氧含量测量方法：顺磁法

氧气和其他气体不同，它的磁化率要比其他气体高出许多，因此氧气和其他气体组合成的混合气体的磁化率是混合气体中氧气所占百分比来决定的，同理如果对气体磁化率进行测定，也就可以得出混合气体中的氧含量。而顺磁式氧分析就是根据这种原理制造的，利用相应的感应器具来对混合气体中的氧气在磁场中产生的相对的压力差、密度梯度和热磁对流进行检测，并计算出相应氧含量。顺磁式氧分析仪因为监测的原理的不一样，分为磁机械式氧分析仪、磁压力式氧分析仪和热磁式分析仪三种类型。

1. 磁机械式氧分析仪

1.1磁机械式氧分析原理：由于氧气分子具有较强的顺磁性，氧气分子会向着磁场增强的方向移动。通过两种不同的氧含量气体在磁场作用下所形成的的压力差，并根据机械原理采用一根极为灵敏的钢丝来悬吊哑铃球，两种不同的氧含量气体在磁场中的压力差会使偏移，而哑铃球偏转角度与混合气体中含氧量浓度成正比，并由特定的光源、反射镜以及感光原件所组成单元准确地测定出哑铃球的偏转角度，进而确定混合气体中氧含量的百分比。

1.2磁机械式氧分析特点：

（1）磁力机械式氧分析仪利用氧的顺磁性直接测量氧气浓度，测量常量氧及微量氧（×10-3级）的浓度，在测量中不受被测量样品气导热性、密度等变化的影响，且响应速度快、稳定性好。

（2）氧气的体积磁化率是压力、温度的函数，在样气预处理的过程中需要除去一些会对测量带来严重干扰的强顺磁性气体、较强逆磁性气体和水分及杂质。样气中的压力、温度、粉尘、焦油、水汽的变化及环境温度的变化，都会对测量结果带来影响。可通过调节金属转子流量计的流量来使样气的压力保持稳定。环境温度及整个检测部件均应在工作在设定的温度范围内,各种型号的磁力机械式氧分析仪均带有温度控制系统 以保证检测部件在恒温条件下工作。

（3）振动会削弱磁性材料的磁场强度,多将检测部件的敏感部分安装在防振装置中,仪器安装位置也应避开振源。电气线路不允许穿过检测部件的敏感部分，以防电磁干扰和振动干扰。

2.磁压力式氧分析仪

2.1 磁压力式氧分析仪原理：利用被测气体中的氧分子在磁场作用下压力发生变化来进行测量。一般为在同一磁场中，同时引入两种磁化率不同的气体，样气从入口进入测量室，而参比气（空气、氮气或氧气）经入口进去后分两路进入测量室，在参比气的两个通道间有一根连接管，中间安装有微流量传感器。当电磁铁通电励磁时，其周围形成一个磁场，导致参比气右侧通道内的气体和氧气中的氧分子被磁场吸引发生偏转后再流出样品池，这样就造成参比气右侧压力升高。参比气两路气压不对等，从而推动参比气逆时针流动并穿过微流量传感器产生信号。当电磁铁断电去磁时，磁场消失，因压力差气体会顺时针流动反向穿过微流量传感器并产生输出信号。当采用一定频率的通断电流对电磁铁反复励磁和消磁，便可在测量桥路中得到交流波动信号，信号波动的幅值正比于样气中的氧气含量。当参比气体确定后，参数均为已知数值，被测气体氧的浓度与压差就有线性关系，从而可以准确测量氧含量。

2.2 磁压力式氧分析仪特点：

（1）磁压式氧分析仪内部无热源存在，所以样气的热导率、比热或内部摩擦都不会对测量结果产生影响。

（2）该分析仪的传感器位于参比气路中，不直接与样气接触，因此也避免了样气对微流量传感器的腐蚀，使得仪器的抗腐蚀性能大大提高。

（3）该分析仪采用了参比气，将被分析气样与参比气在测量室混合后再排出，当测量室系统压力发生变化时，参比气与样气中的氧分子数量同时变化，因而也就消除了系统内部气压变化所造成的影响。

（4）该分析仪的样气流路较短，且信号是以压力传递的方式所产生，因此对样气浓度的变化响应速度较快。

（5）该分析仪多设计了一路参比气路，仪器的内部构造相对其他形式的磁氧分析仪而言更复杂，也增加了气路泄漏的风险。

（6）该分析仪必须使用参比气，因此这种仪器的使用成本相对较高，也给这种分析仪的维护和使用工作带来了困难。参比气一般选用三种浓度的气体，即纯氮气、空气和纯氧。参比气体必须干燥、洁净，输出压力控制在0.2~0.4 MPa，可由气瓶提供，也可使用空分自产气源。参比气浓度与样气中的氧含量之差较好不要超过 50%（V/V），因此当选用纯氮气和空气做参比气时，一般用这种仪器分析低氧含量;当选用纯氧做参比气时，一般用这种仪器分析高氧含量。无论选用仪器的何种量程，校正零位时必须使用与参比气氧含量一致的气体来进行。

3.热磁式氧分析仪

3.1 热磁式氧分析仪原理：

       在一个中间有通道的环形气室内，外面均匀绕着电阻丝，电阻丝通入电流后既起到加热的作用，同时又是测量温度变化的感温元件。电阻丝从中间一分为二，作为两个相邻的桥臂电阻r1、r2，与固定电阻R1、R2组成测量电桥。在中间通道的左侧设置一对小电极，以形成恒定的不均匀的磁场。待测气体从底部人口进人环形气室后，由于受到磁场的吸引而进入水平通道，当它处于磁场强度较大的区域时，也同时被电阻丝加热。在加热区被测气体温度升高，电阻丝温度降低。被加热的气体由于温度升高，体积磁化率将急剧下降，受磁场的吸引力也就大为减弱。而其后冷态的顺磁性气体在磁场的作用下继续被吸引到磁场强度较大的区域，这就对先前已受热的顺磁性气体产生向右方向的推力，使其流动而脱离磁场区域。如此周而复始，形成"磁风"。当被测气体的磁化强度（即氧含量）越大，形成的"磁风"越强，带走电阻丝的热量就越多，电阻丝的阻值就变化越大，阻值的变化与被测气体中的氧含量呈正比关系，因此可对被测气体中的氧含量进行测量。

2.2 热磁式氧分析仪特点：

（1）热磁式氧分析仪的测量信号是基于被测气体在仪器测量室内形成的"磁风"与传感器热量交换的结果，因而该仪器对样气的流量较为敏感，因此较好能设置稳流装置。

（2）当样气中存在导热性较大的气体（如氢气、氨气、甲烷等）时，将产生较大的干扰，若干扰气体含量稳定，可在校正时进行补偿修正;若干扰气体含量经常变化则应预先清除这些气体，否则测量误差较大。

（3）热磁式氧分析仪一般分为垂直通道型和水平通道型，前者分析高氧含量，后者分析低氧含量。为提高仪器的灵敏度，有的仪器设计成将样气与热敏元件全部或部分直接接触，这样对样气的干燥性和洁净度要求较高（因为样气中很可能存在腐蚀性气体），这样就限制了仪器的使用范围。

4. 结语