由于熱磁對流的結(jié)果，左半邊電阻絲r1的熱量有一部分被氣流帶走而產(chǎn)熱量損失。流經(jīng)右半邊電阻絲r2的氣體已經(jīng)是受熱氣體，所以r2沒有或略有熱量損失。這樣就造成電阻絲r1和r2因溫度不同產(chǎn)生的阻值差異，從而導(dǎo)致測量電橋失去平衡，有輸出信號(hào)產(chǎn)生。被測氣體中氧含量越高，磁風(fēng)的流速就越大，r1和r2的阻值相差就越大。測量電橋的輸出信號(hào)就越大。由此可見，測量電橋輸出信號(hào)的大小就反映了被測氣體中氧含量多少。

    3、環(huán)形垂直通道檢測器

    環(huán)形垂直檢測器與環(huán)形水平通道檢測器的結(jié)構(gòu)是一樣的，只是將環(huán)形氣室的中間通道沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了90℃。這樣做的目的是為了提高分析儀的測量上限。中間通道為垂直狀態(tài)后，在通道中除有自上而下的的熱磁對流作用力FM外，還有熱氣體上升而產(chǎn)生的由下而上自然對流作用力Fr，，兩個(gè)作用力的方向正好相反。

    在被測氣體沒有氧氣存在時(shí)，中間通道沒有熱磁對流，只有自下而上的自然對流，此上升氣流先流經(jīng)橋臂電阻r2，使r2產(chǎn)生熱量損失，而r1沒有熱量損失。為了使儀器刻度始點(diǎn)為零，此時(shí)應(yīng)將電橋調(diào)至平衡，測量電橋輸出信號(hào)為零。隨著被濁氣體氧含量的增加，中間通道就有了自上而下的熱磁對流產(chǎn)生，此時(shí)的熱磁對流會(huì)削弱自然對流。隨著熱磁電流的逐漸加強(qiáng)，自然對流的作用會(huì)越來越小，電阻絲r2的熱量損失也越來越小，其阻值逐漸加大，測量電橋失去平衡而有信號(hào)輸出。氧含量越高，輸出信號(hào)越大。當(dāng)氧含量由0達(dá)到某一值時(shí)：FM=Fr，熱磁對流完全抵消自然對流，此時(shí)，中間通道內(nèi)沒有氣體流動(dòng)，檢測器輸出特性曲線出現(xiàn)拐點(diǎn)，曲線斜率*大，檢測器的靈敏度達(dá)到*大值。當(dāng)氧含量繼續(xù)增加，F(xiàn)M>Fr，熱磁對流大于自然對流，這時(shí)，中間通道內(nèi)的氣流方向改為由上而下，之后的情況與水平通道相似。

    由此可見，在環(huán)形垂直通道檢測器的中間通道中，由于自然的存在，削弱了熱磁對流，以至在氧含量很高的情況下，中間通道內(nèi)的磁風(fēng)流速不是很大，從而擴(kuò)展了儀器測量上限值。實(shí)驗(yàn)證明：這種檢測器，在氧含量100%的情況下，仍能保持較高的靈敏度。

    環(huán)形水平通道和垂直通道檢測器在測量范圍上的區(qū)別如下：

    ①、對于環(huán)形水平通道，其測量上限不能超過40%O2。這是因?yàn)椋?dāng)氧含量增大時(shí)，磁風(fēng)也增大，水平通道中的氣體流速同樣也增大，氣體來不及與r1進(jìn)行充分的熱交換就已到達(dá)r2，造成r2的熱量損失。隨著氧含量增加，r1、r2的熱量損失逐漸接近，兩者間電阻的差值就會(huì)越來越小。當(dāng)氧含量達(dá)到50%時(shí)，檢測器的靈敏度就會(huì)慢慢接近0。

    ②、對于環(huán)形垂直通道檢測器，其檢測上限可達(dá)到100%O2，但是對低含量氧進(jìn)行測量時(shí)，其檢測靈敏度很低，甚至不能測量，這是因?yàn)闊岽艑α魇艿阶匀粚α鞲蓴_較大引起的。儀器選型時(shí)，要多加注意。

    4、兩種檢測器的安裝注意事項(xiàng)：

    內(nèi)對流式熱磁氧分析儀安裝時(shí)，必須保證檢測器處于水平位置，否則，會(huì)引起較大的測量誤差。其原因是：檢測室稍有傾斜，就可能改變檢測器內(nèi)的熱磁對流和自然對流的相互關(guān)系，熱磁對流矢量和自然對流矢量形成的夾角不同，檢測器的輸出值也會(huì)發(fā)生變化。

    安裝后要注意檢查分析儀的水平度：一般熱磁式氧分析儀都裝有水準(zhǔn)儀，檢查水準(zhǔn)儀的氣泡是否處在標(biāo)記中間，如有偏移，則調(diào)節(jié)水平螺釘，使水準(zhǔn)儀的氣泡正好處在標(biāo)記中間。

    三、外對流式熱磁氧分析儀

    1、工作原理：

    檢測器由測量氣室和參比氣室組成，兩個(gè)氣室在結(jié)構(gòu)上完全一樣。其中，在測量氣室的底部裝有一對磁極，以形成非均勻磁場，在參比氣室中不設(shè)置磁場。在兩個(gè)氣室的底部裝有既用來加熱，又用來測量的熱敏元件，兩熱敏元件的結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同。

    被測氣體由入口進(jìn)入主氣道，依靠分子擴(kuò)散進(jìn)入兩個(gè)氣室。如果被測氣體沒有氧的存在，那么兩個(gè)氣室的狀況是相同的，擴(kuò)散進(jìn)來的氣體與熱敏元件直接接觸進(jìn)行熱交換，氣體溫度得以提高，溫度升高導(dǎo)致氣體相對密度下降而向上運(yùn)動(dòng)，主氣道中較冷的氣體向下運(yùn)動(dòng)進(jìn)入氣室填充，冷氣體在熱敏元件上獲得能量，溫度升高，又向上運(yùn)動(dòng)回到主氣道，如此循環(huán)不斷，就形成了自然對流。由于兩個(gè)氣室的結(jié)構(gòu)參數(shù)完全相同，兩個(gè)熱敏元件單位時(shí)間內(nèi)的熱量損失也相同，其阻值也就相等。

    當(dāng)被測氣體有氧存在時(shí)，主氣道中氧分子在流經(jīng)測量氣室上端時(shí)，受到磁場的吸引進(jìn)入測量氣室并向磁極方向運(yùn)動(dòng)。在磁極上方安裝有加熱元件(熱敏元件)，因此，在氧分子向磁極靠近的同時(shí)，必然要吸收加熱元件的熱量而使溫度升高，導(dǎo)致其體積磁化率下降，受磁場的吸引力減弱，較冷氣體的氧分子不斷地被磁場吸引進(jìn)測量氣室。在向磁極方向運(yùn)動(dòng)的同時(shí)，把氣室中先前溫度已升高的氧分子擠出測量氣室。于是，在測量氣室中形成熱磁對流。這樣，在測量氣室中便存在有自然對流和熱磁對流兩種對流形成，測量氣室的熱敏元件的熱量損失，是由這兩種對流形式共同造成的。而參比氣室由于不存在磁場，所以只有自然對流，其熱敏元件的熱量損失，也只是由自然對流造成的，與被測氣體的氧含量無關(guān)。這樣，由于測量氣室和參比氣室中的熱敏零件散熱情況的不同，兩個(gè)氣室的熱敏元件的溫度出現(xiàn)差別，其阻值也就不再相等，兩者阻值相差多少取決于被測氣體中氧含量的多少。

    若把兩個(gè)熱敏元件置于測量電橋中作為相鄰的兩個(gè)橋臂，那么，橋路的輸出信號(hào)就代表了被測氣體中的氧含量。

    2、測量電路：

    為了更好地補(bǔ)償由于環(huán)境溫度變化、電源電壓波動(dòng)、檢測器傾斜等因素給測量帶來的影響，外對流式檢測器一般都采用雙電橋結(jié)構(gòu)。

    外熱磁對流式氧分析儀檢測過程：分析儀采用外對流檢測器和直流雙電橋補(bǔ)償測量系統(tǒng)。工作電橋和參比電橋在結(jié)構(gòu)與性能上完全對稱。

    參比電橋由R1、R2、R3、R4組成，其中，R3、R4為兩只固定的錳銅電阻，R1、R2為敏感元件。R1處于磁場中，R2沒有磁場。工作時(shí)，空氣進(jìn)入?yún)⒈葰馐?、2，從R1、R2周圍流過。由于空氣中的含氧量為一定值(20.9%)，而熱磁對流在電橋的輸出端ab間產(chǎn)生一定值電勢Uab。

    測量電橋由R5、R6、R7、R8組成，其中，R7、R8為兩只固定的錳銅電阻，R5、R6為敏感元件。R6處于磁場中，R5沒有磁場。工作時(shí)，被分析混合氣體進(jìn)入測量氣室3、4，從R5、R6周圍流過。由于熱磁對流的結(jié)果，使電橋輸出端cd間產(chǎn)生電勢Ucd。Ucd的大小與熱磁對流的強(qiáng)弱有關(guān)，亦即Ucd的大小隨著被分析混合氣體中的氧含量(氧濃度)而變化。

    測量數(shù)值取決于工作電橋和參比電橋兩端輸出電壓的比值：即：

    X=K(Ucd/Uab)

    通過上式我們可以看出，由于環(huán)境溫度、大氣壓力、電源電壓等有變化時(shí)，雖然兩端的的輸出電壓會(huì)發(fā)生變化，但兩者比值變化較小，測量指示受環(huán)境因素影響較小，因?yàn)闇y量精度較高。若儀器中設(shè)計(jì)有控溫電路和溫度補(bǔ)償，可*大限度地減少溫漂。

    這種雙電橋結(jié)構(gòu)的檢測器的測量上限將受到參比氣體中氧含量的限制。若選用空氣做參比氣，儀器的測量上限就不能超過21%O2。

    四、常見故障、原因和處理方法

    這種老式儀器，沒有自診斷功能，許多故障現(xiàn)象都需要現(xiàn)場分析人員進(jìn)行判斷、處理。

    1、測量數(shù)值無規(guī)則漂移

    原因①：樣氣壓力、流量不穩(wěn)。

    處理①：設(shè)置穩(wěn)壓、穩(wěn)流閥，確保進(jìn)入分析儀的樣品氣壓力、流量恒定。

    原因②：測量回路零位或量程電位器接觸**，造成輸出信號(hào)漂移。處理②：檢測維護(hù)或更換電位器。

    2、測量數(shù)值不穩(wěn)或反復(fù)擺動(dòng)

    原因①：直流穩(wěn)壓電源性能不好，致使測量電橋工作電流不穩(wěn)。

    處理①：檢修或更換穩(wěn)壓電源，提高穩(wěn)壓精度。

    原因②：檢測器恒溫性能不好，溫度波動(dòng)幅度太大，由于熱絲的散熱條件不穩(wěn)定，導(dǎo)致儀器輸出不穩(wěn)定。

    處理②：檢修恒溫控制系統(tǒng)，提高恒溫精度。

    原因③：樣氣回路穩(wěn)壓、穩(wěn)流閥件性能不好，或管路有液堵現(xiàn)象，造成樣氣流量發(fā)生脈動(dòng)。

    處理③：清洗、檢修恒溫部件和更新閥件。

    在使用中，為保證閥件發(fā)揮正常的工作性能，閥的進(jìn)出口要有足夠的壓力降，即出口通暢。針對液堵現(xiàn)象，可用儀表空氣吹除辦法或卸管吹掃方法解決。

    3、測量數(shù)值反應(yīng)慢

    原因：樣品氣流量太小，檢測器氣室內(nèi)氣體的轉(zhuǎn)換速度慢。

    處理：調(diào)整樣品氣流量至規(guī)定值。若流量不能調(diào)大，則需要查明原因，看看是否前后管線有無堵、漏，查出原因進(jìn)行解決。若確實(shí)壓力低，而測量又需要一定正壓力，可加泵抽吸解決。

    4、儀器校準(zhǔn)后，仍有偏差

    原因①：儀器校準(zhǔn)時(shí)，示值未穩(wěn)定就進(jìn)行校準(zhǔn)。

    處理：重新蘇區(qū)校準(zhǔn)，嚴(yán)格按操作規(guī)范進(jìn)行。

    原因②：標(biāo)準(zhǔn)氣失效或失準(zhǔn)、背景氣體與測量條件不一致。

    處理：更換標(biāo)氣，滿足其標(biāo)定儀器要求。

    5、電位器調(diào)整不能使測量值到位。

    原因1：零位電位器失靈或接觸不好。

    處理：更換或維護(hù)。

    原因2：檢測器內(nèi)有水霧或液滴。

    處理：儀器斷電，干燥空氣吹掃或清洗檢測器。吹掃壓力：0.05MPA.

    水霧和液滴會(huì)造成熱敏元件的損壞。

    原因3：檢測器進(jìn)油性或黏性物質(zhì)。

    處理：儀器斷電，檢測器降至常溫后，用洗滌液清洗、清潔，然后用干燥空氣吹干