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主题：【在线分析仪器知识普及】在线分析仪…顺磁氧篇…磁压式氧分析仪(收集)

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发表于：2008/10/15 13:14:39 楼主 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
该帖子已被madprodigy设置为精华；
磁压力式氧分析仪
一、    测量原理：
根据被测气体在磁场作用下压力的变化量来测量氧含的仪器，我们叫做磁压力式氧分析仪。
被测气体进入磁场后，在磁场作用下气体的压力将发生变化，致使气体在磁场内和无磁场空间存在着压力差：
公式1：


△p……压差；
u0……真空磁导率；
H……磁场强度；
k……被测气体的体积磁化率；
由式中可以看出，压差△p与磁场强度H的平方及被测气体的体积磁化率k的差值也同样存在正比关系：
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2008/10/15 13:16:09 沙发 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
公式2：
km……被测气体的体积磁化率；
kr……参比气体的体积磁化率；
由式中可以知道，当分析结构和参比气体确定后，u0、H、kr均为已知量，km与△p有着严格的线性关系。因此可以得出：
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2008/10/15 13:17:15 板凳 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
公式3：
k1……被测混合气体中氧的体积磁化率；
c1……被测混合气体中氧的体积分数；
上面两式合并，得出下式：
公式4：
这样，被测气体氧的体积分数c1与压差△p有线性关系。这就是磁压分析仪的测量原理。
    在磁压力式氧分析仪中，测量室中被测气体的压力变化量被传递到磁场外部的检测器中，转换为电信号。目前使用的检测器主要有薄膜电容检测器和微流量检测器两种。为了便于信号的检测和调制放大，采用一定频率的通断电流，对磁铁线圈反复激励，使之产生交替变化的磁场，则检测器测得的信号就变成了交流波动信号了。
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2008/10/15 13:18:34 马扎 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
二、    CY-101型磁压力式氧分析仪
此分析仪是由川仪九厂引进的德国哈特曼*布郎（H&B）公司技术，生产的磁压力所分析仪。其工作原理：



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2008/10/15 13:19:07 地毯 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
测量过程如下：
    参比气和测量气经仪器入G10E和G20E进入气体分配器GV，由气体分配器内的过滤片F10和F20进行保护性过滤，极少一部分参比气和测量气分别经由毛细管K10和K20进入测量池MK，大部分气体从仪器出口G10A排出机外，这样可使进入测量池的参比气和测量气的压力、流量保持稳定和平衡。
    图B所示，测量气MG和参比气VG从两个相反的方向进入测量池的磁隙中，在膜片泵MP的抽吸作用下，VG+MG混合气体经测量池底部的中间出口进入缓冲器DS中，然后从仪器出口G10A排出。
    磁隙位于电磁线圈EM的中间，当EM通入12.5Hz交流电时，便在磁隙周围产生相同频率的磁场，两种气体通过磁场时，由于氧的顺磁性而使气体中的氧分压发生变化，而且压力的变化与气体中的氧浓度成严格的线性关系。
当测量气和参比气的氧浓度相同时，这两种气体无压差存在，这就是仪器的零点（参考点）。
当两者浓度不同时，两种气体间就产生压差…△p，此压差传递到接收器E中的钛膜电极E4的两侧，使薄膜电容器的钛膜电极（可动电极）产生偏移，薄膜电容器的电容量发生变化，将压差信号转换成与之成比例的电信号，经电子电路HAE放大、处理后由输出端子输出，并在仪器显示器G1上显示出来（接收器原理与红外气体分析仪原理相似）。
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2008/10/15 13:20:09 地板 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
三、    OXYMAT 6型磁压力式氧分析仪

1…参比气入口；2…阻尼管；3…参比气通道；4…微流传感器；
5…样品气入口；6…测量腔；7…顺磁效应区；8…电磁铁；
9…样气和参比气出口；10…振动补偿传感器；
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2008/10/15 13:20:47 6楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
测量过程：
    样品气经5进入测量腔6。参比气经入口1和两个参比气通道3（左3和右3）进入测量腔。微流传感器中有两个被加热到120℃的镍格栅电阻，和两个辅助电阻组成惠斯通电桥，变化的气流导致镍格栅的阻值发生变化，使电桥产生偏移。
    参比气可以在镍格栅中通过，所以左右两个参比气通道是相通的。测量开始前，两路参比气压力相等，△p = 0 ，所以测量电桥无信号输出。
    当电磁铁8通电励磁时，在其周围形成一个磁场，样气中的氧分子被吸引，朝磁场强度较大的右侧运动，产生一定的气阻，并推动参比气右3逆时针流动，通过微流传感器4，并产生输出信号。
    当电磁铁8断电去磁时，磁场消失，右3参比通道气阻消失，气路通，参比气顺时针流动，反向经4流向测量室，输出信号恢复。
    采用一定频率的通断电流，对电磁铁反复励磁和消磁，便可以在测量桥路中得到交流波动信号。信号强度与样气中氧含量成正比。
    还可以这样理解：受交替变化的磁场影响，A、B两点样气的压力差也交替变化，微量传感器两边的压差 △p 也随之变化，参比气反复流过传感器，便在测量电桥中产生交流波动信号，信号强度与参比气压力变化量成正比。而这个压力变化量，又与通道阻力大小成正比，通道阻力大小又与磁场强度强弱成正比，磁场强弱与样气中的氧含量成正比。一句话：△p与样气中的氧含量成正比。
    微流传感器位于参比气路中，不直接接触样品气，所以样气的导热、比热容和样气的内部摩擦对测量结果都不会产生影响。同时，也避免了样气的腐蚀，使传感器的抗腐蚀性能大大提高。
    由于测量地点可能存在振动，并由此造成测量误差（噪声），所以仪器额外增加了一个振动传感器10，该传感器无气体流通，其信号可用来测量结果进行补偿。
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2008/10/15 13:21:15 7楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
四、    磁压力式氧分析仪的校准和故障分析。
1、    校准方法和参比气的选择
磁压力式氧分析仪的校准方法和一般氧分析仪不同，仪器运行和校准需通入参比气体。
    根据测量范围不同，磁压力式氧分析仪分别采用N2、O2和空气作参比气。
①、当测量范围为0…X%O2（测量下限为0%O2）时，用氮作参比气；
②、当测量范围为X…100%O2（测量上限为100%O2）时，用氧作参比气；
③、当测量范围为20.95%O2附近时（如：20…30%O2）时，用空气作参比气；
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2008/10/15 13:22:08 8楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
磁压力式分析仪参比气选择表
量程    参考点    参比气
0…1%O2    0%O2    N2
0…30%O2    0%O2    N2
20…30%O2    20.95%O2    空气
20…23%O2    20.95%O2    空气
97…100%O2    100%O2    O2
       

2、    故障分析
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2008/10/15 13:23:04 9楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
顺磁式氧分析仪测量误差分析
分析仪在使用过程中，会遇到使用环境、操作人员、操作程序不同而造成的各种情况，产生的测量误差也各不同，提供几条给各位参详。
一、    气样温度变化引起的误差
理论推断出的居里公式可知，顺磁式氧分析仪的示值与样气温度的平方成反比，但在实际运用中，温度变化造成的影响比理论推导出的结论要严重的多。有国外文献认为，顺磁氧分析仪的示值和样气温度的4次方成反比。但实验证明，在常温情况下，样气温度每变化1℃，热磁氧测量示值变化可达1%…1.5%。对磁机氧而言，短时间偏差也能达到0.02%…0.05%，随着时间延长和温度升高，其温漂现象会更加严重。
    所以，温度变化是测量中产生误差的重要原因。在顺磁氧分析仪中普通采用了恒温措施，设置了温控系统，恒温一般在60℃左右，温控精度在±0.1℃以内。
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2008/10/15 13:23:27 10楼 管理 分享 倒序浏览 只看楼主 回复 私聊
二、    样气压力变化引起的误差
理论推断出的居里公式可知，顺磁式氧分析仪的示值与样气压力成正比。由于样气测量后，直接放空，大气压力或放空背压的变化都会使检测器中的样气压力发生变化，从而影响到输出数值。
    大气压力的变化，一是指季节或气候变化导致的气压变化，在同一地点，这种变化通常是很微弱的，对测量误差的影响一般可忽略不计，但在精密测量中仍需要考虑其影响；二是指仪器安装地点的海拔高度不同带来的测量误差。如：大气压力由101.3KPA（760mmHg）变化到99.7KPA（740mmHg）时，仪器的示值降低2.63%。要消除这种误差，只需在仪器投用前，对仪器重新校准，就可解决此误差问题。
    放空背压的变化，通常发生在分析后样气管堵和多台仪器共用一根放空管线的气堵而造成的变化，若频繁发生气堵现象，可通过加装背压调节阀或其它稳压措施来解决。
    为了克服上述因素引起的测量误差，有些精度的氧分析仪中带有压力补偿措施。
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