El método paramagnético es un principio de medición que utiliza el paramagnetismo extremadamente fuerte (*1) del oxígeno. El analizador de oxígeno de tipo mancuerna utiliza esta propiedad para detectar el oxígeno atraído por el movimiento de una mancuerna conectada a dos esferas de vidrio llenas de nitrógeno con una varilla de vidrio.
La estructura característica del analizador consiste en una pesa de vidrio con un espejo adjunto suspendido horizontalmente por un alambre de suspensión en una pequeña celda de campo magnético (aproximadamente 2 cm 3), que magnetiza el oxígeno en el gas de muestra (Figura 2-1). La Figura 2-2 muestra una vista superior de la celda de campo magnético, omitiendo los polos N y S, para facilitar la comprensión de la explicación del funcionamiento de la esfera de pesa y otros dispositivos.
Fig. 2-1: Estructura de la celda de campo magnético del analizador de oxígeno tipo mancuerna por método paramagnético (vista general)
Figura 2-2: Vista superior de la celda de campo magnético en el analizador de oxígeno tipo mancuerna
Cuando una muestra de gas que contiene oxígeno pasa a través de una celda de campo magnético, el oxígeno con un fuerte paramagnetismo empuja la esfera con forma de mancuerna y se acerca a la parte más fuerte del campo magnético. Como resultado, se genera una fuerza que empuja la esfera con forma de mancuerna en respuesta a la concentración de oxígeno. Esto genera una fuerza que hace girar el espejo suspendido (Figura 2-3, Figura 2-4).
F= (X1 - X2)・V・H
F: Fuerza que actúa sobre la mancuerna X1: Susceptibilidad magnética del gas de muestra X2: Susceptibilidad magnética de la mancuerna V: Volumen de la mancuerna H: Intensidad del campo magnético
El cambio de dirección del espejo con la rotación de la mancuerna cambia el ángulo de reflexión de la luz (luz incidente) que incide desde la fuente de luz al espejo, y cambia la posición de la luz reflejada (punto de luz recibido) en la unidad receptora de luz.
La unidad receptora de luz, que consta de dos células fotovoltaicas con características uniformes, tiene una diferencia en la fuerza electromotriz de las dos células fotovoltaicas en función de la posición del punto de luz receptor. Se aplica una corriente correspondiente a esta diferencia a la bobina de retroalimentación que rodea la pesa en el campo magnético para generar una fuerza, y la pesa vuelve a la posición neutra mediante el control de retroalimentación utilizando esta fuerza (Figura 2-5).
Como esta corriente es proporcional a la concentración de oxígeno, se realiza un procesamiento de la señal para convertir la corriente en concentración. En el analizador real, la fuerza para empujar la mancuerna en respuesta a la concentración de oxígeno siempre se equilibra con la fuerza generada al controlar la corriente para mantener la mancuerna en una posición neutra en todo momento. La concentración de oxígeno se calcula midiendo la corriente necesaria para este control.
Figuras 2-3, 2-4 y 2-5: Principio de funcionamiento del analizador de oxígeno tipo mancuerna por método paramagnético
Los analizadores que utilizan el método paramagnético tipo pesa se utilizan para medir de forma continua la concentración de oxígeno en gases de escape y gases de proceso en diversos campos.
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