Analyzer란 공정상의 material에 대해 상태, 양, 조성 등에 관해 Analizing 하는 instrument를 말한다. 다른 instrument들과 마찬가지로 Analyzer 역시 측정 대상 및 방법에 따라 많은 종류로 나누는데 이 는 크게 세 가지로 분류할 수 있다. 첫 번째로 물질적 특성에 따른 분류로 옥탄가, O2, 어는점, 끓 는 점 analyzer 등을 들 수 있다. 두 번째로는 빛을 이용하는 Dispersive, Non-dispersive analyzer로 IR analyzer, UV analyzer 등이 있다. 마지막으로는 위 두가지에 해당하지 않는 analyzer로 Gas chromatograph와 같은 analyzer들이 있다.
Oxygen Analyzer
산소는 산업 현장과 일상 속에서 산화와 연소에 대해 매우 다양한 분야에 걸쳐 필수적인 요소이다. 많은 업체와 관계자들이 순수한 산소와 산소를 포함하고 있는 불활성 기체에 대한 산소 농도를 측정코자 한다. 이러한 요구에 부응하여 특성화된 Oxygen detector들이 각 환경의 application에 사용된다. 오늘날 사용 되는 산소 분석기들은 Oxygen의 paramagnetic 성질1)과 electrochemical 성질을 이용하거나 촉매 반응을 이용하여 구현한 것들이 대부분이다.
Paramagnetic Oxygen Detectors
Instrument의 기본적인 세 타입은 산소 기체의 paramagnetic 성질을 이용한다. ① Deflection design: 기체 농도의 변화 측정이 가능할 정도로 일정한 paramagnetic 성질이 필요 ② Thermal design: paramagnetic gas(산소)의 온도가 올라감에 따라 paramagnetic 효과가 줄어듬을 이용 ③ Reference-gas design: 산소를 포함하는 두 기체가 자기장 내에서 섞여 있을 때, 이로 인해 차 압이 생성
Deflection-type analyzer
구조 : 자기력이 한 축에 대해서 자유로이 회전할 수 있는 test body에 작용한다. 이 자기력은 test body와 body 주위의 gas의 volume magnetic susceptibilit y2) 차에 비례한다.덤벨 성분은 glass로 만들고 질소 혹은 낮은 magnetic susceptibility를 가진 기체로 채워진다. 이 러한 dumbbell은 내용물로 인해 최대 자기력의 위치 로부터 약간 비껴가게 된다.
원리 : Sample gas가 산소를 포함할 때, 이 산소는 최대 장력의 위치에 끌리게 되고, 그로 인해 덤벨을 최대 장력 위치로 옮기거나 회전시키게 된다. 높은 paramagnetic 성질을 갖는 산소는 자기장에 집중되고, test body에 대한 회전력은 산소 농도 에 대한 linear function으로 검출 될 수 있다. Test body가 자기장 밖으로 회전을 시작할 때 장치된 거울도 돌고, 그로 인해 기존의 빛 균형이 바 뀌게 된다.
한계 : 섬세한 센서이기 때문에 충격흡수대 위에 설치해야 한다. Sample 내의 Dirt는 오류를 발생케 한다.→ Sampling system은 청정 stream을 보장해야 한다. Sample 내의 background gas의 magnetic susceptibility 환경의 진동과 sample temperature 내의 진동은 오류를 야기할 수 있다.
적용 : 연소 효율의 모니터링, 호흡 공기의 순도 모니터링, protective atmosphere의 순도를 모니터링
Thermal-Type Analyzer
구조 및 원리
Ring으로 유입된 Sample의 paramagnetic oxygen contents는 저항들이 gas를 가열하고 있는 수평 의 tube 내에 형성된 자기장에 의해 끌리게 된다. 이 때, flow rate의 변화로 인해 resistance 변화가 야기되는데 이른 검출하기 위한 휘트스톤 브릿지 에 앞의 저항들이 연결되어 있다.가열된 sample 내의 산소는 그것의 paramagnetism의 많은 부분을 잃게 되고, 유입된 sample 내로 부터 끌어당겨지는 더 낮은 온도의 산소는 가열되어 nonmagnetic인 산소를 대체하게 된다. 이러한 과정은 흔히 magnetic wind라고 불리는 대류 전류를 낳게 된다.→ wind flow rate은 산소 농도의 함수이고, 저항에 의해 검출된다. Gas flow는 왼편의 권선을 냉각시키고 오른편의 권선을 가열한다. 결과적인 온도 차이는 브릿지를 불균형하게 한다.
강점 및 한계
강점: 튼튼하다
한계 : 저항의 가열 및 냉각이 flow rate 만의 함수가 아니라 압력과 조성의 함수도 되기 때문에 오류가 발 생할 수도 있다.→ compensation이 필요하다. Sample의 background gas 내의 온도와 열전도 변화에 대한 보상이 필요하다.→ 고온에 의한 안정 도와 신뢰도 문제 발생