在線分析儀器及分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)及應(yīng)用技術(shù)2

1、在線氣體分析儀器及分析系統(tǒng)在線氣體分析儀器及分析系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)講座設(shè)計(jì)與應(yīng)用技術(shù)講座第一部分（第一部分（2)第三講順磁氧分析器第三講順磁氧分析器主講人：朱衛(wèi)東主講人：朱衛(wèi)東 2011年年第三講第三講 順磁式氧分析儀順磁式氧分析儀n3.1概述概述n3.1.1 順磁氧分析器測(cè)量概述順磁氧分析器測(cè)量概述n順磁式氧分析器的定義及分類順磁式氧分析器的定義及分類n順磁式氧分析器，是根據(jù)氧氣的體積磁化率比一般順磁式氧分析器，是根據(jù)氧氣的體積磁化率比一般氣體高得多，在磁場(chǎng)中具有極高順磁特性的原理制氣體高得多，在磁場(chǎng)中具有極高順磁特性的原理制成的一類測(cè)量氣體中氧含量的儀器。成的一類測(cè)量氣體中氧含量的儀器。

2、目前有三種類型的順磁式氧分析器，即目前有三種類型的順磁式氧分析器，即: 熱磁對(duì)流式、熱磁對(duì)流式、 磁力機(jī)械式、磁力機(jī)械式、 磁壓力式氧分析器。磁壓力式氧分析器。n氣體介質(zhì)處于磁場(chǎng)會(huì)被磁化，根據(jù)氣體的不同也氣體介質(zhì)處于磁場(chǎng)會(huì)被磁化，根據(jù)氣體的不同也分別表現(xiàn)出順磁性或逆磁性。如分別表現(xiàn)出順磁性或逆磁性。如O2、NO、NO2等是順磁性氣體，等是順磁性氣體，H2、N2、CO2、CH4等是逆等是逆磁性氣體。磁性氣體。 氣體的體積磁化率氣體的體積磁化率n不同物質(zhì)受磁化的程度不同，可以用磁化強(qiáng)度不同物質(zhì)受磁化的程度不同，可以用磁化強(qiáng)度M來(lái)表示：來(lái)表示：n M=kH n 式中式中M磁化強(qiáng)度；磁化強(qiáng)度；n H外

3、磁場(chǎng)強(qiáng)度；外磁場(chǎng)強(qiáng)度；n k物質(zhì)的體積磁化率。物質(zhì)的體積磁化率。n物質(zhì)的體積磁化率物質(zhì)的體積磁化率k 的物理意義是指在單位磁場(chǎng)強(qiáng)的物理意義是指在單位磁場(chǎng)強(qiáng)度作用下，單位體積物質(zhì)的磁化強(qiáng)度。度作用下，單位體積物質(zhì)的磁化強(qiáng)度。n磁化率為正，磁化率為正，k0稱為順磁性物質(zhì)，它們?cè)谕獯欧Q為順磁性物質(zhì)，它們?cè)谕獯艌?chǎng)中被吸引；場(chǎng)中被吸引；k0則稱為逆磁性物質(zhì)，它們?cè)谕鈩t稱為逆磁性物質(zhì)，它們?cè)谕獯艌?chǎng)中被排斥；磁場(chǎng)中被排斥；nk值愈大，則受吸引和排斥的力愈大。值愈大，則受吸引和排斥的力愈大。表3-1常見(jiàn)氣體的體積磁化率及相對(duì)磁化率n 混合氣體的體積磁化率混合氣體的體積磁化率n對(duì)于多組分混合氣體來(lái)說(shuō)，它的體積磁

4、化率可以對(duì)于多組分混合氣體來(lái)說(shuō)，它的體積磁化率可以粗略地看成是各組分體積磁化率的算術(shù)平均值。粗略地看成是各組分體積磁化率的算術(shù)平均值。n在含氧混合氣體中在含氧混合氣體中(含有大量含有大量NO和和NO2等氮氧化等氮氧化物的特殊情況除外物的特殊情況除外)，除氧以外其余各組分的體積，除氧以外其余各組分的體積磁化率都很小，數(shù)值上彼此相差不大，且順磁性磁化率都很小，數(shù)值上彼此相差不大，且順磁性氣體和逆磁性氣體的體積磁化率有互相抵消趨勢(shì)。氣體和逆磁性氣體的體積磁化率有互相抵消趨勢(shì)。n混合氣體的體積磁化率基本上取決于氧的體積磁混合氣體的體積磁化率基本上取決于氧的體積磁化率及其體積分?jǐn)?shù)。氧的體積磁化率在一定溫

5、度化率及其體積分?jǐn)?shù)。氧的體積磁化率在一定溫度下是已知固定值，所以只要能測(cè)得混合氣體體積下是已知固定值，所以只要能測(cè)得混合氣體體積磁化率，就可得出混合氣體中氧的體積百分含量。磁化率，就可得出混合氣體中氧的體積百分含量。附錄：氧分析器的測(cè)量原理分類附錄：氧分析器的測(cè)量原理分類3.2熱磁對(duì)流式氧分析器熱磁對(duì)流式氧分析器n熱磁對(duì)流式氧分析器分為內(nèi)對(duì)流式熱磁氧分析器和熱磁對(duì)流式氧分析器分為內(nèi)對(duì)流式熱磁氧分析器和外對(duì)流式熱磁式氧分析器。它們的工作原理均基于外對(duì)流式熱磁式氧分析器。它們的工作原理均基于熱磁對(duì)流產(chǎn)生的熱效應(yīng)。熱磁對(duì)流產(chǎn)生的熱效應(yīng)。n內(nèi)對(duì)流式檢測(cè)器，熱磁對(duì)流在熱敏組件（中間通道內(nèi)對(duì)流式檢測(cè)器，熱

6、磁對(duì)流在熱敏組件（中間通道管）內(nèi)部進(jìn)行，熱敏組件與被測(cè)氣體是隔絕的，通管）內(nèi)部進(jìn)行，熱敏組件與被測(cè)氣體是隔絕的，通過(guò)薄壁石英玻璃管進(jìn)行熱交換，因此不會(huì)與樣氣發(fā)過(guò)薄壁石英玻璃管進(jìn)行熱交換，因此不會(huì)與樣氣發(fā)生任何化學(xué)反應(yīng)，也不會(huì)受到樣氣的玷污和侵蝕，生任何化學(xué)反應(yīng)，也不會(huì)受到樣氣的玷污和侵蝕，但熱量傳遞受到一定影響，增加了測(cè)量滯后時(shí)間，但熱量傳遞受到一定影響，增加了測(cè)量滯后時(shí)間，靈敏度也相對(duì)較低，另外要求檢測(cè)器處于水平工作靈敏度也相對(duì)較低，另外要求檢測(cè)器處于水平工作位置。位置。內(nèi)對(duì)流式熱磁氧分析器的工作原理內(nèi)對(duì)流式熱磁氧分析器的工作原理n 待測(cè)氣體從底部入口進(jìn)入環(huán)形氣室后，沿兩側(cè)流待測(cè)氣體從底部入

7、口進(jìn)入環(huán)形氣室后，沿兩側(cè)流向上端出口。如果被測(cè)混合氣體中沒(méi)有順磁性氣體向上端出口。如果被測(cè)混合氣體中沒(méi)有順磁性氣體存在，這時(shí)中間通道內(nèi)沒(méi)有氣體流過(guò)，電阻絲存在，這時(shí)中間通道內(nèi)沒(méi)有氣體流過(guò)，電阻絲r1、r2沒(méi)有熱量損失，電阻絲由于流過(guò)恒定電流而保持沒(méi)有熱量損失，電阻絲由于流過(guò)恒定電流而保持一定阻值。當(dāng)被測(cè)氣體中含有氧氣時(shí)，左側(cè)支流中一定阻值。當(dāng)被測(cè)氣體中含有氧氣時(shí)，左側(cè)支流中的氧受到磁場(chǎng)吸引而進(jìn)入中間通道，從而形成熱磁的氧受到磁場(chǎng)吸引而進(jìn)入中間通道，從而形成熱磁對(duì)流，然后由通道右側(cè)排出。經(jīng)右側(cè)支流，流向上對(duì)流，然后由通道右側(cè)排出。經(jīng)右側(cè)支流，流向上端出口。環(huán)形氣室中右側(cè)支流中的氧因遠(yuǎn)離磁場(chǎng)強(qiáng)端出

8、口。環(huán)形氣室中右側(cè)支流中的氧因遠(yuǎn)離磁場(chǎng)強(qiáng)度最大區(qū)域，受不到磁場(chǎng)吸引，加上磁風(fēng)的方向是度最大區(qū)域，受不到磁場(chǎng)吸引，加上磁風(fēng)的方向是自左向右的，所以不可能由右端口進(jìn)入中間通道。自左向右的，所以不可能由右端口進(jìn)入中間通道。n 由于熱磁對(duì)流的結(jié)果，左半邊的電阻絲由于熱磁對(duì)流的結(jié)果，左半邊的電阻絲r1的熱的熱量部分被氣流帶走產(chǎn)生熱量損失，右半邊電阻絲量部分被氣流帶走產(chǎn)生熱量損失，右半邊電阻絲r2沒(méi)有熱量損失，因此造成沒(méi)有熱量損失，因此造成r1、r2阻值產(chǎn)生差異，阻值產(chǎn)生差異，導(dǎo)致測(cè)量電橋失去平衡，產(chǎn)生輸出信號(hào)。被測(cè)氣體導(dǎo)致測(cè)量電橋失去平衡，產(chǎn)生輸出信號(hào)。被測(cè)氣體中氧含量越高，磁風(fēng)流速越大，中氧含量越高，

9、磁風(fēng)流速越大，r1、r2阻值相差阻值相差越大，測(cè)量電橋的輸出信號(hào)就越大。由此可見(jiàn)，測(cè)越大，測(cè)量電橋的輸出信號(hào)就越大。由此可見(jiàn)，測(cè)量電橋的輸出信號(hào)大小就反應(yīng)了被測(cè)氣體中氧含量量電橋的輸出信號(hào)大小就反應(yīng)了被測(cè)氣體中氧含量的多少。的多少。n外對(duì)流式檢測(cè)器，熱磁對(duì)流在熱敏組件外部進(jìn)行，外對(duì)流式檢測(cè)器，熱磁對(duì)流在熱敏組件外部進(jìn)行，其熱敏組件與被測(cè)氣體直接接觸換熱，測(cè)量滯后小、其熱敏組件與被測(cè)氣體直接接觸換熱，測(cè)量滯后小、靈敏度高，輸出線性好。通常采用雙橋結(jié)構(gòu)，能有靈敏度高，輸出線性好。通常采用雙橋結(jié)構(gòu)，能有效補(bǔ)償樣氣壓力、環(huán)境溫度等干擾影響，但結(jié)構(gòu)復(fù)效補(bǔ)償樣氣壓力、環(huán)境溫度等干擾影響，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造困

10、難。雜，制造困難。外對(duì)流式磁氧分析器的工作原理外對(duì)流式磁氧分析器的工作原理n 被測(cè)氣體由入口進(jìn)入主氣道，依靠分子擴(kuò)散被測(cè)氣體由入口進(jìn)入主氣道，依靠分子擴(kuò)散進(jìn)入兩個(gè)氣室，如果被測(cè)氣體沒(méi)有氧的存在，那進(jìn)入兩個(gè)氣室，如果被測(cè)氣體沒(méi)有氧的存在，那么兩個(gè)氣室的狀況一致，兩個(gè)氣室形成的自然對(duì)么兩個(gè)氣室的狀況一致，兩個(gè)氣室形成的自然對(duì)流相同，兩個(gè)熱敏組件單位時(shí)間的熱量損失相同，流相同，兩個(gè)熱敏組件單位時(shí)間的熱量損失相同，阻值也相同。阻值也相同。n 當(dāng)被測(cè)氣體中有氧存在，主氣道中的氧分子當(dāng)被測(cè)氣體中有氧存在，主氣道中的氧分子在流經(jīng)測(cè)量氣室上端時(shí)，受到磁場(chǎng)吸引進(jìn)入測(cè)量在流經(jīng)測(cè)量氣室上端時(shí)，受到磁場(chǎng)吸引進(jìn)入測(cè)量氣

11、室并向磁極方向運(yùn)動(dòng)。在磁極上方安裝有加熱氣室并向磁極方向運(yùn)動(dòng)。在磁極上方安裝有加熱組件（熱敏組件），氧分子向磁極靠近的同時(shí)被組件（熱敏組件），氧分子向磁極靠近的同時(shí)被加熱而導(dǎo)致其體積磁化率下降，受磁場(chǎng)吸引力減加熱而導(dǎo)致其體積磁化率下降，受磁場(chǎng)吸引力減弱，較冷的氧分子不斷被磁場(chǎng)吸引進(jìn)測(cè)量氣室，弱，較冷的氧分子不斷被磁場(chǎng)吸引進(jìn)測(cè)量氣室，在向磁極方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，把先前溫度已升高的在向磁極方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，把先前溫度已升高的氧分子擠出測(cè)量氣室，于是在測(cè)量氣室中形成熱氧分子擠出測(cè)量氣室，于是在測(cè)量氣室中形成熱磁對(duì)流。磁對(duì)流。n 測(cè)量氣室中存在熱磁對(duì)流和自然對(duì)流，其工作熱測(cè)量氣室中存在熱磁對(duì)流和自然對(duì)流，其

12、工作熱敏組件受到兩種形式對(duì)流帶來(lái)的熱量損失。而參比敏組件受到兩種形式對(duì)流帶來(lái)的熱量損失。而參比氣室中不存在磁場(chǎng)，只有自然對(duì)流，參比熱敏組件氣室中不存在磁場(chǎng)，只有自然對(duì)流，參比熱敏組件只受到自然對(duì)流影響，而與氧含量無(wú)關(guān)。這樣兩個(gè)只受到自然對(duì)流影響，而與氧含量無(wú)關(guān)。這樣兩個(gè)熱敏組件的溫度出現(xiàn)差異，阻值不再相等，其差值熱敏組件的溫度出現(xiàn)差異，阻值不再相等，其差值取決于被測(cè)氣體中的氧含量。這樣測(cè)量電橋的輸出取決于被測(cè)氣體中的氧含量。這樣測(cè)量電橋的輸出信號(hào)也就代表了被測(cè)氣體中的氧含量。信號(hào)也就代表了被測(cè)氣體中的氧含量。n南分熱磁對(duì)流式氧分析器主要技術(shù)指標(biāo)如下：南分熱磁對(duì)流式氧分析器主要技術(shù)指標(biāo)如下：n1

13、）測(cè)量范圍）測(cè)量范圍nCD-3631 0-1% O2 CD-3632 0-2% O2nCD-3633 0-2.5% O2 CD-3634 0-5% O2nCD-3635 0-10% O2 CD-3636 0-21% O2nCD-3637 95-100%O2 CD-3638 98-100%O2n2）線性誤差：）線性誤差：2%FSn3）零點(diǎn)漂移和量程漂移：不大于）零點(diǎn)漂移和量程漂移：不大于2%FS/7dn4）重復(fù)性誤差：不大于）重復(fù)性誤差：不大于1%FSn5）數(shù)字顯示，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出：）數(shù)字顯示，標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出：4-20(或或0-10)mA 負(fù)載電阻負(fù)載電阻550n6）通訊輸出：）通訊輸出： RS48

14、5（可選）（可選）n7）報(bào)警輸出：）報(bào)警輸出： 上、下限報(bào)警觸點(diǎn)容量上、下限報(bào)警觸點(diǎn)容量 264VAC/1A或或30VDC/1A3.3磁力機(jī)械式氧分析器磁力機(jī)械式氧分析器n磁力機(jī)械式氧分析器檢測(cè)部件結(jié)構(gòu)及原理示意圖參磁力機(jī)械式氧分析器檢測(cè)部件結(jié)構(gòu)及原理示意圖參見(jiàn)圖見(jiàn)圖3-3。n在一個(gè)密閉的氣室中，裝有兩對(duì)不均勻磁場(chǎng)的磁極在一個(gè)密閉的氣室中，裝有兩對(duì)不均勻磁場(chǎng)的磁極2和和3，它們的磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度正好相反。兩個(gè)空心，它們的磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度正好相反。兩個(gè)空心球體球體4（內(nèi)充純凈的氮?dú)饣驓鍤猓┲糜趦蓪?duì)磁極的（內(nèi)充純凈的氮?dú)饣驓鍤猓┲糜趦蓪?duì)磁極的間隙中，空心球之間通過(guò)連桿連接在一起，形狀類間隙中，空心球之間通

15、過(guò)連桿連接在一起，形狀類似啞鈴。連桿用彈性金屬帶似啞鈴。連桿用彈性金屬帶5固定在氣室殼體上，固定在氣室殼體上，這樣，啞鈴只能以金屬帶為軸轉(zhuǎn)動(dòng)而不能上下移動(dòng)。這樣，啞鈴只能以金屬帶為軸轉(zhuǎn)動(dòng)而不能上下移動(dòng)。在連桿與金屬帶交點(diǎn)處裝一平面反射鏡在連桿與金屬帶交點(diǎn)處裝一平面反射鏡6。磁力機(jī)械式氧分析器檢測(cè)部件結(jié)構(gòu)及原理示意圖磁力機(jī)械式氧分析器檢測(cè)部件結(jié)構(gòu)及原理示意圖 n 被測(cè)樣氣由入口進(jìn)入氣室后，就充滿了氣室。被測(cè)樣氣由入口進(jìn)入氣室后，就充滿了氣室。兩個(gè)空心球被樣氣所包圍，被測(cè)樣氣的氧含量不同，兩個(gè)空心球被樣氣所包圍，被測(cè)樣氣的氧含量不同，受到磁場(chǎng)的作用力受到磁場(chǎng)的作用力Fm就不同。如果兩個(gè)空心球體就不

16、同。如果兩個(gè)空心球體積相同，則受到的力大小相等、方向相反，對(duì)于中積相同，則受到的力大小相等、方向相反，對(duì)于中心支撐點(diǎn)金屬帶而言，它受到的是一個(gè)力偶心支撐點(diǎn)金屬帶而言，它受到的是一個(gè)力偶Mm的的作用，這個(gè)力偶促使啞鈴以金屬帶為軸心偏轉(zhuǎn)，該作用，這個(gè)力偶促使啞鈴以金屬帶為軸心偏轉(zhuǎn)，該力偶矩為力偶矩為n Mm= Fm2Rpn式中式中 Rp球體中心至金屬帶的垂直距離（啞鈴的球體中心至金屬帶的垂直距離（啞鈴的力臂）力臂）n在啞鈴做角位移的同時(shí)，金屬帶會(huì)產(chǎn)生一個(gè)抵抗在啞鈴做角位移的同時(shí)，金屬帶會(huì)產(chǎn)生一個(gè)抵抗啞鈴偏轉(zhuǎn)的復(fù)位力矩以平衡啞鈴偏轉(zhuǎn)的復(fù)位力矩以平衡Mm，被測(cè)樣氣中的氧，被測(cè)樣氣中的氧含量不同，旋轉(zhuǎn)力

17、矩和復(fù)位力矩的平衡位置不同，含量不同，旋轉(zhuǎn)力矩和復(fù)位力矩的平衡位置不同，也就是啞鈴的偏轉(zhuǎn)角度也就是啞鈴的偏轉(zhuǎn)角度不同，這樣，啞鈴偏轉(zhuǎn)不同，這樣，啞鈴偏轉(zhuǎn)角度角度的大小，就反映了被測(cè)氣體中氧含量的多的大小，就反映了被測(cè)氣體中氧含量的多少。少。n 對(duì)啞鈴偏轉(zhuǎn)角度對(duì)啞鈴偏轉(zhuǎn)角度的測(cè)量，大多是采用光電系統(tǒng)的測(cè)量，大多是采用光電系統(tǒng)來(lái)完成的如圖來(lái)完成的如圖3-3所示，由光源發(fā)出的光投射在平所示，由光源發(fā)出的光投射在平面反射鏡上，反射鏡再把光束反射到兩個(gè)光電組件面反射鏡上，反射鏡再把光束反射到兩個(gè)光電組件（如硅光電池）上。在被測(cè)樣氣不含氧時(shí)，空心球（如硅光電池）上。在被測(cè)樣氣不含氧時(shí)，空心球處于磁場(chǎng)的中間

18、位置，此時(shí)，平面反射鏡將光源發(fā)處于磁場(chǎng)的中間位置，此時(shí)，平面反射鏡將光源發(fā)出的光束均衡地反射在兩個(gè)光電組件上，兩個(gè)光電出的光束均衡地反射在兩個(gè)光電組件上，兩個(gè)光電組件接收光能相等，一般兩個(gè)光電組件采用差動(dòng)方組件接收光能相等，一般兩個(gè)光電組件采用差動(dòng)方式連接，因此，光電組件輸出為零，儀表最終輸出式連接，因此，光電組件輸出為零，儀表最終輸出也為零。也為零。 n 當(dāng)被測(cè)樣氣中有氧存在時(shí)，氧分子受磁場(chǎng)吸引，當(dāng)被測(cè)樣氣中有氧存在時(shí)，氧分子受磁場(chǎng)吸引，沿磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度方向形成氧分壓差，其大小隨氧含沿磁場(chǎng)強(qiáng)度梯度方向形成氧分壓差，其大小隨氧含量不同而異，該壓力差驅(qū)動(dòng)空心球移出磁場(chǎng)中心位量不同而異，該壓力差驅(qū)動(dòng)

19、空心球移出磁場(chǎng)中心位置，于是啞鈴偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，反射鏡隨之偏轉(zhuǎn)，反置，于是啞鈴偏轉(zhuǎn)一個(gè)角度，反射鏡隨之偏轉(zhuǎn)，反射出的光束也隨之偏移，這時(shí)，兩個(gè)光電組件接收射出的光束也隨之偏移，這時(shí)，兩個(gè)光電組件接收到的光能量出現(xiàn)差值，光電組件有毫伏電壓信號(hào)輸?shù)降墓饽芰砍霈F(xiàn)差值，光電組件有毫伏電壓信號(hào)輸出。被測(cè)氣體中氧含量越高，光電組件輸出信號(hào)越出。被測(cè)氣體中氧含量越高，光電組件輸出信號(hào)越大。該信號(hào)經(jīng)回饋放大鏡放大作為儀表輸出。大。該信號(hào)經(jīng)回饋放大鏡放大作為儀表輸出。n為了改善儀器的輸出為了改善儀器的輸出特性，有的在空心球特性，有的在空心球的外圍環(huán)繞一匝金屬的外圍環(huán)繞一匝金屬線圈，如圖線圈，如圖3-4所示。所示。

20、該金屬線圈在電路上該金屬線圈在電路上接收輸出電流的回饋，接收輸出電流的回饋，對(duì)啞鈴產(chǎn)生一個(gè)附加對(duì)啞鈴產(chǎn)生一個(gè)附加復(fù)位力矩，從而使啞復(fù)位力矩，從而使啞鈴的偏轉(zhuǎn)角度鈴的偏轉(zhuǎn)角度大大減小。大大減小。n與熱磁式氧分析器相比，磁力機(jī)械式氧分析器具有與熱磁式氧分析器相比，磁力機(jī)械式氧分析器具有如下優(yōu)點(diǎn)。如下優(yōu)點(diǎn)。n它是對(duì)氧的順磁性直接測(cè)量的儀器，在測(cè)量中不它是對(duì)氧的順磁性直接測(cè)量的儀器，在測(cè)量中不受被測(cè)氣樣導(dǎo)熱性變化、密度變化等影響。受被測(cè)氣樣導(dǎo)熱性變化、密度變化等影響。n在在0100%O2范圍內(nèi)線性刻度，測(cè)量精度較范圍內(nèi)線性刻度，測(cè)量精度較高，測(cè)量誤差可低至高，測(cè)量誤差可低至0.1%O2。n靈敏度高，除

21、了用于常量氧的測(cè)量以外，還可用靈敏度高，除了用于常量氧的測(cè)量以外，還可用于微量氧（于微量氧（O2級(jí)）的測(cè)量。級(jí)）的測(cè)量。n從以上幾個(gè)方面可以看出，磁力機(jī)械式氧分析器優(yōu)從以上幾個(gè)方面可以看出，磁力機(jī)械式氧分析器優(yōu)于熱磁對(duì)流式氧分析器。于熱磁對(duì)流式氧分析器。n使用注意事項(xiàng)：使用注意事項(xiàng)：n磁力機(jī)械式氧分析器基于對(duì)磁化率的直接測(cè)量，磁力機(jī)械式氧分析器基于對(duì)磁化率的直接測(cè)量，像氧化氮等一些強(qiáng)順磁性氣體會(huì)對(duì)測(cè)量帶來(lái)嚴(yán)重干像氧化氮等一些強(qiáng)順磁性氣體會(huì)對(duì)測(cè)量帶來(lái)嚴(yán)重干擾，所以應(yīng)將這些干擾組分除掉。此外，一些較強(qiáng)擾，所以應(yīng)將這些干擾組分除掉。此外，一些較強(qiáng)逆磁性氣體也會(huì)引起不容忽視的測(cè)量誤差，如氙逆磁性氣體也

22、會(huì)引起不容忽視的測(cè)量誤差，如氙（Xe）等，若氣樣中有含量較多的這類氣體時(shí)，）等，若氣樣中有含量較多的這類氣體時(shí)，也應(yīng)予以清除或?qū)y(cè)量結(jié)果采取修正措施。也應(yīng)予以清除或?qū)y(cè)量結(jié)果采取修正措施。n 氧氣的體積磁化率是壓力、溫度的函數(shù)，氣樣氧氣的體積磁化率是壓力、溫度的函數(shù)，氣樣壓力、溫度的變化以及環(huán)境溫度的變化，都會(huì)對(duì)測(cè)壓力、溫度的變化以及環(huán)境溫度的變化，都會(huì)對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來(lái)影響。因此，必須穩(wěn)定氣樣的壓力，使量結(jié)果帶來(lái)影響。因此，必須穩(wěn)定氣樣的壓力，使其符合調(diào)校儀表時(shí)的壓力值。環(huán)境溫度及整個(gè)檢測(cè)其符合調(diào)校儀表時(shí)的壓力值。環(huán)境溫度及整個(gè)檢測(cè)部件均應(yīng)工作在設(shè)計(jì)溫度范圍內(nèi)，一般來(lái)說(shuō)，各種部件均應(yīng)工作在設(shè)計(jì)溫

23、度范圍內(nèi)，一般來(lái)說(shuō)，各種型號(hào)的磁力機(jī)械式氧分析器均帶有溫度控制系統(tǒng)，型號(hào)的磁力機(jī)械式氧分析器均帶有溫度控制系統(tǒng)，以保證檢測(cè)部件在恒溫條件下工作。以保證檢測(cè)部件在恒溫條件下工作。n無(wú)論是短時(shí)間的劇烈振動(dòng)，還是輕微的持續(xù)振動(dòng)，無(wú)論是短時(shí)間的劇烈振動(dòng)，還是輕微的持續(xù)振動(dòng)，都會(huì)削弱磁性材料的磁場(chǎng)強(qiáng)度，因此，該類儀器多都會(huì)削弱磁性材料的磁場(chǎng)強(qiáng)度，因此，該類儀器多將檢測(cè)部件的敏感部分安裝在防振裝置中。當(dāng)然，將檢測(cè)部件的敏感部分安裝在防振裝置中。當(dāng)然，儀器安裝位置也應(yīng)避開(kāi)振源并采取適當(dāng)?shù)姆勒翊胧?。儀器安裝位置也應(yīng)避開(kāi)振源并采取適當(dāng)?shù)姆勒翊胧?。另外，任何電氣線路不允許穿過(guò)這些敏感部分，以另外，任何電氣線路不允

24、許穿過(guò)這些敏感部分，以防電磁干擾和振動(dòng)干擾。防電磁干擾和振動(dòng)干擾。磁力機(jī)械式氧分析器的主要性能指標(biāo)磁力機(jī)械式氧分析器的主要性能指標(biāo)n以以Servomex 2200為例：為例：n測(cè)量范圍：測(cè)量范圍：0100%O2 最小量程最小量程 0-0.5%O2n線性偏差：線性偏差： 1%FSn重復(fù)性誤差：重復(fù)性誤差：1%FSn零點(diǎn)漂移：零點(diǎn)漂移：0.01%O2/7天天n量程漂移：量程漂移：0.05%O2/7天天n響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間：47s3.4磁壓力式氧分析器磁壓力式氧分析器n 根據(jù)被測(cè)氣體在磁場(chǎng)作用下壓力的變化量來(lái)測(cè)根據(jù)被測(cè)氣體在磁場(chǎng)作用下壓力的變化量來(lái)測(cè)量氧含量的儀器稱為磁壓力式氧分析器。量氧含量的儀器

25、稱為磁壓力式氧分析器。n其測(cè)量原理如下。其測(cè)量原理如下。n被測(cè)氣體經(jīng)入磁場(chǎng)后，在磁場(chǎng)作用下氣體的壓力將被測(cè)氣體經(jīng)入磁場(chǎng)后，在磁場(chǎng)作用下氣體的壓力將發(fā)生變化，只是氣體在磁場(chǎng)內(nèi)和無(wú)磁場(chǎng)空間存在著發(fā)生變化，只是氣體在磁場(chǎng)內(nèi)和無(wú)磁場(chǎng)空間存在著壓力差。壓力差。n P=1/20H2kn式中式中 P-壓差壓差n 0-真空導(dǎo)磁率真空導(dǎo)磁率n H-磁場(chǎng)強(qiáng)度磁場(chǎng)強(qiáng)度n k-被測(cè)氣體的體積磁化率被測(cè)氣體的體積磁化率n 由上式可知壓差由上式可知壓差P與磁場(chǎng)強(qiáng)度與磁場(chǎng)強(qiáng)度H的平方及被測(cè)的平方及被測(cè)氣體的體積磁化率氣體的體積磁化率k均成正比。均成正比。n 在同一磁場(chǎng)中，同時(shí)引入兩種磁化率不同的氣在同一磁場(chǎng)中，同時(shí)引入兩種

26、磁化率不同的氣體，那么兩種氣體同樣存在著壓力差，這個(gè)壓力差體，那么兩種氣體同樣存在著壓力差，這個(gè)壓力差與兩種氣體磁化率的差值也同樣存在正比關(guān)系。與兩種氣體磁化率的差值也同樣存在正比關(guān)系。n P=1/20H2（kmkr）n式中式中 km被測(cè)氣體的體積磁化率被測(cè)氣體的體積磁化率n kr參比氣體的體積磁化率參比氣體的體積磁化率n 當(dāng)分析器結(jié)構(gòu)與參比氣體確定后當(dāng)分析器結(jié)構(gòu)與參比氣體確定后0、H、kr均均為已知量，為已知量，km與與P有著嚴(yán)格線性關(guān)系。有著嚴(yán)格線性關(guān)系。n由于被測(cè)混合氣體的體積磁化率基本上取決于被測(cè)由于被測(cè)混合氣體的體積磁化率基本上取決于被測(cè)氣體中氧的磁化率及其體積分?jǐn)?shù)即氣體中氧的磁化率

27、及其體積分?jǐn)?shù)即 kmk1 c1n式中式中 k1被測(cè)混合氣體中氧的體積磁化率被測(cè)混合氣體中氧的體積磁化率n c1被測(cè)混合氣體中氧的體積分?jǐn)?shù)被測(cè)混合氣體中氧的體積分?jǐn)?shù)n由此可以得到磁壓力式氧分析器測(cè)量原理如下：由此可以得到磁壓力式氧分析器測(cè)量原理如下：n P=1/20H2（k1 c1kr）n磁壓力式氧分析器中，被測(cè)混合氣體中氧的體積磁壓力式氧分析器中，被測(cè)混合氣體中氧的體積分?jǐn)?shù)與壓差分?jǐn)?shù)與壓差P有線性關(guān)系，測(cè)量室中被測(cè)氣體的有線性關(guān)系，測(cè)量室中被測(cè)氣體的壓力變化量被傳遞到磁場(chǎng)外部的檢測(cè)器中轉(zhuǎn)換為壓力變化量被傳遞到磁場(chǎng)外部的檢測(cè)器中轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。目前使用的檢測(cè)器主要有薄膜電容檢測(cè)電信號(hào)。目前使用的檢

28、測(cè)器主要有薄膜電容檢測(cè)器和微流量檢測(cè)器兩種。器和微流量檢測(cè)器兩種。n圖圖3-5為采用微流量檢測(cè)器的磁壓力式氧分析器為采用微流量檢測(cè)器的磁壓力式氧分析器（OXYMAT61型）測(cè)量原理。采用微流量傳感器型）測(cè)量原理。采用微流量傳感器檢測(cè)壓差檢測(cè)壓差P，微流量傳感器中有兩個(gè)被加熱到，微流量傳感器中有兩個(gè)被加熱到120的鎳隔刪電阻，和兩個(gè)輔助電阻組成惠斯的鎳隔刪電阻，和兩個(gè)輔助電阻組成惠斯通電橋，變化的氣流導(dǎo)致鎳隔刪電阻值發(fā)生變化，通電橋，變化的氣流導(dǎo)致鎳隔刪電阻值發(fā)生變化，使電橋發(fā)生偏移。測(cè)量開(kāi)始前，兩路參比氣壓力使電橋發(fā)生偏移。測(cè)量開(kāi)始前，兩路參比氣壓力相等，相等，P=0，測(cè)量橋路無(wú)信號(hào)輸出。，測(cè)

29、量橋路無(wú)信號(hào)輸出。 n 當(dāng)電磁鐵通電勵(lì)磁時(shí)，周圍形成磁場(chǎng)，樣氣中氧當(dāng)電磁鐵通電勵(lì)磁時(shí)，周圍形成磁場(chǎng)，樣氣中氧分子被吸引，朝磁場(chǎng)強(qiáng)度較大的右側(cè)運(yùn)動(dòng)，并推動(dòng)分子被吸引，朝磁場(chǎng)強(qiáng)度較大的右側(cè)運(yùn)動(dòng)，并推動(dòng)參比氣逆時(shí)針流動(dòng)，穿過(guò)傳感器并產(chǎn)生輸出信號(hào)。參比氣逆時(shí)針流動(dòng)，穿過(guò)傳感器并產(chǎn)生輸出信號(hào)。當(dāng)電磁鐵斷電去磁時(shí)，磁場(chǎng)消失，由于參比氣壓力當(dāng)電磁鐵斷電去磁時(shí)，磁場(chǎng)消失，由于參比氣壓力設(shè)定比樣氣高，右反通道的參比氣反向流回測(cè)量室，設(shè)定比樣氣高，右反通道的參比氣反向流回測(cè)量室，此時(shí)參比氣順時(shí)針流動(dòng)，反向穿過(guò)傳感器并輸出信此時(shí)參比氣順時(shí)針流動(dòng)，反向穿過(guò)傳感器并輸出信號(hào)。號(hào)。n 采取一定頻率的通斷電流，對(duì)電磁鐵反復(fù)

30、勵(lì)磁和采取一定頻率的通斷電流，對(duì)電磁鐵反復(fù)勵(lì)磁和去磁，便可在測(cè)量橋路中得到交流波動(dòng)信號(hào)。信號(hào)去磁，便可在測(cè)量橋路中得到交流波動(dòng)信號(hào)。信號(hào)強(qiáng)度與樣氣中的氧含量成正比。微流量傳感器位于強(qiáng)度與樣氣中的氧含量成正比。微流量傳感器位于參比氣中，不直接接觸樣氣，避免了樣氣的導(dǎo)熱變參比氣中，不直接接觸樣氣，避免了樣氣的導(dǎo)熱變化及腐蝕等影響化及腐蝕等影響右圖為采右圖為采用微流量用微流量檢測(cè)器的檢測(cè)器的磁壓力式磁壓力式氧分析器氧分析器測(cè)量原理測(cè)量原理 薄膜電容檢測(cè)器磁壓力式氧分析（薄膜電容檢測(cè)器磁壓力式氧分析（Magnos4G）測(cè)量原理）測(cè)量原理 n 該產(chǎn)品的參比氣該產(chǎn)品的參比氣VG和測(cè)量氣和測(cè)量氣MG相對(duì)進(jìn)入

31、測(cè)量池相對(duì)進(jìn)入測(cè)量池中的磁隙中，磁隙位于電磁鐵線圈中的磁隙中，磁隙位于電磁鐵線圈EM的中間，當(dāng)?shù)闹虚g，當(dāng)EM通入通入12.5Hz的交流電流時(shí)，便在磁隙周圍產(chǎn)生的交流電流時(shí)，便在磁隙周圍產(chǎn)生相同頻率的磁場(chǎng)，兩種氣體通過(guò)磁場(chǎng)時(shí)，由于氧的相同頻率的磁場(chǎng)，兩種氣體通過(guò)磁場(chǎng)時(shí)，由于氧的順磁性而使氣體中的氧分壓發(fā)生變化，而氣體中的順磁性而使氣體中的氧分壓發(fā)生變化，而氣體中的氧濃度與壓力的變化成嚴(yán)格的線性關(guān)系。當(dāng)兩者氧氧濃度與壓力的變化成嚴(yán)格的線性關(guān)系。當(dāng)兩者氧濃度不同時(shí)，兩種氣體間就會(huì)產(chǎn)生一壓差濃度不同時(shí)，兩種氣體間就會(huì)產(chǎn)生一壓差P，此，此壓差傳遞到接收器壓差傳遞到接收器E中的鈦膜電極的兩側(cè)，是薄膜中的鈦

32、膜電極的兩側(cè)，是薄膜電容器的鈦膜電極（可動(dòng)電極）產(chǎn)生偏移，薄膜電電容器的鈦膜電極（可動(dòng)電極）產(chǎn)生偏移，薄膜電容器的電容量發(fā)生變化，將壓差信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成容器的電容量發(fā)生變化，將壓差信號(hào)轉(zhuǎn)換成與之成比例的電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大處理顯示氧含量。比例的電信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)放大處理顯示氧含量。n磁壓力式氧分析器的主要性能指標(biāo)：磁壓力式氧分析器的主要性能指標(biāo)：n測(cè)量范圍：測(cè)量范圍：01% O2 0100%O2n線性偏差：線性偏差： 1%FSn重復(fù)性誤差：重復(fù)性誤差：1%FSn零點(diǎn)漂移：零點(diǎn)漂移：1%FS/7天天n量程漂移：量程漂移：1%FS/7天天n響應(yīng)時(shí)間：響應(yīng)時(shí)間：2.54s3.5順磁式氧分析儀的誤差分析

33、及儀器調(diào)試順磁式氧分析儀的誤差分析及儀器調(diào)試n3.5.1順磁式氧分析儀的誤差分析順磁式氧分析儀的誤差分析n順磁式氧分析儀在使用中可能出現(xiàn)的附加誤差如下：順磁式氧分析儀在使用中可能出現(xiàn)的附加誤差如下：n氣樣溫度變化引起的誤差氣樣溫度變化引起的誤差n理論推導(dǎo)順磁式氧分析儀的示值與氣樣溫度的平方理論推導(dǎo)順磁式氧分析儀的示值與氣樣溫度的平方成反比，常溫情況下，氣樣溫度變化成反比，常溫情況下，氣樣溫度變化1，熱磁式，熱磁式氧分析儀的示值可能變化氧分析儀的示值可能變化1%5%。在順磁式氧。在順磁式氧分析儀設(shè)計(jì)中普遍采取恒溫處施恒溫控制在分析儀設(shè)計(jì)中普遍采取恒溫處施恒溫控制在600.1。n氣樣壓力變化引起的

34、誤差氣樣壓力變化引起的誤差n理論推導(dǎo)順磁式氧分析儀的示值與氣樣壓力成正理論推導(dǎo)順磁式氧分析儀的示值與氣樣壓力成正比，由于氣樣直接放空，因此大氣壓力或放空背比，由于氣樣直接放空，因此大氣壓力或放空背壓的變化都會(huì)影響檢測(cè)器的氣樣壓力變化，影響壓的變化都會(huì)影響檢測(cè)器的氣樣壓力變化，影響輸出值。通常在儀器投運(yùn)前用標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)行校準(zhǔn)，輸出值。通常在儀器投運(yùn)前用標(biāo)準(zhǔn)氣進(jìn)行校準(zhǔn)，可消除由于使用地的大氣壓力差異的影響。對(duì)儀可消除由于使用地的大氣壓力差異的影響。對(duì)儀器放空背壓的變化，可加裝背壓調(diào)節(jié)伐或其它穩(wěn)器放空背壓的變化，可加裝背壓調(diào)節(jié)伐或其它穩(wěn)壓處施壓處施。n氣樣流量變化引起的誤差氣樣流量變化引起的誤差n氣樣流

35、量的變化儀器的誤差較大，當(dāng)流量波動(dòng)氣樣流量的變化儀器的誤差較大，當(dāng)流量波動(dòng)10%，示值誤差變化可達(dá)，示值誤差變化可達(dá)1%5%。對(duì)熱磁。對(duì)熱磁式氧分析器在樣品處理時(shí)需設(shè)置穩(wěn)壓閥，必要時(shí)式氧分析器在樣品處理時(shí)需設(shè)置穩(wěn)壓閥，必要時(shí)再設(shè)置穩(wěn)流閥，以減小流量的影響。對(duì)磁力機(jī)械再設(shè)置穩(wěn)流閥，以減小流量的影響。對(duì)磁力機(jī)械式氧分析儀及磁壓式氧分析器，需要調(diào)節(jié)選擇最式氧分析儀及磁壓式氧分析器，需要調(diào)節(jié)選擇最佳流速，使得輸出信號(hào)最大，而流速變化影響很佳流速，使得輸出信號(hào)最大，而流速變化影響很小。小。n氣樣中背景氣成分變化引起的誤差氣樣中背景氣成分變化引起的誤差n氣樣中的背景組分對(duì)磁力機(jī)械式及磁壓式氧分析氣樣中的背

36、景組分對(duì)磁力機(jī)械式及磁壓式氧分析器的測(cè)量應(yīng)注意，背景氣是否存在其它強(qiáng)順磁性器的測(cè)量應(yīng)注意，背景氣是否存在其它強(qiáng)順磁性氣體如：氧化氮?dú)怏w如：氧化氮,帶來(lái)的嚴(yán)重干擾，對(duì)較強(qiáng)的逆磁帶來(lái)的嚴(yán)重干擾，對(duì)較強(qiáng)的逆磁性氣體如：氙（性氣體如：氙（Xe）也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重干擾。對(duì)存在）也會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重干擾。對(duì)存在的干擾氣體應(yīng)予以清除或修正測(cè)量結(jié)果。的干擾氣體應(yīng)予以清除或修正測(cè)量結(jié)果。n對(duì)熱磁式氧分析器還與氣體的熱效應(yīng)有關(guān)，如氫對(duì)熱磁式氧分析器還與氣體的熱效應(yīng)有關(guān)，如氫與二氧化碳對(duì)氧的測(cè)量結(jié)果帶來(lái)影響，如：與二氧化碳對(duì)氧的測(cè)量結(jié)果帶來(lái)影響，如：H2含量增加含量增加0.5%，儀器示值將降低，儀器示值將降低0.1%O2，CO2含量增加含量增加1.5%，儀器示值將增加，儀器示值將增加0.1%O2。n氣樣經(jīng)處理由于背景氣成分變化引起誤差氣樣經(jīng)處理由于背景氣成分變化引起誤差n樣品氣在處理過(guò)程中對(duì)檢測(cè)的有害組分如：水分樣品氣在處理過(guò)程中對(duì)檢測(cè)的有害組分如：水分及干擾氣體等進(jìn)行處理，這些組分的含量如比較及干擾氣體等進(jìn)行處理，這些組分的含量如比較高，則在去除后會(huì)引起樣品氣組分的變化，從而高，則在去除后會(huì)引起樣品氣組分的變化，從而引起氧含量的變化。引起氧含量的變化。n