CS243827B1

CS243827B1 - A method of measuring and detecting the course of potential in electrolytic deposition of metals and engagement to perform the method

Info

Publication number: CS243827B1
Application number: CS843878A
Authority: CS
Inventors: Milos Pechman; Vaclav Landa
Original assignee: Milos Pechman; Vaclav Landa
Priority date: 1984-05-24
Filing date: 1984-05-24
Publication date: 1986-07-17
Also published as: CS387884A1

Abstract

Průběh potenciálu v galvanizační lázni se zjišEuje hledáním zvolených ekvipotencionál při probíhající galvanizaci a stejnosměrném napájení. Hledaná ekvlpotenciála nastavená jezdcem potenciometru a měřená voltmetrem se vyhodnocuje jako nulový signál na indikátoru nuly v závislosti na poloze měřicí sondy v elektrolytu galvanizační vany. Jako -měrný signál se využívá zbytkové zvlnění zdroje sítového napájecího usměrňovače za provozu. SíEový napájecí usměrňovač je svými póly "+" a připojen na anodu a katodu, k nimž je paralelně připojen vysokoohmový potenciometr, jehož jezdec je spojen přeš indikátor nuly s měřicí sondou.The potential in the galvanizing bath is determined by searching for selected equipotentials during galvanizing and DC power supply. The sought equipotential set by the potentiometer slider and measured by a voltmeter is evaluated as a zero signal on the zero indicator depending on the position of the measuring probe in the electrolyte of the galvanizing bath. The residual ripple of the mains power supply rectifier source during operation is used as a -measurement signal. The mains power supply rectifier is connected with its "+" poles to the anode and cathode, to which a high-ohm potentiometer is connected in parallel, the slider of which is connected via the zero indicator to the measuring probe.

Description

Vynález se týká způsobu měření a zjišťování průběhu potenciálu při elektrolytickém vylučování kovů měřením průběhu zvolených ekvipotenciál při probíhající galvanizaci a stejnosměrném napájení.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to a method for measuring and determining the potential evolution of electrolytic deposition of metals by measuring the course of selected equipotentials during galvanization and DC power supply.

Potenciálovými body v galvanotechnice jsou anoda a katoda. Rozdělení proudu v elektrolytu mezi anodou a katodou a zvláště přímo na elektrodě závisí na tvaru elektrod, na tvaru a velikosti vany, v niž je elektrolyt umístěn, a na vzájemném uspořádání elektrod;Potential points in electroplating are anode and cathode. The current distribution in the electrolyte between the anode and the cathode, and in particular directly on the electrode, depends on the shape of the electrodes, the shape and size of the bath in which the electrolyte is placed, and the mutual arrangement of the electrodes;

Toto primární rozdělení proudu není závislé na vlastnostech elektrolytu, tj. na jeho vodivosti a polarizaci, ale odpovídá stavu jaký by nastal, kdyby rozdělení proudové hustoty nebylo ovlivňováno elektrochemickými procesy, tj. za nepřítomnosti vylučovacího a krystalizačního přepětí, koncentrační polarizace, a kdyby neprobíhaly vedlejší reakce.This primary current distribution is not dependent on the electrolyte's conductivity and polarization properties, but corresponds to the state it would have been if the current density distribution had not been influenced by electrochemical processes, i.e. in the absence of elimination and crystallization overvoltage, concentration polarization, and reaction.

Pro praxi mají změny rozdělení hustoty proudu vlivem elektrolytu, tj. jeho rozptyl, oproti primárnímu rozdělení proudu pouze malý význam a prakticky se neuvažují. V galvanoplastice, kde se jedná o poměrně tlusté vrstvy elektrolyticky vylučovaného kovu za účelem zhotovení různých unikátních velkých modelů, forem, skořepin, lisovacích nástrojů apod., aby vylučovaná vrstva kovu byla kvalitní, rovnoměrná a homogenní, což vyžaduje oproti běžné galvanotechnice splnit a udržovat zoela přesné parametry a technologii.In practice, changes in the current density distribution due to the electrolyte, i.e. its scattering, are of little importance compared to the primary current distribution and are practically not considered. In galvanoplasty, where there are relatively thick layers of electrolytically deposited metal to make a variety of unique large models, molds, shells, dies, etc., to ensure that the deposited metal layer is of good quality, uniform and homogeneous, precise parameters and technology.

Jedním z požadavků galvanoplastiky je znalost tvaru silového pole, které se vytváří před elektrodami, hustoty proudokřivek, nebo rozložení příslušných ekvipotenciál, zvláště před katodou.One of the requirements of galvanoplasty is the knowledge of the shape of the force field that is formed in front of the electrodes, the density of the current curves, or the distribution of the respective equipotentials, especially in front of the cathode.

Katodou bývá vždy poměrně složitý a různě tvarovaný model, s různými otvory, křivými plochami apod., takže určení potenciálového pole výpočtem je nemožné nebo příliš složité a lepší představu lze dosáhnout experimentálně - měřením.The cathode is always a relatively complex and differently shaped model, with different openings, curved surfaces, etc., so determining the potential field by calculation is impossible or too complex and a better idea can be obtained experimentally - by measurement.

V současné době se rozložení potenciálového pole u katody při galvanizaci bud vůbec nezjišťuje, nebo se provádí pouze orientační měření potenciálu při napájení elektrod v můstkovém zapojení střídavým proudem, aby byl vyloučen vliv polarizace elektrod, koncentrace elektrolytu nebo jeho elektrochemických změn.At present, the potential field distribution of the cathode during galvanization is either not determined at all, or only an approximate measurement of the potential of the electrodes in the bridge current alternating current is performed to eliminate the effect of electrode polarization, electrolyte concentration or its electrochemical changes.

Uvedené nevýhody odstraňuje způsob měření a zapojení pro zjišťování průběhu potenciálu při elektrolytickém vylučování kovů podle vynálezu, a to měřením průběhu zvolených ekvipotenciál při probíhající galvanizaci a stejnosměrném napájení.The above mentioned disadvantages are eliminated by the method of measurement and connection for detecting the course of the potential in the electrolytic deposition of metals according to the invention, by measuring the course of the selected equipotentials in the course of the galvanization and DC supply.

Podstata způsobu podle vynálezu spočívá v tom, že hledaná ekvipotenoiála, nastavená jezdcem potenciometru a měřená voltmetrem, se vyhodnocuje jako nulový signál na Indikátoru nuly v závislosti na poloze měřicí sondy v elektrolytu galvanizační vany, přičemž jako měrný signál se využívá zbytkového zvlnění zdroje sítového napájecího usměrňovače za provozu.The principle of the method according to the invention consists in that the equipotential sought, adjusted by the slider of the potentiometer and measured by a voltmeter, is evaluated as a zero signal on the zero indicator depending on the position of the measuring probe in the electrolyte of the galvanizing vessel. during operation.

Podstata zapojení podle vynálezu spočívá v tom, že sítový napájecí usměrňovač je. svým kladným pólem připojen na anodu a záporným pólem na katodu galvanizační vany. Paralelně k anodě a katodě je připojen vysokoohmový potenciometr, jehož jezdec je přes indikátor nuly spojen s měřicí sondou a současně přes ekvipotenciálový voltmetr je spojen s katodou. Mezi katodou a anodou je zapojen spádový voltmetr a mezi katodou a záporným pólem se zapojen ampérmetr.The principle of the invention is that the mains rectifier is. with the positive pole connected to the anode and the negative pole to the cathode of the galvanizing bath. Parallel to the anode and cathode, a high ohmic potentiometer is connected, the slider of which is connected to the measuring probe via the zero indicator and simultaneously connected to the cathode via an equipotential voltmeter. A drop voltmeter is connected between the cathode and the anode and an ammeter is connected between the cathode and the negative pole.

Způsob měření a zapojení podle předmětného vynálezu umožňuje zjišťovat rozložení silového pole v elektrolytu, případně měřit průběh zvolených ekvipotenciál při můstkovém zapojení a stejnosměrném napájení, tzn. při probíhající galvanizaci, přičemž vliv polarizace elektrod, vylučovací potenciál i rozptyl elektrolytu jsou již zahrnuty ve zjišťované nehomogenitě silového pole v elektrolytu.The method of measurement and connection according to the present invention makes it possible to determine the distribution of the force field in the electrolyte, or to measure the course of selected equipotentials in the case of bridge connection and DC power supply, ie. during the electroplating process, the influence of electrode polarization, electrode elimination potential and electrolyte scattering are already included in the detected inhomogeneity of the force field in the electrolyte.

Nový účinek měření a zapojení spočívá v tom, že se využívá zbytkové zvlnění vlastního napájecího zdroje při zatížení, a tím odpadá nutnost používat zvláštní střídavý napájecí zdroj, tj. trafo nebo tónový generátor.The new measurement and wiring effect is to utilize the residual ripple of the power supply itself under load, eliminating the need to use a separate AC power supply, ie a transformer or a tone generator.

Použitý vysokoohmový potenciometr v můstkovém zapojení nezatíží vlastní napájecí zdroj a jeho příčný proud je nepatrný vůči hlavnímu iontovému proudu v elektrolytu. Podstatná výhoda tohoto způsobu měření je v tom, že se měří přímo při stejnosměrném provozu při zvolené proudové hustotě a rozložení silového pole u katody je oproti primárnímu určitým způsobem zkresleno v důsledku rozptylu elektrolytu a dalších elektrochemických procesů - polarizace, vzniku kapacitní dvojvrstvy, vyčerpávání elektrolytu apod., a metoda umožňuje získat informativní přehled o skutečném průběhu rozložení pole a měřených ékvipotenciál, takže je možno efektivně rozhodnout, kde umístit pasivní nebo aktivní pomocné anody, stínění apod., a získat tak bez dodatečných úprav kvalitněji pokovený vzorek.The high ohmic potentiometer used in the bridge circuit does not load the power supply itself and its transverse current is negligible to the main ion current in the electrolyte. The main advantage of this type of measurement is that it is measured directly in DC operation at the selected current density and the distribution of the force field at the cathode is distorted compared to the primary due to electrolyte scattering and other electrochemical processes - polarization, formation of capacitive bilayer and the method allows to obtain an informative overview of the actual course of field distribution and measured potentials, so that it is possible to effectively decide where to place passive or active auxiliary anodes, shielding, etc., and thus to obtain a better metallized sample without additional adjustments.

Příkladné provedení zapojení podle vynálezu je vyznačeno na připojených vyobrazeních, kde na obr. 1 je celkové schéma zapojení, a na obr. 2a, 2b a 2c jsou různé typy signálu snímaného na stínítku osciloskopu.An exemplary embodiment of the wiring according to the invention is shown in the accompanying drawings, in which Fig. 1 is an overall wiring diagram, and Figs. 2a, 2b and 2c show different types of signal sensed on the oscilloscope screen.

Na obr. 2a čárkovaná i-i 'mka 1 značí základní polohu časové základny bez signálu, přímka 2 vertikální výchylku ča , zé základny úměrnou potenciálu měřicí sondy v elektrolytu bez galvanizačního proudu a přímka 3 výchylku časové základny při galvanizaci při poloze měřicí sondy na ekvipotenciále, kdy snímaný potenciálový spád v elektrolytu a nastavené napětí jsou právě stejné.In FIG. 2a, the dashed line 1 denotes the basic position of the time base without signal, a line 2 of vertical displacement of the base, a base proportional to the potential of the measuring probe in the electrolyte without galvanizing current. the sensed potential drop in the electrolyte and the set voltage are exactly the same.

Na obr. 2b je znázorněn charakter signálu pro bod, v němž se měřicí sonda odchyluje v jednom směru od hledané ekvipotenciály a na obr. 2c se měřicí sonda odchyluje v opačném směru od hledané ekvipotenciály.Fig. 2b shows the signal pattern for the point where the probe deviates in one direction from the searched equipotential, and in Fig. 2c the probe deviates in the opposite direction from the searched equipotential.

Zapojení i způsob měření podle vynálezu jsou blíže osvětleny na příkladu zapojení podle obr. 1. Zapojení sestává z galvanizační vany _4 s elektrolytem a katodou £ tvořenou měřeným vzorkem, a anodou' £, ^k nimž jsou připojeny kladný a záporný pól napájecího stejnosměrného zdroje, tj. sítového napájecího usměrňovače' 3, a dále vysokoohmový potenciometr£, který tvoří s okruhem galvanizační vany £ můstkové zapojení.The circuitry and method of measurement according to the invention are illustrated in more detail by way of example of the circuit of FIG. 1. The circuitry consists of a galvanizing bath 4 with an electrolyte and a cathode formed by the sample to be measured and anode 6 ^to which positive and negative poles and a high ohmic potentiometer 6 which forms a bridging circuit with the galvanizing tank circuit.

Diagonálu můstku tvoří jezdec £ potenciometru £, který je propojen přes indikátor Ί1 nuly s měřicí sondou 10, která je umístěna v elektrolytu. Celkový napěťový spád mezi katodou £ a anodou £ měří spádový voltmetr £ a příslušné napětí hledané ekvipotenciály měří ekvipotenciální voltmetr £ zapojený mezi katodou' £ ^a jezdcem £ potenciometru' £. Celkový galvanizační proud měří ampérmetr 8 zapojený mezi katodou' £ a záporným pólem síťového napájecího usměrňovače' £.The bridge diagonal is formed by the slider 6 of the potentiometer 8, which is connected via the zero indicator Ί1 to the measuring probe 10, which is located in the electrolyte. The total voltage drop between cathode £ and anode £ measures the drop voltmeter a and the corresponding voltage of the sought equipotentials measures the equipotential voltmeter zapoj connected between the cathode a ^{and the} slider potenci of the potentiometer £. The total galvanizing current is measured by an ammeter 8 connected between the cathode 8 and the negative pole of the mains supply rectifier 8.

Pro výklad funkce zapojení pro měření hledané ekvipotenciály podle vynálezu se předpokládá normální funkce při galvanizaci, tj. ze zdroje vybudíme na ampérmetru £ takový galvanizační proud, ij, aby odpovídal pro daný vzorek požadované hustotě proudu £, přičemž celkový potenciálový spád mezi anodou £ a katodou' £ měří spádový voltmetr £.To interpret the equipotential bonding function of the present invention, a normal galvanizing function is assumed, i.e., a galvanic current is drawn from the source on the ammeter 8, ij to match the desired current density δ for a given sample, the total potential gradient between anode a and cathode. 'Mě measures the drop voltmeter..

Jezdcem £ potenciometru' £ nastavíme podle údaje ekvipotenciálového voltmetru £ zvolené napětí hledané ekvipotenciály, např. +1,5 V. Jako indikátor '11 nuly použijeme normální oscilograf, který nezatěžuje diagonálu můstku žádným proudem, a pak měřicí sondou '10 hledáme na hladině elektrolytu nebo v určité zvolené vertikální hloubce od hladiny takovou polohu měřicí sondy £0, až dostaneme na oscilografu nulový signál.Use the slider potenci of the potentiometer £ to set the selected voltage of the sought equipotentials, eg +1.5 V, according to the equipotential voltmeter £. For example, we use a normal oscillograph that does not load any current on the bridge diagonal. or at a certain selected vertical depth from the surface, the position of the measuring probe £ 0 until a zero signal is obtained on the oscillograph.

Pokud je galvanizační vana' £ napájena ze sítového napájecího usměrňovače £, a to bývá pravidlem, využíváme jako střídavý signál zbytkové vlnění, které je přeloženo přes stejnosměrné hodnoty napětí zatíženého napájecího zdroje.If the galvanizing tank 6 is fed from the mains rectifier 6, and this is usually the case, we use a residual wave as an alternating signal, which is translated over the DC voltage values of the loaded power supply.

V důsledku polarizace elektrody měřicí sondy '10 dochází k usměrňovacímu efektu mezi měřicí sondou '10 a elektrolytem. Jedná se v podstatě o usměrňování zbytkového zvlnění napájecího napětí ze zdroje podobně jako u předepnuté diody určitým stejnosměrným napětím, takže v jednom směru je zavřená a v opačném se otevírá až do určitého úhlu otevření.Due to the polarization of the electrode of the measuring probe 10, a rectifying effect occurs between the measuring probe 10 and the electrolyte. It is essentially a rectification of the residual ripple of the supply voltage from the source, similar to a pre-stressed diode, by a certain DC voltage, so that it is closed in one direction and opens up to a certain opening angle in the opposite direction.

Úhel otevření je závislý na zvoleném stejnosměrném napétí .V* měřené ekvipotenciály a na poloze měřicí sondy 10 v elektrolytu vůči tomuto napětí, tzn”pokud poloha měřicí sondy '10 v elektrolytu je taková, že snímaný stejnosměrný potenciál je stejný jako napětí ,V₁ nastavené jezdcem £ potenciometru' £, jsou obě napětí v rovnováze a přeložené zvlnění se ruší a je nulové. 'The opening angle is dependent upon the selected DC voltage measured * .In the equipotentials and the position of the measuring probe 10 in the electrolyte to this frequency, ie "if the position of the probe in the electrolyte '10 is such that the sensed DC potential is the same as the voltage V ₁ set With the slider potenci of the potentiometer £, both stresses are in equilibrium and the folded ripple is canceled and is zero. '

Na stínítku indikátoru nuly '11 je pouze vychýlená stejnosměrná stopa časové základny ve vzdálenosti úměrné napětí .V snímané ekvipotenciály. Pokud se s měřicí sondou '10 vzdálíme od této nulové polohy v rovinT”elektrolytu vlevo nebo vpravo, objeví se jednocestně usměrněné zvlnění s amplitudou, která roste se vzdáleností od hledané ekvipotenciály.On the screen of the zero indicator 11 there is only a biased DC track of the time base at a distance proportional to the voltage. If the probe 10 is moved away from this zero position in the electrolyte plane to the left or right, a one-way rectified ripple appears with an amplitude that increases with the distance from the equipotential potential.

Při přechodu přes nulovou polohu se obrací fáze průběhu signálu. Charakter snímaného signálu, tak jak se jeví na stínítku oscilografu, je znázorněn na obr. 2a až 2c. Nulová poloha na obr. 2b a 2c je dána původní polohou přímky 3 na obr. 2a reprezentovanou klidovými úseky usměrněného signálu zbytkového zvlnění. Velikost jeho amplitudy je úměrná odchylce vzdálenosti měřicí sondy Ί0 od nulové polohy ekvipotenciály. Vj.When crossing the zero position, the phase of the waveform is reversed. The nature of the sensed signal as it appears on the screen of the oscillograph is shown in Figures 2a to 2c. The zero position in Figs. 2b and 2c is given by the original position of the line 3 in Fig. 2a represented by the rest sections of the rectified residual ripple signal. The magnitude of its amplitude is proportional to the deviation of the measuring probe distance Ί0 from the zero position of the equipotential. Vj.

Popsaným způsobem lze bod po bodu. snímat průběh zvolené ekvipotenciály v zajímavých a kritických místech v blízkosti povrchu katody £ a učinit si tak celkovou představu o příběhu silového pole v závislosti na zvoleném a předem nastaveném napětí na potenciometru'As described above, point by point can be used. sensing the course of the selected equipotential at interesting and critical locations near the cathode surface £ to give an overall picture of the force field story as a function of the selected and preset voltage on the potentiometer.

£. Toto měření lze provádět*v různých hloubkových rovinách elektrolytu.**£. This measurement can be performed * at different depths of the electrolyte. **

Claims

OBJECT OF THE INVENTION

1. A method for measuring and determining the potential of electrolytic deposition of metals by measuring the course of selected equipotentials in the course of galvanizing and direct current, characterized in that the searched equipotential set by the slider of the potentiometer is measured as a zero signal. the residual ripple of the mains rectifier source during operation.

Wiring for measuring and detecting the potential evolution of electrolytic metal deposition according to claim 1, characterized in that the mains power rectifier (3) is connected to the anode (1) by its positive pole and the cathode (2) by a negative pole. wherein a high ohmic potentiometer (5) is connected in parallel to the anode (1) and cathode (2), the slider of which is connected to a measuring probe (10) via a zero indicator (11) and via an equipotential voltmeter (7) to the cathode (2). and a drop voltmeter (9) is connected between the cathode (2) and the anode (1), and an ammeter (8) is connected simultaneously between the cathode (2) and the negative pole of the supply rectifier (3). .

l drawing