Устройство для контроля площади анода гальванической пары Советский патент 1992 года по МПК G01B7/32 H03M1/62 

1

(21)4829832/24

(22) 09.04.90

(46) 23.09.92. Бюл. № 35

(75) Ю.Г.Подкин и Ю.В.Данилов

(56)Авторское свидетельство цРБ № 29380, кл. G 01 В 7/32, 1977.

Авторское свидетельство ЧССР № 203578, кл. G 01 R 13/02, 1980.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПЛОЩАДИ АНОДА ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ ПАРЫ

(57)Изобретение относится к измерительной технике и автоматике. Его использование для контроля площади в гальванической ванне позволяет повысить точность измерений. Устройство содержит преобразователь 1 входного сигнала в последовательность импульсов, блок 8 индикации и счетчик 10 импульсов. Благодаря введению в устройство делителя 7 частоты с постоянным коэффициентом, делителя 9 частоты с переменным коэффициентом и блока 11 ввода данных организуется цепь цифровой обратной связи, обеспечивающая учет изменения тока анода в процессе гальванического растворения 1 з.п.ф-лы. 1 ил.

Ё

VJ Os

со

00 С О

Изобретение относится к измерительной технике и автоматике и может быть ис- пользовано для текущего контроля площадей анодов, погружаемых в гальваническую ванну и растворяющихся при элект- ролитическом осаждении покрытий.

Известен прибор для измерения площади поверхности металлических изделий, со- держащий ванну с электролитом, положительный электрод-анод в виде обли- цовки ванны, штангу, соединенную с отрицательным полюсом источника тока, на которую подвешивается металлическое изделие, предназначенное для измерения. Измерение площади проводится путем сравнения величин токов, протекающих через измеряемый образец и эталон.

Недостаток этого устройства состоит в том, что алгоритм измерения включает поочередное погружение в ванну образца и эта- лона и сравнение абсолютных величин токов, протекающих в ванне Однако при периодическом извлечении образцов из ванны искажаются электрохимические процессы в поверхностных слоях электродов, а используемая в устройстве аналоговая обработка сигналов в производственных условиях снижает воспроизводимость и точность измерений.

Наиболее близким к изобретению явля- ется цифровой планиметр, содержащий преобразователь напряжения в частоту, реле, через которое поступают импульсы на счетчик, и дисплей, с которого считывается значение измеряемой величины. Однако ре- ализуемое планиметром линейное преобра- зование контролируемых величин в выходные сигналы при контроле площади анода не обеспечивает необходимой точности измерений.

Целью изобретения является повышение точности измерений

На чертеже приведена функциональная схема устройства для контроля площади анода гальванической пары.

Устройство содержит преобразователь 1 входного сигнала в последовательность импульсов, состоящий из блока 2 преобразования тока в напряжение, блока 3 обнуления, интегратора 4, блока 5 уставки и компаратора 6.

Кроме того, устройство содержит делитель 7 частоты с постоянным коэффициентом, блок 8 индикации, делитель 9 частоты с переменным коэффициентом, счетчик 10 импульсов и блок 11 ввода данных.

Работа устройства основана на зависимости площади поверхности анода, растворяемого в процессе нанесения гальванопокрытий, от расхода металла.

В процессе гальванической металлизации приращение массы осажденного металла Дгпк на катоде при токе I за время At равно

I Дгог,(1)

где К - электрохимический эквивалент; а- выход по току,

Масса вещества ДгПа, перенесен ная с анода на катодпри равномерном растворении анода равна

S-Ah,

(2)

где р - плотность металла покрытия; S - площадь анода; Ah-толщина слоя металла, удаляемого с поверхности анода в процессе металлизации.

Из формул (1) и (2) следует, что

ДИ К-|-- (3)

Для нестационарных процессов мгновенная скорость изменения толщины анода

jlH-A-Ll{л

dt-S-yO (4)

откуда толщина слоя металла, удаляемого с поверхности анода за время t, равна

h К / I

dt

(5)

о - -Р

Начальная площадь анода в виде параллелепипеда со сторонами а, Ь, с равна

50 2(ab + ас + be).(6) За интервал времени 0 - tj в процессе

гальаноосаждения металла поверхность анода уменьшится до величины

51 2(а - 2hi)(b - 2hi) + (a - 2hi)(c - 2hi) + (b - 2hi)(c - 2hi) + ac + be - 4hi(a + b + c)+12hi2,(7) где hi - толщина слоя металла, удаляемого с анода за этот интервал времени.

Если интервал времени мал, то hi а, Ь, с. Тогда пренебрегая последним слагаемым в выражении (7) ввиду его малости, с учетом формулы (6) имеют

51 S0-8hi(a-t b + c).(8) В следующий интервал времени ti - t2 с поверхности анода удаляется слой металла толщиной ha- площадь анода при этом

52 So - 8(hi - h2)(a + Ь + с) Si - 8гф + +b + с).(9)

Обобщая выражения (8) и (9), находят, что по завершении 1-го цикла гальваноосаждения для плоского анода

S, Si-1 - 8hi(a н b + c).(10)

Из формулы (5) ввиду малости изменения площади в цикле имеют

t

eft

учетом формулы (10) получают

Si Si-1 - 8K(a + b + c) / i i .

о P °i (12)

Для преобразования тока гальванопары в последовательность импульсов вначале блоком 2 ток гальванической ванны I преобразуется в напряжение

UI-A.I,(13)

где А - коэффициент преобразования.

Напряжение Ui поступает на вход интегратора 4, на выходе которого формируется напряжение

иинт | Uldt (14

где т - постоянная времени интегратора. Выражение (14) может быть представлено в виде суммы интеграторов, для которых за время интегрирования Ui| const

j }u, i / u.,dtT.

4 2 Uii-T,,

гдеТ| 1,-1и. Пусть

ui, .

С учетом формулы (17) выражение (15) принижает вид

i и,, -T,i иоп

T 1

о

N-Uon.(18)

Для осуществления преобразования (18) нужно сравнивать текущее напряжение на выходе интегратора 4 с опорным Don и периодически при UHHT Uon производить сброс интегратора 4 в нулевое состояние. С этой целью напряжение с выхода интегратора 4 вводится на первый вход компаратора б, на втором входе которого установлено блоком уставки 5 напряжение Uon. При достижении напряжением UHHT опорного значения Uon, с выхода компаратора 6 на вход блока обнуления 3 поступает уровень логической единицы. Сформированный в блоке обнуления 3 импульс сброса поступает на управляющий вход интегратора 4, и в течение времени п т интегратор 4 устанавливается в нулевое состояние; далее процесс повторяется

На выходе компаратора 6 формируется за время t последовательность N коротких импульсов, число которых с учетом выражений (13), (14) и (18)

/ I

пропорционально расходу материала анода при гальваническом осаждении. Таким образом, блок 1 преобразует ток анода в последовательность импульсов на выходе компаратора 6. Нормируя на масштабный коэффициент SH, преобразуют текущее значение площади анода в цифровой код:

S1 J-(20)

Ьн

0 Тогда значение кода площади из формулы (12) с учетом выражений (19) и (20) равно

S,

1-е I 8 К (а + b + с) т Un

СЗИ - г.2 . 1

N

/oSS -A -Sl-i

(21)

15

Полагая

20

(22)

8K(a+b+c)r.(22) окончательно имеют из выражений (2) и

Si -Sn1N

,)

Таким образом, для определения текущего кода площади нужно разделить число им25 пульсов N преобразователя 1 входного сигнала в последовательноть импульсов на величину

п По.Зн1(24)

и вычесть полученное значение из пре3Q дыдущего кода площади. С этой целью выход компаратора 6 через делитель 7 частоты с постоянным коэффициентом, коэффициент деления которого По, и делитель 9 частоты с переменным коэффициентом,

ос имеющим коэффициент деления 5м1. соединен с вычитающим входом счетчика 10 импульсов. Выходы счетчика 10 соединены с управляющими входами делителя 9 частоты с переменным коэффициентом (при том, что

4Q задают его коэффициент деления) и с входами блока индикации 8, отображающего текущую площадь S; .

Устройство для контроля площади анода гальванической пары работает следую45 щим образом. Блоком 11 ввода данных формируется и подается на установочные входы счетчика 10 импульсов код начальной площади анода. С выходов счетчика 10 этот код вводят на управляющие входы делителя

CQ 9 частоты с переменным коэффициентом, задавая его коэффициент деления, и на блок индикации 8, где он отображается как начальная площадь. Ток гальванической ванны блоком 2 преобразуется в напряжение и

сп поступает на интегратор 4, выходное напряжение которого компаратором 6 сравнивается с напряжением блока 5 уставки Uon. При UHHT Don с выхода компаратора 6 на вход блока 3 обнуления поступает уровень логической единицы. Сформированный в

блоке 3 обнуления импульс сброса поступает на управляющий вход интегратора 4 и устанавливает его в нулевое состояние. Таким образом блок 1 осуществляет преобра- зование тока в последовательность импульсов. Эти импульсы с выхода компаратора 6 поступают через делитель 7 частоты с постоянным коэффициентом (коэффициент деления - п0) на вход делителя 9 частоты с переменным коэффициентом. На управляющие входы делителя 9 частоты с переменным коэффициентом с выходов счетчмка 10 подается код площади 5м, который определяет коэффициент деления де- лителя 9 частоты с переменным коэффициентом в i-м цикле. В результате на выходе делителя 9 частоты с переменным коэффициентом число импульсов равно

еп. Импульсы с выхода делителя 9

По 0| - 1

частота с переменным коэффициентом поступают на вычитающий вход счетчика 10 импульсов, при этом каждый импульс уменьшает записанный в счетчике 10 код площади Si-i1 на единицу. В результате в счетчике 10 формируется код Si . Этот код вводится на управляющие входы делителя 9 частоты с переменным коэффициентом, поступает на блок 8 индикации и отображается как мера площади анода в (1+1)-м цикле. Таким образом, в отличие от известного предложенное техническое решение содержит ветвь цифровой обратной связи, обеспечивающей более точное измерение площади анода, что позволяет снизить погрешность установки плотности тока в гальванических ваннах и тем самым на 10- 15% повысить эффективность использования металла при электроосаждении,

Формула изобретения

измерений, в устройство введены делитель частоты с постоянным коэффициентом, делитель частоты с переменным коэффициентом и блок ввода данных, выходы которого подключены к установочным входам счетчика импульсов, выход преобразователя входного сигнала в последовательность импульсов соединен через делитель частоты с постоянным коэффициентом с информационным входом делителя частоты с

переменным коэффициентом, управляющие входы и выход которого подключены соответственно к выходам и вычитающему входу счетчика импульсов.

компаратора, выход которого соединен с входом блока обнуления и является выходом преобразователя, выход блока обнуления подключен к управляющему входу интегратора.