Los diferentes tipos de patrones de calibración para medir la conductividad eléctrica.

Para medir la conductividad eléctrica usando corrientes inducidas, se usan estándares de calibración para ajustar y monitorear el instrumento de medición. Estos estándares son esenciales para la precisión de medición de los sistemas.

Actualmente, hay dos tipos de estándares de conductividad. Por un lado, están los estándares del PTB (Instituto físico-técnico federal; en alemán: Physikalisch-Technische Bundesanstalt), que se determinan con una medida de corriente continua (CC). Por otro lado, existen estándares del NPL (Laboratorio Nacional de Física; en inglés National Physical Laboratory) basados en una medición de corriente alterna (CA). Ambos métodos y sus ventajas y desventajas para medir la conductividad eléctrica utilizando corrientes inducidas se describen a continuación.

1. Medición de conductividad "CD" - calibración PTB

La conductividad es el recíproco de la resistividad de un material. Como parámetro característico del material, la resistividad se determina a partir de la caída de voltaje U que resulta cuando se aplica una corriente I aplicada a las áreas transversales definidas A y la longitud L del material.

La conductividad medida de esta manera corresponde al valor de conductividad promedio del volumen de material registrado. Las posibles faltas de homogeneidad del material se promedian en todo el volumen.

1.2.  Transferencia de los valores de conductividad "CD" (PTB) a nuestro medidor de conductividad "AC"

En comparación con la medición de CC de la conductividad, solo se detecta una pequeña fracción de volumen del material debajo del sensor durante la medición de corrientes inducidas. Debajo de la superficie activa del sensor (por ejemplo, con Ø 14 mm), la densidad de corrientes inducidas disminuye exponencialmente con el aumento de la profundidad, es decir, el volumen de material registrado se concentra principalmente en el área de superficie dentro de este diámetro.

Para transferir directamente el valor promedio de CC de la conductividad del material a la medición de corrientes inducidas, se deben cumplir al menos los siguientes requisitos:

• El material es completamente homogéneo.
• El área superficial inmediata tiene la misma conductividad que todo el material.
• El material es isotrópico en términos de conductividad, es decir, no hay dependencia direccional.

Estos importantes requisitos previos difícilmente pueden implementarse o controlarse completamente en la práctica. Los pasos del proceso, como el laminado, el prensado o el tratamiento de la superficie, siempre deben asumir que estas tres influencias están presentes. Dependiendo del material, estas influencias pueden diferir significativamente en sus características.

Para determinar posibles errores al trasladar los valores de conductividad CC a la medida AC, se llevó a cabo entre los años 2000 y 2003 el proyecto de la UE G6RD-CT-2000-00210.

Se extrajeron los siguientes resultados y conclusiones:

• Debido a las posibles influencias materiales mencionadas anteriormente, que no se pueden registrar por completo, siempre se debe tener en cuenta un error de al menos el 0,5 % del valor medido al cambiar de los valores de CC a la medición de CA. Este error, causado por las desviaciones entre los métodos de CC y CA, representa un límite mínimo inferior para la incertidumbre, que no puede caer por debajo.
  
• Las diferencias CC/CA son específicas del material. En particular, las influencias de anisotropía relacionadas con la fabricación y las tensiones superficiales dan como resultado desviaciones de conductividad que, por ejemplo, para Cu son ≥ 1% del valor medido.
  
  

2. Medición de la conductividad "AC" - calibración NPL

Otra forma de medir la conductividad eléctrica es mediante el uso de un campo magnético alterno homogéneo, por ejemplo, una bobina toroidal. Si el material se coloca en la bobina, esto cambia su impedancia. La conductividad eléctrica se puede calcular en función de este cambio, los parámetros eléctricos y la geometría de la bobina. El estándar primario consta de dos mitades. Para medir la conductividad, ésta se junta en la bobina y se inicia la medición.

2.1. Transferencia de los valores de conductividad "AC" (NPL) a nuestro medidor de conductividad "AC"

Para transferir la conductividad eléctrica una vez conocido el estándar primario, se usa una bobina de sonda en lugar de la bobina toroidal. La impedancia de la bobina se mide con la misma electrónica. Los valores de conductividad del estándar primario ahora se correlacionan con la impedancia de la bobina de la sonda.

Ahora, el valor de conductividad se puede transferir a un estándar secundario. El método para transferir los valores de conductividad del patrón primario (anillo) al patrón secundario (placa) con una bobina censora es idéntico al principio de medición del dispositivo de medición móvil SIGMATEST de FOERSTER. Por lo tanto, la incertidumbre de los estándares se puede tomar directamente.

La conductividad eléctrica se puede calcular con la siguiente fórmula:

dónde:

• σ = la conductividad del anillo en S/m
• b = el ancho medio del anillo estándar en m
• t = el espesor medio del anillo estándar en m
• μ₀ = la constante magnética, 4𝝅.10-⁷ H/m
• N = el número de vueltas en bobinado = 30
• R*m = la resistencia a la corriente inducidas
• l = las circunferencias medias del anillo estándar en m𝝅

3. Futuro de los estándares de conductividad FOERSTER

Con el nuevo SIGMATEST 2.070, FOERSTER devolverá los estándares de conductividad al método de medición AC del NPL. Teniendo en cuenta los respectivos factores de influencia, los estándares son directamente comparables con el método de corriente inducidas y, por lo tanto, ofrecen una mejor precisión de medición en general en comparación con los estándares PTB.

4. Todavía es posible realizar pruebas basadas en valores de PTB

Incluso después del cambio al método de medición de CA, puede configurar el SIGMATEST 2.070 para estándares de CC. Para ello, se puede realizar una calibración con dos o más estándares DC. En consecuencia, la curva de conductividad almacenada en el instrumento se adapta al rango requerido. En el futuro, FOERSTER recomienda el uso de estándares, basados en la medición de CA.

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