磁力机械式氧分析器工作原理及测量示意图

图6.8是磁力机械式氧分析器检测部件结构图。在一个密闭的气室中，装有两对不均匀磁场的磁极2和3，它们的磁场强度梯度正好相反。两个空心球体4（内充纯净的氮气或氩气）置于两对磁极的间隙中，空心球之间通过连杆连接在一起，形状类似哑铃。连杆用弹性金属带5固定在气室壳体上，这样，哑铃只能以金属带为轴转动而不能上下移动。在连杆与金属带交点处装一平面反射镜6。

被测样气由入口进入气室后，就充满了气室。两个空心球被样气所包围，被测样气的氧含量不同，受到磁场的吸引力也不同，球体所受到的作用力FM就不同。如果两个空心球体积相同，则受到的力大小相等、方向相反，对于中心支撑点金属带而言，它受到的是一个力偶MM的作用，这个力偶促使哑铃以金属带为轴心偏转，该力偶矩为

式中　RP——球体中心至金属带的垂直距离（哑铃的力臂）。

在哑铃做角位移的同时，金属带会产生一个抵抗哑铃偏转的复位力矩以平衡MM，被测样气中的氧含量不同，旋转力矩和复位力矩的平衡位置不同，也就是哑铃的偏转角度Ψ不同，这样，哑铃偏转角度Ψ的大小，就反映了被测气体中氧含量的多少。

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图6.8　磁力机械式氧分析器检测部件结构图

1—密闭气室；2、3—磁极；4—空心球体；5—弹性金属带；6—反射镜

图6.9　磁力机械式氧分析器原理示意图

对哑铃偏转角度Ψ的测量，大多是采用光电系统来完成的，如图6.9所示，由光源发出的光投射在平面反射镜上，反射镜再把光束反射到两个光电元件（如硅光电池）上。在被测样气不含氧时，空心球处于磁场的中间位置，此时，平面反射镜将光源发出的光束均衡地反射在两个光电元件上，两个光电元件接收的光能相等，一般两个光电元件采用差动方式连接，因此，光电组件输出为零，仪表最终输出也为零。当被测样气中有氧存在时，氧分子受磁场吸引，沿磁场强度梯度方向形成氧分压差，其大小随氧含量不同而异，该压力差驱动空心球移出磁场中心位置，于是哑铃偏转一个角度，反射镜随之偏转，反射出的光束也随之偏移，这时，两个光电元件接收到的光能量出现差值，光电组件输出毫伏电压信号。被测气体中氧含量越高，光电组件输出信号越大。