Термомагнитные газоанализаторы

 

Атомы всех веществ имеют различные собственные магнитные моменты. Это объясняет различие способностей веществ намагничиваться внешним магнитным полем. Такая способность характеризуется параметром, называемом магнитной восприимчивостью. Газы с высокой магнитной восприимчивостью называют парамагнитными. Из всех газов наибольшей магнитной восприимчивостью обладает кислород. Также относительно высокую магнитную восприимчивость имеют NO и NO₂. Магнитная восприимчивость других газов в сотни раз ниже. Поэтому для измерения концентрации кислорода применяются магнитные газоанализаторы.

            Рассмотрим принцип действия термомагнитного газоанализатора (ТМГА), изображенного далее.

Рис. Схема термомагнитного газоанализатора

 

Он основан на явлении термомагнитной конвекции. В простейшем случае ТМГА представляет собой магнитную систему. Между ее полюсами N и S расположено нагреваемый электрическим током резистор R. Парамагнитный газ, соприкасаясь с резистором R, нагревается, частично теряет свои магнитные свойства и выталкивается из магнитного поля более холодным, т.е. более магнитным газом. Возле нагревателя возникает непрерывный поток газа, направленный в сторону падения напряженности магнитного поля. Это явление называется термомагнитной конвекцией. Ее интенсивность зависит от концентрации и магнитной восприимчивости парамагнитного газа. При росте концентрации парамагнитного газа увеличивается термомагнитная конвекция и происходит увеличение охлаждения терморезисторов R₁ и R₄ при дополнительном нагреве терморезисторов R₂ и R₃. Измерение концентрации осуществляется путем включения терморезисторов R₁, R₂, R₃ и R₄ в плечи измерительного моста. Электрический сигнал рассогласования измерительного моста выводится на индикатор μV.

            Заметим, что в ТМГА наряду с термомагнитной конвекцией действует гравитационная конвекция. Она обусловлена расширением (снижением плотности) газов при их нагревании. При отклонениях ТМГА от горизонтали гравитационная конвекция усиливается. Это приводит к искажению выходного сигнала. Поэтому на погрешность измерения ТМГА, кроме температуры анализируемой газовой смеси, стабильности скорости ее подачи в датчик и внешних магнитных полей,  влияет ориентация корпуса прибора в пространстве (горизонтальность установки прибора).

            Типовые ТМГА для измерения содержания кислорода имеют верхние пределы измерения от 1 до 100 %, основную приведенную относительную погрешность измерения от 0,5 до 5 % от диапазона измерений, время измерения от 10 до 90 сек. Во времена Советского Союза такие газоанализаторы производились в Прибалтике. В настоящее время на территории России они не производятся, а измерение содержания кислорода в газовых смесях осуществляют преимущественно газоанализаторами с электрохимическим принципом действия.