Электропотенциальный метод

Метрологическое обеспечение средств электропотенциального НК основывается на использовании аттестованных контрольных образцов с искусственными дефектами заданных размеров или пластин заданной толщины. В некоторых приборах применяются электронные имитаторы дефекта, моделирующие дефект путем издания образцовых сигналов с помощью специальных образцовых  измерительных цепей.

Теоретические основы

Математическое описание распределения плотности тока в электропроводящем объекте при подключении двух точек его поверхности к источнику тока может быть получено путем решения краевой задачи с использованием уравнений Максвелла с определенными граничными условиями. Аналитическое решение данной задачи является весьма затруднительным и в практике находится, как правило, с учетом ряда допущений на основании методов физического и математического моделирования. Цель решения данной задачи - оптимизация параметров контроля, в частности, расстояний между потенциальными электродами, токовыми электродами и соотношения между этими расстояниями. Выбор указанных параметров непосредственно влияет на метрологические характеристики метода при измерении геометрических параметров объекта контроля и его дефектов, прежде всего, на верхний предел и точность измерения.

В качестве примера рассмотрим результаты моделирования для проводящего полупространства и для проводящей пластины толщиной Ток при использовании постоянного тока плотностью J₀. Для электропроводящего полупространства при отсутствии дефектов для описания значения разности потенциалов U₀ справедливо равенство:

Для пластины данное выражение принимает существенно более сложный вид и зависит от соотношения толщины Т_ОК и расстояний между электродами. Так, например, для практически важного случая, характеризуемого условием а >> Т_ОК, значение разности потенциалов может быть найдено из выражения:

Опишем влияние дефекта глубиной h_Д и шириной b, ориентированного перпендикулярно к силовым линиям тока, на значение измеряемой разности потенциалов U, для электропроводящего полупространства. Механизм влияния дефекта представим как удлинение пути тока, вынужденного огибать дефект. Согласно схеме, изображенной на рисунке:

удлинение пути имеет вид

l = 2h_l + b

Тогда выражение для U_Д, при условии, что b/h_Д << 1 принимает вид:

Полученное выражение показывает характер влияния глубины дефекта h_Д, на значение информативного параметра U_Д.

При дефектометрии электропотенциальным методом реализуется общепринятый подход к отстройке от влияния на результат измерения информативного параметра неконтролируемых факторов. В данном случае такими факторами являются электрофизические параметры среды и параметры источника электрического тока, а сущность подхода заключается в переходе от абсолютных измерений к измерениям относительным. Наряду с измерением U_Д, при дефектометрии определяют U₀ на заведомо бездефектном участке поверхности, а о качестве контролируемого участка судят по значению относительной разности потенциалов U’, определяемому из выражения:

Подставив значения U_Д и U₀ в выражение электропроводящего полупространства, для U’ получим:

что свидетельствует об отстройке от влияния на результат контроля значений плотности тока J₀ и удельной электрической проводимости материала σ.

Таким образом, значение относительной разности потенциалов определяется, в основном, только глубиной дефекта h_Д и расстоянием между токовыми и потенциальными электродами (соответственно значениями а и ∆).