Fertigung und Erprobung eines Mikro-Wirbelstromsensors zur Abstandsmessung

Prüfspulenanordnungen

Nach der Lage des Sensors bezüglich des Prüfobjektes und unter Berücksich- tigung der vorliegenden Prüfaufgaben sowie der Erhöhung der Empfindlichkeit werden folgende Anordnungen und Verfahren unterschieden:

1. 
   Absolutverfahren
   

Bei den Absolutverfahren wird der Absolutwert des Scheinwiderstandes der Prüfspule oder die in der Messspule induzierte Spannung gemessen. Wird das Prüfobjekt durch die Spule geschoben (Bild 2.15), ändert sich die Messspannung an der Spule bzw. der Scheinwiderstand.
Primärspule

Messobjekt


2005 imt 5017-016
Sekundärspule
Bild 2.15: Spulenanordnung beim Absolutverfahren

Das Absolutverfahren ist nur zur Vermessung von Proben mit großen Unter- schieden in ihren Materialeigenschaften geeignet, weil die gemessenen Absolutwerte bei diesem Verfahren um ca. 1% schwanken.

2. 
   Vergleichsverfahren
   

Bei der Messung von Änderungen der Materialeigenschaften werden Vergleichsverfahren eingesetzt. Bei diesen Verfahren werden zwei identische Spulen verwendet, die gegeneinander geschaltet sind (Bild 2.16). Um ein reproduzierbares Messergebnis zu bekommen, wird stets dieselbe Spule als Bezugsspule verwendet.

^Messobjekt Sekundärspule

^Bezugsobjekt Bezugsspule

2005 imt 5017-017
Bild 2.16: Spulenanordnung bei den Vergleichsverfahren

Wenn zwei Proben in die Prüfspule und die Bezugsspule eingebracht werden und deren Eigenschaften übereinstimmen, ist die angezeigte Spannungsdifferenz gleich null. Wird dagegen die Prüfspule mit einer Probe mit anderen Eigenschaften versehen, wird eine Spannungsdifferenz angezeigt. Bei geeigneten Geräten mit hoher Messempfindlichkeit ist es möglich, eine Differenz von schon 1% zu messen. Bei dieser Messung können, aufgrund einer Erwärmung in der Bezugsspule, während der Messung Fehler im Messergebnis auftreten.

Primärspule

Messobjekt

Sekundärspule

2005 imt 5017-018
Bild 2.17: Spulenanordnung beim Selbstvergleichsverfahren

Die Messung von Materialfehlern ist beim Absolut- oder Vergleichsverfahren nicht möglich. Daher wird bei der Fehlerprüfung von Stangen und Rohren ein Selbstvergleichsverfahren verwendet. Bei gleicher Spulenanordnung wie im Vergleichsverfahren werden im Selbstvergleichsverfahren beide Spulen in einer zum Prüfobjekt nur geringen Entfernung positioniert (Bild 2.17). Die Probe wird bei diesem Verfahren mit sich selbst verglichen. Innerhalb des geringen gewählten Abstands variieren die Werte der Legierung und des Gefüges nicht wesentlich, sodass Materialfehler gemessen werden können.

Der Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass nur Fehler gemessen werden können, die in beiden Prüfspulen gleicher Ausdehnung und Form detektiert werden. In beiden Spulen sollte sich die gleiche Wirbelstromverteilung ausbilden. Die induzierte Spannung in gegeneinander geschalteten Messspulen kompensiert sich, infolge der gleichen Größe der Spulen und der Phasenverschiebung, um 180°. Bei der Messung ist es erforderlich, den Abstand zwischen den Spulen möglichst groß zu halten, um einen höheren Messwert der Permeabilitäts- und Abmessungschwankungen des Prüfobjektes zu bekommen.

5.