ISO 2178:2016
(Main)Non-magnetic coatings on magnetic substrates — Measurement of coating thickness — Magnetic method
Non-magnetic coatings on magnetic substrates — Measurement of coating thickness — Magnetic method
ISO 2178:2016 specifies a method for non-destructive measurements of the thickness of non-magnetizable coatings on magnetizable base metals. The measurements are tactile and non-destructive on typical coatings. The probe or an instrument with integrated probe is placed directly on the coating to be measured. The coating thickness is displayed on the instrument. In ISO 2178:2016 the term "coating" is used for material such as, for example, paints and varnishes, electroplated coatings, enamel coatings, plastic coatings, powder coatings, claddings. NOTE This method can also be applied to the measurement of magnetizable coatings on non-magnetizable base metals or other materials (see ISO 2361).
Revêtement métalliques non magnétiques sur métal de base magnétique — Mesurage de l'épaisseur du revêtement — Méthode magnétique
ISO 2178:2016 spécifie une méthode de mesurage non destructif de l'épaisseur des revêtements non magnétiques sur des métaux de base magnétiques. Les mesurages réalisés sur des revêtements types sont tactiles et non destructifs. Le palpeur ou un instrument muni d'un palpeur intégré est placé directement sur le revêtement à mesurer. L'épaisseur du revêtement est affichée sur l'instrument. Dans l'ISO 2178:2016, le terme «revêtement» est utilisé pour des matériaux tels que, par exemple, des peintures et vernis, des revêtements électrolytiques, des revêtements en émaux, des revêtements en matière plastique, des revêtements en poudre, des placages. NOTE Cette méthode peut également être appliquée au mesurage de revêtements magnétiques sur des métaux de base non magnétiques ou d'autres matériaux (voir l'ISO 2361).
General Information
Relations
Standards Content (Sample)
FINAL
INTERNATIONAL ISO/FDIS
DRAFT
STANDARD 2178
ISO/TC 107
Non-magnetic coatings on magnetic
Secretariat: KATS
substrates — Measurement of coating
Voting begins on:
20151126 thickness — Magnetic method
Voting terminates on:
Revêtement métalliques non magnétiques sur métal de base
20160126
magnétique — Mesurage de l’epaisseur du revêtement — Méthode
maguétique
Please see the administrative notes on page iii
RECIPIENTS OF THIS DRAFT ARE INVITED TO
SUBMIT, WITH THEIR COMMENTS, NOTIFICATION
OF ANY RELEVANT PATENT RIGHTS OF WHICH
THEY ARE AWARE AND TO PROVIDE SUPPOR TING
DOCUMENTATION.
IN ADDITION TO THEIR EVALUATION AS
Reference number
BEING ACCEPTABLE FOR INDUSTRIAL, TECHNO
ISO/FDIS 2178:2015(E)
LOGICAL, COMMERCIAL AND USER PURPOSES,
DRAFT INTERNATIONAL STANDARDS MAY ON
OCCASION HAVE TO BE CONSIDERED IN THE
LIGHT OF THEIR POTENTIAL TO BECOME STAN
DARDS TO WHICH REFERENCE MAY BE MADE IN
©
NATIONAL REGULATIONS. ISO 2015
ISO/FDIS 2178:2015(E)
ISO/CEN PARALLEL PROCESSING
This final draft has been developed within the International Organization for Standardization (ISO), and pro
cessed under the ISO-lead mode of collaboration as defined in the Vienna Agreement. The final draft was
established on the basis of comments received during a parallel enquiry on the draft.
This final draft is hereby submitted to the ISO member bodies and to the CEN member bodies for a parallel
two-month approval vote in ISO and formal vote in CEN.
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Negative votes shall be accompanied by the relevant technical reasons.
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ISO/FDIS 2178:2015(E)
Contents Page
Foreword .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle of measurement . 2
4.1 Basic principle of all magnetic measurement methods . 2
4.2 Magnetic pull-off method . 2
4.3 Magnetic inductive principle . 3
4.4 Magnetic flux gauge . 5
5 Factors affecting measurement accuracy . 5
5.1 Basic influence of the coating thickness . 5
5.2 Magnetic properties of the base metal . 6
5.3 Electrical properties of the coating materials . 6
5.4 Geometry: base metal thickness . 6
5.5 Edge effect . 6
5.6 Geometry: surface curvature . 7
5.7 Surface roughness . 7
5.8 Cleanliness: lift-off effect . 7
5.9 Probe pressure . 7
5.10 Probe tilt . 8
5.11 Temperature effects . 8
5.12 External electromagnetic fields . 8
6 Calibration and adjustment of the instrument . 8
6.1 General . 8
6.2 Thickness reference standards . 8
6.3 Methods of adjustment . 9
7 Measurement procedure and evaluation .10
7.1 General .10
7.2 Number of measurements and evaluation .10
8 Uncertainty of the results .10
8.1 General remarks .10
8.2 Uncertainty of the calibration of the instrument .11
8.3 Stochastic errors .12
8.4 Uncertainties caused by factors summarized in Clause 5 .12
8.5 Combined uncertainty, expanded uncertainty and final result .13
9 Precision .13
9.1 General .13
9.2 Repeatability (r) .13
9.3 Reproducibility limit (R) .14
10 Test report .14
Annex A (informative) Basic principle of all measurement methods .16
Annex B (informative) Basic performance requirements for coating thickness gauges which
are based on the magnetic method described in this International Standard .18
Annex C (informative) Examples of experimental estimation of factors affecting the
measurement .20
Annex D (informative) Example of uncertainty estimation (see Clause 8) .25
Annex E (informative) Basics of the determination of the uncertainty of a measurement of
the used measurement method corresponding to ISO/IEC Guide 98-3 .27
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Annex F (informative) Table of the student factor .29
Annex G (informative) Details on precision .30
Bibliography .35
iv © ISO 2015 – All rights reserved
ISO/FDIS 2178:2015(E)
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical
Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 107, Metallic and other inorganic coatings.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 2178:1982), which has been
technically revised.
FINAL DRAFT INTERNATIONAL STANDARD ISO/FDIS 2178:2015(E)
Non-magnetic coatings on magnetic substrates —
Measurement of coating thickness — Magnetic method
1 Scope
This International Standard specifies a method for non-destructive measurements of the thickness of
non-magnetizable coatings on magnetizable base metals.
The measurements are tactile and non-destructive on typical coatings. The probe or an instrument with
integrated probe is placed directly on the coating to be measured. The coating thickness is displayed on
the instrument.
In this International Standard the term “coating” is used for material such as, for example, paints and
varnishes, electroplated coatings, enamel coatings, plastic coatings, powder coatings, claddings.
NOTE This method can also be applied to the measurement of magnetizable coatings on non-magnetizable
base metals or other materials (see ISO 2361).
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 2064, Metallic and other inorganic coatings — Definitions and conventions concerning the
measurement of thickness
ISO 4618, Paints and varnishes — Terms and definitions
ISO 5725-1:1994, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 1: General
principles and definitions
ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in
measurement (GUM:1995)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 2064 and ISO 4618 and the
following apply.
3.1
adjustment of a measuring system
set of operations carried out on a measuring system so that it provides prescribed indications
corresponding to given values of a quantity to be measured
Note 1 to entry: Adjustment of a measuring system can include zero adjustment, offset adjustment, and span
adjustment (sometimes called gain adjustment).
Note 2 to entry: Adjustment of a measuring system should not be confused with calibration, which is a
prerequisite for adjustment.
Note 3 to entry: After an adjustment of a measuring system, the measuring system shall usually be recalibrated.
Note 4 to entry: Colloquially the term “calibration” is frequently but falsely used instead of the term “adjustment”.
In the same way, the terms “verification” and “checking” are often used instead of the correct term “calibration”.
ISO/FDIS 2178:2015(E)
[SOURCE: ISO/IEC Guide 99:2007, 3.11 (also known as “VIM”), modified – Note 4 to entry has been added.]
3.2
calibration
operation that, under specified conditions, in a first step, establishes a relation between the quantity
values with measurement uncertainties provided by measurement standards and corresponding
indications with associated measurement uncertainties and, in a second step, uses this information to
establish a relation to obtain a measurement result from indication
Note 1 to entry: A calibration may be expressed by a statement, calibration function, calibration diagram,
calibration curve, or calibration table. In some cases, it may consist of an additive or multiplicative correction of
the indication with associated measurement uncertainty.
Note 2 to entry: Calibration should not be confused with adjustment of a measuring system, often mistakenly
called “self-calibration”, nor with verification of calibration.
Note 3 to entry: Often, the first step alone in the above definition is perceived as being calibration.
[SOURCE: ISO/IEC Guide 99:2007, 2.39 (also known as “VIM”)]
4 Principle of measurement
4.1 Basic principle of all magnetic measurement methods
The magnetic flux density close to a magnetic field source (permanent magnet or electromagnet)
depends on the distance to a magnetizable base metal. This phenomenon is used to determine the
thickness of a non-magnetic coating applied to the base metal.
NOTE 1 Annex A describes the physical background of this effect in more detail.
All the methods covered by this International Standard evaluate the magnetic flux density to determine
the thickness of the coating. The strength of the magnetic flux density is converted into corresponding
electrical currents, electrical voltages or mechanical forces depending on the method used. The values
are either pre-processed by digital means or are directly displayed on a usefully scaled gauge.
NOTE 2 The methods described in 4.3 and 4.4 can also be combined in one and the same probe with another
method, e.g. with the eddy current method according to ISO 2360 or ISO 21968.
Annex B describes the basic performance requirements for coating thickness gauges based on the
magnetic method described in this International Standard.
4.2 Magnetic pull-off method
The magnetic flux density of a permanent magnet and thus the attraction force between a permanent
magnet and a magnetizable base metal decreases with increasing distance. In this way, the attraction
force is a direct measure for the coating thickness of interest.
Instruments working with the magnetic pull-off method consist of at least three units:
— a permanent magnet;
— a pull-off device with continuously increasing pull-off force;
— a display or scale for the coating thickness, which is calculated from the pull-off force.
The pull-off force can be generated by different types of springs or an electromagnetic device.
Some instruments are able to compensate the influence of gravity and allow measurements in all positions.
All other instruments may only be used in the position specified by the manufacturer.
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ISO/FDIS 2178:2015(E)
The location of measurement shall be clean and free from liquid or pasty coatings. The permanent
magnet shall be free from particles.
Electrostatic charging can cause additional forces on the permanent magnet or the measuring system
and is therefore to be avoided or shall be discharged before the measurement.
Figure 1 shows a magnetic pull-off gauge.
Key
1 base metal
2 coating
3 magnet
4 scale
5 spring
Figure 1 — Magnetic pull-off gauge
4.3 Magnetic inductive principle
The electrical inductivity of a coil changes when an iron core is inserted into the coil or when an iron
object, e.g. a plate, approaches the coil. Therefore, the electrical inductivity can be used as a measure of
the distance between the coil and a ferromagnetic substrate or as a measure of the coating thickness, if
the coil is placed onto a coated magnetizable base metal.
There are many different electronic methods to evaluate changes of the electrical inductivity or
the reaction of a coil system to a ferromagnetic substrate. Magnetic induction probes for thickness
measurements of coatings on magnetizable materials can consist of one or more coils. Most often two
coils are used (see Figure 2): the first (primary coil) to generate a low frequency alternating magnetic
field and the second (secondary coil) to measure the resulting induced voltage U. If the probe is placed
on a coated magnetizable material (µ > 1) the magnetic flux density (see Annex A) and the induced
r
voltage of the secondary coil vary as a function of the coating thickness. The function between the
induced voltage and the coating thickness is nonlinear and depends on the permeability µ of the base
r
metal. It is usually determined by a calibration. Calibration curves that assign a coating thickness to the
induced voltages can be stored in the gauge.
Different designs and geometries of these kind of probes are used. Very often both coils are
employed together with a highly magnetizable core in order to increase the sensitivity of the probes
and to concentrate the field. In this way, both the coating area, which contributes to the thickness
measurement, and the influence of the geometry of the coated component are reduced (see 5.5 and 5.6).
On the contrary, a two pole probe (see Figure 3) has a wide and open field distribution. The two-pole
probe has area integrating properties, while a one-pole probe measures locally.
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Usually the frequency of the generated field is below the kilohertz range, which avoids eddy current
generation if the coatings are conductive. Therefore, both conductive and nonconductive coatings can
be measured by means of this principle.
Key
1 iron core of the probe I exciting current
~
2 low frequency alternating magnetic field th coating thickness
3 steel/iron substrate U = f(th) measurement signal
4 coating
Figure 2 — Schematic of the magnetic induction principle
Key
1 iron core of the probe 4 coating
2 coil system 5 base metal
3 probe tip
Figure 3 — Schematic of a two pole probe
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4.4 Magnetic flux gauge
The magnetic flux density close to a magnet depends on the magnetic properties of the substances in
the magnetic field. The magnetic flux density decreases if the fraction of non-magnetizable substances
increases relative to magnetizable substances. This fact is used in magnetic flux gauges (see Figure 4).
The coating (4) is non-magnetizable; the base metal (3) is magnetizable. A magnet (1) creates a
magnetic field. Its field lines pass through both the coating and the base metal. A magnetic flux detector
(5) placed close to the magnet outputs electrical signals, which depends on the coating thickness.
NOTE 1 Magnetic flux detectors are Hall-sensors or magneto resistive sensors.
NOTE 2 The magnet can be a permanent magnet or an electromagnet.
Key
1 permanent magnet U output voltage
2 static magnetic field a measurement signal
3 base metal
4 coating
5 Hall element as magnetic flux detector
Figure 4 — Flux gauge using a Hall probe
The electric signals of the flux detector are further processed by electronic means. The function
between flux detector output and the coating thickness is nonlinear and depends on the permeability
µ of the base metal. It is usually determined by calibration. Calibration curves that assign a coating
r
thickness to the electric detector output can be stored in the gauge.
5 Factors affecting measurement accuracy
5.1 Basic influence of the coating thickness
The sensitivity of a probe, i.e. the measurement effect, decreases with increasing thickness within the
measurement range of the probe. In the lower measurement range this measurement uncertainty (in
absolute terms) is constant, independent of the coating thickness. The absolute value of this uncertainty
depends on the properties of the probe system and the used sample materials, e.g. the homogeneity of
the base metal permeability, the base metal roughness and the sample surface roughness. In the upper
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measurement range of the probe the uncertainty becomes relative to the thickness and is approximately
a constant fraction of that thickness.
5.2 Magnetic properties of the base metal
The permeability of the base metal causes the measurement effect of this method.
The relationship between coating thickness and the measured value depends strongly on the permeability
of the base metal. Consequently, calibration procedures and measurements shall be made on the same
material. Different materials with different permeabilities can cause more or fewer thickness errors as
well as local fluctuations of the permeability or variations between different samples.
Residual magnetism of the base material can also affect the measurements considerably, especially
when static magnetic fields are used (see 4.2 for magnetic pull-off force or 4.4 for magnetic flux gauge).
The base metal can be magnetized by repeated measurements on the same location if a measurement
method with a static magnetic field is used (see 4.2 for magnetic pull-off force or 4.4 for magnetic flux
gauge). This may lead to errors in the thickness readings.
NOTE Examples of the initial permeability of typical steel used is in the range of 100 to 300.
5.3 Electrical properties of the coating materials
Coating thickness measurements can be affected if the probe is operated with an alternating magnetic
field due to eddy currents (see 4.3 for magnetic inductive principle or 4.4 for magnetic flux gauge).
These induced eddy currents can counteract the measurement effect of the magnetic method. The
induced eddy current density increases with increasing conductivity and frequency.
NOTE Usually instruments using measurement methods 4.3 or 4.4 work within a frequency range below
1 kHz. Therefore, induced eddy currents affecting measurement results are only effective for thick coatings
(thickness above 1 mm) with a high conductivity, e.g. copper.
5.4 Geometry: base metal thickness
If the base metal thickness is too small, the interaction of the magnetic field with the base metal is
reduced. This influence can only be disregarded above a certain critical minimum base metal thickness.
Therefore, the thickness of the base metal should always be higher than this critical minimum base
metal thickness. An adjustment of the instrument can compensate for errors caused by a too low
base metal thickness. However, any variation in thickness of the base metal can cause increased
uncertainty and errors.
The critical minimum base metal thickness depends on both the probe system (field strength, geometry)
and the magnetic properties of the base metal. Its value should be determined experimentally, unless
otherwise specified by the manufacturer.
NOTE A simple experiment to estimate the critical minimum base metal thickness is described in C.2.
5.5 Edge effect
The expansion of the magnetic field is obstructed by geometric limitations of the base metal (e.g. edges,
drills and other). Therefore, measurements made too near to an edge or corner cannot be valid unless
the instrument has been specifically adjusted for such measurements. The necessary distance in order
to avoid an impact of the edge effect depends on the probe system (field distribution).
NOTE A simple experiment to estimate the edge effect is described in C.3.
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5.6 Geometry: surface curvature
The propagation of the magnetic field is affected by the base metal surface curvature. This influence
becomes more pronounced with decreasing radius of the curvature and decreasing coating thickness.
In order to minimize this influence an adjustment should be performed on a base metal with the
same geometry.
The influence of surface curvature depends considerably on the probe geometry and can be reduced
by reducing the sensitive area of the probe. Probes with very small sensitive areas are often called
microprobes.
Measurements performed on parts with too small radius of curvature can result in unreliable results,
even after calibrations. The resulting uncertainty should be considered to determine whether such a
measurement is acceptable or not.
NOTE A simple experiment to estimate the effect of surface curvature is described in C.4.
5.7 Surface roughness
Measurements are influenced by the surface topography of the base material and of the coating. Rough
surfaces can cause both systematic and random errors. Random errors can be reduced by making
multiple measurements, each measurement being made at a different location, and then calculating the
average value of that series of measurements.
In order to reduce the influence of roughness, a calibration should be carried out with an uncoated base
metal with a roughness equivalent to the coated sample base metal.
If necessary, the definition of the used average coating thickness should be stated between supplier and
client.
NOTE ISO 19840 describes special measurement procedures in cases of application paint and varnishes on
steel with rough surfaces.
5.8 Cleanliness: lift-off effect
If the probe is not placed directly down on to the coating, the gap between probe and coating (lift-off)
will act as an additional coating thickness and will therefore affect the measurement. Lift-off can be
produced unintentionally due to the presence of small particles between probe and coating. The probe
tip shall frequently be checked for cleanliness.
5.9 Probe pressure
The pressure that the probe exerts on the test specimen can affect the instrument reading and shall
always be the same during adjustment and measurements.
The influence of the probe pressure is more pronounced in cases of soft coatings because the probe tip
can be indented into the coating. Therefore, the probe pressure should be as small as possible. Most
commercially available instruments are equipped with spring loaded probes, which ensure a constant
pressure during the placement. A suitable auxiliary device should be used in case the probe is not
spring loaded.
NOTE 1 The contact pressure and the probe tip indentation depth can be reduced by reducing the applied load
force or by using a probe with a larger diameter of the probe tip.
NOTE 2 An indentation of the probe tip into soft coatings can be reduced by placing a protective foil with
known thickness onto the coated surface. In this case, the coating thickness is the measured thickness minus the
foil thickness.
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5.10 Probe tilt
Unless otherwise instructed by the manufacturer, the probe should be applied perpendicularly to the
coating surface as tilting the probe away from the perpendicular causes measurement errors.
The risk of inadvertent tilt can be minimised by probe design or by the use of a probe holding jig.
NOTE Most commercially available instruments are equipped with spring loaded probes, which ensure a
perpendicular placement on the sample surface.
5.11 Temperature effects
As temperature changes affect the characteristics of the probe it should be used under approximately
the same temperature conditions as under calibration.
NOTE 1 The influence of temperature variations can be reduced by a temperature compensation of the probe.
The manufacturer’s specification has to be taken into account.
NOTE 2 Temperature differences between probe, electronics of the instrument, environment and sample can
cause strong thickness errors. One example is the thickness measurement of hot coatings.
5.12 External electromagnetic fields
The measurement results can be influenced by strong electromagnetic interfering fields. In cases
showing unexpected results or a strong variation of results, which cannot be explained by other
factors, this reason should be taken into account. In this situation, a comparison measurement should
be carried out at a location without interfering fields.
6 Calibration and adjustment of the instrument
6.1 General
Before usage every instrument shall be calibrated or adjusted according to the instructions of the
manufacturer by means of suitable thickness reference standards and base metal. Material, geometry
and surface properties of the base metal used for calibration or adjustment should comply with the test
specimens in order to avoid deviations caused by the factors described in Clause 5. Otherwise these
influences shall be considered in the estimation of the measurement uncertainty.
During calibration or adjustment the instruments, the standards and the base metal should have the
same temperature as the test specimens to minimize temperature induced differences.
In order to avoid the influence of instrument drifts, periodic control measurements with reference
standards or control samples are recommended. If required, the instrument has to be re-adjusted.
NOTE Most instruments automatically adjust themselves during a function called “calibration”, carried out
by the operator, whereas the result of the calibration is often not obvious.
6.2 Thickness reference standards
Thickness reference standards for calibration and adjustment are either coated base metals or foils,
which are placed onto uncoated base metals.
Foils and coatings shall be non-magnetizable. Thickness values of the reference standards and their
associated uncertainties shall be known and unambiguously documented. The surface area for
which these values are valid shall be marked. The thickness values should be traceable to certified
reference standards.
The uncertainties shall be documented with their confidence level, e.g. U (95 %), i.e. there is a 95 %
probability that the documented thickness value is within the reported uncertainty interval.
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Prior to use, foils and coatings are to be checked visually for damage or mechanical wear as this would
cause a wrong adjustment and therefore systematic deviation of all measurement values.
The use of foils as reference standards, compared to selected coated base metals, benefits from the ability
to place the foils directly on each base metal, thus matching each respective shape geometry exactly.
However, by placing the probe on foils elastic or plastic deformation may occur, which can affect the
measuring result. Moreover, any gap between the pole of the probe, foil and base metal has to be
avoided. Especially for concave specimens, or if the foil is wrinkled or bended, the usually low pressure
of the spring loaded guiding sleeve of the probe may not be sufficient to ensure there is no gap .
A possible elastic or even plastic deformation of a reference foil used depends on the applied load force
of the probe and the probe tip diameter (see 5.9). Consequently, the calibration of such reference foils
should be carried out with comparable values of the applied force and tip diameter to avoid indentation
differences during the probe calibration. In this way, respective indentation errors are already taken
into account in the foil thickness value, i.e. this value can be smaller than the unaffected geometric
thickness. Both values, the applied force and the tip diameter of the foil calibration should be known
from the reference foil manufacturer in order to estimate possible thickness errors.
NOTE In most cases the foil material is plastics but other materials, e.g. copper alloys, can be used as well.
6.3 Methods of adjustment
Adjustment of the coating thickness gauges is executed by placing the probes on uncoated and/or one
or more coated pieces of base metal with known coating thickness. Depending on the instrument types,
the instructions of the manufacturer and the functional range of the instrument under use, adjustments
can be carried out on the following items:
a) a piece of uncoated base metal;
b) a piece of uncoated base metal and a piece of coated base metal with defined coating thickness;
c) a piece of uncoated base metal and several pieces of coated base metal with defined but different
coating thickness;
d) several pieces of coated base metal with defined but different coating thickness.
The stated adjustment methods may lead to different accuracies of the measuring results. Thus,
a method should be used that best fits the given application and leads to the desired accuracy. The
measuring uncertainty that can be achieved by the different adjustment methods depends on the
evaluation algorithm of the gauges as well as on the material, geometry and surface condition of the
standards and of the base metals to be measured. If the desired accuracy is not achieved by one method,
a different adjustment method may lead to better results. In general, the measuring uncertainty can be
reduced by increasing the number of adjustment points and positioning them with closer coverage over
the expected thickness interval of the coating to be measured.
The measurement uncertainty resulting from an adjustment of the instrument cannot be generalized
to all subsequent measurements. In each case, all specific and additional influencing factors need to be
considered in detail, see Clause 5 and Annex C.
NOTE 1 The process that is used to adapt the probe to the given base metal by placing the probe onto the
uncoated base metal is often called “zeroing” or “zero point calibration”. However, even this procedure is an
“adjustment” or part of an adjustment process as defined by this International Standard.
NOTE 2 Depending on how many pieces of coated and uncoated base metals are used to adjust the instrument
the corresponding adjustment method is often called “single-point”, “two-point” or “multiple-point adjustment”.
NOTE 3 Some types of gauges permit resetting the instrument to an original adjustment of the manufacturer.
This adjustment is valid for the manufacturer’s uncoated or coated reference standards only. If these standards
or the same types of standards are used to check the instrument after a period of use, any deterioration of gauge
and probes, e.g. wear of the probe by abrasion of the contact pole, can be recognized by observing deviations of
the measuring results.
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7 Measurement procedure and evaluation
7.1 General
Every instrument shall be operated according to the manufacturer’s instructions and shall consider the
factors affecting measurement accuracy discussed in Clause 5.
Before using the instrument and after making changes affecting the measurement accuracy (see
Clause 5) the adjustment of the instrument shall be checked.
To ensure that the instrument measures exactly it shall be calibrated with valid standards at the place
of inspection each time
a) the instrument is put into operation,
b) the material and geometry of the test specimens are changed, or
c) other conditions of the inspection have changed (e.g. temperature) whose effects are not known
(see Annex D).
As not all changes of measurement conditions and their influences on the measurement accuracy can
be immediately recognized (e.g. drift, wear of the probe) the instrument should be calibrated at regular
time intervals while in use.
7.2 Number of measurements and evaluation
The coating thickness should be determined as the arithmetic mean of several single values, which
are measured in a defined area of the coating surface. In addition to the mean, the standard deviation
should be reported (see Annex E). The random part of the measurement uncertainty can be reduced by
increasing the number of measurements. If not otherwise specified or agreed upon, it is recommended
to measure at least five single values (depending on the application).
NOTE 1 From the standard deviation a variation coefficient V can be calculated. V corresponds to the
relative standard deviation (e.g. in percent) and enables a direct comparison of the standard deviation for
different thicknesses.
NOTE 2 The total scatter of the measurement is composed of the scatter of the instrument itself and the
scatter caused by the test specimen. The standard deviation of operator and probe in the measured thickness
range is determined by repeated measurements at the same location, if required with the help of an auxiliary
device for placing the probe.
NOTE 3 When measuring on rough coating surfaces or on test specimens with known large thickness
gradients (e.g. due to their size and/or their shape) the reason for deviations between the single measurements
can be determined by a series of systematic measurements.
8 Uncertainty of the results
8.1 General remarks
A complete evaluation of the uncertainty of the measured thickness shall be carried out in accordance
with ISO/IEC Guide 98-3. Details of the background of the expression of the uncertainty are
summarized in Annex E.
Uncertainty of the thickness measuring result is a combination of uncertainties from a number of
different sources. Important sources that should be considered include the following:
a) uncertainty of the calibration of the instrument;
b) stochastic influences affecting the measurement;
10 © ISO 2015 – All rights reserved
ISO/FDIS 2178:2015(E)
c) uncertainties caused by factors summarized in Clause 5;
d) further influences, drifts, digitalization effects and other effects.
All uncertainty components shall be estimated and summarized to the combined standard uncertainty
as described in ISO/IEC Guide 98-3, see Annex E.
A possible procedure for the estimation of the uncertainty is given in the following simplified approach
(see 8.2 to 8.5).
NOTE 1 The single uncertainty components of the listed sources are dependent on the respective
measurements, the properties of the samples measured, the instrument, the environmental condition, etc. and
can show large differences for different applications. Therefore, the single uncertainty components are estimated
for each measurement in detail. The quality of the uncertainty is determined by the quality of the estimation of
all uncertainty components. Missing components result in wrong uncertainty estimations and consequently in
wrong thickness results.
NOTE 2 In particular, the factors listed in Clause 5 can result in large uncertainty values and are minimized by
an adjustment if possible.
NOTE 3 In addition to the need to express the uncertainty in the result, the analysis of possible uncertainty
components provides detailed information in order to improve the measurement.
8.2 Uncertainty of the calibration of the instrument
If no other information is given, the current uncertainty of an instrument can be estimated within a
limited thickness range by realization of n repeated measurements on a given reference standard with
known thickness t and uncertainty U (k = 2). The measurement result is the arithmetic mean value t
r r
m
of the measured thickness values with the standard deviation s(t ). The quality of the calibration is
m
determined by the ratio E of the resulting difference tt− and the combined uncertainty of the
m
r
verification measurement. This uncertainty (denominator of E, k = 2) is considered to be caused by the
stochastic error of the measurement with n repeats (compare 8.3) and the given reference standard
uncertainty U . In the case of E ≤ 1 the calibration is valid and cannot be further improved by means of
r
this reference standard, i.e. the difference cannot be distinguished from
...
INTERNATIONAL ISO
STANDARD 2178
Third edition
2016-03-15
Non-magnetic coatings on magnetic
substrates — Measurement of coating
thickness — Magnetic method
Revêtement métalliques non magnétiques sur métal de base
magnétique — Mesurage de l’epaisseur du revêtement — Méthode
maguétique
Reference number
©
ISO 2016
© ISO 2016, Published in Switzerland
All rights reserved. Unless otherwise specified, no part of this publication may be reproduced or utilized otherwise in any form
or by any means, electronic or mechanical, including photocopying, or posting on the internet or an intranet, without prior
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www.iso.org
ii © ISO 2016 – All rights reserved
Contents Page
Foreword .v
1 Scope . 1
2 Normative references . 1
3 Terms and definitions . 1
4 Principle of measurement . 2
4.1 Basic principle of all magnetic measurement methods . 2
4.2 Magnetic pull-off method . 2
4.3 Magnetic inductive principle . 3
4.4 Magnetic flux gauge . 5
5 Factors affecting measurement accuracy . 6
5.1 Basic influence of the coating thickness . 6
5.2 Magnetic properties of the base metal . 6
5.3 Electrical properties of the coating materials . 7
5.4 Geometry: base metal thickness . 7
5.5 Edge effect . 7
5.6 Geometry: surface curvature . 7
5.7 Surface roughness . 8
5.8 Cleanliness: lift-off effect . 8
5.9 Probe pressure . 8
5.10 Probe tilt . 8
5.11 Temperature effects . 9
5.12 External electromagnetic fields . 9
6 Calibration and adjustment of the instrument . 9
6.1 General . 9
6.2 Thickness reference standards . 9
6.3 Methods of adjustment .10
7 Measurement procedure and evaluation .10
7.1 General .10
7.2 Number of measurements and evaluation .11
8 Uncertainty of the results .11
8.1 General remarks .11
8.2 Uncertainty of the calibration of the instrument .12
8.3 Stochastic errors .13
8.4 Uncertainties caused by factors summarized in Clause 5 . 13
8.5 Combined uncertainty, expanded uncertainty and final result .14
9 Precision .14
9.1 General .14
9.2 Repeatability (r) .14
9.3 Reproducibility limit (R) .15
10 Test report .15
Annex A (informative) Basic principle of all measurement methods .17
Annex B (informative) Basic performance requirements for coating thickness gauges which
are based on the magnetic method described in this International Standard .19
Annex C (informative) Examples of experimental estimation of factors affecting the
measurement .21
Annex D (informative) Example of uncertainty estimation (see Clause 8) .26
Annex E (informative) Basics of the determination of the uncertainty of a measurement of
the used measurement method corresponding to ISO/IEC Guide 98-3 .29
Annex F (informative) Table of the student factor .31
Annex G (informative) Details on precision .32
Bibliography .37
iv © ISO 2016 – All rights reserved
Foreword
ISO (the International Organization for Standardization) is a worldwide federation of national standards
bodies (ISO member bodies). The work of preparing International Standards is normally carried out
through ISO technical committees. Each member body interested in a subject for which a technical
committee has been established has the right to be represented on that committee. International
organizations, governmental and non-governmental, in liaison with ISO, also take part in the work.
ISO collaborates closely with the International Electrotechnical Commission (IEC) on all matters of
electrotechnical standardization.
The procedures used to develop this document and those intended for its further maintenance are
described in the ISO/IEC Directives, Part 1. In particular the different approval criteria needed for the
different types of ISO documents should be noted. This document was drafted in accordance with the
editorial rules of the ISO/IEC Directives, Part 2 (see www.iso.org/directives).
Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this document may be the subject of
patent rights. ISO shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights. Details of
any patent rights identified during the development of the document will be in the Introduction and/or
on the ISO list of patent declarations received (see www.iso.org/patents).
Any trade name used in this document is information given for the convenience of users and does not
constitute an endorsement.
For an explanation on the meaning of ISO specific terms and expressions related to conformity
assessment, as well as information about ISO’s adherence to the WTO principles in the Technical
Barriers to Trade (TBT) see the following URL: Foreword - Supplementary information
The committee responsible for this document is ISO/TC 107, Metallic and other inorganic coatings.
This third edition cancels and replaces the second edition (ISO 2178:1982), which has been technically
revised.
INTERNATIONAL STANDARD ISO 2178:2016(E)
Non-magnetic coatings on magnetic substrates —
Measurement of coating thickness — Magnetic method
1 Scope
This International Standard specifies a method for non-destructive measurements of the thickness of
non-magnetizable coatings on magnetizable base metals.
The measurements are tactile and non-destructive on typical coatings. The probe or an instrument with
integrated probe is placed directly on the coating to be measured. The coating thickness is displayed on
the instrument.
In this International Standard the term “coating” is used for material such as, for example, paints and
varnishes, electroplated coatings, enamel coatings, plastic coatings, powder coatings, claddings.
NOTE This method can also be applied to the measurement of magnetizable coatings on non-magnetizable
base metals or other materials (see ISO 2361).
2 Normative references
The following documents, in whole or in part, are normatively referenced in this document. For dated
references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition of the referenced
document (including any amendments) applies.
ISO 2064, Metallic and other inorganic coatings — Definitions and conventions concerning the measurement
of thickness
ISO 4618, Paints and varnishes — Terms and definitions
ISO 5725-1:1994, Accuracy (trueness and precision) of measurement methods and results — Part 1: General
principles and definitions
ISO/IEC Guide 98-3, Uncertainty of measurement — Part 3: Guide to the expression of uncertainty in
measurement (GUM:1995)
3 Terms and definitions
For the purposes of this document, the terms and definitions given in ISO 2064 and ISO 4618 and the
following apply.
3.1
adjustment of a measuring system
set of operations carried out on a measuring system so that it provides prescribed indications
corresponding to given values of a quantity to be measured
Note 1 to entry: Adjustment of a measuring system can include zero adjustment, offset adjustment, and span
adjustment (sometimes called gain adjustment).
Note 2 to entry: Adjustment of a measuring system should not be confused with calibration, which is a
prerequisite for adjustment.
Note 3 to entry: After an adjustment of a measuring system, the measuring system shall usually be recalibrated.
Note 4 to entry: Colloquially the term “calibration” is frequently but falsely used instead of the term “adjustment”.
In the same way, the terms “verification” and “checking” are often used instead of the correct term “calibration”.
[SOURCE: ISO/IEC Guide 99:2007, 3.11 (also known as “VIM”), modified – Note 4 to entry has been added.]
3.2
calibration
operation that, under specified conditions, in a first step, establishes a relation between the quantity
values with measurement uncertainties provided by measurement standards and corresponding
indications with associated measurement uncertainties and, in a second step, uses this information to
establish a relation to obtain a measurement result from indication
Note 1 to entry: A calibration may be expressed by a statement, calibration function, calibration diagram,
calibration curve, or calibration table. In some cases, it may consist of an additive or multiplicative correction of
the indication with associated measurement uncertainty.
Note 2 to entry: Calibration should not be confused with adjustment of a measuring system, often mistakenly
called “self-calibration”, nor with verification of calibration.
Note 3 to entry: Often, the first step alone in the above definition is perceived as being calibration.
[SOURCE: ISO/IEC Guide 99:2007, 2.39 (also known as “VIM”)]
4 Principle of measurement
4.1 Basic principle of all magnetic measurement methods
The magnetic flux density close to a magnetic field source (permanent magnet or electromagnet)
depends on the distance to a magnetizable base metal. This phenomenon is used to determine the
thickness of a non-magnetic coating applied to the base metal.
NOTE 1 Annex A describes the physical background of this effect in more detail.
All the methods covered by this International Standard evaluate the magnetic flux density to determine
the thickness of the coating. The strength of the magnetic flux density is converted into corresponding
electrical currents, electrical voltages or mechanical forces depending on the method used. The values
are either pre-processed by digital means or are directly displayed on a usefully scaled gauge.
NOTE 2 The methods described in 4.3 and 4.4 can also be combined in one and the same probe with another
method, e.g. with the eddy current method according to ISO 2360 or ISO 21968.
Annex B describes the basic performance requirements for coating thickness gauges based on the
magnetic method described in this International Standard.
4.2 Magnetic pull-off method
The magnetic flux density of a permanent magnet and thus the attraction force between a permanent
magnet and a magnetizable base metal decreases with increasing distance. In this way, the attraction
force is a direct measure for the coating thickness of interest.
Instruments working with the magnetic pull-off method consist of at least three units:
— a permanent magnet;
— a pull-off device with continuously increasing pull-off force;
— a display or scale for the coating thickness, which is calculated from the pull-off force.
The pull-off force can be generated by different types of springs or an electromagnetic device.
Some instruments are able to compensate the influence of gravity and allow measurements in all
positions.
All other instruments may only be used in the position specified by the manufacturer.
2 © ISO 2016 – All rights reserved
The location of measurement shall be clean and free from liquid or pasty coatings. The permanent
magnet shall be free from particles.
Electrostatic charging can cause additional forces on the permanent magnet or the measuring system
and is therefore to be avoided or shall be discharged before the measurement.
Figure 1 shows a magnetic pull-off gauge.
Key
1 base metal
2 coating
3 magnet
4 scale
5 spring
Figure 1 — Magnetic pull-off gauge
4.3 Magnetic inductive principle
The electrical inductivity of a coil changes when an iron core is inserted into the coil or when an iron
object, e.g. a plate, approaches the coil. Therefore, the electrical inductivity can be used as a measure of
the distance between the coil and a ferromagnetic substrate or as a measure of the coating thickness, if
the coil is placed onto a coated magnetizable base metal.
There are many different electronic methods to evaluate changes of the electrical inductivity or
the reaction of a coil system to a ferromagnetic substrate. Magnetic induction probes for thickness
measurements of coatings on magnetizable materials can consist of one or more coils. Most often two
coils are used (see Figure 2): the first (primary coil) to generate a low frequency alternating magnetic
field and the second (secondary coil) to measure the resulting induced voltage U. If the probe is placed
on a coated magnetizable material (µ > 1) the magnetic flux density (see Annex A) and the induced
r
voltage of the secondary coil vary as a function of the coating thickness. The function between the
induced voltage and the coating thickness is nonlinear and depends on the permeability µ of the base
r
metal. It is usually determined by a calibration. Calibration curves that assign a coating thickness to the
induced voltages can be stored in the gauge.
Different designs and geometries of these kind of probes are used. Very often both coils are
employed together with a highly magnetizable core in order to increase the sensitivity of the probes
and to concentrate the field. In this way, both the coating area, which contributes to the thickness
measurement, and the influence of the geometry of the coated component are reduced (see 5.5 and 5.6).
On the contrary, a two pole probe (see Figure 3) has a wide and open field distribution. The two-pole
probe has area integrating properties, while a one-pole probe measures locally.
Usually the frequency of the generated field is below the kilohertz range, which avoids eddy current
generation if the coatings are conductive. Therefore, both conductive and nonconductive coatings can
be measured by means of this principle.
Key
1 iron core of the probe I exciting current
~
2 low frequency alternating magnetic field t coating thickness
3 steel/iron substrate U = f(t) measurement signal
4 coating
Figure 2 — Schematic of the magnetic induction principle
4 © ISO 2016 – All rights reserved
Key
1 iron core of the probe 4 coating
2 coil system 5 base metal
3 probe tip
Figure 3 — Schematic of a two pole probe
4.4 Magnetic flux gauge
The magnetic flux density close to a magnet depends on the magnetic properties of the substances in
the magnetic field. The magnetic flux density decreases if the fraction of non-magnetizable substances
increases relative to magnetizable substances. This fact is used in magnetic flux gauges (see Figure 4).
The coating (4) is non-magnetizable; the base metal (3) is magnetizable. A magnet (1) creates a
magnetic field. Its field lines pass through both the coating and the base metal. A magnetic flux detector
(5) placed close to the magnet outputs electrical signals, which depends on the coating thickness.
NOTE 1 Magnetic flux detectors are Hall-sensors or magneto resistive sensors.
NOTE 2 The magnet can be a permanent magnet or an electromagnet.
Key
1 permanent magnet U output voltage
2 static magnetic field a measurement signal
3 base metal
4 coating
5 Hall element as magnetic flux detector
Figure 4 — Flux gauge using a Hall probe
The electric signals of the flux detector are further processed by electronic means. The function
between flux detector output and the coating thickness is nonlinear and depends on the permeability
µ of the base metal. It is usually determined by calibration. Calibration curves that assign a coating
r
thickness to the electric detector output can be stored in the gauge.
5 Factors affecting measurement accuracy
5.1 Basic influence of the coating thickness
The sensitivity of a probe, i.e. the measurement effect, decreases with increasing thickness within the
measurement range of the probe. In the lower measurement range this measurement uncertainty (in
absolute terms) is constant, independent of the coating thickness. The absolute value of this uncertainty
depends on the properties of the probe system and the used sample materials, e.g. the homogeneity of
the base metal permeability, the base metal roughness and the sample surface roughness. In the upper
measurement range of the probe the uncertainty becomes relative to the thickness and is approximately
a constant fraction of that thickness.
5.2 Magnetic properties of the base metal
The permeability of the base metal causes the measurement effect of this method.
The relationship between coating thickness and the measured value depends strongly on the
permeability of the base metal. Consequently, calibration procedures and measurements shall be
made on the same material. Different materials with different permeabilities can cause more or fewer
6 © ISO 2016 – All rights reserved
thickness errors as well as local fluctuations of the permeability or variations between different
samples.
Residual magnetism of the base material can also affect the measurements considerably, especially
when static magnetic fields are used (see 4.2 for magnetic pull-off force or 4.4 for magnetic flux gauge).
The base metal can be magnetized by repeated measurements on the same location if a measurement
method with a static magnetic field is used (see 4.2 for magnetic pull-off force or 4.4 for magnetic flux
gauge). This may lead to errors in the thickness readings.
NOTE Examples of the initial permeability of typical steel used is in the range of 100 to 300.
5.3 Electrical properties of the coating materials
Coating thickness measurements can be affected if the probe is operated with an alternating magnetic
field due to eddy currents (see 4.3 for magnetic inductive principle or 4.4 for magnetic flux gauge).
These induced eddy currents can counteract the measurement effect of the magnetic method. The
induced eddy current density increases with increasing conductivity and frequency.
NOTE Usually instruments using measurement methods 4.3 or 4.4 work within a frequency range below
1 kHz. Therefore, induced eddy currents affecting measurement results are only effective for thick coatings
(thickness above 1 mm) with a high conductivity, e.g. copper.
5.4 Geometry: base metal thickness
If the base metal thickness is too small, the interaction of the magnetic field with the base metal is
reduced. This influence can only be disregarded above a certain critical minimum base metal thickness.
Therefore, the thickness of the base metal should always be higher than this critical minimum base
metal thickness. An adjustment of the instrument can compensate for errors caused by a too low base
metal thickness. However, any variation in thickness of the base metal can cause increased uncertainty
and errors.
The critical minimum base metal thickness depends on both the probe system (field strength, geometry)
and the magnetic properties of the base metal. Its value should be determined experimentally, unless
otherwise specified by the manufacturer.
NOTE A simple experiment to estimate the critical minimum base metal thickness is described in C.2.
5.5 Edge effect
The expansion of the magnetic field is obstructed by geometric limitations of the base metal (e.g. edges,
drills and other). Therefore, measurements made too near to an edge or corner cannot be valid unless
the instrument has been specifically adjusted for such measurements. The necessary distance in order
to avoid an impact of the edge effect depends on the probe system (field distribution).
NOTE A simple experiment to estimate the edge effect is described in C.3.
5.6 Geometry: surface curvature
The propagation of the magnetic field is affected by the base metal surface curvature. This influence
becomes more pronounced with decreasing radius of the curvature and decreasing coating thickness.
In order to minimize this influence an adjustment should be performed on a base metal with the same
geometry.
The influence of surface curvature depends considerably on the probe geometry and can be reduced
by reducing the sensitive area of the probe. Probes with very small sensitive areas are often called
microprobes.
Measurements performed on parts with too small radius of curvature can result in unreliable results,
even after calibrations. The resulting uncertainty should be considered to determine whether such a
measurement is acceptable or not.
NOTE A simple experiment to estimate the effect of surface curvature is described in C.4.
5.7 Surface roughness
Measurements are influenced by the surface topography of the base material and of the coating. Rough
surfaces can cause both systematic and random errors. Random errors can be reduced by making
multiple measurements, each measurement being made at a different location, and then calculating the
average value of that series of measurements.
In order to reduce the influence of roughness, a calibration should be carried out with an uncoated base
metal with a roughness equivalent to the coated sample base metal.
If necessary, the definition of the used average coating thickness should be stated between supplier
and client.
NOTE ISO 19840 describes special measurement procedures in cases of application paint and varnishes on
steel with rough surfaces.
5.8 Cleanliness: lift-off effect
If the probe is not placed directly down on to the coating, the gap between probe and coating (lift-off)
will act as an additional coating thickness and will therefore affect the measurement. Lift-off can be
produced unintentionally due to the presence of small particles between probe and coating. The probe
tip shall frequently be checked for cleanliness.
5.9 Probe pressure
The pressure that the probe exerts on the test specimen can affect the instrument reading and shall
always be the same during adjustment and measurements.
The influence of the probe pressure is more pronounced in cases of soft coatings because the probe tip
can be indented into the coating. Therefore, the probe pressure should be as small as possible. Most
commercially available instruments are equipped with spring loaded probes, which ensure a constant
pressure during the placement. A suitable auxiliary device should be used in case the probe is not
spring loaded.
NOTE 1 The contact pressure and the probe tip indentation depth can be reduced by reducing the applied
force or by using a probe with a larger diameter of the probe tip.
NOTE 2 An indentation of the probe tip into soft coatings can be reduced by placing a protective foil with
known thickness onto the coated surface. In this case, the coating thickness is the measured thickness minus the
foil thickness.
5.10 Probe tilt
Unless otherwise instructed by the manufacturer, the probe should be applied perpendicularly to the
coating surface as tilting the probe away from the surface normal causes measurement errors.
The risk of inadvertent tilt can be minimized by probe design or by the use of a probe holding jig.
NOTE Most commercially available instruments are equipped with spring loaded probes, which ensure a
perpendicular placement on the sample surface.
8 © ISO 2016 – All rights reserved
5.11 Temperature effects
As temperature changes affect the characteristics of the probe it should be used under approximately
the same temperature conditions as under calibration.
NOTE 1 The influence of temperature variations can be reduced by a temperature compensation of the probe.
The manufacturer’s specification has to be taken into account.
NOTE 2 Temperature differences between probe, electronics of the instrument, environment and sample can
cause strong thickness errors. One example is the thickness measurement of hot coatings.
5.12 External electromagnetic fields
The measurement results can be influenced by strong electromagnetic interfering fields. In cases
showing unexpected results or a strong variation of results, which cannot be explained by other
factors, this reason should be taken into account. In this situation, a comparison measurement should
be carried out at a location without interfering fields.
6 Calibration and adjustment of the instrument
6.1 General
Before usage every instrument shall be calibrated or adjusted according to the instructions of the
manufacturer by means of suitable thickness reference standards and base metal. Material, geometry
and surface properties of the base metal used for calibration or adjustment should comply with the test
specimens in order to avoid deviations caused by the factors described in Clause 5. Otherwise these
influences shall be considered in the estimation of the measurement uncertainty.
During calibration or adjustment the instruments, the standards and the base metal should have the
same temperature as the test specimens to minimize temperature induced differences.
In order to avoid the influence of instrument drifts, periodic control measurements with reference
standards or control samples are recommended. If required, the instrument has to be re-adjusted.
NOTE Most instruments automatically adjust themselves during a function called “calibration”, carried out
by the operator, whereas the result of the calibration is often not obvious.
6.2 Thickness reference standards
Thickness reference standards for calibration and adjustment are either coated base metals or foils,
which are placed onto uncoated base metals.
Foils and coatings shall be non-magnetizable. Thickness values of the reference standards and their
associated uncertainties shall be known and unambiguously documented. The surface area for which
these values are valid shall be marked. The thickness values should be traceable to certified reference
standards.
The uncertainties shall be documented with their confidence level, e.g. U (95 %), i.e. there is a 95 %
probability that the documented thickness value is within the reported uncertainty interval.
Prior to use, foils and coatings are to be checked visually for damage or mechanical wear as this would
cause a wrong adjustment and therefore systematic deviation of all measurement values.
The use of foils as reference standards, compared to selected coated base metals, will enable the foils to
be placed directly on to the base metal, thus matching the shape and geometry exactly.
However, by placing the probe on foils elastic or plastic deformation may occur, which can affect the
measuring result. Moreover, any gap between the pole of the probe, foil and base metal has to be
avoided. Especially for concave specimens, or if the foil is wrinkled or bended, the usually low pressure
of the spring loaded guiding sleeve of the probe may not be sufficient to ensure there is no gap .
A possible elastic or even plastic deformation of a reference foil used depends on the applied load force
of the probe and the probe tip diameter (see 5.9). Consequently, the calibration of such reference foils
should be carried out with comparable values of the applied force and tip diameter to avoid indentation
differences during the probe calibration. In this way, respective indentation errors are already taken
into account in the foil thickness value, i.e. this value can be smaller than the unaffected geometric
thickness. Both values, the applied force and the tip diameter of the foil calibration should be known
from the reference foil manufacturer in order to estimate possible thickness errors.
NOTE In most cases the foil material is plastics but other materials, e.g. copper alloys, can be used as well.
6.3 Methods of adjustment
Adjustment of the coating thickness gauges is executed by placing the probes on uncoated and/or one
or more coated pieces of base metal with known coating thickness. Depending on the instrument types,
the instructions of the manufacturer and the functional range of the instrument under use, adjustments
can be carried out on the following items:
a) a piece of uncoated base metal;
b) a piece of uncoated base metal and a piece of coated base metal with defined coating thickness;
c) a piece of uncoated base metal and several pieces of coated base metal with defined but different
coating thickness;
d) several pieces of coated base metal with defined but different coating thickness.
The stated adjustment methods may lead to different accuracies of the measuring results. Thus,
a method should be used that best fits the given application and leads to the desired accuracy. The
measuring uncertainty that can be achieved by the different adjustment methods depends on the
evaluation algorithm of the gauges as well as on the material, geometry and surface condition of the
standards and of the base metals to be measured. If the desired accuracy is not achieved by one method,
a different adjustment method may lead to better results. In general, the measuring uncertainty can be
reduced by increasing the number of adjustment points and positioning them with closer coverage over
the expected thickness interval of the coating to be measured.
The measurement uncertainty resulting from an adjustment of the instrument cannot be generalized
to all subsequent measurements. In each case, all specific and additional influencing factors need to be
considered in detail, see Clause 5 and Annex C.
NOTE 1 The process that is used to adapt the probe to the given base metal by placing the probe onto the
uncoated base metal is often called “zeroing” or “zero point calibration”. However, even this procedure is an
“adjustment” or part of an adjustment process as defined by this International Standard.
NOTE 2 Depending on how many pieces of coated and uncoated base metals are used to adjust the instrument
the corresponding adjustment method is often called “single-point”, “two-point” or “multiple-point adjustment”.
NOTE 3 Some types of gauges permit resetting the instrument to an original adjustment of the manufacturer.
This adjustment is valid for the manufacturer’s uncoated or coated reference standards only. If these standards
or the same types of standards are used to check the instrument after a period of use, any deterioration of gauge
and probes, e.g. wear of the probe by abrasion of the contact pole, can be recognized by observing deviations of
the measuring results.
7 Measurement procedure and evaluation
7.1 General
Every instrument shall be operated according to the manufacturer’s instructions and shall consider the
factors affecting measurement accuracy discussed in Clause 5.
10 © ISO 2016 – All rights reserved
Before using the instrument and after making changes affecting the measurement accuracy (see
Clause 5) the adjustment of the instrument shall be checked.
To ensure that the instrument measures exactly it shall be calibrated with valid standards at the place
of inspection each time
a) the instrument is put into operation,
b) the material and geometry of the test specimens are changed, or
c) other conditions of the inspection have changed (e.g. temperature) whose effects are not known
(see Annex D).
As not all changes of measurement conditions and their influences on the measurement accuracy can
be immediately recognized (e.g. drift, wear of the probe) the instrument should be calibrated at regular
time intervals while in use.
7.2 Number of measurements and evaluation
The coating thickness should be determined as the arithmetic mean of several single values, which
are measured in a defined area of the coating surface. In addition to the mean, the standard deviation
should be reported (see Annex E). The random part of the measurement uncertainty can be reduced by
increasing the number of measurements. If not otherwise specified or agreed upon, it is recommended
to measure at least five single values (depending on the application).
NOTE 1 From the standard deviation a variation coefficient V can be calculated. V corresponds to the relative
standard deviation (e.g. in percent) and enables a direct comparison of the standard deviation for different
thicknesses.
NOTE 2 The total scatter of the measurement is composed of the scatter of the instrument itself and the
scatter caused by the test specimen. The standard deviation of operator and probe in the measured thickness
range is determined by repeated measurements at the same location, if required with the help of an auxiliary
device for placing the probe.
NOTE 3 When measuring on rough coating surfaces or on test specimens with known large thickness
gradients (e.g. due to their size and/or their shape) the reason for deviations between the single measurements
can be determined by a series of systematic measurements.
8 Uncertainty of the results
8.1 General remarks
A complete evaluation of the uncertainty of the measured thickness shall be carried out in accordance
with ISO/IEC Guide 98-3. Details of the background of the expression of the uncertainty are summarized
in Annex E.
Uncertainty of the thickness measuring result is a combination of uncertainties from a number of
different sources. Important sources that should be considered include the following:
a) uncertainty of the calibration of the instrument;
b) stochastic influences affecting the measurement;
c) uncertainties caused by factors summarized in Clause 5;
d) further influences, drifts, digitalization effects and other effects.
All uncertainty components shall be estimated and summarized to the combined standard uncertainty
as described in ISO/IEC Guide 98-3, see Annex E.
A possible procedure for the estimation of the uncertainty is given in the following simplified approach
(see 8.2 to 8.5).
NOTE 1 The single uncertainty components of the listed sources are dependent on the respective
measurements, the properties of the samples measured, the instrument, the environmental condition, etc. and
can show large differences for different applications. Therefore, the single uncertainty components are estimated
for each measurement in detail. The quality of the uncertainty is determined by the quality of the estimation of
all uncertainty components. Missing components result in wrong uncertainty estimations and consequently in
wrong thickness results.
NOTE 2 In particular, the factors listed in Clause 5 can result in large uncertainty values and are minimized by
an adjustment if possible.
NOTE 3 In addition to the need to express the uncertainty in the result, the analysis of possible uncertainty
components provides detailed information in order to improve the measurement.
8.2 Uncertainty of the calibration of the instrument
If no other information is given, the current uncertainty of an instrument can be estimated within a
limited thickness range by realization of n repeated measurements on a given reference standard with
known thickness t and uncertainty U (k = 2). The measurement result is the arithmetic mean value t
r r
m
of the measured thickness values with the standard deviation s(t ). The quality of the calibration is
m
determined by the ratio E of the resulting difference tt- and the combined uncertainty of the
m
r
verification measurement. This uncertainty (denominator of E, k = 2) is considered to be caused by the
stochastic error of the measurement with n repeats (compare 8.3) and the given reference standard
uncertainty U . In the case of E ≤ 1 the calibration is valid and cannot be further improved by means of
r
this reference standard, i.e. the difference cannot be distinguished from the uncertainty. Therefore, the
standard uncertainty of the calibration u (k = 1) is given by the combined uncertainty of the
cal
verification measurement but with respect to the 1 sigma level (k = 1).
However, in the case of E > 1 a significant deviation of the calibration within the uncertainty is detected
and an adjustment of the instrument should be carried out in order to improve the calibration accuracy.
tt−
m
r
E = (1)
2⋅u
cal
st()
m
ut=−(,68 27%,n 10)⋅ +⋅,5 U (2)
cal r
n
NOTE 1 In case the tolerance T of the reference standard is given (t ± T) instead of U the respective
r r
T
uncertainty U (k = 2) can be calculated: Uk =21=⋅,653 .
r ()
r
The calibration uncertainty u is only valid in a small thickness range around t . In the case of a larger
cal r
thickness range of interest, the uncertainty u should be estimated on both sides of the thickness
cal
range. The linear interpolation between both values gives the uncertainty of interest as a function of
the thickness.
Very often the accuracy of the calibration is limited by the given uncertainty of the reference standard,
as the uncertainty of the calibration cannot be smaller than the uncertainty of the re
...
NORME ISO
INTERNATIONALE 2178
Troisième édition
2016-03-15
Revêtement métalliques non
magnétiques sur métal de base
magnétique — Mesurage de
l’épaisseur du revêtement — Méthode
magnétique
Non-magnetic coatings on magnetic substrates — Measurement of
coating thickness — Magnetic method
Numéro de référence
©
ISO 2016
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ii © ISO 2016 – Tous droits réservés
Sommaire Page
Avant-propos .v
1 Domaine d’application . 1
2 Références normatives . 1
3 Termes et définitions . 1
4 Principe de mesure . 2
4.1 Principe de base de toutes les méthodes de mesure magnétiques . 2
4.2 Méthode par attraction magnétique . 2
4.3 Principe de l’induction magnétique . 3
4.4 Jauge à flux magnétique . 5
5 Facteurs influençant l’exactitude de mesure . 6
5.1 Influence fondamentale de l’épaisseur du revêtement . 6
5.2 Propriétés magnétiques du métal de base . 6
5.3 Propriétés électriques des produits de revêtement . 7
5.4 Géométrie: épaisseur du métal de base. 7
5.5 Effet de bord . 7
5.6 Géométrie: courbure de la surface . 7
5.7 Rugosité de surface . 8
5.8 Propreté: effet d’éloignement . 8
5.9 Pression du palpeur . 8
5.10 Inclinaison du palpeur. 8
5.11 Effets de la température . 9
5.12 Champs électromagnétiques externes . 9
6 Étalonnage et ajustage de l’instrument . 9
6.1 Généralités . 9
6.2 Étalons de référence d’épaisseur . 9
6.3 Méthodes d’ajustage .10
7 Mode opératoire de mesurage et évaluation .11
7.1 Généralités .11
7.2 Nombre de mesurages et évaluation .11
8 Incertitude des résultats .12
8.1 Remarques générales .12
8.2 Incertitude associée à l’étalonnage de l’instrument .12
8.3 Erreurs stochastiques .13
8.4 Incertitudes dues aux facteurs mentionnés à l’Article 5 . 14
8.5 Incertitude composée, incertitude élargie et résultat final .14
9 Fidélité .15
9.1 Généralités .15
9.2 Répétabilité (r) .15
9.3 Limite de reproductibilité (R) .15
10 Rapport d’essai .15
Annexe A (informative) Principe de base de toutes les méthodes de mesure .17
Annexe B (informative) Exigences de performance de base des jauges d’épaisseur
de revêtement fondées sur la méthode magnétique décrite dans la présente
Norme internationale .19
Annexe C (informative) Exemples d’estimation expérimentale des facteurs influant sur
la mesure .21
Annexe D (informative) Exemple d’estimation de l’incertitude (voir Article 8) .26
Annexe E (informative) Principes de base de la détermination de l’incertitude de mesure
de la méthode de mesure utilisée correspondant au Guide ISO/IEC 98-3 .29
Annexe F (informative) Tableau du facteur de Student .31
Annexe G (informative) Détails relatifs aux données de fidélité .32
Bibliographie .38
iv © ISO 2016 – Tous droits réservés
Avant-propos
L’ISO (Organisation internationale de normalisation) est une fédération mondiale d’organismes
nationaux de normalisation (comité membres de l’ISO). L’élaboration des Normes internationales est
en général confiée aux comités techniques de l’ISO. Chaque comité membre intéressé par une étude
a le droit de faire partie du comité technique créé à cet effet. Les organisations internationales,
gouvernementales et non gouvernementales, en liaison avec l’ISO participent également aux travaux.
L’ISO collabore étroitement avec la Commission électrotechnique internationale (IEC) en ce qui
concerne la normalisation électrotechnique.
Les procédures utilisées pour élaborer le présent document et celles destinées à sa mise à jour sont
décrites dans les Directives ISO/IEC, Partie 1. Il convient, en particulier, de prendre note des différents
critères d’approbation requis pour les différents types de documents ISO. Le présent document a été
rédigé conformément aux règles de rédaction données dans les Directives ISO/IEC, Partie 2 (voir www.
iso.org/directives).
L’attention est appelée sur le fait que certains des éléments du présent document peuvent faire l’objet de
droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. L’ISO ne saurait être tenue pour responsable
de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et averti de leur existence. Les détails concernant
les références aux droits de propriété intellectuelle ou autres droits analogues identifiés lors de
l’élaboration du document sont indiqués dans l’Introduction et/ou dans la liste des déclarations de
brevets reçues par l’ISO (voir www.iso.org/brevets).
Les appellations commerciales éventuellement mentionnées dans le présent document sont données
pour information, par souci de commodité, à l’intention des utilisateurs et ne sauraient constituer un
engagement.
Pour une explication de la signification des termes et expressions spécifiques de l’ISO liés à
l’évaluation de la conformité, ou pour toute information au sujet de l’adhésion de l’ISO aux principes
de l’OMC concernant les obstacles techniques au commerce (OTC), voir le lien suivant: Avant-propos -
Informations supplémentaires
Le comité chargé de l’élaboration du présent document est l’ISO/TC 107, Revêtements métalliques et
autres revêtements inorganiques.
Cette troisième édition annule et remplace la deuxième édition (ISO 2178:1982), qui a fait l’objet d’une
révision technique.
NORME INTERNATIONALE ISO 2178:2016(F)
Revêtement métalliques non magnétiques sur métal
de base magnétique — Mesurage de l’épaisseur du
revêtement — Méthode magnétique
1 Domaine d’application
La présente Norme internationale spécifie une méthode de mesurage non destructif de l’épaisseur des
revêtements non magnétiques sur des métaux de base magnétiques.
Les mesurages réalisés sur des revêtements types sont tactiles et non destructifs. Le palpeur ou un
instrument muni d’un palpeur intégré est placé directement sur le revêtement à mesurer. L’épaisseur
du revêtement est affichée sur l’instrument.
Dans la présente Norme internationale, le terme «revêtement» est utilisé pour des matériaux tels que,
par exemple, des peintures et vernis, des revêtements électrolytiques, des revêtements en émaux, des
revêtements en matière plastique, des revêtements en poudre, des placages.
NOTE Cette méthode peut également être appliquée au mesurage de revêtements magnétiques sur des
métaux de base non magnétiques ou d’autres matériaux (voir l’ISO 2361).
2 Références normatives
Les documents ci-après, dans leur intégralité ou non, sont des références normatives indispensables à
l’application du présent document. Pour les références datées, seule l’édition citée s’applique. Pour les
références non datées, la dernière édition du document de référence s’applique (y compris les éventuels
amendements).
ISO 2064, Revêtements métalliques et autres revêtements inorganiques — Définitions et principes
concernant le mesurage de l’épaisseur
ISO 4618, Peintures et vernis — Termes et définitions
ISO 5725-1:1994, Exactitude (justesse et fidélité) des résultats et méthodes de mesure — Partie 1: Principes
généraux et définitions
Guide ISO/IEC 98-3, Incertitude de mesure — Partie 3: Guide pour l’expression de l’incertitude de mesure
(GUM:1995)
3 Termes et définitions
Pour les besoins du présent document, les termes et définitions donnés dans l’ISO 2064 et l’ISO 4618
ainsi que les suivants s’appliquent.
3.1
ajustage d’un système de mesure
ensemble d’opérations réalisées sur un système de mesure pour qu’il fournisse des indications
prescrites correspondant à des valeurs données des grandeurs à mesurer
Note 1 à l’article: L’ajustage d’un système de mesure peut comprendre le réglage de zéro, le réglage de décalage et
le réglage d’étendue (appelé aussi réglage de gain).
Note 2 à l’article: Il convient de ne pas confondre l’ajustage d’un système de mesure avec son étalonnage, qui est
un préalable à l’ajustage.
Note 3 à l’article: Après un ajustage d’un système de mesure, le système demande généralement à être réétalonné.
Note 4 à l’article: Dans le langage courant, le terme «étalonnage» est souvent utilisé, à tort, à la place du terme
«ajustage». De la même manière, les termes «vérification» et «contrôle» sont souvent utilisés à la place du terme
correct «étalonnage».
[SOURCE: Guide ISO/IEC 99:2007, 3.11 (également connu en tant que «VIM»), modifiée – La Note 4 à
l’article a été ajoutée.]
3.2
étalonnage
opération qui, dans des conditions spécifiées, établit en une première étape une relation entre les
valeurs et les incertitudes de mesure associées qui sont fournies par des étalons et les indications
correspondantes avec les incertitudes associées, puis utilise en une seconde étape cette information
pour établir une relation permettant d’obtenir un résultat de mesure à partir d’une indication
Note 1 à l’article: Un étalonnage peut être exprimé sous la forme d’un énoncé, d’une fonction d’étalonnage, d’un
diagramme d’étalonnage, d’une courbe d’étalonnage ou d’une table d’étalonnage. Dans certains cas, il peut
consister en une correction additive ou multiplicative de l’indication avec une incertitude de mesure associée.
Note 2 à l’article: Il convient de ne pas confondre l’étalonnage avec l’ajustage d’un système de mesure, souvent
appelé improprement «auto-étalonnage», ni avec la vérification de l’étalonnage.
Note 3 à l’article: La seule première étape dans la définition est souvent perçue comme étant l’étalonnage.
[SOURCE: Guide ISO/IEC 99:2007, 2.39 (également connu en tant que «VIM»)]
4 Principe de mesure
4.1 Principe de base de toutes les méthodes de mesure magnétiques
L’induction magnétique à proximité d’une source de champ magnétique (aimant permanent ou
électroaimant) dépend de la distance par rapport au métal de base magnétique. Ce phénomène est
utilisé pour déterminer l’épaisseur d’un revêtement non magnétique appliqué sur le métal de base.
NOTE 1 L’Annexe A décrit les bases physiques de cet effet de manière plus détaillée.
Toutes les méthodes couvertes par la présente Norme internationale évaluent l’induction magnétique
afin de déterminer l’épaisseur du revêtement. L’intensité de l’induction magnétique est convertie en
courants électriques, tensions électriques ou forces mécaniques correspondants, selon la méthode
utilisée. Les valeurs sont soit prétraitées par des moyens numériques soit directement affichées sur une
jauge convenablement graduée.
NOTE 2 Les méthodes décrites en 4.3 et 4.4 peuvent également être combinées dans un seul et même palpeur
avec une autre méthode, par exemple la méthode par courants de Foucault conformément à l’ISO 2360 ou
l’ISO 21968.
L’Annexe B décrit les exigences de performance de base des jauges d’épaisseur de revêtement fondées
sur la méthode magnétique décrite dans la présente Norme internationale.
4.2 Méthode par attraction magnétique
L’induction magnétique d’un aimant permanent et donc la force d’attraction entre un aimant permanent
et un métal de base magnétique diminuent lorsque la distance augmente. Ainsi, la force d’attraction est
une mesure directe de l’épaisseur du revêtement étudié.
Les instruments fonctionnant selon la méthode basée sur l’attraction magnétique sont constitués d’au
moins trois unités:
— un aimant permanent;
— un dispositif de décollement appliquant une force de décollement augmentant continuellement;
2 © ISO 2016 – Tous droits réservés
— un écran ou une échelle indiquant l’épaisseur du revêtement qui est calculée à partir de la force de
décollement.
La force de décollement peut être générée par différents types de ressorts ou par un dispositif
électromagnétique.
Certains instruments sont capables de compenser l’influence de la pesanteur et permettent des
mesurages dans toutes les positions.
Tous les autres instruments peuvent seulement être utilisés dans la position spécifiée par le fabricant.
Le point de mesurage doit être propre et exempt de revêtements liquides ou pâteux. L’aimant permanent
doit être exempt de particules.
L’accumulation de charges électrostatiques peut engendrer des forces supplémentaires sur l’aimant
permanent ou le système de mesure et doit donc être évitée ou être déchargée avant le mesurage.
La Figure 1 illustre une jauge basée sur le principe de l’attraction magnétique.
Légende
1 métal de base
2 revêtement
3 aimant
4 échelle
5 ressort
Figure 1 — Jauge basée sur le principe de l’attraction magnétique
4.3 Principe de l’induction magnétique
L’inductance d’une bobine varie lorsqu’un noyau de fer est inséré dans la bobine ou lorsqu’un objet en
fer, par exemple une tôle, s’approche de la bobine. Par conséquent, l’inductance peut être utilisée comme
une mesure de la distance entre la bobine et un métal de base ferromagnétique ou comme une mesure
de l’épaisseur du revêtement, si la bobine est placée sur un métal de base magnétique revêtu.
Différentes méthodes électroniques permettent d’évaluer les variations de l’inductance ou la réaction
d’un système à bobine à un métal de base ferromagnétique. Les palpeurs à induction magnétique utilisés
pour le mesurage de l’épaisseur de revêtements sur des matériaux magnétiques peuvent être constitués
d’une ou plusieurs bobines. Le plus souvent, deux bobines sont utilisées (voir Figure 2): la première
(bobine primaire) pour générer un champ magnétique alternatif à basse fréquence et la deuxième
(bobine secondaire) pour mesurer la tension induite résultante U. Lorsque le palpeur est placé sur un
matériau magnétique revêtu (µ > 1), l’induction magnétique (voir Annexe A) et la tension induite de la
r
bobine secondaire varient en fonction de l’épaisseur du revêtement. La fonction entre la tension induite
et l’épaisseur du revêtement n’est pas linéaire et dépend de la perméabilité µ du métal de base. Elle est
r
généralement déterminée par un étalonnage. Les courbes d’étalonnage qui assignent une épaisseur de
revêtement aux tensions induites peuvent être mémorisées dans la jauge.
Différentes conceptions et géométries de ces types de palpeur sont utilisées. Très souvent, les deux
bobines sont associées à un noyau très magnétique afin d’augmenter la sensibilité des palpeurs et
de concentrer le champ. Ainsi, la surface de revêtement, qui contribue au mesurage de l’épaisseur, et
l’influence de la géométrie du composant revêtu sont réduites (voir 5.5 et 5.6).
Au contraire, un palpeur bipolaire (voir Figure 3) présente une distribution étendue et ouverte du
champ magnétique. Le palpeur bipolaire a des caractéristiques d’intégration des aires alors qu’un
palpeur unipolaire réalise une mesure localisée.
En général, la fréquence du champ généré est inférieure au kilohertz, ce qui évite la génération de
courants de Foucault lorsque les revêtements sont conducteurs. Il est donc possible de mesurer des
revêtements conducteurs et non conducteurs selon ce principe.
Légende
1 noyau de fer du palpeur I courant d’excitation
~
2 champ magnétique alternatif à basse fréquence t épaisseur du revêtement
3 subjectile en acier/fer U = f(t) signal de mesure
4 revêtement
Figure 2 — Schéma de principe de l’induction magnétique
4 © ISO 2016 – Tous droits réservés
Légende
1 noyau de fer du palpeur 4 revêtement
2 système à bobine 5 métal de base
3 pointe du palpeur
Figure 3 — Schéma d’un palpeur bipolaire
4.4 Jauge à flux magnétique
L’induction magnétique à proximité d’un aimant dépend des propriétés magnétiques des substances
dans le champ magnétique. L’induction magnétique diminue lorsque la proportion de substances non
magnétiques augmente par rapport aux substances magnétiques. Ce phénomène est utilisé dans les
jauges à induction magnétique (voir Figure 4). Le revêtement (4) est non magnétique; le métal de base
(3) est magnétique. Un aimant (1) génère un champ magnétique. Les lignes de ce champ traversent le
revêtement et le métal de base. Un détecteur de flux magnétique (5) placé à proximité de l’aimant émet
des signaux électriques qui varient en fonction de l’épaisseur du revêtement.
NOTE 1 Les détecteurs de flux magnétique sont des capteurs à effet Hall ou des capteurs magnétorésistifs.
NOTE 2 L’aimant peut être un aimant permanent ou un électroaimant.
Légende
1 aimant permanent U tension de sortie
a
2 champ magnétique statique Signal de mesure.
3 métal de base
4 revêtement
5 élément à effet Hall comme détecteur de flux magnétique
Figure 4 — Jauge à flux magnétique utilisant un palpeur à effet Hall
Les signaux électriques du détecteur de flux sont ensuite traités par des moyens électroniques. La
fonction entre la sortie du détecteur de flux et l’épaisseur du revêtement n’est pas linéaire et dépend de
la perméabilité µ du métal de base. Elle est généralement déterminée par un étalonnage. Les courbes
r
d’étalonnage qui assignent une épaisseur de revêtement à une sortie électrique du détecteur peuvent
être mémorisées dans la jauge.
5 Facteurs influençant l’exactitude de mesure
5.1 Influence fondamentale de l’épaisseur du revêtement
La sensibilité d’un palpeur, c’est-à-dire l’effet de mesure, diminue lorsque l’épaisseur augmente dans
les limites de l’étendue de mesure du palpeur. Dans la partie inférieure de l’étendue de mesure, cette
incertitude de mesure est constante (en valeur absolue) et indépendante de l’épaisseur du revêtement.
La valeur absolue de cette incertitude dépend des propriétés du système de palpeur et des matériaux
échantillons utilisés, par exemple l’homogénéité de la perméabilité du métal de base, la rugosité du
métal de base et la rugosité de surface de l’échantillon. Dans la partie supérieure de l’étendue de mesure
du palpeur, cette incertitude devient fonction de l’épaisseur et en est une fraction approximativement
constante.
5.2 Propriétés magnétiques du métal de base
La perméabilité du métal de base est à l’origine de l’effet de mesure de cette méthode.
La relation entre l’épaisseur du revêtement et la valeur mesurée dépend dans une large mesure de la
perméabilité du métal de base. Par conséquent, les procédures d’étalonnage et les mesurages doivent
être réalisés sur le même matériau. Des matériaux différents ayant des perméabilités différentes, de
6 © ISO 2016 – Tous droits réservés
même que des fluctuations locales de la perméabilité ou des variations entre différents échantillons,
peuvent provoquer plus ou moins d’erreurs d’épaisseur.
Le magnétisme résiduel du métal de base peut également avoir une incidence considérable sur les
mesurages, en particulier lorsque des champs magnétiques statiques sont utilisés (voir 4.2 pour la
méthode par attraction magnétique ou 4.4 pour la jauge à flux magnétique).
Le métal de base peut être aimanté par des mesurages répétés au même endroit lorsque la méthode
de mesure utilisée fait appel à un champ magnétique statique (voir 4.2 pour la méthode par attraction
magnétique ou 4.4 pour la jauge à flux magnétique). Cela peut conduire à des erreurs de lecture
d’épaisseur.
NOTE La perméabilité initiale d’un acier type utilisé est, par exemple, comprise entre 100 et 300.
5.3 Propriétés électriques des produits de revêtement
Les mesurages de l’épaisseur du revêtement peuvent être affectés par les courants de Foucault lorsque
le palpeur est utilisé avec un champ magnétique alternatif (voir 4.3 pour le principe de l’induction
magnétique ou 4.4 pour la jauge à flux magnétique). Ces courants de Foucault induits peuvent contrer
l’effet de mesure de la méthode magnétique. La densité des courants de Foucault augmente lorsque la
conductivité et la fréquence augmentent.
NOTE En général, les instruments utilisant les méthodes de mesure 4.3 ou 4.4 fonctionnent dans une gamme
de fréquences inférieures à 1 kHz. Par conséquent, les courants de Foucault induits affectant les résultats de
mesure sont uniquement efficaces pour des revêtements épais (épaisseur supérieure à 1 mm) ayant une
conductivité élevée, par exemple le cuivre.
5.4 Géométrie: épaisseur du métal de base
Si l’épaisseur du métal de base est trop faible, l’interaction du champ magnétique avec le métal de base
est réduite. Cette influence ne peut être négligée qu’au-delà d’une certaine épaisseur minimale critique
du métal de base.
Par conséquent, il convient que l’épaisseur du métal de base soit toujours supérieure à cette épaisseur
minimale critique du métal de base. Un ajustage de l’instrument peut compenser les erreurs provoquées
par une épaisseur trop faible du métal de base. Néanmoins, toute variation de l’épaisseur du métal de
base peut provoquer un accroissement de l’incertitude et des erreurs.
L’épaisseur minimale critique du métal de base dépend du système de palpeur (intensité du champ,
géométrie) et des propriétés magnétiques du métal de base. Sauf spécification contraire du fabricant, il
convient de déterminer sa valeur expérimentalement.
NOTE Une expérience simple permettant d’estimer l’épaisseur minimale critique du métal de base est
décrite en C.2.
5.5 Effet de bord
L’extension du champ magnétique est entravée par les limites géométriques du métal de base (par
exemple bords, trous percés et autres). De ce fait, les mesurages effectués trop près d’un bord ou d’un
angle ne seront valables que si l’instrument a été spécialement ajusté pour ces mesurages. La distance à
respecter pour éviter un impact de l’effet de bord dépend du système de palpeur (distribution du champ).
NOTE Une expérience simple permettant d’estimer l’effet de bord de base est décrite en C.3.
5.6 Géométrie: courbure de la surface
La propagation du champ magnétique est affectée par la courbure de la surface du métal de base. Cette
influence est d’autant plus prononcée que le rayon de courbure et l’épaisseur du revêtement sont faibles.
Pour réduire au minimum cette influence, il convient d’effectuer l’ajustage sur un métal de base ayant la
même géométrie.
L’influence de la courbure de la surface varie considérablement selon la géométrie du palpeur et peut
être atténuée en réduisant la surface sensible du palpeur. Les palpeurs ayant de très petites surfaces
sensibles sont souvent appelés micropalpeurs.
Les mesurages effectués sur des pièces ayant un rayon de courbure trop faible peuvent donner des
résultats non fiables, même après étalonnage. Il convient de prendre en compte l’incertitude associée
pour déterminer si un tel mesurage est acceptable ou non.
NOTE Une expérience simple permettant d’estimer l’effet de la courbure de la surface est décrite en C.4.
5.7 Rugosité de surface
Les mesurages sont influencés par la topographie de surface du métal de base et du revêtement. Les
surfaces rugueuses peuvent conduire à des erreurs aussi bien systématiques qu’aléatoires. Les erreurs
aléatoires peuvent être réduites en effectuant plusieurs mesurages, tous en des endroits différents,
puis en calculant la valeur moyenne de cette série de mesurages.
Pour réduire l’influence de la rugosité, il convient d’effectuer un étalonnage avec un métal de base non
revêtu ayant une rugosité équivalente à celle de l’échantillon de métal de base revêtu.
Si nécessaire, il convient que le fournisseur et le client définissent conjointement l’épaisseur moyenne
de revêtement utilisée.
NOTE L’ISO 19840 décrit des modes opératoires de mesurage spéciaux en cas d’application de peintures et
vernis sur un acier ayant des surfaces rugueuses.
5.8 Propreté: effet d’éloignement
Si le palpeur n’est pas placé directement sur le revêtement, l’interstice entre le palpeur et le revêtement
(éloignement) agira comme une épaisseur de revêtement supplémentaire et affectera donc le mesurage.
L’éloignement peut être provoqué non intentionnellement par la présence de petites particules entre le
palpeur et le revêtement. La propreté de la pointe du palpeur doit être vérifiée fréquemment.
5.9 Pression du palpeur
La pression qu’exerce le palpeur sur l’éprouvette peut affecter la lecture de l’instrument et doit toujours
rester constante pendant l’ajustage et les mesurages.
L’influence de la pression du palpeur est plus prononcée dans le cas de revêtements mous car la pointe
du palpeur peut s’enfoncer dans le revêtement. Par conséquent, il convient que la pression du palpeur
soit aussi faible que possible. La plupart des instruments disponibles dans le commerce sont équipés de
palpeurs à ressort assurant une pression constante lors de la mise en place. Lorsque le palpeur n’est pas
muni d’un ressort, il convient d’utiliser un dispositif auxiliaire approprié.
NOTE 1 La pression de contact et la profondeur d’enfoncement de la pointe du palpeur peuvent être réduites
en diminuant la force appliquée ou en utilisant une pointe de palpeur de plus grand diamètre.
NOTE 2 L’enfoncement de la pointe du palpeur dans des revêtements mous peut être réduit en plaçant une
feuille de protection d’une épaisseur connue sur la surface revêtue. Dans ce cas, l’épaisseur du revêtement est
l’épaisseur mesurée moins l’épaisseur de la feuille.
5.10 Inclinaison du palpeur
Sauf instruction contraire du fabricant, il convient d’appliquer le palpeur perpendiculairement à la
surface du revêtement car tout écart du palpeur par rapport à la normale de la surface entraîne des
erreurs de mesurage.
8 © ISO 2016 – Tous droits réservés
Le risque d’inclinaison involontaire du palpeur peut être réduit à la conception ou en utilisant un
support.
NOTE La plupart des instruments disponibles dans le commerce sont équipés de palpeurs à ressort assurant
un positionnement perpendiculaire à la surface de l’échantillon.
5.11 Effets de la température
Les variations de température influant sur les caractéristiques du palpeur, il convient d’utiliser le
palpeur dans des conditions de température aussi proches que possible de celles de l’étalonnage.
NOTE 1 L’influence des variations de température peut être réduite par une compensation de température du
palpeur. Les spécifications du fabricant doivent être prises en compte.
NOTE 2 Des écarts de température entre le palpeur, l’électronique de l’instrument, l’environnement et
l’échantillon peuvent provoquer des erreurs importantes de mesurage de l’épaisseur. Le mesurage de l’épaisseur
de revêtements chauds est un exemple.
5.12 Champs électromagnétiques externes
Les résultats de mesure peuvent être influencés par de puissants champs électromagnétiques parasites.
En cas de résultats inattendus ou d’une forte variation des résultats ne pouvant pas être expliquée
par d’autres facteurs, il convient de tenir compte de ce phénomène. Dans cette situation, il convient
d’effectuer un mesurage comparatif à un emplacement exempt de champs parasites.
6 Étalonnage et ajustage de l’instrument
6.1 Généralités
Avant utilisation, chaque instrument doit être étalonné ou ajusté conformément aux instructions du
fabricant au moyen d’étalons de référence d’épaisseur appropriée et d’un métal de base. Il convient
que le matériau, la géométrie et les propriétés de surface du métal de base utilisé pour l’étalonnage ou
l’ajustage soient conformes aux éprouvettes afin d’éviter les écarts dus aux facteurs décrits à l’Article 5.
Sinon, ces influences doivent être prises en compte dans l’estimation de l’incertitude de mesure.
Pendant l’étalonnage ou l’ajustage des instruments, il convient que les étalons et le métal de base
aient la même température que les éprouvettes afin de réduire au minimum les écarts induits par la
température.
Pour éviter l’influence d’une dérive de l’instrument, il est recommandé d’effectuer des mesurages de
contrôle périodiques avec des étalons de référence ou des échantillons de contrôle. L’instrument doit, si
nécessaire, être réajusté.
NOTE La plupart des instruments s’ajustent automatiquement grâce à une fonction appelée «étalonnage»,
déclenchée par l’opérateur, alors que le résultat de l’étalonnage n’est souvent pas évident.
6.2 Étalons de référence d’épaisseur
Les étalons de référence d’épaisseur pour l’étalonnage et l’ajustage sont soit des métaux de base revêtus
soit des feuilles qui sont placées sur des métaux de base non revêtus.
Les feuilles et les revêtements doivent être non magnétiques. Les valeurs d’épaisseur des étalons de
référence et les incertitudes associées doivent être connues et documentées sans ambiguïté. L’aire pour
laquelle ces valeurs sont valables doit être indiquée. Il convient que les valeurs d’épaisseur puissent être
reliées à des étalons de référence certifiés.
Les incertitudes doivent être documentées avec leur niveau de confiance, par exemple U (95 %) qui
signifie qu’il y a une probabilité de 95 % que la valeur d’épaisseur documentée se situe dans l’intervalle
d’incertitude consigné.
Avant utilisation, les feuilles et les revêtements doivent être contrôlés visuellement afin de détecter
tout dommage ou usure mécanique susceptible de fausser l’ajustage et provoquer, par conséquent, un
écart systématique de toutes les valeurs mesurées.
L’utilisation des feuilles comme étalons de référence, plutôt que des métaux de base revêtus choisis,
permettra de placer les feuilles directement sur le métal de base, en épousant ainsi exactement la forme
et la géométrie.
Néanmoins, lorsque le palpeur est appliqué sur les feuilles, une déformation élastique ou plastique peut
se produire et affecter le résultat de mesure. Par ailleurs, tout interstice entre le pôle du palpeur, la
feuille et le métal de base doit être évité. La pression généralement faible exercée par le manchon de
guidage à ressort du palpeur peut être insuffisante pour garantir l’absence d’interstice, notamment
pour des éprouvettes concaves ou lorsque la feuille est froissée ou pliée.
La déformation élastique, voire plastique, possible de la feuille de référence utilisée dépend de la
force appliquée par le palpeur et du diamètre de la pointe du palpeur (voir 5.9). Par conséquent, il
convient d’étalonner ces feuilles de référence en utilisant des valeurs comparables de force appliquée
et de diamètre de pointe afin d’éviter des écarts d’enfoncement pendant l’étalonnage du palpeur. De
cette manière, les erreurs respectives dues à l’enfoncement sont déjà prises en compte dans la valeur
d’épaisseur de la feuille, c’est-à-dire que cette valeur peut être inférieure à l’épaisseur géométrique
non affectée. Il convient que les valeurs de force appliquée et de diamètre de pointe utilisées pour
l’étalonnage de la feuille soient communiquées par le fabricant de la feuille de référence afin d’estimer
les erreurs d’épaisseur possibles.
NOTE Dans la plupart des cas, le matériau en feuille est un plastique, mais d’autres matériaux, par exemple
des alliages de cuivre, peuvent aussi être utilisés.
6.3 Méthodes d’ajustage
L’ajustage des jauges d’épaisseur de revêtement est effectué en plaçant les palpeurs sur une pièce de
métal de base non revêtu et/ou une ou plusieurs pièces de métal de base revêtu ayant une épaisseur de
revêtement connue. Selon le type d’instrument, les instructions du fabricant et l’étendue de mesure de
l’instrument utilisé, des ajustages peuvent être effectués sur les éléments suivants:
a) une pièce de métal de base non revêtu;
b) une pièce de métal de base non revêtu et une pièce de métal de base revêtu avec une épaisseur de
revêtement définie;
c) une pièce de métal de base non revêtu et plusieurs pièces de métal de base revêtues avec des
épaisseurs de revêtement définies, mais différentes;
d) plusieurs pièces de métal de base revêtues avec des épaisseurs de revêtement définies, mais
différentes.
Les méthodes d’ajustage indiquées peuvent conduire à différents niveaux d’exactitude des résultats de
mesure. Il convient donc d’utiliser la méthode qui s’adapte le mieux à l’application considérée et permet
d’obtenir l’exactitude souhaitée. L’incertitude de mesure qui peut être atteinte par les différentes
méthodes d’ajustage dépend de l’algorithme d’évaluation des jauges ainsi que du matériau, de la
géométrie et de l’état de surface des étalons et des métaux de base à mesurer. Si l’exactitude souhaitée
n’est pas atteinte par une méthode, une autre méthode d’ajustage peut donner de meilleurs résultats.
En général, il est possible de réduire l’incertitude de mesure en augmentant le nombre de points
d’ajustage et en les positionnant de manière à couvrir plus étroitement l’intervalle d’épaisseur attendu
du revêtement à mesurer.
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L’incertitude de mesure résultant d’un ajustage de l’instrument ne peut pas être généralisée à l’ensemble
des mesurages ultérieurs. Dans chaque cas, tous les facteurs d’influence spécifiques et supplémentaires
doivent être pris en considération de façon détaillée, voir Article 5 et Annexe C.
NOTE 1 Le processus utilisé pour adapter le palpeur à un métal de base donné en plaçant le palpeur sur
le métal de base non revêtu est souvent appelé «mise à zéro» ou «étalonnage du point zéro». Toutefois, cette
procédure est encore un «ajustage» ou une partie d’un processus d’ajustage tel que défini dans la présente Norme
internationale.
NOTE 2 Selon le nombre de pièces de métal de base revêtues et non revêtues utilisé pour ajuster l’instrument,
la méthode d’ajustage correspondante est souvent appelée «ajustage en un point», «ajustage en deux points» ou
«ajustage multipoints».
NOTE 3 Certains types de jauges permettent de rétablir l’ajustage initial du fabricant de l’instrument. Cet
ajustage est valable uniquement pour les étalons de référence non revêtus ou revêtus du fabricant. Lorsque ces
étalons ou les mêmes types d’étalons sont utilisés pour vérifier l’instrument après une période d’utilisation, toute
détérioration de la jauge et des palpeurs, par exemple une usure du palpeur par abrasion du pôle de contact, peut
être détectée par l’observation d’écarts dans les résultats de mesure.
7 Mode opératoire de mesurage et évaluation
7.1 Généralités
Chaque instrument doit être utilisé conformément aux instructions du fabricant et doit tenir compte
des facteurs influant sur l’exactitude de mesure mentionnés à l’Article 5.
Avant d’utiliser l’instrument et après toute modification influant sur l’exactitude de mesure (voir
Article 5), l’ajustage de l’instrument doit être vérifié.
Pour s’assurer que l’instrument mesure avec exactitude, il doit être étalonné à l’aide d’étalons valides
sur le lieu de contrôle chaque fois que
a) l’instrument est mis en service,
b) le matériau et la géométrie des éprouvettes sont modifiés, ou
c) d’autres conditions de contrôle dont les effets ne sont pas connus (voir Annexe D) sont modifiées
(par exemple température).
Étant donné que les modifications des conditions de mesurage et leurs influences sur l’exactitude de
mesure ne peuvent pas toutes être constatées immédiatement (par exemple dérive, usure du palpeur),
il convient d’étalonner l’instrument à intervalles réguliers pendant l’utilisation.
7.2 Nombre de mesurages et évaluation
Il convient de déterminer l’épaisseur du revêtement comme la moyenne arithmétique de plusieurs
valeurs individuelles mesurées dans une aire définie de la surface du revêtement. Outre la moyenne, il
convient de consigner l’écart-type dans le rapport (voir Annexe E). La partie aléatoire de l’incertitude
de mesure peut être réduite en augmentant le nombre de mesurages. Sauf spécification ou accord
contraire, il est recommandé de mesurer au moins cinq valeurs individuelles (selon l’application).
NOTE 1 Il est possible de calculer le coefficient de variation V à partir de l’écart-type. V correspond à l’écart-
type relatif (par exemple en pourcentage) et permet de comparer directement l’écart-type pour différentes
épaisseurs.
NOTE 2 La dispersion totale du mesurage est composée de la dispersion de l’instrument lui-même et de la
dispersion due à l’éprouvette. L’écart-type dû à l’opérateur et au palpeur dans la gamme d’épaisseurs mesurées
est déterminé par des mesurages répétés au même emplacement, en utilisant si nécessaire un dispositif auxiliaire
pour positionner le palpeur.
NOTE 3 Lorsque le mesurage est effectué sur des surfaces de revêtement rugueuses ou sur des éprouvettes
présentant de forts gradients d’épaisseur connus (par exemple en raison de leurs dimensions et/ou de leur
forme), la cause des
...
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