자석 세기 측정 방법: 가우스 미터와 인장력 시험 비교

“자석의 세기’란 무엇입니까?

자석 세기 측정기를 선정하기 전에 적용 분야에서 중요한 결과가 무엇인지 정의하십시오.

한 범주의 값이 높다고 해서 다른 범주의 결과도 자동으로 더 좋아지는 것은 아닙니다.

예를 들어, 표면 Gauss 측정값이 높다고 해서 특정 인장력이 보장되는 것은 아닙니다. 마찬가지로, 벤치 시험에서 인장력이 높게 측정되었다고 해서 자석이 공극을 통해 필요한 센서 자기장을 형성한다는 의미는 아닙니다.

어떤 자석 세기 시험을 사용해야 합니까?

측정 장비가 아니라 엔지니어링 질문에서 시작하십시오.

실제 요구사항이 작동 거리에서의 성능인 경우, 표면 측정만으로는 일반적으로 충분하지 않습니다. 측정 지점은 제품에서 중요한 위치와 일치해야 합니다.

가우스미터로 자석을 어떻게 측정합니까?

가우스미터는 Hall 프로브를 사용하여 프로브의 감지 영역에서 자속 밀도를 측정합니다. 측정 결과는 일반적으로 gauss 또는 tesla로 표시됩니다.

NIST 환산식은 다음과 같습니다.

1 gauss = 0.0001 tesla이며, 10,000 gauss = 1 tesla입니다.

출처: NIST SI 단위 환산 계수 가이드

프로브 위치가 중요한 이유

영구자석 주변의 자기장은 균일하지 않습니다. 프로브를 표면에서 멀리 이동하거나 가장자리 쪽으로 옮기거나 기울이거나 다른 자기장 성분 방향으로 돌리면 측정값이 달라질 수 있습니다.

Hall 센서도 프로브 본체 내부에 있습니다. 프로브의 물리적 외부 표면이 항상 정확한 감지면과 일치하는 것은 아닙니다.

Lake Shore의 가우스미터 문서에서는 프로브 정렬, 온도, 영점 조정, 계측기 정확도 및 반복 가능한 위치 결정을 주요 측정 변수로 명시합니다. 또한 자기장 벡터가 Hall 센서에 대해 올바른 방향일 때 최대 응답이 나타난다고 설명합니다.

출처: Lake Shore Model 475 가우스미터 매뉴얼

통제된 조건에서의 가우스 측정 절차

이는 일반적인 비교 절차입니다. 계측기 제조업체의 절차와 프로젝트 검사 계획을 우선 적용해야 합니다.

1. 자기장 성분과 측정 위치를 정의하십시오.
2. 올바른 프로브 유형과 감지 방향을 확인하십시오.
3. 제조업체의 지침에 따라 계측기와 프로브가 안정화될 때까지 기다리십시오.
4. 지정된 방법으로 프로브의 영점을 조정하십시오.
5. 자석을 재현 가능한 방향으로 배치하십시오.
6. 미세한 위치 변화가 결과에 영향을 줄 수 있는 경우에는 지그를 사용하십시오.
7. 정의된 좌표와 간격에 맞춰 프로브를 배치하십시오.
8. 프로브 각도를 변경하지 않고 측정값을 기록하십시오.
9. 검사 계획에 따라 측정을 반복하십시오.
10. 요구사항에 따라 개별 측정값, 범위, 평균 또는 합격/불합격 결과를 보고하십시오.

명시된 목적이 최대 자기장의 위치를 찾는 것인 경우가 아니라면, 가장 높은 수치가 나타날 때까지 프로브를 임의로 움직이지 마십시오.

가우스 측정 기록에는 어떤 항목을 포함해야 합니까?

최소한 다음 항목을 기록하십시오.

• 자석 도면 또는 부품 식별 정보.
• 착자 방향.
• 측정 대상 자극.
• 프로브 유형 및 감지 방향.
• 측정 좌표.
• 프로브와 부품 간 간격.
• 부품 및 프로브 방향.
• 계측기 측정 범위 및 단위.
• 영점 조정 방법.
• 해당되는 경우 시험 온도.
• 측정 횟수.
• 개별 측정값 및 허용 범위.

이 정보가 없으면 유사한 자석을 시험하더라도 공급업체마다 서로 다른 Gauss 값을 보고할 수 있습니다.

분리력 시험은 어떻게 수행합니까?

분리력 시험은 자석 또는 자석 어셈블리를 상대면에서 분리하는 데 필요한 힘을 측정합니다.

시험 조건이 정의된 경우에만 결과가 유의미합니다. 강재 재질, 강재 두께, 표면 마감, 접촉 면적, 지그 정렬, 공극, 하중 방향 및 시험 속도는 모두 결과에 영향을 줄 수 있습니다.

ASTM 작업 항목 WK70439에서는 영구자석 어셈블리의 분리력 시험 방법을 개발하고 있습니다. 이는 공개된 ASTM 표준이 아니라 제안 단계의 작업 항목입니다. ASTM은 독자적인 시험 방법에 따라 측정값이 크게 달라질 수 있다고 설명합니다.

출처: ASTM 자석 분리력 측정

통제된 조건에서의 분리력 비교 절차

다음 절차는 반복 가능한 비교를 위한 것입니다. 보편적인 표준 절차는 아닙니다.

1. 시험 대상이 단품 자석인지 완성된 어셈블리인지 확인합니다.
2. 상대 플레이트의 재질, 두께, 치수 및 표면 상태를 정의합니다.
3. 접촉면을 세척하고 검사합니다.
4. 코팅, 스페이서, 접착제 층 또는 의도적으로 설정한 공기 간극을 관리하십시오.
5. 자석과 힘 측정기를 지정된 인장 방향에 맞춰 정렬하십시오.
6. 제어된 고정구를 통해 하중을 가하십시오.
7. 합의된 시험 동작에 따라 자석을 분리하십시오.
8. 합의된 보고 방법에 따라 최대 힘을 기록하십시오.
9. 필요에 따라 시험을 반복하십시오.
10. 결과와 함께 고정구 및 시험 조건을 보고하십시오.

“50 kg 인장력”이라고만 명시한 결과는 불완전합니다. 이 값이 킬로그램힘을 의미하는지, 어셈블리를 어떤 방식으로 시험했는지, 어떤 상대 접촉면을 사용했는지 명시해야 합니다.

힘은 가급적 뉴턴 단위로 표시해야 합니다. 킬로그램힘을 함께 사용하는 경우에는 질량 단위인 킬로그램으로 줄여 쓰지 말고 단위를 명확히 표기해야 합니다.

분리력과 전단력은 같습니까?

아닙니다. 일반적인 인장 시험은 자석을 상대 접촉면에 수직인 방향으로 분리합니다. 전단 하중 또는 미끄럼 하중은 표면과 평행한 방향으로 작용합니다.

미끄럼 저항은 마찰, 표면 조도, 고무 코팅, 기계적 스토퍼, 진동 및 하중 방향의 영향을 받습니다. 적용 조건별 평가 없이 일반 인장력 시험 결과를 전단 정격으로 사용해서는 안 됩니다.

정격 분리력과 안전 사용 하중은 같습니까?

아닙니다. 벤치 인장력 시험 결과를 최종 제품의 안전 사용 하중으로 자동 적용해서는 안 됩니다.

실제 적용 환경에서는 다음과 같은 조건이 발생할 수 있습니다:

• 공기 간극.
• 얇거나 투자율이 낮은 상대 재료.
• 곡면 또는 고르지 않은 표면.
• 전단 하중.
• 충격 또는 진동.
• 온도 변화.
• 정렬 불량.
• 접착부 또는 하우징 파손.
• 자석의 깨짐 또는 파손.

실제 적용 조건에 필요한 설계 여유는 담당 제품 엔지니어가 설정해야 합니다. 이 문서에서는 모든 경우에 적용되는 보편적인 안전계수를 제시하지 않습니다.

분리력 시험 안전 수칙

강한 자석은 갑자기 움직이거나 손가락을 끼게 할 수 있으며, 고정구 또는 상대 플레이트와 충돌하면 깨질 수 있습니다.

보호 장치가 있는 시험 설비를 사용하고, 손을 흡인 경로 밖에 두며, 작업장 위험성 평가와 개인보호구(PPE) 요구사항을 준수하십시오. 이 문서는 완전한 실험실 안전 절차를 제시하지 않습니다.

특정 자석 소재와 취급 조건에 해당하는 NdFeB 물질안전보건자료도 확인해야 합니다.

가우스미터로 자석 등급을 확인할 수 있습니까?

표면 가우스 측정값만으로는 완성된 자석이 N42, N52 또는 다른 등급인지 확인할 수 없습니다.

자석 등급은 착자 곡선 또는 감자 곡선에서 얻은, 관리된 소재 특성과 관련됩니다. 주요 특성은 다음과 같습니다.

• Br: 착자 자계가 제거된 후의 잔류 자속 밀도.
• HcB: 자속 밀도와 관련된 보자력.
• HcJ: 자기 분극과 관련된 고유 보자력.
• BHmax: 감자 곡선에서 산출한 최대 에너지적.

IEC 60404-5:2015는 영구자석 소재의 자속 밀도, 자기 분극, 자계 강도, 감자 곡선 및 리코일 선 측정 방법을 규정합니다.

출처: IEC 60404-5:2015

ASTM A977/A977M은 히스테리시그래프를 사용한 고보자력 영구자석 소재의 측정을 다룹니다. 이 표준은 단순한 완성품 표면 자계 검사가 아니라 소재 특성 측정에 적용됩니다.

출처: ASTM Committee A06.01 표준

완성된 자석의 가우스 측정값은 다음 요인의 영향도 받습니다.

• 자석 치수.
• 형상 및 길이 대 직경 비.
• 착자 상태.
• 착자 방향.
• 프로브 위치.
• 가장자리 효과.
• 인접한 강재 또는 자성 부품.
• 공극.

표면 자계 시험은 동일하게 관리된 조건에서 완성품을 비교하는 데 유용할 수 있습니다. 다만 적용 가능한 등급 증빙 문서나 관리된 소재 특성 시험을 대체해서는 안 됩니다.

특정 고등급 요구사항을 검토하는 경우 Osenc에서 확인한 다음 페이지도 참고할 수 있습니다: N52 네오디뮴 자석 페이지, 최종 자석 등급 선정은 여전히 적용 조건에 따라 달라진다는 점을 고려해야 합니다.

가우스 값을 인장력으로 직접 환산할 수 있습니까?

단일 Gauss 측정값을 분리력으로 직접 환산하는 보편적인 공식은 없습니다.

완전히 정의된 자기 시스템에서는 두 물리량의 관계를 산정할 수 있지만, 유효한 힘을 예측하려면 다음 정보도 필요합니다.

• 자석의 치수와 형상.
• 자석 등급과 착자 상태.
• 자극 면적과 자극 배열.
• 상대 접촉 재질.
• 강재 두께.
• 작동 공극.
• 코팅 또는 스페이서.
• 접촉 형상.
• 인장 방향.
• 주변 자성 부품.

예를 들어 두 자석이 한 프로브 위치에서 유사한 자기장 측정값을 나타내더라도, 자극 면적, 두께 또는 자기 회로가 다르면 분리력 시험 결과가 달라질 수 있습니다.

반대의 경우도 가능합니다. 두 어셈블리가 직접 접촉 상태에서 유사한 분리력을 나타내더라도, 수 mm 떨어진 위치의 센서에서는 자기장 수준이 크게 다를 수 있습니다.

특정 위치의 자기장이 중요하면 Gauss 시험을, 제어된 분리력이 중요하면 분리력 시험을 사용하십시오.

자석 단품을 시험해야 합니까, 최종 어셈블리 상태에서 시험해야 합니까?

엔지니어링 요구사항을 가장 잘 반영하는 대상을 시험하십시오.

주변의 강재는 자속의 경로를 바꿀 수 있습니다. 하우징은 작동 간극에 영향을 줄 수 있습니다. 접착제 두께, 코팅 및 조립 공차도 자석과 상대 부품 사이의 거리를 변화시킬 수 있습니다.

센서 또는 엔코더의 경우 센서가 설치되는 위치에서 자기장을 측정하십시오. 자석 홀더의 경우 실제로 사용할 상대 재료와 표면 조건에서 시험하십시오. 커플링 또는 로터의 경우 가능한 한 실제 작동 간극과 정렬 조건을 적용하십시오.

자기 시뮬레이션은 샘플 제작 전에 자기장, 힘, 토크 또는 자극 배열의 거동을 예측하는 데 도움이 됩니다. 단, 시뮬레이션은 설계 예측값이며 측정 결과가 아닙니다.

실용적인 개발 절차는 다음과 같습니다.

1. 작동 조건을 정의합니다.
2. 필요한 경우 성능을 모델링하거나 추정합니다.
3. 실제 조건을 반영한 샘플을 제작합니다.
4. 통제된 조건에서 자석 또는 어셈블리를 검증합니다.

Osenc는 도면, 샘플, 스케치 및 적용 요구사항을 바탕으로 맞춤형 자석과 자석 어셈블리에 관한 협의를 지원할 수 있습니다. 프로젝트 요구사항과 제조 검토 결과에 따라 자기장 평가, 시뮬레이션, 조립 검토 및 시험 등의 프로젝트 지원이 제공될 수 있습니다.

공급업체별 자석 시험 성적서를 어떻게 비교해야 합니까?

두 공급업체가 동등한 시험 조건을 적용했는지 확인하기 전에는 대표 수치만으로 비교하지 마십시오.

보고서는 다른 자격을 갖춘 담당자가 측정 내용을 이해하고, 가능한 경우 비교 시험을 재현할 수 있도록 작성해야 합니다.

회사 품질 관리 페이지에서는 공급업체의 일반적인 검사 방침을 확인할 수 있지만, 프로젝트별 시험 방법이나 합격 판정 기록을 대신하지는 않습니다. 현재 확인된 일반 범위는 Osenc의 품질 관리 정보 에서 확인하십시오.

자석 세기 관련 견적 요청서에는 어떤 정보를 포함해야 합니까?

유효한 RFQ를 작성하려면 측정값을 지정하기 전에 요구 기능을 설명해야 합니다.

자석 또는 어셈블리 정보

다음 정보를 제공하십시오:

• 도면 및 개정 번호.
• 치수 및 공차.
• 자석 소재 또는 제안 자석 등급.
• 착자 방향 및 자극 배열.
• 코팅.
• 하우징, 철강 부품, 접착제 및 기타 어셈블리 구성품.
• 예정 사용 온도.
• 해당되는 경우 환경 조건.

적용 요구사항

자석에 필요한 기능을 명시하십시오:

• 유지력.
• 센서 위치의 자기장.
• 감지 거리.
• 토크.
• 커플링 출력.
• 위치 결정력.
• 분리 성능.
• 배치 간 일관성.

시험 조건

다음 조건을 정의하십시오:

• 자석 단품 또는 최종 어셈블리.
• 측정 위치.
• 작동 간극.
• 프로브 방향.
• 상대재의 재질 및 두께.
• 인장 방향 또는 하중 방향.
• 고정구 요구사항.
• 시험 온도.
• 필요한 측정 횟수.

합격 기준

명시 사항:

• 목표값.
• 최솟값 또는 허용 범위.
• 단위.
• 샘플링 요구사항.
• 개별 측정값 필요 여부.
• 요구사항의 적용 대상이 샘플, 양산품 또는 둘 다인지 여부.

RFQ를 명확하게 작성하면 기술적으로는 정확하지만 실제 적용상의 질문에는 답하지 못하는 시험 성적서를 받을 위험을 줄일 수 있습니다.

자주 묻는 질문

가우스 미터와 자석 강도 측정기는 같은 장비인가요?

가우스미터는 자석 강도 시험기의 한 종류이지만, “자석 강도 시험기’라는 표현만으로는 구체적인 장비를 알 수 없습니다.

가우스미터, 테슬라미터, 인장력 시험기, 자속계, 히스테리시스 측정기, 토크 시험 지그 또는 적용 분야별 시험 시스템을 의미할 수 있습니다. 해당 장비가 측정하는 자기량을 확인하십시오.

스마트폰으로 자석의 세기를 측정할 수 있습니까?

스마트폰에 자력계가 내장되어 있다면 주변 자기장의 변화를 표시할 수 있습니다. Android 문서에 따르면 호환 센서는 X, Y, Z축의 자기장 성분을 마이크로테슬라 단위로 보고합니다.

그러나 센서의 측정 범위, 교정 상태, 위치, 기기 간섭 및 반복성이 자석 합격 판정 시험에 적합하지 않을 수 있습니다.

출처: Android SensorEvent 문서

휴대전화는 대략적인 확인 용도로만 사용하십시오. 교정된 가우스미터나 공급업체 제품의 합격 판정 도구로 사용해서는 안 됩니다.

자석의 자기 성능은 얼마나 자주 시험해야 합니까?

모든 자석 프로젝트에 공통으로 적용되는 시험 주기는 없습니다.

검사 계획에는 다음 사항을 반영해야 합니다:

• 적용 위험도.
• 생산 안정성.
• 고객 요구사항.
• 샘플 수량.
• 공정 변경.
• 공급업체 변경.
• 합의된 합격 판정 방법.

중요도가 높은 프로젝트에는 중요도가 낮은 상업용 적용 분야와 다른 관리 방안이 필요할 수 있습니다.