DE2659073A1

DE2659073A1 - Verfahren und vorrichtung zur bestimmung einer eigenschaft von testmaterialien

Info

Publication number: DE2659073A1
Application number: DE19762659073
Authority: DE
Inventors: Gordon Ralph Brown
Original assignee: K J LAW ENGINEERS Inc
Current assignee: K J LAW ENGINEERS Inc
Priority date: 1975-12-29
Filing date: 1976-12-27
Publication date: 1977-07-07
Also published as: CA1056915A; JPS5283267A; GB1572034A; JPS5528026B2; FR2337340A1; DE2659073B2; DE2659073C3; FR2337340B1; US4095180A

Description

BLUMBACH . WESER · BERGEN · KRAMER

ZWiRNER - HIRSCH 26 5 J

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN

Postadresse München: Patentcorsult 8 München 60 Radedcestraße 43 Telefon (089) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-186237 ■

K.J. Law Engineers, Inc.

23660 Research Drive

Farmington Hills, Michigan 48024, U.S.A.

Verfahren und Vorrichtung zur Bestimmung einer Eigenschaft von Testmaterialien

Die Erfindung bezieht sich auf die Bestimmung einer Charakteristik von Testmaterialien nach dem Oberbegriff des Anspruches 1, und zwar im Sinne von Leitfähigkeitstests, insbesondere von Nicht-Eisen-Metallen, wobei eine elektromagnetische Induktion oder das Prinzip der Erzeugung von Wirbelstrom benutzt wird.

In zerstörungsfreien Prüfmethoden sind Testgeräte einschließlich von Leitfähigkeitsmessern benutzt worden, die auf dem Prinzip der Wirbelstrommessung beruhen. In einem solchen Gerät wird eine Primär spule mit Wechselstrom nahe dem zu testenden Material angeordnet und induziert ein elektromagnetisches Feld in dem Material. Wenn das Material leitfähig ist, verursacht das induzierte Feld Wirbelströme, die mit einer Amplitude und Phase relativ zu dem induzierenden Strom fließen, und zwar als Funktion verschiedener Materialeigenschaften wie Werkstückgestalt, Risse, Lunker, Permeabilität und Leitfähigkeit. Die so in dein Material induzierten Yirbelstrc~s verursachen ein zweites magnetisches Feld, welches durch eine zweite Aufnahmespule festge-

München: Kramer - Dr. Weser · Hirsch — Wiesbaden: Blurnbacn · Dr. Bergen · Zwirner

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τ. —

stellt werden kann, die in der Nähe des Materials angeordnet ist, so daß das zweite magnetische Feld zur Bestimmung von Testmaterialeigenschaften analysiert werden kann.

Bei bekannten Leitfahigkeitsmeßgeräten unter Benutzung des Prinzips des Wirbelstroms wird allgemein die Amplitude des sekundären magnetischen Feldes gemessen, das heißt, das von den Wirbelströmen induzierte magnetische Feld, in dem die zweite Aufnahme- oder Prüfspule beispielsweise in eine Meßbrücke eingeschaltet wird. Die anderen Widerstandszweige der Brücke werden dann so verändert, bis die Brücke abgeglichen ist. Auf diese Weise kann die Amplitude des Wirbelstromes, die mit der Leitfähigkeit in Beziehung steht, bestimmt v/erden. Wie jedoch nachfolgend gezeigt wird, ändert sich die Amplitude der induzierten Spannung in der Sekundärspule direkt mit der Signalfrequenz und mit der induktiven Kopplung zwischen den Spulen und dem Testmaterial. Daher müssen die Testfrequenz und die Abstände zwischen dem Teil und den Spulen sehr genau aufrecht erhalten werden, um eine zuverlässige Ablesung zu erzielen. Beide Parameter sind aber in der tatsächlichen Praxis schwer konstant zu halten. Ferner ist die Leitfähigkeitsskala eines solchen Instruments nicht linear und im umgekehrten Verhältnis zur Frequenz. Ferner müssen solche Geräte für jede Ablesung neu geeicht werden, indem beispielsweise die Brücke erneut auf Null gestellt wird. Leitfähigkeitsablesungen werden gewöhnlich von Zeigergeräten abgenommen, die einem oder mehreren Impedanzsteuerzweigen zugeordnet sind, und zwischen benachbarten SkäXenmariiieruiigcii einas oder msürerer Geräte cuß ggf. eine Interpolation vorgenommen werden. Daher machen solche Geräte einen

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geschickten Bedienungsmann erforderlich und außerdem sind solche Geräte platzaufwendig, teuer und trotz ihrer schwierigen Bedienungsweise höchst unzuverlässig.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Leitfähigkeitsmessung insbesondere von NichtEisen-Metallen unter Benutzung des Prinzips der Wirbelstromerzeugung vorzuschlagen, welches wirtschaftlich realisiert werden kann, welches zuverlässig ist und ständig genaue Meßergebnisse liefert, welches leicht zu benutzen ist und/oder welches mindesten im wesentlichen die geschilderten Nachteile und Beschränkungen der bekannten Meßverfahren beseitigt·

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Maßnahmen des Hauptanspruches gelöst, und durch die v/eiteren Maßnahmen der Unteransprüche ausgestaltet und weitergebildet.

Bei der Erfindung wird eine stark reduzierte Empfindlichkeit - zu - elektromagnetischer Kopplung zwischen den Prüfspulen und dem Prüfling verwendet, so daß die Erfindung vorteilhaft zur Bestimmung der Leitfähigkeit von Testmaterial verwendet werden kann, welches einen nicht ebenen Umriß oder eine rauhe Oberfläche aufweist.

Mit dem neuen Verfahren und der neuen Vorrichtung wird die Leitfähigkeit von Tes'tmaterial, welches von einer Schutsschicht aus Farbe oder Kunststoff überzogen ist, zuverlässig festgestellt, wobei die sonst schädlichen Auswirkungen der Schwankungen der

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Kopplung zwischen Spule/Material so weit reduziert sind, daß zuverlässige Ablesungen auch in solchen Fällen erhalten werden können, wenn die Prüfspulen von Hand in enger Nachbarschaft zu dem Prüfmaterial von einer ungelernten Bedienungsperson gehalten werden.

Bei dem neuen Verfahren bzw. der neuen Vorrichtung wird ferner die gemessene Leitfähigkeit direkt in Prozenten einer gewählten Norm angegeben, beispielsweise.der "International Annealed Copper Standard (% IACS)¹J Es ist möglich, Leitfähigkeitsmessungen bis zu einem Prozent IACS Genauigkeit und 0,1 % IACS Auflösung zu liefern.

Gemäß Erfindung ist festgestellt worden, daß für Nicht-Eisen-Testmaterialien mit einer vorbestimmten minimalen Größe mit Bezug auf die Prüfspulen die Leitfähigkeit eines Prüflings als direkte lineare Funktion der Periode des induzierenden Stromes bei einem gegebenen Phasenwinkel zwischen dem induzierenden Strom und der induzierten Spannung gemessen werden kann. Im einzelnen kann die Leitfähigkeit eines Nicht-Eisen-Metalls mit einer Vorbestimmten minimalen Größe gemäß Erfindung dadurch gemessen werden, daß ein periodisches Induktionssignal an eine Primärspule angelegt wird, die in der Nähe des Prüflings angeordnet ist, daß ein induziertes Signal als Funktion der in dem Material induzierten Wirbelströme durch den Strom der Primärspule entwickelt wird, daß der Phasenwinkel zwischen dem induzierenden und dem induzierten Signal gernessen wird, daß die Frequenz des induzierten Signals so lange geändert wird, bis

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der Phasenwinkel zwischen dem induzierenden und dem induzierten Signal einen vorbestimmten Wert erreicht, daß die Periode des induzierenden Signals bei dieser Frequenz gemessen wird, und daß die gemessene Periode als eine geeichte Funktion in % IACS wiedergegeben wird.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt:

Fig. 1 eine bevorzugte Schaltung des Wirbelstrom-Leitfähigkeits-Meßgeräts;

Fig. 2 ein Vektordiagramm zur Darstellung der Impedanzeigenschaften eines Prüflungs; und

Fig. 3 ein Polarvektordiagramm zur Erläuterung des Prinzips und der Wirkungsweise der Erfindung.

Wie in Fig. 1 dargestellt, sind eine Primärspule 20 und zwei Sekundär spulen 22, 24 in enger Nachbarschaft zu einem Prüfling 26 angeordnet. Über einen Leiter 28 erhält die Primärspule 20 als induzierenden Strom ein periodisches Signal und Wirbelströme werden in dem Prüfling 26 unter anderem als Funktion der Materialleitfähigkeit induziert. Die sekundären Spulen 22 und 24 sind mit Bezug auf die Spule 20 so angeordnet und miteinander in solcher Weise verbunden, daß zwischen der Ausgangsleitung 30 der Sekundär spule und der gemeinsamen Erdleitung 32 eine Spannung als Differenzsignal erhalten wird, die sich als Funktion des von den" Wirbelstrosen in dem Prüfling 25 erzeugtan elektrcmag-

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neti scher; Feldes ändert, aber unabhängig von einer direkten Kopplung z'-viscben der Primär spule 20 und den Sekundär spulen 22, 24 ist.

Das auf der Leitung 30 induzierte Signal wird einem Integrator aus einem Widerstand 34, einem Verstärker 36 und einem-Kondensator 30 zugeführt, welcher ein Ausgangssignal erzeugt, welches sich als eine Integralfunktion des induzierten Spannungssignals der Leitung 30 ändert. Das Ausgangssignal des Integrationsverstärkers 36 wird einem Schaltverstärker 40 zugeführt, der an seinem Ausgang ein Rechteckwellensignal mit einer Frequenz des induzierten Spannungssignals in den Spulen 22, 24 abgibt, welches jedoch um 90° mit Bezug auf diese verschoben ist. Die Primärspule 20 ist über einen Widerstand 42 mit Erde 32 verbunden, an dem eine Spannung abfällt, die an dem Eingang eines Schaltverstärkers 44 anliegt, an dessen Ausgang ein Rechteckwellensignal mit einer Frequenz und einem Phasenwinkel des induzierenden Signals der Spule 20 abgegeben wird.

Die Ausgangssignale der Schaltverstärker 40, 44 sind mit den jeweiligen Eingangsleitungen eines Phasendetektors verbunden, der ein Exklusiv-Oder-Gatter 46 aufweist, dessen Ausgang über die Serienschaltung eines Widerstandes 48 und eines Kondensators 50 mit Erde 32 verbunden ist. Das Ausgangssignal des Exklusiv-Oder-Gatters 46 ist niedrig oder eine logische Null, wenn die 'jeweiligen Ausgangs signale der 'verstärker 40, 44 gleich sind

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(hoch oder niedrig), und das Ausgangssignal ist hoch oder eine logische Eins, wenn die jeweiligen Ausgangssignale der Verstärker 40, 44 unterschiedlich sind. Der Widerstand 48 und der Kondensator 50 wirken als Tiefpaß-Filter und über dem Kondensator fließt ein Gleichstrom-Analogsignal, dessen Amplitude proportional zum Zwangszyklus des Ausgangs des Gatters 46 ist und daher proportional zum Verhältnis des Phasenwinkels zwischen dem induzierten und induzierenden Signal, wie diese durch die Ausgangssignale der jeweiligen Verstärker 40, 44 repräsentiert werden. Das Phasenverhältnis-Signal am Kondensator 50 liegt an dem einen Eingang eines Abweichungs- oder Fehlerverstärkers 52, an dessen anderem Eingang ein Referenzsignal anliegt, welches von dem mittleren Verbindungspunkt eines Spannungsteilers zwischen Widerständen 54 und 56 entnommen wird, die zwischen einer Spannungsquelle V+ und Erde 32 liegen. Der Widerstand 56 ist einstellbar, um eine Faktor-Voreinstellung des Referenzeingangssignals an den Verstärker 52 auf einen vorgewählten Pegel zu schaffen, der repräsentativ für eine vorbestimmte Phasenbeziehung zwischen dem induzierten und dem induzierenden Signal ist. Das Verfahren der Bestimmung des Referenzpegels wird später erläutert.

Das Ausgangssignal des Verstärkers 52, welches die Differenz zwischen dem gemessenen und der gewünschten Phasenbeziehung zwischen dem induzierten und dem induzierenden Signal enthält, wird an einen spannungsgesteuerten Oszillator 58 gegeben, der gepufferte Ausgangssignale 60, 62 als Funktion des Steuersig-

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nals des Verstärkers 52 liefert. O"bzv;ar die periodischen Ausgangssignale 6O, 62 eine Sir-usiorm aufweisen können, wurde •festgestellt, daß dreieckförinige oder zick-zack-förmige periodische Ausgangssignale mit weniger Aufwand erzeugt werden können als rein sinusförmige Signale, und solche Signale werden deshalb ohne schädliche. Auswirkung auf die Gerätegenauigkeit bevorzugt verwendet. Das Ausgangssignal 60 gelangt über die Leitung 28 zur Primärspule 20.

Das Ausgangssignal 62 des Oszillators wird an einen Frequenzteiler 64 gegeben, welcher erstens das Oszillator-Ausgangssignal um einen vorgewählten Maßstabsfaktor dividiert, um die Auswirkung von Rauschen und Signalflackern auf die Ausgangssignalwiedergabe zu verringern, und zweitens teilt der Frequenzteiler 64 die normierte oder geeichte Frequenz um 2, um ein Signal zu liefern, welches die Periode der geeichten Frequenz enthält. In anderer Darstellung enthält der Frequenzteiler 64 einen ersten Frequenzteiler zur Verringerung der Frequenz des Oszillator-Ausgangssignals 62 um einen vorbestimmten Maßstabsfaktor und einen zweiten Frequenzteiler zur Teilung des Ausgangs dieses ersten Teilers um 2 und um auf diese Weise ein Signal zu erhalten, welches die Periode des ersten Teilerausgangs anzeigt, d*h., hoch während der ersten.Periode des Ausgangssignals des ersten Teilers ist, niedrig während, der zweiten Periode, hoch während der dritten Periode usw. Das Ausgangssignal des Frequenzteilers 64 wird an den einen Eingang eines Und-Gatters 66 geführt, dessen zweiter Eingang mit einem Referenzoszillator 68

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in Verbindung steht. Das Ausgangssignal des Und-Gatters .66 enthält somit das Ausgangssignal des Oszillators 68, welches von dem Ausgangssignal des Frequenzteilers 64 getastet wird, und liefere ein Maß oder einen Zählstand der Periode des Oszillator-Ausgangs signals 62 dividiert um den Maßstabsfaktor. Das Ausgsngssignal des Und-Gatters 66 gelangt in einen Wiedergabezähler 70 und eine zugeordnete siebenstellige Wiedergabeeinrichtung 72, um eine digitale Ablesung als Funktion der gemessenen Periode zu liefern.

Die Wirkungsweise der in Fig. 1 gezeigten Schaltung des Leitfähigkeitsmessers kann auf theoretischer Basis wie folgt erläutert werden. Der in der Primärspule 20 fließende Strom kann durch folgende Gleichung ausgedrückt v/erden:

^sin

Dabei ist ui die Erregungsfrequenz, ausgedrückt in rad/s. Obzwar ein dreieckförmiger Erregungsstrom aus wirtschaftlichen

„ Gründen gegenüber einer reinen Sinuswelle bevorzugt wird, wurde festgestellt, daß dies zu keinen merklichen Unterschieden in den Ergebnissen führt. Die theoretischen Berechnungen wurden ursprünglich auf die Erregung mit sinusförmigem Erregungsstrom konzipiert und v/erden auch weiterhin für alle praktischen Zwecke für brauchbar gehalten. Der in dem Prüfling 26 durch den Strom in der Spule 20 induzierte Strom kann wie folgt ausgedrückt

■ werden:

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i₂₆ = ω ^Μ2ο/26 ^τ ^cos ^ (2)

₂₆

R₂₆ + j CJ

Dabei stellen Rp₆ und Lp₆ den Widerstand "bzw. die Induktivität des Prüflings 26 dar, Mp₀ /_or~ ist die gegenseitige Induktanz oder die Kopplung zwischen der Spule 20 und dem Material 26, und j ist der imaginäre Einheitsvektor gleich der Quadratwurzel von -1. Unter Bezugnahme auf Fig« 2, die ein Vektordiagramm für das Impedanzverhalten des Materials 26 darstellt, ist folgendes ersichtlich:

0 = arc tan ^2ß ■ (3)

^R26

Nach geeigneter Faktorumwandlung und Subsitution kann die Gleichung (2) überführt v/erden auf:

2D -_f=ü^ü— cos (ait -

Die in den gegeneinander geschalteten Spulen 22, 24 induzierte Spannung, die zwischen der Leitung 30 und Erde 32 erscheint, kann wie folgt ausgedrückt v/erden:

0/26 26/22

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Dabei ist ^M2g/22 24 ^die S^eC^n>seitige Induktanz oder Kopplung zwischen dem Prüfling 26 und den Spulen 22, 24. Obzwar die durch die Gleichung (5) ausgedrückte Spannung für Zwecke der Leitfähigkeitsanalyse verwendet werden kann, wird darauf hingewiesen, daß die Amplitude dieses Ausdrucks mit der Erregungsfrequenz (cj) sich ändert. Um den dynamischen Bereich des Schalt verstärkers, des Phasendetektorgliedes 46 usw. zu verringern, wird die in Gleichung (5) ausgedrückte Spannung vom Verstärker 36 integriert und folgendes erhalten:

= - fi^M2p/26 ^M26/22. 24 ^Σ cos (cit - 0) .(6)

Wenn versucht werden würde, eine Leitfähigkeitsmessung durch Vergleich der Amplituden der Gleichungen (1) und (6) zu erhalten, müssten die Frequenz (ίύ) und die gegenseitige Kopplung zwischen dem Prüfling und den Spulen, d.h., M₂₀ /₂g und M₂6/22 24 ^kons'^fcan"^i; gehalten v/erden. Dies ist in der Praxis schwierig zu erreichen, insbesondere wenn die Spulen als mit der Hand zu haltende Sonde ausgebildet werden müssen und die gegenseitige Kopplung zwischen den Spulen und dem Prüfling stark mit der Oberflächenkontur, der Oberflächenbeschichtung oder der Sondenorientierung sich ändern können. Aus den Gleichungen (1) und (6) ist aber ersichtlich, daß wenn der Erregungsstrom ip_Q mit sin 6:t sich ändert, siel: die integrierte Spannung e^g der Siku^dä

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JtS

mit cos (Git - 0) ändert. Wenn der Prüfling 26 aus einem Nicht-Eisen-Metall besteht, d.h., die relative Permeabilität gleich Eins ist, und wenn der Prüfling im Bereich der Sonde genügend groß ist, kann die Induktanz des Prüflings 26 (Lp6^ als eine geometrische Konstante angesehen werden oder anders ausgedrückt, die Induktanz des Prüflings kann für Testproben mit mindestens einer vorbestimmten minimalen Größe als konstant angesehen werden. Im großen und ganzen hängen die minimale Oberflächengröße und die Tiefenabmessung des Prüflings , für welche die obige Annahme zutreffend ist, von den Spulendurchmessern und der Erregungsfrequenz ab. Wenn die Spulen ungefähr einen halbzölligen Durchmesser aufweisen und der Erregungsstrom im Bereich von 5 bis 250 Kilohertz gewählt wird, ist die minimale Prüflingsgröße ungefähr '! Zoll Durchmesser auf ein Zehntel Zoll Dicke. Das Verfahren der richtigen Auswahl des Frequenzbereiches wird später erläutert.

Wenn L₂g als Konstante angesehen werden kann, reduziert sich die Gleichung (3) wie folgt:

ω _ 1 tan 0 (7)

^R26 ^L26

Wenn der Phasenwinkel, bei dem die Messung auszuführen ist, vorgewählt und konstant gehalten wird, vereinfacht sich die Gleichung (7) noch weiter:

f = % ■ ^{k1 R}26
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Dabei ist K eine Konstante gleich tan 0/2IY Lpg „ Wenn die Frequenz f auf die Periode T und der Wi der standswert R^- auf die Leitfähigkeit G₂g umgeschrieben wird, nimmt die Glei chung (8) folgende Form an:

^{= K}

Dabei ist K gleich K mal einem Faktor, der mit dem Wirbelstromweg in dem Material in Beziehung steht, welcher wie zuvor erläutert als konstant angenommen wird, wenn der Prüfling eine vorbestimmte minimale Größe und Gestalt aufweist. Daher ist die Leitfähigkeit des Materials 26 eine lineare Funktion der Erregungsperiode T bei einem vorgewählten Phasenwinkel 0.

Die Annahme, daß die Prüflings induktanz L_og konstant ist, gilt für Ab stands s chwankungen der Spule/Prüfling in dor Größenordnung von zehn Prozent des Spulendurchmessers« Dadurch wird der Einsatz des Geräts auch für unebene Oberflächen, beispielsweise der Außenwand eines Zylinders und durch MaterialbeSchichtungen, beispielsweise mit Farbe, ermöglicht. Unempfindlichkeit gegenüber kleinen Lageveränderungen der Sonde macht die Prüfung mit einer von Hand zu haltenden Sonde genauer und zuverlässiger.

Fig. 3 stellt ein Polardiagramm dar und zeigt das Verhältnis zwischen der integrierten Spulenspannung e^g und dem induzierten Strom ipQ für Nicht-Eisen-Materialien dsr zuvor erv/ähnton vorbestimmten Größe und Gestalt. Die Kurve 80 ist der geometrische

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Ort des Endpunktes des Spannungsvektors e-,g gemäß Gleichung (6), wenn die Frequenz i^von Null (Punkt 82) nach unendlich (84) streicht. Der Phasenwinkel 0 wird in dem z^oiten Quadranten zwischen dem Vektor e^ß und der Horizontalen genif^sen; daher ist der Vektor e,g vom Vektor i₂₀ um einen Winkel (90 - 0) verschoben.

Aus Gleichung (9) ist ersichtlich, daß die höchste Frequenz (1/T), bei welcher das Gerät arbeiten muß, von der niedrigsten zu messenden Leitfähigkeit abhängt. Der Frequenzbereich des Geräts wird von den elektronischen Bauteilen bestimmt, die in dem Gerät verwendet werden. In einer ausgeführten Ausführungsform der Erfindung, die zwei Prozent bis einhundert Prozent IACS Leitfähigkeit misst, wurde ein Frequenzbereich von 5 bis Kilohertz ausgewählt. Der gewünschte prozentualle Leitfähigkeitsbereich und der Frequenzbereich des Oszillators 58 bestimmen die Frequenz des Referenzoszillators 68 und den T_eilungsfaktor des Teilers 64. Wenn es demnach erwünscht ist, am Sichtgerät 72 eine Wiedergabe von 100,0 für 100 % IACS Leitfähigkeit bei einer Frequenz von 5 Kilohertz des Oszillators 58 und eine Wiedergabe von 2,0 bei einer Frequenz von 250 Kilohertz zu haben, ist ein passender Teilungsfaktor gleich 2.048 (d.h., ein Maßstabsfaktor von 1.024, gefolgt von einem zusätzlichen Faktor von 2), und für diese Werte würde der Referenzoszillator 68 auf eine Frequenz von 4„883 Kilohertz gesetzt werden.

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Wenn der Teiler 64 die Frequenz des Oszillatorausgangssignals 62 durch das Doppelte eines gewählten Maßstabsfaktors teilt, ist der in der Wiedergabeeinrichtung 72 ersichtliche Zählstand gleich dem Maßstabsfaktor multipliziert mit dem Verhältnis aus Referenzsoszillator Frequenz 68 geteilt durch gesteuerte Oszillatorfrequenz 58. Die prozentuale Leitfähigkeit ist gleich der erwünschten prozentualen Auflösung, in der offenbarten Ausführungsform 0,1%, mal der Zahl in der Wiedergabevorrichtung

Sobald der Maßstabsfaktor des Teilers 64 und die Frequenz des Oszillators 68 bestimmt worden sind, wie zuvor beschrieben, kann der Widerstand 56 empirisch im Hinblick auf das gewünschte Phasenwinkel-Bezugssignal wie folgt eingestellt werden. Das System wird unter Spannung genommen und die Spulen 20, 22 und 24 v/erden in die Nähe von Testmaterial bekannter Leitfähigkeit gehalten, beispielsweise von 100 % IACS. Das Meßgerät wird dann dadurch kalibriert, daß der Widerstand 56 so lange verstellt wird, bis die Wiedergabevorrichtung 72 die bekannte Leitfähigkeitsprozentzahl anzeigt, in diesem Fall 100. Wenn die Induktanz Lpg des Prüflings bekannt ist, kann der erwünschte Phasenwinkel 0 analytisch aus der Gleichung (7) für eine spezielle Frequenz cöund eine Leitfähigkeit 1/R?6 ^^3es^ß-^mm'^ werden. Für die beschriebene Ausführungsform mit einem Frequenzbereich von 5 bis 250 Kilohertz und einem Meßbereich von 2 bis 100 % IACS war der Phasenwinkel 0 nach Kalibrierung des Geräts ungefähr 74°. Der Widerstandswert 56 kann dann allgemein bestimmt werden, da die Bezugs spannung des Verstärkers 52 gleich <$Ö~ - 0)/i8O°

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oder im gegebenen Beispiel 16°/18O° multipliziert mit der Versorgungsspannung beträgt. Selbst wenn der Phasenwinkel 0 analytisch bestimmt wird, ist es jedoch vorteilhaft, den durch den Widerstand 56 eingeführten Faktor einstellbar zu machen, um die Versorgungsspannung und Toleranzen der Betriebsschaltung, Betriebsschwankungen und dergleichen zu kompensieren.

In der vorhergehenden Beschreibung ist angenommen worden, daß die Kalibrierung und die Testmessungen usw. bei der IACS Standardtemperatur von 20⁰C ausgeführt worden sind. Die Erfindung ist aber auch bei anderen Temperaturen als die Standardtemperaturen gut einsetzbar. Die Bedienungsperson kann die gemessene Leitfähigkeit zur Leitfähigkeit bei der Standardtemperatur nach der folgenden bekannten Gleichung umrechnen:

^Gs ⁼

Dabei stellt G die Leitfähigkeit bei der Standardtemperatur (2O⁰C), G die gemessene Leitfähigkeit, ^ den Koeffizienten der Änderung der Leitfähigkeit gegenüber der Temperatur des jeweiligen Prüflings dar und ist für die meisten Materialien bekannt und Δ T ist die Abweichung der Meßtemperatur gegenüber der Standardteraperatur. Wenn nur ein Material gemessen wird und wenn die Messung immer mit der gleichen Temperatur ausgeführt wird, können die Instrumente offenbar neu justiert v/erden, um Ternperaturdifferenzen zu kompensieren. Wenn nur ein Material gemessen wird, aber zu unterschiedlichen Temperaturen,

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kann eine geeignete Temperaturkompensationsschaltung in das Meßgerät einbezogen werden« Wenn die größte Einsatzvielfalt mit Bezug auf Material und Temperatur gefordert wird, kann die erwähnte Temperaturkompensationsschaltung in der Weise operatorprogrammierbar sein, daß der Temperaturkoeffizient eines speziellen Materials eingegeben werden kann., und daß das Meßgerät eine Leitfähigkeitsmessung liefert, welche automatisch auf Normtemperatur kompensiert ist.

Aus der vorgehenden Beschreibung folgt, dsß das beschriebene Leitfähigkeitsmeßgerät die gestellte Aufgabe löst und die angegebenen Vorteile aufweist. Obzwar die Erfindung in Verbindung mit einer speziellen Ausführungsform beschrieben worden ist, versteht es sich, daß Modifikationen und Änderungen dem Fachmann ohne weiteres gelingen. Beispielsweise war aus erläuterten Gründen angenommen worden, daß die Induktanz des Prüflings 26 als eine Konstante für einen Prüfling oberhalb einer minimalen Größe betrachtet werden kann. Die Erfindung kann aber auch bei Materialproben von kleinerer als der minimalen Größe benutzt werden, indem lediglich das Instrument auf die tatsächliche Probe der gewünschten Größe mit einer bekannten Leitfähigkeit einjustiert oder geeicht wird. Das Gerät kann dann zwar nur für Proben dieser Größe verwendet werden, es werden aber weiterhin genaue Ergebnisse erzielt, da die Proben-Leitfähigkeit weiterhin ein linearer Faktor der Periode ist_c Lediglich die Konstante K der Gleichung (9) hat sich verändert. Das Instrument kann, natürlich jederzeit für Proben oo^rhalb dtr ininiaalun Gro/^c; neu

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eingestellt werden.

In der beschriebenen Außführi^i-scform der Erfindung wurde der Bezugsphasenwinkel 0 faktorialli.'ig geeicht, indem das Eingangssignal des Abweichungsverstl/rk^rs 52 eingestellt wurde. Da der Phasenwinkel und die Frequenz in direkter Beziehung gemäß Gleichung (7) stehen, könnte das Kesugs-Eingangssignal des Abweichung sverstärkers 52 durch vorgegebene Widerstände oder dergleichen festgelegt werden, und das Instrument könnte durch Einstellung der Frequenz der Oszillatoren 58 oder 68 kalibriert oder "feinjustiert" v/erden, um eine spezielle Wiedergabe einer Materialprobe bekannter Leitfähigkeit zu erzielen. Meßgeräte, bei denen dieses Einstellungs-verfahren verwendet wird, hätten aber unterschiedliche Ausgangssignale vom Oszillator 58 und dem Teiler 64 für Materialien der gleichen Leitfähigkeit. Aus Gründen der Standardisierung wird das in Verbindung mit Fig. 1 beschriebene Kalibrierverfahren bevorzugt.

Der offenbarte Maßstabsfaktor von 1.024 ist deshalb so passend, weil Frequenzteiler des zweifachen dieser Zahl, d.h., 2.048, leicht verfügbar sind» Aus der vorstehenden Erörterung ist jedoch ersichtlich, daß andere Maßstabsfaktoren und/oder Bezugsoszillatorfrequenzen gegebenenfalls benutzt werden können. Ferner ist ersichtlich, daß der Frequenzteiler 64 fortgelassen und die Frequenz des Oszillators 68 entsprechend vergrößert werden könnte. Dabei wird, allerdings der nützliche Filtereffekt des Teilers 64 außer Acht"gelassen, der sonst bei der Beseiti-

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gung von Rauschen und Wiedergabezittern behilflich ist, und deshalb wird eine solche Schaltung nicht bevorzugt. Ferner ist ersichtlich, daß der Anzeigezähler 70 mit größerem Aufwand ausgebildet sein kann, um mehrere Zählpegel niedriger Ordnung einzuschließen, wobei die Wiedergabeeinrichtung 72 nur mit den vier höchstwertigen Digits verbunden ist. Solch ein "ausgedehnter" Wiedergabezähler würde die Funktionen beider Teiler 64 und des Zählers 70 der Fig. 1 miteinander kombinieren und würde ebenfalls Rauschen und Wiedergabeflimmern usw. verringern.

Die spezielle, in Fig. 1 dargestellte Wiedergabevorrichtung 72 ist vierstellig, die eine genaue Ablesung aufgelöst bis zur dritten dezimalen Stelle liefert, d.h., bis 0,1 % IACS. Wenn eine größere oder geringere Leitfähigkeitsauflösung erforderlich ist, würde natürlich mehr oder weniger Wiedergabestellen vorgesehen sein. Die Gesamtgenauigkeit des Instruments und des offenbarten Verfahrens schwankt mit der Qualität der verwendeten Bauteile usw. Da jedoch eine digitale und nicht eine Analogtechnik so weit wie möglich verwendet wurde und weil das offenbarte Verfahren die Notwendigkeit für nicht lineare Kalibriereinstellungen vermeidet, kann eine Instrumentengenauigkeit in der Grössenordnung von 1 % unter Verwendung genormter billiger Bauteile erzielt werden. Das beschriebene Verfahren und Meßgerät ist speziell zur Lieferung der Leitfähigkeitsmessungen in % IACS eingerichtet. Es ist jedoch ersichtlich, daß das Verfahren und das Meßgerät-ebenfalls zur Lieferung der Leitfähigkeitsmessungen in Prozentwerten einer anderen Norm einstellbar ist,

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■beispielsweise auf den Normwert von reinem Kupfer, was ungefähr 103 % der entsprechenden IACS Meßwerten entspricht.·

In der speziellen beschriebenen Ausführungsform erscheinen die induzierenden und induzierten Signale in getrennten Spulen^ ■d.h..,· in der Spule 20 und in differentiell geschalteten Spulen 22 bzw. 24. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Erfindung auch mit geringer oder keiner Modifikation in Verbindung mit anderen Arten von Wirbelstrom-Prüfspulschaltungen bekannter Art Verwendung finden kann. Beispielsweise kann das induzierende und das induzierte Signal als getrennte Funktionen des Stromes und der Spannung in einer einzelnen Spule abgetastet werden, die in . der Nähe des Prüflings angeordnet ist und die sowohl als Primärspule als auch als Auf nähme spule dient. In dieser Lage lain die einzelne Spule durch eine Konstantstroinquelle betrieben werden, so daß die Spannung an der Spule als Funktion der Wirbelstrom© in dem Prüfling sich ändert, während der Strom durch den Prüfling nicht beeinflußt wird. Auch andere Anordnungen können verwendet werden, so daß der Wirbelstromeffekt zum Phasenvergleich gegenüber einem Bezugswert isoliert werden kann.

Brauchbare Anzeigen einer Charakteristik eines Prüflings können auch durch Anwendung der Differenzvergleichtechnik erhalten werden, wenn ein Wirbelstromtestsignal von einer ersten Testspule, die einem ersten unbekannten Testobjekt zugeordnet ist, mit de:n ¥irbelstromtestsignal einer zweiten Testspule verglichen wird, die einem bekannten oder Norm-Test Objekt zugeordnet ist.

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Wie aus anderen Wirbelstrom-Testverfahren bekannt, können die erste und zweite Spule von einer gemeinsamen Quelle aus betrieben werden. Die Quellenfrequenz kann dann so lange variiert werden, bis die beiden Testsignale eine vorbestimmte Phasenbeziehung zueinander aufweisen und dann wird die Charakteristik, beispielsweise die Leitfähigkeit, als Funktion dieser Frequenz oder Periode des Quellensignals bestimmt, mit welcher der vorbestimmte Phasenwinkel erzielt wird. Natürlich wird in dieser Lage das Prüfsignal von dem bekannten oder Norm-Testobjekt als Referenzsignal zum Vergleich gegenüber dem Testsignal des unbekannten Prüflings und die bekannten Charakteristiken des Norm-Testobjekts ergeben die Beziehung zwisehen der Phase des Bezugssignals zur Phase des Signals in der ersten Spule.

Im Lichte der erörterten Modifikation ist ersichtlich, daß bei der Erfindung ganz allgemein der Vergleich eines Wirbelstrom-Testsignals betrachtet wird, welches sich als Funktion der Wirbelströme in einem unbekannten Prüfling ändert, z.B. das induzierte Signal e^_Q in den Spulen 22, 24 (Fig. 1) gegenüber einem Bezugssignal, um auf diese Weise das Phasenverhältnis dieser Signale untereinander zu bestimmen, wenn das Bezugssignal nicht identisch mit dem Signal zur Induzierung der Wirbelströme ist, beispielsweise dem induzierenden Signal in der Spule 20 (Fig. 1), wobei jedoch das Bezugssignal in anderer Weise, direkt oder indirekt, mit dem induzierenden Signal in einer Phasenbeziehung steht. In dieser Lage wird das Bezugssignal mit dem Testsignal verglichen, welches sich als Funktion der Wirbelströme in dem

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Prüfling ändert. Die Frequenz oder die Periode des Bezugssignals und des induzierenden Signals, welches den .vorbestimmten Phasenwinkel erzielt, können dann zur Bestimmung der gewünschten Charakteristik verv/endet werden, beispielsweise der Leitfähigkeit des Materials.

Es ist auch ersichtlich, daß der Oszillator 58 (Fig. 1) durch einen von der Bedienungsperson gesteuerten Oszillator variabler Frequenz ersetzt werden kann. Ein Heßgerät oder dergleichen kann ferner an den Ausgang des Verstärkers 52 angeschlossen v/erden, wobei die Bedienungsperson die Frequenz des Oszillators so einstellt, bis das Heßgerät Null anzeigt. Eine solche Schaltung ist aber nicht für rasches Messen geeignet und es wird unnötigerweise eine Fehlerquelle eingeführt, nämlich die Sichtinterpretation der Bedienungsperson bezüglich der Ablesung des Instruments. Demnach wird die automatisierte Anordnung gemäß Fig. 1 bevorzugt. Aus der Betrachtung der Gleichungen (1), (5) und (6) ist ersichtlich, daß die Frequenz ω sich nicht ändert, wenn das induzierte und das induzierende Signal von dem System nach Fig. 1 verarbeitet werden oder, anders ausgedrückt, die zahlreichen Signale in der Schaltung sind alle auf derselben Frequenz. Demnach kann die Frequenz, mit welcher das Instrument betrieben wird, dadurch gemessen v/erden, daß der Frequenzteiler 64 an verschiedenen anderen Punkten in der Schaltung und nicht nur direkt am Oszillatorausgang 62 angeschlossen wird. Beispielsweise kann der Teiler 64 am Ausgang der Verstärker 36, 40 oder 44 oder sogar an der Ausgangsleitung 30 der gegeneinander geschalteten Spulen, wenn eine geeignete Isolationsschaltung verwendet wird. 7 0 9 8 2 7/0768

Die Erfindung ist im einzelnen in Verbindung mit einem speziell gewählten Phasenwinkel und einem gewissen Frequenzbereich beschrieben worden. Es versteht sich, daß derartige Einzelheiten die Art und Weise der Wahl eines solchen Parameters illusirieren sollen und zum Verständnis der Erfindung beitragen sollen. Aus den angegebenen Gründen ist die Erfindung vor allem zur Messung der Leitfälligkeit von Nicht-Eisen-Metallen geeignet, jedoch sind die Prinzipien der Erfindung potentiell auch zur Analyse der Eigenschaften von ferromagnetischen Metallen geeignet und zur Bestimmung von Materialeigenschaften außer der eigentlichen Leitfähigkeit. In dieser Hinsicht kann das Meßgerät zur Bestimmung von Materialeigenschaften wie mechanischer Spannungszustand, Lunker oder Ermüdung verwendet v/erden, da hierbei Leitfähigkeitsänderungen eintreten können. Die Erfindung kann auch in einer Prüfstation eines Produktionsbandes angewendet werden, um Teile nach ihrer Leitfähigkeit oder anderen Eigenschaften als "gut" oder "schlecht" festzustellen, ohne daß eine volle quantitative Messung vorgenommen wird oder eine sichtbare Anzeige geliefert wird.

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Claims

BLUMBACH .'WESER · BERGEN · KRAMER ZWIRNER - HIRSCH

PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN ZDOCJU / O

Postadresse München: Patentconsult 8 München 60 Radeckestraße 43 Telefon (039) 883603/883604 Telex 05-212313 Postadresse Wiesbaden: Patentconsult 62 Wiesbaden Sonnenberger Straße 43 Telcsfon (06121)562943/561998 Telex 04-186237

K.J. Lav; Engineers, Inc.

2366O Research Drive

FarmJngton Hills, Michigan 48024, U.S.A.

Patentansprüche

(1.V Verfahren zur Bestimmung einer Eigenschaft von Prüflingen mit den Verfahrensschritten der Erzeugung eines periodischen Signals zur elektromagnetischen Induktion von Wirbelströmen in einem ersten Testmaterial und Entwickeln eines Testsignals, welches sich als Funktion dieser Wirbelströme ändert,

dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Bildung eines Preferenzsignals als vorgewählte Funktion des periodischen Signals vorgesehen ist, daß ein Phasenverhältnis zwischen dem Testsignal und dem Bezugssignal festgestellt wird, daß ein Parameter von mindestens einem des periodischen Signals, des Bezugsignals, und des Testsignals so lange geändert wird, bis der Signalparameter einen ersten Wert annimmt, bei welchem die Phasenbeziehung auf einem vorbestimmten Wert ist, und daß die' Charakteristik des ersten Testmaterials gemäß dem ersten . Wert des Signalparameters bestimmt wird.

709827/0768 owaiNAL inspected

München: Kramer · Dr. Weser · Hirsch — Wiesbaden. Blumbach · Dr. Bergen · Zwirner

2. Verfahren nach. Anspruch 1₅
dadurch gekenn zeichnet, daß das periodische Signal geändert wird, bis der Signalparameter den ersten vorbestimmten Wert einnimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das periodische Signal gleichseitig Referenzsignal ist,

4. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß das periodische Signal zweite ¥irbelströme in einem zweiten Testmaterial induziert und ein zweites Testsignal, welches sich als Funktion der zweiten Wirbelströme ändert, gebildet wird, und daß der weitere Schritt der Bestimmung einer zweiten Phasenbeziehung zwischen dem zweiten Testsignal und dem Bezugssignal vorgesehen ist, daß der Signalparameter so lange geändert wird, bis er einen zweiten Wert einnimmt, bei welchem das zweite Phasenverhältnis den gleichen vorbestimmten ¥ert erreicht, und daß dann die Charakteristik des zweiten Testmaterials gemäß dem zweiten Wert des Signalparameters bestimmt wird«,

5. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,

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daß die Materialcharakteristik die Leitfähigkeit einec Nicht-Eisen-Metalls ist, und daß der Signalparameter die Frequenz darstellt, wobei die Frequenz des einen Signal.. so lange geändert wird, bis die Frequenz den ersten.Wert erreicht, bei welchem das Phasenverhältnis auf dem vortust immten Wert ist.

6. Verfahren nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet,' daß die Materialcharakteristik als Funktion der Periode clc-s einen Signals bestimmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialcharakteristik als direkte lineare Funktfon der Periode des einen Signals bestimmt wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verfahrensschritt der Bestimmung der Materialcharakteristik den Schritt der Messung der Periode des einen Signals und der Wiedergabe der gemessenen Periode als direkte Eichfunktion der Charakteristik auf v/eist.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

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daß die Materialcharakteristik die Leitfähigkeit eines Nicht-Eisen-Metalls ist, und daß der Signalparameter die Frequenz darstellt, wobei die Frequenz des einen Signals so lange geändert wird, bis die Frequenz den ersten Wert erreicht, bei welchem das Phasenverhältnis auf dem vorgewählten "Wert ist.

10. Verfahren nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß die Leitfähigkeit als geeichte Prozentzahl einer vorbestimmten Normleitfähigkeit wiedergegeben wird.

11. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt der Bestimmung des Phasenverhältnisses die Schritte der Integration des Testsignals im Vergleich des integrierten Testsignals mit dem Bezugssignal einschließt, um ein Signal zu bilden, v/elches sich als Funktion eines gemessenen Phasenverhältnisses zwischen diesen Werten ändert,

12» Verfahren nach Anspruch 11,

dadurch gekennzeichnet, daß die Materialcharakteristik als direkte lineare Funktion der Periode des einen Signals bestimmt wird.

13. Verfahren nach Anspruch 1,

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"dadurc-h-ge-kennzeichnet, daß die so bestimmte Materialcharakteristik digital als direkte lineare Funktion der Periode des einen Signals wiedergegeben wird, ■

14. Verfahren der Messung der Leitfähigkeit eines Nicht-Eisen-Metalls, welches die Schritte der Bildung eines periodischen Signals in der Nähe eines Prüflings einschließt, um Wirbelströme darin zu induzieren und ein Testsignal·zu bilden, welches sich als Funktion der Wirbelströme ändert, d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t , daß ein erstes Bezugssignal mit einer Phasenbeziehung zu dem periodischen Signal vorgesehen ist, daß das periodische Signal, das Bezugssignal und das Testsignal alle auf der gleichen Testfrequenz sind, daß die Periode der Testfrequenz bei einem vorbestimmten Phasenverhältnis zwischen dem Testsignal und dem Bezugssignal gemessen wird, und daß die Leitfähigkeit als direkte lineare Funktion der gemessenen Periode bestimmt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14,
dadurch gekennzeichnet,

daß der Schritt der Messung der Periode der Testfrequenz die Teilung der Testfrequenz um einen doppelten vorgewählten Maßstabsfaktor einschließt, um ein geeichtes Ausgangssignal zu liefern, daß ein zweites periodisches Signal gebildet wird, '···' und/daß'die Perioden des'zweiten Signals während eines'

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Halbzyklus des geeichten Ausgangssignals gezählt wird, wobei der Zählwert während des ersten Halbzyklus gleich dem Maßstabsfaktor multipliziert mit dem Verhältnis aus Frequenz des zweiten Signals dividiert durch die Testfrequenz ist. .

16. Verfahren nach Anspruch 15,
dadurch gekennzeichnet, daß der Zählwert auf einen Prozentwert einer vorbestimmten Normleitfälligkeit bei einer vorgewählten Testfrequenz geeicht ist.

17. Verfahren nach Anspruch 16,
dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Schritt der Wiedergabe des Zählstandes vorgesehen ist, und zwar nach jedem Halbzyklus des geeichten AusgangssignalST

18. Verfahren der Messung der Leitfähigkeit von Nicht-Eisen-Prüfmaterialien mit unterschiedlichen Leitfähigkeiten mit folgenden Schritten: Wirbelströme werden in einem ersten Nicht-Eisen-Testmaterial mittels einer Spule induziert, die ein periodisches Signal führt und in der Nähe des ersten Testmaterials angeordnet ist, ein von den Wirbelströmen erzeugtes Feld wird abgetastet, um ein Testsignal zu liefern, welches sich als eine Funktion der Leitfähigkeit des ersten Materials ändert, das Testsignal wird im Hinblick auf ein

integriertes Signal integriert, es wird ein Bezugssignal gebildet, das in Phasen'besiehung zu dem periodischen Signal steht, das integrierte Signal wird mit dem Bezugssignal .verglichen, um ein Differenzsignal zu bilden, welches sich als Funktion,der Phasendifferenz zwischen dem integrierten Signal und dem Bezugssignal ändert, die Frequenz des periodischen Signals wird auf eine, erste Frequenz eingestellt, bei welcher das Bezugssignal und das integrierte Signal eine vorbestimmte Phasendifferenz aufweisen, und dann wird die Leitfäliigkeit des ersten Nicht-Eisen-Testmaterials gemäß der ersten Frequenz bestimmte

19. Verfahren nach Anspruch 18,

dadurch gekennzeichnet, daß Wirbelströme in einem zweiten Nicht-Eisen-Testmaterial mittels der Spule mit dem periodischen Signal induziert wird, daß ein zweites Feld von den Wirbelströmen in dem zweiten Testmaterial gebildet und abgetastet wird, um ein zweites Testsignal zu liefern, welches sich als Funktion der Leitfähigkeit des zweiten Nicht-Eisen-Materials ändert, daß das zweite Testsignal zur Lieferung eines zweiten integrierten Signals integriert wird, daß das zweite integrierte Signal mit dem Bezugssignal verglichen wird, um ein zweites Differenzsignal zu bilden, welches sich als Funktion der Phasendifferenz zwischen dem zweiten integrierten Signal und dem Bezugssignal ändert, daß die Frequenz des perio-

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dischen Signals auf eine zweite Frequenz eingestellt wird, "bei welcher das Bezugssignal und das zweite integrierte Signal die gleiche vorbestimmte Phasendifferenz aufweisen, und daß dann die Leitfähigkeit des zweiten Nicht-Eisen-Materials gemäß der zweiten Frequenz bestimmt wird.

20. Vorrichtung zur Messung einer Charakteristik eines Testmaterials mit folgenden Merkmalen:

eine Einrichtung (58, 60, 20) liefert ein periodisches Signal, um in dem Material (26) Wirbelströ'me zu induzieren; eine Abtasteinrichtung (22, 24) entwickelt ein Testsignal in Abhängigkeit von den Wirbelströmen in dem Material; eine Einrichtung (36, 40) spricht auf dieses periodische Signal an und liefert ein Bezugssignal; eine Einrichtung (46) spricht auf das Bezugssignal und das Testsignal an und liefert ein Ausgangssignal entsprechend dem Phasenwinkel zwischen dem Testsignal und dem Bezugssignal;

eine Einrichtung ist zur Änderung eines Parameters einer der Signale vorgesehen, bis der Parameter einen ersten Wert einnimmt, bei welchem das Phasendifferenz-Ausgangssignal auf einen vorbestimmten Wert ist;.

eine Einrichtung (64) bestimmt den Wert der Charakteristik des Materials gemäß dem ersten Viert des Signalparameters.

21. Vorrichtung nach Anspruch 20,
dadurch gekennzeichnet,

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daß der Signalparameter die Frequenz isi; und daß die- Einrichtung zur Änderung des Parameters eine Einrichtung zur Änderung der Frequenz des periodischen Signals umfasst.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21,

,d. a d u rc h g e k e η η ζ e i c h η e t , daß alle Signale auf der gleichen Testfrequenz sind, daß die Einrichtung zur Bestimmung des Werts eine Einrichtung (66, 70) zur Messung der Periode der Testfrequenz und eine Wiedergabeeinrichtung (72) der gemessenen Periode als direkten geeichten Parameter der Charakteristik aufweist.

23. Vorrichtung nach Anspruch 22,

d a d u r c h g e k e η η ζ e i c h η e t , daß die Einrichtung (46) zur Lieferung des Phasendifferenz-Ausgangssignals eine Integrationseinrichtung (34, 36, 38) des Testsignals und eine Vergleichseinrichtung (40) zum Vergleich des integrierten Testsignals mit dem Bezugssignal zur Entwicklung des Phasendifferenzausgangssignals. aufweist.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23,

d a d u r ρ h g e kennzeichnet, daß das Phasendifferenz-Ausgangssignal ein Gleichstrom-Prüfsignal isi; und daß die Vorrichtung ferner eine Einrichtung (54, 56) zur Lieferung eines Gleichstrom-Bezugssignals aufweist, welches den vorbestimmten Wert des Phasendifferenz-"" 'Ausgangssignals darstellt, und daß eine Vergleichseinrichtung

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40

(52) das Gleichstrom-Testsignal mit dem Gleichstrom-Referenzsignal zur Bestimmung dos ersten Wertes des Signalparameters vergleicht.

25. Vorrichtung nach Anspruch 23,
dadurch gekennzeichnet, daß die Materialcharakteristik die Leitfähigkeit eines .Nicht-Eisen-Metalls ist, und daß die Wiedergabeeinrichtungen (70, 72) auf die Wiedergabe der Leitfähigkeit in % IACS geeicht ist.

26. Vorrichtung nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Messung der Periode der Testfrequenz einen Teiler (64) der Testfrequenz um einen doppelten vorgewählten Maßstabsfaktor aufweist, um ein geeichtes Ausgangssignal zu liefern, daß eine Einrichtung (68) zur Lieferung eines zweiten periodischen Signals und eine Einrichtung zur Zählung der Perioden (66, 70) des zweiten periodischen Signals während eines Halbzyklus des geeichten Ausgangssignals vorgesehen ist, wobei die Zählung während des Halbzyklus gleich dem Maßstabsfaktor multipliziert mit dem Verhältnis aus Frequenz des zweiten periodischen Signals dividiert durch die Testfrequenz ist.

27» Vorrichtung zur Messung der Leitfähigkeit eines Testmaterials

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mit folgenden Merkmalen:

eine Einrichtung (58) liefert ein periodisches Signal; eine Einrichtung (20) spricht auf das periodische Testsignal an, um auf elektromagnetischem Wegs Wirbelströme in dem Testmaterial zu induzieren;

eine Abtasteinrichtung (22, 24) spricht auf die Wirbelströme an und entwickelt ein Testsignal als Funktion der Wirbelströme;

eine Messeinrichtung misst das Phasenverhältnis zwischen dem periodischen Signal und dem Testsignal; eine Einrichtung ist zur Änderung der Frequenz des periodischen Signals vorgesehen, bis das Phasenverhältnis einen

vorbestimmten Pegel erreicht;

eine Einrichtung spricht auf die Periode des periodischen Signals an und bestimmt die Leitfähigkeit des Materials, wenn das Phasenverhältnis einen vorbestimmten Pegel erreicht.

Vorrichtung nach Anspruch 27,
dadurch.gekennzeichnet , daß die Abtasteinrichtung eine Mehrzahl von Spulen (22, 24) aufweist, die sclialtungstechnisch und örtlich mit Bezug auf die Einrichtung zur Induzierung der Wirbelströme und des Materials so angeordnet sind, daß das Testsignal unabhängig von Effekten ist, die direkt durch das periodische Signal verursacht werden.

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29. Vorrichtung nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung für das Phasenverhältnis eine mit der Abtasteinrichtung der Wirbelströme verbundene Einrichtung zur elektronischen Integration des Testsignals und einen Phasendetektor zum'Vergleich des integrierten Testsignals mit dem periodischen Signal aufv/eist, um ein Phasendifferenzsignal proportional zum Phasenwinkel zwischen dem integrierten Testsignal und dem periodischen Signal zu bilden,

30. Vorrichtung nach Anspruch 29,
dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Frequenzänderung einen spannungsgesteuerten Oszillator (58) aufweist, der das periodische Signal mit einer Frequenz abgibt, die von dem Differenzsignal gesteuert wird.

31. Vorrichtung nach Anspruch 27,
dadurch gekennzeichnet, daß die auf die Periode ansprechende Einrichtung einen Frequenzteiler (64) zur Teilung der Frequenz des periodischen Signals um einen doppelten vorgewählten Maßstabsfaktor aufweist, daß ein Bezugsoszillator (68) ein zweites periodisches Signal bei vorbestimmter Frequenz liefert, daß ein Zähler (70) über ein Gatter (66) das zweite periodische Signal während eines Halbzyklus des frequenzgeteilten periodischen Signals aufnimmt, wobei der Zähler die Perioden des zweiten

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periodischen Signals für die Dauer des Halbzyklus zählt,

32. Vorrichtung .nach Anspruch 3I,
dadurch gekennzeichnet, daß eine Wiedergabevorrichtung (72) zur Wiedergabe des Zählstandes des Zählers (70) nach jedem Halbzyklus des frequenzgeteilten periodischen Signals vorgesehen "ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedergabevorrichtung (72) eine digitale Anzeige bietet.

34. Vorrichtung nach Anspruch 32,
dadurch gekennzeichnet, daß die Wiedergabe in Prozenten einer vorbestimmten Normleitfähigkeit geeicht ist.

35. Vorrichtung nach Anspruch 34, ' d· a durch gekennzeichnet, daß die Prozentzahl proportional zu dem Maßstabsfaktor multipliziert mit dem Verhältnis aus vorgewählter Bezugsoszillatorfrequenz dividiert durch die Frequenz des periodischen Signals ist_o

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