Устройство для контроля электрохимического осаждения металлов

ОЮЗ СОВЕТСКИХОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК 1733513 А 19) ( 25. О 21/1 СУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ И ГКНТ СССР СВИДЕТЕЛЬСТВУ ТОРС ССС 970, ССС 1987 ьство /12, 1 ьство 21/12,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ К РОХИМИЧЕСКОГО ОСА ЛОВ(57) Использование: в э контроля толщины гал процессе электроосаж. % 1481913, кл. С 250 2изобретения; устройство содержит дифференциальные весы 1, измерительный электрод 2, погруженный в электролит .ванны, технический инсти- механически соединенный с одним входомдифференциальных весов 1, два аналоговых ключа 3, 4 и образцовый электрод 5, также погруженный в электролит, соедийенныйР . механически с другим. входом дифференциальных весов 1 и электрически через первыйР . аналоговый ключ 3 с токовой шиной, с которой через второй аналоговый ключ 4 связан ,измерительный электрод 5, При этом конт- ОНТРОЛЯ ЭЛЕКТ- роллер 6 связан информационным входом с ЖДЕНИЯ МЕТАЛ- выходом дифференциальных весов 1, управляющим входом - с шиной "Пуск", первым и лектрохимии, для вторым выходами - с управляющими входаьванопокрытий в ми первого и второго аналоговых ключей 3, дения. Сущность4. 1 ил.1733513 5, контроллер 6 10 15 20 25 40 45 Изобретение относится к гальванотехнике, автоматике и измерительной технике и может быть использовано для контроля толщины покрытия деталей в процессе электроосаждения металлов в гальванотехнической ванне,Известно устройство контроля толщины электрохимического осаждения металлов, основанное на фиксации текущего изменения веса катода,Недостатком этого устройства является низкая точность из-за влияния подъемной силы газа, выделяющегося на катоде.. Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее коромысло, которое соединено с анодом 2, помещенным в гальваническую ванну, и системой электромагнитного уравновешивания в виде катушек грубой и точной компенсации, подключенных через усилители к выходам первого и второго цифроаналоговых преобразователей. а также с датчиком отклонения, первый выход которого соединен с первым входом компенсатора, а второй - с общей точкой схемы, генератор импульсов, первый и второй ключи с подвижными контактами, задатчик кода, индикатор привеса, триггер и четыре счетчика,Недостатком такоо устройства является большая сложность реализации и недостаточная точность при измерениях массы.Цель изобретения - упрощение устройства и повышение точности путем исключения влияния изменений концентрации электролита и напряжения на электродах на измерение массы. Поставленная цель достигается тем, что устройство контроля электрохимического осаждения металлов, содержащее дифференциальные весы, систему переключения, измерительный электрод, погрукенный в ванну, механически соединенный с первым входом дифференциальных весов, дополнительно снабжено двумя аналоговыми ключами и эталонным электродом, причем эталонный электрод установлен в ванне, соединен механически с вторым выходом дифференциальных весов и электрически через первый аналоговый ключ с токовой шиной электропитания ванны, к которой через второй аналоговый ключ подключен измерительный электрод, система переключения выполнена в виде контроллера, при этом контроллер связан информационным входом с выходом дифференциальных весов, управляющим входом - с шиной "Пуск" электропитания ваннМ, первым и вторым выходами - с управляющими входами первого и второго аналоговых ключей. Нэ чертеже представлена схема устройства,Устройство содержит дифференциальные весы 1, измерительный электрод 2, аналоговые ключи 3 и 4, эталонный электрод Устройство работает следующим образом,До начала нанесения покрытия измеряется. разность весов измерительного 2 и эталонного 5 электродов, значение которой Л Л 1 запоминается контроллером 6 в момент, когда на управляющий вход контроллера 6 поступает сигнал "Пуск". В этот же момент начинается процесс гальванизации в результате протекания тока через измерительный электрод 2. так как открывается ключ 3 по команде от контроллера 6, Этот ток течет также через электролит, третий электрод электролитической ванны, связанный с полюсом источника напряжения, и источник напрякения (не показаны), токовую, шину, связанную с другим полюсом источника напряжения,Контроллер 6 сравнивает текущее значение разности Ь выходного сигнала Л Л 2 дифференциальных весов 1 и запомненного значения Ь Л 1 с заданным допуском Р 1, хранящимся в его памяти, При Ь01 по ко манде от контроллера 6 сначала на короткоевремя Ь 1 замыкается ключ 4, а затем на 1 время Лт 2 размыкаются ключи 3 и 4, Подклю-чение образцового электрода к источнику напряжения приводит к образованию на 35 нем пузырьков газа, а последующее отключение тока приводит к процессу их рассеивания. отличающегося достаточной однородностью, что приводит практически к моментальному выравниванию подьемных сил, и, следовательно, их компенсации, По этой причине влияние газообразования на результаты измерения веса покрытия исключаетсяя.В конце интервала Ь 12 производится сравнение значения Ь, равного разности результатов измерения дифференциальными весами 1 Л Л 2 и запомненного значения ЛЛ 1 с вторым значением допуска 02. Если значение разности Ь меньше этого значения, также хранящегося в памяти контроллера 6, то ключ 3 вновь замыкается и процесс нанесения покрытия продолжается еще в течение времени Ьтз, после чего контроллер вновь замыкает ключ 4 на время Ьт 1, а затем размыкает оба ключа 3 и 4 на время Ьс 2, в конце которого оценивается разность Ь, равная весу покрытия и, значит, пропорциональная его толщине, Этот процесс переключений, измерений и сравнений повторяется до тех пор, пока разность Л не станет равной или несколькобольшей 02, при этом контроллер 6 формирует сигнал отключения тока в ванне.Значение результата измерения формируется на информационном выходе контроллера 6 в виде кода и на его отсчетномустройстве, отградуированном в единицахтолщины покрытия,В случаях, когда удается обеспечитьодинаковые подъемные силы из-за газообразования на электродах 2 и 5 при протекании через них токов, ключ 3 может бытьзамкнут в течение всего времени гальванизации, при этом считывание всех результатов измерения с весов 1 в контроллер 6,кроме запоминаемого. Л Р 1, должно производиться перед размыканием ключа 4.Как следует из принципа действия, точность устройства не зависит, например, отизменения напряжения на электродах иконцентрации электролита, так как возникающее при этом изменение газообразованияодинаково влияет на изменения подьемныхсил электродов 2 и 5, которь 1 е компенсируются при измерении Л разности весовэлектродов.Действительно, это следует из соотношений.Л Р 1=- Р 2 - Р,;Л Р 2 = Рп + Р 2 - Л г 2 - Р 5 + Л г 5;Л= ЛР 2 - ЛР =. Р;=Р /3 г 1,где Р 2. Р 5 - веса электрода 2, 5, погруженных в электролит;Л Р 1, Л Р 2 - разности весов Р 2 и Р 5,измеряемые дифференциальными весами 1через заданный интервал времени;Л - текущее значение результатов измерения веса;Рп - вес покрытия со знаком плюс. еслиэлектроды 2 и 5 являются катодами, и сознаком минус, если электроды 2 и 5 являются анодами;Л г 2 = Л г 5- подьемная сила электродов2 и 5 из-за газообразования;1, з, б - толщина, площадь и удельныйвес покрытия.Кратковременное подключение тока через эталонный электрод 5 на время Л 2, втысячу раз меньшее времени гальванизации электрода 2, позволяет пренебречь изменением веса электрода 5 из-за нанесенияна него покрытия за время Л 12Упрощение реализации достигается засчет резкого снижения требований к точности и стабильности формирования уравно 5 10 15 20 25 низкого класса точности, упростить их обсе контроля. 30 35 40 45 50 вешивающих сил используемых весов с электромагнитным уравновешиванием полного веса электрода, Измерительный 2 и эталонный 5 электроды достаточно просто вь полняются с различием веса и объема не более, чем на 1-5 О, поэтому требования к точности и стабильности формируемых компенсирующих сил используемых весов снижаются в 20-100 раз.Предлагаемое устройство особенно эффективно при небольшой массе и значительной поверхности электродов 3 и 5, так как в подобных случаях погрешности измерения снижаются с 20 - 30 до 0,2 - 2,Во многих случаях измерительный электрод 2 может быть выполнен в виде меньшей части контролируемого анода (или катода), связанной электрически с таким же по размерам, форме и весу эталонным электродом и с большей частью контролируемого анода (или катода) токоподводами. Это позволяет в качестве дифференциальных весов 1 использовать типовые электронные весы, в том числе пружинные, сравнительно служивание, сократить затраты времени на одно измерение, так как не требуется точного уравновешивания в таких весах в процесФормула изобретения Устройство для контроля электрохимического осаждения металлов. содержащее дифференциальные весы, систему переключения, измерительный электрод, погруженный в ванну, механически соединенный с, первым входом дифференциальных весов, о т л и ч а ю щ е е г, я тем, что, с целью повышения точности путем исключения влияния изменений концентрации электролита и напряжения на электродах на измерение массы, оно снабжено двумя аналогичными ключами и эталонным электродом, причем эталонный электрод установлен в ванне, соединен механически с вторым входом дифференциальных весов и электрохимически через первый аналоговый ключ с токовой шиной электропитания ванны, к которой через второй аналоговый ключ подключен измерительный электрод, система переключения выполнена в виде контроллера, при этом контроллер информационным входом соединен с выходом дифференциальных весов, управляющим входом - с шиной "Пуск" электропитания ванны первым и вторымивыходами - с управляющими входами первого и второго аналоговых ключей.