§ 11.4. Магнитные газоанализаторы

В основу работы магнитных газоанализаторов положены различ­ные явления, связанные с взаимодействием определяемого компо­нента анализируемой (в общем случае многокомпонентной) газо­вой смеси с магнитным полем.

Газы, которые втягиваются в магнитное поле, называют парамагнитными, а те газы, которые выталкиваются из магнитного поля, — диамагнитными. Количественно магнитные свойства газов определяются величиной, называемой магнитной восприимчивостью. Эта величина для парамагнитных и диамагнитных газов описыва­ется выражениями:

, (11.23)

, (11.24)

где и — объемные магнитные восприимчивости- парамагнит­ных и диамагнитных газов; с_К— постоянная Кюри; μ — молекуляр­ная масса; Р и Т — абсолютные давление и температура; R — уни­версальная газовая постоянная; χ_Д —удельная магнитная воспри­имчивость диамагнитного газа.

Магнитная восприимчивость парамагнитных газов является положительной величиной, диамагнитных газов — отрицательной. Она обладает свойством аддитивности. Подавляющее большинство газов и паров являются диамагнитными. Парамагнитными свойст­вами обладают кислород и оксиды азота. Причем по абсолютному значению магнитная восприимчивость кислорода в 100 раз и более превосходит магнитную восприимчивость остальных газов и паров (кроме оксидов азота). Аномальные параметрические свойства кислорода используются для получения измерительной информации о его концентрации в многокомпонентных смесях газов и паров. Измерение концентрации кислорода с помощью магнитных газо­анализаторов базируется на рассмотренном методе анализа псевдо­бинарных смесей (см. случай 3, § 11.1).

В настоящее время разработано много конструкций магнитных газоанализаторов для измерения концентрации кислорода. Наибо­лее распространенными являются термомагнитные газоанали­заторы.

Рис. 11.3. Схема термомагнитного газоанализатора

На рис. 11.3 приведена схема термомагнитного газоанализатора. В его работе используется явление термомагнитной конвекции, сущность которого заключается в том, что при расположении в неоднородном магнитном поле проводника, нагреваемого электри­ческим током, за счет уменьшения магнитной восприимчивости кисло­рода, вызванного нагреванием [см. (11.23)], образуется движение газо­вой смеси, направленной от области большей напряженности магнитного поля к области меньшей напряжен­ности.

Анализируемый газ поступает из блока подготовки 1 с постоянным объемным расходом в кольцевую камеру 3. По диаметру этой камеры установлена тонкостенная стеклян­ная трубка 4 с намотанными на ней терморезисторами теплового расхо­домера R₁ и R₂ (см. гл. 7). Если в анализируемом газе отсутствует кислород, то при горизонтальном положении трубки 4 поток газа через нее отсутствует.

Когда в анализируемом газе имеется кислород, он втягивается в магнитное поле, создаваемое постоянным магнитом 2 около лево­го (на рисунке) конца трубки 4. Затем кислород нагревается тер­морезистором R₁ до температуры выше точки Кюри (~80°С), при которой он теряет свои парамагнитные свойства, становится диа­магнитным и выталкивается из магнитного поля (в направлении стрелки на рис. 11.3). Возникает «магнитный ветер» — поток газа, протекающий по трубке 4. Расход газа в трубке 4 измеряется тепловым расходомером. Разбаланс неравновесного моста 5, опре­деляемый объемной концентрацией кислорода в анализируемом газе, измеряется и регистрируется потенциометром 6. Аналитиче­ское устройство 7 анализатора термостатируется при температуре 45°С. Диапазоны измерений термомагнитного газоанализатора от О—1 до 0—100% об.; классы точности 2,5—5 (в зависимости от диапазона измерений), время реакции 120 с.