Medición de la conductividad eléctrica de materiales metálicos.

La conductividad eléctrica es una magnitud física que describe la capacidad de las sustancias para conducir una corriente eléctrica. En ingeniería eléctrica, la conductividad eléctrica se representa con el símbolo griego sigma. La unidad derivada del SI para la conductividad eléctrica se expresa en Siemens por metro (S/m).

La capacidad de conducir electricidad depende de varios factores, como los electrones móviles presentes en el material o la geometría del componente. Básicamente, la conductividad eléctrica aumenta con la cantidad de electrones libremente móviles en el material. Por lo tanto, las sustancias sólidas o granulares tienen diferentes conductividades.

¿Desea obtener el e-book gratuito? ¡Haga clic aquí!

En electrotecnia, la conductividad eléctrica desempeña un papel importante. La razón es que la mayoría de los materiales utilizados tienen una conductividad eléctrica muy buena. Algunas aplicaciones incluyen la conexión de varios componentes electrónicos en una placa de circuito impreso fabricada con materiales de alta conductividad o el uso de materiales no conductores de la electricidad como aislamiento o aislamiento de resistencia.

¿En qué áreas juega un papel importante la conductividad eléctrica?

La conductividad eléctrica se utiliza en diversos sectores industriales y subsectores. Ejemplos típicos de aplicaciones donde se controlan los materiales utilizados por su conductividad eléctrica son:

• Fabricación de placas de circuitos impresos (PCBs): Medición de la conductividad eléctrica del cobre galvanizado.
• Prueba de la capacidad de descarga de componentes: comúnmente realizada en la construcción de aeronaves para asegurar la funcionalidad en caso de estres del material, como un la descarga de rayo.
• Prueba de la conductividad eléctrica de aisladores: por ejemplo, cuando se utilizan para líneas eléctricas.

La conductividad eléctrica también se puede utilizar para el control de calidad, ya que permite sacar conclusiones sobre las propiedades de los materiales. Esto permite determinar si un material es adecuado para su uso previsto.

Cada material tiene una conductividad eléctrica específica, que puede variar dentro de un cierto rango. Al combinar diferentes materiales en aleaciones metálicas, se crea una conductividad eléctrica específica para este grupo de elementos.

La medición de la conductividad eléctrica permite determinar el material presente. Esta medición se utiliza en diversas industrias para la identificación de materiales. Las posibles aplicaciones son, entre otras:

• Inspección de entrada de mercancías en plantas de producción para comprobar la calidad del material entregado.
• Acuñación de monedas, para garantizar el uso de la aleación de material correcta.
• Joyerías y fabricantes de joyas, para distinguir la calidad del material del oro utilizado.
• Plantas de reciclaje, para separar materiales como cobre, latón, aluminio o titanio.

¿Cómo se mide la conductividad eléctrica?

Medición de la conductividad por el método de Van der Pauw

El método de medición de Van der Pauw es una técnica para medir fácilmente la conductividad eléctrica. Con ella, se registra la caída de voltaje de una determinada corriente aplicada. Además, la configuración de medición determina la resistencia eléctrica, que se puede convertir en la conductividad eléctrica con espesores de capa conocidos.

Método Van der Pauw

El material se contacta a través de cuatro puntas. Este paso es el más propenso a errores, ya que la calidad del contacto es decisiva para la medición. Lograr esto depende de varios factores: por un lado, de la posible suciedad o irregularidades en la superficie y, por otro lado, del desgaste de las puntas de contacto.

En aplicaciones en serie, por lo tanto, es difícil medir la conductividad eléctrica con este método.

Medición de la conductividad eléctrica mediante corrientes inducidas

Las corrientes inducidas generan campos magnéticos alternos en materiales conductores, que actúan en dirección opuesta al campo primario introducido. Esta interacción se puede medir mediante inductores secundarios. Los materiales conductores tienen un efecto sobre la amplitud y la fase del campo secundario debido a la formación de corrientes inducidas.

La diferencia de fase entre el campo primario y el campo secundario se puede usar como medida de la conductividad eléctrica. Al calibrar esa diferencia de acuerdo con la conductividad, un medidor de corrientes inducidas se puede utilizarse para medir la conductividad eléctrica.

Una de las grandes ventajas de la medición por corrientes inducidas es que es sin contacto. Es decir, no destructiva. En otras palabras, la calidad de la superficie permanece intacta.

La distancia entre la sonda de corrientes inducidas y la superficie de medición tiene una gran influencia en la precisión de la meidida. En este sentido, los instrumentos de medición de corrientes inducidas disponibles en el mercado suelen tener la función de medir la distancia desde la sonda hasta el objeto de medición.

La conductividad depende en gran medida de la temperatura. Si la temperatura del objeto bajo ensayo difiere de la de la sonda de medición, la curva de calibración para determinar la conductividad eléctrica ya no es precisa. Por lo tanto, la cabeza del sensor debe estar térmicamente acoplada con el componente a medir para obtener un nivel de temperatura uniforme y una medición exacta.

Otro desafío es la medición de la conductividad en una superficie curva, por ejemplo, una zona ondulada. Si el diámetro de la cabeza de la sonda es significativamente mayor que el radio de la superficie a examinar es difícil realizar la medición. Para hacer esto posible, se puede calibrar el equipo a diferentes radios. Además, es importante usar el radio requerido.

La formación de las corrientes inducidas y el campo alterno secundario generado por ellas también dependen de la frecuencia utilizada. Las corrientes inducidas se forman desde unos pocos cientos de hertzios hasta varios kilohertzios. Cuanto mayor sea la frecuencia utilizada, mayores serán las corrientes inducidas. Por lo tanto, se requieren frecuencias muy altas de hasta un megahercio para medir capas muy delgadas. Por esta razón, la calibración del instrumento de medición de corrientes inducidas debe realizarse a diferentes frecuencias. A muy altas frecuencias muy altas y conductividades eléctricas, los requisitos del hardware de medición aumentan considerablemente, ya que la sensibilidad, es decir, el efecto de piel es muy pequeña debido a la conductividad.

Una gran ventaja de los instrumentos de corrientes inducidas es la posibilidad de llevar a cabo medidas en serie automatizadas directamente en la línea de producción: gracias a las secuencias de medición rápidas y a este método sin contacto, las mediciones se pueden realizar con una alta reproducibilidad.

La solución de productos de FOERSTER para medir la conductividad eléctrica

Con el SIGMATEST, FOERSTER ha indcluido en su catalogo un equipo de medida estable y de confianza en su catálogo diseñado para medir la conductividad eléctrica. A modo de ejemplo, el SIGMATEST está aprobado para muchas aplicaciones de mantenimiento en aviación. En la industria, se utiliza en el control de calidad de productos de fabricación, el ensayo de combinaciones de materiales y la clasificación de metales, aleaciones o materiales reciclables. La determinación de daños por calor y la inspección en proceso en la fabricación y procesamiento en metalurgia son campos adicionales de aplicación.

Sigmatest

El dispositivo de medición portátil se caracteriza por cinco frecuencias de medida diferentes y una precisión de medición muy alta. Incluso a una alta frecuencia de 960 kHz, el dispositivo logra una precisión de medición muy elevada. Por lo tanto, incluso los materiales muy delgados se pueden medir con precisión. Además, el dispositivo de medición puede normalizar automáticamente el valor medido de la conductividad eléctrica a 20°C debido a la compensación de temperatura incorporada.