Способ измерения площади катода

Способ измерения площади катода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано для измерения площади катода в гальванической ванне, а также в устройствах стабилизации и регулирования, плотности тока на поверхности деталей . Цель изобретения - повышение точности измерения площади катода, В гальванической ванне устанавливают анод, катод и вспомогательньш электрод известной площади, сначала пропускают ток стабильной амплитуды высокой частоты через участок электролита анод - вспомогательный электрод , запоминают величину этого тока и измеряют емкостную составляющую напряжения, снимаемого с катода относительно вспомогательного электрода . Затем пропускают такой же по форме и частоте ток через участок электролита анод - катод и изменяют вапичину этого тока так, чтобы емкостная составляющая напряжения, снимаемого со вспомогательного электрода относительно катода, стала равна емкостной составляющей напряжения, снимаемого с катода относительно вспомогательного электрода, измеренной в предыдущем случае. Запоминают величину тока, протекающего между анодом и катодом . Площадь катода находят как частное от деления величины этого тока на величину тока, протекавшего через участок анод - вспомогательный электрод в первоначальном случае. В результате исключается погрешность, вызванная изменением свойства электролита и взаимного расположения деталей . 3 ил., 2 табл. (О W N( 00 ;о а

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5н 4 С 25 D 21/12

j13,;

Ий;1-.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО-ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2) ) 4145434/31-02 (22) 10.11.86 (46) 23,11.88. Бюл. 1№ 43 (71) Смоленский филиал Московского энергетического института (72) Н.В,Ковалков, M.Б.Гладштейн и П.Л.Прохоренков (53) 621.357.77 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 846610, кл. С 25 D 21/12, 1981.

Авторское свидетельство СССР

¹ 647363, кл. С 25 D 21/!2, 1979. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОЩАДИ КАТОДА (57) Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано для измерения площади катода в гальванической ванне, а также в устройствах стабилизации и регулирования. плотности тока на поверхности деталей. Цель изобретения — повышение точности измерения площади катода.

В гальванической ванне устанавливают анод, катод и вспомогательный электрод известной площади, сначала пропускают ток стабильной амплитуды высокой частоты через участок электроЛ0»14 1 О А1 лита анод — вспомогательный электрод, запоминают величину этого тока и измеряют емкостную составляющую напряжения, снимаемого с катода относительно вспомогательного электрода. Затем пропускают такой же по форме и частоте ток через участок электролита анод — катод и изменяют величину этого тока так, чтобы емкостная составляющая напряжения, снимаемого со вспомогательного электрода относительно катода, стала равна емкостной составляющей напряжения, снимаемого с катода относительно вспомогательного электрода, измеренной в предыдущем случае. Запоминают величину тока, протекающего между анодом и катодом. Площадь катода находят как частное от деления величины этого тока на величину тока, протекавшего через участок анод — вспомогательный электрод в первоначальном случае. В результате исключается погрешность, вызванная изменением свойства электролита и взаимного расположения деталей. 3 ил., 2 табл.

1439160

Изобретение отвосится к оборудованию для гальванотехники и может быть использовано для измерения площади деталей в гальванической ванне, а также в составе устройств стабилизации плотности тока.

Цель изобретения — повышение точности измерения площади деталей, На фиг.1 представлена функциональная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 2 - схема замещения BGHHbI для случая пропускания тока между анодом и деталями; на фиг.3 — вариант реализации устройства в соответствии с предлагаемым способом.

В гальванической ванне 1 размещены анод 2, вспомогательный электрод 20

3, катод (детали) 4. Анод 2 подключен к выходу управляемого источника

5 тока, который соединен с переключателем 6, а вспомогательный электрод 3 и катод 4 через шунты 7 и В соединены с соответствующими неподвижными контактами переключателя 6, подвижный контакт которого подключен к общей точке схемы. Эти же неподвижные контакты переключателя 6 соединены соответственно с входами блоков 9 и 10 измерения емкостной составляющей напряжения, Дополнительный электрод 3 и катод 4 соединены соответственно с входами блоков 11 и 12 для измерения величины тока. Выходы блоков 9 и 10 подключены к входам схемы 13 сравнения, выход которой подключен еще к одному неподвижному контакту переключателя 6, второй под- 40 вижный контакт которого соединен с входом управляемого источника 5 тока.

Выходы блоков 11 и 12 подкпючены к входам делительного блока 14, 45

На фиг, 2 обозначены: А,К,З вЂ” соответственно анод, катод и вспомогательный электрод; С, С„, Сэ - емкости двойных электрических слоев соответственно анод — электролит, катодэлектролит, вспомогательный электрод50 электролит; Н,, Rp, R — сопротивление участков электролита между электродами соответственно анод— вспомогательный электрод, анод — катод, вспомогательный электрод — катод; 1 — величина тока между анодом и катодом; Хэ — ток через вспомогательный электрод.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

Сначала переключатель 6 переводится в положение, указанное на фиг.1.

С помощью управляемого источника 5 переменного тока высокой частоты между анодом 2 и вспомогательным электродом 3 пропускают ток амплитудой I

С помощью измерительного устройства (блок) 9 измеряется емкостная составляющая напряжения, снимаемого с катода 4, одновременно с помощью измерительного устройства 12 и шунта 7 измеряется величина тока I,, протекающего через вспомогательный электрод.

Затем переключатель 6 переводится в другое положение. При этом к общему выводу источника 5 тока подключается катод 4 и замыкается цепь управления величиной тока источника 5 от схемы 13 сравнения, С помощью измерительного устройства (блок) 10 определяется емкостная составляющая напряжения, снимаемого со вспомогательного электрода„ эта составляющая гравнивается с помощью схемы 13 сравнения с емкостной составляющей, измеренной и запомненной в предыдущем случае измерительным устройством (блок) 9. Сигнал с выхода схемы 13 сравнения воздействует на величину тока, вырабатываемого источником 5, изменяя его до тех пор, пока напряжения на входах схемы 13 сравнения не выравняются. Величина этого тока измеряется с помощью устройства (блок) 11. Напряжения с выходов измерительных устройств (блоки) 11 и

12 поступают на входы делительного блока 1 4, на выходе которого образуется напряжение, пропорциональное площади катода.

Как следует из схемы замещения гальванической ванны (фиг.2) при протекании тока между двумя электродами, например, между анодом и катодом на третьем электроде 3 появляется напряжение относительно катода, которые можно представить в виде суммы двух составляющих, сдвинутых по о фазе друг относительно друга на 90

l R + )Т эк экв, 1С где U — напряжение на вспомогательэк ном электроде относительно катода (полагаем Тэ = 0);

14.19160 ствя для рассматриваемого случая имеет нид (фиг ° 3) .

Здесь 9„, !О, — фазочувствительные выпрямители;

l1, 12, — нефазочувствительные выпрямители;

9, 10, 11,12 — фильтры низкой частоты;

9, 10>, 11,!2 — аналого-цифровые преобразователи (АЦП);

94 104, 1 14, 124 Ц фр анал оны преобразователи (ЦАП).

В левом положении (по рисунку) подвижных контактов переключателя 6 на вход управляемого источника 5 тока напряжение не поступает, а ток высокой частоты I» вырабатынаемьгй источником 5, протекает через ванну между анодом 2 и вспомогательным электродом 3, создавая на шунте 7 падение напряжения, пропорциональное току I

Это напряжение поступает на выпрямитель 11,, затем сглаживается фильтром 11< и преобразуется н пропорциональный код в АЦП 1!э . В счетчике

AlUI код может храниться сколь угодно долго, если сигнал U>„ запрещает сброс. ЦАП 94 преобразует код н пропорциональное напряжение, которое saтем поступает на один иэ входов делительного блока 14. В то же время снимаемый с правого неподвижного контакта переключателя 6 сигнал поступает на вход фаэочувствительного выпрямителя !О,, на который н качестве опор;ного Uц подано напряжение, сдвинутое по фазе ня 90 С относительно тока то через ванну. С помощью фильтра 1О из пульсирующего напряжения выделяется постоянное, пропор, циональное емкостной составляющей напряжения, снимаемого с катода относительно дополнительного электрода.

Это напряжение преобразуется далее с помощью АЦП 10 в код и после обратного преобразования ЦАП 104 поступает на вход схемы сравнения 13, выполненной в виде усилителя рассогласования. Управляющий сигнал обеспечивает возможность запоминания измеренных значений в счетчиках АЦП, запрещая их сброс. В результате, даже после переключения переключателя

6 в новое (праное по рисунку) положеСк

Т

С

Отношение токов

Х равно —— го

С„

= KC

С

Э

Тяк как емкости С и С пропорэ циональны соответствующим площадям, прич ем пл ощадь в с по мо г ат ель но го электрода известна, отношение токов пропорционально измеряемой площади катода.

45

Возможны различные варианты реализации устройства в соответствии с предлагаемым способом.

В частности, если переключатель

6 управляется непериодическим сигналом, например вручную, блоки 9 и 10 могут представлять собой последовательно включенные фазочувствительные выпрямители, фильтры низкой частоты, преобрязонатели аналог — код и код— напряжение, блоки 11 и 12 выполняются по такой же схеме, но с использованием фазочунствительных выпрямителей. Функциональная схема устрой50

R „ — эквивалентное сопротивление ванны между анодом и катодом, когда ток I протекает между этими электродами; о3 — частота токà I.

Емкостняя составляющая этого нап1 ряжения равна I †--„--, Емкость С

cDCк 10 пропорциональна площади деталей H

Аналогично, если ток Х, протекает между анодом и вспомогательным электродом, напряжение на катоде относительно вспомогательного электрода равно:

Пкэ = IoRe e + CD/ где !1„ — напряжение на катоде относительно вспомогя20 т ель лог о эле ктр ода;

Rэк,э — эквивалентное сопротивление ванны между анодом и вспомогательным электродом, когда ток I протекает между этими электродами.

Емкостная составляющая этого напря1 жения равна I — — --- . Из равенства

ыС емкостных составляющих напряжений U

30 и !1 следует, что ток I определяется следующим выражением

1439160 ние информация об измеренных значениях тока и емкостчой составляющей напряжения сохраняются. В новом положении переключателя 6 шунт 8 подклю5 чается к общей точке схемы, а вход схемы,13 сравнения соединяется с управляющим входом источника 5 тока.

Кяк и в предыдущем случае блок 12 производит измерение тока, протекак- 10 щего через шунт 8, а блок 9 — измерение емкостной составляющей напряже ния, снимаемого с вспомогательного электрода относительно катода. Напряжение с выхода блока 9 сравнивает- )5 ся с напряженнем, снимаемым с блока

10 с помощью схемы 13 сравнения и если они не равны, то на.выходе усилителя появляется сигнал, поступаю>ций на вход источника 5 тока, изме- 20 ! няя величину создаваемого им тока

|, до тех пор, пока разность сигналов ня входе схемы 13 сравнения не станет равной нулю, При этом новое значение

Ск

25 тока Т = Т

-а

) (.>

Отношение гоков — — пропорциоIî нально емкости, и следовательно, и площади катода.

Для экспериментальной проверки возможностей предлагаемого способа, были проведены испытания опытного ! образца, выполненного в соответствии с предлагаемым способом. Измерения проводились при разных площадях катода и разных концентрациях электролита.

Результаты испытания:

1, Концентрация С = 50 г/л NaCI (табл.1);.Б. =: 5 см ; U „= 5,0 мВ;

Т = 5у0 МАе

Таблица1

45 о

Формула изобретения

Х, мА 14,7 19,8 25,1 29,8

2,94 3,96 5,02 5,96 где S — площадь дополнительного

Э электрода;

S — площадь катода;

U — емкостная составляющая нап9к ряжения на катоде относительно дополнительного электрода;

Т, — ток между анодом и дополнительным электродом;

I — ток между анодом и катодом, при котором емкостная составляющая напряжения на дополнительном электроде относительно катода равна ЬП

= ЬП2. Концентрация С = 100 г/л (табл.2); U», = 3,0 мВ; Т„= 5 мА.

Таблица2

S ñì 15 20 25 30

I, мА 14 8 20 25 29 9

2964050598 о

Как следует из полученных данных, связь между площадью катода и отношением токов ---- линейна и имеет вид

Тк

Io .-к

S Э 3 в о

При этом изменение концентрации электролита вдвое приводит к появлению погрешности в пределах не более

+O,657, что значительно ниже, чем у известного способа. Кроме того, связь между отношением токов и площадью катода линейка, характеристика происходит через начало координат, что существенно упрощает устройство, реализующее предлагаемый способ.

Предлагаемый способ существенно отличается от известных тем, что во время измерения емкостной составляющей напряжения на вспомогательном электроде и на катоде путем изменения тока через ванну устанавливается одинаковая плотность тока на поверхности данных электродов, двойной электрический слой поэтому имеет строго одинаковую структуру, à его емкость пропорциональна площади электрода. >то обеспечивает линейную связь между площадью катода и отношением токов на электродах и независимость результатов измерения от кон,центрации электролита.

Способ измерения площади катода, включающий установку в гяльваничес-.

7 i LI 391 кой ванне детали совместно оо вспомогательным электродом заданной площади, пропускание переменного тока стабильной величины высокой частоты между электродами, о т л и ч а ю

5 шийся тем, что, с целью повыщеHHR точности измерения, сначала пропускают ток с частотой не ниже 500—

1000 Гд через участок электролита g анод — вспомогательный электрод, фиксирует величину этого тока, измеряют емкостную составляющую- напряжения, снимаемого с катода, относительно вспомогательного электрода, пропуска- 1S ют ток с идентичными параметрами череэ участок электролита анод - катод, изменяют его величину до момента равенства емкостнь1х составляющих напряI жения вспомогательного электрода относительно катода и катода относительно вспомогательного электрода с первоначальными соответствующими параметрами, затем фиксируют величину тока, протекающего между анодом и катодом, а площадь катода находят как частное от деления величины этого тока на величину тока, протекав"

mего через участок анод — вспомогательный электрод, соответствующего первоначальным параметрам, 1439160

С ос т авит ель С. Пономарев

Техр ед N. Дидык

Корректор М,Шароши

Редактор В.Бугренкова

Заказ б043/27 Тираж б22 Подписное

ВНКИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Пр<>er;тпая, 4