Способ измерения площади катода

ОЮЗ СОВЕТСНИХОЦИАЛИСТИЧЕСНИХЕСПУБЛИН А 19) 51) 4 С 25 П 21/1 ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ Ий:1 . 21) 4 22) 1 46 2 теин ОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ(71) Смоленский филиал Московского энергетического института(56) Авторское свидетельство СССР Ф 846610, кл. С 25 Э 21/12, 1981,Авторское свидетельство СССР Р 647363, кл. С 25 Э 21/2, 1979. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОЩАДИ КАТОДА (57) Изобретение относится к гальванотехнике и может быть использовано для измерения площади катода в гальванической ванне, а также в устройствах стабилизации и регулирования. плотности тока на поверхности деталей. Цель изобретения - повышение точности измерения площади катода. В гальванической ванне устанавливают анод, катод и вспомогательный электрод известной площади, сначала пропускают ток стабильной амплитуды высокой частоты через участок электролита анод - вспомогательный электрод, запоминают величину этого токаи измеряют емкостную составляющуюнапряжения, снимаемого с катода относительно вспомогательного электрода. Затем пропускают такой же по форме и частоте ток через участок электролита анод - катод и изменяют величину этого тока так, чтобы емкостнаясоставляющая напряжения, снимаемогосо вспомогательного электрода относительно катода, стала равна емкостной составляющей напряжения, снимаемого с катода относительно вспомогательного электрода, измеренной в пре-ддыдущем случае. Запоминают величину Жтока, протекающего между анодом и ка-тодом. Площадь катода находят какчастное от деления величины этоготока на величину тока, протекавшегочерез участок анод - вспомогательныйэлектрод в первоначальном случае. Врезультате исключается погрешность,вызванная изменением свойства электролита и взаимного расположения деталей, 3 ил., 2 табл.Изобретение отйосится к оборудованию для гальванотехники и может быть использовано для измерения площади деталей в гальванической наине, а также н составе устройств стабилизации плотности тока. Цель изобретения - повышение точности измерения площади деталей,На Фиг.1 представлена функциональная схема устройства, реализующегопредлагаемый способ; на Фиг. 2 - схема замещения ванны для случая пропускания тока между анодом и деталями;на Фиг.3 - вариант реализации устройства н соответстнии с предлагаемым способом,В гальванической ванне 1 размещены анод 2, вспомогательный электрод3, катод (детали) 4, Анод 2 подключен к выходу управляемого источника5 тока, который соединен с переключателем 6, а вспомогательный электрод 3 и катод 4 через шунты 7 и В 25соединены с соответствующими неподвижными контактами переключателя 6,подвижный контакт которого подключенк общей точке схемы. Эти же неподвижные контакты переключателя 6 соединены соответственно с входами блоков 9 и 10 измерения емкостной составляющей напряжения, Дополнительныйэлектрод 3 и катод 4 соединены соответственно с входами блоков 11 и 12для измерения величины тока. Выходыблоков 9 и 1 О подключены к входамсхемы 13 сравнения, выход которойподключен еще к одному неподвижномуконтакту переключателя 6, второй поднижный контакт которого соединен свходом управляемого источника 5 тока.Выходы блоков 11 и 12 подкпючены квходам делительного блока 14,45На фиг,2 обозначены: А,К,З - соответственно анод, катод и вспомогательный электрод; С , С, Сэ - емкости двойных электрических слоев соответственно анод - электролит, катод- электролит, вспомогательный электрод.50 электролит; НН , В - сопротивление участков электролита между электродами соответственно анод - вспомогательный электрод, анод - катод, вспомогательный электрод - катод; 1 - величина тока между анодом и катодом; 1 а - ток через вспомогательный электрод,Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом.Сначала переключатель 6 переводится в положение, указанное на фиг.1.С помощью управляемого источника 5 переменного тока высокой частоты между анодом 2 и вспомогательным электродом 3 пропускают ток амплитудой 1. С помощью измерительного устройства (блок) 9 измеряется емкостная составляющая напряжения, снимаемого с катода 4, одновременно с помощью измерительного устройства 12 и шунта 7 измеряется величина тока Т протекающего через вспомогательный электрод.Затем переключатель 6 переводится в другое положение, При этом к общему выводу источника 5 тока подключается катод 4 и замыкается цепь управления величиной тока источника 5 от схемы 13 сравнения, С помощью измерительного устройства (блок) 10 определяется емкостная составляющая напряжения, снимаемого со вспомогательного электрода эта составляющая сравнивается с помощью схемы 13 сравнения с емкостной составляющей, измеренной и запомненной в предыдущем случае измерительным устройством (блок) 9, Сигнал с выхода схемы 13 сравнения ноздействует на величину тока, вырабатываемого источником 5, изменяя его до тех пор, пока напря- жения на входах схемы 13 сравнения не выравняются. Величина этого тока измеряется с помощью устройства (блок) 11. Напряжения с выходов измерительных устройств (блоки) 11 и 12 поступают на входы делительного блока 1 4, на выходе которого образуется напряжение, пропорциональное площади катода.Как следует из схемы замещения гальванической наины (фиг.2) при протекании тока между двумя электродами, например, между анодом и катодом на третьем электроде Э появляется напряжение относительно катода, которые можно представить в виде суммы двух составляющих, сдвинутых поо фазе друг относительно друга на 901- т. Н +,тэк а" ЯСгде Б - напряжение на нспомогательЭном электроде относительно катода (полагаем Т = О);1439160 С1О СОтношение токов 1равно --1 о 40 45 50 55 В- эквивалентное сопротивление ванны между анодом икатодом, когда ток 1 протекает между этими электродами;(д - частота тока 1.Емкостняя составляющая этого нап 1ряжения равна 1 в - , Емкость С2 С с О пропорциональна площади деталей Б.Аналогично, если ток 1, протекает между анодом и вспомогательным электродом, напряжение на катоде относительно вспомогательного электрода равно:1Пкэ 1 о эк 6 +,1огде 1 - напряжение на катодеотносительно вспомогя 20т ель лог о электрода;Б э,э - эквивалентное сопротивление ванны между анодом ивспомогательным электродом,когда ток 1 протекаетмежду этими электродами.Емкостная составляющая этого напряжения равна 1 в в. Из равенстваыСемкостных составляющих напряжений Цэк 30 и 11 следует, что ток 1 определяется следующим выражением= КССЭТак как емкости С и С пропорэ циональны соответствующим площадям, причем площадь вспомогательного электрода известна, отношение токов пропорционально измеряемой площади катода. Возможны различные варианты реализации устройства в соответствии с предлагаемым способом.В частности, если переключатель 6 управляется непериодическим сигналом, например вручную, блоки 9 и 10 могут представлять собой последовательно включенные фазочувствительные выпрямители, фильтры низкой частоты, преобрязонатели аналог - код и код - напряжение, блоки 11 и 12 выполняются по такой же схеме, но с использованием фазочунствительных выпрямителей. функциональная схема устройствя для рассматриваемого случая имеет нид (Аиг3).Здесь 9, О, - фазочувствительные выпрямители;11 12, - нефазочувствительные выпрямители;9, 1 О, 11 ,12 - фильтры низкойчастоты;9 , 10, 11 ,2 - аналого-цифровыепреобразователи(ЦАП). В левом положении (по рисунку) подвижных контактов переключателя 6 на вход управляемого источника 5 тока напряжение не поступает, а ток высокой частоты 1 , вырабатынаемьгй источником 5, протекает через ванну между анодом 2 и вспомогательным электродом 3, создавая на шунте 7 падение напряжения, пропорциональное току 1Это напряжение поступает на выпрямитель 11 затем сглажинается фильтром 11 и преобразуется н пропорцио" нальный код в АЦП 1 э . В счетчике АЦП код может храниться сколь угодно долго, если сигнал 1 запрещает сброс, ЦАП 94 преобразует код н пропорциональное напряжение, которое затем поступает на один иэ входов дели- тельного блока 14. В то же время снимаемый с правого неподвижного контакта переключателя 6 сигнал поступает на вход фаэочувствительного выпрямителя 10 на который н качестве опор,ного 1 о подано напряжение, сдвинутое по фазе ня 90 С относительно тока 1 О через ванну. С помощью фильтра 1 О из пульсирующего напряжения выделяется постоянное, пропор, циональное емкостной составляющей напряжения, снимаемого с катода относительно дополнительного электрода. Это напряжение преобразуется далее с помощью АЦП 10 в код и после обратного преобразования ЦАП 104 поступает на вход схемы сравнения 13, выполненной в виде усилителя рассогласования. Управляющий сигнал обеспечивает возможность запоминания измеренных значений в счетчиках АЦП, запрещая их сброс. В результате, даже после переключения переключателя 6 в новое (праное по рисунку) положе1439160 ние информация об измеренных значениях тока и емкостчой составляющей напряжения сохраняются. В новом положении переключателя 6 шунт 8 подклю 5 чается к общей точке схемы, а вход схемы,13 сравнения соединяется с управляющим входом источника 5 тока. Как и в предыдущем случае блок 12 производит измерение тока, протекак щего через шунт 8, а блок 9 - измерение емкостной составляющей напряже ния, снимаемого с вспомогательного электрода относительно катода. Напряжение с выхода блока 9 сравнивает ся с напряженнем, снимаемым с блока 10 с помощью схемы 13 сравнения и если они не равны, то на.выходе усилителя появляется сигнал, поступающий на вход источника 5 тока, изменяя величину создаваемого им тока , до тех пор, пока разность сигналов на входе схемы 13 сравнения не станет равной нулю, При этом новое значениеСк25 тока 1 = 1а1,Отношение гоков -- пропорцио 1 онально емкости, и следовательно, и площади катода.30Для экспериментальной проверки возможностей предлагаемого способа , были проведены испытания опытного образца, выполненного в соответствии с предлагаемым способом, Измерения проводились при разных площадях катода и разных концентрациях электролита.Результаты испытания:1, Концентрация С = 50 г/л ИаС 3. (табл.1);,Я =: 5 см ; . = 5,0 мВ;1 = 5,0 мА. Таблица 1 45 50 ББ Формула изобретения 1, мА 14,7 19,8 25,1 29,8 2,94 Зу 96 5,02 5,96 где Я - площадь дополнительногоЭэлектрода;Я - площадь катода;Е 1 - емкостная составляющая нап 9 кряжения на катоде относительно дополнительногоэлектрода; 1, - ток между анодом и дополнительным электродом;1 - ток между анодом и катодом,при котором емкостная составляющая напряжения на дополнительном электроде относительно катода равна ЬП= ЬП2. Концентрация С = 100 г/л (табл,2); 11= 3,0 мВ; 1= 5 мА. Таблица 2Я,см 15 20 25 30 1, мА 14,8 20 25 29,9 1 2,96 4,0 5,0 5,98 о Как следует из полученных данных,связь между площадью катода и отношением токовлинейна и имеет вид1 к1 о.-кЯ - Я -- воПри этом изменение концентрацииэлектролита вдвое приводит к появлению погрешности в пределах не более+0,657, что значительно ниже, чем уизвестного способа. Кроме того, связьмежду отношением токов и площадью катода линейка, характеристика происходит через начало координат, что существенно упрощает устройство, реализующее предлагаемый способ,Предлагаемый способ существенноотличается от известных тем, что вовремя измерения емкостной составляющей напряжения на вспомогательномэлектроде и на катоде путем изменения тока через ванну устанавливается одинаковая плотность тока на поверхности данных электродов, двойнойэлектрический слой поэтому имеетстрого одинаковую структуру, а егоемкость пропорциональна площадиэлектрода. Это обеспечивает линейнуюсвязь между площадью катода и отношением токов на электродах и независимость результатов измерения от кон,центрации электролита. Способ измерения площади катода,включающий установку в гальваничес-, 7 14391 кой ванне детали совместно со вспомогательным электродом заданной площади, пропускание переменного тока стабильной величины высокой частоты между электродами, о т л и ч а ю -5 щ и й с я тем, что, с целью повыщеення точности измерения, сначала пропускают ток с частотой не ниже 500 - 1000 Гд через участок электролита 1 и анод - вспомогательный электрод, фиксирует величину этого тока, измеряют емкостную составляющую. напряжения, снимаемого с катода, относительно вспомогательного электрода, пропуска ют ток с идентичными параметрами череэ участок электролита анод " катод,изменяют его величину до момента равенства емкостных составляющих напряжения вспомогательного электрода относительно катода и катода относительно вспомогательного электродас первоначальными соответствующимипараметрами, затем фиксируют величину тока, протекающего между анодоми катодом, а площадь катода находяткак частное от деления величины этого тока на величину тока, протекав"щего через участок анод - вспомогательный электрод, соответствующегопервоначальным параметрам,1439160 Пономарев тавитель ред М,Ди орректор М.Шароши Редакт Бугренкова Тираж б Государственно елам изоо 1 рете сква, Ж, Р Подписн аказ б 043/27 о комитета СС й и открытийушская наб., д НКИП 30 изводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,