riconoscono la validità dei rispettivi certificati di taratura e misura.

"Laboratorio di taratura accreditato": ASTM D7091 limita le parti che possono eseguire una taratura al" produttore dell'apparecchiatura, al suo agente autorizzato o ... a un laboratorio di taratura accreditato ". Mentre le prime due categorie sono evidenti, il concetto di" laboratorio di taratura accreditato " "è meno chiaro. ISO / IEC 17025 stabilisce i requisiti per l'accreditamento ei laboratori possono ricevere tale accreditamento attraverso un organismo di accreditamento che è un firmatario dell'accordo di cooperazione internazionale per l'accreditamento dei laboratori (ILAC).

Tuttavia, l'accreditamento ISO 17025 di un laboratorio si applica solo ad attività di taratura specifiche. Lo scopo di accreditamento di un laboratorio elenca le attività che un laboratorio è accreditato per eseguire, oltre all'incertezza di misura che il laboratorio è in grado di calibrare. Se si utilizza un laboratorio di taratura di terze parti, è fondamentale assicurarsi non solo che sia accreditato, ma anche che il suo campo di applicazione accreditato includa gli strumenti che si desidera tarare. Sebbene esista un gran numero di laboratori accreditati ISO 17025, pochi sono accreditati per calibrare le apparecchiature di ispezione del rivestimento.

Certificati di taratura

Quando uno strumento viene calibrato, viene emesso un documento chiamato Certificato di calibrazione (Figura 1). Questo documento registra i risultati delle misurazioni effettive e tutte le informazioni rilevanti per una corretta calibrazione dello strumento, inclusa la tracciabilità a uno standard nazionale. Le specifiche del lavoro richiedono spesso la prova di una calibrazione recente.

Molti produttori di apparecchiature di prova non forniscono certificati di calibrazione. Possono invece fornire "certificati di conformità", "certificati di conformità", "certificati di accuratezza" o "certificati". Questi sono poco più di una dichiarazione di accuratezza del produttore, che richiede all'utente di fidarsi che lo strumento misurerà accuratamente. Tali "certificati" non soddisfano la definizione di taratura secondo ASTM D7091 e altri standard e sono anche in genere inadeguati per requisiti interni, contrattuali o normativi.

Anche se la forma e il contenuto dei certificati di taratura variano, un certificato appropriato deve contenere informazioni minime specifiche che assicurino la conformità ai requisiti ISO / IEC 17025. La Figura 1 mostra un esempio di certificato di taratura, con ciascuno degli attributi importanti evidenziato.

Figura 1 - Esempio di certificato di calibrazione

Identificazione del laboratorio di taratura - Un certificato di taratura deve identificare dove è stata eseguita la taratura.

Titolo: assicurarsi che il documento sia un "Certificato di calibrazione" o un "Certificato di calibrazione".

Identificatore univoco: ogni certificato di calibrazione è unico e dovrebbe avere un identificatore univoco come un numero di serie o di certificato.

Identificazione dello strumento calibrato - Il certificato di calibrazione deve identificare chiaramente lo strumento, incluso un numero di serie e qualsiasi informazione sul modello.

Condizioni ambientali nell'ambiente di laboratorio - Come minimo, è necessario specificare la temperatura e l'umidità relativa a cui è stata eseguita la calibrazione.

Data di calibrazione

Identificazione del metodo di calibrazione utilizzato - Qualsiasi calibrazione deve essere eseguita secondo una procedura stabilita e approvata. Alcuni produttori di apparecchiature pubblicano le proprie procedure di calibrazione.

Evidenze di tracciabilità - La tracciabilità è uno degli scopi principali di un certificato di taratura e le prove di tracciabilità devono essere documentate.

Risultati della calibrazione - Un certificato di calibrazione deve documentare le letture effettive dello strumento rispetto ai valori di riferimento e indicare se le letture dello strumento rientrano nella tolleranza degli standard di riferimento.

Nome, titolo e firma della persona che esegue la calibrazione

Dichiarazione di accuratezza - Il certificato deve specificare l'incertezza che lo strumento è stato calibrato. Questo è spesso identico alle specifiche del produttore, ma può essere limitato dalle capacità del laboratorio di calibrazione.

Logo / informazioni dell'ente di accreditamento (a meno che il certificato non sia emesso dal produttore dell'apparecchiatura) - Per i certificati non emessi dal produttore dell'apparecchiatura, deve essere presente un logo o informazioni identificative dell'ente che ha accreditato il laboratorio.

Se il certificato emesso dal laboratorio di taratura o dal produttore dello strumento non include questi importanti attributi, probabilmente non è un Certificato di taratura come definito dalla maggior parte degli standard e dei contratti.

Quando ricalibrare

La ricalibrazione (o ricertificazione) è periodicamente richiesta durante il ciclo di vita di uno strumento poiché la precisione della maggior parte dei dispositivi di misurazione si riduce con l'uso. Un intervallo di calibrazione è il periodo stabilito tra le ricalibrazioni di uno strumento. Secondo i requisiti della ISO 17025, la maggior parte dei produttori non include gli intervalli di calibrazione come parte dei certificati di calibrazione. Perché? Perché non sanno con quale frequenza viene utilizzato il misuratore, in quale ambiente viene utilizzato e quanto bene viene curato4.

Se non hai esperienza con uno strumento, un anno è un buon intervallo iniziale tra le calibrazioni. Questo può essere modificato con l'esperienza e una verifica regolare (vedi sotto). I clienti con nuovi strumenti possono utilizzare la data di messa in servizio dello strumento (o la data di acquisto) come inizio del loro primo intervallo di calibrazione. L'effetto trascurabile della durata di conservazione riduce al minimo l'importanza della data effettiva del certificato di taratura.

Parte 2: verifica

È fondamentale verificare

Un certificato di calibrazione non garantisce il mantenimento della precisione per tutto l'intervallo di calibrazione. Numerosi fattori possono influire negativamente sul funzionamento del misuratore, come danni accidentali o accumulo di detriti. Per evitare misurazioni con un calibro impreciso, la maggior parte degli standard richiede che l'accuratezza e il funzionamento vengano verificati prima di ogni utilizzo, in genere all'inizio di ogni turno di lavoro. Deve essere ricontrollato dopo aver ottenuto un gran numero di misurazioni, se il misuratore è caduto o se si sospetta che fornisca risultati errati. Spesso le parti contraenti raggiungono un accordo iniziale sui dettagli e sugli intervalli di frequenza per la verifica dell'accuratezza del misuratore.

Cosa fai a questi intervalli? Dipende dal sistema di qualità che hai in atto. Alcuni proprietari misurano semplicemente una parte campione quando il loro misuratore è nuovo e registrano il risultato. Questo campione viene quindi salvato e utilizzato per controllare regolarmente il funzionamento e la precisione del misuratore.

Il metodo migliore e più universalmente accettato per il controllo dell'accuratezza, tuttavia, è misurare gli standard di calibrazione in un ambiente controllato utilizzando una procedura documentata. ASTM D7091 contiene un linguaggio tipico di molti standard:

"7.3 Verifica dell'accuratezza: prima dell'uso, l'accuratezza della calibrazione di ogni strumento deve essere verificata dall'utente in conformità con le istruzioni del produttore, utilizzando standard di spessore del rivestimento adeguati e, se necessario, eventuali carenze riscontrate devono essere corrette. Il misuratore deve essere verificato per la precisione nell'intervallo di utilizzo previsto. "

Gli standard di calibrazione assumono molte forme, a seconda dello strumento da verificare. Devono essere riconducibili a un istituto metrologico nazionale e avere un valore di misurazione entro la gamma del misuratore, idealmente vicino alla gamma di misurazione prevista. Il processo di misurazione è descritto in un documento chiamato Procedura di calibrazione che alcuni produttori pubblicano o forniscono su richiesta.

Per i misuratori di spessore del rivestimento, gli standard di spessore del rivestimento sono disponibili come piastre metalliche rivestite certificate o spessori in plastica. Le lastre sono generalmente più precise e durevoli, ma anche più costose. Gli spessimetri del rivestimento di tipo 1 (meccanici) non possono essere verificati utilizzando spessori in plastica.

La media di una serie di letture dovrebbe rientrare nelle tolleranze combinate sia del misuratore che dello standard di riferimento. Per determinare la tolleranza combinata, le tolleranze del misuratore e dello standard non sono semplicemente sommate insieme, ma dovrebbe essere utilizzata la formula della "somma dei quadrati". Ad esempio, se la precisione dello standard di riferimento è ± 2% e la precisione dello strumento è ± 3%, la tolleranza combinata è ± 3,6%, calcolato come:

Se le letture sono al di fuori della tolleranza combinata, c'è un problema con il misuratore o lo standard di riferimento. Il misuratore problematico o lo standard di riferimento dovrebbe essere identificato e tutte le misurazioni effettuate dall'ultimo controllo di precisione dovrebbero essere considerate sospette.

Parte 3: regolazione

Per molti strumenti di ispezione, la calibrazione e la verifica sono sufficienti per garantire che lo strumento stia misurando correttamente. Tuttavia, per i misuratori di spessore del rivestimento, spesso è necessario un terzo passaggio: regolazione. Questo perché i misuratori di spessore del rivestimento non misurano direttamente lo spessore del rivestimento; invece, misurano le proprietà magnetiche del substrato. Queste proprietà si indeboliscono quando la sonda si allontana dal substrato e sono quindi correlate allo spessore del rivestimento.

Tuttavia, ci sono altri fattori che possono influenzare le proprietà magnetiche del substrato. Questi includono:

• Rugosità superficiale (tipicamente creata dalla sabbiatura abrasiva)
• Geometria (curvatura, effetto bordo)
• Composizione (lega metallica, proprietà magnetiche, temperatura)
• Massa (metallo sottile)

Gli spessimetri di rivestimento sono generalmente calibrati in fabbrica per funzionare bene su acciaio al carbonio piatto e liscio. Tuttavia, possono misurare con precisione su applicazioni con rugosità superficiale, geometria, composizione o massa variabili se viene eseguita una regolazione:

"3.1.2 regolazione: l'atto fisico di allineare le letture di spessore di un misuratore in modo che corrispondano a quelle di un campione di spessore noto (rimozione della distorsione), al fine di migliorare la precisione del misuratore su una superficie specifica."

È importante notare che qualsiasi regolazione tiene conto solo della rugosità, geometria, composizione e / o massa del substrato nel punto in cui è stata eseguita la regolazione. Se uno qualsiasi di questi fattori cambia nel pezzo o nel lavoro, è spesso necessario un ulteriore aggiustamento. Alcuni strumenti elettronici, come i modelli PosiTector 6000 Advanced, sono in grado di salvare più regolazioni di calibrazione in modo che l'utente possa scegliere la regolazione più adatta all'applicazione in questione.

Va anche notato che non tutti i misuratori di spessore del rivestimento sono uguali. Consultare il produttore o il manuale utente dello strumento per la migliore guida su come regolare il proprio strumento particolare. La seguente panoramica è una guida per regolare un tipo di misuratori di spessore del rivestimento comuni.

Regolazione per geometria, composizione e massa

Per determinare se uno strumento richiede una regolazione, controllare che la media di una serie di letture sul substrato non rivestito rientri nella tolleranza del misuratore a zero. Se la misurazione è fuori tolleranza e probabilmente è necessario un aggiustamento del misuratore. Questo è spesso semplice come compensare tutte le misurazioni future con l'errore riscontrato durante la misurazione di controllo. I misuratori elettronici di tipo II come il PosiTector 6000, in genere hanno una funzione di "regolazione dello zero" incorporata per rendere il processo automatico. Se le misurazioni successive del substrato non rivestito vengono lette entro la tolleranza a zero, la regolazione è stata eseguita con successo. I calibri meccanici di pull-off di tipo I come il PosiTest hanno scale non lineari, quindi lo strumento stesso non dovrebbe essere regolato. Invece, l'utente dovrebbe prendere una lettura del metallo di base (BMR) e sottrarre quel valore dalle letture future dello spessore del rivestimento.

Per quasi tutte le applicazioni, lo strumento misurerà entro la tolleranza in tutto il suo intero intervallo dopo che una regolazione dello zero è stata eseguita con successo. Ciò può essere verificato posizionando uno spessore sul substrato non rivestito e assicurandosi che la lettura del misuratore rientri nella tolleranza combinata di spessore e misuratore. Nella rara circostanza in cui il misuratore legge entro la tolleranza a zero ma al di fuori della tolleranza su uno spessore, può essere necessaria un'ulteriore regolazione. Consultare il produttore del manuale del prodotto per ulteriori dettagli.

Regolazione per rugosità superficiale

Mentre una regolazione dello zero è spesso sufficiente per tenere conto degli effetti di geometria, composizione e massa, una regolazione dello zero non dovrebbe essere eseguita su superfici sabbiate o irruvidite. Su queste superfici, gli spessimetri del rivestimento misureranno fino a un punto tra i picchi e le valli della rugosità chiamato "piano magnetico". Poiché la maggior parte degli standard e delle specifiche indica che deve essere riportato solo lo spessore del rivestimento sui picchi del profilo della superficie, è necessaria la regolazione.

Per garantire che un misuratore di spessore del rivestimento misuri lo spessore del rivestimento "sopra i picchi" del profilo della superficie, la procedura accettata consiste nell'adattarsi allo spessore noto di uno spessore posizionato sul substrato non rivestito. Lo spessore poggia sui picchi di un profilo superficiale, o altro motivo, ed è un sostituto del film di rivestimento che verrà eventualmente applicato. I misuratori elettronici di tipo II hanno in genere una funzione di "regolazione a 1 punto" incorporata per semplificare il processo.

Poiché i misuratori di estrazione meccanici di tipo I utilizzano in genere un grande magnete per entrare in contatto con la superficie invece di una piccola punta della sonda, sono meno influenzati dalla rugosità della superficie. L'utente può semplicemente eseguire una regolazione dello zero effettuando una lettura del metallo di base (BMR) sul substrato sabbiato non rivestito e sottrarre tale valore dalle letture future dello spessore del rivestimento.

Riferimenti

1 ASTM D7091 "Pratica standard per la misurazione non distruttiva dello spessore del film secco di rivestimenti non magnetici applicati a metalli ferrosi e rivestimenti non magnetici e non conduttivi si applica a metalli non ferrosi" (ASTM International, 100 Barr Harbor Drive, West Conshohocken, PA 19428), www. astm.org

2 ISO 2808, Pitture e vernici - Determinazione dello spessore del film. Disponibile presso l'American National Standards Institute (ANSI), 25 W. 43rd St., 4th Floor, New York, NY 10036, http://www.ansi.org

3 SSPC PA2, Procedura per determinare la conformità ai requisiti di spessore del rivestimento a secco. Disponibile presso Society for Protective Coatings (SSPC), 40 24th St., 6th Floor, Pittsburgh, PA 15222-4656, http://www.sspc.org

4 Prendersi cura del misuratore di spessore del rivestimento, David Beamish, PCE - Protective Coatings Europe e JPCL Equipment Maintenance, aprile 2005