Comment mesurer la force magnétique d’un aimant : gaussmètre ou essai de force d’arrachement ?

Que signifie la “ force d’un aimant ” ?

Avant de choisir un appareil de contrôle des performances magnétiques, définissez le résultat pertinent pour l’application.

Une valeur plus élevée dans une catégorie ne signifie pas automatiquement un meilleur résultat dans une autre.

Par exemple, une valeur élevée de l’induction en surface, exprimée en gauss, ne garantit pas une force d’arrachement donnée. De même, un résultat élevé lors d’un essai d’arrachement sur banc ne prouve pas qu’un aimant produira le champ requis par le capteur à travers un entrefer.

Quel essai utiliser pour mesurer la force d’un aimant ?

Commencez par la question technique, et non par l’instrument.

Lorsque l’exigence réelle porte sur les performances à une distance de fonctionnement donnée, une mesure en surface seule est généralement insuffisante. Le point de mesure doit correspondre à l’emplacement pertinent dans le produit.

Comment mesurer un aimant avec un gaussmètre ?

Un gaussmètre utilise une sonde à effet Hall pour mesurer l’induction magnétique dans la zone sensible de la sonde. Les résultats sont généralement exprimés en gauss ou en teslas.

La conversion indiquée par le NIST est la suivante :

1 gauss = 0,0001 tesla et 10 000 gauss = 1 tesla.

Source : Guide du NIST sur les facteurs de conversion vers le SI

Pourquoi la position de la sonde est-elle importante ?

Le champ magnétique autour d’un aimant permanent n’est pas uniforme. La valeur mesurée peut varier lorsque la sonde est éloignée de la surface, déplacée vers un bord, inclinée ou orientée vers une autre composante du champ.

Le capteur à effet Hall se trouve également à l’intérieur du corps de la sonde. La surface extérieure de la sonde ne correspond donc pas toujours exactement au plan sensible.

La documentation des gaussmètres Lake Shore indique que l’alignement de la sonde, la température, la mise à zéro, la précision de l’instrument et la répétabilité du positionnement sont des variables de mesure importantes. Elle précise également que la réponse maximale est obtenue lorsque le vecteur du champ est correctement orienté par rapport au capteur à effet Hall.

Source : Manuel du gaussmètre Lake Shore Model 475

Procédure contrôlée de mesure au gaussmètre

Il s’agit d’une procédure générale de comparaison. La procédure du fabricant de l’instrument et le plan de contrôle du projet prévalent.

1. Définir la composante du champ et l’emplacement de mesure.
2. Confirmer le type de sonde approprié et sa direction de détection.
3. Laisser l’instrument et la sonde se stabiliser conformément aux instructions du fabricant.
4. Effectuer la mise à zéro de la sonde selon la méthode spécifiée.
5. Placer l’aimant dans une orientation reproductible.
6. Utiliser un dispositif de positionnement lorsque de faibles variations de position sont susceptibles d’affecter le résultat.
7. Positionner la sonde aux coordonnées et à la distance définies.
8. Consigner la valeur mesurée sans modifier l’angle de la sonde.
9. Répéter la mesure conformément au plan de contrôle.
10. Consigner les valeurs individuelles, les plages, les moyennes ou les résultats conforme/non conforme, selon les exigences.

Ne pas déplacer simplement la sonde jusqu’à obtenir la valeur la plus élevée, sauf si l’objectif déclaré est précisément de localiser le champ maximal.

Que doit contenir le relevé d’un essai au gaussmètre ?

Consigner au minimum :

• Plan technique de l’aimant ou identification de la pièce.
• Direction d’aimantation.
• Pôle mesuré.
• Type de sonde et direction de détection.
• Coordonnée de mesure.
• Distance entre la sonde et la pièce.
• Orientation de la pièce et de la sonde.
• Plage de mesure et unité de l’instrument.
• Méthode de mise à zéro.
• Température d’essai, le cas échéant.
• Nombre de mesures.
• Valeurs individuelles et plage d’acceptation.

Sans ces informations, deux fournisseurs peuvent indiquer des valeurs différentes en gauss, même lorsqu’ils testent des aimants similaires.

Comment effectuer un essai de force d’arrachement ?

Un essai de force d’arrachement mesure la force nécessaire pour séparer un aimant ou un assemblage magnétique de sa surface de contact.

Le résultat n’est pertinent que si les conditions d’essai sont définies. Le matériau et l’épaisseur de l’acier, l’état de surface, la surface de contact, l’alignement du montage, l’entrefer, la direction de la charge et la vitesse d’essai peuvent tous influer sur le résultat.

Le projet de travail ASTM WK70439 vise à élaborer une méthode d’essai de force d’arrachement pour les assemblages à aimants permanents. Il reste à l’état de projet et ne constitue pas une norme ASTM publiée. L’ASTM indique que les méthodes d’essai propriétaires peuvent produire des valeurs très différentes.

Source : ASTM : mesure de la force d’arrachement des aimants

Procédure contrôlée de comparaison des forces d’arrachement

La procédure suivante permet d’effectuer des comparaisons reproductibles. Elle ne constitue pas une procédure normalisée universelle.

1. Déterminer si l’essai porte sur un aimant non assemblé ou sur un assemblage complet.
2. Définir le matériau, l’épaisseur, les dimensions et l’état de surface de la plaque de contact.
3. Nettoyer et inspecter les surfaces de contact.
4. Maîtriser tout revêtement, toute entretoise, toute couche d’adhésif ou tout entrefer intentionnel.
5. Aligner l’aimant et le dynamomètre selon la direction d’arrachement spécifiée.
6. Appliquer la charge au moyen d’un montage d’essai contrôlé.
7. Séparer l’aimant selon le mouvement d’essai convenu.
8. Relever la force maximale selon la méthode de consignation convenue.
9. Répéter l’essai selon les besoins.
10. Indiquer le montage et les conditions d’essai avec le résultat.

Un résultat indiquant uniquement “ force d’arrachement de 50 kg ” est incomplet. Il doit préciser si la valeur est exprimée en kilogrammes-force, comment l’assemblage a été testé et quelle surface de contact a été utilisée.

La force doit de préférence être exprimée en newtons. Si le kilogramme-force est également utilisé, l’unité doit être indiquée clairement plutôt que d’être abrégée en kilogrammes, qui constituent une unité de masse.

La force d’arrachement est-elle identique à la force de cisaillement ?

Non. Un essai d’arrachement standard sépare l’aimant perpendiculairement à la surface de contact. Une charge de cisaillement ou de glissement agit parallèlement à cette surface.

La résistance au glissement dépend du frottement, de la texture de surface, des revêtements en caoutchouc, des butées mécaniques, des vibrations et de la direction de la charge. Un résultat de force d’arrachement en traction normale ne doit pas être utilisé comme valeur de résistance au cisaillement sans évaluation propre à l’application.

La force d’arrachement nominale correspond-elle à la charge maximale d’utilisation ?

Non. Le résultat d’un essai de force d’arrachement sur banc ne doit pas être automatiquement considéré comme la charge admissible du produit final.

Les applications réelles peuvent présenter :

• Des entrefers.
• Des matériaux en vis-à-vis minces ou à faible perméabilité.
• Des surfaces courbes ou irrégulières.
• Des charges de cisaillement.
• Des chocs ou des vibrations.
• Des variations de température.
• Un défaut d’alignement.
• Une défaillance de l’adhésif ou du boîtier.
• Un écaillage ou une rupture de l’aimant.

L’ingénieur produit responsable doit définir la marge de conception requise pour l’application réelle. Cet article ne fournit aucun coefficient de sécurité universel.

Sécurité lors des essais d’arrachement

Les aimants puissants peuvent se déplacer brusquement, coincer les doigts ou s’écailler lorsqu’ils heurtent un dispositif de fixation ou une plaque en vis-à-vis.

Utilisez un dispositif d’essai muni de protections, maintenez les mains hors de la trajectoire d’attraction et respectez l’évaluation des risques du lieu de travail ainsi que les exigences relatives aux EPI. Cet article ne constitue pas une procédure complète de sécurité en laboratoire.

Il convient également de consulter la fiche de données de sécurité du NdFeB correspondant au matériau magnétique et aux conditions de manipulation concernés.

Un gaussmètre permet-il de confirmer la nuance d’un aimant ?

Une mesure en gauss à la surface ne permet pas, à elle seule, de confirmer qu’un aimant fini est de nuance N42, N52 ou d’une autre nuance.

Une nuance correspond à des propriétés contrôlées du matériau, déterminées à partir d’une courbe d’aimantation ou de désaimantation. Les propriétés importantes peuvent comprendre :

• Br : L’induction magnétique rémanente après suppression du champ d’aimantation.
• HcB : Champ coercitif associé à l’induction magnétique.
• HcJ : Champ coercitif intrinsèque associé à la polarisation magnétique.
• BHmax : Le produit énergétique maximal déterminé à partir de la courbe de désaimantation.

La norme IEC 60404-5:2015 définit les méthodes de mesure de l’induction magnétique, de la polarisation magnétique, du champ magnétique, des courbes de désaimantation et des droites de recul des matériaux pour aimants permanents.

Source : IEC 60404-5:2015

La norme ASTM A977/A977M traite de la mesure des matériaux pour aimants permanents à forte coercivité au moyen d’hystérésigraphes. Elle s’applique à la mesure des propriétés du matériau, et non à un simple contrôle du champ en surface d’une pièce finie.

Source : Normes du comité ASTM A06.01

La mesure en gauss d’un aimant fini dépend également des facteurs suivants :

• Dimensions de l’aimant.
• Forme et rapport longueur/diamètre.
• État d’aimantation.
• Direction d’aimantation.
• Position de la sonde.
• Effets de bord.
• Acier ou composants magnétiques à proximité.
• Entrefer.

La mesure du champ en surface peut servir à comparer des pièces finies dans les mêmes conditions contrôlées. Elle ne doit pas remplacer la documentation applicable à la nuance ni les essais contrôlés des propriétés du matériau.

Les lecteurs évaluant une exigence spécifique de grade élevé peuvent également consulter la page confirmée d’OSENC consacrée à l’ aimant néodyme N52, tout en gardant à l’esprit que le choix final de la nuance dépend toujours de l’application.

Peut-on convertir directement une valeur en gauss en force d’arrachement ?

Il n’existe aucune formule universelle permettant de convertir directement une mesure unique en gauss en force d’arrachement.

Ces deux grandeurs peuvent être mises en relation dans un système magnétique entièrement défini, mais une prévision fiable de la force nécessite également des informations sur les éléments suivants :

• Dimensions et forme de l’aimant.
• Nuance et état d’aimantation.
• Surface polaire et configuration des pôles.
• Matériau de la pièce en vis-à-vis.
• Épaisseur de l’acier.
• Entrefer de fonctionnement.
• Revêtements ou entretoises.
• Géométrie de contact.
• Direction d’arrachement.
• Composants magnétiques à proximité.

Par exemple, deux aimants peuvent présenter des mesures de champ similaires à un même emplacement de la sonde, mais produire des forces d’arrachement différentes en raison de différences de surface polaire, d’épaisseur ou de circuit magnétique.

L’inverse est également possible. Deux assemblages peuvent produire une force d’arrachement en contact direct similaire, mais des niveaux de champ très différents au niveau d’un capteur placé à plusieurs millimètres de distance.

Effectuez une mesure au gaussmètre lorsque le champ en un point donné est déterminant. Effectuez un essai de force d’arrachement lorsqu’une force de séparation contrôlée est déterminante.

Faut-il tester l’aimant seul ou dans l’assemblage final ?

Testez l’objet qui représente le mieux l’exigence technique.

L’acier à proximité peut dévier le flux magnétique. Un boîtier peut modifier l’entrefer de fonctionnement. L’épaisseur de l’adhésif, le revêtement et la tolérance d’assemblage peuvent également modifier la distance entre l’aimant et le composant en regard.

Pour un capteur ou un codeur, mesurez le champ à l’emplacement où le capteur est installé. Pour un dispositif de maintien magnétique, effectuez l’essai avec le matériau en regard et l’état de surface prévus. Pour un accouplement ou un rotor, utilisez, dans la mesure du possible, l’entrefer de fonctionnement et les conditions d’alignement réels.

La simulation magnétique peut aider à prévoir le champ, la force, le couple ou le comportement de la configuration polaire avant la production des échantillons. Toutefois, une simulation constitue une prévision de conception, et non un résultat mesuré.

Une démarche de développement pratique consiste à :

1. Définir les conditions de fonctionnement.
2. Modéliser ou estimer les performances lorsque cela est utile.
3. Réaliser un échantillon représentatif.
4. Valider l’aimant ou l’assemblage dans des conditions maîtrisées.

Osenc peut accompagner les échanges relatifs aux aimants sur mesure et aux assemblages magnétiques à partir de plans techniques, d’échantillons, de croquis et des exigences de l’application. L’accompagnement du projet peut inclure l’évaluation du champ magnétique, la simulation, la revue de l’assemblage et les essais, sous réserve des exigences du projet et de la revue de fabrication.

Comment comparer les rapports d’essai d’aimants de différents fournisseurs ?

Ne comparez pas les valeurs annoncées avant d’avoir confirmé que les deux fournisseurs ont utilisé des conditions d’essai équivalentes.

Un rapport doit permettre à une autre personne qualifiée de comprendre ce qui a été mesuré et, lorsque cela est possible, de reproduire la comparaison.

Une page d’entreprise consacrée au management de la qualité peut présenter l’approche générale du fournisseur en matière de contrôle, mais elle ne remplace ni une méthode d’essai propre au projet ni un procès-verbal d’acceptation. Consultez les informations d’OSENC sur le management de la qualité pour connaître le périmètre général actuellement confirmé.

Que faut-il inclure dans une demande de devis portant sur les performances magnétiques ?

Pour être exploitable, une demande de devis doit décrire la fonction requise avant d’indiquer une valeur de mesure.

Informations sur l’aimant ou l’assemblage

Indiquez :

• Plan technique et indice de révision.
• Dimensions et tolérances.
• Matériau magnétique ou nuance proposée.
• Direction d’aimantation et disposition des pôles.
• Revêtement.
• Boîtier, pièces en acier, adhésif et autres composants de l’assemblage.
• Température de fonctionnement prévue.
• Conditions environnementales, le cas échéant.

Exigences de l’application

Précisez si l’aimant doit assurer :

• Force de maintien.
• Champ au niveau d’un capteur.
• Distance de détection.
• Couple.
• Sortie de l’accouplement.
• Force de positionnement.
• Performance de séparation.
• Régularité d’un lot à l’autre.

Conditions d’essai

Définir :

• Aimant nu ou assemblage final.
• Emplacement de mesure.
• Entrefer de fonctionnement.
• Orientation de la sonde.
• Matériau de la pièce associée et son épaisseur.
• Direction d’arrachement ou de charge.
• Exigences relatives au montage d’essai.
• Température d’essai.
• Nombre de mesures requis.

Critères d’acceptation

Préciser :

• Valeur cible.
• Valeur minimale ou plage admissible.
• Unité.
• Exigences d’échantillonnage.
• Si les relevés individuels sont requis.
• Si l’exigence s’applique aux échantillons, aux pièces de série ou aux deux.

Une demande de devis bien définie réduit le risque de recevoir un rapport d’essai techniquement correct, mais qui ne répond pas à la question réelle liée à l’application.

Questions fréquentes

Un gaussmètre est-il la même chose qu’un testeur de force magnétique ?

Un gaussmètre est un type d’appareil de mesure de la force d’un aimant, mais l’expression “ appareil de mesure de la force d’un aimant ” manque de précision.

Elle peut désigner un gaussmètre, un teslamètre, un appareil de mesure de la force d’arrachement, un fluxmètre, un hystérésigraphe, un dispositif de mesure du couple ou un système d’essai propre à l’application. Vérifiez quelle grandeur magnétique l’équipement mesure.

Un smartphone peut-il mesurer l’intensité d’un aimant ?

Un smartphone peut indiquer les variations du champ magnétique ambiant s’il est équipé d’un magnétomètre. La documentation Android précise que les capteurs compatibles indiquent les composantes du champ magnétique selon les axes X, Y et Z en microteslas.

Cependant, la plage de mesure du capteur, son étalonnage, son emplacement, les interférences de l’appareil et la répétabilité peuvent ne pas convenir aux essais de réception des aimants.

Source : Documentation Android relative à SensorEvent

Utilisez un téléphone uniquement pour obtenir une indication approximative. Ne le considérez pas comme un gaussmètre étalonné ni comme un outil de réception fournisseur.

À quelle fréquence faut-il contrôler la force magnétique ?

Il n’existe aucune fréquence d’essai universelle adaptée à tous les projets d’aimants.

Le plan de contrôle doit tenir compte des éléments suivants :

• Risque lié à l’application.
• Stabilité de la production.
• Exigences du client.
• Taille de l’échantillon.
• Modifications du procédé.
• Changements de fournisseur.
• Méthode de réception convenue.

Les projets critiques peuvent nécessiter des contrôles différents de ceux appliqués aux applications commerciales non critiques.