Pour mesurer la conductivité électrique en utilisant les courants de Foucault, des étalons sont nécessaires pour ajuster et contrôler la précision des instruments de mesure. Ces étalons garantissent la fiabilité des résultats obtenus et sont essentiels dans le cadre de systèmes de mesure sophistiqués.
Actuellement, deux principales normes de conductivité sont utilisées: la norme du PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt), qui est basée sur des mesures en courant continu (CC). La seconde est celle du NPL (National Physical Laboratory), reposant sur des mesures en courant alternatif (CA). Ces deux approches présentent des avantages et des inconvénients spécifiques, particulièrement dans le contexte de la mesure de la conductivité électrique par courants de Foucault.
La conductivité électrique, définie comme l'inverse de la résistivité, est une propriété intrinsèque des matériaux. Elle est calculée à partir de la chute de tension U mesurée lorsqu'un courant I traverse une section A d'un matériau de longueur L.
La conductivité ainsi mesurée correspond à la valeur moyenne de la conductivité du volume de matériau enregistré. Les éventuelles inhomogénéités du matériau sont moyennées sur l'ensemble du volume.
Contrairement à la mesure de conductivité en courant continu (CC), les mesures basées sur les courants de Foucault (courant alternatif, CA) sondent principalement une fraction réduite du volume du matériau située sous le capteur. Sous la surface active du capteur (par exemple, avec un diamètre de 14 mm), la densité des courants de Foucault diminue de manière exponentielle avec la profondeur. Par conséquent, le volume mesuré se concentre principalement dans la zone de surface correspondant à ce diamètre.
Pour convertir avec précision une valeur moyenne de conductivité obtenue par la méthode CC en une mesure par courants de Foucault, les conditions suivantes doivent être remplies :
Ces conditions sont rarement atteintes ou contrôlables dans les environnements réels. Des procédés tels que le laminage, le pressage ou les traitements de surface peuvent influencer ces trois paramètres de manière significative en fonction des caractéristiques du matériau.
Pour comprendre les erreurs potentielles dans la conversion des valeurs de conductivité CC en mesures CA, une étude approfondie a été menée dans le cadre du projet européen G6RD-CT-2000-00210 entre 2000 et 2003.
Les principales conclusions tirées de ce projet sont les suivantes :
Une méthode alternative pour mesurer la conductivité électrique repose sur l’utilisation d’un champ magnétique alternatif uniforme, généré par une bobine toroïdale. Lorsqu’un matériau est placé à l’intérieur de cette bobine, son impédance change, permettant de calculer la conductivité en fonction de cette variation, ainsi que des paramètres électriques et de la géométrie de la bobine. L’étalon primaire utilisé dans cette méthode se compose de deux moitiés, assemblées dans la bobine pour initier la mesure de la conductivité.
Pour transférer les valeurs de conductivité mesurées par l’étalon primaire, une bobine de sonde est utilisée à la place de la bobine toroïdale et placée sur la surface du matériau cible. L’impédance de cette bobine est mesurée par le même système, et les valeurs de conductivité obtenues à partir de l’étalon primaire sont corrélées avec l’impédance mesurée par la bobine de sonde.
Ces valeurs sont ensuite transférées vers un étalon secondaire. Le processus de transfert de la conductivité de l’étalon primaire (anneau) à l’étalon secondaire (plaque) via une bobine de détection reflète le principe de mesure utilisé par l’appareil portable SIGMATEST de FOERSTER.
Ce procédé présente l’avantage de prendre directement en compte l’incertitude des étalons, garantissant ainsi une plus grande fiabilité des mesures.
La conductivité électrique peut être déterminée à l’aide de la formule suivante:
où :
Avec l’arrivée du nouveau SIGMATEST 2.070, FOERSTER a intégré la méthode de mesure en courant alternatif (CA) basée sur l’étalonnage NPL pour les normes de conductivité. Cette évolution permet une meilleure correspondance avec la méthode des courants de Foucault, augmentant ainsi la précision des mesures en prenant en compte les principaux facteurs d’influence.
Malgré la transition vers la méthode de mesure en courant alternatif, le SIGMATEST 2.070 reste compatible avec les normes basées sur le courant continu (CC). Cela est rendu possible grâce à un étalonnage impliquant au moins deux normes en CC, qui permet d’ajuster la courbe de conductivité enregistrée dans l’appareil pour couvrir la plage souhaitée.
Cependant, FOERSTER recommande désormais d’utiliser des normes basées sur la mesure en courant alternatif pour obtenir une précision optimale et réduire les incertitudes dues aux écarts entre les méthodes CC et CA.
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