DE3631476A1

DE3631476A1 - Vorrichtung zur bestimmung der ionen-stromdichte in elektrolytischen baedern

Info

Publication number: DE3631476A1
Application number: DE19863631476
Authority: DE
Inventors: Manfred Schoen
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1986-04-18
Filing date: 1986-09-16
Publication date: 1987-10-22

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Bestimmung der Ionen-Stromdichte in elektrolytischen Bädern, insbe sondere Bädern zur elektrolytischen Ätzung von Aluminium- Folien für Elektrolytkondensatoren.

Bei elektrochemischen Prozessen, z. B. galvanischen Ab scheidungs- und Auflösungsvorgängen oder Beiz- und Ätz prozessen spielt die Stromdichte im Elektrolyt eine we sentliche Rolle. Hierbei können meßtechnisch schwer er faßbare, störende lokale Abweichungen der Stromdichte vom Sollwert vorkommen, die beispielsweise durch Kontaktier probleme, Sperrschichtbildungen auf den Elektroden, durch die Geometrie der Elektrodenanordnung oder durch lokal unterschiedliche Gasentwicklung hervorgerufen werden kön nen.

Bei einer elektrochemischen Ätzung von Aluminium-Folien, die für den Einsatz in Elektrolytkondensatoren vorgesehen sind, bereitet die Stromdichtemessung in den elektrolyti schen Ätzbädern Schwierigkeiten. Bei diesem Ätzprozeß durchlaufen ca. 100 µm dicke und 500 mm breite Folien bänder ein- oder mehrschleifige Ätzanlagen, in denen un ter Einwirkung einer vorgegebenen Stromdichte die Oberflä che der Aluminium-Folie aufgerauht wird. Die Kontrolle des zugeführten Stromes und der Spannung außerhalb des Elek trolyten gibt erfahrungsgemäß keine Gewähr für die Einhal tung der vorgegebenen Stromdichte an beliebigen Stellen innerhalb der Ätzanlagen. Auch die Messung des stromdich teproportionalen Spannungsabfalles längs der Stromlinien im Elektrolyt bereitet z. B. wegen Gasbelegung der Meß elektroden oder durch das Vorhandensein elektrochemischer Potentialspannungen oder durch unterschiedliche Gasdichte im Elektrolyt Schwierigkeiten.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung anzugeben, die unkompliziert aufgebaut ist und die Bestimmung der Ionen-Stromdichte in elektrolytischen Bädern in einfacher Weise gestattet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung aus einer ringförmigen magnetischen Sonde besteht, deren Ebene im wesentlichen senkrecht zu den zu messenden Stromlinien angeordnet ist, daß die Sonde einen Luftspalt aufweist, und daß im Luftspalt ein magnetfeld abhängiger Sensor angeordnet ist.

Der magnetfeldabhängige Sensor ist vorteilhaft als Halb leiter, vorzugsweise als Hallgenerator oder Feldplatte ausgebildet.

Eine Weiterbildung der Erfindung besteht darin, daß die Sonde aus einem hochpermeablen Werkstoff mit ausreichen der Sättigungsinduktion, vorzugsweise aus einem ferroma gnetischen Ring besteht.

Weiterhin ist es zweckmäßig, die Sonde ein- oder mehrfach von einem mit einem Kompensationsstrom beaufschlagten elektrischen Leiter zu umschlingen, wobei der Betrag des Kompensationsstromes bei einer Windung der Kompensations wicklung gleich dem zu messenden Ionenstrom ist.

Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung werden anhand des folgenden Ausführungsbeispieles näher erläutert.

In der dazugehörenden Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Meßvorrichtung und

Fig. 2 einen vergrößerten Ausschnitt aus Fig. 1.

In den Figuren ist eine ringförmige magnetische Sonde 1 dargestellt, die vorzugsweise aus einem hochpermeablen Werkstoff (µ_r< 10 000) mit ausreichender Sättigungsin duktion besteht. Der Werkstoff der Sonde 1 ist bevorzugt aus einem ferromagnetischen Material, das eine Weichei sencharakteristik aufweist, um den Einfluß der Hysteresis kleinzuhalten. Außerdem muß der magnetische Widerstand der Sonde 1 so dimensioniert sein, daß außerhalb der Sät tigung gemessen wird.

Die Sonde 1 wird bei der Messung derart angeordnet, daß ihre Ebene im wesentlichen senkrecht zum Ionenstrom 2 ist.

Die Sonde 1 besitzt einen Luftspalt, in dem ein magnetfeld abhängiger Sensor 3, beispielsweise ein Halbleiter (Hall generator oder Feldplatte) angeordnet ist.

Ferner ist an der Vorrichtung eine Halterung 4 mit Zulei tungen 5 angeordnet.

Die Wirkungsweise der erfindungsgemäßen Vorrichtung be steht darin, daß das jedem Strom, also auch Ionenströmen beliebiger Stromform (Gleich-, Wechsel-, Impulsströme) begleitende Magnetfeld durch die den zu messenden Strom 2 umschlingende Sonde 1 erfaßt wird, in die ein magnetfeld abhängiger Sensor 3 zur quantitativen Messung des strom proportionellen magnetischen Flusses integriert ist. Ne ben der Messung der Stromstärke bzw. -dichte kann dabei auch die Stromform (z. B. Oberwellen, Impulsform) erfaßt werden.

Die Kationen und Anionen im Elektrolyt verursachen wegen ihrer entgegengesetzten Ladungsbewegung einen magneti schen Fluß gleicher Richtung B, wobei zur Messung die Stromlinien senkrecht durch die von der Sonde 1 gebildete Ebene treten müssen. Durch die Verwendung hochpermeabler Werkstoffe mit ausreichender Sättigungsinduktion und spe zieller magnetfeldabhängiger Halbleiter (z. B. Hallgene ratoren) kann der Querschnitt der magnetischen Sonde 1 (z. B.< 2×2 mm²) klein gegenüber dem Durchmesser (z. B. < 50 mm) der Sonde 1 gehalten werden, so daß eine Beein flussung des elektrischen Feldes im Elektrolyt durch die Sonde 1 vernachlässigt werden kann.

Um den Luftspalt bzw. den für den Meßfehler wesentlichen magnetischen Widerstand der Sonde 1 kleinzuhalten, sind magnetfeldabhängige Sensoren 3 mit möglichst geringer Dicke zu verwenden. Die effektive Luftspaltbreite soll bevorzugt ≦ 0,1 mm betragen.

Zur Verbesserung der Empfindlichkeit und Genauigkeit und zur Vermeidung von Thermospannungen und aufwendigen Tempe raturkompensationsschaltungen sowie zur Unterdrückung stö render Remanenzeffekte ist es vorteilhaft, den magnetfeld abhängigen Sensor 3 als Nulldetektor zu betreiben, indem durch eine oder mehrere die magnetische Sonde 1 umschlin gende Windung(en) eines elektrischen Leiters 6 ein Kompen sationsstrom fließt. Bei einer Windung der Kompensations wicklung 6 ist der Betrag des Kompensationsstromes gleich dem zu messenden Ionenstrom. Mit Hilfe einer weiteren Kom pensationswicklung können auch die halbleiterspezifischen Leerlaufhallspannungen kompensiert werden.

Bei den im Ausführungsbeispiel angeführten Abmessungen der Sonde 1 ergibt sich bei Stromdichten von ca. 0,5 A/cm² eine magnetische Induktion von etwa 5·10^-13 T.

Claims

1. Vorrichtung zur Bestimmung der Ionen-Stromdichte in elektrolytischen Bädern, insbesondere Bädern zur elektro lytischen Ätzung von Aluminium-Folien für Elektrolytkon densatoren, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer ringförmigen magnetischen Sonde (1) be steht, deren Ebene im wesentlichen senkrecht zu den zu messenden Stromlinien (2) angeordnet ist, daß die Sonde (1) einen Luftspalt aufweist, und daß im Luftspalt ein magnetfeldabhängiger Sensor (3) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge kennzeichnet, daß der magnetfeldabhängige Sensor (3) als Halbleiter, vorzugsweise als Hallgenera tor oder Feldplatte, ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sonde (1) aus ei nem hochpermeablen Werkstoff mit ausreichender Sättigungs induktion besteht.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch ge kennzeichnet, daß die Sonde (1) aus einem ferromagnetischen Ring besteht.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, da durch gekennzeichnet, daß die Son de (1) ein- oder mehrfach von einem mit einem Kompensa tionsstrom beaufschlagten elektrischen Leiter (6) um schlungen ist und der magnetfeldabhängige Sensor als Nulldetektor betrieben wird.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch ge kennzeichnet, daß der Betrag des Kompensa tionsstromes bei einer Windung der Kompensationswicklung (6) gleich dem zu messenden Ionenstrom ist.