IEC 61207-3:1998

NORME
CEI
INTERNATIONALE
IEC
61207-3
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
1998-10
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 61207-3:1998
Numéros des publications 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. issued with a designation in the 60000 series.

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Les versions consolidées de certaines publications de Consolidated versions of some IEC publications
la CEI incorporant les amendements sont disponibles. including amendments are available. For example,

Par exemple, les numéros d’édition 1.0, 1.1 et 1.2 edition numbers 1.0, 1.1 and 1.2 refer, respectively, to

indiquent respectivement la publication de base, la the base publication, the base publication
publication de base incorporant l’amendement 1, et la incorporating amendment 1 and the base publication
publication de base incorporant les amendements 1 incorporating amendments 1 and 2.

et 2.
Validité de la présente publication Validity of this publication
Le contenu technique des publications de la CEI est The technical content of IEC publications is kept under
constamment revu par la CEI afin qu'il reflète l'état constant review by the IEC, thus ensuring that the
actuel de la technique. content reflects current technology.
Des renseignements relatifs à la date de Information relating to the date of the reconfirmation of
reconfirmation de la publication sont disponibles dans the publication is available in the IEC catalogue.
le Catalogue de la CEI.
Les renseignements relatifs à des questions à l’étude et Information on the subjects under consideration and
des travaux en cours entrepris par le comité technique work in progress undertaken by the technical
qui a établi cette publication, ainsi que la liste des committee which has prepared this publication, as well
publications établies, se trouvent dans les documents ci- as the list of publications issued, is to be found at the
dessous: following IEC sources:
• «Site web» de la CEI* • IEC web site*
• Catalogue des publications de la CEI • Catalogue of IEC publications
Publié annuellement et mis à jour régulièrement Published yearly with regular updates
(Catalogue en ligne)* (On-line catalogue)*
• Bulletin de la CEI • IEC Bulletin
Disponible à la fois au «site web» de la CEI* et Available both at the IEC web site* and as a
comme périodique imprimé printed periodical
Terminologie, symboles graphiques Terminology, graphical and letter
et littéraux symbols
En ce qui concerne la terminologie générale, le lecteur For general terminology, readers are referred to
se reportera à la CEI 60050: Vocabulaire Electro- IEC 60050: International Electrotechnical Vocabulary
technique International (VEI). (IEV).
Pour les symboles graphiques, les symboles littéraux For graphical symbols, and letter symbols and signs
et les signes d'usage général approuvés par la CEI, le approved by the IEC for general use, readers are
lecteur consultera la CEI 60027: Symboles littéraux à referred to publications IEC 60027: Letter symbols to
utiliser en électrotechnique, la CEI 60417: Symboles be used in electrical technology, IEC 60417: Graphical
graphiques utilisables sur le matériel. Index, relevé et symbols for use on equipment. Index, survey and

compilation des feuilles individuelles, et la CEI 60617: compilation of the single sheets and IEC 60617:
Symboles graphiques pour schémas. Graphical symbols for diagrams.
* Voir adresse «site web» sur la page de titre. * See web site address on title page.

NORME
CEI
INTERNATIONALE
IEC
61207-3
INTERNATIONAL
Première édition
STANDARD
First edition
1998-10
Analyseurs de gaz – Expression des qualités
de fonctionnement –
Partie 3:
Analyseurs d’oxygène paramagnétiques
Gas analyzers – Expression of performance –
Part 3:
Paramagnetic oxygen analyzers
 IEC 1998 Droits de reproduction réservés  Copyright - all rights reserved
Aucune partie de cette publication ne peut être reproduite ni No part of this publication may be reproduced or utilized in
utilisée sous quelque forme que ce soit et par aucun any form or by any means, electronic or mechanical,
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– 2 – 61207-3 © CEI:1998
SOMMAIRE
Pages
AVANT-PROPOS . 4

INTRODUCTION . 8

Articles
1 Domaine d'application et objet. 10

2 Références normatives. 10

3 Terminologie . 12
3.1 Paramagnétisme . 12
3.2 Analyseur à équilibrage automatique à méthode de zéro. 12
3.3 Analyseurs thermomagnétiques (à «vent» magnétique) . 14
3.4 Analyseurs à pression différentielle (Quinke) . 14
3.5 Zone dangereuse . 14
3.6 Appareils auxiliaires essentiels. 14
3.7 Point de rosée de l'échantillon. 16
3.8 Gaz de référence . 16
4 Procédures d'établissement des spécifications . 18
4.1 Spécification des unités auxiliaires et services essentiels . 18
4.2 Caractéristiques supplémentaires concernant la spécification
des qualités de fonctionnement . 20
4.3 Aspects importants liés à la spécification des qualités de fonctionnement . 20
5 Procédures pour les essais de conformité . 24
5.1 Remarque introductive . 24
5.2 Procédures d'essai. 26
Annexes
A Gaz interférents . 42
B Méthodes de préparation de la vapeur d'eau dans les gaz d'essai. 48
Bibliographie . 54
Figures
1 Système à équilibrage magnétique automatique avec courant de réaction. 30
2 Capteur d'oxygène thermomagnétique. 32
3 Capteur d'oxygène à pression différentielle. 34
4 Systèmes d'échantillonnage types – Système avec filtre, séchage et pompe
pour échantillons humides . 36
5 Dispositif général d'essai pour gaz secs . 38
6 Système d'échantillonnage types – Système à aspiration de vapeur avec
lavage à l'eau pour échantillons humides. 40
B.1 Equipement général d'essai permettant d'alimenter en gaz et en vapeur d'eau
des systèmes d'analyse. 52

61207-3 © IEC:1998 – 3 –
CONTENTS
Page
FOREWORD . 5

INTRODUCTION . 9

Clause
1 Scope and object . 11

2 Normative references . 11

3 Terminology . 13
3.1 Paramagnetism. 13
3.2 Automatic null balance analyzer . 13
3.3 Thermomagnetic (magnetic wind) analyzers . 15
3.4 Differential pressure (Quinke) analyzers . 15
3.5 Hazardous area. 15
3.6 Essential ancillary units . 15
3.7 Sample dew point. 17
3.8 Reference gas . 17
4 Procedures for specification . 19
4.1 Specification of essential ancillary units and services. . 19
4.2 Additional characteristics related to specification of performance. 21
4.3 Important aspects related to specification of performance. 21
5 Procedures for compliance testing. 25
5.1 Introductory remark . 25
5.2 Testing procedures . 27
Annexes
A Interfering gases . 43
B Methods of preparation of water vapour in test gases . 49
Bibliography . 55
Figures
1 Magnetic auto-balance system with current feedback. 31
2 Thermomagnetic oxygen sensor . 33
3 Differential pressure oxygen sensor. 35
4 Typical sampling systems – Filtered and dried system with pump for wet sample . 37
5 General test arrangement – Dry gases . 39
6 Typical sampling system – Steam-aspirated system with water wash for wet samples . 41
B.1 Test apparatus to apply gases and water vapour to analysis systems. 53

– 4 – 61207-3 © CEI:1998
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, 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.
La présente norme doit être lue conjointement avec la CEI 61207-1.

Le texte de cette norme est issu des documents suivants:
FDIS Rapport de vote
65D/45/FDIS 65D/51/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.

61207-3 © IEC:1998 – 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 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 standard shall be read in conjunction with IEC 61207-1.
The text of this standard is based on the following documents:

FDIS Report on voting
65D/45/FDIS 65D/51/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.

– 6 – 61207-3 © CEI:1998
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.

Les annexes A et B sont données uniquement à titre d’information.

61207-3 © IEC:1998 – 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.

Annexes A and B are for information only.

– 8 – 61207-3 © CEI:1998
INTRODUCTION
Les analyseurs d'oxygène paramagnétiques sont utilisés pour de nombreuses applications
industrielles, de laboratoire et autres où le domaine de mesure assigné de l'analyseur se situe

entre 0 % et 1 % et entre 0 % et 100 %.

Seuls quelques gaz présentent un paramagnétisme: l'oxygène est particulièrement sensible au

paramagnétisme (voir annexe B). 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'hydrocarbures 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 «Quinke».
Ces méthodes nécessitent toutes que le gaz échantillon soit propre et sec, bien que 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:1998 – 9 –
INTRODUCTION
Paramagnetic oxygen analyzers are used in a wide range of industrial, laboratory and other

applications where the rated measuring range of the analyzer is between 0 % and 1 % and

between 0 % and 100 %.
Only a few gases display paramagnetism, and oxygen has a particularly strong paramagnetic

susceptibility (see annex B). By employing this particular property of oxygen, analyzers have

been designed which can be highly specific to 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.
These are:
– automatic null balance;
– thermomagnetic or magnetic wind;
– differential pressure or "Quinke".
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:1998
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 s'applique aux trois principales méthodes de mesure des
propriétés paramagnétiques de l’oxygène:
– équilibrage automatique à méthode de zéro;
– «vent» thermomagnétique ou magnétique
– pression différentielle ou méthode de «Quinke».
De plus, elle traite des unités auxiliaires essentielles et s’applique aux analyseurs installés à
l’intérieur et à l’extérieur.
NOTE – Les applications présentant un risque particulier pour la 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;
– unifier les méthodes utilisées en fournissant et en vérifiant les indications relatives à la
qualité de fonctionnement de ces analyseurs;
– spécifier les essais à effectuer afin de déterminer la qualité de fonctionnement et la
manière dont il conviendrait de réaliser ces essais;
– 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 normatifs suivants contiennent des dispositions qui, par suite de la référence
qui en est faite, constituent des dispositions valables pour la présente partie de la CEI 61207.
Au moment de la publication, les éditions indiquées étaient en vigueur. Tout document normatif

est sujet à révision et les parties prenantes des accords fondés sur la présente partie de la
CEI 61207 sont invitées à rechercher la possibilité d'appliquer les éditions les plus récentes
des documents normatifs indiqués ci-après. Les membres de la CEI et de l'ISO possèdent le
registre des Normes internationales en vigueur.
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
61207-3 © IEC:1998 – 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 for measuring paramagnetic
properties of oxygen:
– automatic null balance;
– thermomagnetic or magnetic wind;
– differential pressure or “Quinke”.
In addition, it deals with essential ancillary units and applies to analyzers installed both indoors
and outdoors.
NOTE – Safety critical appliances may 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 paramagnetic
gas analyzers for the measurement of oxygen in a source gas;
– unify methods used in making and verifying statements on the functional performance of
such analyzers;
– specify what tests should be performed to determine the functional performance and how
such tests should be carried out;
– provide basic documents to support the application of standards of quality assurance
ISO 9001, ISO 9002 and ISO 9003.
2 Normative references
The following normative documents contain provisions which, through reference in this text,
constitute provisions of this part of IEC 61207. At the time of publication, the editions indicated
were valid. All normative documents are subject to revision, and parties to agreements based

on this part of IEC 61207 are encouraged to investigate the possibility of applying the most
recent editions of the normative documents indicated below. Members of IEC and ISO maintain
registers of currently valid International Standards.
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

– 12 – 61207-3 © CEI:1998
3 Terminologie
3.1 Paramagnétisme
Lorsque des gaz paramagnétiques sont placés dans un champ magnétique externe, le flux au

sein du gaz est plus important qu’il ne le serait dans le vide. Cela démontre que les gaz

paramagnétiques présentent une susceptibilité magnétique positive et qu’ils sont donc attirés

par la partie du champ magnétique qui présente le flux magnétique le plus fort.

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.
C’est la combinaison du «moment cinétique intrinsèque» et du «moment cinétique orbital» 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
orbitaux et de 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 – La susceptibilité des substances diamagnétiques est négative parce que les lignes de force des dipôles
induits annulent certaines lignes de force du champ magnétique externe.
NOTE 3 – La susceptibilité magnétique molaire de l’oxygène est inversement proportionnelle à la température
absolue.
La susceptibilité molaire de l’oxygène peut être déterminée approximativement à l’aide de l’équation suivante:
8Lβ
Pour l’oxygène: X = (1)
mol
3kT
où
X est la susceptibilité molaire de l'oxygène, en unités CGS;
mol
23 –1
L est le nombre d'Avogadro, soit 6,02 × 10 mol ;
–20 –1
β est le magnéton de Bohr, soit 0,927 × 10 erg Gs ;
–16 –1
k est la constante de Boltzmann, soit 1,38 × 10 erg K ;
T est la température, en kelvins.
NOTE 4 – Une explication complète du paramagnétisme, du diamagnétisme et du ferromagnétisme peut être
trouvée dans les ouvrages de physique et de chimie inorganique. Les explications données dans la présent 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 corps contenant
un vide ou un gaz diamagnétique, à partir d'une zone à champ magnétique élevé, par le biais
de 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 par la partie la
plus intense du champ magnétique. 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 100 °C, afin de faciliter encore les
applications où des condensats se formeraient à une température inférieure.

61207-3 © IEC:1998 – 13 –
3 Terminology
3.1 Paramagnetism
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 have a positive magnetic

susceptibility, and are therefore attracted to the part of the magnetic field with the strongest

magnetic flux.
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.
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 establishes the paramagnetism of the oxygen
molecule and distinguishes it from most other gases.
NOTE 2 – The susceptibility of diamagnetic substances is negative because lines of force from induced dipoles
cancel out some lines of force from the external field.
NOTE 3 – The molar magnetic susceptibility of oxygen is inversely proportional to the absolute temperature.
The molar susceptibility of oxygen can be approximated by the following equation:
8Lβ
For oxygen X = (1)
mol
3kT
where
X is the molar susceptibility of oxygen in CGS units;
mol
23 –1
L is the Avogadro number 6,02 10 mol ;
×
–20 –1
β is the Bohr magneton 0,927 × 10 erg Gs ;
–16 –1
k is Boltzmann's constant 1,38 × 10 erg K ;
T is the temperature, in kelvins.
NOTE 4 – A full understanding of paramagnetism, diamagnetism and ferromagnetism 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
paramagnetic oxygen molecules (see figure 1).

The measuring cell 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 feedback 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 100 °C to further facilitate applications
where condensates would form at lower temperature.

– 14 – 61207-3 © CEI:1998
3.3 Analyseurs thermomagnétiques (à «vent» magnétique)

Ce type d'analyseur utilise la dépendance de la susceptibilité magnétique par rapport à la

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 dont la

première moitié est chauffée à 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 et d'autres
molécules d’oxygène froides pénètrent dans le tube de raccordement. Les molécules
d’oxygène chaudes déplacées parcourent le tube et réchauffent la deuxième bobine du capteur
de débit. La concentration d’oxygène est proportionnelle au changement de résistance de la
seconde bobine, mesuré à l’aide d’un pont de Wheatstone.
Les analyseurs plus récents utilisent des éléments de mesure plus élaborés, des résistances
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 (Quinke)
Ce type d'analyseur utilise un pont de Wheatstone 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 à la sortie du gaz
de référence, où l'échantillon est également introduit. Un capteur de pression différentielle (ou
un capteur de microdébit) est positionné perpendiculairement aux deux débits de gaz de
référence, de sorte que tout déséquilibre est 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 est 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 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.
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).

61207-3 © IEC:1998 – 15 –
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 so 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. One half of the connecting tube is placed between the poles of a strong

magnet. The flow sensor is effectively two coils of wire, the first half is heated to about 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. The displaced hot oxygen molecules flow along the tube
and heat up the second coil of the flow sensor. The concentration of oxygen is proportional to
the change in resistance in the second coil which is measured using a Wheatstone bridge
arrangement.
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. Again, more
recent analyzers allows 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 (Quinke) analyzers
This type of analyzer utilizes a pneumatic Wheatstone bridge 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 from background
gases, and as only the reference gas comes in contact with 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
An area where there is a possibility of release of potentially flammable gases, vapours or dust.
3.6 Essential ancillary units
Essential ancillary units are those without which the analyzer will not operate within
specifications (e.g. calibration systems, reference gas systems, sample systems).

– 16 – 61207-3 © CEI:1998
3.6.1 Systèmes d'échantillonnage

Les prescriptions relatives aux systèmes d'échantillonnage sont présentées de manière

détaillée dans la CEI 61115. La figure 4 représente des systèmes d’échantillonnage types.

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;
– débitmètres;
– unités de filtration;
– pompes;
– vannes (manuelles et/ou électriques);
– pièges à condensats ou séparateurs;
– réfrigérants;
– réchauffeurs;
– unités de séchage;
– unités de lavage.
Ces composants sont habituellement conçus par l'utilisateur ou, plus souvent, par un fabricant,
comme système d'échantillonnage, de sorte que les prescriptions relatives à l'analyseur telles
qu'elles sont définies dans les spécifications se situent à l'intérieur du domaine de
fonctionnement assigné. La conception du système requis dépend donc en grande partie des
conditions d'échantillonnage. Les variations de la pression de l'échantillon, de la température,
de la charge en poussière et de la pression d'autres gaz et vapeurs influent sur la conception
du système d'échantillonnage final.
3.7 Point de rosée de l'échantillon
Le point de rosée d'un échantillon est exprimé en degrés Celsius (°C). Il s'agit de la
température à laquelle ou en dessous de laquelle la condensation se produit.
Il convient de faire fonctionner l'analyseur à une température supérieure de 5 °C au minimum à
celle du point de rosée de l'échantillon afin d'éviter la formation d'un condensat.
NOTE – La présence de condensation à l'entrée d'un analyseur entraîne habituellement un mauvais
fonctionnement. En fonction de la nature de l'échantillon, la vapeur d'eau ou d'autres vapeurs peuvent se
transformer en condensat.
3.8 Gaz de référence
L'analyseur «Quinke» nécessite un gaz de référence de composition constante connue. On
utilise habituellement de l'azote pur. Dans ce type d’analyseur, le gaz de référence sert à
établir dans le capteur des conditions de référence qui permettent de déterminer la pression
d’oxygène dans l'échantillon.
61207-3 © IEC:1998 – 17 –
3.6.1 Sample systems
For full details of sample systems' requirements, see IEC 61115. See figure 4 for typical

sampling systems.
A sample system is a system of component parts assembled on a panel or in an analyzer

house with the purpose of transporting the sample gas from the sampling point to the analyzer

and presenting the sample in such a manner that reliable measurements can be obtained. The

components used may include:
– pressure regulators;
–flow meters;
– filtration units;
– pumps;
– valves (manual and/or electrically operated);
– catch or knockout pots;
– coolers;
– heaters;
– drying units;
– scrubbing units.
These components will usually be designed as a sample system by the user or more often by a
manufacturer, so that the analyzer requirements, as defined in the specification, are within the
rated operating range. The required system design is therefore very dependent on the sample
conditions of the process. Variations in sample pressure, temperature, dust loading and
pressure of other gases and vapours will affect the final sample system design.
3.7 Sample dew point
The dew point of a sample is expressed in degrees Celsius (°C) and is the temperature at or
below which condensation occurs.
The analyzer should be operated at a mini
...