GB/T 18403.3-2014 气体分析器性能表示 第3部分：顺磁氧分析器

ICS71.040.10

N53

中华人民共和国国家标准

/—/:

GBT18403.32014IEC61207-32002

气体分析器性能表示

:

第部分顺磁氧分析器

3

国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

—

Exressionoferformanceofasanalzers

ppgy

:

Part3Paramaneticoxenanalzers

gygy

(:,)

IEC61207-32002IDT

2014-09-03发布2015-02-01实施

中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局

发布

中国国家标准化管理委员会

/—/:

GBT18403.32014IEC61207-32002

目次

前言…………………………Ⅰ

引言…………………………Ⅱ

1范围………………………1

2规范性引用文件…………………………1

3术语和定义………………1

4程序说明…………………4

4.1基本辅助单元和设备的性能………………………4

4.2与性能指标相关的附加说明………………………5

4.3与性能指标相关的重要项目………………………5

5合格试验程序……………6

5.1引言…………………6

5.2试验程序……………7

()…………

附录A资料性附录干扰气体12

()…………………

附录B资料性附录试验气体中水蒸气的处理方法17

参考文献……………………19

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/—/:

GBT18403.32014IEC61207-32002

前言

/《》:

GBT18403气体分析器性能表示已经或计划发布以下部分

———:;

第部分总则

1

———:();

第部分气体中氧采用高温电化学传感器

2

———:;

第部分顺磁氧分析器

3

———:。

第部分光度分析器

6

本部分为/的第部分。

GBT184033

本部分按照/—和/—给出的规则起草。

GBT1.12009GBT20000.22009

:《:

本部分使用翻译法等同采用气体分析器性能表示第部分顺磁氧分析

IEC61207-320023

器》。

与本部分中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如下:

———/—质量管理体系要求(:,)

GBT190012008ISO90012008IDT

,:

为了方便使用本部分做了下列编辑性修改

———补充勘误表和勘误表的内容。

IEC61207-312

。。

请注意本文件的某些内容可能涉及专利本文件的发布机构不承担识别这些专利的责任

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Ⅰ

/—/:

GBT18403.32014IEC61207-32002

引言

,,、。

顺磁氧分析器只对分压有感应而不对体积浓度有反应被广泛用于工业实验室和其他领域在

,。

参比压力下分析器的额定测量范围在和之间

0%~1%0%~100%

(:、)。(

仅少数气体具有顺磁性例如氧一氧化氮和二氧化氮等氧具有很强的顺磁磁化率见附录

),,,,

A基于氧的这一特性在大多数工业应用中可设计成具有高特异性的分析器例如测量高本底碳氢

化合物中的氧含量。

,:

关于氧顺磁性测量技术有许多不同的描述但目前市售分析器主要采用以下三种方法

———();

自动零平衡磁力机械式

———热磁或磁风;

———()。

压差或Quincke法

,,

这些方法都要求样气清洁和干燥通过升温等改进措施使在低温情况下容易冷凝的样气能进行

分析。

,。

基于上述原因在测量前应对样气进行适当处理

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Ⅱ

/—/:

GBT18403.32014IEC61207-32002

气体分析器性能表示

:

第部分顺磁氧分析器

3

1范围

/,。

GBT18403的本部分适用于三种主要方法这三种方法已在引言中介绍本部分涉及基本辅助

单元及用于室内外安装的分析器。

:,。

注关键的安全要求需要系统补充说明本部分分析器技术性能不包含这部分内容

本部分的目的是:

———规定了测量样气中氧的顺磁性气体分析器功能特性的术语和定义;

———统一该类分析器功能特性及其验证方法;

———规定了功能特性测定时应进行的试验内容和试验方法;

———为ISO9001质量管理标准的应用提供基础文件。

2规范性引用文件

。,

下列文件对于本文件的应用是必不可少的凡是注日期的引用文件仅注日期的版本适用于本文

。,()。

件凡是不注日期的引用文件其最新版本包括所有的修改单适用于本文件

/()国家标准ㅤ可打印ㅤ可复制ㅤ无水印ㅤ高清原版ㅤ去除空白页

GBT17214所有部分工业过程测量和控制装置工作条件

/—:(:,)

气体分析器性能表示第部分总则

GBT18403.120011IEC61207-11994IDT

/—过程分析器试样处理系统性能表示(:,)

GBT197682005IEC611151992IDT

质量管理体系要求(—)

ISO9001QualitmanaementsstemsReuirements

ygyq

3术语和定义

GB/—界定的以及下列术语和定义适用于本文件。

T18403.12001

3.1

磁化率maneticsuscetibilit

gpy

,()。

试验物质的磁场强度与真空条件下磁场强度的变化量的测量见公式1

1

HH

-

………………()

X=1

H

式中:

———,;

X磁化率无量纲

-1

———,(·);

H真空状态下的磁场强度单位为安培每米Am

1-1

———,(·)。

H试验物质中的磁场强度单位为安培每米Am

3.1.1

顺磁性物质aramanetism

pg

能增加磁场强度的物质()。

X>0

3.1.2

()

反逆磁性物质diamanetism

g

(1,)。

能衰减磁场强度的物质因H<H所以X<0

1

/—/:

GBT18403.32014IEC61207-32002

3.1.3

磁化率系数secificmaneticsuscetibilit

pgpy

,()。

磁化率的比率见公式2

X

………………()

XS=2

D

式中:

3-1

———,(·);

XS磁化率系数单位为立方厘米每克cmg

———()、(),,

D在273.15K0℃101.3kPa1bar条件下被测物质的密度单位为克每立方厘米

(·cm-3)。

g

3.1.4

摩尔磁化率molarmaneticsuscetibilit

gpy

,()。

摩尔磁化率是磁化系数乘以被测物质的分子量见公式3

·………………()

XXM3

=

mS

式中:

3-1

———,(·);

Xm摩尔磁化率单位为立方厘米每摩尔cmmol

———,(·-1)()。

M摩尔质量单位为克每摩尔gmol氧为M=32

注1:电子以两种方式决定物质的磁性:

———,;

可以把一个电子看作是带负电荷的小球其自转产生一个磁矩

———电子围绕原子核运动也将产生一个磁矩。

“”“”,。

自旋距和轨道距组合在一起造成单个原子或离子磁性的产生

。,

顺磁材料主要的磁矩来自于不成对电子轨道电子的构型和它们的自旋方向决定了氧分子的顺磁性并从大

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多数其他气体中区分出来。

:,,,

注2当顺磁性气体置于外部磁场内时气体内部的磁通量远远大于其真空时的磁通量这样顺磁性气体就会被吸

。,,

引到磁场最强区域反之含有磁性偶极子的反磁性物质抵消了一些外部磁场的磁力线使得反磁性气体受

到磁力线的排斥。

:。()。

注氧的摩尔磁化率与绝对温度成反比氧的摩尔磁化率通过公式计算

34

(/)-6(3-1)()………………()

·仅限于氧

X1010557T10cmmol4

m=×

:。

注从物理和无机化学教科书中可完全了解顺磁性和逆磁性本部分中顺磁性氧分析器的说明只是给用户一个

4

简单的对其物理性能应用的了解。

3.2

自动零平衡分析器automaticnullbalanceanalzer

y

()。

这种类型分析器的工作遵循顺磁氧分子从非均匀磁场区域置换低压气体或逆磁性气体见图1

,。

测量池中通常有两只充氮的玻璃球构成的哑铃哑铃悬挂在位于磁极部位的扭力带上测量池必须放置

。,。

在磁路中当氧分子进入测量池时通过被磁场最强部位吸引的氧分子产生一个力加在哑铃上使哑铃偏转

、,。

利用光杠杆反馈线圈和适当的电子线路可完成与氧浓度成比例的输出传感器通常保持在恒温下以防止

。,。

磁化率随温度变化而引起测量误差另外高温传感器有助应用于不特别干燥的样气一些分析器的传感器

(),。

设计为可在超373.15K100℃温度下工作这一进步促进了低温下有冷凝物的样气的应用

3.3

()()

热磁磁风分析器thermomaneticmanetic-windanalzers

ggy

,。

此类分析器根据磁化率与温度的关系产生一股磁感应气流其气体流量可通过流量传感器测量

()。

样气进入分析室时在入口处被分成两路见图2

。,。

两股气流在出口处汇合连接管位于两股气流的中央流量传感器应绕在其上连接管的一端置

。,

于强磁体的非均匀磁场中流量传感器上缠绕两根金属线圈第一线圈的一半由电流加热至大约

()。,,

353.15K80℃磁场吸引冷的氧分子使之进入中央连接管并被加热氧分子的磁化率降低更多冷

2

/—/:

GBT18403.32014IEC61207-32002

。()

的氧分子被吸入继续进入连接管含氧样气在第一个线圈它位于磁场区域的横向连接管中产生流

,。(:),

动而第二线圈的温度并不受横向流量的影响这两个线圈是由热敏导线例如铂线绕制的并且构

(),。

成惠斯通桥路Wheatstone电桥产生的不平衡电流与样气中氧的分压近似成正比例关系

,,

现在有更多的分析器使用更准确的测量元件如采用环型电阻代替两个线圈的流量传感器并增加

温度控制以减小环境温度的影响。

,,。

由于这种方法依赖于热传导背景气的热导率将影响氧的读数因此背景气的组成必须已知一些

分析器利用进一步的补偿设备能够给出一级校正。

,。

热磁分析器不能产生严格的线性输出需要辅助信号处理过程才能变成线性输出

3.4

压差分析器()

differentialressureuinckeanalzers

pQy

(:)。

这类分析器是利用参比气体例如氮气建立的气动平衡系统参比气体的气流在测量池的入口

,,。()

被分成两路这些气流在参比气体出口处汇合并在此导入样气压差传感器或微流传感器安装在两

。,

路参比气流之间能够检测到任何不平衡状态磁场被安装在接近参比气体出口处的支路上使样气中

,()。

的氧被吸入到支路内形成压差并被压力传感器检测见图3

,,。

压差分析器不依赖背景气的热传导率传感器只和参比气接触故样气对传感器的腐蚀性极小一

,。

些仪器使用脉冲磁场来提高灵敏度或用某种设计以补偿振动带来的影响

3.5

危险区域hazardousarea

、,。

有可能放出可燃气体蒸气或粉尘的区域在此区域电子设备的使用受到限制

3.6

必要辅助单元essentialancillarunits

y

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(:、)。

必要的辅助单元是缺少它分析器无法工作的单元例如校准系统标准气系统和取样系统

3.6.1

取样系统samlesstems

py

。/—。

图和图为典型取样系统取样系统的详细要求见

46GBT197682005

,。

取样系统是系统的组成部分安装在面板或分析室内以这种方式将样气从取样点输送到分析器

,:

的目的是使样气获得可靠的测量取样系统组件包括

———压力调节器;

———流量计;

———过滤装置;

———;

泵

———(/);

阀手动和或电动控制

———捕获器或分离器;

———冷却器;

———加热器;

———干燥装置;

———净化装置。

,。

为使分析器满足技术规范中规定的额定工作范围要求取样系统一般由制造商或用户设计根据

,、、

过程中样气条件设计系统样气压力温度含尘量和其他气体及蒸气的压力变化将影响最终的取样系

统的设计。

3.7

样气露点samledewoint

pp

,。

样气的露点用表示温度在露点或其以下会发生冷凝

K

3

/—/:

GBT18403.32014IEC61207-32002

,。

分析器应在样气露点以上至少5K的条件下运行以防止冷凝发生

:,。

注分析器入口处出现冷凝通常会引起故障水蒸气或其他蒸气冷凝的形成取决于样气的性质

3.8

参比气referenceas

g

(),。,

压差或Quincke法分析器需要已知恒定组分的参比气通常采用纯氮气参比气中可能含有氧

,,。

对抑零产生一定的影响但是当测量高浓度氧气时是有益的可以减少大气压的影响

4程序说明

/—,:

GBT18403.12001中详细描述了程序说明包括

———工作和贮存要求;

———测量和输出信号的范围的说明;

———误差极限;

———(/—)。

推荐的参比值和影响量的额定范围见GBT17214.11998

。

本部分规定了主要辅助单元和装置的要求详细叙述了性能附加特性的说明和有关顺磁分析器性

能的重要方面。

4.1基本辅助单元和设备的性能

4.1.1取样系统

规定取样系统提供的样气应在分析器影响量的额定范围内。

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注:取样系统的简单组件。、、、

1可包含在分析器内样气流量计样气流量调节器旁路流量计旁路流量调节器和样气

过滤器通常是分析器的一部分。

:,。

注2如果某一系统组件包含在分析器内其影响量的额定范围要小于取样系统在外的分析器

,,。

除分析器响应时间外取样系统也会增加延迟因此应规定取样系统的响应时间

,、