氧探头在渗碳、碳氮共渗、保护气氛无氧化加热等热处理工艺上的应用要比在工业炉、汽车上应用复杂得多，因为炉内的气氛控制与氧探头输出的氧量信号没有直接的数学关系。它是通过氧探头测量出热处理炉内气氛中的氧量，再由热处理炉内气氛的化学平衡原理计算出对应的碳势，达到监视或控制炉内的碳势，这就要求在大量生产实践的基础上收集大量可靠的实验数据，建立起与实际更接的数学模式。渗碳炉中气氛碳势的测量与控制，1950年前后主要用氯化锂露点仪，1970年前后大多采用红外线气体分析仪。七十年代中期美国在热处理行业引进氧探头进行碳势控制，并获得巨大的成功。氧探头直接插入炉内测量，具有结构简单、响应速度快、精度高等优点，得以迅速在发达国家推广使用。到八十年代中期，欧、美、日等都已全部改用氧探头测量和控制碳势。

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