9.3.1. Магнитомеханические газоанализаторы

В магнитомеханических газоанализаторах (рис.8) измеряют силы, действующие в неоднородном магнитном поле на помещенное в анализируемую смесь тело (обычно ротор) [15]. Сила F, выталкивающая тело из магнитного поля, определяется выражением:

где - объемная магнитная восприимчивость соответствует анализируемой смеси и тела, помещенного в газ, V-объем тела, H-напряженность магнитного поля. Обычно мерой концентрации компонента служит вращающий момент, находимый по углу поворота ротора. Показания магнитомеханического газоанализатора определяются магнитными свойствами анализируемой газовой смеси и зависят от титры и давления, поскольку последние влияют на объемную магнитную восприимчивость газа.

Более точны газоанализаторы, выполненные по компенсационной схеме. В них момент вращения ротора, функционально связанный с концентрацией О₂в анализируемой смеси, уравновешивается известным моментом, для создания которого используются магнитоэлектрической или электростатической системы. Роторные газоанализаторы ненадежны в промышленных условиях, их сложно юстировать.

Рис.8. Магнитомеханический газоанализатор: 1-ротор; 2-полюсы магнита; 3-растяжка; 4-зеркальце; 5-осветитель; 6-шкала вторичного прибора.

9.3.2. Термомагнитные газоанализаторы

Действие термомагнитных газоанализаторовосновано на термомагнитной конвекции газовой смеси, содержащей О₂, в неоднородных магнитном и температурном полях. Часто применяют приборы с кольцевой камерой (рис.9), которая представляет собой полое металлическое кольцо. Вдоль его диаметра установлена тонкостенная стеклянная трубка, на которую намотана платиновая спираль, нагреваемая электрическим током. Спираль состоит из двух секций – R₁и R₂, первая из которых помещается между полюсами магнита. При наличии в газовой смеси О₂часть потока направляется через диаметральный канал, охлаждая первую секцию платиновой спирали и отдавая часть тепла второй. Изменение сопротивлений R₁и R₂вызывает изменение выходного напряжения U, пропорциональное содержанию О₂в анализируемой смеси [15].

Рис.9. Термомагнитный газоанализатор: 1 - кольцевая камера; 2-стеклянная трубка; 3-постоянный магнит; 4-источник стабилизированного напряжения; 5-вторичный прибор; Rt и R2 - соответственно рабочий и сравнительные терморезисторы (секции платиновой спирали); R3 и R4 - постоянные резисторы.

На рис. 10 приведена принципиальная схема термомагнитного газоанализатора, применяемого для определения кислорода в продуктах горения и других газовых смесях [2].

Рис. 10. Термомагнитный газоанализатор на O₂ c компенсационной мостовой измерительной схемой

Рассмотренная принципиальная измерительная схема термомаг­нитного газоанализатора используется в приборах типа МН5106 и МН5130, предназначенных для определения О₂ в продуктах горе­ния и газовых смесях, содержащих кроме кислорода N₂, Аr, СО, СО₂, Н₂ и СН₄.

Рассмотрим газовую схему газоанализатора типа МН5106, по­казанную на рис. 11. Анализируемый газ из отборного устрой­ства поступает в блок очистки, в котором последовательно прохо­дит через холодильник 1 по трубке 2, фильтр 3 для очистки его от сернистого газа, вторично через холодильник по спиральной трубке 4, а далее через фильтр тонкой очистки 5. В фильтре для очистки пробы газа от сернистого газа находятся стальная стружка и некоторый объем воды, через который газ барботирует. Вода в этот фильтр поступает в виде конденсата, образующегося при охлажде­нии пробы газа в трубках холодильника. Излишек воды из фильтра вытекает через трубку в сливной сосуд 6, который образует одно­временно и водяной затвор. Для контроля расхода анализируемого газа и давления в подводящей линии перед приемным преобразова­телем установлен ротаметр — индикатор расхода 7, а за преобразователем — жидкостный манометр 8. Регулировка расхода пробы газа и давления производится редукционными вентилями 9 и 10. Побудителем расхода служит водоструйный эжектор (насос), установленный на выходе пробы газа. Измерительные камеры срав­нительного моста преобразователя сообщаются с атмосферой через фильтры 12, которые предохраняют камеры от попадания пыли [2].

Рис. 11. Газовая схема термомагнитного газоанализатора на O₂ типа МН5106.

Газоанализаторы типа МН5106 имеют шкалу 0—10% по объему О₂. Пределы допускаемой основной погрешности ±0,25% О₂. Газоанализаторы типа МН5130 выпускаются со следующими шкалами: 0—0,5; 0—1; 0—2; 0—5; 0—10; 0—21; О—50; 20—80; 50—100 и 80—100% по объему О₂. Пределы допускаемой основной погрешности шкалы 0—0,5% О₂ — ±10%; для шкал 0—1 и 0—2% О₂ — ±5%; для шкал от 0—5 до 50—100% О₂ — ±2% и для шкалы 80—100% О₂ — ±2,5% диапазона измерения.

Данные об изменении показаний газоанализаторов при отклонении влияющих величин от нормальных значений приводятся в заводской инструкции по монтажу и эксплуатации приборов.

Время установления теплового равновесия (прогрева) газоанализатора не превышает 1 ч, а для прибора МН5130 со шкалой 80—100% О₂ — 2ч. Время уста­новления постоянных показаний прибора при изменении концентрации кислорода на входном штуцере приемного преобразователя не превышает 1,5 мин для при­бора МН5106, а для газоанализатора МН5130 со шкалами от 0—5 до 0—50% О₂ — 0,5 мин и 1 мин с остальными шкалами.