濕膜制備器的校準(zhǔn)方法及不確定度評定

/河北省計量監(jiān)督檢測研究院

0 引言

濕膜制備器主要用于涂布規(guī)定厚度的濕膜制備，以測定試樣的遮蓋力、色澤或制備樣板等。濕膜制備器一般可分為單面濕膜制備器、多面濕膜制備器及可調(diào)式濕膜制備器。從樣式上來分的話，可以分為工字形濕膜制備器、框式濕膜制備器和方形濕膜制備器。針對濕膜制備器目前還沒有相關(guān)的校準(zhǔn)規(guī)范，本文提出了一種校準(zhǔn)方法進行探討。

1 測量原理

單面濕膜制備器結(jié)構(gòu)示意圖見圖1，濕膜制備器涂膜厚度即凹槽深度，選用光柵長度計在凹槽頂部調(diào)整到零位，移動濕膜制備器，在凹槽底部選四個位置（見圖2）分別測量，以四組測量結(jié)果的平均值作為該凹槽的實測深度值，測量示意圖見圖3。

圖1 單面濕膜制備器結(jié)構(gòu)

圖2 單面濕膜制備器凹槽底部的測量位置

2 測量設(shè)備及校準(zhǔn)方法

2.1 測量設(shè)備

校準(zhǔn)用標(biāo)準(zhǔn)器為海德漢的光柵長度計，測量范圍為 0 ～ 25 mm，分辨力為 0.1 μm，準(zhǔn)確度為±0.1 μm，選擇球形測頭，測量底座的平面度為0.0006 mm/180 mm。

圖3 光柵長度計測量濕膜制備器

2.2 校準(zhǔn)方法

將濕膜制備器放在光柵長度計檢測平臺上，調(diào)整光柵長度計，使其對準(zhǔn)濕膜制備器基準(zhǔn)面，并調(diào)整光柵長度計到“零位”，移動濕膜制備器，使光柵長度計測頭與濕膜制備器凹槽底部接觸，在測量位置1處重復(fù)測量5次，記錄測量結(jié)果并計算平均值。然后重復(fù)上述步驟，對2、3、4位置處進行測量、記錄測量結(jié)果并計算平均值，得到四組測量結(jié)果。四次示值的平均值作為該凹槽的實際深度值L，其深度值按式（1）計算，該濕膜制備器示值誤差按式（2）計算：

式中：L——凹槽的實際深度值，μm；

Li——凹槽的示值，μm

式中：δi——受檢凹槽的示值誤差，μm；

L標(biāo)——受檢凹槽的標(biāo)稱值，μm

3 測量結(jié)果的不確定度分析[3]

本文針對某企業(yè)生產(chǎn)的SQZ-75（ISO鳥式）涂膜厚度為75 μm的單面濕膜制備器為例來分析該方法的可行性。涂膜厚度為75 μm，準(zhǔn)確度要求為±3 μm。

3.1 測量模型

3.2 方差和靈敏度系數(shù)

式中：c（L標(biāo)）= 1；c（L）= 1

3.3 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

以涂膜厚度為75 μm的單面濕膜制備器為例，標(biāo)準(zhǔn)不確定度見表1。

表1 標(biāo)準(zhǔn)不確定度一覽表

3.4 計算標(biāo)準(zhǔn)不確定度分量

3.4.1 測量重復(fù)性引入的測量不確定度u1

對 75 μm的凹槽底部四個位置（m= 4）分別測量，每個位置重復(fù)測量5次（i= 5），用四組測量結(jié)果的合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差作為測量結(jié)果的重復(fù)性，得到四組測量數(shù)值xij（i= 1，2，…，5；j= 1，2，…，4），數(shù)據(jù)見表2。

表2 測量數(shù)值 單位：μm

根據(jù)測量結(jié)果得知，四組測量結(jié)果的自由度一致。

計算出合并樣本標(biāo)準(zhǔn)偏差

3.4.2 由標(biāo)準(zhǔn)器引入的不確定度分量

1）光柵長度計測量準(zhǔn)確度引入的u21

光柵長度計的最大允許誤差為±0.1 μm，取均勻分布，故其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

2）由測量裝置測量底座的平面度及濕膜制備器凹槽底部帶來的不確定度分量u22

光柵長度計測量底座的平面度為0.0006 mm/180 mm，涂膜厚度為75 μm的濕膜制備器長度為128 mm，預(yù)估平面度的影響為0.42 μm，取均勻分布，故其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為u22= 0.42 μm/ = 0.242 μm。

3）由標(biāo)準(zhǔn)裝置的分辨力引入的不確定分量u23

光柵長度計的分辨力為0.1 μm，取均勻分布，故其標(biāo)準(zhǔn)不確定度為

3.5 合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度

3.6 擴展不確定度

擴展不確定度由合成標(biāo)準(zhǔn)不確定度uc乘以包含因子k得到，取包含因子k= 2，U=kuc=2×0.266 μm = 0.532μm。

3.7 測量結(jié)果

測量結(jié)果為四組測量結(jié)果的平均值，即：

4 結(jié)語

本文提到的濕膜制備器校準(zhǔn)所用的校準(zhǔn)計量器具易于獲得，一般計量技術(shù)機構(gòu)都具備，校準(zhǔn)方法簡單易行，具有普遍性、可靠性和易操作性。通過示值誤差的測量不確定度評定可知，U＜1/3MPE，所以該測量方法滿足要求。本文闡述的方法科學(xué)合理、切實可行，用同樣方法可以校準(zhǔn)其他類型的濕膜制備器。