氧探头的工作原理

孤鸿踏雪

本人毕业于二十年前的一所中等专业学校，那时候正值我国吹响改革开放号角的历史变革时期，我们国家的工业技术还相当落后，可控渗碳在国内企业尚不多见，所以，我们的教材对这些东西介绍也很少，希望大家交流一下氧探头的工作原理。

ZWS-2006

通俗简单的将就是通过测氧来最终控制炉内碳势，而控制炉内的加热气氛。

周建国

杨工不知我的帖子对你有用不？http://www.rclbbs.com/viewthread.php?tid=26903&extra=page%3D1

aaron01

一． 工作原理与结构

图1

氧探头的结构如图1所示。低温时氧化锆内阻可以认为是无穷大，探头开路，仪表上显示的数据无意义。当温度超过650°C时，氧化锆成为固体电介质电池，由于锆头内外侧氧分压不同，在内外电极上产生浓差电势E。
E的大小符合Nernst方程：
E=0.215*T*Ln(P01/P02)=0.2１5*T*Ln(0.2095/P02)————（1）
其中： E为浓差电势（mv）； T为氧化锆温度（K°）；
P01为参比气（空气）中的氧分压（0.2095）；
P02为炉内气氛中的氧分压； 0.215为热力学常数（mv/K°）
根据炉气中的CO平衡方程式：
CO←—→（1/2）02+[C]————————————————（2）
当炉气中的CO分压不变时，炉内氧含量越低，高活性碳原子含量越高，即碳势越高。由公式（1）（2）可以得到以下结论：
1． 当炉温不变，炉内CO分压不变时，则探头上的氧电势越高炉内的碳势也越高。（单因素控制）
2． 当炉温不变，探头上的氧电势不变时，则炉内的CO分压越高炉内碳势也越高。
由此可见，炉内碳势是温度、氧电势及炉内CO分压的函数。
C%=f (T,E,PCO)————————————————————（3）
氧探头的碳势与氧势、温度、一氧化碳含量对应关系可参考氧势表。在许多实际生产条件下，只要采取适当措施，可以做到炉内CO含量基本不变并保持炉温恒定，在这种情况下用氧探头进行碳势单因素控制即可满足绝大多数现场生产的需要。但要对炉内碳势进行精确控制则必需用微机对温度、CO含量、探头氧电势进行综合控制（称多因素控制），当然代价就要高得多。

李晓敏

专家啊！！受教了！！ 讲的很精彩！！

magicmotor

刚好最近也在学习渗碳理论的东西。搞了很多计算。。。
上传一个附件，里面的东西应该有帮助。
另外：在论坛精品资料《金属热处理》杂志里面，可以下载到1983年版的《金属热处理》里面8月份，李丹荻为第一作者的文章和另外一篇译文都讲到了氧探头的工作原理。
希望对老前辈有帮助。咱们一起学习，分享下心得哈

magicmotor

回复 4# aaron01


    E的大小符合Nernst方程：
E=0.215*T*Ln(P01/P02)=0.2１5*T*Ln(0.2095/P02)————（1）
其中： E为浓差电势（mv）； T为氧化锆温度（K°）；
P01为参比气（空气）中的氧分压（0.2095）；
P02为炉内气氛中的氧分压； 0.215为热力学常数（mv/K°）

==================
很精彩，但是表述有误，在上述算式中，0.215并非为热力学常数，0.215只是根据能斯特方程特导出来的。
E=(-RT/4F)*Ln(PO1/PO2) 其中R为普适气体常量，值等于8.413J/(MOL^-1*K^-1) [焦耳每摩尔.开]F为法拉利常数，值等于96485.3C/MOL^-1【库每摩尔】
这样，这个式子出来的结果电势的单位为伏特，再乘以1000就为毫伏特了。
4为，上述反应中转移电子数

aaron01

感谢楼上指正

lichuang2004

学习学习，高手真多

czw2009

看了楼上各位专家的帖子，我认为讨论的方向有些错误。做为热处理工程师我们不应该讨论氧探头的机理，我们用仪器测定我们需要的数据，应该讨论哪家的仪器准确，如何判断该仪器的使用性能，至于氧探头的机理，我认为我们只要知道空气中的氧与炉气中氧的产生的差，通过各种计算获得我们需要数据就可以了。所以说大家还是谈谈哪家的氧探头用的好，如何测定氧探头数据的准确性，如何保养才能保障氧探头提供准确的数据。我觉得这样才能达到我们使用者的目的。

czw2009

杨工需要的氧探头工作原理，个人认为很容易得到，提供探头的厂家，或者探头的说明书要比楼上的朋友说得更清楚，更详细。应该说我们每个使用者都不会关心这些数据，我们关心的是该仪器怎么连接到设备进行使用，如何保养才能提高仪器的精准度和使用寿命。当然，学无止境，杨工的简历我也认真看了，站在热处理工艺角度我很佩服。但我相信无论如何他都不会面面俱到。我想杨工本身也不是往这方面讨论。

dhzhou888

杨工的这个专题很好。现在氧探头的使用越来越多了，过去是用在多用炉上，现在井式炉上用的也相当普遍。去年出国前，我曾为某厂的工人培训，讲过氧探头的原理、安装、使用和维护，我也要不断学习。现在氧探头的价格不非，特别是进口的更贵。如何正确使用和维护保养是非常重要的。

lfp325324

学习氧探头的工作原理有助于我们分析问题，很有必要了解深刻。

孤鸿踏雪

氧探头工作原理

lopht

回复 14# 孤鸿踏雪



    感谢杨工提供的资料。我觉得有个地方可能有点问题。图中标注的地方应该是0.055吧？

catcmt

CAT 牌的氧探头是最好的。

michealyong

回复 4# aaron01


“当炉温不变，炉内CO分压不变时，则探头上的氧电势越高炉内的碳势也越高。（单因素控制）”aaron01专家这句话怎么理解？探头上的氧电势越高颅内探视怎么会越高呢？

周建国

回复 17# michealyong


    氧电势和碳势的关系是成正比的，电势越高当然碳势也就越高。也说明炉内的氧含量越低，不知对否请指正。

michealyong

回复 18# 周建国


    噢    这样理解就对了   谢谢arron01 专家

qixguo74

呵, 我想搞热处理的至少知道一下氧探头的工作原理是应该的,也是必备的一些知识吧.