Verifica amperometri versione definitiva

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Verifica amperometri e dispositivo di
quick break – accuratezza e ripetibilita’
Quick Break Device and Ammeters
verification - accuracy and repeatability
M.Capriolo TUV Sud - Bytest (Italy-Torino)
A.Martignetti TUV Sud – Bytest (Italy-Torino)
G.Buonocore MAG (Italy-Novara)
F.Raggio CiGiEmme (Italy-Milano)
D.Paladino CiGiEmme (Italy-Milano)
Giornata Aerospaziale NDT
Vergiate, 24 Settembre 2014

Verifica amperometri e dispositivo di quick break
accuratezza e ripetibilita’
Quick Break Device and Ammeters verification
accuracy and repeatability
2
This presentation will be divided into two parts:
Questa presentazione sarà divisa in due parti :
• La prima relativa ad alcuni aspetti legati alla verifica della strumen-
tazione a bordo impianto e alle problematiche correlate
• La seconda legata alle soluzioni impiantistico-circuitali di quanto
evidenziato nella prima parte.
Confidando che questo lavoro possa suscitare l’interesse dei presenti a questa
Manifestazione contiamo eventualmente di approfondire queste tematiche al
prossimo Nadcap Meeting in ambito NDT - Task Group perché possano essere
opportunamente valutate
• The first relevant to some aspects of verification of the on board
equipment and to the joined matters.
• The second one linked to instrument-circuit solutions of what
evidenced in the first part.
Hoping this work could arouse the interest of the attendees at this event we
possibly plan of deepen these issues at the next NDT Nadcap within Task
Group meeting in order properly evaluate the subjects.

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Requisiti Standard – estratto da ASTM E 1444-12
Standard Requirements – excerpt from ASTM E 1444-12

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7.4.1 Accuratezza Amperometri
Per verificare gli amperometri di un’apparecchiatura, occorre collegare in serie al circuito di uscita (carico) uno
«shunt test kit» idoneo e certificato. Letture comparative devono essere rilevate su almeno tre valori di
corrente inclusi nel range utilizzabile dell’apparecchiatura. La lettura dell’amperometro a bordo
dell’apparecchiatura non deve deviare oltre +/- 10% o 50 A (il maggiore dei 2) dal valore di corrente misurato
dall’amperometro campione.(Quando viene misurata corrente RADDRIZZATA SEMIONDA – HWDC – i valori
misurati da un amperometro campione tarato in FWDC devono essere duplicati.) La frequenza della verifica
degli amperometri di bordo è generalmente semestrale. Anche la RIPETIBILITA’ del valore di corrente erogato
non deve variare oltre +/- 10% o 50 A (il maggiore dei 2) a qualunque valore di riferimento impostato e il
bancale in verifica deve essere contrassegnato con il valore minimo di corrente ripetibile.
NOTA: Questo requisito deve essere verificato applicando il valore di corrente impostato per alcune volte
consecutive.
7.4.1 Ammeter Accuracy
To check the equipment ammeters, a suitable calibrated shunt test kit shall be connected in series with the
output circuit. Comparative readings shall be taken at least on three output levels encompassing the usable
range of the equipment. The ammeter reading shall not deviate more than ± 10 % or 50 amperes, (whichever is
greater), from the current value shown by the calibrated ammeter. (When measuring half-wave rectified current,
the current values shown by the calibrated FWDC ammeter readings shall be doubled.).
Machine output repeatability also shall not vary more than ± 10 % or 50 amperes, (whichever is greater), at any
set-point and the machine under test shall be marked with the value representing the lowest repeatable current
level.
NOTE: This requirement shall be verified applying the current set-point several times consecutively

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Esempio di applicazione dei requisiti – Example of the requirements application
Set-point = 600 A ► ± 10% = 60 A ► Max = 60 A
Set-point = 400 A ► ± 10% = 40 A ► Max = 50 A
Set-point > 600 A ► ± 10% (more convenient solution)
Set-point < 500 A ► 50 A (more convenient solution)

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Attualmente alcuni Prime stanno indicando sulle loro specifiche, come solo valore di accuratezza e ripetibilità il solo
limite del 10% della lettura, omettendo l’opzione dei 50 A, determinante per la compliance a bassi valori di corrente
erogati, per diversi impianti di costruzione non recente.
Poichè la macchina in taratura deve essere contrassegnata con il valore che rappresenta il più basso livello
ripetibile/stabile di corrente e relativa durata dell’impulso impostato, questi requisiti rischiano di limitare
notevolmente il campo di impiego di alcuni impianti di controllo attualmente in servizio.
Nowadays some Prime are pointing out into their specifications, as the only value of accuracy and repeatability, the
10% limit of reading, omitting the 50 A option , which is “basic” for compliance at low current values ,for many old
magnetic benches.
Since the machine under calibration shall be marked with the value that represents the lowest level of repeatable /
stable current and relative pulse duration, these requirements are likely to highly limit the field of application of
some magnetic benches currently in service.

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Questa ulteriore limitazione comporta che alcuni magnetoscopi a bancale, non di ultima generazione, non siano in
grado di rispettare il limite imposto dalle specifiche dei suddetti Prime a bassi valori di corrente erogata; questi,
mostrano infatti particolari difficoltà di “compliance ”, in merito alla ripetibilità e stabilità dei valori letti,
soprattutto quando la durata dell’impulso impostato è prossimo o uguale a 0,5 s, valore che peraltro rappresenta la
durata minima impiegabile per l’effettuazione del controllo.
In tali condizioni si rilevano spesso valori instabili con oscillazioni eccedenti il 10% della lettura. Nella pratica
operativa, l’esigenza di limitare queste ampie oscillazioni di corrente entro valori più restrittivi, è particolarmente
sentita qualora si debba ispezionare, mediante la tecnica di magnetizzazione a contatto diretto, particolari di
piccole dimensioni con superfici di contatto molto contenute e allo stesso tempo si sia costretti ad impiegare
impulsi di magnetizzazione di breve durata.
This further restriction implies that some magnetic benches , not of the latest generation, are not able to comply with
the limit imposed by the specifications of the Prime at low current values; these, in fact, show particular difficulties of
"compliance", on the repeatability and stability of the read values , especially when the pulse duration is set close or
equal to 0.5 s, a value that is the minimum allowed to perform the magnetic test.
In these conditions there is often unstable values with fluctuations exceeding the 10% of reading. In operating
practice, to limit these large current oscillations within more restrictive values, is particularly felt when is necessary to
inspect, by direct magnetization technique, small parts with very limited contact surfaces and at the same time to
employ pulse magnetization of short duration.

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A supporto di quanto finora espresso, nelle tabelle che seguono sono riportati i valori di corrente di
differenti magnetoscopi con ripetibilità non conforme (> 10%) quando testati con durata dell’impulso
di 0,5/1 s su 5 impulsi consecutivi. Corrente erogata: FWDC trifase.
To support what said up to now , in the following tables are reported the current values of different
magnetic benches showing non-compliant repeatability (> 10%) when tested with a pulse duration of
0.5 / 1 s on 5 consecutive pulses. Output current: FWDC Three phases.

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In Tab. 1 sono riportati i dati non conformi della verifica taratura di un amperometro installato a bordo di un
magnetoscopio a bancale alimentato con FWDC trifase.
Dai valori indicati appare evidente che i problemi di questa macchina non siano dovuti alla instabilità/scarsa ripetibilità
del generatore di corrente ma, più probabilmente, alla scarsa velocità di campionamento dello strumento in verifica.
Tab. 1 shows the not conform calibration test data of an ammeter on a magnetic bench supplied with FWDC .
From the pointed out values it is clear that the problems of this machine are not due to the instability / poor
repeatability of the power supply but, more likely, to the low sampling rate of the instrument itself.
Equipment used:Shunt 1000 A / 120 mV - Cl. 0.5 - K = 8.33 Millivoltmeter Fluke 289 TRMS -Uncertainty certified 0,016mV
Strumenti utilizzati:Shunt 1000 A/120 mV – Cl. 0.5 – K= 8.33 Millivoltmetro Fluke 289 TMRS – Incert. Certif. 0.016 mV

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Infatti, a condizioni invariate, modificando solo la durata dell’impulso portandola cioè ad 1 s (Ved. Tab. 1.1), lo
strumento in verifica dà risultati decisamente più coerenti con quelli del campione primario e conformi ai requisiti
delle Specifiche applicabili.
As a matter of fact, at unchanged conditions, modifying the pulse duration to 1 s (See. Tab. 1.1), the instrument
under verification show much more consistent results compared with those of the primary standard ,and compliant
with the requirements of the applicable specifications.
TAB 1.1

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Un caso più complesso è rappresentato dai dati di Tab. 2 dove non solo la differenza tra i 2 strumenti è rilevante ma
anche le letture del campione (vedi colonna B) mostrano differenze notevoli tra gli impulsi. Ciò fa presupporre che i
problemi di questo magnetoscopio siano imputabili sia alla ripetibilità del generatore che alla non adeguata
accuratezza dell’amperometro.
A more difficult case is represented by the data of Tab. 2 where not only the difference between the 2 instruments is
significant but the readings of the sample (see column B) show significant differences between the pulses also . This
allow to suppose that the problems of this magnetic bench are both due to the repeatability of current generator
and to the inadequate accuracy of the ammeter.
TAB 2

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In aggiunta alla verifica dell’amperometro del magnetoscopio e alla stesura del consueto rapporto di verifica taratura
occorre compilare una tabella (Es. TAB 3) da applicare sul quadro comandi del magnetoscopio affinché l’operatore
tenga ben presente i limiti di amperaggio ripetibile (entro +/- 10%) e relativi tempi di durata dell’impulso entro i quali
attenersi nella stesura delle tecniche di magnetizzazione e nell’ispezione dei componenti soggetti al controllo con
particelle magnetiche fluorescenti.
In addition to the ammeter verification and to the issue of the usual test report a table (i.e. TAB 3) need to be filled in
and posted on the control panel of the magnetic bench so that the operator shall keep in mind the limits of
repeatable amperage (within +/- 10%), and the pulse duration to be used in defining the magnetic data sheet
techniques and during magnetic inspection of parts .
TAB 3

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Come ulteriore apporto a questo lavoro abbiamo voluto considerate le problematiche pratiche del
controllo su parti con aree di contatto contenute che necessitano di particolare attenzione nell’impiego
della tecnica di magnetizzazione a contatto diretto evidenziando l’importanza dell’accuratezza e della
ripetibilità dell’amperometro del bancale magnetico.
As further sustain to this presentation , we wanted to consider the practical problems of control of
parts with small contact areas that need special care in the use of the direct contact technique of
magnetization and the accuracy and repeatibility of the ammeter of the magnetic bench .

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Photo 3 - Sample part with limited contact surfaces
A tale scopo è stato impiegato un particolare con i seguenti dati tecnici (Vedere Foto 3): Materiale: AISI 4340,
Condizioni: Temprato e Rinvenuto (bonificato) con superfici finite di lavorazione. Superficie di contatto (dal lato della
filettatura) con le espansioni polari del bancale: 16 mm2 circa. Il valore di corrente e stato stabilito prudenzialmente a
180 A adeguato per il diametro del gambo (8 mm) ma sottostimato per la testa esagonale: è noto che minore è la
superficie di contatto , maggiori sono i rischi di produrre surriscaldi, o peggio ancora, bruciature, cause che ne
compromettono l’impiego comportando lo scarto del componente.
For this purpose, has been employee a part with the following technical data (see Photo 3):
Material: AISI 4340 HT - Condition: hardened and tempered with fully machined surfaces.
- Contact surface (threaded side) with the pole pieces of the magnetic bench: approximately 16 mm2. The current
value has prudently been established at 180 A, proper for the diameter of the shank (8 mm) but underestimated for
the hexagonal head. It is known, that smaller is the contact surface, greater is the risk of having overheating, or even
worse, burns, causes that could compromise their employment lead to scrap of the part.

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Photo 4 - Evidence of the parameters used for
direct contact magnetization
Da prove effettuate su particolari con tali caratteristiche abbiamo rilevato un innalzamento della temperatura delle
superfici di contatto con le espansioni polari, a causa dell’effetto Joule legato al passaggio diretto della corrente nel
particolare in esame. Sono stati impiegati i seguenti parametri di corrente di magnetizzazione con la relativa durata
dell’impulso (vedi foto 5 e 8):
From tests carried out on parts with these characteristics we noticed an increasing of temperature of the surfaces in
contact with the polar expansions, due to the Joule effect joined to the direct passage of the current in the part. The
following parameters have been used for the magnetizing current with relevant pulse duration (see photos 5 and 8):
Current Value set:180 A FWDC
Time pulse duration:1 s
Lowest value repeatable / stable (low end amperage output stability / repeatability) of the magnetoscope:150 A at 1.0 s
Valore di corrente impostato:180 A FWDC
Tempo di durata dell’impulso:1 sec.
Valore più basso ripetibile/stabile del magnetoscopio impiegato: 150 A a 1,0 sec.

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Photo 5 - Temperature of the part before the
magnetization
Photo 6 - Temperature of the part after the
magnetization

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Un altro fondamentale elemento nel processo di ispezione con particelle magnetiche fluorescenti è rappresentato dal
dispositivo di Quick Break che consente una immediata interruzione della corrente di magnetizzazione nella bobina. La
brusca interruzione del flusso di magnetizzazione all’interno del materiale induce una forza elettromotrice
concatenata al flusso magnetico stesso per mezzo del quale viene prodotto un campo magnetico di induzione
adeguato, anche in prossimità delle estremità del particolare. Questo consente l’evidenziazione di discontinuità ad
orientamento circonferenziale, in prossimità di rasamenti che solitamente comportano dispersioni e deviazioni delle
linee di flusso con una conseguente insufficiente o addirittura inesistente magnetizzazione. Per questo motivo alcuni
prime hanno definito, come requisito , che il circuito di quick break del magnetoscopio, deve essere in grado di
garantire che il tempo di caduta della corrente non sia non superiore a 10 ms, partendo da un valore di corrente di
3.000 A a 30 A.
Di seguito sono riportati due esempi: il primo del corretto funzionamento del dispositivo, mentre il secondo che
eccede notevolmente questo requisito.
A further basic element in the magnetic particle inspection is the Quick Break device that allows an immediate
interruption of the current magnetization in the coil. The sudden interruption of the magnetization flow within the
material induces an electromotive force linked to the magnetic flux itself by means of which appropriate magnetic field
of induction is generated near the ends of the part also .
This allows to highlight discontinuity with circumferential orientation, close to the shims which usually give dispersions
and deviations of the flow lines with a consequent inadequate or even no magnetization.
For this reason some Prime have defined, as a requirement, that the circuit of quick break of the magnetoscope, shall be
able to ensure that the time of fall of the current is not more than 10 ms, starting from a current value of 3.000 A to 30
A.
Following are two examples: the first one with proper device operating, while the second that highly exceeds this
requirement.

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20
Second Part

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Accuratezza Amperometri in MT : soluzioni speciali
«Ammeter Accuracy: special features in MPI
FWDC «BASSA»
FWDC «LOW Range»
FWDC «High Range»
FWDC «ALTA»
FWDC Three phase Circuit – minimum 50 A
Circuito FWDC trifase – erogazione minima 50 A

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Ammeter Accuracy: special features in MPI
FWDC «BASSA»
FWDC «LOW Range» FWDC «High Range»
FWDC «ALTA»
FWDC Three phase Circuit – minimum 50 A
Circuito FWDC trifase – erogazione minima 50 A

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AC «BASSA»
AC «LOW Range» AC «HIGH Range»
AC «ALTA»
AC Circuit – minimum 50 A
Circuito AC – erogazione minima 50 A

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Shunt – Range Basso
«LOW Range» Shunt
«HIGH Range» shunt
Shunt - Range Alto
Secondary Circuit (Load)
Circuito Secondario (Carico)

FWDC
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FWDC
PRACTICAL EXECUTION
ESECUZIONE PRATICA

26
AC
PRACTICAL EXECUTION
ESECUZIONE PRATICA

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FWDC CALIBRATION VALUES
VALORI DI CALIBRAZIONE FWDC
USED CERTIFIED SHUNTS :
PART 1 300 A / 120 mV
PART 2 3000 A / 120 mV
SHUNT CERTIFICATI UTILIZZATI :
PARTE 1 300 A / 120 mV
PARTE 2 3000 A / 120 mV

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AC CALIBRATION VALUES
VALORI DI CALIBRAZIONE AC
USED CERTIFIED SHUNTS :
PART 1 300 A / 120 mV
PART 2 3000 A / 120 mV
SHUNT CERTIFICATI UTILIZZATI :
PARTE 1 300 A / 120 mV
PARTE 2 3000 A / 120 mV

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1) Maggiore è la taglia del generatore elettromagnetico, più elevato è il valore di corrente minima erogabile se non
vengono eseguite opportune scelte tecniche (ad es. doppio generatore)
2) I circuiti di potenza dei magnetoscopi sono prevalentemente di tipo «induttivo» – la corrente impiega un preciso
tempo di salita (costante di tempo = R/L). Più è basso il valore di corrente da erogare più è elevato il valore minimo
della durata dell’impulso erogabile. Per questo motivo si utilizza sui generatori FWDC trifase un commutazione
«triangolo / stella» per sfruttare meglio la potenza massima erogabile dal generatore nelle due condizioni
3) Sempre per l’elevata induttanza, maggiore è questo valore intrinseco del circuito di potenza più lungo è il tempo di
interruzione rapida «Quick Break».
1) As much powerful will be the MPI generator, as much higher will be the «minimum value of usable and repetable
magnetizing current» , if any special technical feature are not applied (i.e. Double generator)
2) Magnetizing power circuits are mostly INDUCTIVE - the current take time to raise up to the presettled value
according to the ratio «R/L». As much lower is the current value to be used as much higher will be the «minimum
duration of the magnetizing pulse» . For this reason, a «STAR / TRIANGLE» commutation on the transformer of the
FWDC three phase generator allow a better use of the available power.
3) Always due to the high inductance of the power circuits, as highest will be this value as longest will be the «Quick
Break» time.
ABOVE EXPLAINED SOLUTION LIMITS
LIMITI DELLE SOLUZIONI SOPRADESCRITTE

Qualche domanda ?
Any question ?
30
Grazie per la vostra attenzione !
Thank you for your attention !

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