磁力机械式检测器

一、磁力机械式氧分析仪的构造

在一个密闭的气室内，装有两对不均匀磁场的磁极，它们的磁场强度梯度正好相反。两个空心球（内充高纯洁净的氮气或氩气）置于两对磁场的间隙中，金属丝带固定在壳体上，这样，哑龄球只能以金属带为轴转动，而不能上下移动，在哑龄球与金属带交点处装有一平面反射镜。

1.磁场

2.哑龄球结构示意图

顺磁式氧检测器原理示意图

被测样气由入口进入气室后，它就充满了气室。两个空心球被样品气包围，被测样品气的氧含量不同，其体积磁化率的K值也不同，球体所受到的作用力FM就不同。如果哑铃上的两个空心球体积相同，体积磁化率值相等，两个球体受到的力大小相等、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，这个力偶矩为：

MM = FM * 2PP

式中：PP……球体中心至金属带的垂直距离（哑铃的力臂）。

在哑铃做角位移的同时，金属带会产生一个抵抗哑铃偏转的复位力矩以平衡MM。被测气体氧含量不同，旋转力矩和复位力矩的平衡位置就不同，也就是哑铃的偏转角度Ψ就不同，这样，哑铃偏转角度Ψ的大小，就反映了被测气体中氧含量的多少。

对哑铃球偏转角度Ψ的测量，大多是采用光电系统来完成的。这个上面磁机氧检测器示意图已有图示。由光源发出的光投射在平面反射镜上，反射镜再把光束反射到两个光电元件（如硅光电池、硒光电池）上。

在被测样气不含氧时，空心球处于磁场的中间位置，此时，平面反射镜将光源发出的光束均衡地反射在两光电元件上，两个光电元件接收的光能相等。一般两个光电采用差动方式连接，因此，光电组件输出为零，仪器最终输出也为零。当被测样气中有氧存在时，氧分子受磁场吸引，沿磁场强度梯度方向形成氧分压差，其大小随氧含量不同而异，该压力差驱动空心球移出磁场中心位置，于是，哑铃球偏转了一个角度，反射镜随之偏转，反射出的光束也随之偏移，这时，两个光电元件接收到的光能量出现差值，光电组件有毫伏电压信号输出。被测气体中氧含量越高，光电组件输出信号越大。该信号经反馈放大器放大作为仪器检测输出。

为了改善仪器的输出特性，空心球上环绕一匝金属线圈。该金属线圈在电路上接收输出电流的反馈，对哑铃产生一个附加复位力矩，从而使哑铃的偏转角度Ψ大大减小。

二、磁力机械式氧分析仪的主要特点和使用注意事项

1、主要特点：

与热磁式分析仪相比，磁力机械式氧分析仪有如下特点：

①、它是对氧的顺磁性直接测量的分析仪，在测量中，不受被测气体导热性变化、密度变化等影响。

②、在0…100%O2范围内线性刻度、测量精度较高，测量误差可低至±0.1%O2。

③、灵敏度高，除了用于常量的测量以外，还可用于微量氧（O2‰）的测量。

2、注意事项：

①、磁力机械式氧分析仪基于对磁化率的直接测量，像氧氮等一些强磁性气体会对测量带来严重干扰，所以应将这些干扰组分除掉。此外，一些较强逆磁性气体也会引起较大的测量误差。如氙气，若样品中含有较多的这类气体，也应予以清除或对测量结果采取修正措施。②、氧气的体积磁化率是压力、温度的函数，样气压力、温度的变化以及环境温度的变化，都会对测量结果带来影响。因此，必须稳定样气的压力，使其符合调校仪器时的压力值。环境温度和整个检修部件，均应工作在设计的温度范围内，一般来说，各种型号的磁力机械式氧分析仪均带有温度控制系统，以维持检测部件在恒温条件下工作。

③、无论是短时间的剧烈振动，轻微的持续振动，都会削弱磁性材料的磁场强度，因此，该类仪器多将检测器等敏感部件安装在防振装置中。当然，仪器安装位置也应避开振源并采取适当的防振措施。另外，任何电气线路不允许穿过这些敏感部分，以防电磁干扰和振动干扰。