그림 1-1: 자기덤벨식(PMA) 자기공압식(단일 자기장) 산소 분석기의 구조 및 동작 원리
자기덤벨식(PMA)은 산소의 매우 강한 상자성(Paramagnetic)(*1)을 이용하는 측정 원리입니다. 산소가 불균일한 자기장에 존재할 때, 산소는 더 강한 자기장에 끌립니다. 산소 분석기의 자기공압식은 이 속성을 이용하여 압력으로 끌리는 산소의 양을 감지합니다. 이 분석기는 전자석을 자기력으로 사용하고 자기장 셀의 전자석 세트 수에 따라 단일 및 이중 측정 방법으로 나뉩니다. 두 방법 모두에서 압력 감지를 위해 콘덴서 마이크로폰 디텍터(*2)를 사용합니다.
(*1) 상자성(Paramagnetic): 자기장이 없으면 자화되지 않으나, 자기장이 있으면 자기장 방향으로 자화되는 물질입니다.
(*2) 콘덴서 마이크로폰 디텍터: 이 디텍터는 콘덴서 마이크로폰을 센서로 사용합니다. 콘덴서 마이크로폰은 다이어프램과 고정판으로 구성됩니다. 다이어프램의 좌우측 사이에 압력 차이가 발생하면 다이어프램과 고정판 사이의 거리가 변경됩니다. 이 거리 변화를 콘덴서의 커패시턴스 변화로 취하고 압력 차이를 검출합니다.
측정 원리는 산소의 매우 강한 상자성(Paramagnetic)을 활용합니다. 산소(상자성 가스)가 자기장에 존재할 때, 산소는 더 강한 자기장에 끌려 그 영역의 압력이 증가합니다. 일반적으로 그 당시의 압력 증가(ΔP)는 다음 방정식으로 표현할 수 있습니다.
ΔP = 1/2 H2· X · C
(H : 자기장의 강도 X : 상자성 가스(산소)의 자화율 C : 상자성 가스(산소)와 운반 가스(공기/질소)의 농도 차이)
이러한 압력 증가를 감지하고 산소 농도를 측정합니다.
Electomagnet [ON/OFF]에서 샘플 가스의 산소로 인한 압력 변화는 캐리어 가스에 의해 자기장 셀 외부의 콘덴서 마이크 검출기로 전파되고, 산소 농도에 해당하는 감지된 압력 변화에 의해 산소 농도가 측정됩니다.
청정 캐리어 가스에 의한 디텍터로의 압력 전파는 샘플 가스의 부식성 가스와 자기장 셀의 오염 물질이 디텍터와 접촉하지 않기 때문에 장기적으로 안정적인 측정을 보장합니다. 또한 대기를 운반 가스로 사용하는 경우 N2 실린더가 필요하지 않습니다.
그림 1-1: 자기덤벨식(PMA) 자기공압식(단일 자기장) 산소 분석기의 구조 및 동작 원리
이는 단일 자기장과 같습니다.
단일 필드 동작 외에, 하나의 전자석이 켜지면 다른 하나는 꺼지고, 이것이 교대로 반복됩니다.
이 작업은 검출기에서 콘덴서 마이크에 가해지는 압력의 방향을 전환하여 단일 자기장에 비해 두 배의 신호량을 검출합니다. 두 배의 신호량을 검출함으로써 단일 자기장에 비해 더 민감한 측정 결과를 얻을 수 있습니다.
그림 1-2: 자기덤벨식(PMA) 자기공압식(이중자기장) 산소 분석기의 구조 및 동작 원리
자기덤벨식(PMA) 자기공압식을 사용하는 분석기는 다양한 분야의 배기가스 및 공정 가스 중의 산소 농도를 연속적으로 측정하는데 사용됩니다.
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