Risposta rapida
La forza di un magnete non si misura con un unico valore universale. Il metodo corretto dipende da ciò che si desidera sapere.
Un gaussmetro misura la densità di flusso magnetico in un punto ben definito. Una prova di forza di trazione misura la forza necessaria per separare un magnete o un gruppo magnetico da una superficie di accoppiamento ben definita in condizioni controllate.
Se occorre verificare proprietà dei materiali quali la rimanenza, la coercitività o il prodotto energetico massimo, è più indicato ricorrere a un sistema di prova dei materiali, come ad esempio un isteresigrafo. Per un motore, un sensore, un giunto o un gruppo di bloccaggio, il risultato più utile potrebbe invece essere l’intensità di campo, la coppia, la forza di tenuta o le prestazioni all’intercapedine effettiva di lavoro.
Cosa significa “potenza del magnete”?
Prima di scegliere un tester per la misurazione della forza magnetica, occorre definire quale risultato sia rilevante per l'applicazione.
| Cosa c'è da sapere | Misurazione | Attrezzatura tipica | Limite principale |
|---|---|---|---|
| Campo magnetico in un punto specifico | Densità di flusso magnetico | Gaussmetro o teslametro | Dipende in larga misura dalla posizione e dalla direzione della sonda |
| Momento magnetico o variazione integrata del flusso | Momento magnetico, magnetizzazione a circuito aperto o variazione del flusso magnetico collegato | Misuratore di flusso dotato di una bobina di misura adeguata | Dipende dalla geometria della bobina, dalla calibrazione e dal metodo di prova |
| Prestazioni intrinseche del materiale | Br, HcB, HcJ, BHmax, curva di smagnetizzazione | Isteresigrafo o altro sistema di prova dei materiali idoneo | Verifica le proprietà dei materiali, non le prestazioni dell'assemblaggio nel suo complesso |
| Forza di separazione da una superficie di accoppiamento | Forza di distacco o forza di trazione | Dinamometro e dispositivo di fissaggio controllato | Dipende dalla configurazione completa del test |
| Prestazioni del prodotto | Campo, forza, coppia, distanza di rilevamento o potenza di accoppiamento | Dispositivo di prova specifico per l'applicazione | Richiede condizioni operative reali |
Un valore più alto in una categoria non implica automaticamente un risultato migliore in un’altra.
Ad esempio, un valore elevato di Gauss superficiale non garantisce una forza di trazione specifica. Allo stesso modo, un risultato elevato nella prova di trazione su banco non dimostra che un magnete sia in grado di fornire il campo magnetico richiesto dal sensore attraverso un traferro.
Quale test di forza magnetica dovresti utilizzare?
Parti dalla domanda ingegneristica, non dallo strumento.
| Domanda relativa alla domanda di ammissione | Misura consigliata | Informazioni richieste |
|---|---|---|
| Un sensore Hall rileverà il magnete in una posizione definita? | Densità di flusso magnetico in corrispondenza del sensore | Posizione del sensore, distanza operativa, orientamento del magnete, campo del bersaglio |
| Un magnete presenta una distribuzione uniforme del campo superficiale? | Misure di Gauss in coordinate definite | Tipo di sonda, griglia di misurazione, dispositivo di fissaggio, orientamento del magnete |
| Un supporto magnetico resisterà alla separazione diretta? | Forza di trazione normale | Materiale di accoppiamento, area di contatto, condizioni della superficie, direzione di trazione |
| Un assemblaggio resisterà a un movimento laterale? | Prova di taglio o di scorrimento specifica per l'applicazione | Attrito, direzione del carico, vibrazioni, condizioni della superficie |
| Il materiale soddisfa i requisiti di un determinato grado magnetico? | Misurazione controllata delle proprietà dei materiali | Proprietà richieste, condizioni del provino, metodo di prova applicabile |
| Un accoppiamento o un rotore garantiranno la potenza richiesta? | Prova di coppia o di prestazioni applicative | Distanza di lavoro, disposizione dei poli, velocità, temperatura, allineamento |
| Un lotto di produzione è coerente con un altro? | Test di accettazione o di produzione concordato | Limiti di accettazione, piano di campionamento, dispositivo di prova, metodo di rendicontazione |
Quando il requisito effettivo è la prestazione a una determinata distanza di lavoro, la sola misurazione superficiale è solitamente insufficiente. Il punto di misurazione dovrebbe corrispondere alla posizione rilevante all’interno del prodotto.
Come si misura un magnete con un gaussmetro?
Un gaussmetro utilizza una sonda di Hall per misurare la densità di flusso magnetico nell'area di rilevamento della sonda. I risultati vengono solitamente espressi in gauss o tesla.
La conversione secondo il NIST è:
1 gauss = 0,0001 tesla, e 10.000 gauss = 1 tesla.
Fonte: Guida del NIST ai fattori di conversione del Sistema Internazionale (SI)
Perché la posizione della sonda è importante?
Il campo magnetico attorno a un magnete permanente non è uniforme. La lettura può variare quando la sonda viene allontanata dalla superficie, spostata verso un bordo, inclinata o orientata verso un’altra componente del campo.
Anche il sensore Hall si trova all'interno del corpo della sonda. La superficie esterna della sonda non coincide sempre esattamente con il piano di rilevamento.
La documentazione relativa al gaussmetro di Lake Shore identifica l'allineamento della sonda, la temperatura, l'azzeramento, la precisione dello strumento e il posizionamento ripetibile come variabili di misura importanti. Spiega inoltre che la risposta massima si verifica quando il vettore di campo presenta l'orientamento corretto rispetto al sensore Hall.
Fonte: Manuale del gaussmeter Lake Shore modello 475
Un flusso di lavoro per la misurazione gaussiana controllata
Si tratta di una procedura generale di confronto. La procedura del produttore dello strumento e il piano di ispezione del progetto hanno la precedenza.
- Definire la componente del campo e il punto di misurazione.
- Verificare che il tipo di sonda e la direzione di rilevamento siano corretti.
- Lasciare che lo strumento e la sonda si stabilizzino secondo le indicazioni del produttore.
- Azzerare la sonda utilizzando il metodo specificato.
- Posizionare il magnete in un orientamento ripetibile.
- Utilizzare un dispositivo di fissaggio quando anche piccole variazioni di posizione potrebbero influire sul risultato.
- Posizionare la sonda alle coordinate e alla distanza specificate.
- Registrare la lettura senza modificare l'angolo della sonda.
- Ripetere la misurazione secondo il piano di ispezione.
- Riportare le singole letture, gli intervalli, le medie o i risultati di superamento/non superamento, a seconda delle necessità.
Non limitarsi a spostare la sonda finché non compare il valore più alto, a meno che lo scopo dichiarato non sia specificatamente quello di individuare il campo massimo.
Cosa dovrebbe contenere un verbale di prova Gauss?
Registra almeno:
- Disegno del magnete o identificazione del componente.
- Direzione di magnetizzazione.
- Si sta misurando il palo.
- Tipo di sonda e direzione di rilevamento.
- Coordinate di misurazione.
- Distanza tra la sonda e il pezzo.
- Orientamento dei componenti e delle sonde.
- Intervallo e unità di misura dello strumento.
- Metodo di azzeramento.
- Verificare la temperatura, se del caso.
- Numero di misurazioni.
- Valori singoli e intervallo di accettabilità.
Senza queste informazioni, due fornitori potrebbero riportare valori di Gauss diversi anche quando testano magneti simili.
Come si esegue una prova di trazione?
Una prova di forza di trazione misura la forza necessaria per separare un magnete o un gruppo magnetico da una superficie di accoppiamento.
Il risultato è significativo solo se vengono definite le condizioni di prova. Il tipo di acciaio, lo spessore dell’acciaio, la finitura superficiale, l’area di contatto, l’allineamento dei dispositivi di fissaggio, lo spazio d’aria, la direzione di carico e la velocità di prova possono tutti influire sul risultato.
Il progetto ASTM WK70439 sta elaborando una proposta di metodo per le prove di trazione su gruppi di magneti permanenti. Si tratta ancora di una proposta di progetto e non di una norma ASTM pubblicata. L’ASTM sottolinea che i metodi di prova proprietari possono fornire valori molto diversi tra loro.
Fonte: Misurazione della forza di attrazione magnetica secondo la norma ASTM
Un flusso di lavoro per il confronto delle forze di trazione controllate
Il seguente flusso di lavoro consente di effettuare confronti ripetibili. Non si tratta di una procedura standard universale.
- Verificare se il test si applica a un magnete nudo o a un gruppo completo.
- Specificare il materiale, lo spessore, le dimensioni e le condizioni superficiali della piastra di accoppiamento.
- Pulire e ispezionare le superfici di contatto.
- Tenere sotto controllo qualsiasi rivestimento, distanziatore, strato adesivo o intercapedine d’aria intenzionale.
- Allineare il magnete e il misuratore di forza alla direzione di trazione specificata.
- Applicare il carico tramite un dispositivo di fissaggio controllato.
- Separare il magnete eseguendo il movimento di prova concordato.
- Registrare la forza massima utilizzando il metodo di segnalazione concordato.
- Ripetere il test secondo necessità.
- Segnalare le condizioni di montaggio e di prova insieme al risultato.
Un risultato che riporta semplicemente “50 kg di forza di trazione” è incompleto. Dovrebbe specificare se il valore si riferisce a chilogrammi-forza, in che modo è stato testato il gruppo e quale superficie di accoppiamento è stata utilizzata.
La forza dovrebbe essere espressa preferibilmente in newton. Se si utilizza anche il chilogrammo-forza, l'unità dovrebbe essere indicata per esteso, anziché abbreviata in chilogrammi, che è un'unità di massa.
La forza di trazione è uguale alla forza di taglio?
No. Una prova di trazione standard separa il magnete in direzione perpendicolare alla superficie di accoppiamento. Un carico di taglio o di scorrimento agisce parallelamente alla superficie.
La resistenza allo scorrimento è influenzata dall'attrito, dalla struttura della superficie, dai rivestimenti in gomma, dai fermi meccanici, dalle vibrazioni e dalla direzione del carico. Il valore normale della forza di trazione non deve essere utilizzato come valore di resistenza al taglio senza una valutazione specifica per l'applicazione.
La forza di trazione nominale corrisponde al carico di lavoro sicuro?
No. Il valore della forza di trazione rilevato al banco non deve essere automaticamente considerato come il carico di lavoro sicuro del prodotto finale.
Le applicazioni reali potrebbero comportare:
- Spazi d'aria.
- Materiali di accoppiamento sottili o a bassa permeabilità.
- Superfici curve o irregolari.
- Carico di taglio.
- Urti o vibrazioni.
- Variazioni di temperatura.
- Disallineamento.
- Guasto dell'adesivo o dell'alloggiamento.
- Scheggiatura o rottura del magnete.
L'ingegnere di prodotto responsabile deve stabilire il margine di sicurezza necessario per l'applicazione specifica. Il presente articolo non fornisce un fattore di sicurezza universale.
Sicurezza nei test di trazione
I magneti potenti possono spostarsi improvvisamente, intrappolare le dita o scheggiarsi quando urtano un supporto o una piastra di accoppiamento.
Utilizzare una configurazione di prova protetta, tenere le mani fuori dal percorso di attrazione e attenersi alla valutazione dei rischi sul posto di lavoro e ai requisiti relativi ai DPI. Il presente articolo non costituisce una procedura completa di sicurezza di laboratorio.
Si raccomanda inoltre di consultare la scheda di sicurezza relativa all'NdFeB per conoscere le caratteristiche specifiche del materiale magnetico e le condizioni di manipolazione.
Un misuratore di campo magnetico può confermare il grado di un magnete?
Una lettura Gauss superficiale non può, di per sé, confermare che un magnete finito sia di grado N42, N52 o di un altro grado.
Una classe si riferisce alle proprietà del materiale misurate a condizioni controllate, ricavate da una curva di magnetizzazione o smagnetizzazione. Tra le proprietà più importanti possono figurare:
- Br: Densità di flusso magnetico residuo dopo la rimozione del campo magnetizzante.
- HcB: Intensità del campo coercitivo associata alla densità di flusso magnetico.
- HcJ: Intensità del campo coercitivo intrinseco associata alla polarizzazione magnetica.
- BHmax: Valore massimo dell'energia ricavato dalla curva di smagnetizzazione.
La norma IEC 60404-5:2015 definisce i metodi di misurazione della densità di flusso magnetico, della polarizzazione magnetica, dell'intensità del campo magnetico, delle curve di smagnetizzazione e delle linee di ritorno dei materiali a magneti permanenti.
Fonte: IEC 60404-5:2015
La norma ASTM A977/A977M riguarda la misurazione dei materiali per magneti permanenti ad alta coercitività mediante isteresiografi. Si applica alla misurazione delle proprietà dei materiali, non alla semplice ispezione del campo superficiale dei pezzi finiti.
Fonte: Norme del Comitato ASTM A06.01
Il valore in gauss di una calamita finita dipende anche dai seguenti fattori:
- Dimensioni del magnete.
- Forma e rapporto lunghezza/diametro.
- Stato di magnetizzazione.
- Direzione di magnetizzazione.
- Posizione della sonda.
- Effetti ai bordi.
- Componenti in acciaio o magnetici nelle vicinanze.
- Spazio d'aria.
Le prove in campo possono essere utili per confrontare pezzi finiti nelle stesse condizioni controllate. Non devono tuttavia sostituire la documentazione relativa alla classe di qualità applicabile né le prove controllate sulle proprietà dei materiali.
I lettori che stanno valutando un requisito specifico di alto livello possono anche consultare i dati confermati da OSENC Pagina dedicata ai magneti al neodimio N52, tenendo presente che la scelta del voto finale dipende comunque dalla domanda di ammissione.
È possibile convertire direttamente i gauss in forza di trazione?
Non esiste una formula universale che consenta di convertire direttamente un singolo valore di Gauss in forza di trazione.
Le due grandezze possono essere messe in relazione all’interno di un sistema magnetico completamente definito, ma una previsione valida della forza richiede anche informazioni su:
- Dimensioni e forma del magnete.
- Grado e stato di magnetizzazione.
- Superficie e disposizione dei pali.
- Materiale di accoppiamento.
- Spessore dell'acciaio.
- Distanza d'aria operativa.
- Rivestimenti o distanziatori.
- Geometria di contatto.
- Direzione di trazione.
- Componenti magnetici nelle vicinanze.
Ad esempio, due magneti possono presentare valori di campo simili in un determinato punto di misurazione, ma generare risultati diversi in termini di forza di attrazione poiché le loro aree polari, i loro spessori o i loro circuiti magnetici sono diversi.
È possibile anche il contrario. Due gruppi possono generare una forza di trazione per contatto diretto simile, ma livelli di campo molto diversi in corrispondenza di un sensore posizionato a diversi millimetri di distanza.
Ricorrere alla prova di Gauss quando è importante il campo in un determinato punto. Ricorrere alla prova di forza di trazione quando è importante la forza di separazione controllata.
È meglio testare il magnete da solo o nell'assemblaggio finale?
Verificare quale oggetto rispecchi al meglio il requisito tecnico.
| Oggetto di prova | Adatto quando | Limite principale |
|---|---|---|
| Magnete nudo | Verifica della polarità, dell'uniformità del campo superficiale o della variazione dei componenti in entrata | Non include l'alloggiamento, l'acciaio, l'adesivo né la distanza di lavoro |
| Componente parzialmente assemblato | Verificare in che modo una coppa, un ferro posteriore, un alloggiamento o un supporto influiscano sulle prestazioni | Potrebbe non rispecchiare la configurazione finale di montaggio |
| Assemblaggio finale dei magneti | Verifica delle prestazioni effettive in termini di tenuta, rilevamento, coppia o accoppiamento | Richiede un dispositivo di fissaggio specifico per l'applicazione e controllato |
| Prodotto finale | Verifica del funzionamento effettivo del sistema | È più difficile individuare la causa di un risultato negativo |
La presenza di acciaio nelle vicinanze può deviare il flusso magnetico. Un alloggiamento può modificare la distanza di lavoro. Anche lo spessore dell'adesivo, il rivestimento e la tolleranza di assemblaggio possono influire sulla distanza tra il magnete e il componente di accoppiamento.
Nel caso di un sensore o di un encoder, misurare il campo nella posizione in cui è installato il sensore. Nel caso di un supporto magnetico, effettuare la prova in presenza del materiale di accoppiamento previsto e delle condizioni superficiali previste. Nel caso di un giunto o di un rotore, utilizzare, ove possibile, l’effettivo gioco di lavoro e le condizioni di allineamento effettive.
La simulazione magnetica può aiutare a prevedere il comportamento del campo, della forza, della coppia o della disposizione dei poli prima della produzione dei campioni. Tuttavia, una simulazione è una previsione di progettazione, non un risultato misurato.
Un percorso di sviluppo pratico potrebbe essere il seguente:
- Definire le condizioni operative.
- Se opportuno, modellare o stimare le prestazioni.
- Creare un campione rappresentativo.
- Verificare il magnete o il gruppo in condizioni controllate.
OSENC è in grado di fornire consulenza su magneti e assemblaggi magnetici personalizzati sulla base di disegni, campioni, schizzi e requisiti applicativi. Il supporto offerto per i progetti può includere la valutazione del campo magnetico, la simulazione, la revisione dell'assemblaggio e i test, in base ai requisiti del progetto e alla valutazione della produzione.
Come si confrontano i rapporti di prova sui magneti forniti da diversi fornitori?
Non confrontare i dati principali finché non avrai verificato che entrambi i fornitori abbiano utilizzato condizioni di prova equivalenti.
| Elemento del rapporto | Cosa controllare |
|---|---|
| Oggetto di prova | Magnete nudo, sottogruppo o gruppo completo |
| Misurazione | Campo superficiale, campo a distanza, momento magnetico, forza di attrazione, coppia o proprietà del materiale |
| Strumento | Tipo di apparecchiatura, sonda o sensore, campo di misura e unità di misura |
| Posizione di prova | Coordinate esatte, distanza e orientamento |
| Calendario | Piastra di accoppiamento, dispositivo di trazione, bobina, supporto o stato dell'assieme |
| Ambiente | Temperatura e altre condizioni rilevanti |
| Ripetizione | Numero di test e indicazione della visualizzazione dei singoli risultati |
| Formato dei risultati | Valori singoli, media, minimo, massimo o intervallo |
| Criteri di accettazione | Valore nominale, tolleranza, valore minimo o limite di accettazione/rifiuto |
| Taratura | Stato di taratura o tracciabilità richiesti dal contratto di acquisto |
Un rapporto dovrebbe consentire a un’altra persona qualificata di comprendere cosa è stato misurato e, ove possibile, di riprodurre il confronto.
Una pagina dedicata alla gestione della qualità aziendale può illustrare l'approccio generale del fornitore in materia di ispezione, ma non sostituisce un metodo di prova specifico per il progetto né un verbale di accettazione. Si veda il documento dell'OSENC informazioni sulla gestione della qualità per l'ambito di applicazione generale attualmente confermato.
Cosa occorre includere in una richiesta di offerta relativa alla potenza dei magneti?
Una richiesta di preventivo efficace dovrebbe descrivere la funzione richiesta prima di specificare un valore di misura.
Informazioni sul magnete o sul gruppo
Fornire:
- Disegno e revisione.
- Dimensioni e tolleranze.
- Materiale magnetico o grado proposto.
- Direzione di magnetizzazione e disposizione dei poli.
- Rivestimento.
- Alloggiamenti, componenti in acciaio, adesivi e altri componenti di assemblaggio.
- Temperatura di esercizio prevista.
- Condizioni ambientali, ove pertinente.
Requisiti per la candidatura
Indicare se il magnete deve garantire:
- Forza di tenuta.
- Campo in corrispondenza di un sensore.
- Distanza di rilevamento.
- Coppia.
- Uscita dell'accoppiamento.
- Forza di posizionamento.
- Prestazioni di separazione.
- Uniformità tra i lotti.
Condizioni di prova
Definizione:
- Magnete nudo o gruppo completo.
- Punto di misurazione.
- Distanza di lavoro.
- Direzione della sonda.
- Materiale e spessore di accoppiamento.
- Direzione di trazione o di carico.
- Requisiti relativi alle attrezzature.
- Temperatura di prova.
- Numero di misurazioni richiesto.
Criteri di accettazione
Specificare:
- Valore target.
- Intervallo minimo o consentito.
- Unità.
- Requisiti relativi al campionamento.
- Se sono richieste letture individuali.
- Se il requisito si applica ai campioni, ai pezzi di produzione o a entrambi.
Una richiesta di preventivo ben definita riduce il rischio di ricevere un rapporto di prova tecnicamente corretto che però non risponda alle effettive esigenze applicative.
Domande frequenti
Un misuratore di campo magnetico è la stessa cosa di un misuratore di intensità magnetica?
Un gaussmetro è un tipo di misuratore di intensità magnetica, ma l'espressione “misuratore di intensità magnetica” non è specifica.
Può trattarsi di un gaussmetro, un teslametro, un misuratore di forza di trazione, un flussometro, un isteresigrafo, un dispositivo di misurazione della coppia o un sistema di prova specifico per un’applicazione. Verificare quale grandezza magnetica viene misurata dall’apparecchiatura.
Uno smartphone può misurare l'intensità di un campo magnetico?
Uno smartphone può rilevare variazioni del campo magnetico ambientale se è dotato di un magnetometro. La documentazione di Android indica che i sensori compatibili riportano le componenti del campo magnetico sugli assi X, Y e Z in microtesla.
Tuttavia, la portata del sensore, la calibrazione, la posizione, le interferenze dei dispositivi e la ripetibilità potrebbero non essere adeguate per i test di accettazione dei magneti.
Fonte: Documentazione su SensorEvent per Android
Utilizzare il telefono solo come indicazione approssimativa. Non considerarlo un misuratore di gauss calibrato né uno strumento di collaudo in fase di consegna.
Con quale frequenza occorre verificare la forza dei magneti?
Non esiste una frequenza di collaudo universale valida per tutti i progetti che prevedono l'uso di magneti.
Il piano di ispezione dovrebbe tenere conto di quanto segue:
- Rischio legato all'applicazione.
- Stabilità della produzione.
- Esigenze dei clienti.
- Dimensione del campione.
- Modifiche al processo.
- Cambiamenti dei fornitori.
- Il metodo di accettazione concordato.
I progetti critici potrebbero richiedere controlli diversi rispetto alle applicazioni commerciali non critiche.
Hai bisogno di aiuto per definire i requisiti di un test magnetico?
Invia a OSENC il tuo disegno, la distanza di lavoro, il campo magnetico o la forza di attrazione desiderati, il materiale di accoppiamento, l'intervallo di temperatura e il metodo di collaudo proposto.
Lo scopo della revisione è individuare gli elementi da misurare prima della convalida dei campioni, contribuendo così a ridurre le specifiche poco chiare e le revisioni superflue dei campioni.
Discutere di un progetto tramite il Servizio di personalizzazione dei magneti al neodimio OSENC o contatta OSENC.
Ben — OSENC
Ben vanta oltre 10 anni di esperienza nel settore dei magneti permanenti e collabora con OSENC dal 2019. Si occupa in particolare di magneti NdFeB su misura, accessori magnetici e gruppi magnetici.
Aiuta i clienti a definire con chiarezza i requisiti relativi ai materiali, ai rivestimenti, alla magnetizzazione, ai test e alla produzione, riducendo le lacune comunicative e le inutili iterazioni dei campioni.
