IEC 61207-3:2002

NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
61207-3
INTERNATIONAL
Deuxième édition
STANDARD
Second edition
2002-04
Analyseurs de gaz –
Expression des qualités de fonctionnement –
Partie 3:
Analyseurs d'oxygène paramagnétiques
Gas analyzers –
Expression of performance –
Part 3:
Paramagnetic oxygen analyzers
Numéro de référence
Reference number
CEI/IEC 61207-3:2002
Numérotation des publications Publication numbering

Depuis le 1er janvier 1997, les publications de la CEI As from 1 January 1997 all IEC publications are

sont numérotées à partir de 60000. Ainsi, la CEI 34-1 issued with a designation in the 60000 series. For

devient la CEI 60034-1. example, IEC 34-1 is now referred to as IEC 60034-1.

Editions consolidées Consolidated editions

Les versions consolidées de certaines publications de la The IEC is now publishing consolidated versions of its

CEI incorporant les amendements sont disponibles. Par publications. For example, edition numbers 1.0, 1.1

exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 indiquent and 1.2 refer, respectively, to the base publication,
respectivement la publication de base, la publication de the base publication incorporating amendment 1 and
base incorporant l’amendement 1, et la publication de the base publication incorporating amendments 1
base incorporant les amendements 1 et 2. and 2.
Informations supplémentaires Further information on IEC publications
sur les publications de la CEI
Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept
constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état under constant review by the IEC, thus ensuring that
actuel de la technique. Des renseignements relatifs à the content reflects current technology. Information
cette publication, y compris sa validité, sont dispo- relating to this publication, including its validity, is
nibles dans le Catalogue des publications de la CEI available in the IEC Catalogue of publications
(voir ci-dessous) en plus des nouvelles éditions, (see below) in addition to new editions, amendments
amendements et corrigenda. Des informations sur les and corrigenda. Information on the subjects under
sujets à l’étude et l’avancement des travaux entrepris consideration and work in progress undertaken by the
par le comité d’études qui a élaboré cette publication, technical committee which has prepared this
ainsi que la liste des publications parues, sont publication, as well as the list of publications issued,
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NORME CEI
INTERNATIONALE IEC
61207-3
INTERNATIONAL
Deuxième édition
STANDARD
Second edition
2002-04
Analyseurs de gaz –
Expression des qualités de fonctionnement –
Partie 3:
Analyseurs d'oxygène paramagnétiques
Gas analyzers –
Expression of performance –
Part 3:
Paramagnetic oxygen analyzers
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U
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International Electrotechnical Commission
Международная Электротехническая Комиссия
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– 2 – 61207-3 © CEI:2002
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS .4

INTRODUCTION.8

1 Domaine d’application et objet .10

2 Références normatives .10

3 Définitions .12
4 Procédures d'établissement des spécifications.20
4.1 Spécification des unités et services auxiliaires essentiels.20
4.2 Caractéristiques supplémentaires concernant la spécification des qualités
de fonctionnement .22
4.3 Aspects importants liés à la spécification des qualités de fonctionnement .22
5 Procédures pour les essais de conformité .26
5.1 Introduction .26
5.2 Procédures d'essai .28
Annexe A (informative) Gaz interférents .44
Annexe B (informative) Méthodes de préparation de la vapeur d'eau dans les gaz d'essai.50
Bibliographie .54
Figure 1 – Système à équilibrage magnétique automatique avec courant de réaction .30
Figure 2 – Capteur d'oxygène thermomagnétique .32
Figure 3 – Capteur d'oxygène à pression différentielle .34
Figure 4 – Système d'échantillonnage types – Système avec filtre séchage et pompe
pour échantillons humides.36
Figure 5 – Dispositif général d'essai pour gaz secs.38
Figure 6 – Système d'échantillonnage type – Système à aspiration de vapeur
avec lavage à l'eau pour échantillons humides.40
Figure 7 – Equipement général d'essai permettant d'alimenter en gaz et en vapeur
d'eau des systèmes d'analyse .42
Tableau A.1 – Facteurs de correction du zéro pour des gaz courants.46

61207-3 © IEC:2002 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD.5

INTRODUCTION.9

1 Scope and object.11

2 Normative references .11

3 Definitions .13
4 Procedures for specification .21
4.1 Specification of essential ancillary units and services.21
4.2 Additional characteristics related to specification of performance. .23
4.3 Important aspects related to specification of performance .23
5 Procedures for compliance testing.27
5.1 Introduction .27
5.2 Testing procedures.29
Annex A (informative) Interfering gases .45
Annex B (informative) Methods of preparation of water vapour in test gases.51
Bibliography.55
Figure 1 – Magnetic auto-balance system with current feedback.31
Figure 2 – Thermomagnetic oxygen sensor.33
Figure 3 – Differential pressure oxygen sensor .35
Figure 4 – Typical sampling systems – Filtered and dried system with pump
for wet samples .37
Figure 5 – General test arrangement – Dry gases .39
Figure 6 – Typical sampling system – Steam-aspirated system with water wash
for wet samples .41
Figure 7 – Test apparatus to apply gases and water vapour to analysis systems .43
Table A.1 – Zero correction factors for current gases.47

– 4 – 61207-3 © CEI:2002
COMMISSION ÉLECTROTECHNIQUE INTERNATIONALE

____________
ANALYSEURS DE GAZ –
EXPRESSION DES QUALITÉS DE FONCTIONNEMENT –

Partie 3: Analyseurs d'oxygène paramagnétiques

AVANT-PROPOS
1) La CEI (Commission Electrotechnique Internationale) est une organisation mondiale de normalisation composée
de l'ensemble des comités électrotechniques nationaux (Comités nationaux de la CEI). La CEI a pour objet de
favoriser la coopération internationale pour toutes les questions de normalisation dans les domaines de
l'électricité et de l'électronique. A cet effet, la CEI, entre autres activités, publie des Normes internationales.
Leur élaboration est confiée à des comités d'études, aux travaux desquels tout Comité national intéressé par le
sujet traité peut participer. Les organisations internationales, gouvernementales et non gouvernementales, en
liaison avec la CEI, participent également aux travaux. La CEI collabore étroitement avec l'Organisation
Internationale de Normalisation (ISO), selon des conditions fixées par accord entre les deux organisations.
2) Les décisions ou accords officiels de la CEI concernant les questions techniques représentent, dans la mesure
du possible, un accord international sur les sujets étudiés, étant donné que les Comités nationaux intéressés
sont représentés dans chaque comité d’études.
3) Les documents produits se présentent sous la forme de recommandations internationales. Ils sont publiés
comme normes, spécifications techniques, rapports techniques ou guides et agréés comme tels par les Comités
nationaux.
4) Dans le but d'encourager l'unification internationale, les Comités nationaux de la CEI s'engagent à appliquer de
façon transparente, dans toute la mesure possible, les Normes internationales de la CEI dans leurs normes
nationales et régionales. Toute divergence entre la norme de la CEI et la norme nationale ou régionale
correspondante doit être indiquée en termes clairs dans cette dernière.
5) La CEI n’a fixé aucune procédure concernant le marquage comme indication d’approbation et sa responsabilité
n’est pas engagée quand un matériel est déclaré conforme à l’une de ses normes.
6) L’attention est attirée sur le fait que certains des éléments de la présente Norme internationale peuvent faire
l’objet de droits de propriété intellectuelle ou de droits analogues. La CEI ne saurait être tenue pour
responsable de ne pas avoir identifié de tels droits de propriété et de ne pas avoir signalé leur existence.
La Norme internationale CEI 61207-3 a été établie par le sous-comité 65D: Appareils pour
l'analyse de composition, du comité d'études 65 de la CEI: Mesure et commande dans les
processus industriels.
Cette deuxième édition annule et remplace la première édition parue en 1998, dont elle constitue
une révision technique.
Le texte de cette norme est issu des documents suivants:

FDIS Rapport de vote
65D/79/FDIS 65D/86/RVD
Le rapport de vote indiqué dans le tableau ci-dessus donne toute information sur le vote ayant
abouti à l'approbation de cette norme.
Cette publication a été rédigée selon les Directives ISO/CEI, Partie 3.
Les annexes A et B sont données uniquement à titre d'information.
Cette norme doit être utilisée conjointement avec la CEI 61207-1.

61207-3 © IEC:2002 – 5 –
INTERNATIONAL ELECTROTECHNICAL COMMISSION

____________
GAS ANALYZERS –
EXPRESSION OF PERFORMANCE –
Part 3: Paramagnetic oxygen analyzers

FOREWORD
1) The IEC (International Electrotechnical Commission) is a worldwide organization for standardization comprising
all national electrotechnical committees (IEC National Committees). The object of the IEC is to promote
international co-operation on all questions concerning standardization in the electrical and electronic fields. To
this end and in addition to other activities, the IEC publishes International Standards. Their preparation is
entrusted to technical committees; any IEC National Committee interested in the subject dealt with may
participate in this preparatory work. International, governmental and non-governmental organizations liaising
with the IEC also participate in this preparation. The IEC collaborates closely with the International
Organization for Standardization (ISO) in accordance with conditions determined by agreement between the
two organizations.
2) The formal decisions or agreements of the IEC on technical matters express, as nearly as possible, an
international consensus of opinion on the relevant subjects since each technical committee has representation
from all interested National Committees.
3) The documents produced have the form of recommendations for international use and are published in the form
of standards, technical specifications, technical reports or guides and they are accepted by the National
Committees in that sense.
4) In order to promote international unification, IEC National Committees undertake to apply IEC International
Standards transparently to the maximum extent possible in their national and regional standards. Any
divergence between the IEC Standard and the corresponding national or regional standard shall be clearly
indicated in the latter.
5) The IEC provides no marking procedure to indicate its approval and cannot be rendered responsible for any
equipment declared to be in conformity with one of its standards.
6) Attention is drawn to the possibility that some of the elements of this International Standard may be the subject
of patent rights. The IEC shall not be held responsible for identifying any or all such patent rights.
International Standard IEC 61207-3 has been prepared by subcommittee 65D: Analyzing
equipment, of IEC technical committee 65: Industrial-process measurement and control.
This second edition cancels and replaces the first edition published in 1998 and constitutes a
technical revision.
The text of this standard is based on the following documents:
FDIS Report on voting
65D/79/FDIS 65D/86/RVD
Full information on the voting for the approval of this standard can be found in the report on
voting indicated in the above table.
This publication has been drafted in accordance with the ISO/IEC Directives, Part 3.
Annexes A and B are for information only.
This standard shall be used in conjunction with IEC 61207-1.

– 6 – 61207-3 © CEI:2002
La CEI 61207-3 constitue la partie 3 d’une série de publications, présentées sous le titre général

Analyseurs de gaz – Expression des qualités de fonctionnement:

– Partie 1: Généralités
– Partie 2: Oxygène contenu dans le gaz (utilisant des capteurs électrochimiques à haute

température)
– Partie 3: Analyseurs d'oxygène paramagnétiques

– Partie 6: Analyseurs photométriques

– Partie 7: Analyseurs par infrarouges pour gaz

Les parties 4 et 5 sont à l'étude.
Le comité a décidé que le contenu de cette publication ne sera pas modifié avant 2006.
A cette date, la publication sera
• reconduite;
• supprimée;
• remplacée par une édition révisée, ou
• amendée.
Le contenu du corrigendum de janvier 2003 et mai 2003 a été pris en considération dans cet
exemplaire.
61207-3 © IEC:2002 – 7 –
IEC 61207-3 constitutes part 3 of a series of publications under the general title Gas
analyzers – Expression of performance:

– Part 1: General
– Part 2: Oxygen in gas (utilizing high-temperature electrochemical sensors)

– Part 3: Paramagnetic oxygen analyzers

– Part 6: Photometric analyzers

– Part 7: Infra-red analyzers
Parts 4 and 5 are under consideration.

The committee has decided that the contents of this publication will remain unchanged
until 2006. At this date, the publication will be
• reconfirmed;
• withdrawn;
• replaced by a revised edition, or
• amended.
The contents of the corrigendum of January 2003 and May 2003 have been included in this
copy.
– 8 – 61207-3 © CEI:2002
INTRODUCTION
Les analyseurs d’oxygène paramagnétiques sont sensibles aux pressions partielles et non pas

à la concentration en volume de l’oxygène. Ils sont utilisés pour de nombreuses applications

industrielles, de laboratoire et autres où le domaine de mesure assigné de l'analyseur se situe

entre les gammes 0 % à 1 % et 0 % à 100 %.

Seuls quelques gaz présentent un phénomène de paramagnétisme (par exemple l’oxygène,

l’oxyde 43 et le dioxyde d’azote). L'oxygène a une susceptibilité paramagnétique particulière-

ment forte (voir annexe A). Cette propriété particulière de l'oxygène a permis de concevoir des

analyseurs capables d'effectuer des mesurages très spécifiques dans la plupart des

applications industrielles, par exemple lorsqu'il peut exister une quantité importante d'hydro-
carbures résiduels.
Plusieurs techniques différentes de mesurage des propriétés paramagnétiques de l'oxygène
sont décrites. Les trois principales méthodes, utilisées commercialement depuis des années,
ont évolué au fil du temps. Ces trois méthodes sont les suivantes:
– équilibrage automatique à méthode de zéro;
– vent thermomagnétique ou magnétique;
– pression différentielle ou méthode de Quincke.
Ces méthodes nécessitent toutes que le gaz échantillon soit propre et sec; cependant,
certaines versions fonctionnent à des températures élevées, afin que les échantillons qui ont
des chances de se condenser à des températures inférieures puissent être analysés.
Cette prescription fait qu'il est souvent nécessaire que les analyseurs soient équipés d'un
système d'échantillonnage afin de conditionner l'échantillon avant le mesurage.

61207-3 © IEC:2002 – 9 –
INTRODUCTION
Paramagnetic oxygen analyzers respond to partial pressure and not volumetric concentration.

They are used in a wide range of industrial, laboratory and other applications where the rated

measuring range of the analyzer is between 0 % to 1 % and 0 % to 100 %, at reference

pressure.
Only a few gases display paramagnetism (for example, oxygen, nitric oxide and nitrogen

dioxide). Oxygen has a particularly strong paramagnetic susceptibility (see annex A). By

employing this particular property of oxygen, analyzers have been designed which can be

highly specific to the measurement in most industrial applications, where, for example, high

background levels of hydrocarbons may be present.
There are several different techniques described for measuring the paramagnetic properties
of oxygen, but three main methods have evolved over many years of commercial application.
The three methods are:
– automatic null balance;
– thermomagnetic or magnetic wind;
– differential pressure or Quincke.
These methods all require the sample gas to be clean and dry, though some versions work at
elevated temperatures so that samples that are likely to condense at a lower temperature can
be analyzed.
Because of this requirement, analyzers often require a sample system to condition the sample
prior to measurement.
– 10 – 61207-3 © CEI:2002
ANALYSEURS DE GAZ –
EXPRESSION DES QUALITÉS DE FONCTIONNEMENT –

Partie 3: Analyseurs d'oxygène paramagnétiques

1 Domaine d’application et objet

La présente partie de la CEI 61207 traite des trois principales méthodes de mesure présentées
dans l'introduction. Elle porte sur des unités auxiliaires essentielles et concerne les analyseurs
installés en intérieur comme à l’extérieur.
NOTE  Les applications présentant un risque particulier au point de vue sécurité peuvent nécessiter des
prescriptions supplémentaires relatives aux caractéristiques du système et de l'analyseur qui ne sont pas traitées
dans la présente norme.
Cette norme a pour objet
– de spécifier la terminologie et les définitions liées aux qualités de fonctionnement des
analyseurs de gaz paramagnétiques utilisés pour le mesurage de l'oxygène dans un gaz
source;
– d’unifier les méthodes utilisées en fournissant et en vérifiant les indications relatives à
la qualité de fonctionnement de ces analyseurs;
– de spécifier les essais à effectuer afin de déterminer la qualité de fonctionnement et la
manière dont il convient de réaliser ces essais;
– de stipuler des documents de base permettant d'appliquer les normes d'assurance de
la qualité (ISO 9001, ISO 9002 et ISO 9003).
2 Références normatives
Les documents de référence suivants sont indispensables pour l'application du présent
document. Pour les références datées, seule l'édition citée s'applique. Pour les références non
datées, la dernière édition du document de référence s'applique (y compris les éventuels
amendements).
CEI 60654-1:1993, Matériels de mesure et de commande dans les processus industriels –
Conditions de fonctionnement – Partie 1: Conditions climatiques

CEI 61115:1992, Expression des qualités de fonctionnement des systèmes de manipulation
d'échantillon pour analyseurs de processus
CEI 61207-1:1994, Expression des qualités de fonctionnement des analyseurs de gaz –
Partie 1: Généralités
ISO 9001:2000, Systèmes de management de la qualité – Exigences
ISO 9002:1994, Systèmes qualité – Modèle pour l'assurance de la qualité en production,
installation et prestations associées
ISO 9003:1994, Systèmes qualité – Modèle pour l'assurance de qualité en contrôle et essais
finals
61207-3 © IEC:2002 – 11 –
GAS ANALYZERS –
EXPRESSION OF PERFORMANCE –
Part 3: Paramagnetic oxygen analyzers

1 Scope and object
This part of IEC 61207 applies to the three main methods outlined in the introduction.
It considers essential ancillary units and applies to analyzers installed indoors and outdoors.
NOTE Safety critical applications can require an additional requirement of system and analyzer specifications not
covered in this standard.
This standard is intended
– to specify terminology and definitions related to the functional performance of para-
magnetic gas analyzers for the measurement of oxygen in a source gas;
– to unify methods used in making and verifying statements on the functional performance of
such analyzers;
– to specify what tests should be performed to determine the functional performance and
how such tests should be carried out;
– to provide basic documents to support the application of standards of quality assurance
(ISO 9001, ISO 9002 and ISO 9003).
2 Normative references
The following referenced documents are indispensable for the application of this document.
For dated references, only the edition cited applies. For undated references, the latest edition
of the referenced document (including any amendments) applies.
IEC 60654-1:1993, Industrial-process measurement and control equipment – Operating
conditions – Part 1: Climatic conditions
IEC 61115:1992, Expression of performance of sample handling systems for process
analyzers
IEC 61207-1:1994, Expression of performance of gas analyzers – Part 1: General

ISO 9001:2000, Quality management systems – Requirements
ISO 9002:1994, Quality systems – Model for quality assurance in production, installation and
servicing
ISO 9003:1994, Quality systems – Model for quality assurance in final inspection and test

– 12 – 61207-3 © CEI:2002
3 Définitions
Pour les besoins de la présente partie de la CEI 61207, les définitions suivantes s'appliquent.

3.1
susceptibilité magnétique
mesure (X) relative de la variation de l’intensité du champ magnétique H dans une portion

d’espace contenant du vide lorsqu’on substitue à ce vide la substance en essai

H − H
X = (1)
H
où
H est l’intensité du champ magnétique dans le vide;
H est l’intensité du champ magnétique dans la substance en essai.
3.1.1
paramagnétisme
substances qui provoquent une augmentation du champ magnétique (X > 0)
3.1.2
diamagnétisme
substances qui provoquent une diminution du champ magnétique (X < 0 car H < H)
3.1.3
susceptibilité magnétique spécifique
rapport de la susceptibilité magnétique à la masse comme suit:
X
X =   (2)
s
D
où
–3
D est la densité de la substance considérée, exprimée en gּcm (Système Cgs), à 273,15 K
3 –1
(0 °C) et 101,3 kPa (= 1 bar). L’unité de mesure de X est donc le cm ּg .
s
3.1.4
susceptibilité magnétique molaire
la susceptibilité magnétique molaire X est le produit de la susceptibilité magnétique spéci-
m
fique par la masse molaire de la substance considérée:
X = X ⋅ M (3)
m s
où
–1
M est exprimé en grammes par mole (gּmol ); pour l’oxygène, M = 32
3 –1 –1 3 –1
L’unité de mesure de X est donc le cm ּg ּgּmol = cm ּmol (Système Cgs).
m
NOTE 1  Les électrons déterminent les propriétés magnétiques de la matière de deux manières:
– un électron peut être considéré comme une petite sphère chargée négativement qui tourne sur son
axe. Cette charge tournante produit un moment magnétique;
– un électron qui décrit une orbite autour d’un noyau produit également un moment magnétique.

61207-3 © IEC:2002 – 13 –
3 Definitions
For the purposes of this part of IEC 61270, the following definitions apply.

3.1
magnetic susceptibility
measure (X) of the variation of the intensity of a magnetic field H, existing in a vacuum, when

the vacuum is substituted (filled) by the test substance

H − H
X = (1)
H
where
H is the magnetic field intensity in vacuum;
H is the magnetic field intensity in the test substance.
3.1.1
paramagnetism
substances causing an increase of the magnetic field intensity (X > 0)
3.1.2
diamagnetism
substances causing a diminution of the magnetic field intensity (X < 0 because H < H)
3.1.3
specific magnetic susceptibility
ratio of magnetic susceptibility as follows:
X
X =   (2)
s
D
where
–3
D is the density of the considered substance, expressed in gּcm at 273,15 K (0 °C) and
101,3 kPa (= 1 bar).
3 –1
The measuring unit of X is therefore cm ּg .
s
3.1.4
molar magnetic susceptibility
the molar magnetic susceptibility X is the specific magnetic susceptibility multiplied by the

m
molecular weight of the substance considered:
X = X ⋅ M (3)
m s
where
–1
M is expressed in grammes per mole (gּmol ) (for oxygen M = 32).
3 –1 –1 3 –1
The measuring unit of X is therefore cm ּg ּgּmol = cm ּmol .
m
NOTE 1 Electrons determine the magnetic properties of matter in two ways:
– an electron can be considered as a small sphere of negative charge spinning on its axis. This spinning
charge produces a magnetic moment;
– an electron travelling in an orbit around a nucleus will also produce a magnetic moment.

– 14 – 61207-3 © CEI:2002
C’est la combinaison du moment cinétique intrinsèque et du moment cinétique orbital des électrons qui régit les

propriétés magnétiques d’un atome ou d’un ion.

Dans les matériaux paramagnétiques, la principale contribution au moment magnétique provient des électrons non

appairés. C’est la configuration des orbites des électrons et l’orientation de leur rotation qui détermine le
paramagnétisme de la molécule d’oxygène et la distingue de la plupart des autres gaz.

NOTE 2  Lorsque des gaz paramagnétiques sont placés dans un champ magnétique extérieur, le flux dans le gaz

est plus élevé que ce qu’il serait dans le vide, ce qui fait que les gaz paramagnétiques sont attirés vers les zones

où le champ magnétique est le plus fort. A l’opposé, les substances diamagnétiques qui contiennent des dipôles

magnétiques qui rejettent certaines lignes de force du champ extérieur sont repoussées par l’application du champ
magnétique.
NOTE 3 La susceptibilité magnétique molaire de l’oxygène est inversement proportionnelle à la température

absolue T selon
–6 3 –1
X = (1010557/T) × 10 ּcmּmol .
m
(seulement pour l’oxygène).
NOTE 4  Une explication complète du paramagnétisme, du diamagnétisme peut être trouvée dans les ouvrages de
physique et de chimie minérale. Les explications données dans la présente norme sont destinées à fournir aux
utilisateurs d'analyseurs d'oxygène paramagnétiques les bases leur permettant de comprendre les grandes lignes
de la propriété physique utilisée.
3.2
analyseur à équilibrage automatique à méthode de zéro
le principe de fonctionnement de ce type d'analyseur est le déplacement d'un dispositif conte-
nant du vide ou un gaz diamagnétique, dans un volume qui contient le gaz à analyser siège
d’un champ magnétique élevé et non uniforme, par le biais de la mesure de l’action de ce
champ sur les molécules d'oxygène paramagnétiques (voir figure 1).
L'élément de mesure emploie un haltère en verre dont les sphères contiennent de l'azote,
suspendu à une bande de torsion entre des éléments polaires magnétiques qui concentrent le
flux autour de l'haltère. L'élément de mesure doit être placé dans un circuit magnétique.
L'haltère est dévié lorsque des molécules d'oxygène pénètrent dans l'élément de mesure, une
force étant exercée sur l'haltère par les molécules d'oxygène qui sont attirées dans la zone où
le champ magnétique est le plus intense. En utilisant des micromesureurs à miroir, une bobine
de réaction et une électronique adaptée, il est possible d'obtenir en sortie un signal
directement proportionnel à la pression partielle d'oxygène. Le transducteur est habituellement
maintenu à une température constante pour empêcher les variations de susceptibilité
magnétique liées à la température de provoquer des erreurs. De plus, la température élevée
présente une utilité dans les applications où l'échantillon n'est pas particulièrement sec.
Certains analyseurs sont conçus pour que le capteur fonctionne à une température de plus de
373,15 K (100 °C), afin de faciliter encore les applications où des condensats se formeraient à
une température inférieure.
61207-3 © IEC:2002 – 15 –
It is the combination of the spin moment and the orbital moment that governs the resulting magnetic properties of

an individual atom or ion.
In paramagnetic materials, the main contribution to the magnetic moment comes from unpaired electrons. It is the
configuration of the orbital electrons and their spin orientations that establish the paramagnetism of the oxygen
molecule and distinguish it from most other gases.

NOTE 2  When paramagnetic gases are placed within an external magnetic field, the flux within the gas is higher

than it would be in a vacuum, thus paramagnetic gases are attracted to the part of the magnetic field with the

strongest magnetic flux. On the contrary, diamagnetic substances contain magnetic dipoles which cancel out some

lines of force from the external field; thus diamagnetic gases are subject to repulsion by the magnetic flux.

NOTE 3 The molar magnetic susceptibility of oxygen is inversely proportional to the absolute temperature T

according to
–6 3 –1
X = (1010557 / T) × 10 ּcmּmol .
m
(only for oxygen).
NOTE 4  A full understanding of paramagnetism and diamagnetism can be obtained from physics and inorganic
chemistry textbooks. The explanation in this standard is to give the user of paramagnetic oxygen analyzers a
simple understanding of the physical property utilized.
3.2
automatic null balance analyzer
this type of analyzer uses, as a general principle of operation, the displacement of a body
containing a vacuum or a diamagnetic gas, from a region of high magnetic field by para-
magnetic oxygen molecules (see figure 1).
The measuring cell typically employs a glass dumb-bell, with the spheres containing nitrogen,
suspended on a torsion strip between magnetic pole pieces that concentrate the flux around
the dumb-bell. The measuring cell has to be placed in a magnetic circuit. The dumb-bell is
then deflected when oxygen molecules enter the measuring cell, a force being exerted on the
dumb-bell by the oxygen molecules which are attracted to the strongest part of the magnetic
field. By use of optical levers, a feed-back coil, and suitable electronics, an output that is
directly proportional to the partial pressure of oxygen can be achieved. The transducer is
usually maintained at a constant temperature to prevent the variations in magnetic
susceptibility with temperature from introducing errors. Additionally, the elevated temperature
helps in applications where the sample is not particularly dry. Some analyzers are designed
so that the transducer operates at a temperature in excess of 373,15 K (100 °C) to further
facilitate applications where condensates would form at lower temperature.

– 16 – 61207-3 © CEI:2002
3.3
analyseurs thermomagnétiques (à «vent» magnétique)

ce type d'analyseur utilise la relation entre la susceptibilité magnétique et température pour

générer un débit de gaz induit magnétiquement qui peut être mesuré par un capteur de débit.

Le gaz échantillon passe dans une chambre conçue de manière que le débit soit divisé en

deux à l'entrée (voir figure 2).

Les deux débits se recombinent à la sortie. Le capteur de débit est enroulé autour d'un tube

qui relie les deux branches. La moitié du tube de raccordement est placée entre les pôles d'un

aimant puissant. Le capteur de débit est constitué de deux bobines de fil électrique chauffées à

353,15 K (80 °C) environ par le passage d'un courant. Les molécules d'oxygène froides sont

déviées par le champ magnétique dans le tube central. Leur susceptibilité magnétique diminue

au fur et à mesure qu’elles se réchauffent (gradient de température dans le tube) et d'autres
molécules d’oxygène froides peuvent pénétrer dans le tube de raccordement. Un flux
d’oxygène parcourt le tube dont l’effet est de refroidir la première bobine (celle placée dans la
zone de champ magnétique élevé), alors que la température de la deuxième bobine du capteur
n’est pas affectée par ce flux transversal. Du fait que les bobines sont constituées de fil
thermo-sensible (par exemple du platine) et connectées ensembles à un pont de Wheatstone,
le courant de déséquilibre résultant est fonction pratiquement proportionnelle de la pression
partielle d’oxygène dans le gaz analysé.
Les analyseurs les plus récents utilisent des éléments de mesure plus élaborés, des résis-
tances toroïdales au lieu du capteur de débit à deux bobines, et un système de régulation de
température pour minimiser les changements de température ambiante.
Cette méthode reposant sur le transfert thermique, la conductivité thermique des gaz résiduels
influe sur le mesurage de l'oxygène. Il est donc nécessaire de connaître la composition des
gaz résiduels. Dans ce cas également, les analyseurs de gaz plus récents apportent une
correction par le biais de dispositifs de compensation supplémentaires.
La sortie des analyseurs thermomagnétiques n'est pas strictement linéaire et il est nécessaire
de procéder à un traitement supplémentaire du signal pour obtenir une sortie linéaire.
3.4
analyseurs à pression différentielle (Quincke)
ce type d'analyseur utilise un système de comparateur pneumatique établi à l'aide d'un gaz de
référence (tel que l'azote). L'élément de mesure est conçu de telle sorte que le débit de gaz de
référence soit divisé en deux à l'entrée. Ces deux débits se recombinent en sortie, à l’endroit
où le gaz à analyser est également introduit. Un capteur de pression différentielle (ou un
capteur de microdébit) est positionné à l’intérieur des deux flots de gaz de référence, de sorte
que tout déséquilibre soit détecté. Un aimant est placé à proximité de la sortie du gaz de
référence sur une des branches de l'élément de mesure, de sorte que l'oxygène présent dans
l'échantillon soit attiré dans la branche en question, ce qui provoque une contre-pression

détectée par le capteur de pression (voir figure 3).
Les analyseurs à pression différentielle sont indépendants de la conductivité thermique des
gaz résiduels et, comme seul le gaz de référence entre en contact avec le capteur, les
problèmes de corrosion sont minimes. Certains instruments utilisent des champs magnétiques
en régime pulsé pour améliorer la sensibilité à l'inclinaison (position) et d'autres modèles
compensent l'effet des vibrations.
3.5
zone dangereuse
zone où il existe un risque de libération de gaz, vapeurs ou poussières inflammables. Les
limitations relatives à l’utilisation d’équipements électriques s’appliquent dans ces zones

61207-3 © IEC:2002 – 17 –
3.3
thermomagnetic (magnetic-wind) analyzers

this type of analyzer utilizes the temperature dependence of the magnetic susceptibility to

generate a magnetically induced gas flow which can then be measured by a flow sensor. The

sample gas passes into a chamber designed in such a way that the inlet splits the flow (see
figure 2).
The two flows recombine at the outlet. A connecting tube is placed centrally with the flow

sensor wound on it. Half of the connecting tube is placed between the poles of a strong

magnet. The flow sensor is effectively two coils of wire heated to about 353,15 K (80 °C) by

passage of a current. The cold oxygen molecules are diverted by the magnetic field into the

central tube, and, as they heat up, their magnetic susceptibility is reduced and more cold
oxygen molecules enter the connecting tube. A flow of oxygen is generated in this way
through the transversal connecting tube, with the effect of cooling the first coil (which is
placed in the magnetic field area), while the temperature of the second coil is not essentially
influenced by this transversal flow. Since the two coils are wound with thermosensitive wire
(for example, platinum wire) and connected together to build a Wheatstone bridge, the
resulting unbalance current is a nearly proportional function of the oxygen partial pressure in
the test gas.
More recent analyzers use more refined measuring cells, torodial shaped resistors instead of
the two-coil flow sensor and employ temperature control to minimize ambient temperature
changes.
As this method relies on heat transfer, the thermal conductivity of background gases will
affect the oxygen reading and the composition of the background has to be known. Some
analyzers can give a first-order correction for this by utilizing further compensation devices.
Thermomagnetic analyzers do not produce a strictly linear output, and additional signal
processing is required to linearize the output.
3.4
differential pressure (Quincke) analyzers
this type of analyzer utilizes a pneumatic balance system established by using a reference
gas (such as nitrogen). The measuring cell is designed so that at the reference gas inlet the
flow is divided into two paths. These flows recombine at the reference gas outlet, where the
sample is also introduced. A differential pressure sensor (or microflow sensor) is positioned
across the two reference gas flows so that any imbalance is detected. A magnet is situated in
the vicinity of the reference gas outlet in one arm of the measuring cell so that oxygen in the
sample is attracted into the arm, thereby causing a back pressure which is detected by the
pressure sensor (see figure 3).

Differential pressure analyzers are independent of thermal conductivity of background gases,
and as only the reference gas comes in contact with the sensor, corrosion problems are
minimal. Some instruments use pulsed magnetic fields to improve tilt sensitivity, and certain
designs compensate for vibration effects.
3.5
hazardous area
area where there is a possibility of release of potentially flammable gases, vapours or dusts.
Restrictions in the use of electrical equipment apply in hazardous areas

– 18 – 61207-3 © CEI:2002
3.6
appareils auxiliaires essentiels

les appareils auxiliaires essentiels sont ceux sans lesquels l'analyseur ne peut fonctionner

dans le respect des spécifications (par exemple systèmes d'étalonnage, systèmes pour gaz de

référence, systèmes d'échantillonnage)

3.6.1
systèmes d'échantillonnage
voir figures 4 et 5, pour les systèmes d’échantillonnage types. Les prescriptions relatives aux

systèmes d'échantillonnage sont présentées de manière détaillée dans la CEI 61115.

Un système d'échantillonnage est composé de divers éléments assemblés sur un panneau ou

dans le boîtier d'un analyseur. Il a pour but de transporter le gaz échantillon du point
d'échantillonnage à l'analyseur et de présenter l'échantillon de manière que des mesurages
fiables puissent être effectués. Les composants utilisés peuvent comprendre
– des régulateurs de pression;
– des débitmètres;
– des unités de filtration;
– des pompes;
– des vannes (manuelles et/ou électriques);
– des pièges à condensats ou séparateurs;
– des réfrigérants;
– de
...