热处理碳控系统 – 氧探头 + 碳氧含量仪表（碳势控制）整体方案

1. 系统组成

关键部件	主要型号/推荐	功能说明
氧探头（氧化锆电位传感器）‍	Marathon CarboProbe ZS‑Pro、SSI PN 16010‑H、IPSEN HP‑H‑800 K、碳王 CK‑H‑800	测量炉内 氧分压（pO₂）‍，输出 0‑1200 mV（或 4‑20 mA），可选 K型热电偶 进行温度补偿。
碳氧含量仪表（碳势控制器）‍	Carbomat‑M、Carbo‑100、Carbomat‑M‑Pro、PPC‑6000 系列、NX‑6300 控制器	通过 氧探头信号 + 炉温 + CO/CO₂（可选）‍ 计算 碳势（%C）‍，并输出 4‑20 mA 或 0‑10 V 控制信号给阀门。
参考空气系统	干燥空气泵 + 过滤器（0.1 µm）	为氧探头提供 干净、无水分的参考气体，保证测量精度。
气体调节阀	电磁阀（4‑20 mA）或比例阀（0‑10 V）	根据仪表输出调节 燃料/空气比例、CO/CO₂ 旁路，实现碳势闭环控制。
加热/防碳装置	探头内部加热器（功率 30‑80 W）+ 定时 碳烧除 程序	防止探头前端积碳，保持测量准确性。
人机界面（HMI）/SCADA	WinCC、Ignition、Citect	实时显示 pO₂、%C、炉温、阀位，提供报警、趋势记录。

2. 工作原理（简要流程）

1. 氧探头 在 600 °C‑1150 °C（部分型号 ≤ 1650 °C）工作，产生 氧电位（mV）。

2. 温度补偿（K型热电偶）将探头实际温度送入仪表。

3. 碳势控制器 采用 氧分压‑温度‑CO/CO₂ 平衡模型（如 Fe‑O‑C 平衡）计算 炉内碳势 %C。

4. 控制器输出 4‑20 mA（或 0‑10 V）信号给 燃气/空气阀，调节燃烧比，使 碳势 稳定在设定值（如 0.8 % C）。

5. 定时碳烧除：控制器自动向探头前端通入 纯氧（或高压空气）加热 30‑60 s，去除积碳。

3. 关键选型要点

选型因素	推荐做法
温度范围	渗碳炉 800‑1150 °C → 选 Marathon CarboProbe ZS‑Pro 或 IPSEN HP‑H‑800 K；若需 > 1300 °C，选 Marathon 800N‑H‑K（zui高 1650 °C）。
信号兼容	大多数仪表接受 4‑20 mA 或 0‑10 V；若使用 Modbus/Profibus，选配 信号转换模块。
防碳功能	选带 自动碳烧除（定时通氧）功能的探头（如 Marathon、IPSEN），可显著降低维护频率。
耐腐蚀	炉内常有 CO、CO₂、H₂，建议选 镍基合金外壳（Inconel 600/800）或 渗渗氮/渗碳表面处理**。
安装位置	探头应放在 气流均匀区，距离燃烧区 ≥ 150 mm，且 参考空气入口 与探头前端保持 30‑50 mm。
配套仪表	Carbomat‑M 系列支持 氧探头、CO、CO₂、温度 多输入，可直接输出 %C，适合多用炉。

4. 常见故障及排查（基于现场经验）

故障现象	可能原因	检查/处理
%C 波动大	探头前端积碳、参考空气不干燥、阀门响应迟缓	- 启动 碳烧除（30 s 高温通氧） - 检查 空气泵过滤器 是否堵塞 - 校验阀门响应时间
氧信号漂移	探头加热功率不足、接线屏蔽不良	- 检查 加热电源（16‑20 V）是否稳定 - 使用 屏蔽线，确保 接地电阻 ≤ 5 Ω
仪表报警 “氧探头失效”‍	探头温度低于 600 °C、参考气体泄漏	- 确认 探头预热 时间 ≥ 10 min - 检查 参考空气管路 是否泄漏
阀门不动作	控制信号线断路、阀门电源故障	- 用万用表测 4‑20 mA 信号是否在范围内 - 检查阀门电源 24 V DC 是否供电正常

5. 典型接线示意（文字版）

1. 氧探头：

• Cell + / Cell - → 仪表 O₂ 输入（4‑20 mA）

• TC + / TC -（若选带热电偶） → 仪表 温度补偿（mV）

• 屏蔽层 → 仪表 屏蔽端（接地）

2. 仪表输出：

• 4‑20 mA → 比例阀（燃气/空气）

• 0‑10 V（可选） → 电磁阀（开/关）

3. 参考空气：

• 干燥空气泵 → 参考空气入口（探头前端）

• 碳烧除阀（独立控制） → 通氧（清除积碳）

6. 推荐供应商（国内）

供应商	主打产品	交货周期	备注
华浦机电（济南）‍	Marathon CarboProbe、Carbomat‑M 系列	5‑10 天（常规）	提供现场调试、培训

7. 实施步骤（简要）

1. 现场勘查 → 确定探头安装点、参考空气管路走向、阀门位置。

2. 选型确认 → 根据炉温、碳势目标、控制系统接口确定探头、仪表型号。

3. 采购 & 交付 → 与供应商签订技术协议，确认防碳烧除功能。

4. 现场安装 → 安装探头、参考空气管、阀门，完成电气接线。

5. 系统调试 →

• 校准氧探头（0 % O₂、20.9 % O₂）

• 设置碳势目标值、PID 参数

• 验证阀门响应与控制回路闭环性能。