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。
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。