Способ измерения площади катода Советский патент 1988 года по МПК C25D21/12 

Изобретение отйоситсл к оборудованию для гапьванотехники 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 функционгшь- ная схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг, 2 - схема замещения ванны для случая пропус кания 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 3, катод (детали) 4 Анод 2 подключен к выходу управляемого источника 5 тока, который соединен с переключателем 6, а вспомогательный электрод 3 и катод А через шунты 7 и 8 соединены с соответствующими непод- вшкными контактами переключателя 6,

подвижньш контакт которого подключен к общей точке схемы. Эти же неподвижные контакты переключателя 6 соединен соответственно с входами бло- КО53 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 подвижный контакт которого соединен с входом управляемого источника 5 тока Выходы блоков 11 и 12 подключены к

входам делительного блока 14,

На фиг,2 обозначены;А,КуЭ - соответственно анбд, катод -и вспомогательный электрод; С, С С - емкости двойных электрических слоев соответственно анод - электролит, катод - электролит, вспомогательный электрод электролит; В р, , R р, сопротивление участков электролита между электродами соответственно анод вспомогательный электрод, анод - катод, вспомогательный электрод - катод; I - величина тока между анодом и катодом; 1, - ток через вспомогательный электрод, ,

0

5

0

5

0

5

0

5

0

5

Устройство, реализующее предлагае- мьп1 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 1. С помощью измерительного устройства (блок) 9 измеряется емкостная состав- ляюп(ая напряжения, снимаемого с катода 4, одновременно с помощью измерительного устройства 12 и шунта 7 измеряется величина тока IQ , 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 сравнивается 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 вьп авняются. Величина этого тока измеряется с помощью устройства (блок) 11, Напряжения с выходов измерительных устройств (блоки) 11 и I2 поступают на входы делительного блока 14, 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 Э появляется напряжение относительно катода, которые можно представить в виде суммы двух составляющих, сдвинутых по фазе друг относитепьно друга на 90 ,

1

и

эк

I

Кэке, +

.11

и

Эк

напряжение на вспомогательном электроде относительно катода (полагаем 1 О);

9k6(

эквивалентное сопротинле- ние ванны между анодом и катодом, когда ток Т протекает между этими электродами;

со - частота тока I. Емкостная составляюптая этого напряжения равна

I -„4W U |й

Емкость С,

пропорциональна площади деталей Si.

Аналогично, если ток 1д протекает между анодом и вспомогательным электродом, напряжение на катоде относительно вспомогательного электрода равно:

и

кэ

.

До

где и

R

кэ

экв

QCj

напряжение на катоде относительно вспомогательного электрода; эквивалентное сопротивление ванны между анодом и вспомогательным электродом когда ток Ig протекает между этими электродами. Емкостная составляющая этого напр 1

женин равна 1 , Из равенстй

емкостных составляющих напряжений U

и и

следующим

следует, что ток I определяетс выражением

I 1. -sf- Отношение токов

к КГ Сэ

равно ----

С J, и Сд пропорТак как емкости ционапьны соответствующим площадям, причем площадь вспомогательного электрода известна, отношение токов пропорционально измеряемой площади катода.

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, преобразователи аналог - код и код - напряжение, блоки 11 и 12 выполняются по такой же схеме, но с использованием фазочувствительных выпрямителей, Ьункциональная схема устройства для рассматриваемого случая имеет вид (фиг,3),

5

0

5

0

5

0

5

5

Здесь 9 , 10, 1 1

(

12. Ч

1г. 2 0 9,, 10, П,,12з , ,

1

4

12л I

фазочувствительные выпрямители; нефазочувствитель- ные выпрямители; фильтры низкой частоты;

аналого-цифровые преобразователи

(АЦП);

цифроанапоговые преобразователи (ЦАП),

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

Это напряжение поступает на вьтря- митель 11,, затем сглаживается фильтром 112 и преобразуется в пропорцио- нальньпЧ код в А1Щ llj, В счетчике А1Щ код может храниться сколь угодно долго, если сигнал Uunp запрещает сброс. ЦАП 9 преобразует код в пропорциональное напряжение, которое затем поступает на один из входов дели тельного блока 14, В то же время снимаемый с правого неподвижного контакта переключателя 6 сигнал поступает на вход фазочувствительного выпрямителя 1П(, на который в качестве опор- ;ного и тое по тока I

QU подано напряжение, сдвину- фазе на 90 С относительно С помощью

0

р через ванну, фильтра lOj из пульсирующего напряжения выделяется постоянное, пропор- ,циональное емкостной составляющей напряжения, снимаемого с катода относительно дополнительного электрода. Это напряжение преобразуется далее с помощью АЦП. 1Oj в код и после обратного преобразования ЦАП 10 поступает на вход схемы сравнения 13, выполненной в виде усилителя рассог- ласования. Управляющий сигнал обеспечивает возможность запоминания измеренных значений в счетчиках АЦП, запрещая их сброс, В результате, даже после переключения переключателя 6 в новое (правое по рисунку) положе514

ние информация об измеренных значениях тока и емкостной составляющей напряжения сохраняются. В новом положении переключателя 6 шунт 8 подключается к общей точке схемы, а вход схемы ,13 сравнения соединяется с управляющим входом источника 5 тока. Как и в предыдущем случае блок 12 производит измерение тока, протекаю- щего через шунт 8, а блок 9 измерение емкостной сос тавляющей напряжения, снимаемой о с вспомогательного электрода относительно катода. Напряжение с выхода блока 9 сравнива.ет- ся с напряжением, снимаемым с блока с помо1цью схемы 13 сравнения и если они не равны, то на.выходе усилителя появляется сигнал, поступаю- идай на вход источника 5 тока, изме- няя величину создаваемого им тока до тех пор, пока разность сигналов на входе схемы 13 сравнения не станет равной нулю. При этом новое значение

тока Т Тд -j,- Отношение

токов о

пропорцио: (табл. ) - 5 П 5,0 мА,

и.„ 5,0 мВ|

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 электролит

Результаты испытания:

Концентрация С 50 г/л NaCl

Таблица 1

S., де S - площадь дополнительного электрода; площадь катода; емкостная составляющая напряжения на катоде относительно дополнительного электрода;

и

9К

П6

Тд - ТОК между анодом и дополнительным электродом; I - ток между анодом и катодом, при котором емкостная составляющая напряжения на дополнительном электроде относительно катода равна AU. &и„.

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

Таблица2 S|,CM Г 15 Г 20 Г 25 I 30

14,8 20 25 29,9 2,96 4,0 5,0 5,98

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

т о

q - q - - к К. 1

При ЭТОМ изменение концентрации электролита вдвое приводит к появлению погрешности в пределах не более 40,65%, что значительно ниже, чем у известного способа. Кроме того,связь между отнощением токов и площадью катода линейна, характеристика происходит через начало координат, что существенно упрощает устройство, реа- 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, а его емкость пропорциональна площади электрода. Это обеспечивает линейную связь между площадью катода и отношением токов на электродах и независимость результатов измерения от кон- ,центрации электролита.

Формула изобретения

Способ измерения площади катода, включающий установку в гальваничес-.

14

кой ванне детали сопместно со вспомогательным электродом заданной площади, пропускание переменного тока стабильной величины высокой частоты между электродами, отличаю- щ и и с я тем, что, с целью повьше- ния точности измерения, сначала пропускают ток с частотой не ниже 500 - 1000 Гц через участок электролита анод - вспомогательный электрод, фиксирует величину этого тока, измеряют емкостную составляющую- напряжения, снимаемого с катода, относительно вспомогательного электрода, пропуска- ют ток с идентичными параметрами че08

рез участок электролита анод - катод, изменяют его величину до момента равенства емкостных составляющих напряжения вспомогательного электрода относительно катода и катода относительно вспомогательного электрода с первоначальными соответствукидими параметрами, затем фиксируют величину тока, протекающего между анодом и катодом, а площадь катода находят как частное от деления величины этого тока на величину тока, протекавшего через участок анод - вспомогательный электрод, соответствующего первоначальным параметрам.

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 вапи- чину 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

Фиг. i

Ф1.. г