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EC21 - Projeto da Sonda (Bobina)

traduzido do sítio: http://www.nde-ed.org/EducationResources/HighSchool/Magnetism/Physics/diameter.php

A característica mais importante no ensaio de correntes parasitas é a forma como as correntes elétricas são induzidas e detectadas no material sob teste, Isso depende do projeto da sonda, que pode conter uma ou mais bobinas. A bobina consiste num comprimento de fio espiralado em forma de hélice ao redor de um certo comprimento de tubo ou barra, considerada como base de montagem da sonda. O enrolamento da bobina usualmente tem uma ou mais camadas de fios para aumentar o valor da indutância para um dado comprimento de bobina. Como discutido nas páginas anteriores, as sondas podem conter uma ou mais bobinas, um núcleo, tipo entre ferro e blindagem. Todos têm um efeito importante na sonda, mas é a bobina que requer a maior consideração no seu projeto.

Uma bobina consiste de um comprimento de fio enrolado de forma helicoidal em torno do comprimento de um material base de montagem. O principal objetivo do material base de montagem é fornecer uma quantidade suficiente de rigidez para evitar a distorção da bobina. Esse material base de montagem empregado para fabricar bobinas maiores (sondas envolventes ou  superficiais amplas [panqueca]) geralmente são na forma de tubos ou anéis (volumes ocos) feitos com material dielétrico. Bobinas de pequenas dimensões são espiraladas diretamente sobre um material base sólido (arame ou barra de material dielétrico).

A região dentro da bobina, que consiste do material base de montagem ou mesmo do ar, é chamada de núcleo. Quando o núcleo é ar ou um material não condutor, a sonda é freqüentemente referida como uma sonda de núcleo de ar. Algumas bobinas são enroladas em torno de um núcleo de ferrita que concentra o campo magnético da bobina em uma área menor que o núcleo físico. Estas bobinas são referidas como bobinas com entre ferro.

O fio usado em uma sonda de correntes parasitas é tipicamente feito de cobre ou outro metal não ferromagnético para evitar efeitos de histerese magnética. O enrolamento geralmente tem mais de uma camada de modo a aumentar o valor da indutância (L)  para um determinado comprimento de bobina. Quanto maior a indutância (L) de uma bobina, em uma determinada freqüência, maior a sensibilidade do ensaio de correntes parasitas.

É essencial que a corrente elétrica que circula através da bobina seja o mais baixa possível. Uma corrente muito alta pode produzir:

  • um aumento na temperatura, daí uma expansão da bobina, que aumenta o valor de L.
  • histerese magnética, que é pequena, mas detectável quando um núcleo ferrita é usado.

O tipo mais simples de sonda é a com bobina única, que tem uso generalizado. O aplicativo abaixo pode ser usado para calcular o efeito dos diâmetros internos e externos, comprimento, número de espiras e diâmetro do fio em um projeto simples de sonda. Cálculo da auto-indução da sonda. As unidades dimensionais são em milímetros.

bobina multicamada

Quanto maior a indutância (L) de uma bobina, a uma dada freqüência, maior será a sensibilidade do ensaio de correntes parasitas.

Um valor mais preciso de L pode ser calculado por:

L = Kn2 p [ (ro2 - rc2) - µrrc2] µo/l

  • ro é o raio médio da bobina.
  • rc é o raio do núcleo.
  • l é o comprimento da bobina.
  • n é o número de voltas (espiras) da bobina.
  • µr é a permeabilidade relativa do núcleo da bobina.
  • µo é 4 p x 10-7 H/m (i.e. a permeabilidade no espaço livre).
  • K é uma constante adimensional característica do comprimento e dos diâmetros interno e externo da bobina.
Na internet é possível encontrar várias páginas sítios com cálculos de auto indutância de vários tipos de bobinas. Segue um deles que concentra vários outros nessa área:  http://educypedia.karadimov.info/electronics/electroniccalculatorcoils.htm

Para efeitos apenas de inspeção por correntes parasitas, e não de projeto de sondas o importante é memorizar que a auto indutância é proporcional principalmente ao quadrado do diâmetro e do número de voltas da bobina. Sondas maiores e com mais voltas produzirão em princípio maior resposta do ensaio.

L = N2 x D2


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