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

Изобретение относится к оборудованию для гальванотехники и может быть использовано для измерения площади деталей,, выполненных из злектропро- с водных материалов, & 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 устройств ва, реализующего предлагаемый способ; на фиг,2 - общая схема замещения участка электролита общий электрод - tS деталь (фиг.2а) и схема для этого же участка для переменного тока час 1: отой не ниже -несколько десятков к шогерц (фиг.26), где обозн деныг..ОЭ - общий электрод; Д - деталь, С., Сд - ем- 20 кости двойных электрических слоев соответственно общий.электрод - электролит и деталь - электролит; Кф„

R фа, сопротивления электрохимич€;ских реакций соответственно на основном электроде и. детали; Кл. - сопротивле25

35

ние электролита на участке общий электрод деталь; 1 - ток через ванну; на фиг.З - зависимость приращения напряжения во время импульса тока на 0 , дополнительном электроде относительно катода.

На фиг,4 - зависимость отношения напряженки на электродах 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 астоты, второй вывод генератора подключен к входу перекидного ключа б, управляющий вход ., ключа 6 подключен к выходу генератора 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 вьшрямительньгх устройств соединены с входами делительного устройства 10, к выходу которого подклк чен

50

55

с

10

tS 20

25

35

0

.- .,

50

5

показывающий прибор 11, проградуиро- ванный в единицах площади.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим об-, разом.

При поступлении в ванну подвески с деталями ток стабильной величины, вырабатьдааемый 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 ид| IgRn,, Чд 1, где Кд - напряжение между основным электродом к деталям, 1 - величина стабильного тока R - со- противлешш участка электролита основной электрод - детали, Чд. - напряжение между основным и дополнительными электродами, Rэг сопротивление участка электролита основной электрод - дополнительный электрод.

Эквивалентная схема замещения электролитической ванны представляет собой цепочку из последовательно включенных сопротивлений, первое из которых отражает наличие электрохимической ре.акции 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 соответствующими 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

полнительного электродов порядка 5- 10 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 электролит Х становится

пренебрежимо малым по сравнению с активным сопротивлением электролита.

Для того, чтобы прекратились элек трохимические реакции на электродах достаточно частоты порядка сотен герц.

Для того, чтобы можно бьшо Пренебречь сопротивлением емкости двои- ного слоя необходима существенно более высокая частота - порядка десятков килогерц, например 80-90 кГц.

Таким образом, сопротивление R, и Rg могут быть определены через пара метры электролита, величину поверхности электродов и расстояние между

ними R ,,

l

15Г

. Ц f i;.

удельное сопротивление электролита; In, l9r расстояние соответственно между основным электродом и деталями и основным и дополнительным электродами; Я„, S, - поверхность деталей и соответственно поверхность дополни- тельного электрода.

На вход выпрямительного устройства 8, таким образом, поступают пачки высокочастотных сигналов, амплитуда которых пропорциональна Од, и равна

АК о Р с частота следования определяется частотой генератора 7. На вход выпрямительного устройства 9 поступают аналогичные пачки им-

пульсов, но с амплитудой U, Р с

I Ь,

После выпрямления эти-напряжения сглаживаются и поступают на входы делительного устройства 10, на выходе которого образуется напряжение, проUA 1эт порциональное отношению - - Uftn SjT la

К S

.9

Следовательно, прибор 1 Г может быть проградуирован в единицах площади и будет иметь линейную шкалу.

61

Для экспериментальной провр.рки метрологических возможностей предлагаемого и известных способов измерения площади катода проводят ряд опытов.

в гальваническую ванну (объем 6 л) помеп1ают анод, катод и дополнительный электрод известной площади в соответствии с известными и предлагаемым способами измерения, В качестве электролита используют раствор NaCl, Причем концентрация электролита в одной серии опытов 40 г/л, во второй 80 г/л.

В первой серии опытов (при концентрации соли 40 г/л) проводят измерение площади катода в соответствии с известным способом , При этом между анодом и катодом, анодом и дополнительным электродом через балластные сопротивления пропускают ток, равный 20 мА, частотой 90 кГц. Измеряют падения напряжегшя анод - катод и анод - дополнительный электрод, которые составляют U 68 мВ, Цд 72 мВ при соотношении площадей (S,, 35 см, S 18 см). Разность

&U

и АЗ Уд составляет 4 мВ.

Далее в соответствии с известным способом р ток 20 мА частотой 90 кГц пропускают между анодом и катодом и находят приращение напряжени во время импульса тока на дополнительном электроде относительно катода. Это приращение составляет uU, 5 мВ (фиг.З).

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 и

дк 161 МБ, и

АЭ

174 мВ и оп

ределяют частное от них деления К 1,08.

UftK

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

В соответствии с известным способом 2 при изменении концентрации изменяются величины И f, aU, соответственно до уровня и, 39 мВ, 41 мВ и их разность уменьшается до уровня ли(К)ид5 - ид,, 2 мВ. Разность UU изменяется при изменении

15

20

но

25

514391

концентрации электролита вдвое на

„ ли - )

, 5ил, следовательно,

известный способ при изменении кон5

центрации вдвое дает погрешность измерения площади порядка 50%,

В соответствии со способом l при изменении концентрации вдвое изменяется величина разности bU|(K) 10 (фиг.З) до уровня ли,(К)3. Такое изменение приводит к появлению погрешности измерения площади порядка

&yL I iyiiKi 5-3

ди, 5 ° Измерения напряжений на электродах в соответствии с предлагаемым способом при измененной вдвое концентрации электролита дает следую- 1лле результаты Ь д (К) 97 мВ, U, (К) . - 104 мВр коэффициент В,, следователь, равен К .-Ц „07 и измеUARV /

няется лишь на 0,9 процента. Примерно такая же и погрешность измерения площади катода при изменении концентрации электролита вдвое,

Таким образом, экспериментально установлено, что Предлагаемый способ измерения площади обеспечивает повышение точности При изменении концент- раци электролита примерно в 30-40 раз по Сравнению с известными спосо- бамиэ что достигается поочередным пропусканием т ока через катод, и дополнительный электрод и определением площади через отношение напряжений на электродах.

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

Причиной низкой точности измереий площади в известном способе явяется, не зависимость емкости двойого слоя от концентрации электролита (ею пренебрегают), а изменение его ктивного сопротивления, изменение в ледствие этого напряжения на электродах и пропорциональное изменение азности этих напряжений. Кроме того, в известном способе ток через

40

45

50

55

30

35

5

0

91

5

0

616

катод и дополнительный электрод пропускают одновременно, а так как потенциалы катода и дополнительного электрода при этом не равны друг другу, между этими электродами появляется ток, в результате зависимость между площадью катода, и разностью напряжений на электродах становится нелинейной и достаточно сложной. Реализация такой зависимости связана с определенными техническими трудностями и не способствует повышению точности измерений площади. Экспериментальная проверка показьшает, что зависимость отношения напрялсений на электродах , при изменении площади катода в пределах 15 - 30 см имеет вид, показанный на фиг.4. При этом см, идз 163 мВ. Результаты представлены в таблице.

Ufti UAK

1,515 1,60 1,68 1,75

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

Г

UA5

/т/ . - V

5т(к, о;, г)

0

5

0

5

эт

К,,К

где S ... - площадь дополнительного электрода;

коэффициенты, зависящие от геометрических размеров ванны (определяются экспериментально). Для экспериментальной зависимости (фиг,4) связь между площадью катода, дополнительного электрода и отношением напряжений , имеет вид

S,- 5(12,2 У - 15,5) см. Ak

Предлагаемый способ позволяет уменьшить влияние изменений состава электролита на точность измерений площади катода. Формула изобретения

Способ измерения площади катода в гальванической ванне, включающий установку ОСНОВНС1ГО электрода, измеряемой детлли и дополнительного электрода известной площади и пропуска71439

ние тока стабильной величины от генератора через участки электролита между электродами, отличающий- с я тем, что, с целью повышения точ- g кости измерения площади, ток с частотой не ниже 80-90 кГц попеременно пропускают через участки общий элек- Т1зод - деталь и общий электрод - до618

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 электрод деталь.

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 - по- вьшение 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)

t(

, /

1

t5t

71- 0

Соз

Hh

я

фо