La conductivité électrique est une propriété physique qui mesure la capacité d'un matériau à conduire un courant électrique. En électrotechnique, elle est représentée par le symbole grec sigma (σ). L’unité SI de la conductivité électrique est le Siemens par mètre (S/m).
La capacité d’un matériau à conduire l'électricité dépend de plusieurs facteurs, tels que la présence d’électrons mobiles dans le matériau ou la géométrie du composant. En règle générale, la conductivité électrique augmente avec le nombre d’électrons mobiles. Ainsi, les substances solides ou granulaires présentent des conductivités variées.
En électrotechnique, la conductivité électrique est un facteur clé. En effet, la plupart des matériaux utilisés dans ce domaine sont hautement conducteurs. Par exemple, des composants électroniques sont montés sur des circuits imprimés faits de matériaux à forte conductivité, tandis que des matériaux non conducteurs sont employés comme isolants ou résistances d'isolation.
La conductivité électrique joue un rôle clé dans de nombreux secteurs industriels et applications diverses. Voici quelques exemples typiques où les matériaux sont testés pour leur conductivité électrique :
La conductivité électrique joue également un rôle crucial dans l'assurance qualité, en fournissant des informations sur les propriétés des matériaux. Cela permet de vérifier si un matériau est adapté à son usage prévu.
Chaque matériau possède une conductivité spécifique, qui peut varier dans une certaine plage. En combinant différents matériaux pour créer des alliages métalliques, on peut obtenir une conductivité électrique particulière pour ces mélanges.
La mesure de la conductivité électrique permet également d'identifier les matériaux, une technique couramment utilisée dans divers secteurs pour la reconnaissance des substances. Voici quelques applications potentielles :
La méthode de Van der Pauw est une technique couramment utilisée pour mesurer la conductivité électrique. Elle repose sur l’enregistrement de la chute de tension générée par un courant imposé. Le dispositif de mesure détermine ensuite la résistance électrique, laquelle peut être convertie en conductivité électrique, à condition que l'épaisseur du matériau soit connue.
Méthode Van der Pauw
Pour obtenir une mesure précise, il est nécessaire d’établir un contact avec le matériau à l'aide de quatre pointes. Cependant, cette étape peut introduire des erreurs en raison de la sensibilité de la qualité du contact. Des facteurs tels que la dégradation de la surface du matériau, les irrégularités ou l'usure des pointes de contact rendent cette mesure délicate, notamment dans des applications industrielles en série.
Dans ces contextes, la mesure de la conductivité électrique à l’aide de cette méthode peut présenter des difficultés importantes.
Les courants de Foucault génèrent des champs magnétiques alternatifs dans les matériaux conducteurs, qui s'opposent au champ primaire. Les inducteurs secondaires mesurent l'interaction entre ces champs, où les matériaux conducteurs influencent l'amplitude et la phase du champ secondaire en raison de la formation des courants de Foucault.
Le déphasage entre les champs primaire et secondaire permet d’évaluer la conductivité électrique. En étalonnant ce déphasage avec la conductivité, un appareil à courants de Foucault peut ainsi mesurer la conductivité d’un matériau.
L'un des principaux avantages de cette méthode est son caractère sans contact, ce qui la rend non destructive. Ainsi, la qualité de la surface mesurée n’est pas altérée.
Cependant, la distance entre la sonde à courants de Foucault et la surface mesurée influence considérablement la précision des résultats. C’est pourquoi la plupart des instruments disponibles sur le marché sont équipés de fonctionnalités permettant de mesurer avec précision cette distance.
La conductivité étant fortement dépendante de la température, toute différence de température entre l’objet testé et la sonde peut affecter la précision de la courbe d'étalonnage utilisée pour déterminer la conductivité. Il est donc essentiel que la tête du capteur soit thermiquement connectée au composant testé pour maintenir une température constante et garantir des mesures précises.
Mesurer la conductivité sur une surface courbée, telle qu’un cylindre, représente un défi supplémentaire. Lorsque le diamètre de la sonde dépasse le rayon de la surface à mesurer, la prise de mesure devient difficile. Pour résoudre ce problème, un appareil de mesure des courants de Foucault peut être calibré pour différents rayons. Il est crucial de choisir le rayon adéquat pour obtenir des mesures exactes.
La formation des courants de Foucault et le champ alternatif secondaire qu’ils génèrent dépendent également de la fréquence appliquée. Les courants de Foucault se forment généralement dans une plage de fréquences allant de quelques centaines de hertz à plusieurs kilohertz. À mesure que la fréquence augmente, les courants de Foucault deviennent plus intenses.
Pour mesurer des couches très fines, des fréquences aussi élevées qu'un mégahertz peuvent être nécessaires. Ainsi, l'étalonnage de l'appareil doit être effectué à différentes fréquences. À des fréquences et conductivités électriques extrêmement élevées, les exigences techniques pour le matériel de mesure sont renforcées en raison de la réduction de la sensibilité causée par l’effet de peau.
Un des principaux avantages des instruments à courants de Foucault est leur capacité à faciliter les tests en série automatisés sur les lignes de production. Grâce à la rapidité des séquences de mesure et à la méthode sans contact, ces instruments offrent des résultats avec une grande reproductibilité.
Le SIGMATEST de FOERSTER est un appareil éprouvé et fiable pour la mesure de la conductivité électrique. Il est particulièrement recommandé pour une large gamme d’applications de maintenance dans le secteur aéronautique, mais également dans l’industrie pour le contrôle qualité des produits fabriqués, l’analyse des combinaisons de matériaux, ainsi que pour le tri des métaux, alliages et matériaux recyclables. Par ailleurs, il est utilisé pour évaluer les dommages thermiques et pour les inspections en cours de processus dans les secteurs de la fabrication et de la métallurgie.
Ce dispositif portable se distingue par ses cinq fréquences de contrôle distinctes et sa grande précision. Il conserve une remarquable exactitude même à une fréquence de 960 kHz, permettant ainsi de mesurer avec précision des matériaux extrêmement fins. De plus, l’appareil est doté d’une compensation de température intégrée, ajustant automatiquement la valeur de conductivité mesurée à 20°C, garantissant des mesures fiables et cohérentes.