El siguiente análisis ofrece definiciones, explicaciones, limitaciones y ejemplos prácticos de la terminología metrológica relacionada con los medidores de espesor de recubrimientos de DeFelsko. Los recursos utilizados para elaborar este documento incluyen principalmente artículos técnicos y normas publicados por organizaciones internacionales como SSPC, ISO, ANSI y ASTM. El objetivo es crear una plataforma de referencia común para la documentación de DeFelsko, incluidas publicaciones, manuales, artículos técnicos, correspondencia y materiales web.
En los medidores por desprendimiento de tipo 1 (PosiTest o PosiPen), se coloca un imán permanente en contacto directo con la superficie recubierta. La fuerza necesaria para separar el imán de la superficie se mide y se interpreta como el valor del espesor del recubrimiento en una escala o pantalla del medidor. La fuerza magnética que mantiene el imán adherido a la superficie varía de forma inversa y no lineal con la distancia entre el imán y el acero, es decir, con el espesor del recubrimiento seco. Se requiere menos fuerza para separar el imán de un recubrimiento grueso.
Un medidor electrónico de tipo 2 (PosiTector) utiliza circuitos electrónicos para convertir una señal de referencia en espesor de recubrimiento. Los medidores electrónicos para metales ferrosos funcionan según dos principios magnéticos diferentes. Algunos utilizan un imán permanente que, al acercarse al acero, aumenta la densidad de flujo magnético en la cara polar del imán. El espesor del recubrimiento se determina midiendo este cambio de densidad de flujo, que varía de forma inversamente proporcional a la distancia entre el imán y el sustrato de acero. Los elementos Hall y los elementos magnetorresistivos situados en la cara polar son los medios más habituales para medir este cambio de densidad de flujo magnético. Sin embargo, la respuesta de estos elementos depende de la temperatura, por lo que se requiere compensación térmica.
Otros medidores electrónicos para metales ferrosos funcionan según el principio de la inducción electromagnética. Se aplica una corriente alterna a una bobina que contiene una varilla de hierro dulce, lo que produce un campo magnético cambiante en la sonda. Al igual que con un imán permanente, la densidad de flujo magnético dentro de la varilla aumenta cuando la sonda se acerca al sustrato de acero. Este cambio es detectado por una segunda bobina. La señal de salida de la segunda bobina está relacionada con el espesor del recubrimiento. Estos medidores también necesitan compensación de temperatura debido a la dependencia de los parámetros de la bobina respecto a la temperatura.
La caracterización es el proceso mediante el cual se programa un instrumento para que relacione las señales recibidas desde la punta de su sonda con mediciones reales del espesor del recubrimiento. El resultado de este proceso es una curva de calibración que se integra en el instrumento. Según la complejidad de la curva, también puede incluir compensaciones para otros factores, como la temperatura ambiente.
Cada instrumento de DeFelsko se caracteriza individualmente mediante mediciones realizadas en patrones de calibración trazables que cubren todo el rango del instrumento. Esta característica es la que permite a los instrumentos de DeFelsko realizar mediciones significativas directamente al sacarlos de la caja para la mayoría de las aplicaciones.
Un patrón de referencia es una muestra de espesor conocido con la que el usuario puede verificar la exactitud de su medidor. Los patrones de referencia suelen ser patrones de espesor de recubrimientos o láminas de referencia. Si las partes contratantes lo acuerdan, puede utilizarse una pieza de muestra de espesor conocido (o aceptable) como patrón de espesor para un trabajo concreto.
Para la mayoría de los instrumentos, un patrón de espesor de recubrimientos suele ser un sustrato metálico liso con un recubrimiento no magnético (epoxi) de espesor conocido, trazable a patrones nacionales (NIST). El sustrato es ferroso (acero) para los medidores magnéticos o no ferroso (aluminio) para los medidores de corrientes de Foucault. Los patrones de espesor de recubrimientos de alta tolerancia se utilizan para caracterizar y calibrar los medidores como parte del proceso de fabricación. Los clientes pueden comprar esos mismos patrones para utilizarlos como patrones de calibración en un laboratorio o como patrones de comprobación en campo o en la planta de fabricación.
Los patrones de espesor de recubrimientos para medidores ultrasónicos son bloques de plástico macizo (poliestireno) mecanizados para obtener una superficie plana y lisa. Además de un espesor conocido y trazable a patrones nacionales, estos patrones también tienen una velocidad del sonido conocida.
Los patrones de calibración se adquieren como accesorios para ayudar a satisfacer la creciente necesidad de los clientes de cumplir los requisitos de ISO/QS-9000 y de control de calidad interno. Muchos clientes consideran más práctico calibrar sus propios medidores en sus instalaciones que recurrir a los servicios de calibración de DeFelsko. Para facilitarles la tarea, se ofrecen juegos de patrones de calibración con valores nominales seleccionados para cubrir todo el rango de cada medidor DeFelsko. Todos los patrones incluyen un certificado de calibración que muestra la trazabilidad al NIST.
Una lámina de referencia es una pieza plana no magnética (de plástico) de espesor conocido. Aunque suele poder adaptarse a la forma del sustrato que se va a medir, su exactitud es más limitada que la de un patrón de espesor de recubrimientos. Por lo tanto, al utilizar una lámina para realizar ajustes de calibración con medidores de tipo 2 (electrónicos), es importante combinar la tolerancia de la lámina con la del medidor antes de determinar la exactitud de las mediciones.
No se recomienda utilizar laminillas con medidores de tipo 1 (de separación mecánica). Estas laminillas suelen ser bastante rígidas y curvadas y no quedan perfectamente planas, ni siquiera sobre una superficie de ensayo de acero lisa. Cerca del punto de separación durante la medición con un medidor mecánico, la laminilla suele separarse elásticamente de la superficie de acero, elevando el imán demasiado pronto y provocando una lectura errónea.
La calibración es el proceso controlado y documentado que consiste en medir patrones de calibración trazables y verificar que los resultados se encuentran dentro de la exactitud especificada del medidor. Las calibraciones suelen ser realizadas por el fabricante del medidor o por un laboratorio cualificado en un entorno controlado y mediante un proceso documentado. Los patrones de espesor de recubrimientos utilizados en la calibración deben ser tales que las incertidumbres combinadas de la medición resultante sean inferiores a la exactitud especificada del medidor.
Un intervalo de calibración es el periodo establecido entre recalibraciones de un instrumento. De acuerdo con los requisitos de ISO 17025, DeFelsko no incluye intervalos de calibración en los certificados de calibración emitidos con nuestros medidores de espesor de recubrimientos PosiPen, PosiTest, PosiTector 6000 y 100.
Para los clientes que necesiten ayuda para establecer sus propios intervalos de calibración, compartimos la siguiente experiencia. Se ha demostrado que los factores no relacionados con el tiempo de almacenamiento son más determinantes al establecer los intervalos de calibración. Estos factores son, principalmente, la frecuencia de uso, la aplicación concreta y el cuidado durante el uso, la manipulación y el almacenamiento. Por ejemplo, un cliente que utilice el medidor con frecuencia, mida sobre superficies abrasivas o lo trate de forma descuidada (por ejemplo, lo deje caer, no vuelva a colocar la tapa de la punta de la sonda para guardarlo o lo arroje habitualmente a una caja de herramientas) puede necesitar un intervalo de calibración relativamente más corto. Tanto el análisis teórico como la experiencia práctica indican que el efecto de la temperatura y la humedad sobre el medidor es mínimo. Además, los procesos de fabricación están diseñados para minimizar los cambios en el funcionamiento del medidor tras la calibración. Incluso en caso de deriva, la medición del medidor suele ser lineal y, por lo tanto, se compensa antes del uso mediante su función «cero».
Aunque DeFelsko recomienda que los clientes establezcan los intervalos de calibración de sus medidores según su propia experiencia y entorno de trabajo, los comentarios de los clientes sugieren que un año es un punto de partida habitual. Además, nuestra experiencia indica que los clientes que adquieran un instrumento nuevo pueden utilizar con confianza su fecha de compra como inicio del primer intervalo de calibración. El efecto mínimo del tiempo de almacenamiento reduce la importancia de la fecha real del certificado de calibración.
Un Certificado de Calibración es un documento que registra los resultados reales de las mediciones y toda la información relevante para una calibración exitosa del instrumento. DeFelsko incluye certificados de calibración que muestran claramente la trazabilidad a un patrón nacional con cada instrumento nuevo, recalibrado o reparado.
La trazabilidad es la capacidad de seguir el resultado de una medición a través de una cadena ininterrumpida de comparaciones hasta un patrón fijo internacional o nacional comúnmente aceptado como correcto. La cadena suele constar de varios patrones de medición apropiados; el valor de cada uno tiene mayor exactitud y menor incertidumbre que los de los patrones que le siguen.
La recalibración, también conocida como recertificación, es el proceso de realizar una calibración en un instrumento usado. Las recalibraciones son necesarias periódicamente a lo largo del ciclo de vida de un instrumento, ya que las superficies de las sondas están sujetas a un desgaste que puede afectar a la linealidad de las mediciones.
En teoría, los clientes que dispongan de patrones de referencia de espesor trazables y copias de los procedimientos de calibración disponibles en el sitio web de DeFelsko pueden recalibrar sus propios medidores. Los clientes también están sujetos a los requisitos de sus propios sistemas de calidad y a su capacidad para controlar las condiciones de la recalibración.
La verificación de la calibración es una comprobación de la exactitud que realiza el usuario del instrumento con patrones de referencia conocidos que cubren el rango esperado de espesor del recubrimiento. El proceso tiene por objeto verificar que el medidor sigue funcionando según lo previsto.
La verificación suele realizarse para evitar medir con un medidor inexacto al principio o al final de un turno, antes de realizar mediciones críticas, cuando un instrumento se ha caído o dañado o siempre que se sospechen lecturas erróneas. Si las partes contratantes lo consideran oportuno, pueden acordar inicialmente los detalles y la frecuencia de verificación de la exactitud del medidor. Si las lecturas no concuerdan con el patrón de referencia, todas las mediciones realizadas desde la última comprobación de exactitud resultan sospechosas. En caso de daño físico, desgaste, uso intensivo o una vez transcurrido un intervalo de calibración establecido, el medidor debe retirarse del servicio y devolverse al fabricante para su reparación o calibración. El uso de un patrón de medición para comprobación no pretende sustituir la calibración y confirmación periódicas del instrumento, pero puede evitar utilizar un instrumento que deje de cumplir las especificaciones durante el intervalo entre dos confirmaciones formales.
El ajuste de calibración consiste en alinear las lecturas de espesor de un medidor (eliminación del sesgo) con las de una muestra conocida para mejorar la exactitud del medidor en una superficie específica o en una parte concreta de su rango de medición.
En la mayoría de los casos, solo debería ser necesario comprobar el cero sobre un sustrato sin recubrimiento y comenzar a medir. Sin embargo, los efectos de las propiedades del sustrato (composición, propiedades magnéticas, forma, rugosidad y efectos de borde) y del recubrimiento (composición y rugosidad superficial), así como las temperaturas ambiente y de la superficie, pueden requerir ajustes en el instrumento.
La mayoría de los medidores de tipo 2 pueden ajustarse con patrones de referencia conocidos, como piezas recubiertas o laminillas. Sin embargo, los medidores de tipo 1, como el PosiPen y el PosiTest, tienen escalas no lineales. Como sus funciones de ajuste son lineales, no deben realizarse ajustes. En su lugar, el usuario debe tomar una lectura del metal base (BMR).
En un medidor de tipo 2 para el que no se haya especificado un método de ajuste de calibración, normalmente se realiza primero un ajuste de calibración de 1 punto. Si se detectan imprecisiones, se debe realizar un ajuste de calibración de 2 puntos.
Los ajustes de calibración de 1 punto implican la fijación de la curva de calibración del instrumento en un punto después de tomar varias lecturas sobre una muestra conocida o un patrón de referencia. Si es necesario, se puede colocar una laminilla sobre el sustrato desnudo para establecer dicho espesor. Este punto de ajuste puede estar en cualquier lugar dentro del rango de medición del instrumento, aunque para obtener los mejores resultados debería seleccionarse cerca del espesor que se espera medir.
La puesta a cero es la forma más sencilla de ajuste de 1 punto. Consiste en medir una muestra o placa sin recubrimiento. En un ajuste de calibración de cero simple, se toma una única medición y luego se ajusta la lectura para que marque cero. En un ajuste de calibración de cero por promedio, se toman varias mediciones y el medidor calcula una lectura promedio y ajusta automáticamente ese valor a cero.
Los ajustes de calibración de 2 puntos son similares a los de 1 punto, salvo que la curva de calibración del instrumento se fija en dos puntos conocidos después de tomar varias lecturas sobre muestras conocidas o patrones de referencia. Los dos espesores deben estar dentro del rango de medición del instrumento. Normalmente se seleccionan puntos a ambos lados del espesor esperado del recubrimiento. Una ventaja del PosiTector 6000 es su exactitud en todo el rango de medición. Esto suele permitir que el cero (sin recubrimiento) sea uno de los dos puntos utilizados en una calibración de 2 puntos.
La lectura del metal base (BMR) es una técnica de puesta a cero para medidores de tipo 1 (de separación mecánica) sobre superficies rugosas. Los ajustes de un medidor de tipo 1 son de naturaleza lineal, pero su escala es no lineal. Por lo tanto, es importante no ajustar el medidor para que marque cero sobre el sustrato desnudo. Se recomienda calcular la BMR de una pieza sin recubrimiento y restarla de las lecturas reales obtenidas de una pieza recubierta. La BMR se calcula como un valor representativo (promedio) de varias mediciones tomadas en distintos puntos de un sustrato desnudo.
Si una superficie de acero es lisa y uniforme, su plano superficial es la superficie magnética efectiva. Si el acero presenta rugosidad, por ejemplo por limpieza con chorro abrasivo, la superficie magnética «aparente» o efectiva que detecta el medidor es un plano imaginario situado entre los picos y los valles del perfil de superficie. Los medidores indican el espesor por encima de ese plano magnético imaginario. Si se utiliza un medidor de tipo 1, el espesor del recubrimiento por encima de los picos se obtiene restando la lectura del metal base. Con un medidor de tipo 2 correctamente ajustado, la lectura obtenida indica directamente el espesor del recubrimiento.
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