氢探头在工业炉内测量氮势的原理与常用产品

1. 工作原理

• 氢在高温气氛中的热导率远高于氮、氨、二氧化碳等其他气体。氢探头（通常为 MEMS 热导传感器）通过测量炉气的整体热导率变化，推算出氢的体积分数。

• 在氮化、氮碳共渗等工艺中，氨在炉内分解产生氢，氢浓度与氮势（KSKS）呈正相关。通过氢浓度可间接计算氨分压，从而得到氮势值。

• 现代氢探头往往配合质量流量计或比例阀，实现 闭环控制：实时调节氨、氢、氮等气体流量，保持目标氮势。

2. 典型产品与供应商

• 一体式氢探头，可直接在炉内测量氢含量并计算氮势。

• 美国 SSI 传感器，适用于熔炉、渗、渗氮、渗碳等气氛，采用热导率测量原理，安装简便。

• 美国 马拉松 传感器）‍ – 将氢或氨浓度检测与炉内氮势计算模块集成，可在 PLC 中直接输出氮势数值。

• 联系方式‌：电话18560220268（杨女士），地址济南市槐荫区经十路22799号‌。

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  注：产品参数及价格需以厂商实时报价为准，建议直接联系供应商获取技术文档与合同细则

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3. 应用场景

• 渗氮、氮碳共渗：通过氢探头实时监控氨分解产生的氢，确保氮势稳定在工艺设定范围。

• 氮化、氧氮化、X‑氮化：氢探头配合氧探头或激光氮势传感器，实现多参数同步测控，提高表层硬度与耐蚀性的一致性。

• 高温炉（zui高 1650 ℃）‍：部分型号已通过铂电极前端涂层处理，保证在极端温度下的响应速度 < 100 ms，防止积碳导致测量误差。

4. 选型要点

• 温度适应范围：根据炉体zui高工作温度选择相应型号（如 1650 ℃ 以上需铂电极防护）。

• 响应速度：工业生产要求快速响应，建议选用 < 0.1 s 的 MEMS 热导传感器。

• 信号输出：4‑20 mA 或数字远传（Modbus、Profibus）便于与 DCS/PLC 集成。

• 防积碳设计：带有定时烧碳或自清洁功能的探头可延长使用寿命。

5. 实现氮势闭环控制的基本流程

1. 氢探头测量 → 实时获取炉内氢浓度（%）。

2. 气体流量计/比例阀 → 根据设定的氨/氢比例调节进气量。

3. 计算模型（常用公式：KS=PNH3PH20.5KS=PH20.5PNH3） → 将氢浓度换算为氨分压，进而得到氮势。

4. 控制器（PLC/DCS）‍ → 与设定的氮势目标比较，自动调节阀门，实现闭环。

6. 常见问题及对策

• 气氛成分波动：在氨滴醇法等工艺中，气体比例不稳定，需配合质量流量计进行实时补偿。

• 传感器污染：高温下氨、碳化物易在探头表面沉积，建议选用带自清洁或定期烧碳功能的型号。

• 信号干扰：长距离传输时使用屏蔽电缆或数字远传，避免电磁噪声影响测量精度。