Устройство для измерения внутренних напряжений в гальванических покрытиях Советский патент 1987 года по МПК G01L1/00 

порциональна приращению массы катода- свидетеля 3 и количест)во их подсчитывается счетчиком. По переднему фронту импульса от таймера 13, поступающему на вход измерителя 15 привеса, содержимое счетчика записывается в регистр, с выхода KOtoporo записанный код поступает на выход измерителя 5 привеса и далее на вход вычислительного устройства 14, который, получив измеренные величины от блока

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического измерения внутренних напряжений в гальванических покрытиях,.

Цель изобретения - повышение- точности и автоматизация процесса измерения внутренних напряжений гальванических покрытий.

На фиг. 1 представлено устройство для измерения внутренних напряжений в гальванических покрытиях; на фиг,2- измеритель привеса; на фиг, 3 - блок управления и блок отслеживания; на фиг, 4 - измеритель тока.

Устройство состоит из ванны 1 с установленными в ней анодом 2, катодом-свидетелем 3 и гибким катодом 4, нижний конец которого закреплен, а верхний свободен, К аноду 2 подключен выход источника 5 тока, второй выход которого через измеритель 6 тока соединен с катодом-свидетелем 3 и гибким катодом 4, Со свободным концом гибкого катода 4 индуктивно связан датчик 7, включенный в частотоза- дающий контур измерительного генератора 8, выход которого подключен к входу дискриминатора 9, второй вход которого соединен с опорным генератором 10, Датчик 7 механически связан с блоком 11 отслеживания, вход которого соединен с первым выходом блока 12 управления, первый вход которого подключен к выходу дискриминатора 9, второй вход соединен с выходом таймера 13, а второй выход соединен с вторым входом вычислительного устройства 14, первый вход которого подключен к выходу таймера 13, входу изме12 управления измерителя 6 тока и измерителя 15 привеса, по сигналу таймера 13 начинает вычисление величины внутренних напряжений. Константы и величины, постоянные для данного процесса, заранее записываются в память вычислительного устройства 14 и считьтаются в процессе вы - числений , результат которого передается на индикатор 16 . 4 ил.

рителя 15 привеса и управляющему входу измерителя 6 тока. Третий вход вычислительного устройства 14 соединен с выходом измерителя 6 тока, четвертьш вход вычислительного устройства 14 подключен к выходу измерителя 15 привеса, с которым механически связан катод-свидетель 3. Выход вычислительного устройства 15 соединен с входом индикатора 16.

Измеритель привеса содержит катушку 1 7 с подвижным сердечником часто- тозадающего контура генератора 18 нулевых биений, выход которого подключен к первому входу счетчика 19, выход которого соединен с информационным входом регистра 20. Вход записи регистра 20 и второй вход счетчика 19 соединены и являются входом измерителя 15 привеса.

Блок управления и блок отслеживания содержат первый 21 и второй 22 компараторы, задающий генератор 23, первый 24 и второй 25 злементы И,

формирователь 26 импульсов управления шаговым двигателем, триггер 27, усилитель 28 управляющих импульсов, реверсивный счетчик 29 и регистр 30, а в блоке отслеживания 1 - шаговый

двигатель 31, на валу которого закреплен микрометрический винт 32, механически связанный с индуктивным датчиком 7, причем неинвертирующий вход первого 21 и инвертирующий вход

второго 22 компараторов объединены и являются первым входом блока управления, инвертирующий вход первого 21 и неинвертирующий вход второго 22 компараторов заземпены; выход первого

2 компаратора подключен к входу пер31296863

BOro 24 элемента И, выход второго 22 компаратора соединен q входом второго 25 элемента И, другие входы первого 24 и второго 25 элементов И объединены и подключены к выходу за- 5 дающего генератора 23. Вьпсод первого 24 элемента И соединен с первым входом формирователя 26 импульсов управ,т 30

ления, входом прямого счета реверсив- ного счетчика 29 и вторым входом 0 триггера 27. Выход второго 25 элемента И подключен к второму входу формирователя 26 импульсов управления, входу обратного счета реверсивного счетчика 29 и первому входу триггера 27, выход которого соединен с вторым входом регистра 30, первый вход которого подключен к выходу счетчика 29. Выход регистра 30 является выходом, а третий вход регистра - вторым вхо- 20 дом блока 14 управления. Выход формирователя 26 импульсов управления через усилитель 28 соединен с шаговым двигателем 31 отслеживающего устройства 3.

Измеритель тока содержит измерительный резистор 33, усилитель 34, аналого-цифровой преобразователь 35 и регистр 36, вьпсод которого является выходом измерителя 6 тока, первый вход которого соединен с выходом ана- лого -цифрового преобразователя 35, вход которого подключен к выходу усилителя 34, выходы которого соединены с выводами измерительного резистора 33 и являются входами измерителя 6 тока. Второй вход регистра 36 является входом управления измерителя 6 тока.

Катод-свидетель 3 представляет бой металлическую пластину, подвешенную на нити, соединенной с подвижным сердечником катушки 17 частотозадаю- щего контура генератора 18 нулевых биений. 5

Вычислительное устройство 15 представляет собой специализированный вычислитель, в качестве которого может быть использован микропроцессор. Вычислительное устройство 15 рассчитывает величину внутренних напряжений по известной формуле

(1)

где А - постоянная величина для опре-55 деленного вида покрытия и типа гальванической ванны; D - плотность катодного тока;

50

G ,i - BT/ut

25 35

530

0 20 0 5

5550

РФ -.JL1

Т1,.+

(2)

d - толщина катода; Е - модуль упругости первого рода материала катода; ВТ| - катодный выход металла по

току; & X - смещение катода на уровне

электролита;

ut - время проведения гальванического процесса.

В свою очередь катодный выход металла по току определяется по формуле ikut где дР - вес осадка, выделившегося

на катоде; .

I - ток гальванической ванны; k - электрохимический эквивалент металла;

fit - время проведения гальванического процесса. Постоянные величины для данного типа покрытия, входящие в формулы (1) и (2), перед началом работы записываются в память вычислительного 25 устройства 14, которое обрабатывает выходные сигналы измерителя 6 тока, измерителя 15 привеса, таймера 13 и блока 12 управления и рассчитывает сначала величину ВТ по формуле (2), а затем величину по формуле (О. Вычисленное значение поступает на индикатор 16, в качестве которого можно использовать любой самопишущий прибор , например КСП-4 или светодиодный 35 знаковый индикатор, например АЛС324. Таймер 13 может быть выполнен на основе любой известной схемы измерителя временных интервалов. Формирователь 26 импульсов управления вырабатывает последовательность импульсов, обеспечивающих работу шагового двигателя 31 в соответствии с техническими условиями и может быть выполнен по типовой схеме реверсивного управления шаговым двигателем.

Устройство работает следующим образом.

В гальваническую ванну 1 завешивается катод-свидетель 3, соединяется с подвижным сердечником 17 катушки и регулировкой положения подвижного сердечника на выходе генератора 18 нулевых биений выставляется нулевая частота. Затем в гальваническую ванну 1 устанавливается и закрепляется нижним концом гибкий катод 4, к которому подводится датчик 7. Устройство включается в режим установки без

включения источника 5 тока. Частота измерительного генератора 8 зависит от расстояния между датчиком 7 и гибким катодом и выбирается так, чтобы при определенном расстоянии между датчиком 7 и гибким катодом 4 эта частота была равна ча стоте опорного генератора 10. Такое расстояние между датчиком 7 и гибким катодом 4 приперестают поступать импульсы с выхода генератора 23, тогда на выходе формирователя 26 устанавливается постоянный уровень и шаговый двигатель 31 останавливается.

Если выходной сигнал дискриминатора 9 отрицат(глен, то срабатывает второй компаратор 22. Высокий уровень с его выхода открывает второй нято за начальное. При изменении рас-tO элемент И 25, импульсы с выхода ге- стояния относительно начального из- нератора 23 поступают на второй вход меняется частота измерительного гене- формирователя 26 импульсов управле- ратора 8, становясь больше или мень- ния, который вырабатывает последова- tne частоты опорного генератора 0. тельность импульсов, вызывающих вра- В соответствии с этим изменяется по- 45 щенке шагового двигателя 31 в протилярность выходного сигнала дискриминатора 9.

С выхода дискриминатора 9 сигнал поступает на первый выход блока 12 управления, в котором подается на инвертирующий вход первого 21 и инвертирующий вход второго 22 компараторов. Если входной сигнал дикриминато- ра 9 положителен, то срабатывает первый компаратор 21, если отрицательный - то второй компаратор 22. Допустим, сработал первый компаратор 21, на его выходе появляется высокий уровень, поступающий на первый вход первого элемента И 24, на, второй вход которого подается импульсная последовательность с вьпсода генератора 23. Элемент И 24 открывается, и импульсы начин-ают проходить на первый вход формирователя 26 импульсов управления , который по этим импульсам вырабатывает последовательность импульсов, необходимую для работы шагового двигателя 31. С выхода формирователя 26 последовательность импульсов через усилитель 28 подается на вход шагового двигателя 31, вызывая его вращение. На валу шагового двигателя ЗГ закреплен микрометрический винт 32, механически соединенный с датчиком 7. Вращаясь, шаговый двигатель 31 посредством микрометрического винта 32 передвигает датчик 7 таким образом, чтобы уменьшить отклонение расстояния между гибкмм катодом 4 и датчиком 7 от начального. Когда начальное расстояние между гибким катодом 4 и датчиком 7 устанавливается, сигнал .

рассогласования дискриминатора 9 становится равным нулю, на выходе первого компаратора 21 поставляется низкий уровень, первый элемент И 24 закрывается, на вход формирователя 26

воположную сторону. Датчик 7 также начинает передвигаться в противоположную сторону до тех пор, пока не устанавливается начальное расстояние между гибким катодом 4 и датчиком 7. Так производится начальная установка устройства, после чего счетчики 19 и 29, регистры 20, 30 и 36 устанавливаются в нулевое состояние.

Включаются источник 5 тока и таймер 13, и начинается проэлектрохими- ческий процесс осаждения металла на гибком катоде 4 и катоде-свидетеле 3. Одна сторона гибкого катода 4 покрыта изолирующей пленкой, поэтому осаждение происходит только на одной его стороне, вызывая изгиб катода 4 под влиянием внутренних напряжений. Тем самым изменяется расстояние между гибКИМ катодом 4 и датчиком 7, отклоняясь от начального. При этом на выходе дискриминатора 9 появляется выходной сигнал, полярность которого зависит от направления отклонения гибкого катода 4. Под действием выходного сигнала дискриминатора 9 начинает работать блок 12 управления аналогично режиму установки, вырабатывая последовательность импульсов, которые вызывают вращение шагового двигателя 31, и при помошя микрометрического

винта 32 восстанавливается начальное расстояние между датчиком 7 и гибким катодом 4.

В блоке 12 управления с выходов первого 24 или второго 25 элементов И импульсы поступают на входы формирователя 26 импульсов управления, а также на входы прямого и обратного счета реверсивного счетчика 29, второй и первый входы триггера 27 соответственно. Допустим, от сигнала дискриминатора 9 сработал первый 21 комfO

аратор и, следовательно, импульсы с выхода генератора 23 проходят иа выход первого 24 элемента И. Под действием этих импульсов триггер 27 устанавливается в нулевое состояние, а счетчик 29 начинает счет импульсов, поступающих на его вход прямого счета. Когда после установления начального расстояния между гибким катодом 4 и датчиком 7 выходной сигнал пер- вого компаратора 21 становится равным нулю, первый 24 элемент И закрывается, счетчик 29 останавливается. Количество импульсов, подсчитанное счетчиком 29, пропорционально величине смещения (изгиба) гибкого катода 4, а состояние триггера 27 определяет знак смещения. Выходной код счетчика 29 и уровень с выхода триггера 27 поступают на входы регистра 30. По сигналу таймера 13, который подается на второй вход блока 12 управления в заданные моменты времени, выходной код счетчика 29 и триггера 27 записывается в регистр 30.25

Если от сигнала дискриминатора 9 сработал второй 22 компаратор, то открывается второй 25 элемент И, импульсы поступают на первый вход триггера 27, устанавливая его в единицу, зо и вход обратного счета счетчика 29, которьш начинает считать в обратном коде, что свидетельствует о противоположном знаке смещения гибкого катода 4.

С выхода регистра 30 записанный код поступает на выход блока 12 управления и далее на второй вход вычислительного устройства 14.

20

I

Выходной блок источника 5 тока, проходя через измерительный резистор 33 измерителя тока 6, вызывает на нем падение напряжения, пропорциональное протекающему току. Это напряжение усиливается усилителем 34 и преобразуется в цифровой код при помощи аналого-цифрового преобразователя 35. Выходной код аналого-цифрового преобразователя 35 подается на первый вход регистра 36, на второй вход (записи) которого поступает сигнал от таймера в заданные моменты времени, записывая в регистр 36 полученный код. С выхода регистра 36 код поступает на третий выход вычислительного устройства 14.

При осаждении металла на катоде- свидетеле 3 его вес увеличивается.

J5

р

,

35

40

O

5

о

0

вследствие чего механически связанный с ним подвижный сердечник изменяет свое положение в катушке 17. На выходе генератора 18 появляются импульсы частоты нулевых биений, частота импульсов пропорциональна величине смещения подвижного сердечника и, следовательно, приращению веса катода-свидетеля 3, Подсчитывая при помощи счетчика 19 число импульсов за определенный период времени, можно определить привес катода-свидетеля 3 за этот период. По переднему фронту импульса от таймера 13, поступающему

5 на вход измерителя 15 привеса, содержимое счетчика 19 записывается в регистр 20, а задним фронтом этого импульса счетчик- 19 устанавливается в нуль, подготавливаясь к измерению приращения веса за следующий период. С выхода регистра 20 записанный код поступает на выход измерителя привеса 15 и далее на четвертьш вход вычислительного устройства 14.

Вычислительное устройство 14, получив измеренные величины (коды) от блока 12 управления, измерителя 6 тока и измерителя 15 привеса, по сигналу таймера 13, поступакицец у на его первый вход, начинает вычисление величины внутренних напряжений по приведенным вьщ1е формулам (1) и (2), При этом константы и величины, постоянные для данного технологического процесса заранее записываются в память вычислительного устройства 14 и считываются из нее в процессе вычислений. Результат вычислений из выходного регистра вычислительного устройства 14 передается на индикатор 16.

Изменяя интервалы времени, через которые вырабатываются сигналы таймера 13, можно менять дискретность измерения величины внутренних напряже НИИ в зависимости от требований конкретного технологического процесса.

Формула изобретения

р Устройство для измерения внутренних напряжений в гальванических покрытиях, содержащее ванну с анодом и гибким катодом со свободным верхним и консольно закрепленным нижним кон, цами, источник тока, один выход которого соединен с анодом, а другой через измеритель тока - с гибким катодом, датчик, индуктивно связанный со свободным концом гибкого катода и ме5

0

ханически соединенный с блоком отслеживания и включенньш.в частотозадаю- щий контур измерительного генератора, опорный генератор, дискриминатор, входы которого соединены соответст- венно с выходом измерительного и опорного генераторов, и индикатор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, в него введены катод-свидетель, электрически соединенный с гибким катодом, блок управления, первый вход которого подРедактор С. Лисина

Составитель Э. Щутилова Техред И.Попович

Заказ 767/43Тираж 777

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. ПроектнаяГГ

ключен к дискриминатору, вычислительное устройство, выход которого подключен к индикатору, а его четыре входа подключены соответственно к входу блока отслеживания, к второму выходу блока управления, к выходу измерителя тока и к выходу измерителя привеса, таймер, связанный с управля- кщим входом измерителя тока, входом измерителя привеса, первым входом вычислительного устройства и с вторым входом блока управления.

фие.2

фи&.У

Корректор Л. Патай

Подписное

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для автоматического измерения внутренних напряжений в гальванических покрытиях. Цель изобретения - по- вьшение точности и автоматизации процесса измерения внутренних напряжений гальванических покрытий. При осаждении металла на катоде-свидете- . ле 3 его масса увеличивается, сердечник в катушке 17 меняет свое положение. На выходе генератора 18 появляются импульсы, величина которых проS сл 00 Ф 00 cfjue.t