Fig. 2-1 : Structure des cellules du champ magnétique de l'analyseur d'oxygène de type haltère à méthode paramagnétique (vue générale)
Figure 2-2 : Vue de dessus de la cellule de champ magnétique dans un analyseur d'oxygène de type haltère
La méthode paramagnétique est un principe de mesure qui exploite le paramagnétisme extrêmement fort (*1) de l'oxygène. L'analyseur d'oxygène de type haltère utilise cette propriété pour détecter l'oxygène attiré par le mouvement d'un haltère relié à deux sphères de verre remplies d'azote par une tige de verre.
La structure caractéristique de l'analyseur est constituée d'une sphère en verre munie d'un miroir, suspendue horizontalement par un fil de suspension dans une petite cellule de champ magnétique (environ 2 cm³), qui magnétise l'oxygène du gaz échantillon (figure 2-1). La figure 2-2 présente une vue de dessus de la cellule de champ magnétique, omettant les pôles N et S, afin de faciliter la compréhension du fonctionnement de la sphère et des autres dispositifs.
Fig. 2-1 : Structure des cellules du champ magnétique de l'analyseur d'oxygène de type haltère à méthode paramagnétique (vue générale)
Figure 2-2 : Vue de dessus de la cellule de champ magnétique dans un analyseur d'oxygène de type haltère
Lorsqu'un échantillon de gaz contenant de l'oxygène traverse une cellule de champ magnétique, l'oxygène, fortement paramagnétique, pousse la sphère en haltère et se rapproche de la partie la plus intense du champ magnétique. En conséquence, la force générée pousse la sphère en haltère en réponse à la concentration en oxygène. Ceci génère une force qui fait tourner le miroir suspendu (Figure 2-3, Figure 2-4).
F= (X1 - X2)・V・H
F : Force agissant sur l'haltère X1 : Susceptibilité magnétique du gaz échantillon X2 : Susceptibilité magnétique de l'haltère V : Volume de l'haltère H : Intensité du champ magnétique
Le changement de direction du miroir avec la rotation de l'haltère modifie l'angle de réflexion de la lumière (lumière incidente) incidente de la source lumineuse au miroir, et la position de la lumière réfléchie (tache lumineuse reçue) au niveau de l'unité de réception de lumière change.
L'unité de réception de lumière, composée de deux cellules photovoltaïques aux caractéristiques uniformes, présente une différence de force électromotrice selon la position du spot lumineux récepteur. Un courant correspondant à cette différence est appliqué à la bobine de rétroaction entourant l'haltère dans le champ magnétique afin de générer une force. L'haltère est alors ramenée en position neutre par rétroaction utilisant cette force (figure 2-5).
Ce courant étant proportionnel à la concentration en oxygène, un traitement du signal est effectué pour le convertir en concentration. Dans l'analyseur, la force exercée sur l'haltère en réponse à la concentration en oxygène est toujours équilibrée par la force générée par le contrôle du courant, qui maintient l'haltère en position neutre en permanence. La concentration en oxygène est calculée en mesurant le courant nécessaire à ce contrôle.
Figures 2-3, 2-4 et 2-5 : Principe de fonctionnement de l'analyseur d'oxygène de type haltère à méthode paramagnétique
Les analyseurs utilisant la méthode paramagnétique de type haltère sont utilisés pour mesurer en continu la concentration en oxygène dans les gaz d'échappement et les gaz de procédé dans divers domaines.
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