碳势计算主要有两条路径：CO+O₂ 法用氧探头 mV（换算氧分压）、温度和 CO% 计算碳势，响应快、适合闭环控制；CO+CO₂ 法用红外分析仪测得的 CO、CO₂ 和温度计算，CO 为实测值、诊断能力强，但需要取样和标定。两者都基于碳活度与平衡反应，德国 DIN 17022 第三部分给出了相关计算思路。高思控制 CARBMATE™-18 同时支持这两种计算方式。
- CO+O₂ 法：氧探头 mV + 温度 + CO%
- CO+CO₂ 法：红外实测 CO、CO₂ + 温度
- 两者都由碳活度换算碳势
- CO% 设定值与实际值偏差是 CO+O₂ 法的主要误差来源
- 可双路计算互相校验
理论基础：碳活度
碳势计算的核心是碳活度 aC。根据边界反应 2CO ⇌ [C] + CO₂，平衡时：
aC = K₁(T) × p(CO)² / p(CO₂)
K₁ 是与温度有关的平衡常数。再根据奥氏体中碳活度与含碳量的关系，就能把 aC 换算为碳势 CP。DIN 17022 第三部分给出了碳传递与碳势计算的相关关系式。
通过 CO、CO₂、O₂ 之间的平衡（2CO + O₂ ⇌ 2CO₂），可以用氧分压替换 CO₂，于是得到基于氧探头的计算式。
方法一：CO+O₂ 法（氧探头）
输入：氧探头 mV、温度、CO%（通常为设定值）
过程：mV → 氧分压（Nernst 方程）→ 结合 CO% 求碳活度 → 碳势
优点：原位测量，响应快，适合实时闭环； 局限：CO% 多为设定值。若实际 CO 偏离（例如氮-甲醇气氛中 CO 波动），计算结果就会偏差。
方法二：CO+CO₂ 法（红外分析）
输入：红外分析仪实测 CO%、CO₂%，温度
过程：CO、CO₂ → 碳活度 → 碳势
优点：CO 为实测值；同时可测 CH₄，判断气氛是否接近平衡； 局限：需取样（有延迟）、需定期用标准气标定；CO₂ 含量很低时分辨率要求高。
两种方法对比
| 维度 | CO+O₂ | CO+CO₂ |
|---|---|---|
| 传感器 | 氧探头 | 红外分析仪 |
| 响应速度 | 快 | 较慢（取样延迟） |
| CO% 来源 | 多为设定 | 实测 |
| 诊断能力 | 有限 | 强（可同测 CH₄） |
| 维护 | 探头烧炭、更换 | 取样系统、定期标定 |
| 典型用途 | 闭环控制 | 校验、诊断，也可用于控制 |
组合使用的最佳实践
- 氧探头负责闭环控制；
- 红外分析仪实测 CO 并回写到控制器（或用于修正 CO 设定值）；
- 两路碳势同时显示，偏差超过阈值时报警；
- 用定碳片或热丝电阻定期校验，修正过程因子。
常见问题
控制器里的 CO 设定值应该填多少？
应以实际气氛的 CO 测量值为准，而不是理论值。吸热式气通常接近 20%（天然气原料），氮-甲醇随配比和温度不同而变化，建议用分析仪测量后设定。
两种方法算出的碳势不一致怎么办？
先确认分析仪标定和探头状态，再检查 CO 设定值是否准确、气氛中 CH₄ 是否偏高。偏差稳定时，可通过过程因子修正。
H₂O 也可以用来计算碳势吗？
可以，基于水煤气反应，用露点（H₂O）、H₂ 和 CO 计算碳势，这是露点控制法的原理，常用于发生器和部分炉子。