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以高温氧化锆作固体电介质，在高温下若电介质两侧氧浓度不同时，便形成氧浓差电池。浓差电池产生的电势与两侧氧浓度有关，如一侧氧浓度固定，即可通过测量浓差电势来测量另一侧的氧含量。通过炉外氧P1O1和炉内氧P2O2在氧化锆两侧产生的一个氧电势，及在被测气氛的温度下根据能斯特公式：E=1/NF·RT·LnP1O1/P2O2(mv)表达式。

正常的渗碳 [2]  气体中，CO和H2的含量基本上是定值，如用制备渗碳气体，其中大致含24%CO和33%H2，炉气中的CH4和O2对CO2和H2O的含量影响很大，当增加渗剂滴量或富化气体通入量，使CH4的含量增加时，CO2和H2O会迅速减少，其反应是：

CH4+H2O=CO+3H2

CH4+CO2=2CO+2H2

当O2量增加时，炉气中的CO2和H2O会迅速增多，其反应是

2H2+O2=2H2O

2CO+O2=2CO2

由此可知，只要控制炉气中的CO2、H2O、CH4和CO2中的任何一种气体的相对含量，也就能达到控制炉气成分、调整碳势的目的。根据上述原理，武汉华敏研究发现，低温状态也可以使用氧探头，金属材料在许多情况下要进行低温保护气氛热处理，在球化退火工艺中，常量，体上安装武汉华敏低温氧探头，并在线测量炉内气氛，精确控制炉内碳势。