Jak zmierzyć magnes neodymowy?
Pomiar teslomierzem
Magnesy neodymowe można mierzyć na kilka sposobów. Najprościej jest zmierzyć indukcję magnetyczną na powierzchni lub w konkretnej odległości od magnesu. Wystarczy użyć teslomierza (inaczej teslametru, gassomierza, gaussometru). Otrzymamy wynik w Teslach [T] lub w Gaussach [Gs], w zależności od układu jednostek. Trzeba pamiętać, że w każdym punkcie na powierzchni magnesu wynik pomiaru będzie inny. Wynika to z faktu, że linie sił pola magnetycznego zakrzywiają się. Dlatego zwyczajowo mierzy się wartość na samym środku geometrycznej powierzchni bieguna magnetycznego.
Rys. 1 Teslametr z sondą halotronową
Źródło Zdj. własne Enes
Udźwig magnesu neodymowego
Można także zmierzyć udźwig magnesu, a w praktyce siłę jego oderwania od blachy o określonej grubości. Używamy do tego pomiaru dynamometru. Uchwyt magnetyczny posiadający gwint łatwo jest przykręcić. Magnes trzeba po prostu bardzo dobrze przykleić przed pomiarem.
Rys. 2 Przyrząd do pomiaru udźwigu (siły oderwania) z podłączonym dynamometrem.
Źródło Zdj. własne Enes
Moment magnetyczny magnesu
Kiedyś w dokumentacjach technicznych magnesu podawano wartość momentu magnetycznego (często podawano wartość strumienia i stałą cewki). Z czasem w naszym kraju zrezygnowano z takiego rygoru. Praktycznie rzecz ujmując moment magnetyczny magnesu jest to strumień magnetyczny zmierzony w cewce Helmholtza podłączonej do fluksometru, wyrażony w Wb (weberach) pomnożony przez stałą tej cewki wyrażoną w m (metrach). Jest to wartość, według której można z powodzeniem porównywać wszystkie magnesy względem siebie.
II ćwiartka pętli histerezy magnetycznej
Za pomocą histerezografu mierzymy m.in. wartość indukcji remanencji Br, koercji HcB, koercji HcJ, oraz gęstość energii magnetycznej (BH)max. Indukcja remanencji jest to wartość pozostała po usunięciu zewnętrznego pola magnesującego. Koercja HcB wskazuje na wartość pola, jakiego należy użyć, żeby namagnesowanie materiału magnetycznego znajdującego się w przeciwnym polu magnetycznym sprowadzić do zera. Ale uwaga, po odjęciu tego pola namagnesowanie powróci do pierwotnej wartości. Koercja HcJ mówi natomiast o polu potrzebnym do tego, żeby magnes rozmagnesować do zera, ale tym razem bez możliwości powrotu namagnesowania po odjęciu przeciwnego pola. Proces ten jest odwracalny. Magnes można z powrotem namagnesować.
Gęstość energii magnetycznej (BH)max jest iloczynem indukcji magnetycznej i natężenia odmagnesowującego pola, wielkość ta wynika z kształtu wykresu II ćwiartki pętli histerezy magnetycznej, a od tego kształtu zależy wartość punktu pracy magnesu (Jd).
Źródło mat. własne Enes
Rys 5. Cewka do magnesowania magnesów neodymowych z podłączonym chłodzeniem wodnym.
Źródło Zdj. własne Enes
Później, w celu pomiaru, umieszczamy magnes w jarzmie, gdzie tym razem przeciwne pole magnetyczne będzie wolno wzrastało, aż do momentu, kiedy zostanie on rozmagnesowany. W wyniku tego działania otrzymamy II ćwiartkę pętli histerezy magnetycznej i jednocześnie wszystkie wymienione wyżej parametry i wartości.
Wynik pomiaru będzie nierzeczywisty, a ściślej trochę zaniżony, jeżeli będziemy mierzyli magnes neodymowy pokryty jakąś powłoką antykorozyjną, np. niklową. Jednak to głównie kształt oraz wielkość mierzonej próbki magnesu będą mieć zasadniczy wpływ na wynik pomiaru. Należy uznać, że dla magnesów charakteryzujących się współczynnikiem odmagnesowania N, którego wartość jest większa niż 0,3 wynik pomiaru będzie wynikiem pozornym, a nie rzeczywistym. W praktyce producenci magnesów, po wyprodukowaniu partii materiału magnetycznego np. w ilości 500 kg (z takiej ilości materiału magnetycznego powstaną później tysiące magnesów), wykonują magnes o wysokości minimum 10 mm, i nie pokrywają go żadną powłoką. Później wykonuje się pomiar sprawdzający, czy dana partia materiału magnetycznego może zostać zakwalifikowana jako konkretny materiał magnetyczny, o oczekiwanych własnościach. Niskie, płaskie magnesy, i jeszcze do tego malutkie, i pokryte warstwą antykorozyjną, uzyskają podczas pomiaru nierzeczywisty wynik, zaniżony w skrajnym przypadku nawet o kilkadziesiąt procent, pomimo, że urządzenie pomiarowe wykonuje pomiar zgodnie z międzynarodową normą IEC60404-5 (norma jest dosyć ogólna, a jej pierwsze wydanie to 1983 rok, wtedy jeszcze magnesy neodymowe nie były masowo produkowane, później norma była wielokrotnie aktualizowana). Niestety histerezografy nie są urządzeniami doskonałymi i przy małych, cienkich magnesach wynik będzie zaniżony - im cieńszy magnes tym większa odchyłka wyniku pomiarowego. Dlatego mierzy się głównie magnesy bez powłok, oraz raczej wysokie i nie małe. Oczywiście wykonuje się na co dzień pomiary małych i płaskich magnesów oraz pokrytych powłokami, ale ze świadomością, że wynik będzie bardziej lub mniej zaniżony, w zależności od konkretnego kształtu magnesu, jego wielkości, i grubości powłoki antykorozyjnej.
Parametry magnetyczne dla konkretnych materiałów magnetycznych podane w tabelkach na stronach internetowych różnych producentów lub firm handlowych, odzwierciedlają wyniki pomiarów wykonane w temperaturze pokojowej, dla magnesów dużych, wysokich i nie pokrytych żadną warstwą antykorozyjną. Dodatkowo również wytrzymałość na wysoką temperaturę jest warunkowana kształtem magnesu neodymowego. Dla magnesu walcowego stosunek wysokości do średnicy powinien wynieść minimum 0,7 żeby podana w tabelce producenta maksymalna możliwa temperatura pracy dla danego materiału magnetycznego była realna. Dla innych kształtów niestety jest to trudno określić w taki prosty sposób. Przyjmuje się zasadniczo, że we wszystkich przypadkach linia pracy magnesu, związana z punktem pracy Jd nie powinna znajdować się na kolanie II ćwiartki pętli histerezy magnetycznej (krzywej odmagnesowania), ani poniżej jej kolana, ponieważ magnes rozmagnesuje się termicznie. Ta podana, "tabelkowa" wartość maksymalnej temperatury pracy będzie realnie maksymalną temperaturą pracy tylko dla magnesów, dla których tzw. linia pracy (w określonej temperaturze) znajdzie się powyżej kolana krzywej odmagnesowania, czyli w praktyce dla magnesów neodymowych stosunkowo wysokich lub umieszczonych w korzystnym obwodzie magnetycznym.
Rys. 6 Histerezograf składający się z jarzma, zasilacza z fluksometrami i komputera.
Źródło Zdj. własne Enes
Pomiar wymiarów magnesu
Wymiary magnesu neodymowego oraz innych magnesów, można zwyczajnie pomierzyć za pomocą suwmiarki. Najczęściej spotykane suwmiarki są wykonane ze stali magnetycznej i w związku z tym pomiar jest trudny do wykonania, ponieważ magnes przyciąga się do przyrządu. Trzeba też powiedzieć, że takie narzędzia są dosyć dokładne. Prościej jest użyć rzadziej spotykanej suwmiarki plastikowej, wtedy nie mamy problemu z przyciąganiem do suwmiarki, za to wynik pomiaru pozostawia wiele do życzenia, ponieważ takie narzędzia są bardzo niedokładne. No i na koniec trzeba wspomnieć o suwmiarkach wykonanych z niemagnetycznej stali kwasoodpornej. To idealne narzędzia do pomiaru.
Rys. 7 Suwmiarka ze stali niemagnetycznej.
Źródło Zdj. własne Enes
Kierunek magnesowania i biegunowość magnesu
Za pomocą specjalnej kliszy można sprawdzić, ile magnes ma biegunów magnetycznych oraz gdzie znajdują się granice pomiędzy tymi biegunami.
Rys. 8 Klisza obrazująca układ biegunów magnetycznych w magnesie namagnesowanym wielobiegunowo.
Źródło Zdj. własne Enes
Za pomocą kompasu możemy określić, z której strony magnesu jest biegun N, a z której biegun S. Należy pamiętać, że geograficzny biegun północny jest w rzeczywistości fizycznym biegunem S. Nie należy zbliżać za bardzo kompasu do magnesu, ponieważ można przemagnesować niechcący igłę kompasu i zepsuć go, będzie wskazywał odwrotnie.
Można także skorzystać z wykrywacza biegunów magnetycznych dostępnego w naszej ofercie.
Rys. 9 Wykrywacz biegunów magnetycznych z diodami.
Źródło Zdj. własne Enes
Oprócz wymienionych w artykule istnieje wiele innych parametrów, za pomocą których można opisać magnes. Wymienione w artykule są podstawowe, ale w zupełności wystarczające dla zwykłego użytkownika magnesów.