Abbildung 1-1: Aufbau und Funktionsprinzip eines Sauerstoffanalysators vom Typ paramagnetisch-pneumatisch (einzelnes Magnetfeld)
Die paramagnetische Methode ist ein Messprinzip, das den extrem starken Paramagnetismus (*1) von Sauerstoff nutzt. Wenn Sauerstoff in einem inhomogenen Magnetfeld vorhanden ist, wird er vom stärkeren Magnetfeld angezogen. Der magnetopneumatische Typ des Sauerstoffanalysators nutzt diese Eigenschaft, um die als Druck angezogene Sauerstoffmenge zu ermitteln. Dieser Analysator verwendet Elektromagnete als magnetische Kraft und wird basierend auf der Anzahl der Elektromagnetsätze in der Magnetfeldzelle in Einzel- und Doppelmessmethoden unterteilt. Bei beiden Methoden wird zur Druckerkennung ein Kondensatormikrofondetektor (*2) verwendet.
(*1) Paramagnetismus: Ein Material, das ohne Magnetfeld nicht magnetisiert ist, bei Vorhandensein eines Magnetfelds jedoch in Richtung des Magnetfelds magnetisiert wird.
(*2) Kondensatormikrofondetektor: Dieser Detektor verwendet ein Kondensatormikrofon als Sensor. Ein Kondensatormikrofon besteht aus einer Membran und einer Befestigungsplatte. Wenn zwischen der linken und rechten Seite der Membran ein Druckunterschied auftritt, ändert sich der Abstand zwischen der Membran und der Befestigungsplatte. Diese Abstandsänderung wird als Kapazitätsänderung des Kondensators betrachtet und der Druckunterschied wird erkannt.
Das Messprinzip nutzt den extrem starken Paramagnetismus von Sauerstoff. Wenn Sauerstoff (ein paramagnetisches Gas) in einem Magnetfeld vorhanden ist, wird er von dem stärkeren Magnetfeld angezogen und erhöht den Druck in diesem Bereich. Im Allgemeinen kann der Druckanstieg (ΔP) zu diesem Zeitpunkt durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden
ΔP = 1/2 H2· X ·
(H : Stärke des Magnetfeldes X : magnetische Suszeptibilität eines Paramagnetismusgases (Sauerstoff) C : Konzentrationsdifferenz zwischen einem Paramagnetismusgas (Sauerstoff) und einem Trägergas (Luft/Stickstoff))
Dieser Druckanstieg wird erkannt und die Sauerstoffkonzentration gemessen.
Die Druckänderung, die durch den Sauerstoff im Messgas am Elektromagneten EIN/AUS verursacht wird, wird an den Kondensatormikrofondetektor weitergegebenaußerhalb der Magnetfeldzelle durch ein Trägergas, und die Sauerstoffkonzentration wird durch die detektierte Druckänderung entsprechend der Sauerstoffkonzentration gemessen.
Die Druckausbreitung des sauberen Trägergases zum Detektor sorgt für langzeitstabile Messungen, da korrosive Gase im Messgas und Verunreinigungen in der Magnetfeldzelle nicht mit dem Detektor in Berührung kommen. Darüber hinaus ist bei der Verwendung der Atmosphäre als Trägergas keine N2-Flasche erforderlich.
Abbildung 1-1: Aufbau und Funktionsprinzip eines Sauerstoffanalysators vom Typ paramagnetisch-pneumatisch (einzelnes Magnetfeld)
Es ist dasselbe wie ein einzelnes Magnetfeld.
Zusätzlich zum Einzelfeldbetrieb ist ein Elektromagnet eingeschaltet und der andere ausgeschaltet, und dies wiederholt sich abwechselnd.
Dieser Vorgang ändert die Richtung des auf das Kondensatormikrofon im Detektor ausgeübten Drucks und sorgt so für die doppelte Menge an zu erfassendem Signal im Vergleich zu einem einzelnen Magnetfeld. Durch die Erfassung der doppelten Signalmenge kann ein empfindlicheres Messergebnis erzielt werden als bei einem einzelnen Magnetfeld.
Abbildung 1-2: Aufbau und Funktionsprinzip eines Sauerstoffanalysators mit paramagnetischer Methode vom magneto-pneumatischen Typ (Doppelmagnetfeld)
Analysatoren nach der paramagnetischen Methode vom magneto-pneumatischen Typ werden zur kontinuierlichen Messung der Sauerstoffkonzentration in Abgasen und Prozessgasen in verschiedenen Bereichen eingesetzt.
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