Elektronische Schichtdickenmessgeräte
Typ-2-Messgerät: Ein elektronisches Instrument, das elektronische Schaltungen und magnetische Induktion verwendet, um ein Referenzsignal in eine Schichtdickenmessung umzuwandeln. Es verwendet auch die Prinzipien des Hall-Effekts oder des Wirbelstroms oder beides oder eine Kombination aus magnetischen- und Wirbelstrom-Methoden.
Elektronische Schichtdickenmessgeräte können zur Messung der Schichtdicke auf metallischen Substraten verwendet werden. Häufig verwendete Methoden sind die elektromagnetische Induktion und das Wirbelstromverfahren. Die elektromagnetische Induktion wird für magnetische Substrate wie ferromagnetische Materialien verwendet, während das Wirbelstrom-Verfahren angewendet wird, wenn das Substrat nicht-magnetisch ist.
Elektromagnetische Induktion
Eine Spannung entsteht, wenn ein Magnet in eine Spule aus Draht bewegt wird. Dieser Vorgang wird Induktion genannt. Die Richtung der induzierten Spannung kehrt sich um, wenn der Magnet wieder aus der Spule bewegt wird. Dieses wechselnde magnetische Feld wird zur Messung der Beschichtungsdicke verwendet. Eine Spule aus feinem Draht, die um einen magnetischen Kern gewickelt ist, erzeugt ein Magnetfeld. Eine zweite Drahtspule erfasst Änderungen im magnetischen Fluss.
Die magnetische Flussdichte an der Oberfläche einer magnetischen Sonde ändert sich, wenn sie sich einer Stahloberfläche nähert. Der Abstand zum Stahlsubstrat beeinflusst die Größe der Flussdichte an der Sondenfläche. Durch die Messung der Flussdichte kann somit die Beschichtungsdicke bestimmt werden.
Wirbelstrom
Im Falle des Wirbelstromprinzips wird eine Einzelspulen-Sonde mit einem relativ hohen Frequenzsignal, mehrere Megahertz, verwendet, um ein Wechselfeld im nicht-ferromagnetischen Metall unter der Beschichtung zu erzeugen. Das Feld verursacht Wirbelströme, die im Substrat zirkulieren und ihrerseits magnetische Felder haben. Diese Felder beeinflussen die Sonde und verursachen Änderungen der elektrischen Impedanz der Spule. Diese Änderungen hängen von der Beschichtungsdicke ab.
Die amplitudensensitive Wirbelstrommethode wird verwendet, um nicht-leitende Beschichtungen auf nicht-magnetischen metallischen Substraten zu messen. Die phasensensitive Wirbelstrommethode (Phasenverschiebung) wird verwendet, um nicht-magnetische Beschichtungen auf metallischen oder nicht-metallischen Substraten zu messen. Dies ist insbesondere der Fall, wenn die Beschichtung eine lackierte metallische Beschichtung ist oder eine berührungslose Messung erforderlich ist.
Weitere Entwicklungen in der Technologie haben es ermöglicht, Instrumente zu entwickeln, die Technologien kombinieren, so dass sie genau auf ferromagnetischen und nicht-ferromagnetischen Substraten messen können, und automatisch umschalten, um die Änderung zu ermöglichen.
Der Vorteil elektronischer Messgeräte liegt in der unglaublichen Genauigkeit. Messgeräte wie das Elcometer 456 sind auf +/- 2,5 µm oder 1-3% genau (je nachdem, welcher Wert größer ist) und können bis zu 70 Messungen pro Minute durchführen. Nur wenige Messgeräte weisen eine größere Genauigkeit auf, aber das Elcometer 355 ist beispielsweise bei Verwendung derselben Messverfahren auf +/- 1 µm genau. Die Genauigkeit hängt natürlich von der Kalibrierung ab.
Ein Punkt, der beachtet werden sollte bei Messgeräten, die diese beiden Messprinzipien der elektromagnetischen Induktion und des Wirbelstromverfahrens verwenden, ist der Randeffekt. Die Art und Weise wie die Flusslinien um die Kanten eines Substrats fließen, ist deutlich anders als ihr Fluss durch den Körper des Substrats. Die Messwerte am Rand werden daher von den Messwerten im Hauptteil des Substrats abweichen. Aus diesem Grund hat Elcometer einen Mindestprobendurchmesser für jede Sonde, von dem die Hälfte (der Radius) den Abstand von einer Kante angibt, an dem die Sonde für eine korrekte Messung positioniert sein muss.
Röntgenfluoreszenz
Sowohl die Beschichtung als auch das Substratmaterial erzeugen Röntgenfluoreszenzstrahlung, aber die vom Substrat emittierte Strahlung verliert Energie (wird attenuiert) durch die Beschichtung. Verschiedene Eigenschaften der Beschichtung bestimmen, wie viel Energie die Röntgenfluoreszenzstrahlung verliert, insbesondere die Beschichtungsdicke. Es besteht daher ein Zusammenhang zwischen den sekundären Emissionen und der Schichtdicke.
The Hall Effect Der Hall-Effekt
Das Messprinzip des Hall-Effekts ist eine Modifikation der Technologie der magnetischen Induktion. Die Messmethode des Hall-Effekts wird hauptsächlich verwendet, um die Dicke von vernickelten Schichten auf einem nicht-magnetischen Substrat zu messen. Vernickelte Schichten sind leicht magnetisch, da die Nickelablagerung dicker wird, nehmen die magnetischen Eigenschaften der Nickelbeschichtung zu. Die Stärke des Magnetismus in der Nickelbeschichtung kann mithilfe eines Hall-Effekt-Sensors in der Sonde berechnet werden.
Ein Hall-Effekt-Sensor ist ein spezialisiertes Halbleiterbauteil, das auf Änderungen in einem Magnetfeld reagiert, das über seiner Oberfläche erscheint, während ein Strom hindurchfließt. Somit kann die Dicke der Beschichtung bestimmt werden.
Ultraschall
Mit grundlegenden Messmethoden können Beschichtungen auf nicht-metallischen Substraten gemessen werden. Die Beschichtung wird als Substrat behandelt und es wird eine einfache Materialdickenmessung durchgeführt, die die Beschichtungsdicke ist.
Beta-Rückstreuung
Ein Strahl von Betateilchen wird durch eine Öffnung auf das beschichtete Bauteil gerichtet, und einige dieser Teilchen werden von der Beschichtung zurückgestreut, durch die Öffnung zurückgeführt und dringen in das Fenster eines Geiger-Müller-Zählrohrs ein.
Das in der Röhre enthaltene Inertgas (oft Helium oder Argon) ionisiert und verursacht eine Entladung über die Elektroden der Röhre. Dadurch entsteht ein Impuls, der von einem elektronischen Zähler gezählt und dann in eine Beschichtungsdicke übersetzt wird. Wenn die Beschichtungsdicke zunimmt, nimmt auch die Rückstreufrequenz zu. Die Änderung der Rate der zurückgestreuten Betateilchen ist ein Maß für die Beschichtungsdicke.
Diese Methode wird verwendet, um Gold, Silber und Zinn auf elektronischen Bauteilen zu messen oder dekorative Beschichtungen auf Sanitärarmaturen und dampfbeschichtete Beschichtungen auf Keramik und Glas. Öl- oder Schmiermittelbeschichtungen auf Metallen können ebenfalls mit dieser Methode gemessen werden.
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