德国MESA氢探头技术交流

德国MESA氢探头技术交流

在工业热处理领域，特别是涉及渗氮、碳氮共渗等工艺时，对炉内气氛的精确测量与控制是保障产品质量与工艺稳定性的关键。德国MESA Electronic GmbH（下称MESA）自1973年成立以来，长期专注于该领域，其氢探头作为渗氮控制系统中的核心传感器，为工艺控制提供了直接的数据依据。

一、 品牌与产品线概述

MESA的产品体系围绕工业炉气氛测量与控制构建，提供从单一传感器到完整控制系统的解决方案。其产品线可大致分为以下四类，主要产品列举如下：

测试传感器与转换器：这是控制系统的基础，负责直接采集炉内各项物理和化学参数。

含氧量传感器（O2/Lambda传感器）

氢探头（H2传感器）

测温传感器

露点感应器

红外线传感器（用于测量CO、CO2、CH4）

气体取样器

露点仪

智能型自控系统：用于处理传感器信号并执行控制逻辑。

碳势控制仪

氮势控制仪（氮控仪）

温度调节器

气体检测分析系统：用于在线或便携式气体成分分析。

在线气体分析系统

便携式气体分析仪

工艺程控与可视化软件：实现工艺编程、数据记录与监控。

工艺可视化软件

围绕这些产品类别，MESA开发了多个具体型号，以下是其部分主要型号：

DEWCHECKER 1.0/2.0：露点仪

MF060：气体采样系统

MF160.39.09.0：直插式测量探头

CARBO 15/47/100：系列碳势控制仪

CARBOMAT-M：碳势控制仪

Nitromat-M / MCON Nitro：氮势控制仪

MeGAS 2.0：多组分气体分析仪，可测量H2、CO2、CH4等

二、 氢探头产品详细介绍

在渗氮工艺中，氢含量是计算和控制氮势的关键参数。MESA氢探头即为测量炉气中氢气浓度的专用传感器。

1. 产品简介

MESA氢探头通常采用取样式设计。它通过一根取样管将炉内气体引导至探头尾端一个独立的、温度恒定的测量室内进行分析，而非将传感器直接暴露于高温炉膛。这种设计使核心传感元件工作在稳定、温和的环境中。该探头通常与专用的氮控仪（如MCON Nitro或Nitromat-M）配套使用，共同构成渗氮控制系统。

2. 主要技术参数

测量原理：基于特定的气体传感技术（如热导原理），将氢气浓度转换为电信号。

测量范围：通常为0-80% H2，也可提供0-20% H2的测量范围。

工作温度：探头测量室温度被稳定控制在约100°C，以防止气体冷凝。其外部取样部分可耐受高温炉气环境。

信号输出：探头信号经由线性化放大器（如NT46）处理，输出标准信号供控制系统使用。

结构特性：采用耐腐蚀材料（如Inconel合金）外壳，以抵御渗氮炉内的氨气等腐蚀性气氛。

3. 工作原理

取样管持续从热处理炉内抽取少量气体样品。气体进入氢探头末端恒温（约100°C）的测量室后，与内置的氢气传感元件接触。传感元件的物理特性（如电阻）会随氢气浓度变化而发生改变。这一变化被转换为电信号，经过配套的电子单元（如NT46）进行线性化、温度补偿等处理，最终输出一个与氢气浓度成正比的标准化信号（如4-20mA或0-20mA）。氮控仪接收此信号，结合设定的工艺参数，实时计算并控制炉内的氮势。

三、 产品的主要特点

对工艺环境适应性较强：取样式设计使核心传感器避免了高温、工件碰撞或富化气直吹的直接影响，有利于保持测量的长期稳定性和延长传感器寿命。

维护与更换相对便利：模块化的设计使得在需要维护时，通常可以只更换传感器模块，操作时间较短，有助于减少设备停机时间。

系统集成度较好：氢探头与MESA自家的氮控仪、线性化放大器等设备配套设计，信号对接顺畅，能构成完整的测量控制回路。

性能表现较稳定：资料显示，该探头不易受温度波动和现场振动影响，可靠性符合工业连续生产的要求。

四、 主要应用领域

MESA氢探头及其控制系统主要应用于需要精确控制氮势的化学热处理工艺，具体包括：

气体渗氮：通过连续监测炉内氢气含量，与控制氨气分解率相结合，实现对零件表面渗氮层深度和硬度的精确控制。

氮碳共渗（软氮化）：在含碳和氮的气氛中，氢探头的测量数据是协调碳、氮两种元素渗入过程，优化复合层性能的关键参数。

其他气氛热处理：也可用于需要监控或利用氢气气氛的工艺，例如某些类型的保护气氛加热或氢气退火。