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Phasensensitives Wirbelstrom-Verfahren

Physikalische Grundlagen der Schichtdickenmessung

Die phasensensitive Wirbelstrom-Methode ist eine Abwandlung des herkömmlichen, amplitudensensitiven Wirbelstrom-Verfahrens für die Schichtdickenmessung . Mit dem phasensensitiven Wirbelstrom-Verfahren können gemäß ISO 21968 elektrisch leitende Beschichtungen auf beliebigen 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 . Deswegen eignen sich phasensensitive Sonden sehr gut, um ohne zusätzliche Kalibrierung die Zinkdicke auf Kleinteilen in der Galvanik zu prüfen.

Wie funktioniert die phasensensitive Wirbelstrom-Methode?

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 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. Bei bekannter Leitfähigkeit wird der Phasenwinkel im Gerät mit einer gespeicherten Kennlinie verglichen und in ein Schichtdickenwert umgewandelt.

Lift-Off-Effekt

Für die Schichtdickenmessung hat die phasensensitive Wirbelstrom-Methode einen großen Vorteil. Wie oben beschrieben, entsteht hier das eigentliche Messsignal direkt in der Beschichtung. Das unterscheidet das Verfahren wesentlich von der Magnetinduktion und dem amplitudensensitiven Verfahren, bei denen die Abschwächung des Signals aus dem Grundwerkstoff gemessen wird. 

Aus diesem Grund muss die Sonde nicht unmittelbar auf die metallische Schicht aufgesetzt werden, Sondern es können, wie z. B. bei der Duplex -Messung, auch Metallschichten unterhalb einer Lackierung gemessen werden.

Darauf sollten Sie bei Ihrer Messung achten

Alle elektro-magnetischen 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.

 

 

Die richtige Kalibrierung macht’s!

Faktoren, die die Schichtdickenmessung nach dem phasensensitiven Wirbelstrom-Verfahren stark beeinflussen können, sind vor allem die elektrische Leitfähigkeit und die Permeabilität der Werkstoffe. Kritisch ist zudem die Dicke des Prüfteils. Zusätzlich sollte der Bediener bei allen Messungen immer auf die korrekte Sondenposition achten.

 

 

Elektrische Leitfähigkeit

Die Leitfähigkeit der Beschichtung und des Grundwerkstoffs bestimmen die Dichte der induzierten Wirbelströme und haben somit einen direkten Einfluss auf die Schichtdickenmessung. Deswegen muss das Gerät mit der korrekten Kombination aus Grundwerkstoff und Beschichtung kalibriert werden, nämlich mit den Materialien, auf denen später real gemessen werden soll.

 

 

Dicke des Prüfteils

Bei metallischen Grundwerkstoffen entstehen nicht nur im Schichtmaterial Wirbelströme, sondern auch im Substrat. Ist das Substrat sehr dünn (z. B. flaches Blech), ist darauf zu achten, dass die messfrequenz- und materialabhängige Mindestdicke gewährleistet ist. 

Bedienereinfluss

Nicht zuletzt spielt es auch eine große Rolle, wie das Messgerät bedient wird. Achten Sie stets darauf, dass die Sonde gerade und ohne Druck auf die Oberfläche 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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