CÁC PHƯƠNG PHÁP VÀ CÔNG CỤ ĐO ĐỘ DÀY

Không có phương pháp đo nào phù hợp với mọi ứng dụng. Sự lựa chọn đúng đắn phụ thuộc vào tính chất vật liệu, loại chất nền, độ chính xác yêu cầu và liệu phép đo được thực hiện trong phòng thí nghiệm, trong quá trình kiểm tra ngẫu nhiên hay trực tiếp trên dây chuyền sản xuất đang hoạt động.

Phương pháp tiếp xúc: Thước kẹp, thước đo micromet và đồng hồ đo độ lệch

Các phương pháp tiếp xúc hoạt động bằng cách chạm trực tiếp vào bề mặt vật liệu bằng đầu dò hoặc kẹp và đo trực tiếp độ dịch chuyển. Ba loại dụng cụ phổ biến có phạm vi độ chính xác rộng:

• Thước kẹp : Độ phân giải 0,01–0,02 mm, độ chính xác ±0,02–0,05 mm
• Micromet : Độ phân giải cao đến 1 µm (0,001 mm), độ chính xác ±1–3 µm
• Thước đo độ dày kiểu mặt số và kỹ thuật số : Độ phân giải 0,01–0,001 mm, độ chính xác ±3–20 µm

Các phương pháp tiếp xúc yêu cầu hiệu chuẩn bằng cách sử dụng các khối chuẩn được chứng nhận, có thể truy xuất nguồn gốc đến các viện đo lường quốc gia như NIST. So sánh cơ học giúp hiệu chỉnh sự biến dạng khi vật liệu khác nhau.

Những hạn chế chính:

Tiếp xúc vật lý có nguy cơ làm biến dạng các vật liệu mềm, dễ nén hoặc dễ vỡ — xốp, vải dệt và màng polymer mỏng đều dễ bị tổn thương. Tiêu chuẩn ASTM D1777 lưu ý rằng độ dày biểu kiến ​​của vải dệt thay đổi nghịch với áp suất tác dụng, do đó việc xác định áp suất là rất cần thiết; tiêu chuẩn ISO 5084 yêu cầu áp suất đo được chỉ định (ví dụ: 1 kPa). Đồng hồ đo tiếp xúc cũng không thích hợp để đo vật liệu đang di chuyển trên dây chuyền sản xuất đang hoạt động.

Các phương pháp điện từ: Cảm ứng từ và dòng điện xoáy

Máy đo điện từ đo độ dày lớp phủ thông qua tương tác trường mà không gây hư hại vật lý. Có hai loại chính:

• Máy đo cảm ứng từ : Dùng cho các lớp phủ không từ tính trên nền kim loại màu (thép).
• Cảm biến dòng điện xoáy : Dùng cho các lớp phủ không dẫn điện trên kim loại màu như nhôm.

Tiêu chuẩn ASTM D7091 quy định việc đo độ dày màng khô không phá hủy bằng các phương pháp này. Các hệ thống điển hình (ví dụ: DeFelsko PosiTector 6000, Elcometer 456) cung cấp phạm vi đo từ 0–1.500 µm với độ chính xác ±1–3% hoặc ±2,5 µm.

Các yếu tố phụ thuộc quan trọng:

Độ nhám bề mặt, độ cong và đặc tính từ tính đều ảnh hưởng đến kết quả đo. Hình dạng bề mặt khiến các thiết bị đo từ tính đánh giá quá cao độ dày lớp phủ thực tế. Tiêu chuẩn ASTM D7091 và SSPC-PA 2 khuyến nghị tính toán giá trị đo kim loại nền (BMR) trên bề mặt không phủ để trừ đi từ các kết quả đo trong tương lai. Các bề mặt có độ cong lớn (đường kính lồi <50 mm) cần được hiệu chuẩn lại bằng các tiêu chuẩn riêng của khách hàng.

Đo độ dày bằng sóng siêu âm (UTM)

Phương pháp đo độ dày bằng sóng siêu âm sử dụng đầu dò để phát các xung âm tần số cao vào vật liệu, đo thời gian mỗi xung phản xạ từ thành sau và tính toán độ dày dựa trên vận tốc âm đã biết của vật liệu. Tiêu chuẩn ASTM E797/E797M là tiêu chuẩn quy định.

Khả năng và ứng dụng:

• Truy cập một phía : Chỉ cần truy cập vào một mặt của vật liệu.
• Độ phân giải : 0,001 mm (chế độ độ phân giải cao), phạm vi 0,08–635 mm (Olympus 38DL PLUS).
• Ứng dụng : Giám sát ăn mòn thành ống, kiểm tra bình chịu áp lực và các cấu kiện kết cấu bằng kim loại, nhựa và vật liệu composite.
• Tuân thủ giám sát ăn mòn : Tiêu chuẩn API 570 về kiểm tra đường ống quy định các vị trí đo độ dày (TML) được xác định cho các cuộc kiểm tra định kỳ để tính toán tốc độ ăn mòn.

Hạn chế:

Công nghệ UTM yêu cầu chất gel tiếp xúc để tạo sự ghép nối âm thanh. Nó không phù hợp với các màng rất mỏng (thường dưới 0,5 mm nếu không có bộ chuyển đổi đường trễ tần số cao) và không lý tưởng cho các vật liệu mềm hoặc chuyển động.

Các phương pháp không tiếp xúc tiên tiến: Quang học, Laser và Sóng milimét

Các phương pháp không tiếp xúc đo từ xa, do đó chúng là lựa chọn khả thi duy nhất đối với các vật liệu dễ vỡ, dễ nén hoặc chuyển động nhanh.

Các phương pháp quang học và laser:

• Giao thoa kế ánh sáng trắng (WLI) : Độ lặp lại dưới nanomet (0,08 nm), được sử dụng cho các tấm bán dẫn, quang học chính xác và các bề mặt siêu mịn. Nhạy cảm với rung động và gặp khó khăn với các mẫu rất gồ ghề hoặc góc nghiêng lớn.
• Phương pháp đo tam giác bằng laser : Độ lặp lại 0,005 µm, độ phân giải 30 nm, tốc độ lấy mẫu lên đến 392 kHz (dòng KEYENCE LK-G5000). Thích hợp cho việc lập hồ sơ tốc độ cao trên dây chuyền sản xuất, phủ lớp màng mỏng lên pin và các ứng dụng vật liệu trong suốt. Sai số theo dõi có thể xảy ra trên kính có hoa văn hoặc bề mặt có độ phản xạ thay đổi.

Trong khi các phương pháp quang học yêu cầu đường truyền thẳng và sự nhất quán về phản xạ bề mặt, công nghệ sóng milimét lại áp dụng một cách tiếp cận khác — phù hợp với các vật liệu xốp, dạng sợi và nhiều lớp có khả năng tán xạ hoặc hấp thụ ánh sáng.

Công nghệ sóng milimét (M-Ray):

Hệ thống M-Ray sử dụng sóng điện từ trong dải tần 30–300 GHz thông qua hoạt động giống như radar sóng liên tục điều tần (FMCW). Cảm biến phát ra sóng milimét, tốc độ sóng giảm dần khi đi qua vật liệu; bộ thu ghi lại độ trễ thời gian như một phép đo trực tiếp về trọng lượng riêng và độ dày.

Khả năng:

• Phương pháp đo không tiếp xúc, không sử dụng hạt nhân, với độ chính xác micromet.
• Khoảng cách đặt thiết bị xa (lên đến 30 cm) và tốc độ đo vượt quá 3 kHz.
• Có thể phân giải độ dày nhiều lớp xuống đến khoảng 6% giới hạn độ phân giải Rayleigh.
• Thích hợp cho nhựa, vải dệt, vải không dệt, xốp tổng hợp, len khoáng và cao su.