顺磁氧分析仪利用氧气具有顺磁性这一物理性，能将它从大多数气体中区别出来。顺磁氧气室内的两个磁性之间，安装了两个充满氮气的玻璃球（俗称“哑铃”），它们固定在一个可以转动的同轴支架上。被测气体中的氧气会被吸入磁场，产生对球体的作用力，从而对转轴产生一个力矩，这个力矩大小和氧气的含量具有线性关系。 当氧气进入传感器，对支架产生扭矩，光电传感器将信号反馈到线圈，产生一个反馈电流，线圈在电流作用下对支架产生一个恢复原来平衡的扭矩。反馈电流的大小与被测气体的体积磁化率成正比。
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