氧探头（氧探头）

工作原理

以高温氧化锆作固体电介质，在高温下若电介质两侧氧浓度不同时，便形成氧浓差电池。浓差电池产生的电势与两侧氧浓度有关，如一侧氧浓度固定，即可通过测量浓差电势来测 量另一侧的氧含量。通过炉外氧P1O1和炉内氧P2O2在氧化锆两侧产生的一个氧电势，及在被测气氛的绝对温度下根据能斯特公式：E=1/NF·RT·LnP1O1/P2O2(mv)表达式。

正常的渗碳^[1]气体中，CO和H2的含量基本上是定值，如用丙烷或丁烷制备渗碳气体，其中大致含24%CO和33%H2，炉气中的CH4和O2对CO2和H2O的含量影响很大，当增加渗剂滴量或富化气体通入量，使CH4的含量增加时，CO2和H2O会迅速减少，其反应是：

CH4+H2O=CO+3H2

CH4+CO2=2CO+2H2

当O2量增加时，炉气中的CO2和H2O会迅速增多，其反应是

2H2+O2=2H2O

2CO+O2=2CO2

由此可知，只要控制炉气中的CO2、H2O、CH4和CO2中的任何一种气体的相对含量，也就能达到控制炉气成分、调整碳势的目的。根据上述原理，武汉华敏研究发现，低温状态也可以使用氧探头，金属材料在许多情况下要进行低温保护气氛热处理，在球化退火工艺中，有一种是采用氮气加丙烷，为了保持一定的炉压，要通入适量的氮气和丙烷常量，炉体上安装武汉华敏低温氧探头，并在线测量炉内气氛，精确控制炉内碳势。

结构特点

氧探头的种类多种多样，但从总体结构讲分两大类：整体式和组合式。

氧探头

整体式结构是将氧化锆制成一个完整的长管，参比气路在其管内，电极与氧化锆管烧结在一起，成为一个整体。其优点：气密性好，内阻小，输出信号强度较高且稳定，探头的互换性好。缺点：易受震动而脱落或破裂，且一旦损坏不易修复。

组合式的RHO氧化锆一般制成球形、片状及锥形。通过弹簧严紧与氧化铝管紧 密配合氧化锆头，起到密封作用。电极、氧化铝管都是各自独立的元件，组合一起成为一个组合体。其主要特点是：由于探头加工精度、装配精度及工艺技术的提高，目前已基本能够达到整体式所具备的优点。由于氧化铝管与片状或球状传感元件是弹性压接结构，因而解决了抗震问题，其且本身具有耐温度急骤变化的性能，同时解决了耐温问题。组合式的氧化锆头、电极、氧化铝管等元件各自独立，可以任意更换，再生能力强。近几年，组合式探头深受广大用户喜爱。

使用及维护

1. 氧探头在炉中工作时，洁净的参比空气应该持续通入。通入量在1~2L/min。

2. 探头的核心部件时陶瓷管，使用时应尽量避免急冷、急热，防止激烈的振动及机械碰撞。如果必须要将氧探头从热炉膛中抽出，那么抽出或者插入的速度都不要超过600mm/min的速度。

3. 积炭是造成氧探头失效的重要原因。在炉罐（马弗炉）或炉砖（无马弗炉）渗碳初期，常常是积炭已经很严重了而氧探头输出电势并不高，此时一定要控制富化介质（煤油、丙酮、丙/丁烷等）通入量，不可过多。否则会使氧探头上产生严重结炭，从而造成氧探头永久性损坏。控制富化介质（煤油、丙酮、丙/丁烷等）通入量，不要设定过高的碳势，防止氧探头积炭。

4. 无马弗炉在新的或旧炉大修后炉子预渗碳时先不装氧探头，待炉子预渗结束后再装上氧探头。

5. 烧碳装置对氧探头定期烧碳操作，当氧探头在炉子上工作时，推荐的空气流量为5~9L/min，烧炭持续2min，烧碳间隔在2~4h。探头的烧碳对探头本身是无害的。

6. 氧探头在700℃以下是不起作用的。