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Magnetfeldmessung

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Magnetfeldmessung und Magnetische Messgrößen

Magnetfeldstärke, Remanenz, Permeabilität, Magnetischer Fluss – was ist das eigentlich?

Im Zusammenhang mit Magneten können verschiedene Messgrößen ermittelt werden. Weil es dabei oft zu Verwechslungen kommt, hier ein kurz gehaltener Überblick. Zur genauen Definition und den physikalischen Grundlagen bitten wir Sie, in der Fachliteratur nachzuschlagen.

Magnetfeldstärke (H)

Die Messeinheit für die Stärke des Magnetfelds ist A/m (wegen der Wertangaben eher benutzt sind A/cm oder kA/m), älter auch Oersted (Oe). Weil die magnetische Flussdichte B, gemessen in Gauss (Gs) oder Tesla (T), über einen konstanten Faktor umgerechnet werden kann, können in der Praxis Magnetfeldstärke und Flussdichte (und somit die Einheiten A/cm, kA/m, Oe, Gs, T) wechselweise verwendet werden.



Geräte zur Messung der Magnetfeldstärke werden Magnetometer, Magnetfeldmessgeräte, Gaussmeter oder Teslameter genannt.

Remanenz / Restmagnetismus

Remanenz oder Restmagnetismus ist eine Sonderbetrachtung der Magnetfeldstärke, die restliche verbliebene Magnetfeldstärke nach dem Einfluss eines Magneten oder nach einem Entmagnetisierungsvorgang.
Die Remanenz messen können ebenfalls Magnetfeldmessgeräte, Gaussmeter und Teslameter.

Permeabilität

Die relative Permeabilität (µr) ist eine Kenngröße, wie stark ein Stoff magnetisiert werden kann. Der Wert spielt besonders bei Edelstählen eine wichtige Rolle. Ein anderer dafür verwendeter Begriff ist Magnetische Leitfähigkeit. Es gibt keine Messeinheit, µr ist dimensionslos. Einfache Messgeräte untersuchen den Bereich zwischen µr=1 (Permeabilität des Vakuums) bis 2.
Ein Permeabilitätsmessgerät aus unserem Haus ist das Modell Ferromaster.

Magnetischer Fluss

Der Magnetische Fluss (Φ) beschreibt die Gesamtleistung eines Magneten und ist mit einem Fluxmeter in einer Spule messbar. Messeinheit ist die Voltsekunde (Vs), auch Weber (Wb) oder früher Maxwell (Mx).
Zur Messung des Magnetflusses bzw. Fluxmessung benötigt man ein Fluxmeter. Im Vergleich zu den Handgeräten zum Messen von Magnetfeldern oder der Permeabilität sind diese Geräte aufwändiger, es sind Laborgeräte mit einer angeschlossenen Helmholtz-Momentspule.

 

Woher kommt ungewollter Magnetismus an Stahlteilen ?

Stahlteile, die magnetisch sind, können Probleme in der Weiterbearbeitung erzeugen. Die Bauteilsauberkeit ist reduziert. Zum Beispiel bleiben Eisenspäne haften, weswegen Werkzeug verschleißt. Oder Sensoren werden gestört. Woher kommt dieser Magnetismus ?
Pauschal kann man die Ursache nicht nennen. Es ist zum Beispiel zu beobachten, dass eine Stahlstange durch Vibration beim Transport leicht aufmagnetisiert wird.
Sollten Sie allerdings Magnethebewerkzeuge einsetzen, die sich universell und materialschonend großer Beliebtheit erfreuen, haben Sie einen möglichen Grund für Restmagnetismus. Ein erster Schritt: Bestimmen Sie die Restmagnetfeldstärke. Ist es innerhalb Ihrer Toleranzwerte ? Wenn nicht, müssen Sie entweder die Teile entmagnetisieren, oder auf den Magnetkran verzichten.

 

Einfache Geräte: Kompass und Polsucher

Mit einfachen Geräten wie Kompass und Polsucher lässt sich eine Aussage treffen, wie die Feldlinien verlaufen, wo Nordpol und Südpol liegen, aber keine Aussage über die Stärke.
Magnet Polsucher M-8
Magnet-Polsucher M-8

 

Wie stark ist ein Magnetfeld? – Messung der Magnetfeldstärke

Die Frage wird gestellt, um den Spitzenwert eines Magneten oder einen Restmagnetismus zu bestimmen. Geräte, die diese Aufgaben erfüllen, werden als Magnetometer, Magnetfeldmessgeräte, Teslameter oder Gaussmeter bezeichnet. Betrachtet wird hier ein Gleichfeld ohne Polwechsel.

Position der Messung und Bauform der Sonde sind entscheidend für den Messwert

Die Feldlinien eines Magnetfelds verlaufen vom Nordpol zum Südpol des Magneten. Bei einem stabförmigen Magneten z.B. sind die Pole zumeist an den beiden Enden. Dort ist dann das Feld am stärksten. Je nach Formen des Magneten verlaufen die Feldlinien anders, im Hufeisenmagnet sind sie innerhalb des Bogens parallel. Je näher man am Pol die Magnetfeldstärke misst, desto höher ist sie.
In der Sonde nimmt ein sogenannter Hall-Sensor die Lorentzkraft auf, daraus wird die Feldstärke berechnet. Je näher dieser Hall-Sensor also an den Pol kommt, desto mehr Kraft wirkt. Verschiedene Bauformen von Sonden (axial, tangential) haben unterschiedliche Einbauformen des Hall-Sensors und führen zu unterschiedlichen Messwerten.
Bei der Messung muss man erkunden: wo sind die Pole? In welcher Richtung misst die Sonde am meisten? Bewirkt Drehen oder Schwenken der Sonde eine Änderung? So kann jeder individuelle Magnet auf seine maximale Feldstärke untersucht werden.

Wie stark ist ein Magnet insgesamt? – Messung des Flusses

Für die Prüfung eines Permanentmagneten oder magnetischen Systems ist die Frage entscheidend, wie die Magnetqualität und wie stark die Magnetisierung des Magneten sind. Die Messung der Magnetfeldstärke mit einem Magnetfeldmessgerät ist nur punktuell möglich und betrachtet nicht das Volumen des Magneten. Diese Aufgabe erledigt ein Fluxmeter.
In Kombination mit einer Helmholtz-Momentspule kann der magnetische Fluss von Permanentmagneten sehr genau bestimmt werden, da positionsunabhängig das gesamte Volumen des Magneten gemessen wird. Dabei wird die Auswirkung des Magneten auf die Spule in Form einer elektrischen Spannung ermittelt und zum Flusswert (oder Flux) umrechnet.
Fluxmeter FL-4
Fluxmeter FL-4

 

Geringer Magnetismus - Was sind Permeabilität und Remanenz?

Die Magnetische Permeabilität ist eine Angabe, wie stark ein Stoff magnetisierbar ist. Sinnvoll ist die Aussage dort, wo eigentlich gar kein Magnetismus erwünscht ist, zum Beispiel bei Edelstahl.
Die Magnetische Permeabilität sollte man nicht mit der Remanenz bzw. dem Restmagnetismus verwechseln: Remanenz / Restmagnetismus sagt, wie stark ein Objekt magnetisiert ist, Permeabilität sagt, wie leicht man ihn magnetisieren könnte.

Bei allen Magnetfeldmessungen muss man bedenken, dass die Erde selbst ein Magnetfeld besitzt. Es ist mit 0,2 A/cm sehr schwach. Je nach Ausrichtung der Sonde wird dieser Wert den Messwert erhöhen oder verringern. Daher sind Abweichungen von 10% im Remanenzbereich durch das Erdfeld denkbar, und man sollte zur Wiederholbarkeit der Messung die Lage des Objekts und die Lage der Messsonde beachten.

Beim Messen der Permeabilität ist wegen technisch bedingter Grenzen nur schwachmagnetisches Material messbar.

Permeabilitätsmessgerät Ferromaster

Permeabilitätsmessgerät Ferromaster

Restmagnetfeld-Messgerät MP-1

Restmagnetfeld-Messgerät MP-1

Magnetfelder messen, Remanenz messen – Was braucht man dazu?

Messgeräte und Sonden

In welchen Einheiten müssen Sie den Magnetismus messen? Je nach Gerät ist neben der Basiseinheit A/cm auch Gauss (Gs) oder Milli-Tesla (mT) anzeigbar. Wichtig ist die Frage, welche maximalen Feldstärken zu erwarten sind. List-Magnetik hat eine Auswahl an Geräten und Sonden für jeden Zweck - ob Einhandgerät, ob mit separater Sonde oder Laborgerät.
Genannt seien an dieser Stelle die Magnetfeldmessgeräte MP-800, MP-1000, MP-2000, MP-5000.
Magnetfeldmessgerät / Gaussmeter MP-800
Magnetfeldmessgerät MP-800

 

Was ist der Unterschied von axialen und tangentialen Sonden?

Axiale Sonden messen in Richtung des Sondenkolbens. Tangentiale Sonden messen in einem Winkel von 90° zur Sonde. Für Messungen in Hohlräumen oder engen Rohen sind tangentiale Sonde besser geeignet. Letztlich kann man sagen, die tangentiale Sonde ist das universellere Werkzeug. Denn praktisch alle Messungen der axialen Sonde sind tangential durchführbar. Ein Vorteil der axialen Sonde von List-Magnetik ist der Abstand von 2mm zwischen Hall-Sensor und Sondenkappe. Bei der Kugellagerfertigung hat sich dieser Wert als De-facto-Norm für die Sonde eingebürgert.
Magnetfelder messen, axial und tangential

Was ist ein Kalibiernormal und wofür ist es sinnvoll?

Ein Kalibriernormal ist ein Referenzmagnet – ein Permanentmagnet, der bei gleicher Position der gleichen Sonde immer den gleichen Wert anzeigt. Damit kann man sicher sein, dass die Sonde noch korrekt arbeitet. Bei Präzisions-Kalibriernormalen wird die Axial- oder Tangentialsonde in der Öffnung so festgehalten, dass ein Verwackeln nicht möglich ist. Bei Zungensonden würde die Sonde beschädigt, daher muss man hier mit den einfacher gebauten Auflege-Kalibriernormalen prüfen.
Die Kombination aus Gerät, Sonde und Normal bildet eine Einheit, die zusammen kalibriert und zertifiziert wird. Die Benutzung einer Sonde an einem Kalibriernormal, das mit einer anderen Sonde abgestimmt wurde, kann dazu führen, dass der Referenzwert minimal abweicht. Das liegt daran, das Sonden nicht immer genau gleich gebaut werden können. Allerdings ist diese Abweichung immer konstant.
Kalibriernormal für Magnetfeldmessung

Analoge oder Digitale Anzeige?

Analoganzeigen haben den Vorteil, dass das Auge schneller auf den Ausschlag eines Zeigers reagieren kann als auf die Änderung einer Zahlenangabe. Bei der Suche nach dem Maximum eines Magnetfelds kann das Analoggerät durchaus praktischer sein.
Magnetfeldmessgeräte analog/digital

 


 

Erfahren Sie mehr über die Magnetfeldmessung:

  • Remanenz bzw. Restmagnetismus in Bau- oder Stahlteilen.

    Was ist zu tun, wenn ein Bauteil magnetisch ist? Sie beobachten, dass Späne haften bleiben und Metall angezogen wird. Hier stellt sich oft die Frage, wie stark der Restmagnetismus (auch Remanenz genannt) an diesen Teilen ist. Mit entsprechenden Geräten lässt sich dies problemlos feststellen.

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  • Die relative magnetische Permeabilität bzw. Magnetisierbarkeit bestimmen

    Ist Edelstahl wirklich unmagnetisch? Das kommt auf die Zusammensetzung an, denn verschiedene Legierungen sind auch unterschiedlich magnetisierbar.Der Fachbegriff für Magnetisierbarkeit lautet "Permeabilität". Diese Permeabilität ist mit unserem Permeabilitätsmessgerät Ferromaster messbar. Die Messung trifft dabei die Aussage, wie stark ein Werkstoff magnetisierbar ist.

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  • Magnetfelder messen, axial und tangential

    Wie misst man ein Magnetfeld? Es gibt zwei Arten von Sonden: Axiale und Tangentiale Sonden. Axiale Sonden messen in Richtung des Sondenkolbens. Tangentiale Sonden messen in einem Winkel von 90° zur Sonde. Für Messungen in Spalten und Vertiefungen sind tangentiale Sonden besser geeignet, auf glatten Flächen die axiale Sonde.

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  • Messung von Impuls-Magnetfeldern

    Bei der Messung von Impuls-Magnetfeldern misst man den Spitzenwert des Magnetfeldes, wobei die Impulsdauer unter 1 Millisekunde liegen kann. Daher benötigt man Spitzen-Messtechnik. Bei komplexen Magnetisiervorgängen kann hiermit qualitativ sichergestellt werden, dass die Sättigung des Magnetmaterials erreicht wird.

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  • Magnetischen Fluss mit einem Fluxmeter messen

    Ein Fluxmeter mit einer Helmholtzspule misst den magnetischen Fluss Φ (Phi) eines Magnetsystems oder eines Einzelmagneten. Im Gegensatz zu einem Magnetfeldmessgerät, bei welchem eine Messung nur punktuell möglich ist, vermisst ein Fluxmeter den Magneten in seinem gesamten Volumen.

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  • Magnetfeld-Messdaten auf dem Computer oder auf der App im Smartphone abspeichern

    Gesammelte Magnetfeld-Messdaten werden oft auf dem PC oder auf dem Smartphone / Tablet benötigt, weswegen diese Daten auf die entsprechenden Geräte übertragen werden müssen. Somit kann die Qualitätsprüfung die Auswertung der Daten rasch vornehmen. Die Magnetfeldmessgeräte / Gaussmeter MP-800, MP-2000 und MP-5000 verfügen über diese Übertragungsmöglichkeit.

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