Устройство для измерения площади катода в гальванической ванне Советский патент 1989 года по МПК C25D21/12 

Фиг.

погружены анод 2, дополнительный электрод 3 и катод 4. Анод 2 непосредственно подключен к выходу генератора 5 импульсного тока, а катод 4 соединен с вторым ползосрм генерато ра 5 через шунт 6. Напряжение трапецеидальной формы, снимаемое с дополнительного электрода 3, при помощи первого выпрямителя 7, разделительного конденсатора 8, усилителя -выпря мителя 9 и первого фильтра среднего значения 10 преобразуется в постоянное напряжение, обратно пропорцио-. нальное площади катода. Это напряжение подается на рабочий вход функционального преобразователя 11. На компенсирующий вход преобразователя 11 с выхода блока 12 измерения тока генератора, состоящего из интегратора 13, второго выпрямителя 14 и второго фильтра среднего значения 15, подается напряжение, пропорциональное величине и обратно пропор - циональное частоте импульсного тока генератора 5. Функциональный преобразователь 11, включающий в себя генератор импульсов 16, схему И 17, счетчик 18, цифроаналоговый преобразователь 19 и схему сравнения 20, осуществляют операцию деления напряжения, подаваемого на компенсирующий вход, на напряжение на рабочем входе. В результате на выходах счетчика 18 устанавливается код, пропорциональный площади катода, причем на значение кода не оказьюает влияние ни величина, ни частота тока генератора 5. Повьшение точности измерения достигается введением в данное устройство разделительного конденсатора, усилителя-выпрямителя и функциональ ,ного преобразователя, 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано как самостоятельно для измерения площади деталей ия электропроводных материалов в гальванической ванне,.. так и в составе устройств стабилизации и регулирования плотности тока на поверхности деталей. Цель изобретения - повышение -точности измерения площади. В гальваническую ван;чу 1

1

Изобретение относится к оборудованию для гальванотехники и может быть использовано для измерения пло- щади .деталей, выполненньпс из электропроводных материалов.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

На фиг.1 приведена схема устройства; на фиг.2 - эквивалентная схема гальванической ванны на переменном токе, где: Сд и С, - емкости двойного электрического слоя соответственно анод-электролит и катод-электролит; R и Rj - эквивалентные сопротивления электролита между анодом и дополнительным электродом и катодом и дополнительным,электродом; А, Э, К - анод, дополнительный электрод и катод соответственно; на фиг.З - временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

На фиг.З обозначено I(t) - форма импульсного тока через ванну; ) - на пряжение, снимаемое с дополнительного электрода; ) - напряжение на выходе первого выпрямителя; Ug(t) - напряжение после разделителького конденсатора;и„ц(t) - напряжение на выходе усилителя-выпрямителя; Ujp, - напряжение на выходе первого фильтра среднего значения; (t) - напряжение, снимаемое с шунта;

o

Uy(t) - напряжение на выходе интегратора; Ug,.(t) - напряжение на выходе второго выпрямителя; Ucp напряжение на выходе второго фильтра

среднего значения.

Устройство для измерения площади катода в гальванической ванне содержит гальваническуто ванну 1, в которую погружены анод 2, дополнительный электрод 3 и катод 4. Анод 2 непосредственно подключен к выходу генератора 5 разнополярных импульсов тока прямоугольной формы, катод 4 подклюс чен к второму полюсу генератора 5 через шунт 6.

Вход первого выпрямителя 7 соединен с дополнительным электродом 3, а выход первого выпрямителя 7 подклю- - чен к одной из обкладок разделительного конденсатора 8, вторая обкладка которого соединена с входом усилителя-выпрямителя 5 выход которого подключен к вХоду первого фильт-

5 ра 10 среднего значения, соединенного своим выходом с рабочим входом функционального преобразователя 11. К шунту 6 подключен вход блока 12 измерения тока генератора, в состав

Q которого входят последовательно соединенные интегратор 13, второй выпря-- мителя 14 и второй фильтр 15 среднего значения, причем выход последне0

ГО подключен к компенсирующему входу функционального преобразователя 1 1 .

В состав функционального преобразователя 11 входят генератор 16 импульсов, выход которого соединен с одним из входов схемы И 17, выход которой подключен к входу счетчика 18. Выход счетчика 18 соединен с цифровыми входами цифроаналогового преобразователя 19, опорный вход которого является рабочим входом функционального преобразователя 11. Выход цифроаналогового преобразователя 19 соединен с одним из входов схемы 20 сравнения, второй вход которой является компенсирующим входо функционального преобразователя 1. Выход схемы 20 сравнения соединен с вторым входом схемы И 17.

Устройство работает следующим образом.

Импульсный разнополярный ток I(t создаваемый генератором 5, вызывает появление на электродах ванны напряжения, причем на дополнительном злектроде 3 по отношению к катоду 4 это напряжение имеет трапецеидальную форму.

Согласно схеме замещения ванны (фиг.2) напряжение на дополнитель

ном электроде при величине „ тока через ванну равно

U,(t)

I,R2

(1)

где t время после появления импульса тока IP,

Форма напряжения U-,(t) представлена на фиг.З. Первый выпрямитель 7 осуществляет двуполупериодное выпрямление напряжения U(t), а разделительный конденсатор 8 исключает постоянную составляющую выпрямленного напряжения. Далее полученное напряжение Uj, (t) выпрямляется и усиливается усилителем-выпрямителем 9 и поступает на первый фильтр 10 среднего значения, который выделяет постоянную составляющую U напряжения UygCt). Постоянная составляющая равна

что

С.

i

C« f

O

S

0

где f - частота тока I(t).

Таким образом, напряжение Ucp,, на выходе первого фильтра 10 среднего значения оказывается обратно пропорциональным емкости С двойного электрического слоя катод-электролит.

Функциональный преобразователь 11 находит обратную величину от напряжения Uj.p, и может быть выполнен по схеме, представленной на фиг.1. В начальный момент времени на выходе схемы 20 сравнения уров&нъ лог.Г , схема И 17 открыта -и импульсы напря-„ жения с генератора 16 импульсов поступают на счетчик 18,на выходах которого устанавливается нарастающий во времени код N. Так как на опорный вход цифро- аналогового преобразователя 19 пода- ется напряжение Ucpj , на его выходе напряжение ицд будет изменяться по закону

UCP.- N.

ц«п KI

ср,

30

где К| - коэффициент пропорциональности.

и

В момент сравнения напряжения цйп и cpi , поступающего с выхода блока измерения тока генератора, схема 20 сравнения подает запрет на схему И 17, счет прекращается. При этом код на выходах счетчика 18 ока- зьтается пропорциональным емкости G...

0

N

и

срт.

К,-и

ср

8

к

У f

(2)

Напряжение U.., обеспечивает ком5

0

5

срг

пенсацню влияния нестабильности величин 1д тока через ванну и его частоты f на погрешность преобразования, т.е. на величину кода N. Оно получается после усреднения вторым фильтром 15 среднего значения выпрямленного вторым выпрямителем 14 и проинтегрированного интегратором 13 напряжения, снимаемого с щунта 6, пропорционального току 1д. Форма напряжения Ug2 (t) представлена на фиг.З. Постоянная составляющая этого напряжения

рассчитывается на:

аналогично U

cpi

и рав-

и.

R IU

1° f

где (, - постоянная времени интегратора 13;

. - сопротивление шунта. 6.

Подставляя выражение для Ucpi (2),получим

N

jii

KI.C

С, или N К С,

где К

коэффициент пропорциональности.

Таким образом, код N на выходах счетчика 18 в данном устройстве пропорционален емкости С двойного электрического слоя ка.тод-электро- лит, а следовательно, и площади, катода, причем точность измерения площади существенно повышается за счет устранения необходимости измерения и сравнения мгновенных значений напряжений милливольтного уровня.

Экспериментальные исследования пр.едлагаемого устройства для измерения площади катода в гальванической ванне показали, что по сравнению с устройством - прототипом предлагаемое устройство обеспечивает более точное определение площади катода и позволяет за счет э.того повысить качество покрытия изделий а

Экспериментальная проверка данного устройства проводилась следующим образом. Б гальванической ванне помещался анод, дополнительный электрод и катод, представляюпщй собой прямоугольные медные пластины известной .площади: S 400 э см. Площадь катода изменяли путем замены катода на пластину другой площади. Фиксировались показания предла- гаемого устройства и прототипа. Результаты приведены нихе: г

Я,

, см

60

N прототип

N предлагаемое

20,0 40,5 61,2 20,0 40,3 60,2

80 83,4

С увеличением площади катода показания устройства-прототипа (N прототип) все сильнее отличаются от показаний предлагаемого (N предло). Это связано с тем, что уровень полезного сигнала с .ростом площади уменьшается. Поэтому в прототипе возрастает погрешность, вызванная наличием смещения в схеме сравнения. В предложенном устройстве уровень сиг

5

0

5

нала, поступающего на вход функционального преобразователя, во много раз больше, чем поступающего на вход схемы сравнения в прототипе, поэтому влия-ние- шумов и смещений в схеме сравнения здесь.существенно меньше.

В гальванической ванне определялась площадь с помощью данного устройства, Оказалось, что перемещение дополнительного электрода на ±5 см относительно исходного положения вызывало изменение показаний не более чем на 0,5%,

По сравнению с известным устройством данное устройство п-озволяет повысить точность измерения за счет исключения в процессе преобразования полезного сигнала операции сравнения мгновенных значений изменяющихся во времени . напря7сений малого уровня. В известном устройстве на схеме сравнения сравниваются мгновенные значения относительно низковоль тных сигнд- лов, поэтому наличие шумов во входных сигналах компараторов, дрейф их уровня- срабатывания приводит к нестабильности -длительности формируемь х на выходе устройства импульсОБ и погрешностей измерения,

В данном устройстве за счет использования двух включенных последовательно через разделительный конден- g сатор двухполупериодных выпрямителей и фильтра выделяется среднее значение полезного сигнала, причем уровень его на выходе фильтра может быть сделан достаточно большим (единицы и даже десятки вольт) при соответствующем выборе козсМзициента усиления выпрямителя, наличие шумов и дрейфа усилителей и схемы сравнения при таком уровне сигналов практически на точности измерений не.сказываются. Так при дрейфе уровня срабатывания схемы срайнения на 5 мВ в известном устройстве возникает погрешность порядка 20-30%, а в данном устройстве она составляет всего лишь 0,5-1%,

0

0

5

0

Формула изобретения

тока генератора, вход которого соединен через шунт с катодом, дополнительный электрод, фильтр среднего значения и выпрямитель, вход которого подключен к дополнительному электроду, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности измерений,, оно снабжено разделительным конденсатором, усилителем-выпрямителем и функциональным преобразователем, причем одна из обкладок разделительного- конденсатора соединена с выходом вьтрямитёля, а другая - с входом усилителя-выпрямителя, выход

Составитель С.Пономарев Редактор М,Бандура Техред Л.Сердюкова

Заказ 1321/28

Тираж 605

ВНИШШ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

усилителя-выпрямителя соединен с входом фильтра среднего значения, выход которого соединен с первым входом функционального преобразователя, при этом второй вход функционального преобразователя соединен с выходом блока измерения тока гене-л ратора.

э

S9

Корректор М.Максимипшнец

Подписное