Что такое измерение толщины масляной пленки?

Что такое встроенное измерение толщины масляной пленки?
Если, например, необходимо определить толщину слоя равномерно нанесенной на бумагу печатной краски, самым подходящим, наверное, был бы метод измерения веса единицы площади. Масса печатной краски, отнесенная к единице площади, не будет сильно отличаться от массы бумаги толщиной от 0,05м до 0,2мм, отнесенной к единице площади. С помощью весов соответствующей точности можно получить надежный результат. Что происходит, если вместо печатной краски взять масло, а вместо бумаги стальной лист толщиной, напр. 1мм? Метод измерения веса единицы площади здесь не подойдет.

Как же все-таки надежно, без излишних сложностей, определить толщину масляной пленки? Здесь следует рассмотреть флуоресцентный метод. При этом методе для возбуждения флуоресценции используется ультрафиолетовый свет. Вторичная эмиссия происходит при этом в видимой области спектра. Интенсивность флуоресценции является здесь мерилом толщины соответствующей масляной пленки. При этом необходимо учитывать, что сила сигнала (флуоресценция) зависит не только от толщины масляной пленки, но и от сорта используемого масла, а поверхность металла, действующая в качестве отражателя, также оказывает влияние на величину сигнала. Существуют также масла, эффект флуоресценции у которых полностью или в значительной степени отсутствует и не допускает такого измерения толщины масляной пленки.

Если обратиться к среднему диапазону инфракрасного излучения (MIR), то можно заметить, что у уже проверенных масел, практически без исключения, наблюдается значительное поглощение в определенном диапазоне длин волн, в то время как другие диапазоны длин волн не реагируют на наличие масла. Если мысленно выделить эту, чувствительную к маслу, область длин волн из MIR-спектра и сравнить затем этот режим поглощения нормированно с поглощением, наблюдаемым во второй, нейтральной относительно масла, области длин волн, то получается примерно пропорциональная зависимость между толщиной пленки масла и нормированным сигналом.


Датчик SPECTRO-M-10-MIR/(MIR1+MIR2) имеет как раз указанное окно длин волн. Представленное схематично и ориентированное сначала на стальную поверхность (без пленки масла). Поглощение в обоих окнах длин волн примерно одинаково. Это значение может использоваться в качестве референтного значения: Mреф = CH1/(CH0+CH1), CH0 и CH1 являются установленными сигналами из обоих окон длин волн. Если сейчас покрыть стальную поверхность равномерным слоем масла, то в спектре MIR произойдет следующее смещение:


Левое окно CH0 регистрирует дополнительное, вызванное пленкой масла, поглощение, на правом же окне это почти не отражается:

	MIR=CH1/(CH0+CH1) смещается из-за дополнительного поглощения, в CH0-окне, вверх. Чем интенсивнее поглощение, т.е. чем толще, например, пленка масла, тем больше значение MIR отличается от референтного значения MIRреф (без пленки масла).

На основе исследования, проведенного с различными сортами масел, было установлено, что поглощение зависит не только от толщины пленки масла, но и от сорта масла. На результат измерений дополнительно влияет также отражающая металлическая поверхность, поэтому перед проведением измерения толщины масляной пленки следует провести калибровку относительно сорта масла и соответствующей металлической поверхности. Для этого на обезжиренные металлические поверхности одного и того же типа последовательно наносятся капли масла одинакового размера (согласно опыту, в каждой капле содержится 20мкл масла), которые равномерно распределяются на определенной площади (напр., диаметром 70мм). Таким образом можно определить толщину пленки: при объеме масла в 20мкл и диаметре масляного пятна в 70мм толщина пленки составляет прим. 5мкм, при двух каплях (40мкл) соответственно 10мкм, при 3 каплях (60мкл) – 15км и т.д.. После того, как на образцы будет нанесена пленка соответствующей толщины, можно начать процесс калибровки: для этого датчик SPECTRO-M-10-MIR/(MIR1+MIR2) последовательно позиционируется на различные образцы и начинается определение значения MIR при соответствующей толщине пленки.





По завершении процесса получается таблица значений, представленная ниже в виде диаграммы:


Диаграмма показывает, что разрешение при данном методе измерения составляет 10нм, а точность измерения находится в пределах 50нм.

Для встроенного измерения следует только удалить проставку и можно начинать!
Наряду с цифровыми и аналоговыми выходами в будущем сенсорика опционально будет снабжена также полевой шиной. Параметризация и мониторинг системы могут удобно осуществляться с помощью Windows® ПО MIR Scope V1.0. Расстояние от датчика до поверхности объекта составляет тип. 10мм, зона обнаружения составляет прим. 10мм в диаметре. Для небольших измеряемых объектов устанавливаются накладки, соответственно ограничивающие диапазон измерения. Так как измерительная система работает обычно в режиме DC, возможны измерительные циклы в 10 кГц.