关于新泽顺磁式氧气纯度分析仪的研究论述

摘要：介绍了一种基于氧的顺磁性的氧气纯度分析仪的工作原理，在此基础上阐述了仪器的校正、使用和维护方法，以及注意事项。

一、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。氧有一种很特殊的特性，就是有强烈的顺磁性，即氧分子在磁场作用下可带磁性，并可被磁性吸引，我们可以利用氧气的这一种特性来分析氧气的纯度。通常氧气分析仪根据工作原理及应用范围的不同而分为四大类，就是顺磁式氧分析仪、氧化锆氧分析仪、电化学式氧气分析仪、激光式氧分析仪。由于不同氧气浓度分析仪工作原理不同，其性能及所达到的精度也是不同，本文重点阐述关于氧的顺磁性的氧气纯度分析仪。

二、工作原理

到现在为止，和氧气有相似特性的气体只有二氧化氮、一氧化氮，也就是氮氧化物，其它大多数气体都具有逆磁性。见下面表一所示：

表一部分气体的相对磁化率

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气的多少，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，难以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（磁风），对敏感元件（鉑丝）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是顺磁式氧气分析仪器原理示意图。

不含氧气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。当有氧气的混合气体进入环室是，氧气被吸入水平管道的磁场内。由于水平管道上饶被电加热的敏感元件——铂丝1、2，进入的氧气受热而温度升高。由于氧气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力，受热的氧分子不断对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。热磁对流紧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1/2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。

图1顺磁氧气分析仪器原理示意图

三、顺磁式氧气分析仪器的校正介绍

分析仪器使用前必须进行校正，以满足高精度分析氧纯度的要求。

⑴仪表刻度的校正

用两瓶钢瓶配制零点气（不含氧气的气体如99.99%的N2）和量程气（接近分析仪满量程的氧气），用铜氨溶液吸收法或保险粉溶液吸收法反复测定氧含量。得到正确的氧含量后分别通入仪器，气体流量定在每分钟400ml。切换开关拨向测量位置，待二次仪表稳定后，将指示值与手工化学分析数据比对，分别用零位调节电位器和量程调节电位器进行校正，反复校正仪器的零点和满量程，直到在允许的误差范围内。校正完毕后，将电位器螺母锁紧。若发现误差很大，甚至调节不起作用，说明电气线路接错，导致气体流量偏差很大或气路混入空气，甚至仪表发生损坏。

⑵电桥工作电流校正

将电源控制器中切换开关拨向（校正）位置，依次打开电源控制器和二次仪表的电源开关。当二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、正确地稳定在红线位置。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。如果二次仪表指向反向方向，表示二次仪表信号线接反，应调换过来。

四、顺磁式氧气分析仪的使用与维护

分析仪校正后就可将样气通入，样气流量用调节阀调节，控制在每分钟400ml就可以满足分析仪要求。气体要经过精密过滤器过滤杂质，如果样气中含有水分还要用变色硅胶吸附掉，不然水气进入分析仪会污染分析仪器中的电气元件而导致损坏。

顺磁式氧含量分析仪在使用过程中应该经常检查精密过滤器的污染程度和变色硅胶的污染程度，定期更换新的即可。

五、磁氧分析仪的注意事项

    在进行氧含量分析尤其是微量氧分析是，由于空气中氧含量在20.6%左右，处理不当很容易造成对样品气的干扰和污染，出现测量数据不正。以下介绍几点操作磁氧分析仪的注意要点，仅供参考！

⑴分析仪管道材质的选择

分析仪管道材质及表面粗糙度也将影响样气中氧含量的变化。一般不用塑料管、橡胶管等作为连接管路，通常选用不锈钢或铜管。如果是检测微量氧含量就得用抛光的不锈钢管。

⑵分析仪气路的清洁和简化

微量氧分析仪要避免用蜡封、油封、水封等方式，防止溶解氧逃逸出造成污染，更要避免样气引出至仪器进口的管线上，易造成污染。只有这样才能保证系统洁净，所分析显示的数据准确。并且要求必须有效排除气路上的各种表头、管件、阀门中的死角对样气造成污染。所以要尽可能的简化气路系统，选择用死角小的连接件。

⑶氧气分析仪在使用前严格检查有否漏气

分析仪只有在严密不漏气的情况下才能准确的测量出结果，任何阀门、焊点、接点、管路等出现漏气，都会导致空气涌入分析仪内，就会导致分析出来的氧浓度偏高。

⑷分析仪污染

再次使用分析仪时要检查取样管线连接是否漏气，还要将涌进分析仪中的空气吹扫干净，尽量不要让空气和传感器接触，尽量延长氧气传感器的寿命。在管道系统净化过程中，为缩短净化时间需要有一点的方法，一般使用高压放气及小流量吹扫。

六、后缀

现在工业要求精准、精确的测量数据，有些要求达到四个九或五个九的读数。那么采用顺磁式氧含量分析仪器就是一个令人满意的选择，它是利用氧的磁化率原理测量的，其高精度都得到了业界人士的公认。

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