Mesure des propriétés magnétiques

Mesure des propriétés magnétiques

Les mesures des propriétés magnétiques des matériaux concernent principalement la perméabilité, c'est à dire la relation entre l'induction magnétique et le champ magnétique. Il existe trois types de matériaux, les substances diamagnétiques , les substances paramagnétiques et les substances ferromagnétiques. Pour les matériaux diamagnétiques sous l'influance d'un champ magnétique ils acquierent un moment magnétique M opposé au champ. Pour les matériaux paramagnétiques sous l'influence d'un champ magnétique ils acquierent un moment magnétique M dans le même sens que le champ. Pour les matériaux ferromagnétiques un faible champ produit un moment magnétique M qui peut être très élevé la relation n'est pas linéaire et n'est pas univoque , il existe un effet d'hystérésis.

La relation entre le champ magnétique et l'induction magnétique est B = µH.

Dans le vide la perméabilité µ = µ0 = 4PI 10-7.

Pour les matériaux on défini une perméablité relative µr avec µ = µr.µ0.



Pour un matériaux ferromagnétique il est distingué différentes expressions de la perméabilité:

- la perméabilité initiale qui est le rapport entre l'induction magnétique et le champ magnétique pour des petits champs magnétiques,

- la perméabilité qui est le rapport entre l'induction magnétique et le champ magnétique sur la courbe de première aimantation,

- la perméabilité maximale qui est perméabilité maximale mesurée sur la courbe de première aimantation,

- la perméabilité incrémentale qui est le rapport entre l'augmentation de l'induction magnétique et l'augmentation du champ magnétique sur la courbe de première aimantation.

Les deux moyens de mesure les plus conventionnels pour déterminer la perméabilité d'un matériau sont le perméamètre et le fluxmètre qui permet de mesurer les variations de flux magnétique qui traverse un bobinage secondaire pour mesurer le champ magnétique il est assiocié à un générateur de courant qui produit le champ magnétique avec un bobinage primaire.

Le perméamètre permet de mesurer la perméabilité de matériaux généralement faible.

La société Foerster fourni un perméamètre ( MAGNETOSCOP 1.069 ) qui permet de mesurer la perméabilité d'échantillon plan d'épaisseur supérieure à 12 mm, et de perméabilité maximale relative de 2.

Le principe de mesure du perméamètre Foerster est proche de celui décrit dans le document joint.

Pour des mesures de plus faible perméabilité sur des pièces aussi de plus petites dimensions il est mesuré l'influence de l'introduction de la pièce dans la répartition du flux dans un entrefer d'un circuit magnétique (document mesure d'amagnétisme)




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Mesure de la résistivité électrique

Mesure de la résistivité électrique


Deux méthodes principales sont utilisées pour mesurer la résistivité volumique des matériaux conducteurs, les méthodes 4 points et l'utilisation des courants de Foucault avec le sigmamètre.
La résistivité ro s'exprime en Ohm.m, la conductibilité sigma est l'inverse de de la résistivité.
Pour les matériaux faiblement conducteur on distingue la résistivité volumique de la résistivité de surface.

Résistivité de quelques matériaux

élément résistivité à 25°C matériau résistivité à 0°C
10-8 Ohm.m 10-8 Ohm.m
_____________________________________________________
Argent 1,617 Laiton 6,29
Cuivre 1,712 Bronze 13,6
Or 2,255 Acier au carbone 17
Aluminium 2,709 Constantant 49
Tungstène 5,39 Acier inox 55
Zinc 6,01 Acier 18/8 66,3
Fer 9,87 Nichrome 107,3
Platine 10,7
Graphite 1000
Étain 11,5
Chrome 12,6
Plomb 21,1
Mercure 94,1
Manganèse 144


matériau résistivité matériau résistivité
Ohm.m Ohm.m
Bakélite 1016 Eau distillée 109
parafine 1030 Marbre 1012
Plexiglas 1017 Polystyrène 1030
Porcelaine 1016 Verre 1017



Un sigmamètre permet de mesurer la conductibilité de matériaux amagnétique, il utilise l'effet des courants de Foucault. Il est mesuré les pertes d'un capteur inductif placé en contact avec la surface du matériau.
La conductiblité s est aussi mesurable en utilisant la méthode 4 fils sur une éprouvette allongée de section S constante que l'on alimente en courant I par ses extrémités, la chute de tension V est mesurée dans sa partie centrale entre deux points distants d'une longueur l . sigma = l.I/(S.V)

Pour les mesures de faible résistivité il est préférable d'effectuer deux mesures en inversant le sens du courant et d'en faire la moyenne afin d'éliminer l'influence de l'effet thermoélectique. Pour les métaux la chute de tension à mesurer en de l'ordre quelques centaines de microvolt.
Il est important que la distance entre les points d'amenés du courant et les points de mesure de la chute de tension soit distants d'au moins cinq fois la plus grande dimension de la section, pour que l'écoulement du courant soit uniforme dans la zone de mesure de la résistivité.

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Les thermocouples haute température stables à base de platine

Les thermocouples haute température stables à base de platine

Les thermocouples utilisant le platine en combinaison avec des alliages platine rhodium , de l'or ou du palladium sont parmi ceux qui sont les plus reproductible. Ils résistent à l'oxydation dans l'air, comme ils ont une haute température de fusion, ils peuvent être utilisé à très haute température. Le thermocouple de ce type le plus utilisé est le thermocouple type S (Pt10Rh/Pt). Il fut considéré comme le plus précis, et a été probablement le plus étudié. De plus et vraisemblablement pour ces raisons, il a été pris comme instrument de référence dans les ITS-27, IPTS-48 et IPTS-68. Il n'est plus un instrument de référence de l'ITS-90, il a été remplacé par une sonde de résistance en platine (SPTR). Pour être qualifié comme instrument de référence entre 630,74°C et 1064,43°C le thermocouple type S (Pt10Rh/Pt) doit respecter des caractéristique de pureté et des coefficients de Seebeck définis.
Le thermocouple type R (Pt13Rh/Pt) a des propriétés très proche de celle du thermocouple type S, il contient 13% de ruthénium au lieu de 10% et a une sensibilité légèrement supérieure et dans certain cas une meilleur stabilité.
Dans de nombreux cas la justesse des thermocouples S et R au dessus de 500°C est de 0,2°C au maximum.
Pour de mesures précises on a montré que le couple Or/Platine a une stabilité nettement meilleur, de même l'homogénéité et la sensibilité sont meilleur (environ deux fois celle du type Ss). Il fait concurrence à la sonde résistive en platine en raison du la simplicité d'utilisation et du coût. Avec précaution , les températures comprises entre 0°C et 1000°C peuvent être mesurées avec une incertitude de 10 mK.
Pour des températures supérieures le thermocouple palladium/platine montre de même la possibilité d'obtenir une meilleur précision que les thermocouples S ou R, une justesse de 20mK à 1100°C et de 50mK à 1300°C a été prouvée. Les études de ces deux derniers couples sont en cours.
La limite supérieure d'utilisation des thermocouples S et R dans une atmosphère oxydante est de 1600°C pour des fils d'au moins 0,5 mm de diamètre.
Le couple de type B (Pt30Rh/Pt6Rh) ou les couples non standards (Pt20Rh/Pt5Rh) (Pt40Rh/Pt20Rh) se sont montré de meilleur alliages sous atmosphère oxydante au dessus de 1100°C . Ils se sont montés très stables et peuvent être utilisés en continu dans l'air à 1700°C. Un test par exemple a montré qu'après 200 heures à 1700°C dans l'air la force électromotrice du couple (Pt20Rh/Pt5Rh) a diminuée de l'équivalent de 5°C au point fixe du palladium à 1555°C. Après 500 heures à 1700°C dans l'air la force électromotrice du couple (Pt40Rh/Pt20Rh) a diminuée de l'équivalent de 4°C au point fixe du palladium à 1555°C.
Par rapport au couple thermoélectrique (Pt40Rh/Pt20Rh), le thermocouple de type B (Pt30Rh/Pt6Rh) a des caractéristiques thermoélectriques supérieures, une meilleur résistance à la traction, sa force électromotrice ne varie qu'entre -2,5 µV et 2,5 µV dans l'étendue de température située entre 0°C et 50°C, la compensation de soudure froide peut être négligé ou facilement compensée.
Comme le point de fusion des thermoéléments en alliage de platine et de rhodium augmente avec la proportion de rhodium, les thermocouples comprenant des alliages de platine et de rhodium ayant la plus grande quantité de rhodium sont relative plus stable à haute température. Le couple (Pt40Rh/Pt20Rh)peut être utilisé pour des mesures précises jusqu'à 1850°C et est meilleur en stabilité que le type B à 1700°C, bien que le pouvoir thermoélectrique entre 1700 et 1850°Csoit seulement de 4,5µV/K ou moins de la moitié de celui du type B.
Pour tout les thermocouples précédemment décrits les coefficients de Seebeck sur la base de l'IPTS-68 ont été déterminé par les institutions métrologiques nationales. Celles des couples type R,S et B ont été internationalement acceptées.

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