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RÉSUMÉ
Les matériaux magnétiques sont impliqués dans bon nombre d’applications de notre quotidien ; la production, la distribution et la conversion de l'énergie, mais aussi le stockage de l'information. Aucune ne serait réellement efficace sans la connaissance des propriétés des matériaux que peut procurer une mesure magnétique précise et reproductible. Cet article reprend tout d’abord la définition des grandeurs physiques et la phénoménologie associée, les concepts et les méthodes de base appliqués à la caractérisation des matériaux magnétiques. Sont décrits ensuite les modes de génération et les différentes méthodes de mesure des champs magnétiques.
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Magnetic materials are involved in a large number of applications in our daily life; energy production, distribution and conversion and also information storage. Not one of them would be really efficient without knowledge of the properties of the materials which is provided by a precise and reproducible magnetic measurement. To start with this article recalls the definitions of physical quantities and the related phenomenology as well as the basic concepts and methods applied to the characterization of magnetic materials. Following, the production modes and the various methods for magnetic field measurements are described.
Auteur(s)
-
Fausto FIORILLO : Directeur de recherches à l'Institut national de recherches métrologiques (INRIM, Turin, Italie)
-
Frédéric MAZALEYRAT : Maître de conférences à l'Université Paris XII (pour la traduction en français)
INTRODUCTION
Les matériaux magnétiques satisfont les demandes fondamentales de notre société, comme la génération, la distribution et la conversion de l'énergie, ainsi que le stockage de l'information. Ils sont impliqués dans une myriade d'applications qui font partie de notre vie quotidienne. Aucune de ces applications ne serait efficace sans la connaissance des propriétés des matériaux que peut procurer une mesure magnétique précise et reproductible. Le mesurage, qui requiert une bonne compréhension des aspects scientifiques sous-jacents, a des conséquences pratiques quand le consensus existe et que les standards sont fixés. Par rapport à cela, les instituts métrologiques et de standardisation jouent un rôle clé.
Dans ce dossier, en partant de la définition des grandeurs physiques et de la phénoménologie associée, les concepts et les méthodes de base appliqués à la caractérisation des matériaux magnétiques sont résumés, puis la production et les différentes méthodes de mesure des champs magnétiques décrites. Le mesurage de l'hystérésis magnétique et des paramètres associés, qui sont le cœur de toute application technologique, fait l'objet du dossier [D 1 505].
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Phénoménologie du magnétisme des matériaux
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3. Mesurage des champs magnétiques
Le mesurage des champs magnétiques est nécessaire dans toute caractérisation expérimentale de matériaux magnétiques. Qu'ils soient appliqués, générés par le matériau lui-même ou présent dans l'environnement, aucune caractérisation significative ne peut être faite sans leur détermination précise. Une méthode classique pour révéler et mesurer un champ magnétique consiste à utiliser une bobine, aux bornes de laquelle une fem proportionnelle à la dérivée temporelle du flux embrassé est détectée, conformément à la loi d'induction de Maxwell-Faraday. La détection de champs continus par cette méthode demande soit une commutation du champ, soit un mouvement de la bobine (extraction, rotation, renversement) de manière à obtenir une variation de flux contrôlée. La linéarité, la précision, la large gamme de fréquence et de champ, la rusticité et le faible coût de ce type de dispositif, sont autant de qualités qui rendent la méthode fluxmétrique idéale pour la mesure des champs alternatifs. Il y a cependant des situations dans lesquelles la mesure directe du champ est préférable. Les capteurs galvanométriques, qui exploitent l'effet de la force de Lorentz sur les propriétés de transport des métaux ou des semi-conducteurs, peuvent fournir un signal directement relié à l'intensité du champ. Ce sont principalement les capteurs à effet Hall, dans lesquels une plaquette semi-conductrice est parcourue par un courant continu de telle manière qu'une différence de potentiel proportionnelle au champ apparaît. Les capteurs à effet Hall combinent une bonne sensibilité, une simplicité d'utilisation et une grande flexibilité, ils sont donc facilement pénétré le marché des dispositifs de mesure de champ qu'ils dominent largement actuellement.
3.1 Mesures fluxmétriques
Une bobine plate de N spires et d'aire A placée dans une région où une induction magnétique B = μ 0 H est présente, est reliée au flux :
avec :
- n :
- vecteur unité normal à...
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Mesurage des champs magnétiques
BIBLIOGRAPHIE
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(2) - CHEN (D.X.), BRUG (J.A.), GOLDFARB (R.B.) - Demagnetizing factors for cylinders. - IEEE Trans. Magn., 27, p. 3601-3619 (1991).
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(3) - BERTOTTI (G.) - Hysteresis in Magnetism. - Academic Press, p. 391 (1998).
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(6) - MAXWELL (J.C.) - A treatise on Electricity and Magnetism. - Dover (1954).
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...
Base de données KCDB du Bureau international des Poids et Mesures BIPM http://www.bipm.fr/BIPM-KCDB
HAUT DE PAGE
Logiciels de calcul électromagnétiques par éléments finis
FEMM, http://femm.foster-miller.net (logiciel libre 2D)
Comsol, http://www.comsol.fr
Flux 3D, http://www.cedrat.com
ANSYS, http://www.ansys.fr
HAUT DE PAGE
Matériaux pour le Génie Électrique (MGE), France tous les 3 ans.
Soft Magnetic Materials (SMM), Europe, années impaires, prochaine conférence Turin sept. 2009, http://www.magneticsmagazine.com
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