在線分析儀表

書目

1在線分析儀表基礎學問..........................................................2

2紅外線氣體分析儀................................................................4

3熱導式氣體分析儀................................................................9

4順磁式氧分析儀.................................................................14

5微量氧分析儀(燃料電池式)...................................................26

6氧化船分析儀...................................................................29

7微量水分儀.....................................................................35

8總碳氫分析儀...................................................................38

9在線色譜分析儀.................................................................39

10硫分析儀......................................................................50

11工業(yè)PH計.....................................................................60

12工業(yè)電導率測量儀..............................................................63

13溶解氧分析儀(DisolvedOxygen).............................................66

14在線余氯分析儀................................................................68

15濁度計........................................................................71

16氧化還原電位計(ORP).......................................................73

17硅酸根分析儀..................................................................75

18工業(yè)鈉度計....................................................................77

19污染指數(shù)測量儀...............................................................79

20在線分析儀表的取樣預處理系統(tǒng)及掩蔽體.........................................80

1在線分析儀表基礎學問

在線分析儀器（on-lineanalyzers）,又稱過程分析儀器（processanalyzers）,或質(zhì)量

監(jiān)測儀表（qualitymonitoringinstrument）,是指干脆安裝在工業(yè)生產(chǎn)流程或其它源液體

現(xiàn)場。對被測介質(zhì)的組成或物性參數(shù)進行自動連續(xù)測量的儀器。在線分析儀器廣泛應用于工

業(yè)生產(chǎn)的實時分析和環(huán)境質(zhì)量及污染排放的連續(xù)監(jiān)測。國內(nèi)早期的在線儀器起步于五十年

頭，應用于六十年頭，脫拾于現(xiàn)場的就地儀表；因很多儀表受制現(xiàn)場人文環(huán)境和物理環(huán)境，

不便于人長期視察，而測量數(shù)據(jù)又很重要，必需取得間隙數(shù)據(jù)和不間斷數(shù)據(jù)，所以就想到了

現(xiàn)場數(shù)據(jù)信號的傳輸，于是便誕生了在線儀器。在線分析儀器是從在線儀器逐步分化出來的。

到如今，它依舊是儀表中的?路旁支…在線分析儀器，幣與試驗室分析并行不悖。隨著國內(nèi)

試驗室分析儀儀器化程度的不斷提高，特殊是工業(yè)化應月程序較高的現(xiàn)代企業(yè)試驗室，試驗

室分析事實上已經(jīng)涵蓋了大部分在線分析儀器，只是很多分析儀器缺少信號輸出且在取樣頻

率上無法做到在線分析儀器的即時化管理模式。也就是說：你的分析儀，只要有4…20MA

輸出電路板，改進你的進樣模式，安裝好接受終端，它就是在線分析儀。國產(chǎn)第一臺在線分

析儀是六十年頭生產(chǎn)的屬于熱工儀表的紅外煙道分析儀

分析儀表是對物質(zhì)的成分及性質(zhì)進行分析和測量的儀表。在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)過程中，必需

對生產(chǎn)過程的原料、成品、半成品的化學成分（比如水分含量、氧分含量）、密度、Ph值、

電導率、等進行自動檢測并參與自動限制，以達到優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)、降低能源消耗和產(chǎn)品成本，確

保平安生產(chǎn)和愛護環(huán)境的目的。

1.1在線分析儀表及在線分析系統(tǒng)的構成

分析的方法有兩種類型，一種是定期采樣并通過試驗室測定的試驗分析方法（這種方法

所用到的儀表稱為試驗室分析儀表或離線分析儀表）。另一種是利用儀表連續(xù)測定被測物質(zhì)

的含量或性質(zhì)的自動分析方法（這種方法所用到的儀表稱為過程分析儀表或在線分析儀表）。

分析儀表基于多種測量原理，在進行分析測量時，須要依據(jù)被測物質(zhì)的物理或化學特性來選

擇適當?shù)臋z測手段和儀表，

依據(jù)運用場合來分，分析儀表又分為試驗室分析儀表、在線分析儀表（有些書中也叫過

程分析儀表、自動分析儀表）。在線分析儀表都采納現(xiàn)場安裝方式，它可以自動采樣、預處

理，自動分析、信號處理以及遠傳，是特地用于生產(chǎn)過程的檢測和限制，在過程限制中起著

常規(guī)儀表不行替代的重要作用。在線分析儀表（onTineanalyzers）又稱過程分析儀表

（processanalyzers）,是指干脆安裝在工藝過程中，對物料的組成成分或物性參數(shù)進行自動

連續(xù)分析的一類儀表.

通常在線分析儀表（一般安裝在分析小屋或特地的愛護裝置中）和樣品（有氣體、液體、

固體）預處理裝置（?般安裝在取樣點旁邊）共同組成?個在線測量系統(tǒng)，以保證良好的環(huán)

境適應性和高牢靠性，其典型的基本組成圖如下圖所示.

取樣裝置從生產(chǎn)設備中自動快速地提取待分析的樣品，前級預處理裝置對該樣品進行初

步冷卻、除水、除塵、加熱、氣化、減壓和過濾等處理，預處理裝置對該樣品進行進一步步

冷卻、除水、除塵、加熱、氣化、減壓和過濾等處理，還實現(xiàn)流路切換、樣品安排等功能，

為分析儀儀表供應符合技術要求的樣品。公用系統(tǒng)為整個系統(tǒng)供應蒸汽、冷卻水、儀表空氣

電源等。樣品經(jīng)分析儀表分析處理后得到代表樣品信息的電信號通過電纜遠傳到DCS。

樣品管線-------A儀表空氣、蒸汽、冷卻水、管線

電源、情號線

1.2在線分析儀表的分類

按測定方法分：光學分析儀器、電化學分析儀器、色譜分析儀器、物性分析儀器、熱分

析儀器等。

按被測介質(zhì)的相態(tài)分:氣體分析儀和液體分析儀。其中氣體分析儀表包括紅外線分析

儀、熱導式氣體分析儀（氫表、鼠表）、氧化錯、磁力機械氧分析儀、熱磁式氧分析儀、磁

壓式氧分析儀、激光煙氣分析儀、折射儀、硫比值分析儀、微量水、微量氧、CEMS煙氣分

析儀、煌分析儀、色譜分析儀、質(zhì)譜分析儀、拉曼光譜分析儀等等。

液體分析儀表主要是常見的水分析儀表包括PH計、電導儀、COD、DO、TOC、ORP、濁度

計、氨氮分析儀、水中油、余氯分析儀等等。

以上分類方法不是確定的，比如電容式微量水分儀既可以測量氣體中的微量水分又可以

處理液體中的微量水分。但是習慣上把它歸在氣體分析儀表中。

1.3在線分析儀表常用的濃度單位

在線分析中氣體濃度的表示方法有:摩爾分數(shù)、體枳分數(shù)、質(zhì)量濃度、質(zhì)量分數(shù)、物質(zhì)

的量濃度等。在線分析儀表中最常用的是體積分數(shù)。

摩爾分數(shù)——即待測組分的物質(zhì)的量與混合氣體中各組分物質(zhì)的量的總和之比。

常用的單位是%、10\10即我們以前常用的％vol（摩爾百分比）、ppmmol、ppbmol。

體積分數(shù)——即待測綱分的體積與混合氣體中各組分體積的總和之比。

常用的單位是樂10,10工即我們以前常用的％vol（體積百分比）、ppmvol、ppbvol。

對于志向氣體來說,摩爾分數(shù)二體積分數(shù),因為在標準狀態(tài)下1mol任何氣體的體積都

是22.4升。

質(zhì)量濃度一一即待測組分的質(zhì)量與混合氣體（或夜體）的體積之比。

常用的單位是kg/m'、g/m\mg/m\mg/1、Mg/lo

質(zhì)量分數(shù)-一即待測組分的質(zhì)量與混合氣體（或液體）中各組分的質(zhì)量總和之比。

常用的單位是樂10弋io?即我們以前常用的％臉（質(zhì)量百分比）、ppmwt.ppbwto

氣體分析中，一般不單獨運用質(zhì)量分數(shù)表示方法，僅用「氣體和液體混合物濃度之間的

相互換算。

氣體濃度單位換算表1(20C、10L325KPa下，空氣中)

濃度單位換算后單位需乘的換算系數(shù)說明

ug/L1M—角體組分的摩爾質(zhì)量，g

ppmvol24.04/M24.04——20℃,101.325KPa下,Imol氣

mg/m體分子的體積，L,24.02=22.4X

[(273.15+20)4-273.15]

ppmwt0.83010.8301=24.044-28.96

28.96一一干空氣的摩爾質(zhì)量，g

mg/m3M/24.04

ppmvolUg/LM/24.04

ppmvolM/28.96

mg/m'1.20471.2047=14-0.8301

ppmwtUg/L1.2047

ppmvol28.96/M

注：如ppmwt(20℃,空氣中)為ppmwt(20℃,混合氣體中)時，用代替

28.96即可，必「為混合氣體的平均摩爾質(zhì)量，go

1.4在線分析儀表的主要性能指標

在線分析儀表的性能指標含義廣泛，但大體上可以分成兩類。

一類性能指標與儀器的工作范圍和工作條件有關。工作范圍主要是指測量對象、測量范闈等;

工作條件包括環(huán)境條件、樣品條件、供電供氣要求，儀表的防爆性能和防護等級等。

另一類性能指標與儀器的分析信號，即儀器的響應值有關。這類指標主要有靈敏度、檢出限、

重復性、精確度、辨別率、穩(wěn)定性、線性范圍、響應時間等。

檢出限(limitofdetection)---是指能產(chǎn)生一個確證在樣品中存在被測物質(zhì)的分

析信號所需的該物質(zhì)的最小含量或最小濃度，是表征和評價分儀器檢測實力的基本指標。

重復性(repeatability)——又稱重復性誤差。重復性誤差是指儀器在操作條件不變的

狀況下，多次分析結果之間的偏差。

精密度一一是指多次重復測定同一量時各次測定值之間彼此相符合的程度，表示測定

過程中隨機誤差的大小，一般用標準偏差表征。

儀器的精確度(accuracy)一一是指在確定測量條件下，多次測定的平均值與真值相符

合的程度，表示儀器的指示值接近真值的實力。儀器的精確度有稱精確度，簡稱精度。

辨別率(resolution)一一又稱辨別力或辨別實力，是指儀器能區(qū)分開最鄰近示最值的實

力。

穩(wěn)定性——是指在規(guī)定的工作條件下，儀器保持其計量特性不變的實力。分析儀器的穩(wěn)

定性，主要是指分析儀器響應值隨時間的變更特性。穩(wěn)定性可用噪聲和漂移來表征。

線性范圍--是指校正曲線所跨越的最大線性區(qū)間,用來表示對被測組分含量或濃度的

適應性。儀器的線性范圍越寬越好。

線性度——又稱線性度誤差或非線性誤差，一般是指儀表的輸出曲線與相應直線之間的

最大偏差，用該偏差與儀器量程的百分數(shù)表示。

2紅外線氣體分析儀

紅外線是一種看不見的光，其波長范圍為0.78—1(X)0微米。它在紅光界限以外，所以

得名紅外線。紅外線可分為三部分，即近紅外線，波長為0.75?1.50um之間；中紅外線，

波長為1.50?6.0um之間；遠紅外線，波長為6.0?100()um之間。

太陽

不可期誑可見血不可見光線

I生命光線I

叵］叵］

可見光光譜線

太陽光譜圖

波長一一在光的傳播方向上，相鄰兩光波同相位點間的距離稱為波長。

波數(shù)-一波數(shù)是描述紅外輻射的一個參量，是指每厘米長度內(nèi)所含紅外波的數(shù)目。

頻率——單位時間內(nèi)光波振動的周數(shù)。

光子能量一光波以輻射的形式放射、傳播或接受的能量，用E表示，單位為J。

特征汲取波長一一在近紅外波段和中紅外波段，紅外輻射能量較小，不能引起分子中電

子能級的躍遷，而只能被樣品分子汲取，引起分子振動能級的躍遷，所以紅外汲取光譜也稱

分子振動光譜。當某一波長紅外輻射的能量恰好等于某種分子振動能級的能量之差時，才會

被該種分子汲取，并產(chǎn)生相應的振動能級躍遷，這?波長便稱為該種分子的特征汲取波長。

2.1紅外線氣體分析儀的基本原理

其工作原理是基于某些氣體對紅外線的選擇性汲取。紅外線分析儀常用的紅外線

波長為2~12內(nèi)n。簡潔說就是將待測氣體連綿不斷的通過確定長度和容積的容器，從容器可

以透光的兩個端面的中的一個端面一側(cè)入射一束紅外光，然后在另一個端面測定紅外線的輻

射強度，然后依據(jù)紅外線的汲取與吸光物質(zhì)的濃度成正比就可知道被測R體的濃度。本項目

中采納的是ABBA02000系列儀表,配以URAR26紅外模塊。

朗伯一比爾定律一一其物理意義是當一束平行單色光垂直通過某一勻稱非散射

的吸光物質(zhì)時，其吸光度與吸光物質(zhì)的濃度及汲取層厚度成正比。這就是紅外線氣體

分析儀的測量依據(jù)。

2.2紅外線氣體分析儀的特點

1、能測量多種氣體

除了單原子的悟性氣體和具有對稱結構無極性的雙原子分子氣體外，CO、C02、N0、M)2、

NH3等無機物、CH4、C2H4等烷燒、烯煌和其他燃類及有機物都可用紅外分析器進行測顯；

2、測量范圍寬

可分析氣體的上限達100%,下限達幾個ppm的濃度。進行精細化處理后，還可以進行

痕量分析；

3、靈敏度高

具有很高的監(jiān)測靈敏度，氣體濃度有微小變更都能辨別出來：

4、測量精度高

一般都在+/-2%FS,不少產(chǎn)品達到+/-%FS。與其他分析手段相比，它的精度較高且穩(wěn)定

性好；

5、反應快

響應時間一般在10S以內(nèi)

6、有良好的選擇性

紅外分析器有很高的選擇性系數(shù)，因此它特殊適合于對多組分混合氣體中某一待分析組

分的測量，而且當混合氣體中一種或幾種組分的濃度發(fā)生變更時，并不影響對待分析組分的

測量。

2.3紅外分析儀基本結構及主要部件

紅外線氣體分析儀?般由氣路和電路兩部分組成，它的氣路和電路的聯(lián)系部件也是核心

部分是發(fā)送器，發(fā)送器是紅外分析儀的“心臟”部分，它將被測組分濃度的變更轉(zhuǎn)為某種電

參數(shù)的變更，并通過相應的電路轉(zhuǎn)換成電壓或電流輸出。發(fā)送器由光學系統(tǒng)和檢測器兩部分

組成，主要構成部件有如下一些，紅外輻射光源、氣室和濾光元件、檢測器

測量原理

一個是測量室，一個是參比室。兩室通過切光板以確定周期同時或交替開閉光路。在測量室

中導入被測氣體后，具有被測氣體特有波長的光被汲取，從而使透過測量室這一光路而進入

紅外線接收氣室的光通量削減。氣體濃度越高，進入到紅外線接收氣室的光通量就越少；而

透過參比室的光通量是確定的，進入到紅外線接收氣室的光通量也確定。因此，被測氣體

1.光源

2.濾光片

3.分光器

4.馬達

5.切光片

6.樣氣入口

7.樣品池

8.參比池

9.樣氣出口

10.檢測器,左

11.檢測器，右

12.微流量傳感器

13.光耦合器

14.滑動觸頭,可調(diào)

常見紅外線氣體發(fā)送器示意圖

濃度越高，透過測量室和參比室的光通量差值就越大。這個光通量差值是以確定周期振動的

振幅投射到紅外線接收氣室的。接收氣室用幾微米厚的金屬薄膜分隔為兩半部，室內(nèi)封有濃

度較大的被測組分氣體，在汲取波長范圍內(nèi)能將射入的紅外線全部汲取，從而使脈動的光通

量變?yōu)闇囟鹊闹芷谧兏?，再可依?jù)氣態(tài)方程使溫度的變更轉(zhuǎn)換為壓力的變更，然后用電容式

傳感器來檢測，經(jīng)過放大處理后指示出被測氣體濃度。

2.4發(fā)送器主要部件

光源

按光源的結構分類，可分為單光源和雙光源兩種。按發(fā)光體分類，主要有以下幾種：合

金發(fā)光源、陶瓷光源、激光光源

切光片

切光片的作用是把輻射光源的紅外光變成斷續(xù)的光，即對紅外光進行調(diào)制。調(diào)制的目的

是使檢測器產(chǎn)生的信號成為溝通信號，便于放大器放大，同時改善檢測器的響應時間特性。

氣室

紅外分析儀中的氣室包括測量氣室、參比氣室、和濾波氣室，他們的結構基本相同，都

是圓筒形，兩端都是用晶片密封。氣室要求內(nèi)壁光滑度高，不汲取紅外線，不吸附氣體，化

學性能柞定。氣室的材料采納黃銅鍍金、玻璃鍍金或鋁合金，內(nèi)壁表面都要求拋光。金的化

學性能極為穩(wěn)定，氣室的內(nèi)壁恒久也不氧化，所以能保持很高的反射系數(shù)。氣室常用的窗口

材料有：氟化鋰透射限為6.5um、筑化鈣透射限為13um、藍寶石透射限為5.5um、

熔凝石英透射限為4.5um、氯化鈉透射限為25um。參比氣室和濾波氣室是密封不行拆

的。測量氣室有可能受到污染，采納橡膠密封，留意維護和定期更換，晶片上沾染灰塵、污

物、起毛都會引起靈敏度下降，測量誤差和零點漂移增大，因此必需保持晶片的清潔，可用

櫬鏡紙或綢布橡拭，留意不要用手接觸晶片表面。

濾光片

濾光片是一種光學濾波元件。它是基于各種不同的光學現(xiàn)象（汲取、干涉、選擇性反射、

偏振等）而工作的。采納濾光片可以變更測量氣室的輻射能量和光譜成分，可消退或削減散

射和干擾組分汲取輻射的影響，可以使具有特征汲取波長的紅外輻射通過。干涉濾光片是一

種帶通濾光片，依據(jù)光線通過薄膜時發(fā)生干涉現(xiàn)象而制成。干涉濾光片可以得到較窄的通帶,

其透過波長可以通過鍍層材料的折射率、厚度及層次等加以調(diào)整。

檢測器

薄膜電容檢測器、半導體檢測器、微流量檢測器。

薄膜電容檢測的工作原理,特點.

薄膜電容檢側(cè)器又稱薄膜微音器，由金屬薄膜動極和定極組成電容器，當接收氣室的氣

體壓力受紅外輻射能的影響而變更時，推動電容動片相對于定片移動，把被測組分濃度變更

轉(zhuǎn)變成電容量變更.

特點:溫度變更影響小、選擇性好、靈敏度高。缺點是薄膜易受機械振動的影響，調(diào)制

頻率不能提高，放大器制作比較困難，體積較大等。

半導體檢測器的工作原理,特點

半導體檢測器是利用半導體光電效應的原理制成的，當紅外光照耀到半導體上時，它汲

取光子能量使電子狀態(tài)發(fā)生變更，產(chǎn)生自由電子或自由孔穴，引起電導率的變更，即電阻值

的變更，所以又稱為光電導率檢測器或光敏電阻。

特點：結構簡潔、制造簡潔、體積小、壽命長、響應快速?？刹杉{更高的調(diào)制頻率，使

放大器的制作更為簡潔。它與窄帶干涉濾光片協(xié)作運用，可以制成通用性強快速響應的紅外

檢測器，變更測量組分時，只需改換干涉濾光片的通過波長和儀表刻度即可。其缺點是睇化

錮受溫度變更影響大。

微流量檢測器原理、特點

微流量檢測器是一種測量微小氣體流量的新型檢測器件，其傳感元件是兩個微型熱絲電

阻，和另外兩個協(xié)助電阻構成惠斯通電橋。熱絲電阻通電加熱至確定溫度，當氣體流過時，

帶走部分熱量使熱絲冷卻，電阻變更，通過電橋轉(zhuǎn)變成電壓信號。

特點：價格便宜、光學系統(tǒng)體積縮小、牢靠性、耐振性等性能都提高。

2.5紅外線氣體分析儀結構類型

從是否把紅外光變成單色光來劃分，可以分為：分光型（色散型）和不分光型（非色散

型）。

分光型的優(yōu)點:選擇性好、靈敏度高；缺點是分光后能量小，分光系統(tǒng)任一元件的微小

位移都會影響分光的波長，

不分光型的優(yōu)點:靈敏度高、具有叫高的信號/噪聲比和良好的穩(wěn)定性。缺點是待測樣

品各組分間有重疊的汲取峰時會給測量帶來干擾。

從光學系統(tǒng)來劃分，可分為雙光路和單光路兩種

雙光路從兩個相同的光源或者精確安排的一個光源，發(fā)出兩路彼此平行的紅外光束，

分別通過幾何光路相同的分析氣室、參比氣室后進入檢測器。

單光路從光源發(fā)出的單束紅外光，只通過一個兒何光路。但是對于檢測器而言，還是

接受兩個不同波長的紅外光束，只是在不同的時間內(nèi)到達檢測器而已，它是利用調(diào)治盤的旋

轉(zhuǎn)，將光源發(fā)出的光調(diào)制成不同波長的紅外光束，輪番通過分析氣室送往檢測器，實現(xiàn)時間

上的雙光路。

從采納的檢測器類型來劃分，目前主要有敏r培容梅僻、半導體檢測器、微流量檢

測器。

2.6紅外線氣體分析儀調(diào)校的主要內(nèi)容和要求

相位平衡調(diào)整調(diào)整切光片軸心位置，使其處在兩束紅外光的對稱點上。要求切光片

同時遮擋或同時漏出兩個光源，即所謂同步，使兩個光路作用在檢測器室兩側(cè)窗口上的光面

積相等。

光路平衡的調(diào)整調(diào)整參比光路上的偏心遮光片，變更參比光路的光通量，使測量、參

比兩光路的光能量相等。

零點和量程校準分別通零點氣和量程氣，反復校準儀表零點和量程。

2.7常見故障及處理

紅外線氣體分析儀種類很多，故隙和處理方法也不盡相同，下表列出了一些常見的故障

及其處理力法，供參考：

紅外線氣體分析儀常見故障及處理方法

現(xiàn)象緣由史理方法

切光馬達啟動力矩不足檢查切光馬達和切光片

切光馬達壞更換切光馬達

儀表指示回零電源未接通檢查通電

檢測器電容短路檢查確認，返廠修理

連接電纜斷路檢查電纜并修理

儀表指示滿度雙光路中的一組光源斷路檢查并修理光路

參比電壓單端與地短路檢查并清除

儀表靈敏度下降元件老化更換

電壓下降檢查電源穩(wěn)壓

前置放大器接觸不良清潔接插件并使接觸良好

檢測器漏氣返廠修理

光源老化更換發(fā)熱絲

光路透鏡污染擦拭透鏡或拋光

測量氣室被污染或腐蝕清洗或返廠修理

晶片上有塵埃用擦鏡紙擦拭

儀表零點連續(xù)正漂濾波氣室漏氣檢查密封并重新充氣

測量氣室漏氣檢查密封

馬達和切光片嚙合不好重新嚙合減速齒輪

切光片松動檢查緊固

儀表指示出現(xiàn)搖擺電路系統(tǒng)濾波電容壞更換濾波電容

干擾穩(wěn)壓電源不穩(wěn)定檢查并修理穩(wěn)壓甩源

電路系統(tǒng)接地不良檢查接插件

光路不平衡干擾:

一臺紅外線氣體分析儀預熱后通入氮氣時，輸出很大，這是山于切光片相位不平衡及光

路不平衡引起，因此只要調(diào)整相位調(diào)整選鈕使輸出達到/.、，再調(diào)整光路平衡選鈕使輸出最小

即可。然后同零點氣和量程氣，反復校準儀表零點和量程。

水分干擾:

零點氣中若有水分，紅外線氣體分析器標定后，會引起負誤差，在近紅外區(qū)域，水有連

續(xù)的特征汲取波譜，若標定用的零點氣中含有水分時，將造成儀器的零位的負偏，標定后儀

器示值必定比實際值偏低，從而起負誤差。

溫度變更的干擾:

紅外線氣體分析儀檢則過程須要在恒定的溫度卜進行。環(huán)境溫度發(fā)生變更將干脆影響紅

外光源的穩(wěn)定，影響紅外輻刖的強度，影響測量氣室連續(xù)流淌的氣樣密度，還將干脆影響檢

測器的正常工作。假如溫度大大超過正常狀態(tài)，檢測器的輸出阻抗下降，導致儀器不能正常

工作，甚至損壞檢測器。紅外分析儀內(nèi)部一般有溫控裝置及超溫愛護電路，即使如此，有的

儀器示值特殊是微量分析儀器，亦可視察出環(huán)境溫度變更對檢測的影響，在夏季環(huán)境溫度較

高時尤為明顯。在這種狀況下，需變更環(huán)境溫度，設置空調(diào)是一種解決方法。

大氣壓力波動的干擾:

大氣壓力即使在同一個地區(qū)、同一天內(nèi)也是有變更的。若天氣驟變時，變更的幅度較大。

大氣壓力的這種變更，對氣樣放空流速有干脆影響。經(jīng)測量氣室后干脆放空的氣樣，會隨大

氣壓力的變更使氣室中氣樣的密度發(fā)生變更，從而造成附加誤差。

3熱導式氣體分析儀

熱量傳遞的三種方式：熱對流、熱輻射、熱傳導。熱傳導系數(shù)是對物質(zhì)導熱實力大小的

量度，熱傳導系數(shù)很大的物體是優(yōu)良的熱導體；而熱傳導系數(shù)小的是熱的不良導體或為熱絕

緣體。

3.1相對熱傳導系數(shù)

氣體熱傳導系數(shù)的確定值很小，而且基本在同一數(shù)量級內(nèi)，彼此相差并不特別懸

殊，因此工程上通常采納“相對熱傳導系數(shù)”這一概念。所謂相對熱傳導系數(shù)是指各

種氣體的熱傳導系數(shù)與相同條件下空氣熱傳導系數(shù)的比值。

幾種氣體在0C時的相對熱傳導系數(shù)

相對熱導率相對熱導率

氣體名稱氣體名稱

〃為氣〃為氣

空氣1.000一氧化碳0.964

氫7.130二氧化碳0.614

氧1.015二氧化硫0.341

氨0.998氨0.897

氫5.91甲烷1.318

硫化氫0.538乙烷0.807

從表中可以看出比的導熱系數(shù)特殊大，是般氣體的7倍多。在測量時必需滿足以下

兩個條件，一是待測組分的導熱系數(shù)與混合氣體中其他組分的導熱系數(shù)相差要大，越大越靈

敏；另一個是要求其他各組分的導熱系數(shù)相等或特別接近。這樣混合氣體的導熱系數(shù)隨被測

組分的體積含量變更而變更，因此只要測量出混合氣體的導熱系數(shù)便可得知被測組分的含

量。在化肥企業(yè)中常用的氫含量分析儀采納的就是這個原理。

3.2熱導式氣體分析儀的基本原理

熱導式氣體分析儀是一種物理類的氣體分析儀表。它依據(jù)不同氣體具有不同熱傳導實力

的原理，通過測定混合氣體導熱系數(shù)來推算其中某些組分的含量。這種分析儀表簡潔牢靠,

適用的氣體種類較多，是一種基本的分析儀表。熱導式氣體分析儀的應用范圍很廣，除通常

用來分析氫氣、氨氣、二氧化碳、二氧化硫和低濃度可燃性氣體含量外，還可■作為色譜分析

儀中的檢測器用以分析其他成分。本項目中采納的重慶川儀九廠的PA200-R0D熱導式氣體

分析儀。

由于氣體的熱傳導系數(shù)很小，它的變更量更小，所以很難用干脆方法精確地測量出來。

工業(yè)上多采納間接的方法，即通過熱導檢測器（又稱熱導池），實際應用中常把氣體熱傳導

系數(shù)數(shù)的變更轉(zhuǎn)換為電阻的變更，再用電橋來測定。如下圖所示

電池

電阻鹿

絕緣子

熱導池原理圖

上圖是熱導池的示圖，把一根電阻率較大的而且溫度系數(shù)也較大的電阻絲，張緊懸吊在

一個導熱性能良好的圓筒形金屬殼體的中心，在殼體的兩端有氣體進出口，圓筒內(nèi)充溢待測

氣體，電阻絲上通以恒定的電流加熱。由于電阻絲通過的電流是恒定的，電阻上單位時間內(nèi)

所產(chǎn)生的熱量也是定值。當待測樣品氣體以緩慢的速度通過池室時，電阻絲上的熱量將會由

氣體以熱傳導的方式傳給池壁。當氣體的傳熱速率與電流在電阻絲上的發(fā)熱率相等時（這中

狀態(tài)稱為熱平衡，電阻絲的溫度就會穩(wěn)定在某一個數(shù)值上，這個平衡溫度確定了電阻絲的阻

值。假如混合氣體中待測組分的濃度發(fā)生變更，混合氣體的熱導率也隨之變更，氣體的導熱

速率和電阻絲的平衡溫度也將隨之變更，最終導致電阻絲的阻值產(chǎn)生相應變更，從而實現(xiàn)了

氣體熱導率與電阻絲阻值之間變更量的轉(zhuǎn)換。

熱導式氣體分析儀的熱敏元件主要有半導體敏感元件和金屬電阻絲兩類。半導體瞰感

元件體積小、熱慣性小，電阻溫度系數(shù)大，所以靈敏度高,時間滯后小。在鉗線圈上燒結球形

金屬氧化物作為敏感元件，再在內(nèi)電阻、發(fā)熱量均相等的同樣的線圈上繞結對氣體無反應的

材料作為補償用元件。這兩種元件作為兩臂構成電橋電路，即是測量回路。半導體金屬氧化

物敏感元件吸附被測氣體時，電導率和熱導率即發(fā)生變更，元件的散熱狀態(tài)也隨之變更。元

件溫度變更使循線圈的電近變更，電橋遂有一不平衡電壓輸出，據(jù)此可檢測氣體的濃度。

電橋原理圖

效大II

國圮球?

常用測量橋路圖一

測量臂是樣品氣流通的熱導池，參比臂是封裝參比氣的熱導池。參比臂的作用如下：

測量臂通過對流和輻射作用散失的熱量與參比臂相差無幾，兩者相互抵消，則熱絲阻值變更

主要取決于熱傳導，即氣體熱導實力的變更。當環(huán)境溫度變更引起熱導池腎溫度變更時，參

比臂與測量臂同向變更，相互抵消，有利于減弱環(huán)境溫度變更對測量結果的影響。變更參比

氣濃度，電橋檢測的下限濃度也隨之變更，便于變更儀概的測量范圍。

3.4熱導式氣體分析儀的調(diào)整和維護留意事項

熱導式氣體分析儀調(diào)校時應留意的問題：

1）分析期必定期校準。

2）分析期必需預熱至穩(wěn)定。

3）橋壓和橋流要達到規(guī)定值。

3）標準氣中的背景氣熱導率要與實際被發(fā)行氣體的背景氣熱導率相同，否則要修正。

4）標準氣流速要等于工作時被測氣體流速。

5）要精確校準時，需多校幾點

熱導式氣體分析儀對零點氣和量程氣的要求:

1）零點氣待測組分濃度等于或略高于量程下限值，而且其背景氣組分應與工藝中背景

氣組分性質(zhì)相同或接近。

2）量程氣待測組分濃度等于滿量程的90席或接近工藝限制指標濃度，而且其背景氣組

分應與工藝中背景氣組分性質(zhì)相同或接近。

熱導式氣體分析儀熱絲電流大小對測量的影響:

增大熱絲電流可以提高熱導式分析器的靈敏度。但是電流加大后，熱絲溫度亦上升，從

而增加了輻射熱損失，降低了精度。同時電流加大將削減熱絲壽命、增大噪聲、降低牢靠性。

所以熱絲電流選多大，是須要綜合考慮的。

熱導式氣體分析儀”顯示儀表示值不穩(wěn)”的處理方法:

詳細的緣由是檢測器溫控系統(tǒng)感溫元件故障。處理方法是在感溫元件與池體插孔的縫隙

中填滿并塞緊鋁箔，以提高測溫元件的感溫靈敏度。

4順磁式氧分析儀

順磁式氧分析儀是依據(jù)氧氣的休積磁化率比一般氣體高得多，在磁場中具有極高的順磁

特性的原理制成的一種測量氣體中含氧量的分析儀器。

順磁式氧分析儀，也可叫做磁效應式氧分析儀、或磁式氧分析儀，我們通常通稱為磁氧分析

儀。它一般分為磁機械式、磁壓力式和氧熱磁對流式分析儀三種。

任何物質(zhì)，在外界磁場的作用下，都會被磁化，呈現(xiàn)出確定的磁特性。物質(zhì)在外磁場中

被磁化，其本身會產(chǎn)生一個附加磁場，附加磁場與外磁場方向相同，該物質(zhì)被吸引，表現(xiàn)為

順磁性；方向相反，該物質(zhì)被排斥，表現(xiàn)為逆磁性。氣體介質(zhì)處于磁場也會被磁化，而且依

據(jù)氣體的不同也分別表現(xiàn)出順磁性或逆磁性。如0八NO.N0?等是順磁性氣體，也、附、CO,、

CH,等是逆磁性氣體。體積磁化率一一任何物質(zhì)，在外界磁場的作用下，都會被磁化，不同

物質(zhì)受磁化的程度不同，可以用磁化強度M來表示：

M=kH

式中M——磁化強度；

H一—外磁場強度；

K―物質(zhì)的體積磁化率；

4的物理意義是指在單位磁場作用下，單位體積的物質(zhì)的磁化強度。磁化率為正稱為

順磁性物質(zhì)，它們在外磁場中被吸引；則稱為逆磁性物質(zhì)，它在外磁場中被排斥；A

值愈大，則受吸引和排斥的力愈大。常見氣體的體積磁化率(0C)

氣體名稱化學符號體積磁化率

AX106(C.G.S.M.)

氧02+146

一氧化碳NO+53

空氣——+30.8

二氧化碳

NO2+9

氧化亞氮

N20+3

乙烯GHI+3

乙塊C曲+1

甲烷CH.)-1

從上表可以看出，氧是順磁性物質(zhì)，其體積磁化率要比其他氣體的體積磁化率大的多。

順磁式氧分析器：依據(jù)氧氣的體枳磁化率比一般氣體高得多，在磁場中具有極高的順磁特性

的原理制成的一種測量氣體中含氧量的分析儀器。本項目中采納了重慶川儀九廠的PA2OO-

CJ磁力機械式氣體分析儀。

4.1磁力機械式氣體分析儀的工作原理

在一個封閉的氣室中，裝有兩對不勻稱的磁極，它們的磁場強度梯度正好相反。兩個空

心球（俗稱啞鈴）置于兩對磁極的間隙中，用彈性金屬帶固定在殼體上，這樣，啞鈴只能以

金屬帶為軸轉(zhuǎn)到而不能上下.移動。在啞鈴與金屬帶交點處裝一平面反射鏡。被測樣氣由入口

進入氣室后，它就充溢了氣室。兩個空心球被樣氣所包圍，被測樣氣的氧含量不同其體積磁

化率左值也不同，球體所受到的作用力就不同。假如啞鈴了的兩個空心球體積相同，體積磁

化值相等，兩個球體受到的力大小相等、方向相反，對于中心支撐點金屬帶而言，它受到的

是一個力偶的作用，這個力偶促使啞鈴以金屬帶為軸心偏轉(zhuǎn)，在啞鈴做角位移的同時，金屬

帶會產(chǎn)生一個反抗啞鈴偏轉(zhuǎn)的復位力矩，與轉(zhuǎn)動力矩相平衡，被測樣氣中的氧含量不同，旋

轉(zhuǎn)力矩和復原力矩的平衡位置不同，也就是啞鈴的偏轉(zhuǎn)角度不同，這樣，啞鈴偏轉(zhuǎn)角度的大

小，就反映了被測氣休中氧含量的多少。

轉(zhuǎn)動力矩

反射鏡

磁力機械式氧分析儀測量部件示意圖

對啞鈴球偏轉(zhuǎn)角度的則量，大多是采納下圖所示的光電系統(tǒng)來完成的。由光源發(fā)出的光

投射在平面反射鏡上，反射鏡再把光束反射到兩個光電元件（如硅光電池、硒光電池）上。

在被測樣氣不含氧時，空心球處于磁場的中間位置，此時，平面反射鏡將光源發(fā)出的光束均

衡地反射在兩光電元件上，兩個光電元件接收的光能相等。一般兩個光電采納差動方式連接,

因此，光電組件輸出為零，儀器最終輸出也為零。

當被測樣氣中有氧存在時，氧分子受磁場吸引，沿磁場強度梯度方向形成氧分壓差，其

大小隨氧含量不同而異，該壓力差驅(qū)動空心球移出磁場中心位置，于是，啞鈴球偏轉(zhuǎn)了一個

角度，反射鏡隨之偏轉(zhuǎn)，反射出的光束也隨之偏移，這時，兩個光電元件接收到的光能量出

現(xiàn)差值，光電組件有亳伏電壓信號輸出。被測氣體中氧含量越高，光電組件輸出信號越大。

該信號經(jīng)反饋放大器放大作為儀器檢測輸出。

為了改善儀器的輸出特性，空心球上環(huán)繞一匝金屬線圈。該金屬線圈在電路上接收輸出

電流的反饋，對啞鈴產(chǎn)生一個附加復位力矩，從而使啞鈴的偏轉(zhuǎn)角度大大減小

磁力機械式氧分析儀光學測量系統(tǒng)原理圖

4.2磁力機械式氧分析儀的主要特點和運用留意事項

1、主要特點：

與熱磁式分析儀相比，磁力機械式氧分析儀有如下特點：

①它是對氧的順磁性干脆測量的分析儀，在測量中，不受被測汽體導熱性變更、密度變

更等影響。

②在?！?00?。?范圍內(nèi)線性刻度、測量精度較高，測量誤差可低至±0.陶02。

③靈敏度高，除了用于常量的測量以外，還可用于微量氧（02%。）的測量。

2、留意事項：

①磁力機械式氧分析儀基于對磁化率的干脆測量，像氧氮等一些強堿性氣體會對測量帶

來嚴峻干擾，所以應將這些干擾組分除掉。此外，一些較強逆磁性氣體也會引起較大的測量

誤差。如頷氣，若樣品中含有較多的這類氣體，也應予以清除或?qū)y量結果實行修正措施。

②氧氣的體積磁化率是壓力、溫度的函數(shù)，樣氣壓力、溫度的變更以及環(huán)境溫度的變更,

都會對測量結果帶來影響，因此，必需穩(wěn)定樣氣的壓力，使其符合調(diào)校儀器時的壓力值。環(huán)

境溫度和整個檢修部件，均應工作在設計的溫度范圍內(nèi)，一般來說，各種型號的磁力機械式

氧分析儀均帶有溫度限制系統(tǒng)，以維持檢測部件在恒溫條件下工作。

③無論是短時間的猛烈振動，梢微的持續(xù)振動，都會減弱磁性材料的磁場強度，因此，

該類儀器多將檢測器等敏感部件安裝在防振裝置中。當然，儀器安裝位置也應避開振源并實

行適當?shù)姆勒翊胧?。另外，任何電氣線路不允許穿過這些敏感部分，以防電磁干擾和振動干

擾。

4.3磁力機械式氧分析儀的檢修

檢修內(nèi)容：

①更換光源；

②更換檢測器；

③檢查儀表的氣密性，

④檢查儀表的絕緣電阻；

⑤測量溝通紋波電壓；

⑥測試計算反饋增益；

調(diào)零方法

一般的分析器都是以電的形式調(diào)整零位，而磁力機械式氧分析儀卻是以機械方式調(diào)整零

點，稱為機械調(diào)零。其實質(zhì)是保證氣樣不含氧時硅光電池對左右兩塊的光照面積相等，儀器

輸出為零，為此，測量池可以轉(zhuǎn)動到一個合適的位置固定之，使反射光束以恰當?shù)慕嵌日找?/p>

在光電池上，這可稱為粗調(diào)。另外通過機械調(diào)整螺釘變更光電池的位置，細致調(diào)整，稱之為

細調(diào)。

在裝拆測量池和更換專用光源燈泡，儀器長期運行、測量過程中組分的變更、環(huán)境的變

更等狀況下需進行調(diào)零操作。

4.4磁壓力式氧分析儀

測量原理：

依據(jù)被測氣體在磁場作用下壓力的變更量來測量氧含的儀器，我們叫做磁壓力式氧分析

儀。被測氣體進入磁場后，在磁場作用下氣體的壓力將發(fā)生.變更，致使氣體在磁場內(nèi)和無磁

場空間存在著壓力差：

請看下面的公式：

2

AP=l/2U0Hk

AP……壓差；

Uo……真空磁導率;

H……磁場強度；

k……被測氣體的體積磁化率；

由上式中可以看出，壓差△口與磁場強度H的平方及被測氣體的體積磁化率k的差值

也同樣存在正比關系：

AP=l/2UoH2(km-kr)

km被測氣體的體積磁化率；

kr……參比氣體的體積磁化率；

由上式中可以知道，當分析室結構和參比氣體確定后，U。、H、kr均為已知量，km與△

P有著嚴格的線性關系。因此可以得出：

Km^klcl

kl.......被測混合氣體中氧的體積磁化率；

cl……被測混合氣體中氧的體枳分數(shù)；

上面兩式合并，得出下式：

AP=l/2UoH2(klcl-kr)

這樣，被測氣體氧的體積分數(shù)cl與壓差Ap有線性關系。這就是磁壓分析儀的測量原

理。在磁壓力式氧分析儀中，測量室中被測氣體的壓力變更量被傳遞到磁場外部的檢測器中，

轉(zhuǎn)換為電信號.目前運用的檢測器主要有薄膜電容檢測器和微流量檢測器兩種。為了便于信

號的檢測和調(diào)制放大，采納確定頻率的通斷電流，對磁鐵線圈反復激勵，使之產(chǎn)生交替變更

的磁場，則檢測器測得的信號就變成了溝通波動信號了。

4.5磁壓力式氧分析儀的工作原理

氧氣有順磁性。0XYMAT6型氧分析儀正是利用了這一原理來測量〃濃度的。在不勻稱

磁場中，氧分子由于其順磁性，會朝磁場增加方向移動。當不同氧氣濃度的二種氣體在同?

磁場相遇時，他們之間就會產(chǎn)生一個壓力差。

樣品氣經(jīng)5進入測量腔6o參比氣經(jīng)入口1和兩個參比氣通道3（左3和右3）進入測

量腔。微流傳感器中有兩人被加熱到120C的銀格柵電阻，和兩個協(xié)助電阻組成惠斯通電橋,

變更的氣流導致銀格柵的阻值發(fā)生變更，使電橋產(chǎn)生偏移。

參比氣可以在銀格柵中通過，所以左右兩個參比氣通道是相通的。測量起先前，兩路參比氣

壓力相等，Ap=（）,所以測量電橋無信號輸出。

當電磁鐵8通電勵磁時，在其四周形成?個磁場，樣氣中的氧分子被吸引，朝磁場強度較大

的右側(cè)運動，產(chǎn)生確定的氣阻，并推動參比氣右3逆時針流淌，通過微流傳感器4,并產(chǎn)生

輸出信號。

當電磁鐵8斷電去磁時，磁場消逝，右3參比通道氣阻消逝，氣路通，參比氣順時針流淌，

反向經(jīng)4流向測量室，輸出信號復原。

采納確定頻率的通斷電流，對電磁鐵反更勵磁和消磁，便可以在測量橋路中得到溝通波動信

號。信號強度與樣氣中氧含量成正比。

還可以這樣理解：受交替變更的磁場影響，A、B兩點樣氣的壓力差也交替變更，微量傳感

器兩邊的壓差△口也隨之變更，參比氣反復流過傳感器，便在測量電橋中產(chǎn)生溝通波動信

號，信號強度與參比氣壓力變更量成正比。而這個壓力變更量，又與通道阻力大小成正比，

通道阻力大小又與磁場強度強弱成正比，磁場強弱與樣氣中的氧含量成正比。一句話：

與樣氣中的氯含量成正比，

微流傳感器位于參比氣路中，不干脆接觸樣品氣，所以樣氣的導熱、比熱容和樣氣的內(nèi)部摩

擦對測量結果都不會產(chǎn)生影響。同時，也避開了樣氣的腐蝕，使傳感器的抗腐蝕性能大大提

高。

由于測量地點可能存在振動，并由此造成測量誤差（噪聲），所以儀淵額外增加了一個振動

傳感器10,該傳感器無氣體流通，其信號可用來測量結果進行補償。

OXYMAT瞬壓r——1

式氧分析儀基本/\、

結構圖90一21.參比氣入口

2.限流器

3.參比氣通道

4.用于測量的微流量傳感器

5.樣氣入口

6.樣氣室

7.磁場區(qū)

8.通電線圈

9.電磁鐵電源

10.樣氣和參比氣出口

11.參臂

（一般充氮氣，使阻值穩(wěn)定）

西門子OXYMAT6磁壓力式氧分析儀原理圖

4.6磁壓力式氧分析儀的校準

校準方法和參比氣的選擇

磁壓力式氧分析儀的校準方法和一般氯分析儀不同，儀器運行和校準需通入?yún)⒈葰怏w。

依據(jù)測量范圍不同，磁壓力式氧分析儀分別采納N2、02和空氣作參比氣。

①當測量范圍為0…X/02（測量下限為0額）2）時，用氮作參比氣；

②當測量范圍為X…100$02（測量上限為100%02）時，用氧作參比氣；

③當測量范圍為20.95%02旁邊時（如:20-30%02）時，用空氣作參比氣

磁壓力式分析儀參比氣選擇表

量程參考點參比氣

0-1%020%02N2

0-30%020%02N2

20-30%0220.95%02空氣

20-23%0220.95%02空氣

97-100%02100%0202

4.7熱磁對流式氧分析儀

結構類型：

熱磁對流式氧分析儀依據(jù)其對流形式的不同，可分為內(nèi)對流式和外對流式兩種。兩檢測

器的結構不同，但檢測機理均基于熱磁對流產(chǎn)生的熱效應。

內(nèi)對流式和外對流式主要區(qū)分有：

①熱敏元件與被氣體之間的熱交換方式不同；

內(nèi)對流式檢測器的熱敏元件與被測氣體之間是隔絕的，它們通過薄壁石英玻璃管進行熱

交換；而外對流式檢測的熱敏元件與被測氣體之間是干脆接觸換熱。

②熱磁對流的位置不同；

內(nèi)對流式檢測器，熱磁對流在熱敏元件（中間通道管）內(nèi)部進行；而外對流式檢測器，

熱磁對流在熱敏元件外部進行；內(nèi)對流式檢測器結構簡潔，便「制造和調(diào)整。其熱敏元件不

與樣氣干脆接觸，因此不會與樣氣發(fā)生任何化學反應，也不會受到樣氣的玷污和侵蝕，但熱

量傳遞會受影響，增加了測量滯后時間，靈敏度相對較低。

外對流式檢測器則與此相反，由于被測氣體與熱敏元件干脆接觸換熱，所以測量滯后小、

靈敏度較高。輸出線性好。另外，它采納雙橋結構，能有效地補償環(huán)境溫度、電源電壓、樣

氣壓力、檢測器不水同等因素給測量帶來的影響，但其結構比較困難，不便于制造和調(diào)整。

4.8內(nèi)對流式熱磁氧分析儀

熱磁對流

一個T型薄壁石英管，在其水平方向(X方向)的管道外壁勻稱地繞以加熱絲；在水平

通道的左端拐角處放置一對小磁極，以形成一恒定的外磁場。在這種設置下，磁場強度曲線

和溫度場曲線就很清晰了.

1—T型薄壁石英管；2一一加熱絲；3—磁鐵;

熱磁對流示意圖

通過示意圖，我們可以看到，磁場強度沿X方向按確定的磁場強度梯度衰減，H(X)是

變更的。對于水平通道而言，處于不勻稱磁場之中，通道左端磁場強度最強，越往右，磁場

強度越弱，而溫度場基本上是勻稱的。它們之間的相對位置關系是：在磁場強度最大值區(qū)域

起先建立勻稱的溫度場。當有順磁性氣體在垂直管道沿Y方向自下而上運動到水平管道入口

時，由于受到磁場的吸引而進入水平管道。在其處于磁場強度最大區(qū)域的同時，也就置身于

加熱絲的加熱區(qū)。在加熱區(qū)，順磁性氣體與加熱絲進行熱交換而使自身溫度上升，其體積磁

化率隨之急劇下降，受磁場的吸引也隨之減弱。而在其后面處于冷態(tài)順磁性氣體，在其磁場

作用下接著被吸引到水平通道磁場強度最大的區(qū)域，就會對從前已經(jīng)受熱的順磁性氣體產(chǎn)生

向右方向的推力，使其向右運動而脫離磁場強度最大區(qū)域。后進入磁場的順磁性氣體同樣被

熱絲加熱，體積磁化率下降，其后，乂被后面冷態(tài)的順磁性氣體向右推動，脫離磁場。如此

過程連綿不斷地進行下去，在水平管道就會有氣體自左向右地流淌，這種氣體的流淌就稱為

熱磁對流，或稱為磁風。

內(nèi)對流式熱磁氧分析儀的工作原理：

其檢測器是一個中間有道通的環(huán)形氣室，外面勻稱地繞有電阻絲。電阻絲通過電流后，

既起到加熱作用，又起到測量溫度變更的感溫作用。電阻絲從中間一分為二，作為兩個相鄰

的橋臂電阻rl/r2與與固定電阻R1/R2組成測量電橋。在中間通道的左端設置-對小磁極，

以形成恒定的不勻稱磁場，內(nèi)對流式熱磁氧分析儀的工作原理如圖所示，

待測氣體從底部入口進入環(huán)形氣室后，沿兩側(cè)流向上端出口。假如被測混合氣體中沒有

氣體出口

熱磁式檢測器示意圖（環(huán)形水平通道）

順磁氣體存在，這是中間通道內(nèi)沒有氣體通過，電阻絲rl、r2沒有熱量損失，電阻絲

由于流過恒定電流而保持確定的阻值。當被測氣體中含有氧氣時，左側(cè)支流中的氧受到磁場

吸引而進入中間通道，從而形成熱磁對流，然后由通道右側(cè)排出，隨右側(cè)支流流向上端出口。

環(huán)形氣室右側(cè)支流的氧因遠離磁場強度區(qū)域，受不到磁場的吸引，加之磁風的方向是自左向

右的，所以不行能由右端進入中間通道。

由于熱磁對流的結果，左半邊電阻絲rl的熱量有一部分被氣流帶走而產(chǎn)熱量損失。流

經(jīng)右半邊電阻絲r2的氣體已經(jīng)是受熱氣體，所以r2沒有或略有熱量損失。這樣就造成電阻

絲rl和r2因溫度不同產(chǎn)生的阻值差異，從而導致測量電橋失去平衡，有輸出信號產(chǎn)生。被

測氣體中氧含量越高，磁風的流速就越大，rl和r2的阻值相差就越大。測量電橋的輸出信

號就越大。由此可見，測量電橋輸出信號的大小就反映了被測氣體中氧含量多少。

環(huán)形垂直通道檢測器

環(huán)形垂直檢測器與環(huán)形水平通道檢測器的結構是一樣的，只是將環(huán)形氣室的中間通道沿

順時針方向旋轉(zhuǎn)了90℃。這樣做的目的是為了提高分析儀的測量上限。中間通道為垂直狀

態(tài)后，在通道中除有自上而下的的熱磁對流作用力FM外，還有熱氣體上升而產(chǎn)生的由下而

上自然對流作用力Fr,,兩個作用力的方向正好相反。在被測氣體沒有氧氣存在