氧探頭是熱處理控制氣氛常用的傳感器，是一種確定含碳氣氛中氧分壓的測量探頭，該方法可間接測量爐內氣氛的碳勢。它是利用氧化鋯在高溫時（>650℃時）內外兩側不同的氧濃度所產生的氧電勢來測量被測部位的氧含量。
工作原理
以高溫氧化鋯作固體電介質，在高溫下若電介質兩側氧濃度不同時，便形成氧濃差電池。濃差電池產生的電勢與兩側氧濃度有關，如一側氧濃度固定，即可通過測量濃差電勢來測 量另一側的氧含量。通過爐外氧P1O1和爐內氧P2O2在氧化鋯兩側產生的一個氧電勢，及在被測氣氛的開爾文下根據瓦爾特·能斯特公式：E=1/NF·RT·LnP1O1/P2O2(mv)表達式。
正常的滲碳氣體中，CO和H2的含量基本上是定值，如用丙或丁烷制備滲碳氣體，其中大致含24%CO和33%H2，爐氣中的CH4和O2對二氧化碳式氣槍和H2O的含量影響很大，當增加滲劑滴量或富化氣體通入量，使CH4的含量增加時，CO2和H2O會迅速減少，其反應是：
CH4+H2O=CO+3H2
CH4+CO2=2CO+2H2
當O2量增加時，爐氣中的CO2和H2O會迅速增多，其反應是
2H2+O2=2H2O
2CO+O2=2CO2
由此可知，只要控制爐氣中的CO2、H2O、CH4和CO2中的任何一種氣體的相對含量，也就能達到控制爐氣成分、調整碳勢的目的。根據上述原理，武漢華敏研究發現，低溫狀態也可以使用氧探頭，金屬材料在許多情況下要進行低溫保護氣氛熱處理，在球化退火工藝中，有一種是采用氮氣加丙烷，為了保持一定的爐壓，要通入適量的氮氣和丙烷常量，爐體上安裝武漢華敏低溫氧探頭，并在線測量爐內氣氛，精確控制爐內碳勢。
結構特點
氧探頭的種類多種多樣，但從總體結構講分兩大類：整體式和組合式。
整體式
整體式結構是將二氧化鋯制成一個完整的長管，參比氣路在其管內，電極與氧化鋯管燒結在一起，成為一個整體。其優點：氣密性好，內阻小，輸出信號強度較高且穩定，探頭的互換性好。缺點：易受震動而脫落或破裂，且一旦損壞不易修復。
組合式
組合式的RHO氧化鋯一般制成球形、片狀及錐形。通過彈簧嚴緊與氧化鋁管緊 密配合氧化鋯頭，起到密封作用。電極、氧化鋁管都是各自獨立的元件，組合一起成為一個組合體。其主要特點是：由于探頭加工精度、裝配精度及工藝技術的提高，目前已基本能夠達到整體式所具備的優點。由于氧化鋁管與片狀或球狀傳感元件是彈性壓接結構，因而解決了抗震問題，其且本身具有耐溫度急驟變化的性能，同時解決了耐溫問題。組合式的二氧化鋯頭、電極、氧化鋁管等元件各自獨立，可以任意更換，再生能力強。近幾年，組合式探頭深受廣大用戶喜愛。
使用及維護
1. 氧探頭在爐中工作時，潔凈的參比空氣應該持續通入。通入量在1~2L/min。
2. 探頭的核心部件時陶瓷管，使用時應盡量避免急冷、急熱，防止激烈的振動及機械碰撞。如果必須要將氧探頭從熱爐膛中抽出，那么抽出或者插入的速度都不要超過600mm/min的速度。
3. 積炭是造成氧探頭失效的重要原因。在爐罐（馬弗爐）或爐磚（無馬弗爐）滲碳初期，常常是積炭已經很嚴重了而氧探頭輸出電勢并不高，此時一定要控制富化介質（煤油、丙、丙/丁烷等）通入量，不可過多。否則會使氧探頭上產生嚴重結炭，從而造成氧探頭永久性損壞。控制富化介質（煤油、丙酮、丙/丁烷等）通入量，不要設定過高的碳勢，防止氧探頭積炭。
4. 無馬弗爐在新的或舊爐大修后爐子預滲碳時先不裝氧探頭，待爐子預滲結束后再裝上氧探頭。
5. 燒碳裝置對氧探頭定期燒碳操作，當氧探頭在爐子上工作時，推薦的空氣流量為5~9L/min，燒炭持續2min，燒碳間隔在2~4h。探頭的燒碳對探頭本身是無害的。
6. 氧探頭在700℃以下是不起作用的。
參考資料 >