Устройство для измерения площади катода в гальванической ванне

 

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

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (51)4 С 25 D 21/12

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4239468/31-02

{22) 04.04,87 ,(46) 30.03.89.Бюл, Р 12 (71.) Смоленский филиал Московского энергетического института (72) Н.В.Ковалков, М.Б.Гладштейн, В.П.@омченков и А.А.Кульков (53) 621.357.77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1242546, кл. С 25 D 21/12, 1984.

Авторское свидетельство СССР

У 1341255, кл. С 25 D 21/12, 1986, ÄÄSUÄÄ 1468986 А 1. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ПЛОЩДИ КАТОДА В ГАЛЬВАНИЧЕСКОЙ ВАННЕ (57) Изобретение относится к гальванотехнике и может бить использовано как самостоятельно для измерения площади деталей из электропроводных материалов в гальванической ванне, так и в составе устройств стабилизации и регулирования .плотности тока на поверхности деталей. Цель изобретения — повмшение .точности измерения площади. В гальваническую ванну 1

146898 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 полисом ".енерато" ра 5 через шунт 6. Напряжение трапе" цеидальной формы, снимаемое с дополнительного электрода 3, при помощи первого выпрямителя 7, разделительного конденсатора 8, усилителя"выпрямителя 9 и первого фильтра среднего значения 10 преобразуется в постоянное напряжение, обратно пропорциональное плошади катода. Это напряжение подается на рабочий вход функционального преобразователя 11. На компенсирующий вход преобразователя 11 с выхода блока 1? измерения тока генератора, состоящего из интегратора 13, второго выпрямителя 14 и второго фильтра среднего значения

15, подается напряжение, пропорциоб нальное величине и обратно пропор— циональное частоте импульсного тока генератора 5. Функциональный преобразователь ll 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 вхо. де. В результате на выходах счетчика 18 устанавливается код, пропорциональный площади катода, причем на значение кода не оказывает влияние ни величина, ни частота тока генератора 5. Повышение 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 оборудованию для гальванотехники и может быть использовано для измерения площади деталей, выполненных из электропроводных материалов. 5

Цель изобретения — повышение точности измерения.

На фиг.l приведена схема устройства; на фиг.2 - эквивалентная схема гальванической ванны на переменном токе, где: Сд и С вЂ” емкости двойного электрического слоя соответственно анод-электролит и катод-электролит; R и R — эквивалентные сопротивления электролита между анодом и дополнительным электродом и катодом и дополнительным, электродом;

А, Э, К вЂ” анод, дополнительный электрод и катод соответственно; на фиг.3 — временные диаграммы, поясняющие работу устройства.

На фиг.3 обозначено L(t) — форма импульсНого тока через ванну; V (t) напряжение, снимаемое с дополнительного электрода; U„(t) — напряжение на выходе первого выпрямителя;

U,(t) — напряжение после разделитель-, ного конденсатора;Б () — напряжение на выходе усилителя-выпрямителя;

U, — напряжение на выходе первого фильтра среднего значения; Бь,(С) напряжение, снимаемое с шунта;

Ц () — напряжение на выходе интегЧ ратора; U„(t) — напряжение на вы« ходе второго выпрямителя; U, - напряжение на выходе второго фильтра среднего значения.

Устройство для измерения площади катода в гальванической ванне содержит гальваническую. 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 подключен 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 9, выход которого подключен к входу первого фильтра 10 среднего значения, соединенно- го своим выходом с рабочим входом функционального преобразователя Il.

К шунту 6 подключен вход блока 12 измерения тока генератора, в состав которого входят последовательно соединенные интегратор 13, второй выпря-. мителя 14 и второй фильтр 15 среднего значения, причем выход последне 1468986 го подключен к компенсирующему входу функционального преобразователя 11.

В состав функционального преобра5 эователя 11 входят генератор 16 импульсов, выход которого соединен с одним иэ 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 входом функционального преобразователя 11.

Выход схемы 20 сравнения соединен с вторим входом схемы И 17.

Устройство работает следующим образом.

Импульсный разнополярный ток I(t), создаваемый генератором 5, вызывает 25 появление на электродах ванны напряжения, причем на дополнительном электроде 3 по отношению к катоду 4 это напряжение имеет трапецеидальную форму. 30

Согласно схеме замещения ванны (фиг.2) напряжение на дополнительном электроде при величине I тока через ванну равно

t. (t)=ЕR2+I ,о С к где t — время после появления импульса тока I, .

Форма напряжения U (t) представ- 40 лена на фиг.3. Первый выпрямитель 7 осуществляет двуполупериодное выпрямление напряжения U (t), а разделительный конденсатор 8 исключает постоянную составляющую выпрямленного напряжения. Далее полученное напряжение Б (t) выпрямляется и усиливается усилителем-выпрямителем 9 и поступает на первый фильтр 10 среднего значения, который выделяет пос" тоянную составляющую U,, напряжения

U (t) ° Постоянная составляющая равна

Учитывая 1), очевидно, что

4 4

U dt

cd Т О к

l I Т 1

8 С, 8 С f где f — частота тока I(t).

Таким образом, напряжение Б,р, на выходе первого фильтра 10 среднего значения оказывается обратно пропорциональным емкости С „ двойного электрического слоя катод-электролит. йункциональный преобразователь 11 находит обратную величину от напряжения Бср, и может быть выполнен по схеме, представленной на фиг.l. В начальный момент времени на выходе схемы 20 сравнения уровень лог."l, 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 цифроаналогового преобразователя 19 пода- ется напряжение UcpI, íà его выходе напряжение U,„ будет изменяться по закону

11цап 1 1 ср 11 в где К вЂ” коэффициент пропорциональности.

В момент сравнения напряжения

U И Б ср поступающего С БЪ|хода блока измерения тока генератора, схема 20 сравнения подает запрeò на схему И 17, счет прекращается. При этом код на выходах счетчика 18 оказывается пропорциональным емкости Ск»

Ucp< 8 U cp< f — ф (2)

1 т 4р, Напряжение U обеспечивает компенсацию влияния нестабильности величин Е тока через ванну и его частоты Г на погрешность преобразования, т.е. на величину кода N. Оно получается после усреднения вторым фильтром

)5 среднего значения выпрямленного вторым выпрямителем 14 и проинтегрированного интегратором 13 напряжения, снимаемого с шунта 6, пропорционального току I . Форма напряжения

U„ (t) представлена на фиг.3. Постоянная составляющая этого напряжения рассчитывается аналогично U и равср1 на»

Rbl Ео

2 сра 8 „ .

1468986

N = — - -- С, или N

К

I к с„, где К вЂ” коэффициент пропорциональности, Таким образом, код N на выходах

1 счетчика 18 в данном устройстве пропорционален емкости С„ двойного электрического слоя катод-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 предлагаемого устройства для измере-.. ния площади катода в гальванической ванне показали, что по сравнени|о с устройством — прототипом предлагаемое устройство обеспечивает более точное определение площади катода и позволяет за счет этого IIoBblcèòü качество покрытия изделий.

Экспериментальная проверка данно" го устройства проводилась следу.ащим образом. В гальванической ванне помещался анод, дополнительный электрод и катод, представляющий собой прямоугольные медные пластины известной площади: S = 00 см ; Б, = 5 см

Площадь катода изменяли путем замены катода на пластину другой площади, Фиксировались показания предла" . гаемого устройства и прототипа.

Результаты приведены ниже:

Я„,см 20. 40 60

"-5

83,4

N прототип 20,0 40,5 61,2

N предлагаемое 20,0 40,3 60,2 81,1

С увеличением площади катода показания устройства-прототипа (N прототип) все сильнее отличаются от показаний предлагаемого (И предл.).

Это связано с тем, что уровень полезного сигнала с .ростом площади уменьшается. Поэтому в прототипе возрастает погрешность, вызванная нали- чием смещения в схеме сравнения ° В предложенном устройстве уровень сиггде — постоянная времени интегратора 13;

R — сопротивление шунта. 6 °

Ы

Подставляя выражение для П, в

5 (2),получим ! нала, поступающего HG вход функционального преобразователя, во много раз больше, чем поступающего на вход схемы сравнения в прототипе, поэтому влияние 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 0,57..

По сравнению с известным устройством данное устройство позволяет повысить точность измерения за счет исключения в процессе преобразования полезного сигнала операции сравнения мгновенных значений изменяющихся во времени напряжений малого уровняe

В известном устройстве на схеме сравнения сравниваются мгновенные значения относительно низковольтных сигналов, поэтому наличие шумов во входных сигналах компараторов, дрейф их уровня срабатывания приводит к нестабильности длительности формируемых на выходе JcTpoHcTBG HMHQJIbco5 погрешностей измерения.

В,данном устройстве за счет использования двух включенных последовательно через разделительный конденсатор двухполупериодных выпрямигелей 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 коэ 1 фициента усиления выпрямителя, наличие шумов и дрейфа усилителей и схемы сравнения при та-. ком уровне сигналов практически на точности измерений не.сказываются.

Так при дрейфе уровня срабатывания

1 схемы сраинения на 5 мВ в известном устройстве возникает погрешность порядка 20-307., а в данном устройстве она составляет всего лишь 0,5-1Х.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения площади катода в гальванической ванне„ содержащее генератор разнополярных импульсов тока прямоугольной формы, подключенный в цепь между анодом и катодом, шунт, блок измерения

1468986

"u(t срг

Clue. d

Составитель С.Пономарев

Редактор И.Бандура Техред Л.Сердюкова

Корректор М.Максимишинец

Заказ )321/28 Тираж 605

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/S

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 тока генератора, вход которого соединен через шунт с катодом, дополнительный электрод, фильтр среднего значения и выпрямитель, вход которого подключен к дополнительному электроду, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерений, оно снабжено разделительным конденсатором, усилителем-выпрямителем и функциональным преобразователем, причем одна из обкладок разделительного конденсатора соединена с выходом выпрямиталя, а другая — с входом усилителя-выпрямителя, выход 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-г ратора.

2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок измерения тока генератора выполнен в виде последовательно соединенных интегратора, второго выпрямителя и второго фильтра среднего значения.