CN117269296B - 一种内对流热磁式氧分析仪及其磁力装置、检测电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内对流热磁式氧分析仪及其磁力装置、检测电路，所述的磁力装置至少包括两个磁力阀和一个底座，两个磁力阀固定设置在底座上，且两个磁力阀之间设有磁氧传感器，所述的磁氧传感器是环室安装在两个磁力阀之间的，永磁体和磁轭的结合体在圆柱体空腔内的转动是由舵机控制，通过永磁体及其对应磁轭的转动实现磁力的发生和消失控制，结合本发明所述的检测电路，可以实现氧的顺磁的有与无检测，在存在氧气的时候，因为环室附近压力差的缘故，进而造成热导传感器的信号变化，从而实现氧气的检测和分析。
Description
技术领域
本发明属于氧气检测，具体是涉及内对流式检测器制备技术，尤其是涉及一种内对流热磁式氧分析仪及其磁力装置、检测电路。
背景技术
氧气和其他气体不同，它的磁化率要比其他气体高出许多，因此氧气和其他气体组合成的混合气体的磁化率是混合气体中氧气所占百分比来决定的，同理如果对气体磁化率进行测定，也就可以得出混合气体中的氧含量。
热磁氧分析仪的原理是利用烟气组分中氧的磁化率特别高的物理特性来确定烟气中氧的含量。在工业在线过程广泛应用于加热炉、化学反应容器、地井、工业制氮等场合中混合气体内氧气浓度的检测,还大量用于锅炉内水中溶解氧、污水处理装置外排水溶解氧的检测。
氧是顺磁性气体（可以被称为顺磁性气体的磁场吸引），它在不均匀的磁场中被吸引，并流向更强的磁场。在现有的热磁氧分析仪中包括加热丝，其中氧的温度升高，磁化率降低，从而磁场吸引力降低，磁场通过将磁化率较高的未加热氧分子推到后面而被排出，从而导致“热磁对流”或“磁风”。在特定的压力、温度和流量下，通过测量磁风的大小，可以测量气体样品中的氧含量。
由于热敏电阻（铂丝）既作为不平衡桥的两桥臂电阻，又作为加热电阻，在磁风的作用下出现温度梯度，即入口侧桥臂的温度低于出口侧桥臂的温度。不平衡电桥会输出气体样品中含氧量不同的对应电压值。
由于内对流热磁式氧分析仪采用永磁体，所以一旦安装上环形气室以后，磁场就一直存在。在通气的时候气体会因为加工的误差造成左右气流的速度不对称。气体流速的不对称就会使左右的压力产生差。压差又会使玻璃石英玻璃管内产生气流。气流让R1和R2产生电阻差。同时磁场也会产生流量差。那么在磁场和结构产生的气流量差无法切断磁场的情况下无法得到结构误差的准确值。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术的不足，本发明提供一种内对流热磁式氧分析仪，并且提供一种磁力装置和检测电路，实现了磁氧传感器在有磁状态和无磁状态切换，实现了信号的对比，由此可以实现后续的现场检修和调试，并提高了精度，同时避免了传感器的放大点路的温度漂移。
为了实现上述发明目的，本发明提供的技术方案如下。
一种内对流热磁式氧分析仪的磁力装置，该装置至少包括两个磁力阀和一个底座，两个磁力阀固定设置在底座上，且两个磁力阀之间设有磁氧传感器，所述的磁氧传感器是环室安装在两个磁力阀之间的，永磁体和磁轭的结合体在圆柱体空腔内的转动是由舵机或步进电机控制其转动的；
所述磁力阀包括导磁体，黄铜体，磁轭和永磁体，两个导磁体贴合固定在黄铜体的两侧，两导磁体组合后内部存在圆柱体空腔；两个不同磁性的永磁体固定结合，且二者的外侧分别固定有磁轭，所述磁轭外的侧面是与圆柱体空腔贴合的弧面；永磁体和磁轭的结合体在圆柱体空腔内可转动设置。
所述的磁力装置中，磁力阀是以黄铜体为中心线对称结构，包括对称设置的导磁体、永磁体和磁轭。
进一步的，当两个不同磁性的永磁体所对应的磁轭分别位于黄铜体的两侧，与两个导磁体对应，此时通过磁轭将磁力传导至导磁体，磁力阀具有磁性；当两个不同磁性的永磁体所对应的磁轭均朝向黄铜体时，此时磁力阀不具有磁性。
进一步的，所述底座和磁力阀之间设有连接块，通过连接块以调节磁力阀的间距和距离底座的距离。
进一步的，所述的磁力装置的工作状态是磁氧传感器两侧的磁力阀均存在磁性，贴合设置在磁氧传感器两侧永磁体的磁性相反。
更进一步的，所述的舵机控制永磁体和磁轭的结合体在磁力阀中转动，磁力装置中舵机以0.5-1Hz的频率进行磁场的变化。
对于环室，包括环形的气体通道，所述的气体通道包括对称设置的气体入口和出口，且环形的气体通道中部贯穿存在一条沿直径方向的横向通道，所述横向通风上设有热敏组件，当进入环室内的气体中存在氧气的时候，横向通道两端的氧气会在磁场的作用下集聚，从而实现横向通道两端的气体压力差，进而会导致热敏组件发生电阻及温度的变化，从而实现对氧气的监测。
一种内对流热磁式氧分析仪的检测电路，包括放大电路和温控电路，所述的放大电路中：插头XS2的1、2、3脚上分别接入±14V和GND，在经过VC1后整流，获得支流±14V电源，通过电容C1和电容C2进行滤波；进而通过两个稳压模块N1和N2稳压后得到+12V和-12V的电源，其中包括第二次滤波电路，第二次滤波电路中包括电阻R1，R2和电容C3、C4、C5和C6；
插头XS2的4、5脚给VC2提供13V交流电，经整流器VC2整流后到电容C7滤波，电阻R3,R4,R5与稳压器LM317A形成一个稳压电路，电容C8,C9滤波后经过XS2的6,7脚输出给磁氧传感器，为惠斯通电桥提供较为稳定的电压；
±12V的电源通过电阻R6,R7,R8,R9,和V1，V2的两个LM385电压基准芯片构成一个正负电压基准，通过RP1和R17调节N4.2反向输入脚的电压，用于调整N4.2的信号输出；
插头XS1的1，2脚分别是信号电压和接地，3,4脚是传感器的信号，5，6脚是12V电和地，VI+和VI-的信号经R10,R11到N4.1的AD708进行一级放大，放大信号经过R14再到N4.2进行二级放大，RP1调节的电压改变了N4.2的电压改变了基准点，基于R16和C16反馈电路使得RP12的调整可以改变最大值得范围；
所述的温控电路是用于磁氧传感器内的温度测量，其中包括：电阻RX为0Ω，R6,R7,R8,串联VC的电压和R9,R10,R11的VD电压，R11是PT100当60℃时电阻值正好是124Ω，VC和VD的电压相同；
XS2插头1，2号脚接12V和GND，VA和VB加载在R2和R1的电阻上，V1此时导通，R3加载在V3上的电压被拉低，R4到VE端，R8使VB上升，上升使V1截止，使得V1在导通与截止之间往复震荡；
VC和VD的电压经过N1的放大以后控制N2，SSR1固态继电器的导通使用加热线圈加热的同时V6的导通与断开使V5闪烁指示加热正常。
一种内对流热磁式氧分析仪，包括上述磁力装置，且还包括采用上述的检测电路进行氧气的检测。
有益效果：传统的内对流热磁式氧分析仪多数采用的是电磁铁，但是电磁铁会因为线圈电流的作用而发热，同时电磁铁产生的磁场也不是很大。另外一方面，对于采用永磁体的内对流热磁式氧分析，一旦安装上环形气室以后，磁场就一直存在。在通气的时候气体会因为加工的误差造成左右气流的速度不对称。气体流速的不对称就会使左右的压力产生差。压差又会使玻璃石英玻璃管内产生气流。气流让R1和R2产生电阻差。同时磁场也会产生流量差。那么在磁场和结构产生的气流量差无法切断磁场的情况下无法得到结构误差的准确值。与现有技术相比，本发明避免采用电磁铁产生热量，又可以在必要的时候切断磁场，使环室回到无磁状态，只有结构产生的气流差。这样在校零的时候切断磁场就可以得到无磁时的电阻值差R，打开磁场时恢复磁氧的电阻值差R`。这两电阻之间的差就是实际测量值。
附图说明
图1是本发明所述磁力阀的结构示意图；
图2是磁力阀的结构示意图二；
图3是导磁体的结构示意图；
图4是黄铜体的结构示意图；
图5是磁轭的结构示意图；
图6是永磁体的结构示意图；
图7是底座的结构示意图；
图8是磁力阀有磁状态的结构示意图；
图9是磁力阀无磁状态的结构示意图；
图10是磁力阀和底座的结合示意图；
图11是本发明所述磁力装置的结构示意图；
图12是本发明所述的检测电路中的放大电路结构示意图；
图13是本发明所述的检测电路中的温控电路结构示意图；
图14是本发明所述环室的检测原理图。
具体实施方式
为了详细的说明本发明所公开的技术方案，下面结合说明书附图做进一步的说明。
根据现有氧表的制备和控制技术可知，绝大部分都是利用磁力装置来实现，因为氧气分子中有单电子,所以是顺磁性分子。所以现有的氧表是利用氧气的顺磁性这一原理。现有的氧表中磁场是固定存在的，并且是通过电磁或线圈控制磁场的诸多，该情况下会导致检修或维护的时候无法判断氧表的故障原因，不清楚故障的原因是否因为不存在氧气或存在氧气（例如该氧表一直无法检测出氧气的故障，原因可能是气体中真实不存在氧气，或氧表故障），现有的技术需要各种不断的尝试，或将所有的部件进行检测，另一方面，电磁铁发热量大，氧传感器的工作温度在60度，信号电路需要工作在较低的40度以下，电磁铁的发热会造成电路的温漂。电磁铁为了达到需要的磁力又不发出太大的热量需要电路产生振荡，致使电磁铁的控制电路非常复杂的同时产生的磁和电涌的脉冲会干扰到放大电路。
结合图1-图6所示的是本发明所提供的磁力阀结构。一种内对流热磁式氧分析仪的磁力装置中的磁力阀，包括导磁体1，黄铜体2，磁轭4和永磁体3，各个部件的具体结构可参考图2-图7。导磁体1包括一个平面和一个凹面，两个导磁体1的凹面相对，且分别贴合设置在黄铜体2的两侧，黄铜体2的为“U”形结构，由此组合后，两个导磁体1的内部会形成一个圆柱体空腔5，如图1和图2所示的结构，圆柱体空腔5存在一个开口，其底部是密封的结构。在圆柱体空腔5内，两个永磁体3贴合在一起，可根据磁性的相吸（异性）进行结合，然后两个永磁体3的外侧各固定有一个磁轭4，磁轭4的外侧面是圆弧状，和圆柱体空腔5的内侧壁贴合，永磁体3和磁轭4的组合体在圆柱体口空腔5内可转动。
两个导磁体贴合固定在黄铜体的两侧，两导磁体组合后内部存在圆柱体空腔；两个不同磁性的永磁体固定结合，且二者的外侧分别固定有磁轭，所述磁轭的外侧面是与圆柱体空腔贴合的弧面；永磁体和磁轭的结合体在圆柱体空腔内可转动设置。
结合图7和图8，进一步的介绍所述磁力阀的磁性情况。
圆柱体空腔5内是两个永磁体3和两个磁轭4的结合体，两个永磁体3均具有N极和S极。两个永磁体3的结合可以是通过异性相吸的方式结合。
对于永磁体和磁轭的结合体，可以由舵机或步进电机实现控制其转动，主要存在两种位置情况，即如图8和图9所示的位置。图8所示的位置上存在磁性，并且通过导磁体1传递磁性，形成磁场。图9所示的位置则磁场消失。
结合图10，本发明所述的，一种内对流热磁式氧分析仪的磁力装置至少包括两个磁力阀和一个底座6，两个磁力阀固定设置在底座6上，底座6和磁力阀之间通过连接块7以调节磁力阀的间距和距离底座的距离，且两个磁力阀之间设有磁氧传感器和环室8，磁氧传感器位于环室8内，环室8是安装在两个磁力阀之间的，永磁体和磁轭的结合体在圆柱体空腔内的转动是由舵机控制。
关于环室8，是利用氧气的顺磁性进行监测氧气的，结合图14所示，说明如下。
热磁对流在热敏组件内部进行，热敏组件与被测气体式隔绝的，通过薄壁石英玻璃管进行热交换，因此不会与样品气发生任何化学反应，也不会受到样品气的玷污与侵蚀。但热量传递受到了影响，增加了测量滞后时间，灵敏度也相对较低，另外要求检测器处于水平工作位置。待测气体从底部人口进人环形气室后，沿两侧流向上端出口。如果被测混合气体中没有顺磁性气体存在，这时中间通道内没有气体流过，电阻丝r1、r2没有热量损失，电阻丝流过恒定电流而保持一定阻值。当被测气体中含有氧气时，左侧支流中的氧气受到磁场吸引而进入中间通道，从而形成热磁对流，然后由通道右侧排出，随右侧支流流向上端出口。环形气室中右侧支流中的氧因远离磁场强度最大区域，受不到磁场的吸引，磁风的方向是自左向右的，所以不可能由右端口进入中间通道。由于热磁对流的结果，左半边电阻丝r1的热量部分被气流带走，产生热量损失，右半边电阻丝r2没有热量损失，因此造成r1、r2阻值产生差异，导致测量电桥失去平衡，产生输出信号。被测气体中氧含量越高，磁风流速越大，r1、r2阻值相差越大，测量电桥的输出信号就越大。由此可见，测量电桥的输出信号大小反映了被测气体中氧含量的多少。
进一步的结合图12-图13所示的电路，则可以实现本发明所述一种内对流热磁式氧分析仪。
另一方面，该磁力装置的磁力是非常大的，现有的装置则需要抵抗磁力作用实现磁体的拆卸或安装，对于本发明所述的磁力装置而言，当永磁体和磁轭的结合体处于上述的无磁场位置时，则能轻松的实现磁力阀在底座上的安装和拆卸。在存在磁场的情况下，磁力线从磁体的N极出来，通过磁轭，经过铁磁性工件，再回到磁轭进入磁体的S极。如此把部件牢牢地吸在永磁吸盘的工作极面上。
Claims (9)
1.一种内对流热磁式氧分析仪的磁力装置，其特征在于，该装置至少包括两个磁力阀和一个底座（6），两个磁力阀固定设置在底座（6）上，且两个磁力阀之间设有磁氧传感器及环室（8），所述的环室（8）是利用氧气的顺磁性造成流量差实现氧气浓度检测，磁氧传感器位于环室（8）的内部，且环室（8）位于两个磁力阀之间，永磁体（3）和磁轭（4）的结合体在圆柱体空腔（5）内可转动设置；
所述磁力阀包括导磁体（1），黄铜体（2），磁轭（4）和永磁体（3），两个导磁体（1）贴合固定在黄铜体（2）的两侧，两导磁体（1）组合后内部存在圆柱体空腔（5）；
两个不同磁性的永磁体（3）结合在一起，且二者的外侧分别固定有磁轭（4），所述磁轭（4）的外侧面是与圆柱体空腔（5）贴合的弧面；
所述的磁力装置包括采用如下的检测电路：
该检测电路包括放大电路和温控电路，所述的放大电路中：插头XS2的1、2、3脚上分别接入±14V和GND，在经过VC1后整流，获得支流±14V电源，通过电容C1和电容C2进行滤波；进而通过两个稳压模块N1和N2稳压后得到+12V和-12V的电源，其中包括二次滤波电路，二次滤波电路中包括电阻R1，R2和电容C3、C4、C5和C6；
插头XS2的4、5脚给VC2提供13V交流电，经整流器VC2整流后到电容C7滤波，电阻R3,R4,R5与稳压器LM317A形成一个稳压电路，电容C8,C9滤波后经过XS2的6,7脚输出给磁氧传感器，为惠斯通电桥提供较为稳定的电压；
±12V的电源通过电阻R6,R7,R8,R9,和V1，V2的两个LM385电压基准芯片构成一个正负电压基准，通过RP1和R17调节N4.2反向输入脚的电压，用于调整N4.2的信号输出；
插头XS1的1，2脚分别是信号电压和接地，3,4脚是传感器的信号，5，6脚是12V电和地，VI+和VI-的信号经R10,R11到N4.1的AD708进行一级放大，放大信号经过R14再到N4.2进行二级放大，RP1调节的电压改变了N4.2的电压改变了基准点，基于R16和C16反馈电路使得RP12的调整可以改变最大值得范围；
所述的温控电路是用于磁氧传感器内的温度测量，其中包括：电阻RX为0Ω，R6,R7,R8,串联VC的电压和R9,R10,R11的VD电压，R11是PT100当60℃时电阻值正好是124Ω，VC和VD的电压相同；
XS2插头1，2号脚接12V和GND，VA和VB加载在R2和R1的电阻上，V1此时导通，R3加载在V3上的电压被拉低，R4到VE端，R8使VB上升，上升使V1截止，使得V1在导通与截止之间往复震荡；
VC和VD的电压经过N1的放大以后控制N2，SSR1固态继电器的导通使用加热线圈加热的同时V6的导通与断开使V5闪烁指示加热正常。
2.根据权利要求1所述的内对流热磁式氧分析仪的磁力装置，其特征在于，所述的磁力阀是以黄铜体为中心线的对称结构，包括对称设置的导磁体、永磁体和磁轭。
3.根据权利要求1所述的内对流热磁式氧分析仪的磁力装置，其特征在于，当两个不同磁性的永磁体所对应的磁轭分别位于黄铜体的两侧，与两个导磁体对应，此时通过磁轭将磁力传导至导磁体，磁力阀具有磁性；当两个不同磁性的永磁体所对应的磁轭均朝向黄铜体时，此时磁力阀不具有磁性。
4.根据权利要求1所述的内对流热磁式氧分析仪的磁力装置，其特征在于，所述底座和磁力阀之间设有连接块。
5.根据权利要求1所述的内对流热磁式氧分析仪的磁力装置，其特征在于，所述的磁力装置的工作状态是磁氧传感器两侧的磁力阀均存在磁性，贴合设置在磁氧传感器两侧永磁体的磁性相反。
6.根据权利要求1所述的内对流热磁式氧分析仪的磁力装置，其特征在于，舵机控制永磁体和磁轭的结合体在磁力阀中转动，磁力装置中舵机的转动频率为0.5-1HZ。
7.根据权利要求1所述的内对流热磁式氧分析仪的磁力装置，其特征在于，永磁体（3）和磁轭（4）的结合体是由舵机或部件电机控制其转动的。
8.根据权利要求1所述的内对流热磁式氧分析仪的磁力装置，其特征在于，所述的环室（8）包括环形的气体通道，所述的气体通道包括对称设置的气体入口和出口，且环形的气体通道中部贯穿存在一条沿直径方向的横向通道，所述横向通道上设有热敏组件，当进入环室内的气体中存在氧气的时候，横向通道两端的氧气会在磁场的作用下集聚，从而实现横向通道两端的气体压力差，进而会导致热敏组件发生电阻及温度的变化，从而实现对氧气的监测。
9.一种内对流热磁式氧分析仪，其特征在于，包括权利要求1-8任一项所述的磁力装置和检测电路。
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