Способ измерения площади катода в гальванической ванне

Способ измерения площади катода в гальванической ванне

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано как для измерения площади деталей из электропроводных материалов в гальванической ванне, так и при создании устройств стабилизации и регулирования плотности тока на поверхности катода. Цель изобретения - повьшение точности измерения площади катода. В гальваническую ванну погружают основной электрод, дополнительный электрод известной площади и измеряемые детали. С помощью источника тока стабильной амплитуды с частотой, например, 80-90 кГц через участок электролита основной электрод - измеряемые детали пропускают ток и измеряют напряжение, снимаемое с деталей относительно основного электрода, полученное значение запоминают. Затем такой же по величине и форме ток пропускают через участок электролита основной электрод - дополнительный электрод, измеряют и запоминают напряжение , снимаемое с дополнительного электрода относительно основного. Площадь катода находят путем деления величины напряжения, измеряемого во втором случае, на величину напряжения измеренного в первом. Повышение точности измерения площади катода достигается за счет исключения погрешности , связанной с изменением свойств :электролита. 4 ил., 1 табл. & (Л со QD О)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) (51) 4 С 25 D 21/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (2l ) 4161253/31 02 . (22) )0.11.86 (46) 23.11,88. Бюл. У 43 (71) Смоленский филиал Московского энергетического института (72) Н.В.Ковалков, M.Б.Гладштейн и П.А,Прохоренков (53) 621,357.77(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М- 1242546, кл. С 25 D 21/12, Авторское свидетельство СССР

1(- 846610, кл. С 25 D 21/12, 1981. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОЩАДИ КАТОДА

В ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ ВАННЕ (57) Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано как для измерения площади деталей из электропроводных материалов в гальванической ванне, так и при создании устройств стабилизации и регулирования плотности тока на поверх ности катода. Цель изобретения — повышение точности измерения площади катода, В гальваническую ванну погружают основной электрод, дополнительный электрод известной площади и измеряемые детали. С помощью источника тока стабильной амплитуды с частотой, например, 80-90 кГц через участок электролита основной электрод — измеряемые детали пропускают ток и измеряют напряжение, снимаемое с деталей относительно основного электрода, полученное значение запоминают. Затеи такой же по величине и форме ток пропускают через участок электролита основной электрод - дополнительный электрод, измеряют и запоминают напряжение, снимаемое с дополнительного электрода относительно основного. Пло-Я щадь катода находят путем деления величины напряжения, измеряемого во втором случае, на величину напряжения, измеренного в первом. Повышение точности измерения площади катода дости- = гается за счет исключения погрешности, связанной с изменением свойств

:электролита. 4 ил., l табл.

1439161

Изобретение относится к оборудованию для гальванотехники и может быть использовано для измерения площади деталей„ выполненных из электропроводных материалов, а также в системах для автоматического поддержания заданной плотности тока в гальванических ваннах, Цель.изобретения " повышение точ- 10 ности измерения площади катода.

На фиг.1 приведена схема устройст= ва, реализующего предлагаемый способ; на фиг,2 - общая схема замещения участка электролита общий электрод — 15 деталь (фиг.2а) и схема для этого же участка для переменного тока частотой не ниже -несколько десятков килогерц (фиг.2б), где обозначены:..ОЭ вЂ” общий электрод; Д - деталь, С ., С вЂ” ем- 2О кости двойных электрических слоев соответственно общий электрод - электролит и деталь - электролит; R

К - сопротивления электрохимических реакций соответственно на основном электроде и детали, R — сопротивление электролита на участке общий электрод - деталь; Х, — ток через ванну; на фиг.3 — зависимость приращения напряжения во время импульса тока на . дополнительном электроде относительно катода, На фиг.4 - зависимость отношения напряжений на электродах U<> /U„ при изменении. площади катода.

Устройство содержит гальваническую ванну 1, в которую погружен основной электрод 2, деталь 3 и дополнительный электрод известной площади

4. Основной электрод подключен к одному выводу генератора 5 стабильного тока высокой частоты, второй вывод генератора подключен к входу пере. кидного ключа 6, управляющий вход ключа 6 подключен к выходу генера.тора 7 тактовых импульсов, а выходы ключа соединены соответственно с деталями 3 и дополнительным электродом 4.

Вход выпрямительного устройства

8 подключен одним концом к основному электроду, а другим - к деталям, а вход аналогичного выпрямительного устройства 9 — соответственно к основному и дополнительному электродам.

Выходы выпрямительных устройств соединены с входами делительного устройства 10, к выходу которого подключен показывающий прибор ) 1, проградуированный в единицах площади.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.

При поступлении в ванну подвески с деталями ток стабильной величины, вырабатываемый генератором 5 через ключ 6, который управляется сигналами с генератора 7 низкочастотных тактовых импульсов, попеременно протекает через промежутки основной электрод - детали, основной - дополнительный электроды и создает на этих участках в электролите соответствующие падения напряжения Ц = Х К, Б I где Б „ " напряжение между основным электродом к деталям, I величина стабильного тока R — соР противленне участка электролита основной электрод - детали, UA — напряжение между основным и дополнительными электродами, R Ä - соггротивление участка электролита основной электрод - дополнительный электрод.

Эквивалентная схема замещения электролитической ванны представляет собой цепочку из последовательно включенных сопротивлений, первое из которых отражает наличие электрохимической реакции на основном электроде, второе — сопротивление толщи электролита между основным и рассматриваемым при составлении схемы замещения электродом и треть отражает наличие электрохимической реакции на рассматриваемом электроде, причем первое и третье сопротивления шунтируются емкостями, отражающими наличие двойного электрического слоя между электролитом и соответствуюшими электродами.

Сопротивление толщи электролита и величина емкости двойного электрического слоя зависят от величины поверхности электродов.

Величина поверхности основного электрода выбрана значительно большей поверхности деталей и дополнительного электрода, а частота генератора 5 тока такова, что емкостное сопротивление двойного электрического слоя на деталях, дополнительном и основном электродах значительно меньше сопротивления толщи электролита. Эти условия хорошо выполняются при соотношениях поверхностей основного и до39161

В соответствии с известным способом (21 при изменении концентрации изменяются величины U Aк и UA соот" ветственно до уровня UA< 39 мВ, 41 мВ и их разность уменьшается до уровня ЬБ(К)=11д - U«2 мВ. Разность цБ изменяется при изменении

=K S

55 з

14 полнительного электродов порядка 510 и частотах 80-100 кГц, Для данного способа ток должен быть стабильной величины, частота f которого настолько высока, что прекращаются электрохимические реакции на электродах, сопротивление емкости двойного электрического слоя катод—

1 электролит Х = - — — — становитс ск 2АГ Ск я пренебрежимо малым по сравнению с активным сопротивлением электролита.

Для того, чтобы прекратились электрохимические реакции на электродах достаточно частоты порядка сотен герц, Для того, чтобы можно было пренебречь сопротивлением емкости двойного слоя необходима существенно более высокая частота — порядка десятков килогерц, например 80-90 кГц.

Таким образом, сопротивление R и

R могут быть определены через параметры электролита, величину поверхности электродов и расстояние между

1 197 нимиК = -с; В =0 - rpep

Эт удельное сопротивление электролита;

1 — расстояние соответственно между основным электродом и деталями и основным и дополнительным электродами; S, 8 — поверхность деталей и соответственно поверхность дополнительного электрода.

На вход выпрямительного устройства

8, таким образом, поступают пачки высокочастотных сигналов, амплитуда которых пропорциональна UA и равна

14

UA„= I, 1 -, а частота следования определяется частотой генератора

7. На вход выпрямительного устройства 9 поступают аналогичные пачки им1э пульсов, но с амплитудой Uä эг

После выпрямления эти напряжения сглаживаются и поступают на входы делительного устройства 10, на выходе которого образуется напряжение, проUA «БЪ 1э порциональное отношению

UÀà 8эт

Следовательно, прибор 11 может быть проградуирован в единицах площади и будет иметь линейную шкалу.

Для экспериментальной пров ерки метрологических возможностей предлагаемого и известных способов измерения площади катода проводят ряд опытов, В гальваническую ванну (объем бл) помещают анод, катод и дополнительный электрод известной площади в соответствии с известными и предлагаемым способами измерения, В качестве электролита используют раствор NaC1, причем концентрация электролита в одной серии опытов 40 r/ë, во второй

80 г/л.

В первой серии опытов (при концентрации соли 40 г/л) проводят измерение площаци катода в соответствии с известным способом (2J. При этом между анодом и катодом, анодом и дополнительным электродом через балластные сопротивления пропускают ток, равный 20 мА, частотой 90 кГц.

Измеряют падения напряжения анод— катод и анод — дополнительный электрод, которые составляют UA< - 68 мВ, 72 мВ при соотношении площадей (Вк = 35 см, Б = 18 см ). Разность

У3 = LA — UA составляет 4 мВ.

Далее в соответствии с известным способом (1) ток 20 мА частотой

90 кГц пропускают между анодом и катодом и находят приращение напряжения во время импульса тока на дополнительном электроде относительно катода, Это приращение составляет hU

= 5 мВ (фиг.3).

Наконец, в соответствии с предлагаемым способом ток 20 мА частотой

90 кГц поочередно пропускают между анодом и катодом, затем между анодом и дополнительным электродом и измеряют соответствующие падения напряжения UAÄ = 161 мВ, UA> = 174 мВ и определяют частное от них деления

Uаэ

К = --- = 1,08.

0Ак

Во второй серии опытов изменяют концентрацию соли в растворе до 80 г/л и повторяют все измерения, В результате установлено следующее.

1439161

= 40/„

5U 5

Измерения напряжений на электродах в соответствии с предлагаемым способом при измененной вдвое концентрации электролита дает- следующие результаты U< (К) =97 мВ, UA (y)=, 104 мВ, коэффициент В, следовательБи И) но, равен К = ---"-" = 1„07 и измеU„„(К) няется лишь на 0,9 процента. Примерно такая же и погрешность измерения площади катода при изменении концентрации электролита вдвое.

Таким образом, экспериментально ус тановлено, что предлагаемый способ измерения площади обеспечивает повышение точности при изменении концент, рации электролита примерно в 30-40 ! раз по сравнению с известными спосо бами, что достигается поочередным пропусканием тока через катод и дополнительный электрод и определением площади через отношение напряжений ,.на электродах.

Емкость двойного электрического слоя на границе раздела металл— электролит зависит от состава электролита, но в предлагаемом способе измерения площади катода сопротивлением этой емкости пренебрегают по сравнению с активным сопротивлением электролита (для чего и выбирают достаточно высокую частоту тока через ванну).

Причиной низкой точности измерений площади в известном способе является не зависимость емкости двойного слоя от концентрации электролита (ею пренебрегают), а изменение его активного сопротивления, изменение в следствие этого напряжения на электродах и пропорциональное изменение разности этих напряжений. Кроме того, в известном способе ток через

UA э мВ лк

S см к

ЭО

Способ измерения площади катода в

55 гальванической ванне, включающий установку основнс го электрода, измеряемой детали и дополнительногo электрода известной площади и пропускаконцентрации электролита вдвое на

Ю вЂ” ЛБ К1

S = - -- . = 50, следовательно, известный способ при изменении концентрации вдвое дает погрешность измерения площади порядка 50, В соответствии со способом t11 при изменении концентрации вдвое изменяется величина разности U (К) (фиг. 3) до уровня d U, (К) =3, Такое изменение приводит к появлению погрешности измерения площади порядка катод и дополнитепьный электрод пропускают одновременно, а так как потенциалы катода и дополнитепьного

5 электрода при этом не равны друг другу, между этими электродами появляется ток, в результате зависимость между площадью катода, и разностью напряжений на электродах становится

10 нелинейной и достаточно сложной. Реализация такой зависимости связана с определенными техническими трудностями и не способствует повышению точности измерений площади. Зксперимен15 тальная проверка показывает, что зависимость отношения напряжений на электродах U /U< при изменении площади катода в пределах 15 — 30 см т имеет вид, показанный на фиг.4. При

20 этом S > = 5 см, U»= 163 мВ. Результаты представлены в таблице, 107 102 97 93

15 20 25 30

1 515 1,60 1,68 1 75

Связь между площадью катода S и отношением напряжений на электродах линейна и определяется соотношением

S ò (K U 1 э 4к где S — площадь дополнительного эт электрода;

К,, К вЂ” коэффициенты, зависящие от геометрических размеров ванны (определяются экспериментально), Для экспериментальной зависимости (фиг,4) связь между площадью катода, дополнительного электрода и отношением напряжений U /U<< имеет вид

S = 5(12,2 --- — 15,5) (см ). к Ugl, Предлагаемый способ позволяет уменьшить влияние изменений состава электролита на точность измерений площади катода.

Формула и з о б р е т е н и я

7 1439 ние тока стабильной величины от генератора через участки электролита между электродами, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точ5 ности измерения площади, ток с частотой не ниже 80-90 кГц попеременно пропускают через участки общий электрод — деталь и общий. электрод - до!

61 8 полнительный электрод, измеряют падения напряжения на этих участках в моменты протекания тока и определяют величину площади деталей, как отношение напряжений на участке общий электрод — дополнительный электрод к напряжению на участке общий электроддеталь.

1439161

Составитель С,Пономарев ,Редактор В.Бугренкова Техред И.Дидык Корректор Л.Патай

Заказ 6043/27, Тираж 622 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

l!3035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно=полиграфическое предприятие, r. Ужгород, уп. Пр егтная, 4