Estimação da condutividade de metais e afastamento de uma sonda para correntes parasitas

Abstract

Ensaios baseados em correntes parasitas são largamente empregados para inspeção e controle de qualidade de materiais e estruturas metálicas na indústria metalúrgica, química e aeroespacial, entre outras. Tendo em vista a importância desta técnica, neste trabalho é apresentado o desenvolvimento de uma metodologia para estimativa de dois parâmetros decorrentes de um circuito elétrico equivalente ao de uma sonda indutiva para inspeção de superfícies condutoras por meio de correntes parasitas. Inicialmente o equacionamento do circuito elétrico equivalente ao de um transformador foi desenvolvido, evidenciando os parâmetros não disponibilizados para medidas diretas. Em seguida, a sonda indutiva foi excitada em diferentes frequências e o fator de acoplamento magnético k, assim como uma constante C que relaciona a permeabilidade magnética e a condutividade elétrica da peça sob teste foram estimados utilizando o método dos mínimos quadrados. O processo é iniciado com a excitação e o monitoramento da impedância nos terminais da sonda. A análise do circuito equivalente permite então descrever essa impedância em função de todos os parâmetros do circuito e dessa forma é possível estimar k e C. Um circuito analógico para a medição da impedância foi construído para a validação da metodologia. Verificou-se que o coeficiente de acoplamento magnético está relacionado com a distância entre a sonda e a superfície condutora, permitindo a sua utilização tanto para obtenção da espessura de coberturas isolantes quanto como parâmetro de correção para outros métodos baseados em correntes parasitas e que são sensíveis a esta distância. Já a constante relacionada à peça condutora apresenta potencial para a caracterização de suas propriedades eletromagnéticas e também para detecção de fissuras nessa peça. Os experimentos foram realizados em três peças metálicas planas de diferentes materiais nãoferromagnéticos, alumínio, cobre e latão, com distâncias de afastamento de até 3 mm. Os resultados experimentais foram consistentes e apresentaram grande similaridade com os valores analíticos.

Tests based on eddy currents are widely used for inspection and quality control of materials and metal structures in the metallurgical, chemical and aerospace industries, among others. Given the importance of this technique, this work presents the development of a methodology for estimating two parameters derived from an electrical circuit test equivalent to an inductive probe for inspection of conductive surfaces through eddy currents. Initially the equation of the electrical circuit equivalent to a transformer was developed, showing the non-available parameters for direct measurements. Then, an inductive probe was handled at different frequencies, and the following parameters, magnetic coupling factor k and constant C (which relates the magnetic permeability and electrical conductivity of the test piece) were estimated through the least squares method. The process is started by handling and monitoring the impedance at the probe terminals. The analysis of the equivalent circuit allows to describe the impedance due to all circuit parameters and thus it is possible to estimate k and C. An analog circuit to measure the impedance was created in order to validate the methodology. It has been found that the magnetic coupling coefficient is related to the distance between the probe and the conductive surface, allowing its use for obtaining thickness on insulating covers as well as a correction parameter for other methods based in eddy currents that are sensitive to this distance. The constant related to the conductive piece has potential to characterize its electromagnetic properties and to detect cracks over it as well. The experiments were carried out on three flat metal pieces of different non-ferromagnetic materials, aluminum, copper and brass, with distances of up to 3 mm. The experimental results were consistent and showed significative similarity with the analytical values.