I diversi tipi di standard di calibrazione per la misurazione della conducibilità elettrica.

Per la misurazione della conducibilità elettrica mediante correnti parassite, lo strumento di misura deve essere regolato seguendo degli standard precisi. Questi standard sono essenziali per l'accuratezza della misura dei sistemi.

Attualmente esistono due tipi di standard di conducibilità. Da un lato, ci sono gli standard del PTB (Physikalisch-Technische Bundesanstalt), che sono determinati con una misurazione in corrente continua (DC). Dall'altro, ci sono gli standard dell'NPL (National Physical Laboratory), basati su una misurazione in corrente alternata (AC). Di seguito vengono descritti entrambi i metodi con i loro vantaggi e svantaggi per la misurazione della conducibilità elettrica mediante correnti parassite.

1. Misura della conducibilità "DC" - calibrazione PTB

La conduttività è il reciproco della resistività di un materiale. Come parametro caratteristico del materiale, la resistività è determinata dalla caduta di tensione U registrata ai suoi capi quando una corrente impressa I viene fatta passare per un provino di areai A e lunghezza L.

La conduttività così misurata corrisponde al valore medio di conduttività del volume di materiale registrato. Eventuali disomogeneità del materiale vengono calcolate come media sull'intero volume.

1.2 Trasferimento dei valori di conducibilità "DC" (PTB) al nostro conduttimetro "AC"

Rispetto alla misura in corrente continua della conducibilità, durante la misurazione delle correnti parassite viene rilevata solo una piccola frazione di volume del materiale al di sotto del sensore. Sotto la superficie attiva del sensore (ad esempio, con un Ø di 14 mm) la densità di correnti parassite diminuisce esponenzialmente con l'aumentare della profondità, vale a dire che il volume di materiale registrato si concentra principalmente nell'area superficiale all'interno di questo diametro.

Per trasferire direttamente il valore medio in corrente continua della conduttività del materiale alla misura delle correnti parassite, devono essere soddisfatti almeno i seguenti requisiti:

1. Il materiale è completamente omogeneo.
2. La superficie immediata ha la stessa conduttività dell'intero materiale.
3. Il materiale è isotropo in termini di conduttività, cioè non presenta alcuna dipendenza direzionale.

Questi importanti prerequisiti non possono essere completamente soddisfatti o controllati nella pratica. Le fasi di processo come la laminazione, la pressatura o il trattamento superficiale devono sempre presupporre la presenza di queste tre influenze. A seconda del materiale, queste influenze possono variare notevolmente nelle loro caratteristiche.

Per determinare i possibili errori durante il trasferimento dei valori di conducibilità in corrente continua alla misura in corrente alternata, tra il 2000 e il 2003 è stato realizzato il progetto UE G6RD-CT-2000-00210.

Sono stati tratti i seguenti risultati e conclusioni:

• A causa delle possibili influenze materiali sopra menzionate, che non possono essere completamente registrate, nel passaggio dai valori in corrente continua alla misura in corrente alternata si deve sempre tenere conto di un errore pari ad almeno lo 0,5% del valore misurato. Questo errore, causato dalle deviazioni tra i metodi DC e AC, rappresenta un limite minimo inferiore per l'incertezza, al di sotto del quale non si può scendere.
• Le differenze DC / AC sono specifiche del materiale. In particolare, le influenze dell'anisotropia legata alla produzione e le tensioni superficiali determinano deviazioni della conduttività, che ad esempio per il Cu sono ≥ 1% del valore misurato.

2. Misura della conduttività "AC" - calibrazione NPL

Un altro modo per misurare la conducibilità elettrica è quello di utilizzare un campo magnetico alternato omogeneo, ad esempio una bobina toroidale. Se il materiale viene posizionato nella bobina, la sua impedenza cambia. La conducibilità elettrica può essere calcolata in base a questa variazione, ai parametri elettrici e alla geometria della bobina. Lo standard primario è composto da due metà. Per misurare la conduttività, queste vengono riunite nella bobina e si avvia la misurazione.

2.1 Trasferimento dei valori di conducibilità "AC" (NPL) al nostro conduttimetro "AC"

Per trasferire la conduttività elettrica ormai nota dello standard primario, si utilizza una bobina di sonda al posto della bobina toroidale posizionata sulla superficie. L'impedenza della bobina viene misurata con la stessa elettronica. I valori di conducibilità dello standard primario sono ora correlati all'impedenza della sonda.

A questo punto, il valore di conducibilità può essere trasferito a uno standard secondario. Il metodo per trasferire i valori di conducibilità dallo standard primario (anello) allo standard secondario (piastra) con una bobina di rilevamento è identico al principio di misura del dispositivo di misura mobile SIGMATEST di FOERSTER. Pertanto, l'incertezza degli standard può essere rilevata direttamente.

La conducibilità elettrica può essere calcolata con la seguente formula:

where:

• σ = conduttività dell'anello in S/m
• b = larghezza media dell'anello standard in m
• t = spessore medio dell'anello standard in m
• μ₀ = costante magnetica, 4𝝅.10-⁷ H/m
• N = numero di spire nell'avvolgimento = 30
• R*m = resistenza alle correnti parassite
• l = le circonferenze medie dell'anello standard in m𝝅

3. Il futuro degli standard di conducibilità FOERSTER

Con il nuovo SIGMATEST 2.070, FOERSTER riporterà gli standard di conducibilità al metodo di misurazione AC dell'NPL. Tenendo conto dei rispettivi fattori di influenza, gli standard sono direttamente confrontabili con il metodo a correnti parassite e offrono quindi una precisione di misura complessivamente migliore rispetto agli standard PTB.

4. I test basati sui valori del PTB sono ancora possibili

Anche dopo il passaggio al metodo di misura CA, è possibile impostare il SIGMATEST 2.070 per gli standard CC. A tal fine, è possibile eseguire una calibrazione con due o più standard DC. Di conseguenza, la curva di conducibilità memorizzata nello strumento viene adattata all'intervallo richiesto. In futuro, FOERSTER raccomanda l'uso di standard basati sulla misurazione in corrente alternata.

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