DE3434801A1

DE3434801A1 - Method and devices for material testing by measuring electrical power density, current density or voltage distribution on a component through which current is flowing

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Publication number: DE3434801A1
Application number: DE19843434801
Authority: DE
Inventors: Manfred Dipl.-Ing. 5063 Overath Fortmann; Rolf Dipl.-Ing. 5060 Bergisch Gladbach Neuelmann
Original assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Current assignee: Interatom Internationale Atomreaktorbau GmbH
Priority date: 1984-09-21
Filing date: 1984-09-21
Publication date: 1986-04-03
Also published as: JPS6180039A

Abstract

In the case of the method for testing an electrically conductive component with respect to defects and/or mechanical changes, the component (1) has an electric current applied to it and the distribution of the current and/or of the voltage drop and/or of the power in the component is measured directly or by the effects of the current. The direction of current flow in the component is governed by the magnetic flux direction or by the stress direction of the component. The investigation can be extended to surface layers of different thickness by suitable frequency selection of by frequency-dependent measurements. The current density distribution in the component can be determined, for example, using the heating effect by means of an infrared camera (8), by using magnetic effects or even by measuring electrical potentials at different points on the component. The latter method is particularly suitable for measuring components which are hot and/or where access is difficult. A so-called lock-in amplifier can preferably be used in this case for frequency-selective and phase-selective measurement. <IMAGE>

Description

Verfahren und Vorrichtungen zur MaterialprüfungMethods and devices for material testing

durch Messung von elektrischer Leistungsdichte-, Stromdichte- oder Spannungsverteilung an einem stromdurchflossenen Bauteil Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des ersten Anspruchs und Vorrichtungen zur Durchführung des Verfahrens. Verfahren zur Materialprüfung sind in großer Zahl bekannt, so insbesondere einfache optische Prüfungen, Wiröelstromprüfungen und Ultraschalluntersuchungen. Ziel solcher Prüfungen ist die Erkennung von Materialveränderungen oder Fehlern, insbesondere von Schäden, die in einem späteren Stadium zum Versagen des belasteten Bauteils führen können. Die bisher angewendeten Verfahren eignen sich im allgemeinen nur für gut zugängliche Bauteile, welche sich auf nicht zu hoher Temperatur befinden.by measuring electrical power density, current density or Stress distribution on a component through which current flows. The present invention relates to a method according to the preamble of the first claim and devices to carry out the procedure. Materials testing methods are in large numbers known, so in particular simple optical tests, eddy current tests and ultrasound examinations. The aim of such tests is the detection of material changes or defects, especially of damage that leads to failure of the burdened at a later stage Component can lead. The methods used so far are generally suitable only for easily accessible components that are not at too high a temperature.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Prüfung eines elektrisch leitfähigen Bauteils, welches universell an die jeweiligen Gegebenheiten eines Prüflings angepaßt werden kann und welches sich in geeigneter Ausführung auch für die Prüfung bei hohen Temperaturen und bei schwer zugänglichen Bauteilen eignet z. B. zur kontinuierlichen überwachung während des Anlagenbetriebes.The object of the present invention is a method for testing a electrically conductive component, which is universally adapted to the respective conditions of a test object can be adapted and which is also in a suitable design Suitable for testing at high temperatures and difficult-to-access components z. B. for continuous monitoring while the system is in operation.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren nach dem ersten Anspruch vorgeschlagen. Danach wird ein elektrisch leitçëhiges Bauteil mit einem elektrischen Strom beaufschlagt, so daß dieser durch das Bauteil oder einen Teil desselben fließt.A method according to the first claim is used to solve this problem suggested. Then an electrically conductive component with an electrical Current is applied so that it flows through the component or part of it.

Die Verteilung des Stromes und/oder des Spannungsabfalls in dem Bauteil wird direkt oder an Hand der Wirkungen des Stromes gemessen. Von der Verteilung des Stromes und/oder des Spannungsabfalls wird auf Fehler und/oder Veränderungen im Material geschlossen. Die Erfindung geht von der Erkenntnis aus, daß Fehler oder Veränderungen im Material im allgemeinen zu einer Veränderung des lokalen Widerstandes führen, wodurch ein durch das Bauteil fließender Strom nicht mehr homogen verteilt ist. Die Stromdichte in ihrer Verteilung über das Bauteil liefert daher ein Abbild des Bauteilzustandes. Entsprechend ergibt sich auch eine inhomogene Spannungsverteilung über dem Bauteil, wobei Stronverteilung und/oder Spannungsverteilung direkt oder an Hand der Wirkungen des Stromes, beispielsweise der Wärmeerzeugung oder der magnetischen Wirkungen,gemessen werden können.The distribution of the current and / or the voltage drop in the component is measured directly or by means of the effects of the current. From the distribution of the current and / or the voltage drop is based on errors and / or changes closed in the material. The invention is based on the knowledge that errors or Changes in the material generally lead to a change in the local resistance lead, as a result of which a current flowing through the component is no longer distributed homogeneously is. The current density in its distribution over the component therefore provides an image the component condition. Correspondingly, there is also an inhomogeneous stress distribution over the component, with current distribution and / or voltage distribution directly or on the basis of the effects of electricity, for example heat generation or magnetic Effects that can be measured.

In Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 2 vorgeschlagen, daß die Richtung des Stromflusses in dem Bauteil nach Möglichkeit entsprechend der Kraftflußrichtung bzw.In an embodiment of the invention it is proposed in claim 2 that the direction of the current flow in the component, if possible, corresponding to the direction of force flow respectively.

der Beanspruchungsrichtung gewählt wird. Wie an Hand der Zeichnung noch näher erläutert wird lassen sich beispielsweise Risse, welche genau in Stromrichtung verlaufen, nicht ohne weiteres genau nachweisen. Wird jedoch die Richtung des Stromflusses in dem Bauteil gerade in der Beanspruchungsrichtung gewählt, so können zumindest die Risse und Fehler festgestellt werden, welche für diese Beanspruchungsrichtung von Bedeutung sind. In diesem Fall entsteht ein Stromdichtebild, welches große Ähnlichkeit mit der Kraftflußverteilung in dem Bauteil hat. Wichtige, für ein späteres Versagen des Bauteils ursächliche Fehler können so erkannt werden.the direction of stress is selected. As with the drawing Will be explained in more detail, for example, cracks, which exactly in the direction of flow run, cannot be proven exactly without further ado. However, it will change the direction of current flow selected in the component in the direction of stress, at least the cracks and flaws are determined, which for this direction of stress are important. In this case, a current density image is created, which is very similar has with the power flow distribution in the component. Important for failure later The component's causal faults can thus be identified.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird in Anspruch 3 vorgeschlagen, daß der durch das Bauteil fließende Strom ein Wechselstrom ist, dessen Frequenz entsprechend der Dicke der zu untersuchenden Oberflächenschicht des Bauteils gewählt wird, wobei der bekannte, so genannte "Skin-Effekt" ausgenutzt wird, nach dem die Eindringtiefe eines Wechsel stromes in einem Leiter von dessen magnetischen Eigenschaften und der Frequenz abhängt. Die Verwendung von Wechselstrom bietet daher die Möglichkeit, über die Frequenz die zu untersuchende Schichtdicke zu wählen.In a further embodiment of the invention, claim 3 suggested that the current flowing through the component is an alternating current, its frequency chosen according to the thickness of the surface layer of the component to be examined is, whereby the well-known, so-called "skin effect" is used, after which the Penetration depth of an alternating current in a conductor of its magnetic properties and the frequency depends. The use of alternating current therefore offers the possibility of to select the layer thickness to be examined via the frequency.

Da in vielen Fällen, beispielsweise bei Rohrleitungen, gerade die äußeren Bereiche bei Wiederholungsprüfungen von besonderem Interesse sind, bietet sich hier eine geeignete Prüfmethode.Since in many cases, for example in the case of pipelines, the external areas are of particular interest during retake exams a suitable test method is found here.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 4 vorgeschlagen, daß die Wärmewlrkungen des in dem Bauteil fließenden Stromes zur Feststellung der Leistungsdichteverteilung ausgenutzt werden. Eine inhomogene Verteilung der Stromdichte und der Spannung in dem Bauteil führt immer auch zu einer inhomogenen Leistungsdichteverteilung.In a further embodiment of the invention, it is proposed in claim 4, that the thermal effects of the current flowing in the component to determine the Power density distribution can be exploited. An inhomogeneous distribution of the current density and the stress in the component always leads to an inhomogeneous power density distribution.

Dadurch wird das Bauteil an unterschiedlichen Stellen unterschiedlich erwärmt, wodurch auf Fehler geschlossen werden kann.This makes the component different in different places heated, whereby it can be concluded on errors.

In spezieller Ausgestaltung der Erfindung wird daher im Anspruch 5 vorgeschlagen, daß Bilder mit einer hochempfindlichen Infrarot-Kamera von dem stromdurchflossenen Bauteil aufgenommen werden, wobei die Bereiche mit hoher Leistungsdichte "heller" als die mit niedriger Leistungsdichte erscheinen.In a special embodiment of the invention, therefore, in claim 5 suggested that pictures with a highly sensitive infrared camera of the current flowing through it Component are included, with the areas with high power density "lighter" appear as those with lower power density.

Alternativ wird im Anspruch 6 vorgeschlagen, daß die magnetischen Wirkungen des in dem Bauteil fließenden Stromes, beispielsweise durch Abfahren mit einer "Hall- Sonde1,1 zur Feststellung der Stromdichteverteilung ausgenutzt werden. Die magnetischen Wirkungen sind der Stromdichteverteilung direkt proportional und lassen daher einen direkten Rückschluß auf den Zustand des Bauteiles zu. Die nähere Untersuchung eines bereits auf andere Weise festgestellten Fehlers kann unter Umständen weitere Aufschlüsse über Richtung, Tiefe und Länge geben.Alternatively, it is proposed in claim 6 that the magnetic Effects of the current flowing in the component, for example by being driven off with a "reverb Probe1,1 to determine the current density distribution be exploited. The magnetic effects are direct to the current density distribution proportional and therefore allow a direct conclusion about the condition of the component to. A closer examination of a fault that has already been identified in another way can possibly give further information about direction, depth and length.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird eine weitere Alternative zur Messung der elektrischen Spannungspotential-Verteilung vorgeschlagen. Diese Messung kann naturgemäß nicht global sondern nur punktuell durchgeführt werden, was jedoch in vielen Fällen ausreichen wird.Another alternative is a further embodiment of the invention proposed for measuring the electrical voltage potential distribution. These Naturally, measurements cannot be carried out globally but only selectively, but this will be sufficient in many cases.

Insbesondere ist die Messung von Potentialen an einem Bauteil auch bei hoher Temperatur und - bei Vorhandensein entsprechender Anschlüsse - auch hinter einer thermischen Isolierung möglich. Die Überwachung von Potentialen kann im Prinzip sogar kontinuierlich während des Betriebes eines Bauteiles durchgeführt werden. In einem stromdurchflossenen Bauteil herrscht an jeder Stelle der Oberfläche ein bestimmtes elektrisches Potential, wobei Veränderungen dieser Potentiale ebenfalls auf Materialveränderungen oder Fehler schließen lassen.In particular, the measurement of potentials on a component is also possible at high temperature and - if the appropriate connections are available - also behind thermal insulation possible. The monitoring of potentials can in principle can even be carried out continuously while a component is in operation. In a component through which current flows, there is one at every point on the surface certain electrical potential, changes in these potentials as well indicate material changes or errors.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 8 vorgeschlagen, daß bei der Untersuchung eines Bauteiles mit den bisher beschriebenen Verfahren die Abhängigkeit der Messungen von der Frequenz festgestellt werden soll, weshalb das Bauteil mit Wechselspannungen verschiedener Frequenzen beaufschlagt wird. Durch die verschieden große Eindringtiefe des Stromes in Abhängigkeit von der Frequenz liefert die Feststellung der Frequenzabhängigkeit der Messungen als zusätzliche Information Angaben über die Tiefe der Fehler. So können auch an der Oberfläche nicht erkennbare Fehler im Inneren aus dem Verhalten bei unterschiedlichen Frequenzen erkannt werden.In a further embodiment of the invention, it is proposed in claim 8, that when examining a component with the methods described so far the dependence of the measurements on the frequency is to be determined, why the component is subjected to alternating voltages of different frequencies. By the different depths of penetration of the current depending on the frequency provides the determination of the frequency dependence of the measurements as an additional Information Information on the depth of the error. So can also on the surface not recognizable errors inside from the behavior at different Frequencies are recognized.

In spezieller Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 9 vorgeschlagen, daß das Bauteil mit Wechselspannungen von Frequenzen zwischen o.o1 Hz und 200 kHz beaufschlagt wird. Für viele Anwendungsfälle ist dieser weite Frequenzbereich nicht unbedingt nötig, so daß man in den einfachen Fällen mit einem Frequenzbereich beispielsweise zwischen o,1 Hz und 100kHz auskommt.In a special embodiment of the invention, it is proposed in claim 9, that the component with alternating voltages of frequencies between o.o1 Hz and 200 kHz is applied. This wide frequency range is not suitable for many applications absolutely necessary, so that in the simple cases with a frequency range for example between 0.1 Hz and 100 kHz.

In Anspruch 10 wird als besonderes Anwendungsgebiet der bisherigen Verfahren die Untersuchung von Bauteilen aus áustenitischen oder ferritischen Werkstoffen vorgeschlagen.In claim 10 is as a special area of application of the previous Procedure for examining components made of áustenitic or ferritic materials suggested.

Dabei haben austenitische Werkstoffe den Vorteil, daß sie einen größeren elektrischen Widerstand haben, weshalb die für präzise Messungen notwendigen Ströme nicht besonders hoch sein müssen. Ferritische Werkstoffe wiederum haben den Vorteil, daß sie wegen ihrer magnetischen Eigenschaften einen stärkeren Skin-Effekt zeigen, weshalb bei der Untersuchung mit einem kleineren Frequenzbereich gearbeitet werden kann. Da im allgemeinen bei Wechsel stromquellen das Produkt aus Stromstärke und Frequenz einen bestimmten Wert nicht überschreiten kann, eignen sich Wechselstromquellen in gleicher Weise zur Untersuchung beider Materialien.Austenitic materials have the advantage that they are larger electrical resistance, which is why the currents necessary for precise measurements do not have to be particularly high. Ferritic materials, in turn, have the advantage that they show a stronger skin effect because of their magnetic properties, which is why the investigation works with a smaller frequency range can. Since in general with alternating current sources, the product of the current strength and AC power sources are suitable in the same way to examine both materials.

In Anspruch 11 wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, mit welcher das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden kann. Diese Vorrichtung besteht aus einer Wechselspannungsquelle mit veränderbarer Frequenz und großer Ausgangsleistung, welche an ein Bauteil anschließbar ist, Fernerhin weist die Vorrichtung Mittel zum Messen der Leistungsdichteverteilung und/oder Stromdichteverteilung und/oder Spannungsverteilung auf.In claim 11 a device is proposed with which the Process according to the invention can be carried out. This device consists of an alternating voltage source with variable frequency and high output power, which can be connected to a component. Furthermore, the device has means for Measuring the power density distribution and / or current density distribution and / or voltage distribution on.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 12 vorgeschlagen, daß das Mittel zum Messen der Leistungsdichteverteilung eine hochempfindliche Infrarot-Kamera mit Monitor oder einer rechnergestützten Auswerteeinheit ist.In a further embodiment of the invention, it is proposed in claim 12, that the means for measuring the power density distribution is a highly sensitive infrared camera with a monitor or a computer-aided evaluation unit.

Hochempfindliche Infrarot-Kameras können Temperaturunterschiede im Bereich von 0,001 K messen, was in den meisten Fällen für eine Erkennung von Inhomogenitäten in der Leistungsdichteverteilung ausreicht. Durch zusätzliche Verarbeitung in einem Rechner können außerdem quantitative Aussagen gewonnen werden.Highly sensitive infrared cameras can detect temperature differences in the Measure a range of 0.001 K, which in most cases allows for the detection of inhomogeneities in the power density distribution is sufficient. With additional processing in one Calculators can also obtain quantitative statements.

Alternativ dazu wird im Anspruch 13 vorgeschlagen, daß das Mittel zum Messen der Spannungsverteilung eine Potentialsonde für sehr kleine Potentiale sein soll.Alternatively, it is proposed in claim 13 that the means a potential probe for very small potentials to measure the voltage distribution should be.

Eine Potential sonde ist vom Prinzip her ein Spannungsmeßgerät, welches die Spannungsdifferenz zwischen zwei bestimmten Punkten des interessierenden Bereiches gegenüber einem Referenzootential, beispielsweise in anem mechanisch unbelasteten Swponententeil, vergleicht.A potential probe is in principle a voltmeter, which the voltage difference between two specific points of the area of interest compared to a reference ootential, for example in anem mechanically unloaded Component part, compares.

In spezieller Ausgestaltung der Erfindung wird im Anspruch 14 vorgeschlagen, daß die Messung der Spannungsverteilung mit Hilfe eines frequenzselektiven Verstärkers für Kleinstsignale mit Trennmöglichkeit von Wirk- und Blindspannungsanteilen angeschlossen ist. Solche sogenannte Lock-in-Verstärker ermöglichen die weitestgehende Unterdrückung von Störsignalen und eignen sich daher auch für die Messung von sehr kleinen Potentialen. Durch die Verwendung solcher Lock-in-Verstärker ist auch die Messung mit verhältnismäßig langen Meßleitungen möglich, was für die kontiuierliche oder periodische Untersuchung von schwer zugänglichen Bauteilen, gegebenenfalls in einem wegen Radioaktivität abgeschirmten Bereich, von Vorteil ist, Erläuterungen zur Wirkungsweise der Erfindung und schema- tisierte Ausführungsbeispiele für erfindungsgemäße Vorrichtungen sind in der Zeichnung dargestellt, und zwar zeigen: Fig. 1 den schematischen Aufbau für die Untersuchung eines Bauteils an Hand der Wärmewirkungen eines durch das Bauteil fließenden elektrischen Stromes, Fig.2 in vereinfachter Form ein Beispiel für die Stromdichteverteilung in einem mit Fehlern behafteten Bauteil und Fig. 3 den schematischen Aufbau für eine Meßanordnung zur Meßung des elekrischen Spannungspotentials an verschiedenen Stellen eines stromdurchflossenen -Bauteils.In a special embodiment of the invention, it is proposed in claim 14, that the measurement of the voltage distribution with the help of a frequency-selective amplifier connected for small signals with the option to separate active and reactive voltage components is. Such so-called lock-in amplifiers enable the greatest possible suppression of interference signals and are therefore also suitable for measuring very small potentials. By using such lock-in amplifiers, the measurement is also proportionate long measuring lines possible, what for the continuous or periodic investigation of components that are difficult to access, possibly in one because of radioactivity shielded area, explanations of the mode of operation of the invention is advantageous and scheme tized embodiments of the invention Devices are shown in the drawing, namely: Fig. 1 shows the schematic Structure for examining a component based on the thermal effects of a the component flowing electrical current, Fig.2 in simplified form an example for the current density distribution in a component subject to defects and FIG. 3 the schematic structure for a measuring arrangement for measuring the electrical voltage potential at various points on a component through which current flows.

Figur 1 zeigt in schematischer Darstellung den prinzipiellen Aufbau für die Untersuchung eines Werkstückes an Hand der Wärmewirkungen des in dem Werkstück fließenden elektrischen Stromes, Ein Werkstück 1, beispielsweise ein Stück einer Rohrleitung wird von einer Wechselspannungsquelle 2 über Zuleitungen 3, 4 und Anschlußstellen 5, 6 mit einem Wechselstrom beaufschlagt, dessen Stromstärke gegebenenfalls in einem Meßinstrument 7 angezeigt wird. Der in dem Werkstück fließende Strom erzeugt Wärme, die beim Vorhandensein von Fehlern ungleichmäßig verteilt ist. Eine hochempfindliche Infrarot-Kamera 8 nimmt eine Bild des Werkstückes auf, welches bespielsweise auf einem Monitor 9 dargestellt oder in einer Datenverarbeitungsanlage weiter aufbereitet werden kann. Durch Veränderung der Frequenz des Wechselstromes kann die Tiefe der zu untersuchenden Oberflächenschichten variiert werden.FIG. 1 shows the basic structure in a schematic representation for the investigation of a workpiece by means of the thermal effects of the in the workpiece flowing electric current, a workpiece 1, for example a piece of a Pipeline is from an alternating voltage source 2 via supply lines 3, 4 and connection points 5, 6 applied with an alternating current, the current strength optionally in a Meter 7 is displayed. The current flowing in the workpiece generates heat, which is unevenly distributed in the presence of errors. A highly sensitive one Infrared camera 8 takes an image of the workpiece, which for example displayed on a monitor 9 or further processed in a data processing system can be. By changing the frequency of the alternating current, the depth of the surface layers to be examined can be varied.

Zur Veranschaulichung der yorgänge in dem stromdurchflossenc Werkstück zeigt Figur 2 in stark vereinfachender Darstellung eine mögliche Stromdichteverteilung beim Vor- handensein von Rissen oder kleinen Fehlern. Die Stromdichte in dem Werkstück 1, die im Idealfall überall homogen ist, wird durch gleichmäßige Stromlinien 10 veranschaulicht. In der Nähe von Rissen 11,12 bzw. 13 wird die Homogenität der Stromdichte mehr oder weniger stark beeinflußt. Es entstehen daher in der Nähe eines Risses wegen der schlechteren Leitfähigkeit Zonen geringerer Stromdichte, während in Stromrichtung gesehen neben den Rissen Zonen höherer Stromdichte zu finden sind, Natürlich fließen auch Ströme unterhalb eines Oberflächenrisses, was in der vereinfachten Darstellung nicht berücksichtigt wurde. Es zeigt sich, daß die größte Inhomogenität im Bereich eines quer zur Stromrichtung verlaufenden Risses 12 auftritt, was zu einer Zone k2 mit geringerer Stromdichte und Zonen w21, w22 mit hoher Stromdichte führt. Für die Infrarot-Kamera würden diese Zonen sich als kälter bzw.To illustrate the processes in the workpiece through which current flows FIG. 2 shows a possible current density distribution in a greatly simplified representation at the pre presence of cracks or small defects. The current density in the workpiece 1, which in the ideal case is homogeneous everywhere, is through uniform Streamlines 10 illustrates. In the vicinity of cracks 11, 12 and 13, respectively, the homogeneity becomes the current density influenced more or less strongly. It therefore arise in the vicinity of a crack due to poor conductivity zones of lower current density, while viewed in the direction of the current, zones of higher current density can be found next to the cracks are, of course, currents also flow below a surface crack, which is in the simplified representation was not taken into account. It turns out that the greatest Inhomogeneity occurs in the area of a crack 12 running transversely to the direction of flow, resulting in a zone k2 with a lower current density and zones w21, w22 with a high current density leads. For the infrared camera, these zones would appear to be colder or

wärmer als die Umgebung darstellen. Auch der Spannungsabfall Ux über einem Riß 12 ist im allgemeinen größer als zwischen zwei Punkten gleichen Abstandes am unbeschädigten Werkstück. Wie aus Figur 2 weiterhin zu ersehen ist, führen schräg oder paralell zur Stromrichtung liegende Risse 11 bzw. 13 nur zu geringen Störungen der Stromdichteverteilung und damit zu einer schwächeren Ausprägung kalter Zonen k1 bzw. k3 und warmer Zonen w w12 bzw. w31, w32. Zur generellen Untersuchung eines Werkstüvkes kann es daher nötig sein, Untersuchungen mit zwei senkrecht aufeinanderstehenden Stromrichtungen vorzunehmen. In vielen Fällen, in denen das Werkstück jedoch nur in einer Richtung belastet ist, spielen die in Belastungsrichtung verlaufenden Schäden bei den Untersuchungen keine entscheidende Rolle.represent warmer than the surroundings. Also the voltage drop Ux over a crack 12 is generally larger than between two points of equal distance on the undamaged workpiece. As can also be seen from Figure 2, lead obliquely or cracks 11 or 13 lying parallel to the direction of flow only cause minor disturbances the current density distribution and thus a weaker expression of cold zones k1 or k3 and warm zones w w12 or w31, w32. For a general investigation of a Werkstüvkes it may therefore be necessary to carry out investigations with two perpendicular to each other Make current directions. In many cases, however, the workpiece only is loaded in one direction, the damage running in the direction of loading occurs not a decisive role in the investigations.

Figur 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Meßanordnung zur Messung des Spannungsabfalles über bestimmten Gebieten eines Rohrbogens 31. Ein Meßsender 32 steuert einen Verstärker 33 mit der gewünschten Meßfrequenz an. Der Verstärker soll Ströme von einigen Ampere im gewünschten Meßbereich erzeugen können und dient als Stromquelle für die Messung. Der vom Verstärker 33 erzeugte Strom kann im Meßgerät 34 abgelesen werden. Über eine Kalibriereinrichtung 35 wird der Strom zu einem Anschlußkasten 36 weitergeleitet, von welchem aus verschiedene Zuleitungen 37 a bis 37 d zur Weiterleitung an verschiedene Anschlußstellen 38 a bis 38 d schaltbar sind. Weiterhin sind am Rohrbogen 31 verschiedene Meßpunktpaare 39 a-c vorgesehen, deren Potentialdifferenz gemessen bzw. mit einer Referenz verglichen werden soll. Von diesen Meßpunkten führen Meßleitungen 40a, 40b, 40c zum Anschlußkasten 41 und von dort weiter zum Meßstellenumschalter 42. Vom Meßstellenumschalter 42 gelangt das Meßsignal des ausgewählten Meßpunktes zu einem Lock-in-Verstärker 43 und von dort zur Registrierung oder Anzeige 44. Der Lock-in-Verstärker steht über eine Referenzsignalerzeugung 45 mit dem Verstärker 33 in Verbindung, von wo die Phaseninformation zur selektiven Verstärkung und zur Trennung in Real- und Imaginäranteil des Meßsignals benötigt wird.FIG. 3 shows the basic structure of a measuring arrangement to the Measurement of the voltage drop over certain areas of a pipe bend 31. A Measuring transmitter 32 controls an amplifier 33 with the desired measuring frequency. Of the The amplifier should be able to generate currents of a few amperes in the desired measuring range and serves as a power source for the measurement. The current generated by the amplifier 33 can be read in measuring device 34. About a calibration device 35 is the Current forwarded to a junction box 36, from which various feed lines 37 a to 37 d switchable for forwarding to various connection points 38 a to 38 d are. Furthermore, different pairs of measuring points 39 a-c are provided on the pipe bend 31, whose potential difference is to be measured or compared with a reference. From these measuring points lead measuring lines 40a, 40b, 40c to the connection box 41 and from there to the measuring point switch 42. Arrived from the measuring point switch 42 the measurement signal of the selected measurement point to a lock-in amplifier 43 and from there for registration or display 44. The lock-in amplifier is available via a reference signal generator 45 with the amplifier 33 in connection, from where the phase information for selective Gain and to separate the real and imaginary parts of the measurement signal will.

Zur Referenzsignalerzeugung und zur Kalibrierung wird bei Frequenzen bis ca. 100 Hz ein induktivitätsarmer Präzisionswiderstand verwendet. Oberhalb 100 Hz geschieht der Verstärkerabgleich, sowie die Referenzsignalerzeugung über eine galvanisch vom Meßkreis getrennte Spule. Die Spule ist fest an die stromführende Zuleitung angekoppelt.For reference signal generation and calibration, frequencies A low-inductance precision resistor is used up to approx. 100 Hz. Above 100 Hz, the amplifier adjustment and the reference signal generation are carried out via a coil galvanically separated from the measuring circuit. The coil is firmly attached to the live Feed line coupled.

Das induzierte Signal wird dann im Verstärker um 900 phasenverschoben und ergibt das Referenzsignal.The induced signal is then phase shifted by 900 in the amplifier and gives the reference signal.

Bei der Messung mit einer Anordnung nach Figur 3 wird beispielsweise folgendermaßen verfahren: Der Strom wird an zwei ausgewählten Anschluß stellen des Rohrbogens 31, z. B. an den Anschlußstellen 38 a und 38 b mit der gewünschten Frequenz eingespeist. Die Potentialdifferenz an den zwischen diesen Anschlußstellen 38 liegenden Meßpunktpaaren 39 a, 39 b oder 39 c wird zum Lock-in-Verstärker weitergeleitet und dort phasenselektiv verstärkt, wodurch eine Unterdrückung von Störungen selbst bei langen Meßleitungen möglich ist. Die so gemessenen Potentialdifferenzen an den y.eßstellen 39 a, 39 b, 39 c bei einem in dem Meßgerät 34 gemessenen, genau bekannten Wechselstrom können mit früheren Meßwerten verglichen werden, um Veränderungen nachzuweisen. Fernerhin ist eine kontinuierliche oder quasikontinuierliche Überwachung mit dieser Anordnung selbst bei hohen Temperaturen und einer den Rohrbogen 31 evtl. umgebenden schützenden thermischen Isolierung möglich.When measuring with an arrangement according to FIG. 3, for example Proceed as follows: The current is applied to two selected connections of the Elbow 31, e.g. B. fed at the connection points 38 a and 38 b with the desired frequency. The potential difference at the pairs of measuring points located between these connection points 38 39 a, 39 b or 39 c is forwarded to the lock-in amplifier, where it is phase-selective amplified, whereby a suppression of disturbances even with long measuring lines is possible. The potential differences measured in this way at the measuring points 39 a, 39 b, 39 c in the case of a precisely known alternating current measured in the measuring device 34 can be compared with previous readings in order to detect changes. Furthermore is a continuous or quasi-continuous monitoring with this arrangement even at high temperatures and a protective layer that may surround the pipe bend 31 thermal insulation possible.

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Claims

Methods and devices for material testing by measuring electrical power density, current density or voltage distribution on a current-carrying Component Claims 1. Method for testing an electrically conductive component (1; 31) with regard to errors and / or mechanical changes, g e k e n n z e i c h n e t d u r c h the following features: a) The component (1; 31) is connected to an electrical Current applied so that it flows through the component or part of it.

b) The distribution of the current and / or the voltage drop in the Component (1; 31) is measured directly or based on the effects of the current.

c) From the distribution of the current and / or the voltage drop closed to errors and / or changes in the material.

2. The method according to claim 1, characterized in that the direction of the current flow in the component (1; 31) according to the direction of force flow, if possible or the direction of stress is selected.

3. The method according to claim 1 or 2, characterized, that the current is an alternating current, the frequency of which corresponds to the thickness of the to investigating surface layer of the component (1; 31) is selected, the known, so-called "skin effect" is used, according to which the penetration depth of an alternating current in a conductor depends on its magnetic properties and frequency.

4. The method of claim 1, 2 or 3, d a d u r c h g e k e ii n shows that the thermal effects of the current flowing in the component (1; 31) can be used to determine the power density distribution.

5. The method according to claim 4, characterized in that images with a highly sensitive infrared camera (8) from the current-carrying component (1; 31), the areas of high power density being "lighter" than the init lower power density appear.

6. The method of claim 1, 2 or 3, d a d u r c h g e k e n n shows that the magnetic We: <ungen of the flowing in the component (1; 31) Current, for example by driving with a Hall probe ", to determine the Current density distribution can be used.

7. The method according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the electrical voltage potential distribution corresponding to the power density distribution measured at least selectively at the points to be examined will

8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the component (1; 31) has alternating voltages of different frequencies applied to it and the dependence of the measurements on the frequency is determined.

9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in, that the component (1; 31) with alternating voltages of frequencies between 0.01 Hz and 200 kHz is applied, in particular with frequencies between 0.1 Hz and 100 kHz.

10. Application of the method according to one of the preceding claims for the investigation of components made of austenitic or ferritic materials.

11. Device for performing the method according to claim 1, 2 or 3, the following features are not specified: a) The device has an alternating voltage source (2; 33) with variable frequency and sufficient Output power, which can be connected to a component (1; 31).

b) The device has means (8; 43) for measuring the power density distribution and / or current density distribution and / or voltage distribution.

12. The device according to claim 11, characterized in that the Means for measuring the power density distribution a highly sensitive infrared camera (8) with monitor (9) or computer-aided evaluation unit.

13. The apparatus according to claim 11, characterized in that the Means for measuring the voltage distribution, a potential probe (39a, 39b, 39c) for is very small potentials.

14. The apparatus according to claim 13, characterized in that the Potential probe (39a, 39b, 39c) to a frequency and phase selective amplifier (43) for small signals (so-called lock-in amplifier) with the option of separating Active and reactive voltage components is connected.