Phasensensitive Messung und die wichtigsten Einflussfaktoren
Mit dem phasensensitiven Wirbelstrom-Verfahren können gemäß ISO 21968 elektrisch leitende Beschichtungen auf vielen Untergründen geprüft werden: zum Beispiel Kupfer auf Leiterplatten oder Nickel auf Stahl oder isolierendem Werkstoff. Das phasensensitive Wirbelstromverfahren ist wenig empfindlich gegenüber vielen äußeren Einflüssen. Zum Beispiel stören die Krümmung des Prüfteils oder die Rauigkeit der Oberfläche kaum die Messung – ein großer Vorteil gegenüber der Magnetinduktion oder dem amplitudensensitiven Verfahren.
Physikalische Grundlagen
Für die Messung nach dem amplitudensensitiven Wirbelstrom-Verfahren werden Sonden mit einem Ferritkern benutzt. Um diesen Kern ist eine Spule gewickelt, die von einem hochfrequenten Wechselstrom durchflossen wird. Dadurch entsteht um die Spule herum ein hochfrequentes magnetisches Wechselfeld.
Kommt der Sondenpol in die Nähe eines Metalls, wird in diesem Metall ein Wechselstrom – der sogenannte Wirbelstrom – induziert. Dieser erzeugt ebenfalls ein magnetisches Wechselfeld. Da dieses zweite Magnetfeld dem ersten entgegengesetzt ist, wird das ursprüngliche Magnetfeld abgeschwächt. Wie stark diese Abschwächung ausfällt, hängt von dem Abstand des Pols zum Metall ab. Bei beschichteten Teilen entspricht genau dieser Abstand der Schichtdicke.
Darauf sollten Sie bei der Messung der Schichtdicke achten
Alle elektro-magnetischen Mess-Verfahren 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 Messgeräts für die Schichtdickenmessung.
Elektrische Leitfähigkeit
Die elektrische Leitfähigkeit beeinflusst, wie gut sich ein Wirbelstrom im Material induzieren lässt. Die Leitfähigkeit kann sich je nach Legierung und Verarbeitung eines Metalls stark unterscheiden. Zusätzlich variiert sie bei verschiedenen Temperaturen. Um den Kalibrieraufwand gering zu halten, haben die Wirbelstrom-Sonden von Fischer eine Leitfähigkeitskompensation. Sie liefern richtige Ergebnisse über eine große Spannweite von Leitfähigkeiten und müssen dafür nur auf dem jeweiligen Werkstoff normiert werden (Kalibrierung des Nullpunktes).
Anwendung auf gekrümmten Oberflächen
In der Praxis treten die meisten Messfehler aufgrund der Form des Prüfteils auf. Bei gekrümmten Oberflächen verändert sich der Anteil des Magnetfeldes, der durch die Luft geht. Wenn ein Messgerät z.B. auf einem flachen Blech kalibriert wurde, würde eine Messung auf einer konkaven Oberfläche zu erniedrigten – auf einer konvexen zu erhöhten Ergebnissen führen. Die Fehler, die so entstehen, können ein Vielfaches des eigentlichen Wertes der tatsächlichen Schichtdicke betragen!
Abhilfe schafft hier eine sorgfältige Kalibrierung. Fischer hat hier aber einen Weg gefunden, Zeit und Arbeit einzusparen – eine krümmungskompensierende Sonde. Mit dieser Spezial-Sonde können Sie fehlerfrei auf Rohren ab2 mm Radius messen, auch wenn das Gerät auf einem flachen Blech kalibriert wurde.
Anwendung bei kleinen, flachen Teilen
Ein ähnlicher Effekt kann auftreten, wenn das Prüfteil klein oder sehr dünn ist. Auch in diesem Fall greift das Magnetfeld über das Prüfteil hinaus und verläuft zum Teil in der Luft, was die Messergebnisse systematisch verfälscht. Um diese Fehler zu vermeiden, sollten Sie möglichst immer auf einem unbeschichteten Teil kalibrieren, das Ihrem Endprodukt entspricht. Dadurch liefert Ihr Schichtdickenmessgerät schnell zuverlässige Daten zur Dicke der Beschichtung.
Schichtdickenmessung bei rauen Oberflächen
Bei rauen Oberflächen kann das Ergebnis der Schichtdickenmessung verfälscht werden, je nachdem, ob der Sondenpol im Tal oder auf einer Spitze des Rauheitsprofils aufgesetzt wird. Bei solchen Messungen streuen die Ergebnisse stark und es empfiehlt sich, mehrere Wiederholungsmessungen zu machen, um einen stabilen Mittelwert bilden zu können. Generell ist die Schichtdickenmessung bei rauen Oberflächen nur sinnvoll, wenn die Schichtdicke mindestens doppelt so hoch ist wie die Rauheitsspitzen. Nur so lässt sich die Schichtdicke fehlerfrei messen.
Für bessere Genauigkeit bietet Fischer Sonden mit besonders großen Polen und 2-polige Sonden an. Diese Sonden integrieren über das Rauheitsprofil und reduzieren so die Messwertstreuung.
Bedienung des Schichtdickenmessgeräts
Nicht zuletzt spielt es bei der Bestimmung der Schichtdicke auch eine große Rolle, wie das Schichtdickenmessgerät bedient wird. Achten Sie stets darauf, dass die Sonde gerade und ohne Druck auf die Beschichtung aufgesetzt wird. Für eine bessere Genauigkeit kann auch ein Stativ verwendet werden, mit dem die Sonde automatisch auf das Prüfteil abgesenkt wird.
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