基于氧的顺磁性的氧气纯度分析仪

　　1 引 言

　　氧气纯度对工业、农业、国防及医药卫生等行业有极其重要的作用。氧具有一种很特殊的性质, 就是有强烈的顺磁性, 即氧分子在磁场作用下可带磁性, 并可被磁极吸引, 我们可以利用氧气的这一特性来分析氧的纯度。一般来讲, 氧分析仪根据工作原理及应用范围的不同而分成四大类, 即磁式、氧化锆式、燃料电池式及赫兹电池式。由于不同氧纯度分析仪工作原理不同, 其性能及其能达到的测量精度也不同, 本文重点阐述基于氧的顺磁性的氧气纯度分析仪。

　　2 工作原理

　　迄今为止, 发现与氧气有相似特性的气体只有氮的氧化物 ( 一氧化氮, 二氧化氮) , 其它大多数气体都具有逆磁性。见表1所示。

　　从表1可见, 氧气的磁化率比一般气体的磁化率高出数百倍, 混合气体的磁化率几乎完全取决于所含氧的多少,这样就可以根据混合气体磁化率的大小来确定氧的含量。由于气体的磁化率的绝对值很小, 难于直接测量, 因此采用间接测量法。利用具有极高磁化率的氧气在非均匀磁场的作用下形成 “热磁对流” ( 或称 “磁风”) , 对敏感元件( 铂丝) 产生冷却作用而将磁化率的测量转化为敏感元件的温度测量。图1是磁氧分析器作用原理示意图。

　　不含氧的混合气体进入测量环室。环室气路中间的水平管道, 因两端气压相同, 不形成气流。当有氧的混合气体进入环室时, 氧被吸入水平管道的磁场内。由于水平管道上绕有被电加热的敏感元件———铂丝Ⅰ、Ⅱ, 进入的氧受热而温度升高。由于氧的磁化率随温度的升高而降低,这样就减弱了磁场对它的吸引力, 受热的氧分子不断被冷的氧分子补充而挤出磁场, 在水平管道中就形成了氧的对流, 称为热磁对流。热磁对流仅随被测混合气体中含氧量的增加而增强, 在水平管道中的热磁对流将使敏感元件不同程度的冷却, 改变了敏感元件的电阻值, 破坏了由敏感元件Ⅰ、Ⅱ和桥臂电阻R1、R2所组成的测量电桥的平衡, 使电桥两端产生不平衡电压, 通过二次仪表指示, 正确地表示出被分析气体中的氧含量。

　　3 仪器的校正

　　仪器使用前必须实施校正, 以满足高精度分析氧气纯度的要求。

　　(1) 电桥工作电流校正

　　将电源控制器中切换开关拨向 “校对”位置, 依次打开电源控制器和二次仪表的电源开关。当一次仪表恒温温度达到平衡时 ( 一般需要3~5小时) , 二次仪表应稳定、正确地指示在红线位置。如不在红线位置, 应用 “电流调节”电位器进行校正。校正后, 把电位器的螺母锁紧。如果二次仪表指向相反方向, 表示二次仪表讯号线接反, 应调换过来。