气氛控制基于水煤气反应方程，因为具有一定碳势的渗碳气氛主要是由活性气体成分CO、CO₂、H₂和H₂O，以及作为惰性成分的N₂所组成，而且这些活性气体成分具有按照水煤气反应方式彼此相互作用达到平衡的特点。即符合：

CO₂+H₂=CO+H₂O   （1）

并依据下面三个与钢表面进行碳交换的关系式，推演了三种不同的碳势控制方法。

2CO=(C)+CO₂   （2）

这一平衡式提供了通过测量渗碳气氛中CO₂含量方法来确定碳势的依据。即CO₂红外仪控制法。

从上述（1）、（2）两式得出：CO+H₂=（C）+H₂O   （3）

这个平衡式（异质的水煤气平衡式）是通过露点法测定碳势的依据。从CO 分解反应可以看到渗碳作用和氧势之间的关系：

CO=（C）+1/2O₂        （4）

是氧探头控制碳势的依据。

以上三种方法，由于露点法和红外仪法测量值的精度，特别是测量值与炉气变化的不同时、迟滞性，露点仪基本被淘汰，红外仪仅用于辅助控制，目前广泛应用的是测量精度高，测量值与炉气变化无迟滞的氧探头控制法。