Устройство для измерения внутренних напряжений гальванопокрытий

 

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 &

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 25 О 21/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4879689/26 (22) 02,11.90 (46) 07.11.92. Бюл. М 41 (71) Московский вечерний металлургический институт (72) В.И.Игнатьев и М.А.Шлугер (56) А.Т.Ваграмян, З.А.Соловьева, Методы исследования электроосаждения металлов:, АН СССР, 1960 г., с. 280 — 282.

М.Я.Поперека, Внутренние напряжения электрически осаждаемых металлов, Западно-Сибирское книжное издательство.

Новосибирск, 1966 г., с. 81-82. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

ВНУТРЕННИХ НАПРЯЖЕНИЙ ГАЛЬВАНОПОКРЫТИЙ (57) Использование; гальваностегия, в частности измерения внутренних напряжений гальванопокрытий, и может найти применеwe в различных областях техники, где возникает необходимость определять и, Я2„„1773949A1 контролировать физико-механические свойства металлических осадков, Сущность изобретения; устройство содержит гальваническую ванну 1 с анодом 2 и ленточным катодом 3, рычажный механизм 4, воспринимающий деформацию катода, согласующее устройство 6, преобразователь 5 и регистрирующий прибор 7. При этом чувствительный элемент преобразователя 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.

1773949

30

Изобретение относится к области гальвэносте 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 в 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.

Нэибол -e 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 чем датчиком, взаимосвязанным с преобразователем и согласующим устройством, и регистрирующий прибор.

Однако данное устройство является достаточно сложным с точки зрения 8!lfi8p8 турного 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.

Наставленная 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 заполнена бинарной системой несмешивающихся между собой жидкостей, образующих границу раздела, верхний слой которого является диэлектриком, а нижний проводником электрического тока.

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 являющиеся проводниками электрического тока, преимущественно углеводородные соединения легких фракций: пентан, гексан, октан, нонан, декан и их производные.

Предлагаемая установка позволяет с высокой степенью точности регистрировать линейные изменения длины катода в процессе роста на нем осадка и определять возникающие в нем знакопеременные внутренние напряжения, что обусловливается конструктивными особенностями используемого преобразователя, отличающегося тем, что в качестве опорной точки неподвижного контакта в нем выступает четко обозначенная линия, образующаяся на грэнице раздела верхнего и нижнего слоев жидкостей.

Поскольку жидкости являются взаимонесмешивающимися и смачиваемость верхней жидкости по отношению к материалу резистора оказывается выше нижней, а возникающее на границе двух жидкостей межфазное натяжение определяется разностью их интенсивностей, то это создает благоприятное условие для равномерного и беспрепятственного "сползания" нижнего слоя жидкости, вытесняемого верхним, кэк обладающего лучшей смачивэемостью, Ao noверхности резистора при его перемещении через границу раздела фаз. При этом, в силу большой разности межфазного натяжения и различной смачивающей способности жидкостей, исключается возможность их взаимопроникновения и налипания на поверхность резистора по границе раздела 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, 1773949 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.

Поддействием внутренних напряжений происходит изменение линейных размеров катодной ленты, что приводит к повороту рычажчого 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 плеча места вызывает разбаланс последнего. Сигнал разбаланса поступает в согласующее устройство, усиливается и регистрируется самописцем КСП вЂ” 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 делителем, с помощью которого можно уменьшить сигнал, подаваемый на самописец, Первоначальный баланс МосТВ осуществляют переменным оезистооом. 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 злектролитической 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 нихромовой проволоки, толщиной 0,2 мм, который своей нижней частью погружался в капилляр, частично заполненный ртутью.

Поверх ртути капилляр заполняется бинарной системой несмешивающихся жидкостей, нижний слой которой представлял собой 20 g,— 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 лю1773949

Составитель В. Игнатьев

Техред М.Моргентал Корректор А. Козориэ

Редактор

Заказ 3908 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб.. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент" ° г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 точым катодом, рычажный механизм, воспринимающий деформацию катода, преобразователь, согласующее устройство и регистрирующий прибор, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью повышения точности измерения, преобразователь выполнен в виде проволочного резистора и капилляра, заполненного ртутью, над поверхностью которой расположена бинарная система несмешивающихся между собой жидкостей, образующих границу раздела, верхний слой которой является диэлектриком, а нижний— проводником электрического тока, причем

5 резистор закреплен на конце длинного плеча рычажного механизма. а свободный его конец погружен в капилляр с ртутью с воз° ложностью его вертикального перемещения относительно капилляра.