Устройство для измерения внутренних напряжений гальванопокрытий Советский патент 1992 года по МПК C25D21/12 

7 - - -.1-

Ј -.

VI VJ СА) ЧЭ N NO

Изобретение относится к области гапь- вэноств(ии, в частности к измерению внутренних напряжений гальванопокрытий, и может найти применение в различных отраслях техники для определения и контроля физико-механических свойств металлических осадков.

Известно устройство для измерения внутренних напряжений гальванопокрытий, основанное на измерении угла прогиба катода и содержащее электролизер, представляющий собой прямоугольную кювету из органического стекла, снабженную водяной рубашкой, соединенной с насосом термостата. Катод s виде тонкой пластины, изолированной с одной стороны и крепящийся нижним концом в зажиме. Верхний конец катодной пластины возвышается на 3-4 см над уровнем электролита. С помощью осветителя с конденсатором выступающий конец катода через обьектив проектируется на шкалу, где и производится регистрация величины перемещения, которая в дальнейшем служит исходной для расчета внутренних напряжений.

Недостаток известного устройства состоит в том, что оно не обеспечивает достаточно высокой точности проводимых измерений.

Наиболее близким к изобретению является рычажно-оптическое устройство для измерения внутренних напряжений, содержащее гальваническую ванну с анодом и ленточным катодом, рычажный механизм, воспринимающий деформацию катода с укрепленным на нем датчиком, взаимосвязанным с преобразователем и согласующим устройством, и регистрирующий прибор.

Однако данное устройство является достаточно сложным с точки зрения аппаратурного оформления и также предполагает использование оптического преобразователя, что создает неудобства в случае непрерывной регистрации кривой зависимости деформации от толщины покрытия, обусловленные трудностью согласования входного сигнала с измерительной аппаратурой и необходимостью графического перестроения полученных результатов в удобную для последующих расчетов форму.

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Поставленная задача достигается тем, что изменение длины катода, наблюдаемое в процессе электролиза и вызванное появлением в растущем осадке внутренних напряжений, преобразуется в электрические сигналы, которые поступают в согласующее устройство, усиливаются и непрерывно регистрируются в виде кривой на самопишущем приборе. Для этого чувствительный элемент преобразователя выполнен в виде проволочного резистора, который закреплен на конце длинного плеча рычажного механизма и своей нижней частью погружен в капилляр, наполненный ртутью с возможностью его свободного перемещения относительно поверхности ртути, при этом часть капилляра над поверхностью ртути запол0 нена бинарной системой несмешивающихся между собой жидкостей, образующих границу раздела, верхний слой которого является диэлектриком, а нижний проводником электрического тока.

5 В качестве жидкости, образующей нижний слой могут быть использованы водные или неводные растворы электролитов, а в качестве жидкости верхнего слоя различные жидкие органические вещества не являю0 щиеся проводниками электрического тока, преимущественно углеводородные соединения легких фракций: пентан, гексан, октан, нонан, декан и их производные.

Предлагаемая установка позволяет с

5 высокой степенью точности регистрировать линейные изменения длины катода в процессе роста на нем осадка и определять возникающие в нем знакопеременные внутренние напряжения, что обусловливается

0 конструктивными особенностями используемого преобразователя, отличающегося тем, что в качестве опорной точки неподвижного контакта в нем выступает четко обозначенная линия, образующаяся на гра5 нице раз дела верхнего и нижнего слоев жидкостей.

Поскольку жидкости являются взаимо- несмешивающимися и смачиваемость верхней жидкости по отношению к материалу

0 резистора оказывается выше нижней, а возникающее на границе двух жидкостей межфазное натяжение определяется разностью их интенсивностей, то это создает благоприятное условие для равномерного и бес5 препятствечного сползания нижнего слоя жидкости, вытесняемого верхним, как обладающего лучшей смачиваемостью, по поверхности резистора при его перемещении через границу раздела фаз. При этом, в силу

0 большой разности межфазного натяжения и различной смачивающей способности жидкостей, исключается возможность их взаимопроникновения и налипания на поверхность резистора по границе раздела

5 фаз, т.е. по линии, где имеет место поступление входного сигнала.

На чертеже изображена схема предлагаемого устройства. ,

Устройство содержит гальваническую ванну 1 с анодами 2 и ленточным катодом 3.

рычажный механизм 4, воспринимающий деформацию катода, преобразователь 5, согласующее устройство 6 и регистрирующий прибор 7. Преобразователь содержит металлическую или стеклянную емкость 8, выполненную в виде вытянутого, заглушенного снизу и открытого сверху, вертикально расположенного капилляра, который наполовину заполнен ртутью 9. Поверх ртути капилляр заполнен бинарной системой несмешивающихся жидкостей, верхний слой 10 которой является диэлектриком, а нижний 11 проводником электрического тока. Чувствительным элементом преобразователя является проволочный резистор 12, погруженный внутрь капилляра и верхней частью жестко закрепленный на конце длинного плеча рычажного механизма с возможностью перемещения в столбе жидкостей. От нижней части капилляра и места крепления резистора к плечу рычажного механизма выведены провода 13 для питания преобразователя током и подачи выходного сигнала на согласующее устройство.

Устройство работает следующим образом.

Под действием внутренних напряжений происходит изменение линейных размеров катодной ленты, что приводит к повороту рычажного механизма на некоторый угол и смещению расположенного в капилляре резистора.

Для измерения перемещений используется мостовая схема, в диагональ которой включается преобразователь. Через преобразователь пропускают ток строго постоянной силы. Внутри преобразователя ток проходит через проволочный резистор, затем частично ответвляется и проходит через электропроводящий слой нижней жидкости и далее через объем ртути. Активный участок резистора, который включается в мостовую схему, располагается в промежутке от границы раздела фаз жидкостей до места крепления к резистору токопроводящего провода. Изменение длины резистора относительно границы раздела двух жидкостей, а, следовательно, и пропорциональное ему изменение активного плена места вызывает разбаланс последнего. Сигнал разбаланса поступает в согласующее устройство, усиливается и регистрируется самописцем КСП-4 на диаграммной ленте.

Согласующее устройство включает измерительный мост и компенсационный, собранный на транзисторах стабилизатор напряжения. Ток моста регулируется переменным резистором и контролируется миллиамперметром.

Выходная измерительная диагональ моста шунтируется делитепем, с помощью которого можно уменьшить сигнал, подаваемый на самописец.

Первоначальный баланс моста осуществляют переменным резистором, вынесенным на переднюю панель прибора.

Чувствительность установки определяется током моста и сопротивлением резистора. Она может быть повышена, если использовать проволочный резистор меньшего сечения из материала с большим удельным сопротивлением, а также путем

увеличения силы тока моста.

Пример конкретного выполнения. Предложенная конструкция была использована для измерения величины деформации и расчета внутренних напряжений

электролитических хромовых покрытий.

Для этого медный ленточный катод шириной 5 мм, толщиной 0,02 мм и длиной 100 мм нижним концом закрепляли в зажиме на дне электролитической ванны, которая заполнялась электролитом для осаждения хромовых покрытий.

Верхний конец катодной ленты крепится к короткому плечу рычага. В ванну погружали два анода, параллельные катоду. На

конце длинного плеча рычага закрепляли проволочный резистор, выполненный из ни- хромовой проволоки, толщиной 0,2 мм, который своей нижней частью погружался в капилляр, частично заполненный ртутью.

Поверх ртути капилляр заполняется бинар- ной системой несмешивающихся жидкостей, нижний слой которой представлял собой 20%-ный водный раствор едкого калия, а верхний-додекан. С помощью выводных проводов датчик подсоединялся к согласующему устройству.

При осаждении с двух сторон на катодную ленту изучаемого металла наблюдалось изменение ее длины, вызванное ростом

осадка и появлением в нем внутренних напряжений. Это изменение усиливалось посредством рычажного механизма, воспринималось преобразователем, преобразовалось в электрические сигналы и записывалось на регистрирующем приборе.

При сокращении или удалении катодной ленты на 100 мкм, которое соответствовало отклонению пера самописца на всю ширину диаграммной ленты, погрешность измерения составила не более 0,3%.

Формула измерения Устройство для измерения внутренних напряжений гальванопокрытий, содержащее гальваническую ванну с анодами и

точым катодом, рычажный механизм, восп-смешивающихся между собой жидкостей,

ринимающий деформацию катода, преобра-образующих границу раздела, верхний слой

зователь, согласующее устройство икоторой является диэлектриком, а нижний регистрирующий прибор, отличающее-проводником электрического тока, причем

с я тем, что. с целью повышения точности5 резистор закреплен на конце длинного плеиэмерения, преобразователь выполнен вча рычажного механизма, а свободный его

виде проволочного резистора и капилляра,конец погружен в капилляр с ртутью с воззаполненного ртутью, над поверхностью ко-.ложностью его вертикального перемещеторой расположена бинарная система не-ния относительно капилляра.

Использование: гальваностегия, в частности измерения внутренних напряжений гальванопокрытий, и может найти применение в различных областях техники, где возникает необходимость определять и контролировать физико-механические свойства металлических осадков, Сущность изобретения: устройство содержит гальваническую ванну 1 с анодом 2 и ленточным катодом 3, рычажный механизм А, воспринимающий деформацию катода, согласующее устройство 6, преобразователь 5 и регистрирующий прибор 7. При этом чувствительный элемент преобразова теля выполнен в виде проволочного резистора 12, закрепленного на конце длинного плеча рычажного механизма 1 и своей нижней частью погруженного в капилляр, наполненный ртутью 9, с возможностью его вертикального перемещения относительно поверхности ртути, при этом часть капилляра над поверхностью ртути заполнена бинарной системой несмешивающихся жидкостей, образующих границу раздела, верхний слой которой является диэлектриком, а нижний - проводником электрического тока. 1 ил. ч &