EP1844324A1 - Vorrichtung und verfahren zur zerstörungsfreien prüfung an elektrischen leitern - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zur zerstörungsfreien prüfung an elektrischen leitern

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EP1844324A1
EP1844324A1 EP06705865A EP06705865A EP1844324A1 EP 1844324 A1 EP1844324 A1 EP 1844324A1 EP 06705865 A EP06705865 A EP 06705865A EP 06705865 A EP06705865 A EP 06705865A EP 1844324 A1 EP1844324 A1 EP 1844324A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
conductor
magnetic field
defect
current
electrical conductors
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06705865A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Helmut Soltner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Forschungszentrum Juelich GmbH
Original Assignee
Forschungszentrum Juelich GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Forschungszentrum Juelich GmbH filed Critical Forschungszentrum Juelich GmbH
Publication of EP1844324A1 publication Critical patent/EP1844324A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables
    • G01N27/82—Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables for investigating the presence of flaws
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/08—Locating faults in cables, transmission lines, or networks

Definitions

  • the invention relates to a device and a method for non-destructive testing of electrical conductors using the magnetic field tomography.
  • the object is achieved by the features specified in the characterizing part of claim 1. Furthermore, the object is achieved on the basis of the preamble of claim 9 according to the invention with the features specified in the characterizing part of claim 9.
  • the magnetic field of the homogeneous conductor can be compensated completely or for the most part, and thus the deviation of the magnetic field to be detected becomes much more evident.
  • the total amplitude is now essentially caused by the material defect to be detected.
  • the measuring signals of the magnetic field sensors and results of the Retrieval algorithms increase significantly in their accuracy.
  • Fig. 1 Cross section through a rectangular conductor with a cylindrical defect without
  • Fig. 1a Measurement signal of a magnetic field when passing a current through a conductor according to FIG. 1 measured along the circular contour
  • Fig. 2 Cross section through a rectangular conductor with a cylindrical defect and non-optimized feedback
  • Fig. 2a Measurement signal of a magnetic field when passing a current through a conductor according to FIG. 2 measured along the circular contour
  • Fig. 3 Cross section through a rectangular conductor with a cylindrical defect throughout and optimized feedback according to the invention
  • Fig. 3a Measurement signal of a magnetic field when passing a current through a conductor according to FIG. 3 measured along the circular contour
  • Fig. 4 Cross-section through a round conductor with cyclic continuous defect without feedback
  • Fig. 4a Measurement signal of a magnetic field when passing a current through a conductor according to FIG. 4 measured along the circular contour
  • Fig. 5 Cross section through a round conductor with a cyclically continuous defect and non-optimized recycling
  • FIG. 5a Measuring signal of a magnetic field when passing a current through a conductor according to FIG. 5 measured along the circular contour
  • FIG. 6 shows a cross section through a round conductor with a cylindrical defect throughout and optimized feedback according to the invention
  • the X-axes of FIGS. 1a) to 6a) indicate the angular positions measured along the circular contour.
  • the Y axes of FIGS. 1a) to 6a) indicate the magnetic flux density in T measured by the magnetic field sensors along the circular contour.
  • the angles ⁇ drawn in FIGS. 1) to 6) define the respective 0 ° angular position along the circular contour, the horizontally arranged leg of the angle ⁇ corresponding to the 0 ° position and the defect exemplified as a circle then each corresponding to an angular position of 90 ° having .
  • the curves represented by angular symbols indicate the measurement results for the respective arrangement without defect.
  • the curves represented by round symbols indicate the measurement results for the respective arrangement with defect, wherein the defect is exemplified in a Angular position of 90 °.
  • the curves represented by triangular symbols indicate the difference between the curves with and without defect, the values being increased by a factor of 100 for graphic reasons.
  • FIG. 1 shows a cross section through a rectangular conductor 1 with a cylindrical defect 2 without feedback.
  • the circle contour 3 around this arrangement indicates the path along which the magnetic field is calculated.
  • FIG. 1a shows the measurement signal of a magnetic field when passing a current through a conductor according to FIG. 1, measured along the circular contour 3.
  • a minimal of the defect-free one is shown
  • FIG. 2 shows a cross section through a rectangular conductor 1 with a defect 2 that has a continuous cylindrical shape and non-optimized return 4.
  • the return 4 is carried out next to the conductor 1 to be examined.
  • the annulus 3 around this arrangement indicates the path along which the magnetic field is calculated.
  • FIG. 2 a shows the measurement signal of the magnetic field of the arrangement according to FIG. 2 measured along the circular contour 3. This results in a strong minimum of the measurement signal in the angular range of the return at 210 °, which fully retards the influence of the defect at 90 ° in the ⁇ T range - urges.
  • the difference curve represented by triangular symbols, shows that the change in the magnetic field caused by the defect at angular position 90 ° can only be detected by a relatively small change of 2 ⁇ 10 -7 T.
  • the angular distance of the return is about 180 ° to the defect. In the worst case, both angular positions could be identical, which would make it more difficult to distinguish between the effects of the feedback and the defect.
  • FIG. 3 shows a cross section through a rectangular conductor 1 with a defect 2 which has a continuous cylindricity and optimized current return 4 according to the invention, which here consists, for example, of four 7-angular elements.
  • the circle contour 3 around this arrangement indicates the path along which the magnetic field is calculated.
  • FIG. 3 a shows the measurement signal of the magnetic field of the arrangement according to FIG. 3 measured along the circular contour 3. This results in the angular position of the defect at 90 °, a minimum of -3, 5 x 10 ⁇ 7 ⁇ T, which clearly with a signal-to-background ratio of about 3 (-3, 5 x 10 '1 I-1 , 0 ⁇ 10 "7 ) Due to the quadrangular arrangement with the feedback according to the invention, the measurement signal without defect shows relatively many amplitude excursions, so that a mean signal of -.sub.1, 0.times.10.sup.- 7 was selected as the background signal.
  • FIG. 4 shows a cross-section through a round conductor 1 with a defect 2 that has a continuous cylindrical shape without a return.
  • the annulus 3 around this arrangement indicates the path along which the magnetic field is calculated.
  • the arrangement may for example be a wire, which consists of many individual wires, one of which is broken and therefore no longer available for the flow of current over the entire wire length.
  • FIG. 4a shows the measurement signal of a magnetic field
  • FIG. 5 shows a cross section through a round conductor 1 with a defect 2 that has a cylindrical through-going defect and non-optimized recycling 4.
  • the recycling is carried out next to the conductor to be examined. leads .
  • the annulus 3 around this arrangement indicates the path along which the magnetic field is calculated.
  • FIG. 5a shows the measurement signal of the magnetic field of the arrangement according to FIG. 5 measured along the circular contour 3. This results in a strong minimum of the measurement signal in the angular range of the return at 270 °, which determines the influence of the defect at 90 ° in the ⁇ T range completely pushed back.
  • the difference curve represented by triangular symbols, shows that the change in the magnetic field caused by the defect at angular position 90 ° can only be detected by a relatively small change of 7.5 ⁇ 10 -7 T.
  • the angular distance of the return is about 180 ° to the defect. In the worst case, both angular positions could be identical, which would make it more difficult to distinguish between the effects of the feedback and the defect.
  • Figure 6 shows a cross section through a round Lei ter 1 with a continuous cylindrical defect 2 and inventive optimized concentric recycle 4 of the stream.
  • the annulus 3 around this arrangement indicates the path along which the magnetic field is calculated.
  • FIG. 6a shows the measurement signal of the magnetic field of the arrangement according to FIG. 6 measured along the circular contour 3.
  • the angular position of the defect at 90 ° results in a minimum of -0, 67 ⁇ T, which can be obtained without reason. This corresponds to a theoretically arbitrarily good signal to background ratio.
  • the present invention relates to a device for the nondestructive testing of electrical conductors, which is characterized in that it comprises at least one element 12 for returning the electrical current, which surrounds the electrical conductor and whose geometry has a symmetry substantially corresponding to the electrical conductor 1.
  • the inventors have surprisingly found that the main magnetic field of the conductor 1, which disturbs an accurate measurement of deviations of magnetic fields caused by defects, completely or partially by the invention, optimized recycling of the current by means of the element 4 according to the invention can be compensated. As a result, the deviations of the magnetic field to be detected, caused by defects, become much more apparent. The more precise the symmetry and geometry of the returning one
  • Elements 4 is tuned with the symmetry and geometry of the conductor 1, the better the magnetic field of the conductor 1 can be compensated.
  • a cylindrically shaped tube extending concentrically around the conductor 1 is a particularly preferred embodiment of the element 4.
  • elements 4 which are similar or substantially suitable are also suitable have corresponding symmetry of the conductor 1.
  • a quadrangular, pentagonal, hexagonal, heptagonal or octagonal cross-section of the element 4 may be mentioned.
  • the device according to the invention With the device according to the invention, a much more accurate detection of faults in electrical conductors 1 can be made. While according to the prior art, a ratio of the measurement signal to be detected to the base measurement signal, d. H . the signal-to-ground ratio, from approx. 1/100, the measuring signal can become much larger than the background signal with the aid of the device according to the invention.
  • the changes in the magnetic field amplitudes are always decreasing, which is due to the effect of the greater distance to the outer space and, thus, to the singular of this example: a concentric two-dimensional defect is not manifested by distortion of the magnetic field in the outer space and is therefore not detectable with the aid of magnetic field measurement. Only by a disturbance of the centricity or by finite length of the defect in the current direction, this condition would be restored.
  • the device according to the invention will be the field of application of the current injection method, in particular with respect to small and / or near-axis
  • the element 4 consists of electrically conductive material.
  • electrically conductive material for example, copper, steel, brass or aluminum can be mentioned.
  • the element 4 surrounding the electrical conductor can be arranged at a small distance around it, with the measuring accuracy increasing as the element 4 surrounds the conductor so as to permit measurement sites closer to the conductor 1 to increase the magnetic field amplitude.
  • the distance of the returning elements 4 is determined empirically.
  • the element 4 surrounds the conductor 1 along the entire longitudinal axis. This allows over the entire length of
  • Conductor 1 are compensated for magnetic field and thus possible defects at all positions of the conductor 1 are detected.
  • the present invention further provides a method for non-destructive testing of electrical
  • Conductor which is characterized in that the current is passed through the conductor to be tested 1 and then returned by a surrounding element 4 with substantially the same symmetry and optimized Geomet- ria again.
  • the device according to the invention and the method are suitable, for example, for the non-destructive testing of wires and tubes or fuel cells.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung elektrischer Leiter (1). Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung ist es möglich, dass das Magnetfeld des homogenen Leiters (1) komplett oder teilweise kompensiert werden kann (4) und dadurch die zu detektierende Abweichung des Magnetfelds sehr viel stärker zu Tage tritt. Die Gesamtamplitude wird in stärkerem Maße durch den zu detektierenden Materialfehler (2) verursacht.

Description

B e s c h r e i b u n g
Vorrichtung und Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung an elektrischen Leitern
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung an elektrischen Leitern mit Hilfe der Magnetfeld-Tomographie .
Bei den nach dem Stand der Technik bekannten Verfahren und Vorrichtungen zur zerstörungsfreien Prüfung an elektrischen Leitern kommt unter anderem das Strominj ektionsverfahren zum Einsatz . Bei diesem Verfahren wird der elektrische Leiter von Gleichstrom oder Wechselstrom - im günstigen Fall homogen - durchsetzt . Im Falle der Fehlerfreiheit des Leiters wird im Außenraum ein Magnetfeld erzeugt , welches sich in einfachen Fällen analytisch sonst aber numerisch berechnen lässt . Bei Vorhandensein von Materialfehlern wie Einschlüssen, Lunkern, Rissen oder ähnlichem, wird die Stromvertei- lung im Leiter lokal verändert , was sich in einer Änderung des Magnetfeldes im Außenraum äußert . Dies kann durch eine geeignete Magnetfeldmessmethode zur qualitativen Detektion von Materialfehlern herangezogen werden.
Für die quantitative Erfassung von Materialfehlem, wie zum Beispiel deren räumlicher Struktur, müssen numerische Rückrechenalgorithmen herangezogen werden, die aus den Magnetfelddaten das inverse Problem lösen, aus ihnen die Stromdichte innerhalb des Leiters zahlenmäßig zu rekonstruieren . Hierbei ist es insbesondere bei hohen Stromstärken von Nachteil , dass das gewünschte Mess-Signal bezüglich seiner Amplitude stark hinter dem durch den Gesamtstrom vorgegebenen Magnetfeld zurück- tritt . Entsprechend hoch sind die Anforderungen an den dynamischen Bereich und die Rauschamplitude der verwendeten Magnetfeldsensoren auf der einen Seite und an die Qualität der Rückrechenalgorithmen andererseits .
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes Verfahren sowie ein Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung an elektrischen Leitern zu schaffen, mit denen eine genauere Detektion von Materialfehlern an elektrischen Leitern mit Hilfe der Magnetfeldtomographie mög- lieh wird.
Ausgehend vom Oberbegriff des Anspruchs 1 wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Merkmalen . Weiterhin wird die Aufgabe ausgehend vom Oberbegriff des An- spruchs 9 erfindungsgemäß gelöst mit den im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 9 angegebenen Merkmalen .
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und der Vorrichtung ist es nunmehr möglich, dass das Magnetfeld des homogenen Leiters komplett oder zum größten Teil kompensiert werden kann und dadurch die zu detektierende Abweichung des Magnetfelds sehr viel stärker zu Tage tritt . Die Gesamtamplitude wird nunmehr im wesentlichen Maße durch den zu detektierenden Materialfehler verursacht . Die Messsignale der Magnetfeldsensoren und Resultate der Rückrechenalgorithmen steigen erheblich in ihrer Genauigkeit .
Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den Unteransprü- chen angegeben .
Die Zeichnungen zeigen eine beispielhafte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des Verfahrens .
Es zeigt :
Fig . 1 : Querschnitt durch einen rechteckigen Leiter mit zylindrisch durchgehendem Defekt ohne
Rückführung
Fig . Ia : Messsignal eines Magnetfeldes bei Durchleiten eines Stromes durch einen Leiter nach Fig . 1 gemessen entlang der Kreiskontur Fig . 2 : Querschnitt durch einen rechteckigen Leiter mit zylindrisch durchgehendem Defekt und nicht optimierter Rückführung Fig . 2a : Messsignal eines Magnetfeldes bei Durchleiten eines Stromes durch einen Leiter gemäß Fig . 2 gemessen entlang der Kreiskontur Fig . 3 : Querschnitt durch einen rechteckigen Leiter mit zylindrisch durchgehendem Defekt und opti- mierter, erfindungsgemäßer Rückführung
Fig . 3a : Messsignal eines Magnetfeldes bei Durchleiten eines Stromes durch einen Leiter gemäß Fig . 3 gemessen entlang der Kreiskontur
Fig . 4 : Querschnitt durch einen runden Leiter mit zy- 1indrisch durchgehendem Defekt ohne Rückführung Fig . 4a : Messsignal eines Magnetfeldes bei Durchleiten eines Stromes durch einen Leiter gemäß Fig . 4 gemessen entlang der Kreiskontur
Fig . 5 : Querschnitt durch einen runden Leiter mit zy- lindrisch durchgehendem Defekt und nicht optimierter Rückführung
Fig . 5a : Messsignal eines Magnetfeldes bei Durchleiten eines Stromes durch einen Leiter gemäß Fig. 5 gemessen entlang der Kreiskontur Fig . 6 : Querschnitt durch einen runden Leiter mit zylindrisch durchgehendem Defekt und optimierter, erfindungsgemäßer Rückführung
Fig. 6a : Messsignal eines Magnetfeldes bei Durchleiten eines Stromes durch einen Leiter gemäß Fig . 6 gemessen entlang der Kreiskontur
Die X-Achsen der Figuren Ia) bis 6a) geben die entlang der Kreiskontur gemessenen Winkelpositionen an . Die Y- Achsen der Figuren Ia) bis 6a) geben die durch die Mag- netfeldsensoren entlang der Kreiskontur gemessene magnetische Flussdichte in T an. Die in den Figuren 1) bis 6) eingezeichneten Winkel Φ definieren die j eweilige 0 ° Winkelposition entlang der Kreiskontur, wobei der waagerecht angeordnete Schenkel des Winkels Φ der 0 ° Position entspricht und der beispielhaft als Kreis eingezeichnete Defekt dann jeweils eine Winkelposition von 90° aufweist .
Die durch eckige Symbole dargestellten Kurven geben die Messergebnisse für die j eweilige Anordnung ohne Defekt an. Die durch runde Symbole dargestellten Kurven geben die Messergebnisse für die j eweilige Anordnung mit Defekt an, wobei sich der Defekt beispielhaft in einer Winkelposition von 90 ° befindet . Die durch dreieckige Symbole dargestellten Kurven geben die Differenz der Kurven mit und ohne Defekt an, wobei die Werte aus graphischen Gründen um den Faktor 100 verstärkt wurden .
Figur 1 zeigt einen Querschnitt durch einen rechteckigen Leiter 1 mit zylindrisch durchgehendem Defekt 2 ohne Rückführung . Die Kreiskontur 3 um diese Anordnung deutet den Pfad an, entlang dessen das Magnetfeld be- rechnet wird .
Figur Ia zeigt das Messsignal eines Magnetfeldes bei Durchleiten eines Stromes durch einen Leiter gemäß Figur 1 gemessen entlang der Kreiskontur 3. In der Win- kelposition 90 ° , auf der der durchgehende Defekt 2 zu finden ist , zeigt sich ein nur minimal vom defektfreien
Messsignal zu unterscheidendes Messsignal was einem
Signal- zu-Untergrund Verhältnis von etwa 2 , 5 x 10"3
( -0 , 025 x 10~5/9 , 85 x 10"5) entspricht . Als Untergrund- signal (hier 9 , 85 x 10"5) wurden die Minima der alternierenden Amplitudenausschläge der defektfreien Messsignale gewählt . Die Minima der Amplitudenausschläge resultieren aus den Flächen des Quadrats in Figur 1 und die Maxima der Amplitudenausschläge resultieren aus den Ecken gemäß der Anordnung in Figur 1.
Figur 2 zeigt einen Querschnitt durch einen rechteckigen Leiter 1 mit zylindrisch durchgehendem Defekt 2 und nicht optimierter Rückführung 4. In diesem Fall wird die Rückführung 4 neben dem zu untersuchenden Leiter 1 durchgeführt . Der Kreisring 3 um diese Anordnung deutet den Pfad an, entlang dessen das Magnetfeld berechnet wird .
Figur 2a zeigt das Messsignal des Magnetfeldes der Anordnung gemäß Figur 2 gemessen entlang der Kreiskontur 3. Hier ergibt sich ein starkes Minimum des Messsignals im Winkelbereich der Rückführung bei 210° , die den Ein- fluss des Defektes bei 90 ° im μT-Bereich völlig zurück- drängt . Die Differenzkurve, dargestellt durch dreieckige Symbole, zeigt , dass die durch den Defekt bei Winkelposition 90 ° verursachte Änderung des Magnetfeldes sich nur durch eine relativ geringe Änderung von 2 x 10""7 T detektieren lässt . In dem hier gezeigten Beispiel beträgt der Winkelabstand der Rückführung etwa 180 ° zum Defekt . Im ungünstigsten Fall könnten beide Winkelpositionen identisch sein, was eine Unterscheidung der Einflüsse der Rückführung und des Defektes weiter erschweren würde .
Figur 3 zeigt einen Querschnitt durch einen rechteckigen Leiter 1 mit zylindrisch durchgehendem Defekt 2 und erfindungsgemäßer optimierter Rückführung 4 des Stroms , die hier beispielsweise aus vier 7-eckigen Elementen besteht . Die Kreiskontur 3 um diese Anordnung deutet den Pfad an, entlang dessen das Magnetfeld berechnet wird .
In der unteren, linken Figurecke wird eine Ausschnittvergrößerung eines 7-eckigen Elements 4 dargestellt .
Figur 3a zeigt das Messsignal des Magnetfeldes der Anordnung gemäß Fig . 3 gemessen entlang der Kreiskontur 3. Hier ergibt sich auf der Winkelposition des Defektes bei 90 ° ein Minimum von -3 , 5 x 10~7 μT, welches deutlich mit einem Signal-zu-Untergrundverhältnis von etwa 3 ( -3 , 5 x 10'1I-1 , 0 x 10"7) hervortritt . Aufgrund der viereckigen Anordnung mit der erfindungsgemäßen Rückführung zeigt das Messsignal ohne Defekt relativ viele Amplitudenausschläge . Als Untergrundsignal wurde daher ein mittleres Signal von -l , 0 x 10"7 gewählt .
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch einen runden Leiter 1 mit zylindrisch durchgehendem Defekt 2 ohne Rückführung . Der Kreisring 3 um diese Anordnung deutet den Pfad an, entlang dessen das Magnetfeld berechnet wird . Die Anordnung kann beispielsweise ein Draht sein, der aus vielen Einzeldrähten besteht , von denen einer gerissen ist und deshalb auf der gesamten Drahtlänge für den Stromfluss nicht mehr zur Verfügung steht .
Figur 4a zeigt das Messsignal eines Magnetfeldes bei
Durchleiten eines Stromes durch einen Leiter 1 gemäß Figur 4 gemessen entlang der Kreiskontur 3. In der Winkelposition 90 ° , auf der der durchgehende Defekt 2 zu finden ist , ergibt sich ein breites Minimum mit einer Amplitudenreduktion von etwa 0 , 6 μT, was einem Signal - zu-Untergrundverhältnis von etwa 5 x 10~3 (0 , 006 x 10'4/l , 333 x 10"4) entspricht .
Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch einen runden Lei- ter 1 mit zylindrisch durchgehendem Defekt 2 und nicht optimierter Rückführung 4. In diesem Fall wird die Rückführung neben dem zu untersuchenden Leiter durchge- führt . Der Kreisring 3 um diese Anordnung deutet den Pfad an, entlang dessen das Magnetfeld berechnet wird .
Figur 5a zeigt das Messsignal des Magnetfeldes der An- Ordnung gemäß Figur 5 gemessen entlang der Kreiskontur 3. Hier ergibt sich ein starkes Minimum des Messsignals im Winkelbereich der Rückführung bei 270 ° , die den Ein- fluss des Defektes bei 90° im μT-Bereich völlig zurückdrängt . Die Differenzkurve, dargestellt durch dreiecki- ge Symbole zeigt , dass die durch den Defekt bei Winkel- Position 90 ° verursachte Änderung des Magnetfeldes sich nur durch eine relativ geringe Änderung von 7 , 5 x 10~7 T detektieren lässt . In dem hier gezeigten Beispiel beträgt der Winkelabstand der Rückführung etwa 180 ° zum Defekt . Im ungünstigsten Fall könnten beide Winkelpositionen identisch sein, was eine Unterscheidung der Einflüsse der Rückführung und des Defektes weiter erschweren würde .
Figur 6 zeigt einen Querschnitt durch einen runden Lei ter 1 mit zylindrisch durchgehendem Defekt 2 und erfindungsgemäßer optimierter konzentrischer Rückführung 4 des Stroms . Der Kreisring 3 um diese Anordnung deutet den Pfad an, entlang dessen das Magnetfeld berechnet wird .
Figur 6a zeigt das Messsignal des Magnetfeldes der Anordnung gemäß Fig . 6 gemessen entlang der Kreiskontur 3. Hier ergibt sich auf der Winkelposition des Defektes bei 90 ° ein Minimum von -0 , 67 μT, welches ohne Unter- grund hervortritt . Dies entspricht einem theoretisch beliebig guten Signal- zu-Untergrundverhältnis .
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung von elektrischen Leitern, die dadurch gekennzeichnet ist , dass sie mindestens ein den elektrischen Strom rückführendes Element 4 umfasst , welches den elektrischen Leiter umgibt und dessen Geometrie eine dem elektrischen Leiter 1 im wesentlichen entsprechende Symmetrie aufweist .
Die Erfinder haben in überraschender Weise herausgefunden, dass das Haupt-Magnetfeld des Leiters 1 , welches eine genaue Messung von Abweichungen von Magnetfeldern, die durch Defekte verursacht werden, stört , komplett oder teilweise durch die erfindungsgemäße , optimierte Rückführung des Stroms mittels des erfindungsgemäßen Elements 4 kompensiert werden kann . Dadurch treten die zu detektierenden Abweichungen des Magnetfelds , verursacht durch Defekte, sehr viel stärker zu Tage . Je ge- nauer die Symmetrie und Geometrie des rückführenden
Elements 4 mit der Symmetrie und Geometrie des Leiters 1 abgestimmt ist , desto besser kann das Magnetfeld des Leiters 1 kompensiert werden . So ist beispielsweise im Falle eines Leiters 1 mit rundem Querschnitt ein zy- lindrisch geformtes Rohr, welches sich konzentrisch um den Leiter 1 erstreckt , eine besonders bevorzugte Ausgestaltung des Elements 4. Ebenso geeignet sind j edoch auch Elemente 4 , die eine ähnliche oder im Wesentlichen entsprechende Symmetrie der des Leiters 1 aufweisen . So sind grundsätzlich Elemente 4 mit polygonal bzw. n-fach (wobei n = 4 bis unendlich) ausgestaltetem Querschnitt möglich . Hier kann beispielhaft ein viereckiger, fünfeckiger, sechseckiger, siebeneckiger oder achteckiger Querschnitt des Elements 4 genannt werden . So ist es aber auch möglich, den Leiter 1 konzentrisch mit einer Gruppe von rückführenden Elementen 4 zu umgeben, wobei dies beispielsweise eine Gruppe von 3 bis 20 polygonal geformten Elementen, Rohren oder mehreren 100 Drähten sein kann, die den Leiter 1 umgeben .
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine sehr viel genauere Detektion von Fehlern an elektrischen Leitern 1 vorgenommen werden . Während nach dem Stand der Technik ein Verhältnis des zu detektierenden Mess- signal zum Basis Messsignals , d . h . das Signal-zuUntergrund Verhältnis , von ca . 1/100 vorherrscht , kann mit Hilfe der erfindungsgemäßen Vorrichtung das Mess- signal sehr viel größer als das Untergrundsignal werden .
Im Fall achsennaher Defekte werden die Änderungen der Magnetfeldamplituden immer geringer, was zum einen auf den Effekt des größeren Abstands zum Außenraum zurückzuführen ist und damit einhergehend mit dem Singular- werden dieses Beispiels : ein konzentrischer zweidimensionaler Defekt äußert sich nicht durch Verzerrung des Magnetfeldes im Außenraum und ist deswegen mit Hilfe von Magnetfeldmessung nicht detektierbar . Erst durch eine Störung der Zentrizität oder durch endliche Länge des Defektes in Stromrichtung würde diese Bedingung wieder hergestellt . Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird den Anwendungsbereich der Strominj ektionsmethode insbesondere in Bezug auf kleine und/oder achsennahe
Defekte ausweiten . Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Vorrichtung besteht das Element 4 aus elektrisch leitendem Material . Hier können beispielhaft Kupfer, Stahl , Messing oder Aluminium genannt werden .
Das den elektrischen Leiter umgebende Element 4 kann in engem Abstand um diesen angeordnet sein, wobei die Messgenauigkeit zunimmt , j e enger das Element 4 den Leiter umgibt , um zur Steigerung der Magnetfeldamplitude näher an dem Leiter 1 liegende Messorte zuzulassen . Ja nach Anforderung an die Messgenauigkeit und Sensibilität der Magnetfeldsensoren wird der Abstand der rückführenden Elemente 4 empirisch ermittelt .
In einer vorteilhaften Ausführung der Vorrichtung umgibt das Element 4 den Leiter 1 entlang der gesamten Längsachse . Hierdurch kann über die gesamte Länge des
Leiters 1 das Magnetfeld kompensiert werden und so mögliche Defekte an allen Positionen des Leiters 1 detek- tiert werden.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist weiterhin ein Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung elektrischer
Leiter, das dadurch gekennzeichnet ist , dass der Strom durch den zu prüfenden Leiter 1 durchgeleitet wird und anschließend durch ein ihn umgebendes Element 4 mit im wesentlichen gleicher Symmetrie und optimierter Geomet- rie wieder zurückgeführt wird.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung sowie das Verfahren eignen sich beispielsweise zur zerstörungsfreien Prüfung von Drähten und Rohren oder Brennstoffzellen .

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Vorrichtung zur zerstörungsfreien Prüfung elektrischer Leiter durch Beaufschlagen des Leiters (1) mit einem elektrischen Strom in Längsrichtung und Messung des den Leiter (1) umgebenden Magnetfelds , dadurch gekennzeichnet , dass sie mindestens ein den elektrischen Strom rückführendes Element (4 ) umfasst , welches den elektrischen Leiter (1) umgibt und dessen Geometrie eine dem elektrischen Leiter (1) im wesentlichen entsprechende Symmetrie aufweist .
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass das Element (4 ) einen polygonalen Querschnitt aufweist .
3. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 2 , dadurch gekennzeichnet , dass das Element (4) eine rohrförmige Geometrie aufweist .
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet dass das Element (4) aus elektrisch leitendem Material besteht .
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Element (4 ) aus Kupfer, Stahl , Messing oder Aluminium besteht .
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass das Element (4) um den Leiter (1) in engem Abstand angeordnet ist .
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , dass das Element (4) den Leiter (1) entlang seiner gesamten Längsachse umgibt .
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , dadurch gekennzeichnet , dass eine Gruppe von Elementen (4) den Leiter (1) umgeben.
9. Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung elektrischer Leiter, dadurch gekennzeichnet , dass der Strom in Längsrichtung durch den zu prüfenden Leiter (1) durchgeleitet wird und anschließend durch ein ihn umgebendes Element (4) , mit einer im wesentlichen gleichen Symmetrie, wieder zurückgeführt wird, und dass das den Leiter (1) umgebende Magnetfeld gemessen wird .
EP06705865A 2005-02-04 2006-01-31 Vorrichtung und verfahren zur zerstörungsfreien prüfung an elektrischen leitern Withdrawn EP1844324A1 (de)

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DE200510005120 DE102005005120B3 (de) 2005-02-04 2005-02-04 Vorrichtung und Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung an elektrischen Leitern
PCT/DE2006/000135 WO2006081796A1 (de) 2005-02-04 2006-01-31 Vorrichtung und verfahren zur zerstörungsfreien prüfung an elektrischen leitern

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