在线气体分析仪器及分析系统设计与应用技术专题讲座第三讲顺磁氧分析器

⑶混合气体的体积磁化率wk.baidu.com
对于多组分混合气体来说，它的体积磁化率可以 粗略地看成是各组分体积磁化率的算术平均值。
在含氧混合气体中(含有大量NO和NO2等氮氧化 物的特殊情况除外)，除氧以外其余各组分的体积 磁化率都很小，数值上彼此相差不大，且顺磁性 气体和逆磁性气体的体积磁化率有互相抵消趋势。
混合气体的体积磁化率基本上取决于氧的体积磁 化率及其体积分数。氧的体积磁化率在一定温度 下是已知固定值，所以只要能测得混合气体体积 磁化率，就可得出混合气体中氧的体积百分含量。
H——外磁场强度；
k——物质的体积磁化率。
物质的体积磁化率k 的物理意义是指在单位磁场强 度作用下，单位体积物质的磁化强度。
磁化率为正，k＞0称为顺磁性物质，它们在外磁 场中被吸引；k＜0则称为逆磁性物质，它们在外 磁场中被排斥；
k值愈大，则受吸引和排斥的力愈大。
表3-1常见气体的体积磁化率及相对磁化率
南分热磁对流式氧分析器主要技术指标如下： 1）测量范围 CD-3631 0-1% O2 CD-3632 0-2% O2 CD-3633 0-2.5% O2 CD-3634 0-5% O2 CD-3635 0-10% O2 CD-3636 0-21% O2 CD-3637 95-100%O2 CD-3638 98-
外对流式检测器，热磁对流在热敏组件外部进行， 其热敏组件与被测气体直接接触换热，测量滞后小、 灵敏度高，输出线性好。通常采用双桥结构，能有 效补偿样气压力、环境温度等干扰影响，但结构复 杂，制造困难。
外对流式磁氧分析器的工作原理
被测气体由入口进入主气道，依靠分子扩散 进入两个气室，如果被测气体没有氧的存在，那 么两个气室的状况一致，两个气室形成的自然对 流相同，两个热敏组件单位时间的热量损失相同， 阻值也相同。
内对流式热磁氧分析器的工作原理
待测气体从底部入口进入环形气室后，沿两侧流 向上端出口。如果被测混合气体中没有顺磁性气体
存在，这时中间通道内没有气体流过，电阻丝r1、 r2没有热量损失，电阻丝由于流过恒定电流而保持 一定阻值。当被测气体中含有氧气时，左侧支流中 的氧受到磁场吸引而进入中间通道，从而形成热磁 对流，然后由通道右侧排出。经右侧支流，流向上 端出口。环形气室中右侧支流中的氧因远离磁场强 度最大区域，受不到磁场吸引，加上磁风的方向是
自左向右的，所以不可能由右端口进入中间通道。
由于热磁对流的结果，左半边的电阻丝r1的热 量部分被气流带走产生热量损失，右半边电阻丝r2 没有热量损失，因此造成r1、r2阻值产生差异，导 致测量电桥失去平衡，产生输出信号。被测气体中 氧含量越高，磁风流速越大，r1、r2阻值相差越大， 测量电桥的输出信号就越大。由此可见，测量电桥 的输出信号大小就反应了被测气体中氧含量的多少。
磁对流。
测量气室中存在热磁对流和自然对流，其工作热 敏组件受到两种形式对流带来的热量损失。而参比 气室中不存在磁场，只有自然对流，参比热敏组件 只受到自然对流影响，而与氧含量无关。这样两个 热敏组件的温度出现差异，阻值不再相等，其差值 取决于被测气体中的氧含量。这样测量电桥的输出 信号也就代表了被测气体中的氧含量。
附录：氧分析器的测量原理分类
3.2热磁对流式氧分析器
热磁对流式氧分析器分为内对流式热磁氧分析器和 外对流式热磁式氧分析器。它们的工作原理均基于 热磁对流产生的热效应。
内对流式检测器，热磁对流在热敏组件（中间通道 管）内部进行，热敏组件与被测气体是隔绝的，通 过薄壁石英玻璃管进行热交换，因此不会与样气发 生任何化学反应，也不会受到样气的玷污和侵蚀， 但热量传递受到一定影响，增加了测量滞后时间， 灵敏度也相对较低，另外要求检测器处于水平工作 位置。
3.3磁力机械式氧分析器
磁力机械式氧分析器检测部件结构及原理示意图参 见图3-3。
在一个密闭的气室中，装有两对不均匀磁场的磁极 2和3，它们的磁场强度梯度正好相反。两个空心 球体4（内充纯净的氮气或氩气）置于两对磁极的 间隙中，空心球之间通过连杆连接在一起，形状类 似哑铃。连杆用弹性金属带5固定在气室壳体上， 这样，哑铃只能以金属带为轴转动而不能上下移动。 在连杆与金属带交点处装一平面反射镜6。
热磁对流式、
磁力机械式、
磁压力式氧分析器。
气体介质处于磁场会被磁化，根据气体的不同也 分别表现出顺磁性或逆磁性。如O2、NO、NO2 等是顺磁性气体，H2、N2、CO2、CH4等是逆磁 性气体。
⑵气体的体积磁化率
不同物质受磁化的程度不同，可以用磁化强度M 来表示：
M=k×H
式中M——磁化强度；
磁力机械式氧分析器检测部件结构及原理示意图
被测样气由入口进入气室后，就充满了气室。 两个空心球被样气所包围，被测样气的氧含量不同， 受到磁场的作用力Fm就不同。如果两个空心球体 积相同，则受到的力大小相等、方向相反，对于中 心支撑点金属带而言，它受到的是一个力偶Mm的 作用，这个力偶促使哑铃以金属带为轴心偏转，该 力偶矩为
100%O2 2）线性误差：±2%FS 3）零点漂移和量程漂移：不大于±2%FS/7d
4）重复性误差：不大于±1%FS
5）数字显示，标准信号输出：4-20(或0-10)mA 负载电阻≤550Ω
6）通讯输出： RS485（可选）
7）报警输出： 上、下限报警触点容量 264VAC/1A或30VDC/1A
在线气体分析仪器及分析系统 设计和应用技术专题讲座
第三讲顺磁氧分析器
第三讲 顺磁式氧分析仪
3.1概述 3.1.1 顺磁氧分析器测量概述 ⑴顺磁式氧分析器的定义及分类 顺磁式氧分析器，是根据氧气的体积磁化率比一般
气体高得多，在磁场中具有极高顺磁特性的原理制 成的一类测量气体中氧含量的仪器。
目前有三种类型的顺磁式氧分析器，即:
当被测气体中有氧存在，主气道中的氧分子
在流经测量气室上端时，受到磁场吸引进入测量
气室并向磁极方向运动。在磁极上方安装有加热
组件（热敏组件），氧分子向磁极靠近的同时被
加热而导致其体积磁化率下降，受磁场吸引力减
弱，较冷的氧分子不断被磁场吸引进测量气室，
在向磁极方向运动的同时，把先前温度已升高的
氧分子挤出测量气室，于是在测量气室中形成热