Co oznacza termin “siła magnesu”?

Przed wyborem urządzenia do pomiaru siły magnesu należy określić, jaki wynik ma znaczenie dla danego zastosowania.

Wyższa wartość w jednej kategorii nie oznacza automatycznie lepszego wyniku w innej.

Na przykład wysoki odczyt Gaussa na powierzchni nie gwarantuje określonej siły przyciągania. Podobnie wysoki wynik pomiaru siły przyciągania na stole pomiarowym nie świadczy o tym, że magnes zapewni wymagane pole czujnika przez szczelinę powietrzną.

Który test siły magnesu warto przeprowadzić?

Zacznij od zagadnienia inżynierskiego, a nie od przyrządu.

Gdy faktycznym wymaganiem jest wydajność w odległości roboczej, sam pomiar powierzchniowy zazwyczaj nie wystarcza. Punkt pomiarowy powinien odpowiadać miejscu w produkcie, które ma znaczenie.

Jak zmierzyć siłę przyciągania magnesu za pomocą gaussmierza?

Miernik gaussa wykorzystuje sondę Halla do pomiaru gęstości strumienia magnetycznego w obszarze wykrywania sondy. Wyniki są zazwyczaj podawane w gausach lub teslach.

Wynik przeliczenia według NIST wynosi:

1 gauss = 0,0001 tesli, a 10 000 gaussów = 1 tesla.

Źródło: Przewodnik NIST po współczynnikach przeliczeniowych systemu SI

Dlaczego położenie sondy ma znaczenie?

Pole magnetyczne wokół magnesu stałego nie jest jednolite. Odczyt może ulec zmianie, gdy sondę odsunięto od powierzchni, przesunięto w kierunku krawędzi, przechyliło lub obróciło w kierunku innego składowego pola.

Czujnik Halla znajduje się również wewnątrz korpusu sondy. Fizyczna powierzchnia zewnętrzna sondy nie zawsze pokrywa się dokładnie z płaszczyzną pomiarową.

W dokumentacji gaussmierza firmy Lake Shore jako istotne zmienne pomiarowe wskazano ustawienie sondy, temperaturę, zerowanie, dokładność przyrządu oraz powtarzalność pozycjonowania. Wyjaśniono w niej również, że maksymalna reakcja występuje wtedy, gdy wektor pola ma prawidłową orientację względem czujnika Halla.

Źródło: Instrukcja obsługi gaussmierza Lake Shore Model 475

Procedura kontrolowanego pomiaru rozkładu Gaussa

Poniżej przedstawiono ogólny schemat postępowania w przypadku porównania. Pierwszeństwo mają procedury producenta przyrządu oraz plan kontroli projektu.

1. Należy określić składową pola oraz miejsce pomiaru.
2. Należy sprawdzić, czy typ sondy i kierunek pomiaru są prawidłowe.
3. Należy poczekać, aż przyrząd i sonda osiągną stan stabilny zgodnie z zaleceniami producenta.
4. Zresetuj sondę zgodnie z podaną metodą.
5. Umieść magnes w stałej pozycji.
6. Należy użyć uchwytu, gdy nawet niewielkie zmiany położenia mogą wpłynąć na wynik.
7. Ustaw sondę w określonym punkcie współrzędnych i w określonej odległości.
8. Zarejestruj odczyt bez zmiany kąta nachylenia sondy.
9. Powtórz pomiar zgodnie z planem kontroli.
10. W zależności od potrzeb należy podawać poszczególne odczyty, zakresy, średnie lub wyniki typu „zaliczone/niezaliczone”.

Nie należy po prostu przesuwać sondy, aż pojawi się najwyższa wartość, chyba że wyraźnie określono, że celem jest zlokalizowanie pola o największej intensywności.

Co powinien zawierać protokół z testu Gaussa?

Należy odnotować co najmniej:

• Rysunek magnesu lub identyfikacja części.
• Kierunek namagnesowania.
• Pomiar słupa.
• Typ sondy i kierunek pomiaru.
• Współrzędna pomiarowa.
• Odległość między sondą a elementem.
• Orientacja elementu i sondy.
• Zakres pomiarowy i jednostka miary.
• Metoda zerowania.
• W stosownych przypadkach należy sprawdzić temperaturę.
• Liczba pomiarów.
• Poszczególne wartości i zakres dopuszczalny.

Bez tych informacji dwaj dostawcy mogą podawać różne wartości Gaussa, nawet jeśli badają podobne magnesy.

Jak przeprowadza się badanie siły rozciągania?

W próbie siły odrywania mierzy się siłę niezbędną do oddzielenia magnesu lub zespołu magnetycznego od powierzchni współpracującej.

Wynik ma znaczenie tylko wtedy, gdy określono warunki badania. Na wynik mogą wpływać: rodzaj stali, grubość blachy, wykończenie powierzchni, powierzchnia styku, ustawienie uchwytu, szczelina powietrzna, kierunek obciążenia oraz prędkość badania.

W ramach zadania ASTM WK70439 opracowywana jest proponowana metoda przeprowadzania prób rozciągania zespołów magnesów trwałych. Jest to nadal zadanie w fazie projektowej, a nie opublikowana norma ASTM. ASTM zwraca uwagę, że zastrzeżone metody badawcze mogą dawać bardzo zróżnicowane wyniki.

Źródło: Pomiar siły przyciągania magnesu zgodnie z normą ASTM

Schemat porównawczy kontrolowanej siły pociągowej

Poniższy schemat postępowania umożliwia powtarzalne porównania. Nie jest to jednak uniwersalna, standardowa procedura.

1. Należy ustalić, czy test dotyczy samego magnesu, czy też kompletnego zespołu.
2. Należy określić materiał, grubość, wymiary oraz stan powierzchni płyty łączącej.
3. Oczyść i sprawdź powierzchnie stykowe.
4. Należy uwzględnić wszelkie powłoki, elementy dystansowe, warstwy kleju lub celowo pozostawione szczeliny powietrzne.
5. Ustaw magnes i miernik siły zgodnie z podanym kierunkiem ciągnięcia.
6. Obciążenie należy przyłożyć za pomocą specjalnego uchwytu.
7. Odłącz magnes, wykonując uzgodniony ruch testowy.
8. Zarejestruj maksymalną siłę, stosując uzgodnioną metodę raportowania.
9. W razie potrzeby powtórz test.
10. Należy podać informacje dotyczące urządzenia i warunków testowych wraz z wynikiem.

Wynik, w którym podano jedynie “siła uciągu 50 kg”, jest niekompletny. Należy w nim określić, czy wartość ta odnosi się do kilograma siły, w jaki sposób przeprowadzono badanie zespołu oraz która powierzchnia styku została wykorzystana.

Siłę należy podawać najlepiej w niutonach. Jeśli stosuje się również kilogram-siłę, jednostkę tę należy zapisać w pełnej formie, a nie skracać do „kilogramów”, które są jednostką masy.

Czy siła rozciągająca to to samo co siła ścinająca?

Nie. W standardowym teście rozciągającym magnes ulega rozdzieleniu w kierunku prostopadłym do powierzchni styku. Obciążenie ścinające lub ślizgowe działa równolegle do tej powierzchni.

Na opór przesuwu wpływają: tarcie, chropowatość powierzchni, powłoki gumowe, ograniczniki mechaniczne, drgania oraz kierunek obciążenia. Wynik pomiaru siły pociągowej nie powinien być traktowany jako wartość nośności przy ścinaniu bez przeprowadzenia oceny dostosowanej do konkretnego zastosowania.

Czy znamionowa siła pociągowa to to samo, co bezpieczne obciążenie robocze?

Nie. Wynik pomiaru siły uciągu na stanowisku badawczym nie powinien być automatycznie traktowany jako bezpieczne obciążenie robocze gotowego produktu.

W rzeczywistych zastosowaniach mogą pojawić się:

• Szczeliny powietrzne.
• Cienkie lub o niskiej przepuszczalności materiały łączące.
• Powierzchnie zakrzywione lub nierówne.
• Obciążenie ścinające.
• Wstrząs lub wibracja.
• Zmiany temperatury.
• Niewspółosiowość.
• Awaria kleju lub obudowy.
• Odłamanie lub pęknięcie magnesu.

Inżynier odpowiedzialny za produkt powinien ustalić wymagany margines projektowy dla konkretnego zastosowania. Niniejszy artykuł nie podaje uniwersalnego współczynnika bezpieczeństwa.

Bezpieczeństwo podczas testu rozciągania

Silne magnesy mogą nagle się przesunąć, przytrzasnąć palce lub pęknąć, gdy uderzą w element mocujący lub płytkę łączącą.

Należy korzystać z zabezpieczonego stanowiska badawczego, trzymać ręce poza torem ruchu obiektu oraz przestrzegać wymogów dotyczących oceny ryzyka w miejscu pracy i środków ochrony indywidualnej. Niniejszy artykuł nie stanowi kompletnej procedury bezpieczeństwa laboratoryjnego.

Należy również zapoznać się z kartą charakterystyki NdFeB, aby uzyskać informacje na temat konkretnego materiału magnesu oraz warunków jego użytkowania.

Czy miernik Gaussa może potwierdzić klasę magnesu?

Sam odczyt powierzchniowy metodą Gaussa nie pozwala potwierdzić, że gotowy magnes należy do klasy N42, N52 lub innej.

Klasa odnosi się do kontrolowanych właściwości materiału, określonych na podstawie krzywej namagnesowania lub rozmagnesowania. Do ważnych właściwości mogą należeć:

• Br: Gęstość strumienia magnetycznego resztkowego po wyłączeniu pola namagnesowującego.
• HcB: Natężenie pola przymusowego związane z gęstością strumienia magnetycznego.
• HcJ: Wewnętrzna siła pola koercyjnego związana z polaryzacją magnetyczną.
• BHmax: Maksymalna wartość energii wyznaczona na podstawie krzywej rozmagnesowania.

Norma IEC 60404-5:2015 określa metody pomiaru gęstości strumienia magnetycznego, polaryzacji magnetycznej, natężenia pola magnetycznego, krzywych rozmagnesowania oraz linii odskoku materiałów z magnesów trwałych.

Źródło: IEC 60404-5:2015

Norma ASTM A977/A977M dotyczy pomiaru materiałów magnetycznych stałych o wysokiej koercji przy użyciu histerezografów. Dotyczy ona pomiaru właściwości materiałów, a nie zwykłej kontroli pola magnetycznego na powierzchni gotowych elementów.

Źródło: Normy Komitetu ASTM A06.01

Na odczyt w gausach gotowego magnesu wpływają również:

• Wymiary magnesu.
• Kształt i stosunek długości do średnicy.
• Stan namagnesowania.
• Kierunek namagnesowania.
• Położenie sondy.
• Efekty brzegowe.
• Znajdujące się w pobliżu elementy stalowe lub magnetyczne.
• Szczelina powietrzna.

Badania w polu powierzchniowym mogą być przydatne do porównywania gotowych elementów w tych samych, kontrolowanych warunkach. Nie powinny one jednak zastępować odpowiedniej dokumentacji dotyczącej klasy materiału ani kontrolowanych badań właściwości materiału.

Czytelnicy oceniający konkretny wymóg dotyczący wysokiej jakości mogą również zapoznać się z potwierdzonymi danymi OSENC Strona poświęcona magnesom neodymowym N52, pamiętając jednak, że ostateczny wybór oceny nadal zależy od wniosku.

Czy można bezpośrednio przeliczyć gaussa na siłę pociągową?

Nie istnieje uniwersalna formuła pozwalająca na bezpośrednie przeliczenie pojedynczego odczytu z czujnika Gaussa na siłę pociągową.

Te dwie wielkości można powiązać ze sobą w ramach w pełni zdefiniowanego układu magnetycznego, jednak aby uzyskać prawidłową prognozę siły, potrzebne są również informacje dotyczące:

• Wymiary i kształt magnesu.
• Klasa i stan namagnesowania.
• Powierzchnia i rozmieszczenie słupów.
• Materiał hodowlany.
• Grubość stali.
• Rób szczelinę powietrzną.
• Powłoki lub elementy dystansowe.
• Geometria styku.
• Kierunek pociągnięcia.
• Pobliskie elementy magnetyczne.

Na przykład dwa magnesy mogą wykazywać podobne odczyty pola magnetycznego w jednym punkcie pomiarowym, ale generować różne wyniki siły przyciągania, ponieważ różnią się powierzchnią biegunów, grubością lub obwodami magnetycznymi.

Możliwa jest również sytuacja odwrotna. Dwa zespoły mogą generować podobną siłę pociągową przy bezpośrednim kontakcie, ale bardzo różne poziomy pola w czujniku umieszczonym w odległości kilku milimetrów.

Test Gaussa należy stosować, gdy istotne znaczenie ma pole magnetyczne w danym miejscu. Test siły rozrywającej należy stosować, gdy istotne znaczenie ma kontrolowana siła rozrywająca.

Czy należy przeprowadzić test magnesu osobno, czy w ramach końcowego montażu?

Przetestuj obiekt, który najlepiej odzwierciedla wymagania techniczne.

Znajdująca się w pobliżu stal może zmienić kierunek strumienia magnetycznego. Obudowa może wpływać na zmianę szczeliny roboczej. Grubość kleju, powłoka oraz tolerancja montażowa również mogą wpływać na odległość między magnesem a elementem współpracującym.

W przypadku czujnika lub enkodera należy zmierzyć pole magnetyczne w miejscu montażu czujnika. W przypadku uchwytu magnetycznego należy przeprowadzić test z uwzględnieniem materiału, z którym ma on współpracować, oraz stanu powierzchni. W przypadku sprzęgła lub wirnika należy, o ile to możliwe, zastosować rzeczywistą szczelinę roboczą oraz rzeczywiste warunki wyrównania.

Symulacja magnetyczna może pomóc w przewidzeniu zachowania pola, siły, momentu obrotowego lub układu biegunów jeszcze przed wyprodukowaniem próbek. Należy jednak pamiętać, że symulacja stanowi prognozę projektową, a nie wynik pomiaru.

Praktyczna ścieżka rozwoju wygląda następująco:

1. Określ warunki pracy.
2. W stosownych przypadkach należy przedstawić model lub oszacować wyniki.
3. Stwórz reprezentatywną próbę.
4. Należy przeprowadzić testy magnesu lub zespołu w kontrolowanych warunkach.

Firma OSENC oferuje wsparcie w zakresie opracowywania niestandardowych magnesów i zespołów magnetycznych na podstawie rysunków, próbek, szkiców oraz wymagań aplikacyjnych. Dostępne wsparcie projektowe może obejmować ocenę pola magnetycznego, symulację, weryfikację montażu oraz testowanie, w zależności od wymagań projektu i wyników analizy produkcyjnej.

Jak porównać raporty z testów magnesów od różnych dostawców?

Nie należy porównywać danych liczbowych podanych w nagłówkach, dopóki nie upewnisz się, że obaj dostawcy stosowali identyczne warunki testowe.

Raport powinien umożliwiać innej wykwalifikowanej osobie zrozumienie, co zostało zmierzone, oraz – o ile jest to możliwe – odtworzenie porównania.

Strona poświęcona zarządzaniu jakością w firmie może przedstawiać ogólne podejście dostawcy do kontroli jakości, ale nie zastępuje ona metody badawczej ani protokołu odbioru opracowanych specjalnie dla danego projektu. Zobacz stronę OSENC informacje dotyczące zarządzania jakością w odniesieniu do aktualnie potwierdzonego ogólnego zakresu.

Co należy uwzględnić w zapytaniu ofertowym dotyczącym siły magnesów?

Wartościowe zapytanie ofertowe powinno opisywać wymaganą funkcję przed podaniem konkretnej wartości pomiarowej.

Informacje dotyczące magnesu lub zespołu

Należy podać:

• Rysunek i poprawki.
• Wymiary i tolerancje.
• Materiał magnetyczny lub proponowana klasa.
• Kierunek namagnesowania i rozmieszczenie biegunów.
• Powłoka.
• Obudowy, elementy stalowe, klej i inne elementy montażowe.
• Zakres temperatur roboczych.
• Warunki środowiskowe, o ile mają znaczenie.

Wymagania dotyczące wniosku

Należy określić, czy magnes musi zapewniać:

• Siła przytrzymująca.
• Pole przy czujniku.
• Zasięg wykrywania.
• Moment obrotowy.
• Wyjście sprzęgające.
• Siła pozycjonująca.
• Skuteczność separacji.
• Spójność między partiami.

Warunki testowe

Zdefiniuj:

• Sam magnes czy kompletny zestaw.
• Miejsce pomiaru.
• Odstęp roboczy.
• Kierunek sondy.
• Materiał i grubość elementów łączących.
• Kierunek pociągnięcia lub obciążenia.
• Wymagania dotyczące osprzętu.
• Temperatura testowa.
• Wymagana liczba pomiarów.

Kryteria akceptacji

Należy podać:

• Wartość docelowa.
• Zakres minimalny lub dopuszczalny.
• Jednostka.
• Wymogi dotyczące pobierania próbek.
• Czy wymagane są indywidualne odczyty.
• Czy wymóg ten dotyczy próbek, części produkcyjnych, czy też obu tych kategorii.

Dokładnie sformułowane zapytanie ofertowe zmniejsza ryzyko otrzymania technicznie poprawnego raportu z badań, który jednak nie odpowiada na pytanie dotyczące rzeczywistego zastosowania.

Najczęściej zadawane pytania

Czy miernik Gaussa to to samo, co miernik siły magnetycznej?

Miernik gausów jest jednym z rodzajów testerów siły magnesów, jednak określenie “tester siły magnesów” nie jest wystarczająco precyzyjne.

Może to dotyczyć miernika gaussa, teslametru, miernika siły przyciągania, miernika strumienia magnetycznego, histerezografu, uchwytu do pomiaru momentu obrotowego lub systemu testowego przeznaczonego do konkretnego zastosowania. Należy sprawdzić, jaką wielkość magnetyczną mierzy dane urządzenie.

Czy smartfon może zmierzyć siłę magnesu?

Smartfon może wykazywać zmiany w otoczeniu pola magnetycznego, jeśli jest wyposażony w magnetometr. Dokumentacja systemu Android podaje, że kompatybilne czujniki przekazują wartości składowych pola magnetycznego w osiach X, Y i Z w mikroteslach.

Jednak zakres działania czujnika, jego kalibracja, położenie, zakłócenia powodowane przez inne urządzenia oraz powtarzalność wyników mogą nie być odpowiednie do przeprowadzania testów akceptacyjnych magnesów.

Źródło: Dokumentacja dotycząca klasy SensorEvent w systemie Android

Telefon należy traktować jedynie jako przybliżone źródło informacji. Nie należy go traktować jako skalibrowanego miernika natężenia pola magnetycznego ani narzędzia do odbioru dostaw.

Jak często należy sprawdzać siłę magnesu?

Nie ma jednej uniwersalnej częstotliwości przeprowadzania testów, która miałaby zastosowanie do każdego projektu związanego z magnesami.

Plan kontroli powinien uwzględniać:

• Ryzyko związane z aplikacją.
• Stabilność produkcji.
• Wymagania klienta.
• Wielkość próby.
• Zmiany w procesie.
• Zmiany dostawców.
• Uzgodniona metoda odbioru.

Projekty o znaczeniu krytycznym mogą wymagać innych środków kontroli niż aplikacje komercyjne o znaczeniu niekrytycznym.