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Der Hall-Effekt und die wichtigsten Einflussfaktoren

Das Magnetverfahren beruht auf der unterschiedlichen Magnetisierbarkeit von der Beschichtung und dem Grundwerkstoff. Es wird meist eingesetzt, um magnetische Schichten wie Nickel auf nicht-magnetischen Metallen oder Kunststoffen zu messen. Umgekehrt können auch unmagnetische Schichten auf Stahl oder Eisen geprüft werden. Besonders für dickere galvanische Schichten wie Chrom und Zink ist das Magnetverfahren besser geeignet als die Magnetinduktion.

 

 

Messen mit dem Hall-Sensor

Die Messung mit dem Magnetverfahren basiert auf dem nach Edwin Hall benanntem Effekt. Der Effekt tritt auf, wenn ein stromdurchflossener Leiter sich in einem konstanten Magnetfeld befindet.

Wenn sich Elektronen durch den Leiter bewegen, bewegen sie sich auch durch das statische Magnetfeld. Dadurch wirkt auf sie die Lorentz-Kraft. Die Lorentz-Kraft drückt die Elektronen senkrecht zum Magnetfeld an den Rand des Leiters. Es kommt zu einer Ladungstrennung. Wie bei einem Kondensator entsteht so eine Spannung – die Hall-Spannung.

Wie kann man damit Schichtdicken messen?

Magnetische Stoffe, wie zum Beispiel eine Nickelbeschichtung, verstärken das statische Magnetfeld. Dadurch steigt auch die Hall-Spannung. Die Spannung wird gemessen und mittels einer Sondenkennlinie – dem funktionalen Zusammenhang zwischen Messsignal und Schichtdicke – im Messgerät in einen Schichtdickenwert umgewandelt.

 

 

Darauf sollten Sie bei Ihrer Messung achten

Alle elektro-magnetischen Messverfahren sind vergleichend. Das bedeutet, dass das gemessene Signal mit einer im Gerät gespeicherten Kennlinie verglichen wird. Damit das Ergebnis richtig ist, muss die Kennlinie an die aktuellen Begebenheiten angepasst werden. Das geschieht mit einer Kalibrierung.

 

 

Die richtige Kalibrierung macht’s!

Faktoren, die die Messung stark beeinflussen können, sind: die magnetische Permeabilität des Grundwerkstoffs, die Form des Prüfteils und die Rauheit der Oberfläche. Außerdem kann der Bediener selbst das Ergebnis beeinflussen. 

 

 

Magnetische Permeabilität

Die magnetische Permeabilität gibt an, wie gut sich ein Material einem Magnetfeld anpassen kann. Stoffe wie Eisen oder Nickel haben eine hohe Permeabilität. Sie werden selbst magnetisiert und verstärken das magnetische Feld. Da sich die Permeabilität zwischen den Metallen und ihren Legierungen unterscheidet, müssen die Messgeräte beim Wechsel der Werkstoffe neu kalibriert werden.

 

 

Gekrümmte Oberflächen

In der Praxis treten die meisten Messfehler aufgrund der Form des Prüfteils auf. Bei gekrümmten Oberflächen verändert sich der Anteil des Magnetfeldes, der durch die Luft geht. Wenn ein Messgerät z.B. auf einem flachen Blech kalibriert wurde, würde eine Messung auf einer konkaven Oberfläche zu erniedrigten – auf einer konvexen zu erhöhten Ergebnissen führen. Die Fehler, die so entstehen, können ein Vielfaches des eigentlichen Wertes betragen! 

 

 

Kleine, flache Teile

Ein ähnlicher Effekt kann auftreten, wenn das Prüfteil klein oder sehr dünn ist. Auch in diesem Fall greift das Magnetfeld über das Prüfteil hinaus und verläuft zum Teil in der Luft, was die Messergebnisse systematisch verfälscht. Um diese Fehler zu vermeiden, sollten Sie möglichst immer auf einem unbeschichteten Teil kalibrieren, das Ihrem Endprodukt entspricht. 

 

 

Rauheit

Bei rauen Oberflächen kann das Ergebnis verfälscht werden, je nachdem, ob der Sondenpol im Tal oder auf einer Spitze des Rauheitsprofils aufgesetzt wird. Bei solchen Messungen streuen die Ergebnisse stark und es empfiehlt sich, mehrere Wiederholungsmessungen zu machen, um einen stabilen Mittelwert bilden zu können. Generell ist die Schichtdickenmessung bei rauen Oberflächen nur sinnvoll, wenn die Schichtdicke mindestens doppelt so hoch ist wie die Rauheitsspitzen.  

 

 

Bedienereinfluss

Nicht zuletzt spielt es auch eine große Rolle, wie das Messgerät bedient wird. Achten Sie stets darauf, dass die Sonde gerade und ohne Druck auf die Oberfläche aufgesetzt wird. Für eine bessere Genauigkeit kann auch ein Stativ verwendet werden, mit dem die Sonde automatisch auf das Prüfteil abgesenkt wird.

 

 

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