Elektrische Leitfähigkeit
Messen mit der Leitfähigkeitsmethode.
Die elektrische Leitfähigkeit ist eine wichtige Materialeigenschaft. Die Leitfähigkeitsmessung gibt Auskunft über die spezifische elektrische Leitfähigkeit eines Metalls und ermöglicht Rückschlüsse auf dessen Zusammensetzung, Mikrostruktur und mechanische Eigenschaften. So ist in vielen Anwendungen die Leitfähigkeit ein wichtiger Bestandteil der Prozesskontrolle oder Produktüberwachung.
So funktioniert die elektrische Leitfähigkeitsmessung.
Die phasensensitiven Wirbelstromsonden bestehen aus einem Ferritkern, um den zwei Spulen gewickelt sind. Zunächst erzeugt ein Strom in der Erregerspule ein hochfrequentes Magnetfeld (meist im kHz-Bereich). Dadurch entstehen in der Probe Wirbelströme.
Die Sonde beinhaltet eine zweite Spule – die Messspule, die den Wechselstromwiderstand (Impedanz) misst. Diese Sondenimpedanz wird durch die Wirbelströme im Probekörper modifiziert und ist im Vergleich zu dem Erregerstrom (Sonde ohne Probe) phasenverschoben (Phasenwinkel φ).
Der Phasenwinkel φ hängt von der Schichtdicke und der elektrischen Leitfähigkeit des Materials ab. Wenn die Beschichtung oder das Schüttgut sättigungsdick ist, wird der Phasenwinkel im Gerät mit einer gespeicherten Kennlinie verglichen und in die Leitfähigkeit umgerechnet.
Was passiert beim Lift-Off-Effekt?
Für die Leitfähigkeit hat die phasensensitive Wirbelstrommethode einen nützlichen Vorteil. Da wir den Phasenwinkel messen, muss die Sonde nicht in direktem Kontakt mit dem Material stehen. Stattdessen kann zum Beispiel die Leitfähigkeit von Goldmünzen innerhalb einer Kunststoffschutzhülle gemessen werden.
Wo kommt dieses Verfahren zum Einsatz?
- Leitfähigkeit von Aluminiumlegierungen für Anodisierungsprozesse
- Leitfähigkeitsmessung für dekorative Eloxalschichten
Welche Faktoren können die Messung beeinflussen?
Alle elektromagnetischen Messverfahren sind vergleichend. Das bedeutet, dass das gemessene Signal mit einer im Gerät gespeicherten Kennlinie verglichen wird. Damit das Ergebnis richtig ist, muss die Kennlinie an die aktuellen Begebenheiten angepasst werden. Das geschieht mit einer Kalibrierung des Messgerätes für Leitfähigkeitsmessungen.
Die richtige Kalibrierung macht’s
Faktoren, die die Leitfähigkeitsmessung nach dem phasensensitiven Wirbelstromverfahren stark beeinflussen können, sind die Temperatur und die Dicke des Prüfteils. Zusätzlich sollte der Bediener bei allen Messungen immer auf die korrekte Sondenposition achten.
Einfluss der Temperatur auf die Messergebnisse
Die Temperatur beeinflusst stark die Leitfähigkeit eines Metalls. Deshalb wird per Konvention die Leitfähigkeit bei der Bezugstemperatur von 20 °C angegeben. Wenn die Umgebungstemperatur bei der Leitfähigkeitsmessung abweicht, kann die gemessene Leitfähigkeit in die konventionelle Angabe umgerechnet werden. Dafür sind einige unserer Sonden mit einem Temperatursensor ausgestattet. Die Messung der Leitfähigkeit wird dadurch stark vereinfacht, dennoch ist eine hohe Messgenauigkeit gegeben.
Dicke des Prüfteils
Um die Wirkung von Wirbelströmen im untersuchten Material aufrechtzuhalten, ist insbesondere bei einer dünnen Probe (z. B. flaches Blech) darauf zu achten, dass die messfrequenz- und materialabhängige Mindestdicke gewährleistet ist.
Bedienung des Leitfähigkeitsmessgerätes
Nicht zuletzt spielt bei der Leitfähigkeit auch eine große Rolle, wie das Gerät bedient wird. Achten Sie stets darauf, dass die Sonde gerade aufgesetzt wird. Für eine bessere Genauigkeit kann auch ein Stativ verwendet werden, mit dem die Sonde automatisch auf das Prüfteil abgesenkt wird. Zudem bieten wir für verschiedene Sonden Aufsetzhilfen, wie z. B. Prismen für gekrümmte Oberflächen.
Welche Norm kommt hier zur Anwendung?
Messung der elektrischen Leitfähigkeit nach DIN EN 50994