Elektrische Leitfähigkeit

Physikalische Grundlagen der Leitfähigkeitsmessung

Die elektrische Leitfähigkeit ist eine wichtige Materialeigenschaft. Die Leitfähigkeitsmessung gibt nicht nur Auskunft darüber, wie gut ein Metall elektrischen Strom leitet, sprich ob es eine hohe Leitfähigkeit oder eine niedrigere Leitfähigkeit hat, sondern die Messung gestattet auch indirekt Aussagen über dessen Zusammensetzung, Mikrostruktur oder mechanische Eigenschaften. So ist in vielen Anwendungen die Leitfähigkeit ein wichtiger Bestandteil der Prozesskontrolle oder Produktüberwachung sowie bei der Identifikation von Leckagen.

Das phasensensitive Wirbelstromverfahren wird gemäß der DIN EN 50994 Norm eingesetzt, um diese wichtige Größe der Leitfähigkeit zu bestimmen.

Wie funktioniert die Leitfähigkeitsmessung?

Die phasensensitiven Wirbelstromsonden bestehen aus einem Ferritkern, um den zwei Spulen gewickelt sind. Zunächst erzeugt ein Strom in der Erregerspule ein hochfrequentes Magnetfeld (kHz-MHz-Bereich). Dadurch entstehen in der Probe Wirbelströme.

Die Sonde des Leitfähigkeitsmessgeräts 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).

Dieser Phasenwinkel φ hängt direkt von der elektrischen Leitfähigkeit des Materials ab.

Messgeräte mit Lift-Off-Effekt

Bei dem phasensensitiven Wirbelstromverfahren hat die Amplitude der komplexen Impedanz keinen Einfluss auf das Messsignal. Aus diesem Grund muss die Sonde des Leitfähigkeitsmessgeräts nicht unmittelbar auf die zu prüfenden Objekte aufgesetzt werden. Durch eine Lift-Off-Kompensation sind exakte Messungen mit einem Abstand im Messbereich von etwa 200 - 700 µm möglich. Dieser Effekt kann genutzt werden, um die Leitfähigkeit von in Folie eingepackten oder lackierten Teilen zu prüfen.

Darauf sollten Sie bei der Messung der Leitfähigkeit achten

Alle elektro-magnetischen Mess-Verfahren wie auch die Leitfähigkeitsmessung sind vergleichend. Das bedeutet, dass das gemessene Signal mit einer im Gerät gespeicherten Kennlinie verglichen wird. Damit das Ergebnis des Leitfähigkeitsmessgeräts richtig ist, muss die Kennlinie an die aktuellen Begebenheiten angepasst werden. Die Lösung: Eine Kalibrierung des Messgeräts für die Leitfähigkeitsmessung.

Kalibrierung der Leitfähigkeitmessgeräte

Faktoren, die die Leitfähigkeitsmessung nach dem phasensensitiven Wirbelstrom-Verfahren stark beeinflussen können, sind vor allem die Temperatur und die Dicke des Prüfteils. Zusätzlich sollte der Bediener bei allen Messungen immer auf die korrekte Sondenposition des Messgeräts 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 der Leitfähigkeitssonden von Fischer mit einem Temperatur Sensor ausgestattet. Die Messung der Leitfähigkeit wird dadurch stark vereinfacht und dennoch bleibt eine hohe Messgenauigkeit gegeben.

Dicke des Prüfteils

Wenn die Dicke des Prüfteils zu gering ist, z. B. bei Münzen oder dünnen Blechen, ist die Ausbreitung der Wirbelströme begrenzt. Das kann den Messbereich stark beeinflussen. Daher muss die Eindringtiefe der Wirbelströme über die Sondenfrequenz entsprechend gewählt werden, um so mit dem Leitfähigkeitsmessgerät eine qualitativ hochwertige Messung zu erzeugen.

Bedienung des Messgeräts

Nicht zuletzt spielt es bei der Bestimmung der Leitfähigkeit auch eine große Rolle, wie das Leitfähigkeitsmessgerät bedient wird. Achten Sie stets darauf, dass die Sonde gerade und ohne Druck auf die Oberfläche aufgesetzt wird.

Leitfähigkeitsmessgeräte von Fischer

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