碳控表连接氧探头 测试炉内碳势

碳控表（碳势控制仪）连接氧探头测量炉内碳势的实现要点

1. 原理概述

• 炉内碳势（C‑O 含量）由 温度、氧分压（pO₂）和 CO 含量 决定。

• 氧探头（氧化锆浓差电池）‍ 实时测量炉内 pO₂，控制系统把该信号与温度、CO（或 CO₂）浓度一起计算出 碳势值，并通过阀门调节气氛实现闭环控制。

2. 系统组成

   组成部件	功能	常见型号/品牌
   氧探头	测量炉内氧分压（10⁻⁶‑10⁻² atm），耐温 600‑1100 ℃，输出电压 1.0‑1.3 V	马拉松 碳王氧探头、Marathon O₂‑Probe
   碳控表/碳势控制器	接收氧探头电压、温度、CO/CO₂信号，计算碳势并输出 4‑20 mA 或 Modbus 控制信号	Carbo‑100、CARBOMAT‑M、2900CP 系列
   温度测量	热电偶（K、S、R）提供炉温	标准热电偶
   CO/CO₂分析仪（可选）	提供 CO、CO₂浓度输入，提高碳势计算精度	红外 CO/CO₂ 仪
   阀门执行机构	根据控制器输出调节氮、甲烷、氢等气体比例	电磁阀、气动阀

3. 接线要点

• 氧探头：两根信号线（+、–）直接接至碳控表的 氧电势输入（0‑5 V）或 4‑20 mA 输入端。

• 温度：热电偶信号接至 温度输入（K、S、R 兼容）。

• CO/CO₂（若使用）：模拟电流（0‑20 mA）或数字（Modbus）接至对应输入。

• 控制输出：4‑20 mA 或 Modbus/TCP 信号驱动阀门，实现气氛调节。

4. 校准与维护

• 氧探头：每 12 个月检查参考空气氧含量（21 %），必要时更换参比气源。

• 积碳清除：定期通入少量氧气进行 烧碳，防止探头前缘积碳导致测量误差。

• 验证：使用 钢箔定碳法（每周或关键工艺每日）对比实际碳含量与仪表显示的碳势，确保精度符合 CQI‑9 标准。

5. 典型应用流程

1. 启动：系统读取炉温、氧探头电压、CO/CO₂信号。

2. 计算：碳控表依据 pO₂‑T‑CO 关系计算当前 碳势（%C）。

3. 比较：将计算值与设定的目标碳势（如 0.8 % C）比较。

4. 调节：若偏差超限，控制器输出调节信号给 气体阀门（增加/减少甲烷或氢气），使炉气碳势回到目标范围。

5. 监控：实时显示氧压、碳势、阀门状态，异常时触发报警并记录日志。

6. 选型建议

• 高温、强腐蚀：选用 马拉松碳王氧探头（耐 1650 ℃，铂电极，快速响应 < 100 ms）。

• 中等温度（600‑1100 ℃）‍：可使用 2900CP 系列碳势控制器 搭配标准氧探头。

• 需要双回路（氧+红外）‍：采用 PT700 碳控仪表 与 红外 CO 仪 双监控方案，提高精度