Risposta rapida
La forza di un magnete non si misura con un unico valore universale. Il metodo corretto dipende dall’informazione che si desidera ottenere.
Un gaussmetro misura la densità di flusso magnetico in un punto definito. Una prova della forza di distacco misura la forza necessaria per separare un magnete o un gruppo magnetico da una superficie di accoppiamento definita, in condizioni controllate.
Per verificare proprietà del materiale quali induzione residua, coercitività o prodotto energetico massimo, è più appropriato un sistema di prova dei materiali, ad esempio un isteresigrafo. Per un motore, un sensore, un giunto o un gruppo di tenuta, il risultato più utile può invece essere l’intensità del campo, la coppia, la forza di tenuta o le prestazioni al traferro di lavoro effettivo.
Cosa si intende per “forza di un magnete”?
Prima di selezionare uno strumento per misurare la forza del magnete, definisci il risultato rilevante per l’applicazione.
| Cosa occorre sapere | Misurazione | Strumentazione tipica | Limitazione principale |
|---|---|---|---|
| Campo magnetico in un punto specifico | Induzione magnetica | Gaussmetro o teslametro | Dipende fortemente dalla posizione e dalla direzione della sonda |
| Momento magnetico o variazione integrata del flusso | Momento magnetico, magnetizzazione a circuito aperto o variazione del flusso concatenato | Flussometro con una bobina di misura adatta | 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 applicabile per la caratterizzazione dei materiali | Verifica le proprietà del materiale, non le prestazioni del gruppo magnetico completo |
| Forza di distacco da una superficie di accoppiamento | Forza di distacco o forza di trazione | Dinamometro e attrezzatura di prova controllata | Dipende dall'intero allestimento di prova |
| Prestazioni nel prodotto | Campo, forza, coppia, distanza di rilevamento o uscita di accoppiamento | Attrezzatura di prova specifica per l'applicazione | Richiede condizioni operative effettive |
Un valore più elevato in una categoria non implica automaticamente un risultato migliore in un'altra.
Ad esempio, una lettura elevata, espressa in gauss, dell'induzione magnetica superficiale non garantisce una specifica forza di distacco. Analogamente, un risultato elevato della forza di distacco misurata al banco non dimostra che un magnete fornirà al sensore il campo richiesto attraverso un traferro.
Quale prova utilizzare per valutare la forza di un magnete?
Partire dalla domanda ingegneristica, non dallo strumento.
| Domanda applicativa | Misurazione consigliata | Informazioni necessarie |
|---|---|---|
| Un sensore Hall rileverà il magnete in una posizione definita? | Induzione magnetica nel punto in cui si trova il sensore | Posizione del sensore, traferro di lavoro, orientamento del magnete, campo target |
| Un magnete presenta una distribuzione uniforme del campo superficiale? | Misurazioni in gauss alle coordinate definite | Tipo di sonda, griglia di misurazione, attrezzatura di fissaggio, orientamento del magnete |
| Un supporto magnetico resisterà al distacco diretto? | Forza di distacco normale | Materiale di accoppiamento, area di contatto, stato della superficie, direzione di distacco |
| Un assieme magnetico resisterà al movimento laterale? | Prova di taglio o scorrimento specifica per l'applicazione | Attrito, direzione del carico, vibrazioni, stato della superficie |
| Il materiale rispetta un grado magnetico specificato? | Misurazione controllata delle proprietà del materiale | Proprietà richieste, condizioni del provino, metodo di prova applicabile |
| Un giunto o un rotore fornirà la prestazione richiesta? | Prova di coppia o delle prestazioni dell'applicazione | Traferro di lavoro, disposizione dei poli, velocità, temperatura, allineamento |
| Un lotto di produzione è coerente con un altro? | Prova concordata in accettazione o in produzione | Limiti di accettazione, piano di campionamento, attrezzatura di prova, metodo di rendicontazione |
Quando il requisito effettivo riguarda le prestazioni a una determinata distanza di lavoro, la sola misurazione superficiale è generalmente insufficiente. Il punto di misura deve corrispondere alla posizione rilevante nel prodotto.
Come misurare un magnete con un gaussmetro?
Un gaussmetro utilizza una sonda Hall per misurare l’induzione magnetica nell’area sensibile della sonda. I risultati sono normalmente espressi in gauss o tesla.
La conversione indicata dal NIST è:
1 gauss = 0,0001 tesla e 10 000 gauss = 1 tesla.
Fonte: Guida NIST ai fattori di conversione SI
Perché la posizione della sonda è importante?
Il campo magnetico attorno a un magnete permanente non è uniforme. Il valore rilevato può variare se 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 fisica della sonda non coincide sempre esattamente con il piano di rilevamento.
La documentazione del gaussmetro Lake Shore indica l’allineamento della sonda, la temperatura, l’azzeramento, l’accuratezza dello strumento e la ripetibilità del posizionamento come importanti variabili di misura. Spiega inoltre che la risposta massima si ottiene quando il vettore del campo è orientato correttamente rispetto al sensore Hall.
Fonte: Manuale del gaussmetro Lake Shore Model 475
Procedura controllata per la misura con gaussmetro
Questa è 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 la posizione di misura.
- Verificare il tipo corretto di sonda e la direzione di rilevamento.
- Lasciare stabilizzare lo strumento e la sonda come prescritto dal costruttore.
- Azzerare la sonda con il metodo specificato.
- Posizionare il magnete con un orientamento ripetibile.
- Utilizzare un dispositivo di posizionamento quando piccole variazioni di posizione potrebbero influire sul risultato.
- Posizionare la sonda alla coordinata e alla distanza definite.
- Registrare il valore rilevato senza modificare l'angolazione della sonda.
- Ripetere la misura secondo il piano di controllo.
- Riportare i singoli valori rilevati, gli intervalli, le medie o gli esiti conforme/non conforme, secondo quanto richiesto.
Non spostare semplicemente la sonda fino a ottenere il valore più alto, a meno che lo scopo dichiarato non sia specificamente quello di individuare il campo massimo.
Quali dati deve includere il rapporto di prova con gaussmetro?
Registrare almeno:
- Disegno tecnico o identificativo del magnete.
- Direzione di magnetizzazione.
- Polo sottoposto a misura.
- Tipo di sonda e direzione di rilevamento.
- Coordinata di misura.
- Distanza tra sonda e componente.
- Orientamento del componente e della sonda.
- Campo di misura dello strumento e unità di misura.
- Metodo di azzeramento.
- Temperatura di prova, se pertinente.
- Numero di misurazioni.
- Valori individuali e intervallo di accettazione.
Senza queste informazioni, due fornitori possono riportare valori in gauss diversi anche quando testano magneti simili.
Come eseguire una prova della forza di distacco?
Una prova della forza di distacco misura la forza necessaria per separare un magnete o un assieme magnetico da una superficie di accoppiamento.
Il risultato è significativo solo quando vengono definite le condizioni di prova. Il materiale e lo spessore dell'acciaio, la finitura superficiale, l'area di contatto, l'allineamento del dispositivo di fissaggio, il traferro, la direzione del carico e la velocità di prova possono influire sul risultato.
La voce di lavoro ASTM WK70439 sta sviluppando un metodo proposto per le prove di distacco di assiemi magnetici permanenti. Rimane una voce di lavoro proposta, non uno standard ASTM pubblicato. ASTM osserva che i metodi di prova proprietari possono produrre valori molto diversi tra loro.
Fonte: Misurazione ASTM della forza di distacco dei magneti
Procedura controllata per il confronto della forza di distacco
La procedura seguente supporta un confronto ripetibile. Non costituisce una procedura standard universale.
- Stabilire se la prova si applica a un magnete non assemblato o a un assieme completo.
- Definire il materiale, lo spessore, le dimensioni e le condizioni superficiali della piastra di accoppiamento.
- Pulire e ispezionare le superfici di contatto.
- Controllare eventuali rivestimenti, distanziali, strati adesivi o traferri intenzionali.
- Allineare il magnete e il dinamometro lungo la direzione di distacco specificata.
- Applicare il carico attraverso un dispositivo di fissaggio controllato.
- Separare il magnete utilizzando il movimento di prova concordato.
- Registrare la forza massima utilizzando il metodo di rendicontazione concordato.
- Ripetere la prova secondo necessità.
- Riportare il dispositivo di fissaggio e le condizioni di prova insieme al risultato.
Un risultato che indica soltanto “forza di distacco di 50 kg” è incompleto. Dovrebbe specificare se il valore è espresso in chilogrammo-forza, come è stato testato l'assieme e quale superficie di accoppiamento è stata utilizzata.
La forza dovrebbe essere indicata preferibilmente in newton. Se si utilizza anche il chilogrammo-forza, l'unità deve essere scritta chiaramente, anziché abbreviata in chilogrammi, che sono un'unità di massa.
La forza di distacco coincide con la forza di taglio?
No. Una normale prova di distacco separa il magnete perpendicolarmente alla superficie di accoppiamento. Un carico di taglio o di scorrimento agisce parallelamente alla superficie.
La resistenza allo scorrimento è influenzata da attrito, rugosità superficiale, rivestimenti in gomma, battute meccaniche, vibrazioni e direzione del carico. Un risultato della forza di distacco normale non deve essere utilizzato come valore di resistenza al taglio senza una valutazione specifica dell'applicazione.
La forza di distacco nominale coincide con il carico di lavoro sicuro?
No. Un risultato della forza di distacco ottenuto al banco non deve essere automaticamente considerato il carico di lavoro sicuro del prodotto finale.
Le applicazioni reali possono comportare:
- Traferri.
- Materiali di accoppiamento sottili o a bassa permeabilità.
- Superfici curve o irregolari.
- Carichi di taglio.
- Urti o vibrazioni.
- Variazioni della temperatura.
- Disallineamento.
- Cedimento dell’adesivo o dell’alloggiamento.
- Scheggiatura o rottura del magnete.
Il progettista responsabile del prodotto dovrebbe stabilire il margine di progetto richiesto per l’applicazione effettiva. Questo articolo non fornisce un fattore di sicurezza universale.
Sicurezza nelle prove di distacco
I magneti potenti possono muoversi improvvisamente, intrappolare le dita o scheggiarsi quando urtano un dispositivo di fissaggio o una piastra di accoppiamento.
Utilizzare un allestimento di prova dotato di protezioni, tenere le mani fuori dalla traiettoria di attrazione e rispettare la valutazione dei rischi sul luogo di lavoro e i requisiti relativi ai DPI. Questo articolo non costituisce una procedura completa di sicurezza di laboratorio.
È inoltre necessario consultare una scheda di dati di sicurezza per NdFeB specifica per il materiale del magnete e le condizioni di manipolazione.
Un gaussmetro può confermare il grado di un magnete?
Una lettura in gauss effettuata sulla superficie non può, da sola, confermare che un magnete finito sia N42, N52 o di un altro grado.
Un grado è associato a proprietà controllate del materiale, determinate mediante una curva di magnetizzazione o di smagnetizzazione. Tra le proprietà importanti possono rientrare:
- Br: Induzione magnetica residua 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: Prodotto energetico massimo ricavato dalla curva di smagnetizzazione.
La norma IEC 60404-5:2015 definisce i metodi di misurazione per la densità di flusso magnetico, la polarizzazione magnetica, l’intensità del campo magnetico, le curve di smagnetizzazione e le linee di ritorno dei materiali magnetici permanenti.
Fonte: IEC 60404-5:2015
ASTM A977/A977M riguarda la misurazione dei materiali magnetici permanenti ad alta coercitività mediante isteresigrafi. Si applica alla misurazione delle proprietà del materiale, non alla semplice ispezione del campo superficiale di un componente finito.
Fonte: Norme del comitato ASTM A06.01
La lettura in gauss di un magnete finito è inoltre influenzata da:
- Dimensioni del magnete.
- Forma e rapporto lunghezza/diametro.
- Stato di magnetizzazione.
- Direzione di magnetizzazione.
- Posizione della sonda.
- Effetti di bordo.
- Acciaio o componenti magnetici nelle vicinanze.
- Traferro.
La misurazione del campo superficiale può essere utile per confrontare componenti finiti sottoposti alle stesse condizioni controllate. Non deve sostituire la documentazione applicabile relativa al grado o le prove controllate delle proprietà del materiale.
Chi valuta un requisito specifico relativo a un grado elevato può consultare anche la pagina confermata di Osenc sul magnete al neodimio N52, tenendo presente che la scelta finale del grado dipende comunque dall’applicazione.
È possibile convertire direttamente i gauss in forza di distacco?
Non esiste una formula universale che converta direttamente una singola lettura in gauss in una forza di distacco.
Le due grandezze possono essere correlate all’interno di un sistema magnetico completamente definito, ma una previsione valida della forza richiede anche informazioni relative a:
- Dimensioni e forma del magnete.
- Grado e stato di magnetizzazione.
- Area dei poli e disposizione dei poli.
- Materiale di contatto.
- Spessore dell’acciaio.
- Traferro di lavoro.
- Rivestimenti o distanziali.
- Geometria del contatto.
- Direzione della forza di distacco.
- Componenti magnetici nelle vicinanze.
Ad esempio, due magneti possono mostrare letture di campo simili in una determinata posizione della sonda, ma produrre valori diversi della forza di distacco perché le aree dei poli, gli spessori o i circuiti magnetici sono differenti.
È possibile anche il contrario. Due assiemi possono produrre una forza di distacco simile a contatto diretto, ma livelli di campo molto diversi in corrispondenza di un sensore posizionato a diversi millimetri di distanza.
Utilizzare la misurazione in gauss quando è importante il campo in una determinata posizione. Utilizzare la prova della forza di distacco quando è importante una forza di separazione controllata.
È necessario testare il magnete da solo o nel gruppo magnetico finale?
Sottoporre a prova l’oggetto che rappresenta più fedelmente il requisito ingegneristico.
| Oggetto sottoposto a prova | Indicato quando | Limitazione principale |
|---|---|---|
| Magnete singolo | Per verificare la polarità, la coerenza del campo superficiale o la variabilità dei componenti in ingresso | Non comprende alloggiamento, acciaio, adesivo o traferro di lavoro |
| Componente parzialmente assemblato | Per verificare come una coppa, un ferro posteriore, un alloggiamento o un supporto modifichi le prestazioni | Potrebbe non rappresentare la condizione di montaggio finale |
| Assieme magnetico finale | Per verificare le prestazioni effettive di tenuta, rilevamento, coppia o accoppiamento | Richiede un’attrezzatura controllata specifica per l’applicazione |
| Prodotto finale | Convalida del funzionamento del sistema reale | È più difficile isolare la causa di un risultato non riuscito |
L’acciaio vicino può deviare il flusso magnetico. Un alloggiamento può modificare il traferro di lavoro. Anche lo spessore dell’adesivo, il rivestimento e la tolleranza di assemblaggio possono modificare la distanza tra il magnete e il componente di accoppiamento.
Per un sensore o un encoder, misurare il campo nella posizione di installazione del sensore. Per un supporto magnetico, eseguire la prova sul materiale di accoppiamento previsto e nelle condizioni superficiali previste. Per un giunto o un rotore, utilizzare, ove praticabile, il traferro di lavoro e le condizioni di allineamento effettivi.
La simulazione magnetica può aiutare a prevedere il campo, la forza, la coppia o il comportamento della disposizione dei poli prima della produzione dei campioni. Tuttavia, una simulazione è una previsione progettuale, non un risultato misurato.
Un percorso di sviluppo pratico è il seguente:
- Definire la condizione di funzionamento.
- Modellare o stimare le prestazioni, ove utile.
- Realizzare un campione rappresentativo.
- Convalidare il magnete o il gruppo magnetico in condizioni controllate.
Osenc può supportare le discussioni relative a magneti personalizzati e gruppi magnetici a partire da disegni tecnici, campioni, schizzi e requisiti applicativi. Il supporto disponibile per il progetto può includere la valutazione del campo magnetico, la simulazione, la revisione dell’assemblaggio e le prove, in funzione dei requisiti del progetto e della revisione della produzione.
Come si confrontano i rapporti di prova dei magneti di diversi fornitori?
Non confrontare i valori principali prima di aver verificato che entrambi i fornitori abbiano utilizzato condizioni di prova equivalenti.
| Voce da riportare | Cosa verificare |
|---|---|
| Oggetto sottoposto a prova | Magnete nudo, sottogruppo o assieme finale |
| Misurazione | Campo superficiale, campo a distanza, momento magnetico, forza di distacco, coppia o proprietà del materiale |
| Strumento | Tipo di apparecchiatura, sonda o sensore, intervallo e unità di misura |
| Posizione di prova | Coordinata, distanza e orientamento esatti |
| Attrezzatura | Piastra di accoppiamento, attrezzatura per la prova di distacco, bobina, supporto o condizione di assemblaggio |
| Ambiente | Temperatura e altre condizioni pertinenti |
| Ripetizione | Numero di prove e indicazione se vengono mostrati i singoli risultati |
| Formato del risultato | Valore singolo, media, minimo, massimo o intervallo |
| Criteri di accettazione | Valore nominale, tolleranza, valore minimo o limite di accettazione/non accettazione |
| Taratura | Stato della taratura o tracciabilità richiesti dall'accordo di acquisto |
Un rapporto dovrebbe consentire a un'altra persona qualificata di comprendere che cosa è stato misurato e, ove praticabile, di riprodurre il confronto.
Consultare le informazioni di OSENC sulla gestione della qualità per l'ambito generale attualmente confermato.
Cosa deve contenere una richiesta di offerta per la forza del magnete?
Una richiesta di offerta (RFQ) utile dovrebbe descrivere la funzione richiesta prima di specificare un valore di misura.
Informazioni sul magnete o sul gruppo magnetico
Fornire:
- Disegno tecnico e revisione.
- Dimensioni e tolleranze.
- Materiale del magnete o grado proposto.
- Direzione di magnetizzazione e disposizione dei poli.
- Rivestimento.
- Alloggiamento, parti in acciaio, adesivo e altri componenti dell'assieme.
- Temperatura di esercizio prevista.
- Condizioni ambientali, ove pertinenti.
Requisito applicativo
Indicare se il magnete deve fornire:
- Forza di tenuta.
- Campo magnetico in corrispondenza di un sensore.
- Distanza di rilevamento.
- Coppia.
- Uscita dell'accoppiamento.
- Forza di posizionamento.
- Prestazioni di separazione.
- Uniformità tra lotti.
Condizioni di prova
Definire:
- Magnete non assemblato o assieme finale.
- Punto di misura.
- Traferro di lavoro.
- Direzione della sonda.
- Materiale di contatto e relativo spessore.
- Direzione della forza di distacco o del carico.
- Requisiti dell'attrezzatura di prova.
- Temperatura di prova.
- Numero di misurazioni richiesto.
Criteri di accettazione
Specificare:
- Valore obiettivo.
- Intervallo minimo o consentito.
- Unità di misura.
- Requisito di campionamento.
- Se sono richieste letture individuali.
- Se il requisito si applica ai campioni, ai pezzi di produzione o a entrambi.
Una richiesta di offerta (RFQ) ben definita riduce il rischio di ricevere un rapporto di prova tecnicamente corretto, ma che non risponda alla domanda effettiva dell'applicazione.
Domande frequenti
Un gaussmetro è la stessa cosa di uno strumento per misurare la forza magnetica?
Un gaussmetro è un tipo di strumento per misurare la forza del magnete, ma l'espressione “tester per la forza del magnete” non è specifica.
Può riferirsi a un gaussmetro, a un teslametro, a un tester della forza di distacco, a un flussometro, a un isteresigrafo, a un'attrezzatura per la misura della coppia o a un sistema di prova specifico per l'applicazione. Verificare quale grandezza magnetica misura l'apparecchiatura.
È possibile misurare l'intensità di un magnete con uno smartphone?
Uno smartphone può mostrare variazioni del campo magnetico ambientale se contiene un magnetometro. La documentazione Android specifica che i sensori compatibili riportano le componenti del campo magnetico sugli assi X, Y e Z in microtesla.
Tuttavia, l'intervallo di misura del sensore, la calibrazione, la posizione, le interferenze del dispositivo e la ripetibilità potrebbero non essere adatti alle prove di accettazione dei magneti.
Fonte: Documentazione Android SensorEvent
Utilizzare il telefono solo per un'indicazione approssimativa. Non considerarlo un gaussmetro calibrato o uno strumento per il collaudo di accettazione presso il fornitore.
Con quale frequenza va verificata la forza magnetica?
Non esiste una frequenza di prova universale applicabile a ogni progetto di magneti.
Il piano di ispezione dovrebbe riflettere:
- Rischio dell'applicazione.
- Stabilità della produzione.
- Requisiti del cliente.
- Numerosità del campione.
- Modifiche al processo.
- Modifiche al fornitore.
- Metodo di accettazione concordato.
I progetti critici possono richiedere controlli diversi da quelli delle applicazioni commerciali non critiche.
Serve assistenza per definire un requisito di prova del magnete?
Invia a Osenc il disegno tecnico, il traferro di lavoro, il campo obiettivo o la forza di distacco, il materiale di contatto, l'intervallo di temperatura e il metodo di accettazione proposto.
Lo scopo della revisione è identificare ciò che deve essere misurato prima della validazione del campione, contribuendo a ridurre le specifiche poco chiare e le revisioni non necessarie del campione.
Discuti un progetto tramite il servizio Osenc per magneti al neodimio personalizzati oppure Contatta Osenc.
Ben — Osenc
Ben vanta oltre 10 anni di esperienza nel settore dei magneti permanenti e collabora con Osenc dal 2019. Si occupa di magneti NdFeB personalizzati, accessori magnetici e gruppi magnetici.
Aiuta i clienti a definire con chiarezza i requisiti relativi a materiale, rivestimento, magnetizzazione, prove e produzione, riducendo le lacune nella comunicazione e le iterazioni di campionatura non necessarie.
