17.4. Магнітні газоаналізатори

Дія магнітних газоаналізаторів грунтується на вимірюванні параметрів, які визначаються магнітними властивостями газів. Для проведення газового аналізу потрібно, щоб магнітні властивості визначуваного компоненту відрізнялись від магнітних властивостей інших ком- понентів суміші. Магнітні властивості газів визначаються величиною, яка називавається магнітною сприйнятливістю. Магнітна сприйнятливість характе- ризує здатність речовини змінювати свій магнітний момент під дією зовнішнього магнітного поля. Гази, які втягуються в магнітне поле, називають парамагнітними, а гази, які виштовхуються з магнітного поля – діамагнітними. Об’ємна магнітна сприйнятливість газів визначається формулами:

χп χд

(17.5)

де χ_п і χ_д – об’ємні сприйнятливості відповідно парамагнітних і діа-магнітних газів; С_к – стала Кюрі-Вейса; – молекулярна маса; Р і Т – абсолютний тиск і температура; R – універсальна газова стала; – питома магнітна сприйнятливість діамагнітного газу.

Магнітна сприйнятливість парамагнітних газів χ_п а діамагніт- них газів χ_д . Переважна більшість газів і парів є діамагнітними. Парамагнітні властивості мають лише кисень і оксиди азоту. Відносні значення питомої магнітної сприйнятливості деяких газів (по відношенню до кисню) наведені в таблиці 17.3.

Таблиця 17.3

Магнітна сприйнятливість (по відношенню до кисню)	Кисень	Гелій	Водень	Азот	СО2	По-вітря	Водяна пара	Оксид азоту
	+1	-0,00057	-0,0011	-0,004	-0,0057	+0,21	-0,004	+0,362

Як видно, абсолютне значення магнітної сприйнятливості кисню в 170 разів і більше перевищує магнітну сприйнятливість інших газів і парів (крім оксиду азоту). Аномальні парамагнітні властивості кисню використовуються для вибірного вимірювання його концентрації в газових сумішах навіть при невеликих значеннях її (до 0,1 %). Тому всі магнітні газоаналізатори є приладами для вимірювання концентрації кисню в багатокомпонентних газових сумішах.

Магнітна сприйнятливість кисню обернено пропорціональна його температурі. Це зумовлює термомагнітну конвекцію в неоднорідному магнітному полі, яка полягає у виштовхуванні з магнітного поля на- грітих об’ємів кисню холодними об’ємами, що мають більшу магнітну сприйнятливість.

Схема термомагнітного газоаналізатора показана на рис. 17.5. Датчиком приладу є кільцева камера з немагнітного матеріалу, по діамет- ру якої розміщена тонкостінна скляна трубка з намотаною на ній дво- секційною обмоткою з платинового дроту діаметром 0,03 мм. Секції обмотки R₃ і R₄ і постійні манганинові опори R₁ і R₂ є плечами нерівноважного моста.

Газова суміш надходить з блоку підготовки з постійною об’ємною витратою в кільцеву камеру. При наявності в газі кисню він втягується в магнітне поле, яке утворюється постійним магнітом NS. Від нагрітого платинового дроту теплота передається газовому потоку. Оскільки газ послідовно рухається через секції, то температура обмотки секції R₃ менше температури обмотки секції R₄. При нагріванні газу до температури вище точки Кюрі (~80 ^оС) він втрачає свої парамагнітні властивості, стає діамагнітним і виштовхується з магнітного поля. Різниця опорів R₃ і R₄, що виникає внаслідок різниці температур обмоток характеризує вміст кисню в аналізуємій газовій суміші. Розбаланс нерівноважного моста, який виникає внаслідок різниці опорів R₃ і R₄, вимірюється потенціометром, показання якого пропорційні вмісту кисню в аналізуємому газі. Регулювання сили струму живлення здійснюється за допомогою опору . З метою забезпечення постійності температури (45 ^оС) датчик приладу термостатується з похибкою ±1 %. Діапазони вимірювань термомагнітного га зоаналізатора від 0…1 до 0…170 %; класи точності 2,5…5 (в залежності від діапазону вимірювань), час реакції 120 с.