Figura 2-1: Estrutura da célula de campo magnético do analisador de oxigênio tipo haltere pelo método paramagnético (vista geral)
Figura 2-2: Vista superior da célula de campo magnético em um analisador de oxigênio tipo haltere.
O método paramagnético é um princípio de medição que utiliza o paramagnetismo extremamente forte (*1) do oxigênio. O analisador de oxigênio tipo haltere usa essa propriedade para detectar o oxigênio atraído pelo movimento de um haltere conectado a duas esferas de vidro preenchidas com nitrogênio por uma haste de vidro.
A estrutura característica do analisador consiste em um haltere de vidro com um espelho acoplado, suspenso horizontalmente por um fio de suspensão em uma pequena célula de campo magnético (cerca de 2 cm3), que magnetiza o oxigênio no gás da amostra (Figura 2-1). A Figura 2-2 mostra uma vista superior da célula de campo magnético, omitindo os polos N e S, para facilitar a compreensão do funcionamento do haltere e dos demais dispositivos.
Figura 2-1: Estrutura da célula de campo magnético do analisador de oxigênio tipo haltere pelo método paramagnético (vista geral)
Figura 2-2: Vista superior da célula de campo magnético em um analisador de oxigênio tipo haltere.
Quando uma amostra de gás contendo oxigênio passa por uma célula de campo magnético, o oxigênio, com seu forte paramagnetismo, empurra a esfera em forma de haltere e a aproxima da parte mais intensa do campo magnético. Como resultado, é gerada uma força que empurra a esfera em resposta à concentração de oxigênio. Isso gera uma força que gira o espelho suspenso (Figura 2-3, Figura 2-4).
F = (X1 - X2)・V・H
F: Força atuando sobre o haltere X1: Susceptibilidade magnética do gás da amostra X2: Susceptibilidade magnética do haltere V: Volume do haltere H: Intensidade do campo magnético
A mudança na direção do espelho com a rotação do haltere altera o ângulo de reflexão da luz (luz incidente) proveniente da fonte de luz para o espelho, e a posição da luz refletida (ponto de luz recebido) na unidade receptora de luz se altera.
A unidade receptora de luz, que consiste em duas células fotovoltaicas com características uniformes, apresenta uma diferença na força eletromotriz entre as duas células fotovoltaicas dependendo da posição do ponto de luz recebido. Uma corrente correspondente a essa diferença é aplicada à bobina de realimentação ao redor do haltere no campo magnético para gerar uma força, e o haltere é retornado à posição neutra por controle de realimentação usando essa força (Figura 2-5).
Como essa corrente é proporcional à concentração de oxigênio, o processamento do sinal é realizado para converter a corrente em concentração. No analisador propriamente dito, a força necessária para empurrar o haltere em resposta à concentração de oxigênio é sempre equilibrada pela força gerada pelo controle da corrente, que mantém o haltere em posição neutra o tempo todo. A concentração de oxigênio é calculada medindo-se a corrente necessária para esse controle.
Figuras 2-3, 2-4 e 2-5: Princípio de funcionamento do analisador de oxigênio tipo haltere pelo método paramagnético.
Analisadores do tipo haltere, que utilizam o método paramagnético, são usados para medir continuamente a concentração de oxigênio em gases de escape e gases de processo em diversos campos.
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