德國MESA氫探頭技術交流

在工業熱處理領域，特別是涉及滲氮、碳氮共滲等工藝時，對爐內氣氛的精確測量與控制是保障產品質量與工藝穩定性的關鍵。德國MESA Electronic GmbH（下稱MESA）自1973年成立以來，長期專注于該領域，其氫探頭作為滲氮控制系統中的核心傳感器，為工藝控制提供了直接的數據依據。

一、 品牌與產品線概述

MESA的產品體系圍繞工業爐氣氛測量與控制構建，提供從單一傳感器到完整控制系統的解決方案。其產品線可大致分為以下四類，主要產品列舉如下：

測試傳感器與轉換器：這是控制系統的基礎，負責直接采集爐內各項物理和化學參數。

含氧量傳感器（O2/Lambda傳感器）

氫探頭（H2傳感器）

測溫傳感器

露點感應器

紅外線傳感器（用于測量CO、CO2、CH4）

氣體取樣器

露點儀

智能型自控系統：用于處理傳感器信號并執行控制邏輯。

碳勢控制儀

氮勢控制儀（氮控儀）

溫度調節器

氣體檢測分析系統：用于在線或便攜式氣體成分分析。

在線氣體分析系統

便攜式氣體分析儀

工藝程控與可視化軟件：實現工藝編程、數據記錄與監控。

工藝可視化軟件

圍繞這些產品類別，MESA開發了多個具體型號，以下是其部分主要型號：

DEWCHECKER 1.0/2.0：露點儀

MF060：氣體采樣系統

MF160.39.09.0：直插式測量探頭

CARBO 15/47/100：系列碳勢控制儀

CARBOMAT-M：碳勢控制儀

Nitromat-M / MCON Nitro：氮勢控制儀

MeGAS 2.0：多組分氣體分析儀，可測量H2、CO2、CH4等

二、 氫探頭產品詳細介紹

在滲氮工藝中，氫含量是計算和控制氮勢的關鍵參數。MESA氫探頭即為測量爐氣中氫氣濃度的專用傳感器。

1. 產品簡介

MESA氫探頭通常采用取樣式設計。它通過一根取樣管將爐內氣體引導至探頭尾端一個獨立的、溫度恒定的測量室內進行分析，而非將傳感器直接暴露于高溫爐膛。這種設計使核心傳感元件工作在穩定、溫和的環境中。該探頭通常與專用的氮控儀（如MCON Nitro或Nitromat-M）配套使用，共同構成滲氮控制系統。

2. 主要技術參數

測量原理：基于特定的氣體傳感技術（如熱導原理），將氫氣濃度轉換為電信號。

測量范圍：通常為0-80% H2，也可提供0-20% H2的測量范圍。

工作溫度：探頭測量室溫度被穩定控制在約100°C，以防止氣體冷凝。其外部取樣部分可耐受高溫爐氣環境。

信號輸出：探頭信號經由線性化放大器（如NT46）處理，輸出標準信號供控制系統使用。

結構特性：采用耐腐蝕材料（如Inconel合金）外殼，以抵御滲氮爐內的氨氣等腐蝕性氣氛。

3. 工作原理

取樣管持續從熱處理爐內抽取少量氣體樣品。氣體進入氫探頭末端恒溫（約100°C）的測量室后，與內置的氫氣傳感元件接觸。傳感元件的物理特性（如電阻）會隨氫氣濃度變化而發生改變。這一變化被轉換為電信號，經過配套的電子單元（如NT46）進行線性化、溫度補償等處理，最終輸出一個與氫氣濃度成正比的標準化信號（如4-20mA或0-20mA）。氮控儀接收此信號，結合設定的工藝參數，實時計算并控制爐內的氮勢。

三、 產品的主要特點

對工藝環境適應性較強：取樣式設計使核心傳感器避免了高溫、工件碰撞或富化氣直吹的直接影響，有利于保持測量的長期穩定性和延長傳感器壽命。

維護與更換相對便利：模塊化的設計使得在需要維護時，通常可以只更換傳感器模塊，操作時間較短，有助于減少設備停機時間。

系統集成度較好：氫探頭與MESA自家的氮控儀、線性化放大器等設備配套設計，信號對接順暢，能構成完整的測量控制回路。

性能表現較穩定：資料顯示，該探頭不易受溫度波動和現場振動影響，可靠性符合工業連續生產的要求。

四、 主要應用領域

MESA氫探頭及其控制系統主要應用于需要精確控制氮勢的化學熱處理工藝，具體包括：

氣體滲氮：通過連續監測爐內氫氣含量，與控制氨氣分解率相結合，實現對零件表面滲氮層深度和硬度的精確控制。

氮碳共滲（軟氮化）：在含碳和氮的氣氛中，氫探頭的測量數據是協調碳、氮兩種元素滲入過程，優化復合層性能的關鍵參數。

其他氣氛熱處理：也可用于需要監控或利用氫氣氣氛的工藝，例如某些類型的保護氣氛加熱或氫氣退火。