KR970003281B1 - 부식 또는 전기 도금탐지용의 도금된 감지기 - Google Patents

Abstract

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Description

[발명의 명칭]

부식 또는 전기 도금탐지용의 도금된 감지기

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 실시에 사용될 수 있는 부식 감지기의 사시도.

제2도는 제1도의 감지기의 팁중 일부분의 단면도.

제3도는 기준 요소 및 시험 요소가 문제의 금속 원소의 박층으로 도금되어 있는 제1도 및 제2도의 감지기의 감지 요소를 예시한 도면.

제4도는 제3도의 시험 요소 중 일부분의 단면도.

제5도는 측정 요소가 문제의 금속 원소의 박층으로 도금되어 있지만, 기준 요소가 와이어를 포함하고 있는 변형된 감지 요소를 예시한 도면.

제6도는 전기 도금의 감시에 사용되는 중심 탭(tap)을 지니는 감지기 저항 요소의 부분들을 간단하게 도시한 회로도.

제7도는 제6도의 회로를 실시하는 감지기가 사용되고 있는 전해조를 예시한 도면.

제8도는 잡음 억제 연결부를 지니는 감지기를 예시한 도면.

제9도는 제6도 및 제7도의 잡음 억제 감지기의 변형예의 개략적인 회로도.

[발명의 상세한 설명]

[기술분야]

본 발명은 전기 부식 저항 및 도금 감지기에 관한 것이며, 보다 구체적으로 부식 경향 또는 도금 공정을 감시하기 위한 감도가 증가된 감지기에 관한 것이다.

[배경기술]

부식 특성을 연속해서 측정하는 일반적인 방법은 금속의 부식성 또는 침식성 시험(test)요소의 저항 측정을 이용하여, 저항의 변화에 따라, 어떤 기간에 걸쳐 부식 또는 침식에 의해 손실되어진 금속의 양을 표시한다. 이러한 측정용으로 널리 사용된 감지기는 본원의 양수인인 로르백 코포레이션(Rohrback Corporation)에 의해 제조된 상표명 "코로소 미터(Corrosometer)"로 알려져 있다. 그러한 감지기는 관형 금속 시험 요소 루프 또는 와이어를 사용하는데, 그중 일부는 시험 요소와 동일한 재료로 만들어지는 기준 요소로서 작용한다. 시험 요소가 환경에 노출되는데 대하여, 기준 요소는 환경으로부터 보호받는다. 상기 요소들에 고류가 흘러 들어가서, 부식 경향이 감시되는 환경에 감지기가 침적되는 동안이나 그후에 각각의 전기 저항이 측정된다. 저항이 시험요소에 있는 금속의 양에 따라 변화하기 때문에, 시험 요소 저항의 측정에 따라, 금속의 손실, 결과적으로는 부식의 표시가 제공된다. 그러나, 금속의 저항도 온도에 따라 변화하기 때문에, 시험 요소와 동일한 재료로 만들어지고 동일한 온도 저항 특성을 지니는 기준 요소가 제공된다. 따라서, 장기간, 비교적 느린 온도 변화에 의한 시험 요소의 저항의 변화는 시험 요소 및 기준 요소의 저항을 비교함으로써 제거될 수 있다. 다른 감지기는 시험 요소와 동일한 재료로 만들어진 내부 기준 요소를 지지하는 관형 금속 시험요소를 포함할 수 있고, 상기 시험 요소의 내부는 열전도성이며 비도전적인(nonconductive) 화합물이 충전되어 있으므로써, 상기 시험 요소의 극히 얇은 것이 바람직한 벽에 대하여 물리적 지지를 제공한다.

현재 입수할 수 있는 전기 저항 부식 감지기의 주된 단점은 감시되고 있는 공정 환경에서의 압력 및 흐름 조건에 의해 부과되는 물리적 제한에 의한 낮은 부식 속도(연간(年) 약 2밀(mil, 즉, 1000분의 1인치)미만대)에 대한 바람직한 감도가 결핍되는 것이다.

구조적인 이유 때문에, 관형 루프 시험 요소 또는 곧은 관형 시험요소의 벽두께는 통상 4밀 이상인 것이 필요하다. 마찬가지로, 와이어 루프의 직경은 공정의 압력 및 흐름 조건에 견디는데 필요한 적합한 물리적 구조 및 강도를 얻기 위하여 최소한 20밀은 되어야 한다.

부식 감지기의 감도는, 그의 초기 저항, 결과적으로는 시험 재료의 초기 두께에 정비례한다. 감도는 시험 재료 두께에 역비례한다. 그러한 부식 감지기의 높은 감도를 얻기 위하여, 도전적이지 않은 비교적 두꺼운 세라믹 또는 다른 기층(substrate)상에 비교적 얇은 피막을 사용하는 것이 제안되었다. 그러나, 이러한 비도전 기층상에 바람직한 시험 재료의 서로 다른 재료를 정확하게 피막은 씌우는 것에 수반되는 상당한 문제가 생긴다. 그러한 제조상의 문제 및 비용은 지금까지 그러한 프로브(probe)를 실제로 실시 불가능하게 했다. 따라서, 선행 기술의 부식 감지기는 감도가 한정된 것이다.

여러 대상물은 전기 도금함에 있어서, 전해조(bath)로부터 시험 쿠폰(test coupon)을 정기적으로 꺼내어 그의 도금 두께를 측정함으로써, 도금 공정의 감시가 행해졌다. 전기 도금 공정이 진행될 때의 도금 두께의 정밀한 측정은 불가능하였다. 전기 저항 측정, 예를 들면 전해 도금의진행시 도금 시험 쿠폰의 연속적으로 감소하는 저항을 측정함으로써 얻어지는 측정은 불가능하였다. 도금 탱크내에 흐르는 전류로 인해, 저항의 측정이 불가능한 정도의 간섭이 측정 회로에 제공된다. 더욱이, 그러한 감지기는, 유체 환경의 부식 경향을 감시하는데 사용되는 경우, 대체로 재생 불가능하여 한정된 기간 동안 사용한 후에는 폐기되어야 한다. 이들 감지기는 반드시 복잡하고 고도로 정밀한 제조 공정이 최소한 부분적으로 원인이 되기 때문에 비교적 비싸고, 그러므로 재생가능한 것이 바람직스럽다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기의 문제를 해소하거나 최소화하는 방법으로 도금공정 또는 부식 경향의 감지를 가능하게 하는 것이다.

[발명의 개요]

본 발명의 원리를 실행함에 있어서, 그의 바람직한 실시예에 의하면, 감시될 환경에 노출되도록 구성된 시험 요소 및 그러한 환경으로부터 보호받는 기준 요소를 지니는 부식 또는 전기도금 감지기가 시험요소의 두께를 결정하도록 상기 요소들의 전기저항을 비교하는 기구에 연결되어 있다. 상기 시험 요소는, 도전 재료로 형성되어 있으며 상부에 도전 시험 피막을 지니는 기층을 포함하고, 상기 시험 피막은 상기 기층의 전기 저항보다 상당히 작은 전기 저항을 지닌다. 이러한 저항의 관계에 의해, 시험 피막은 기층보다 상당히 얇게 되므로, 이로 인해 상당한 강도를 지니며 자립적으로 되는 것이 가능하고, 또한 시험 피막은 도전 기층상에 직접 전기 도금되는 것이 가능하다.

상기 감지기를 전기 도금의 감시용으로 적용함에 있어서는, 시험 요소 기층이 측정 잡음 전류의 대부분을 상쇄시키도록 도금 전원에 연결된다. 이러한 도금 공정에 의해 상기 기층이 도금됨으로써, 감지기 저항의 측정으로 도금 두께가 표시된다. 본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 특히 부식 측정의 경우, 기층 및 피막의 저항의 온도 계수의 비는 약 0.8 내지 1.2의 범위에 있으며, 이들 온도 계수는 상호 동일한 것이 최적이다. 본 발명의 또다른 특징에 의하면, 기층 저항과 시험 저항과의 비는 약 7 내지 46의 범위에 있다.

[부식/침식감지]

제1도에 도시된 바와 같이, 로르백 코포레이션에 의해 제조된 코로소미터 프로브로서 알려져 있는 형태의 예시적인 관형 루프형 부식 감지기는 프로브 본체(12)내에 장착되어 있는 관형 시험 요소(30)를 포함하는 형태로 도시되어 있으며, 상기 프로브 본체는, 이 프로브 본체를 회전시켜, 상기 프로브 본체상의 나삿니가 난 목(neck)부분(16)을, 상기 감지기가 내부로 연장되어 감시될 환경에 관형 시험요소(30)를 노출시키는 파이프등(도시되지 않음)의 벽의 나삿니가 난 개구부(도시되지 않음)로 들여 보내는 적합한 공구를 받아 들이도록 구성되어 있는 부품(14)으로 형성되어 있다. 상기 본체는 이하 기술되겠지만 시험 요소 및 기준 요소상의 여러지점에 연결되어 있는 전기단자를 지니는 분리가능한 연결 플러그의 일부분을 포함하는 연결부(18)를 지닌다.

제2도는 제1도의 관형 루프 감지기의 단부에 대한 확대 부분 단면도를 도시한 것이다. 프로브 본체(12)는 금속헤더 디스크(24)에 의해 닫혀진 단부를 지니는 관형 실린더(22)로 형성되어 있는 형태로 도시되어 있으며, 상기 금속 헤더 디스크(24)의 주변(26)은 상기 실린더(22)에 용접되어 있다. 결합된 시험 요소 및 기준 요소는 평행한 다리(32, 34)를 지니는 실질적으로 u자형인 부분을 포함하며, 다리(34)는 상기 헤더 디스크(24)를 통해 일체적으로 연장되어 기준요소(36)를 형성한다. 헤더 디스크(24)에는 시험 요소 다리(32, 34)를 받아들이기 위한 한쌍의 구멍이 형성되어 있다. 상기 구멍은 시험 요소관의 직경보다 상당히 크며, 헤더 디스크 구멍의 벽과 상기 구멍을 통해 연장되어 있는 관사이의 공간에는 시험 요소 및 기준 요소를 전기적으로 절연시키고 실린더(22)의 내부를 기밀 봉입하는 용융 유리 또는 다른 봉입 재료(38)가 충전되어 있다.

예시되어 있는 실시예에 있어서, 시험 요소 및 기준 요소는, 이하 보다 구체적으로 기술되겠지만 고저항 도전 기층 및 이 기층상에 직접 전기 도금되어 있는 시험 및 기준 피막을 포함하는 단일의 일정 길이를 갖는 얇은 벽관으로 형성되어 있다.

감지기의 저항의 측정에 사용함에 있어서, 연결부(18)내에 장착되어 있는 단자(A, F)는 , 각각 일체로 된 관형 요소의 각 단부에 있는 지점(40, 42)에 절연 전기 도성에 의해 연결된다. 단자(B)는 또한, 지점(40)에 인접한 지점(44)에서 상기 관형 시험 요소의 한단부에 연결되어 있다. 단자(C)는 상기 헤더 디스크에 인접한 지점(48)에서 기준 요소의 한 단부 및 시험 요소의 한 단부에 연결된다. 단자(D)는 지점(42)에 인접한 지점(50)에서 기준 요소의 단부에 연결된다. 도선(A, F)은, 시험 요소 및 기준 요소 모두를 통해 흐르는 비교적 작은 여기(勵起) 전류를 제공하는 교류 전원(도시되지 않음)에 연결된다. 시험 요소(32, 34)의 저항의 측정은 지점(44, 48)사이에서, 즉 단자(B, C)사이에서 행해지고, 기준 요소의 저항의 측정은 단자(48, 50)사이에서, 즉, 단자(C, D)사이에서 행해진다. 부식의 측정은 시험 요소의 저항과 기준 요소의 측정된 저항과의 비의 계산을 수반한다. 기준 요소는 환경으로부터 보호받지만 시험 요소는 환경에 노출된다. 시험 요소가 부식됨에 따라, 그의 두께는 감소하고 그의 저항은 증가하는 반면에, 보호받는 기준 요소는 온도 변동의 경우를 제외하고는 고정된 저항을 유지한다. 알다시피, 양자 모두의 저항 측정은 변동하는 온도에 의한 변동을 받기 쉽다. 기준 요소 및 시험 요소는, (이들 2개의 요소를 일체로 또는 동일 재료로 제작함으로써와 같이) 동일한 저항 온도 계수를 지니며 온도 변화에 의한 동일한 저항 변화에 직면하는 것이 바람직스럽다. 그러므로, 온도 변화에 의한 시험 요소의 저항의 측정된 변화의 부분은 시험 요소 저항과 기준 요소 저항과의 비를 이용하는 측정으로부터 삭제된다.

제1도 및 제2도의 도면에 의해 예시되어 있는 구조를 갖는 현재 사용되고 있는 부식 감시 프로브는 여러 형태의 감지 요소를 사용하였다. 예를 들면, 제1도 및 제2도의 감지기(30)의 요소들은, 부식이 감시되는 파이프 또는 용기의 벽과 동일한 재질인 것이 바람직스러운 금속으로 형성되어 있는 얇은 벽관의 루프의 형태를 취할 수 있다. 그러한 얇은 벽관의 벽두께는 구조적 보존성을 위해 대개 4밀 이상이다. 그러한 감지기의 변형 구조는, 단선(solid wire)의 루프, 평탄한 금속 스트립의 루프 또는 실린더의 단부를 닫는 비교적 얇은(4밀 이상) 감지 금속 디스크를 지니는 직벽 중공 실린더를 포함한다. 이들은 당업계에 공지되어 있는 구조이며 예를 들면 미합중국 특허 제4,338,563호 및 제4,514,681호에 도시되어 있다. 상기 루프 또는 실린더는 부식 환경에 노출되고 앞서 기술한 바와 같이 환경으로부터 보호받고 프로브 본체내에 장착되어 있는 제2도의 기준 요소(36)와 같은 일체로된 기준 요소를 포함할 수 있다.

그러한 프로브의 주된 단점은, 연간 2밀(2mile per year; MPY) 미만대의 낮은 부식 속도에 대한 감도가 비교적 낮다는 것이다. 시험 요소가 노출되는 유량, 압력 및 온도 때문에, 이는 견고한 물리적 구조를 지녀야 하므로, 과거에는 두께가 4밀 이상대인 것이 필요했었다. 보다 두껍고 보다 구조적으로 자립적인 유전체 기층에 감지 금속의 얇은 피막을 도포하는 것은 곤란하며 상당한 비용이 든다. 비도전 기층에 얇은 피막을 도포하기 위한 여러 유형의 가능한 방법은 달성하기 보다 곤란하며 여러가지 면에서 불만족스러운 측정 기구를 제공할 수 있다. 증착, 분무 및 무전해 도금과 같은 방법은 만족스럽지 않으며 당업계에서는 사용되지 않았다.

본 발명의 특정의 특징에 의하면, 감지기의 감지 요소는 금속 또는 다른 도전 재료로 형성되어 있는 기층상에 직접 전기 도금함으로써 부착되는 문제의 얇은 감지 금속층으로 만들어진다. 일례로서, 상기에 기술한 일반적 구조를 갖는 감지기는 4밀의 벽두께를 지니는 관의 316 스테인레스 강 루프상에 직접 전기도금함으로써 부착되는 얇은 구리층으로 형성될 수 있다. 기층 및 도금을 위한 재료의 선택은 상대적인 저항의 관점에서 볼때 중요하다. 고감도 측정에 필요한 것처럼, 도금 피막이 대단히 얇은 경우에, 그리고 전기 도금용으로 물리적인 지지를 제공하도록 기층이 비교적 두꺼워야 하는 경우에, 기층의 저항은 도금의 저항보다 상당히 커야 할 필요가 있다. 따라서, 316 스테인레스 강상에 전기 도금함으로서 부착되는 구리의 결합은, 약 74μΩ-㎝인 316 스테인레스 강의 고유저항이 약 1.73μΩ-㎝인 구리인 고유 저항의 약 43배이기 때문에 실시가능하다. 이들 재료 및 상대적인 저항으로 인해, 도금된 구리 피막은 두께가 4밀인 스테인레스 강 기층상에서 두께가 약 0.1 밀로될 수 있다. 다시 말하면, 저항의 범위 또는 관계는 도금 및 기층의 상대적인 두께의 바람직한 범위를 제공하도록 선택된다. 최초에 제공된 예에서, 기층의 저항과 도금된 피막의 저항과의 비는, 기층의 두께와 도금된 피막과의 비(40 : 1)와 실질적으로 동일한 약 43 : 1이다. 약 7 : 46의 범위에 있는 기층의 저항과 시험피막의 저항과의 비는 고감도 측정을 위해 상기에 기술한 감지기를 사용함에 있어서 정확한 결과를 초래시키는데 중요한 것이라고 판단되었다.

제3도의 본 발명의 원리에 따라 제조되며, 제1도 및 제2도에 도시되어 있는 형태의 감지기를 예시한 것이다.

제3도에는 프로브의 일부만이 도시되어 있다. 다리(32a, 34a)를 지니는 루프(30a)는, 헤더 디스크(224a)내의 구멍을 통해 연장되어 있으며, 상기 헤더 디스크(24a)는 앞서 기술한 바와 같이 용융 유리에 의해 상기 루프(30a)로부터 절연되어 있으며 상기 루브(30a)에 봉입되어 있다.

다리(34a)는 헤더 디스크의 다른(내부) 측상의 일체로 된 기준 요소 부분(36a)을 포함하고 시험 요소 및 기준 요소는 앞서 기술한 바와 같이 적절한 전기 도선에 의해 단자(A, B, C, D, F) 에 연결되어 있다. 이러한 장치에 있어서, 감지 요소 전체, 즉 시험 요소 및 기준 요소 모두는 앞서 기술한 바와 같이 관의 단일 루프로 이루어져 있다. 그러나, 예시적인 실시예에 있어서, 상기 관은 4밀의 벽두께를 지니는 316 스테인레스 강으로 이루어지며, 상기 관의 상부에는, 구리 피막(31a)이, 예를 들면 0.1밀의 바람직한 시험 요소 두께로 전기 도금도어 있다. 제3도에 예시되어 있는 감지기의 제조에 있어서, 상기 스테인레스 강관 기층이 디스크(24a)내의 구멍에 삽입된다. 그후, 용융 기밀 절연 및 봉입이 봉입 유리 재료를 비교적 높은 온도로 용융시킴으로써 행해진다.

상기 봉입 및 용융 후에, 부속 조립체 전체가 문제의 시험 재료(31a)로써 바람직한 두께로 전기 도금되고, 결과적으로는 제4도에 예시된 바와같은 단면의 도금 감지기가 얻어진다. 시험 요소 기층 및 기준 요소 기층의 외표면 전체가 도금된다.

상기 봉입은 전기 도금 이전에 실시되는 것이 중요한데, 그 이유는 그러하지 않으면 기밀 봉입의 용융에 필요한 높은 온도에 의해 도금이 산화될 수 있기 때문이다. 그후, 감지기 요소 및 디스크(24a)는 제2도에 도시된 바와 같이 관형 프로브 본체내에 장착되고 상기 디스크의 주변은 프로브 본체에 용접된다. 도금 감지기 요소에의 열전도를 최소화시키기 위하여 프로브 본체에의 디스크의 용접에 주의를 요하는데 그 이유는 과대한 열에 의해 도금 피막의 바람직한 품질이 열화되는 가능성이 있기 때문이다. 도금 피막은 감지 요소와 헤더 디스크(24a)와의 전기 절연을 유지하도록 도전성을 지니지 않는 매우 작은 용융 유리봉입 영역을 도포하지 않는다.

제5도에는 도금 감지기의 변형구조가 예시되어 있다. 이러한 장치에 있어서, 전술한 바와 같이 316 스테인레스 강관과 같은 관의 단일체 루프는 시험 루프 부분(30b) 및 일체로 된 기준 부분(36b)으로 형성되어 있으며 시험 루프의 다리는 헤더 디스크(24b)를 통해 연정되어 있다. 기준 기층(36b)의 재료는 시험 루프(30b)의 기층의 재료와 동일하다.

이러한 장치에 있어서, 시험루프 부분(30b)만이 피막(31b)으로 전기 도금되어 있다. 기준 요소 기층(36b)은 피복되지 않는다.

기준 요소에 시험 요소와 동일한 온도 저항 특성을 제공하기 위하여, 기준 와이어(35b)는 기준 기층의 지점(48, 50)에 연결되며, 그 지점에서 기준 저항 측정 도선(C, D)이 연결된다. 기준 와이어(35b)는 시험 요소(30b)가 피복되는 동일한 재료, 예를 들면 구리로 만들어지며, 기준 와이어(35b)에, 시험 요소 기층상의 도금 피막(31b)의 저항과 동일한 저항을 제공하도록 하는 직경으로 만들어진다. 여러가지 경우에 (특히, 감시 유체의 온도가 폭넓게 변화할 수 있는 부식 감지에 있어서), 온도에 따라 변화하는 기준 요소의 저항은 시험요소의 저항과 동일한 방식으로 온도의 변화에 따라 변화한다는 점이 중요한다.

시험 요소상에서 사용되는 것과 동일한 2가지 재료(예컨대, 구리 및 316 스테인레스 강)를 기준 요소상에 사용함으로써, 기준 요소 및 시험 요소의 저항의 정미(正味) 온도 계수가 서로 동일하게 된다.

각 요소, 즉 시험 요소 및 기준 요소가 2개의 개별 재료로 만들어지는 경우, 각 요소의 저항의 측정은 실제로는 병렬로 연결된 각각의 기층 및 각각의 피막의 저항의 측정이다. 따라서, 단자(B, C)사이의 단일 측정는 이들 단자 사이의 시험 요소 피막(31b)의 저항과 병렬인 시험요소 기층의 저항에 대해 행해진다. 마찬가지로, 단자(C, D)사이에서 행해지는 측정은 와이어(35b)의 저항과 병렬 회로인 기준 요소 기층(36b)의 저항의 측정이다.

제5도 장치의 이점은 도금 피막에 손상을 주시 않고서도 프로브 감지 요소가 프로브 본체에 조립될 수 있다는 사실에 있다. 디스크(24b)는 시험요소 기층상에 시험 피막을 전기 도금하기전에 디스크(24b)를 프로브 본체(22)에 용접하는 것과 관련하여 앞서 기술한 바와 같이 프로브 본체에 용접될 수 있다. 도금은 헤더 디스크가 본체에 용접된 후 행해진다. 따라서, 헤더 디스크(24b)가 프로브 본체에 완전히 용접된 상태에서, 도전 기층(36b) 및 기준 와이어(35b) 모두를 포함하도록 기준 요소를 완전하게 제조할 수 있다. 그후, 피막(31b)을 부착시키기 위한 시험 요소 기층의 전기 도금이 행해짐으로써, 용접 공정의 열로 인한 시험 요소 도금상의 바람직스럽지 못한 효과를 피할 수 있다.

시험 요소 기층 및 피막의 저항의 온도 계수가 동일한 상태의 경우, 시험 요소만이 얇은 피막으로 도전 기층상에 전기 도금될 필요가 있지만, 기준요소 기층(36b)에는 어떠한 피막이나 제5도의 와이어(35b)와 필적하는 추가적인 기준 요소를 사용할 필요가 없다. 그러한 상태(예를 들면, 시험 기층 및 시험 피막의 동일한 저항 온도 계수)의 경우, 단자(D) 연결되어 있는 지점(50)의 위치는 단순히, 이 경우에 단지 피복되지 않은 도전 기층(예컨대, 316 스테인레스 강)만은 포함하는 기준 요소가 동일 기층(기층(36b)과 일체로 됨) 및 그의 전기 도금 피막(31b)의 결합 병렬 저항과 동일한 저항을 프로브의 수명의 개시점에서 확실히 지니도록 조절된다.

부식 측정을 위해 극히 다른 열저항 계수를 지니는 재료를 사용함에 따라, 온도의 변화를 보상하는 것이 어렵게 된다. 예를 들면, 혹연은 음(-)의 저항 온도 계수를 지니지만, 거의 모든 금속은 약(+)의 저항 온도계수를 지닌다. 따라서 온도 변화 및 그러한 온도 변화에 의해 야기되는 오차를 보상하는 점의 어려움은 흑연을 기층 또는 기층의 일부로서 사용함으로써 달성되는 여하한의 감도의 증가보다 월등할 수 있다 .본 발명의 실시를 위해 현재 바람직한 기층은, 제작하기에 보다 곤란하며 비용이 드는 층을 이루거나 피복된 기층과는 구별되는 바와 같이, 두께 전반에 걸쳐 실질적으로 균일한 재료로 형성된다.

상기에 기술한 구조는 부식 감시에 감지기로서 사용되는 경우 다수의 이점을 지닌다. 전기 도금 공정을 사용하며, 비교적 낮은 저항을 지니며 316 스테인레스 강 또는 다른 고저항의 도전 기층과 같은 고저항의 도전 기층상에 직접 도금될 수 있는 구리, 은, 백금, 니켈 등의 여러 바람직한 재료로 감지기를 제조할 수 있다.

이러한 공정에 의해 제조되는 감지기는, 도금 피막 및 재도금의 잔류물을 바람직한 두께까지, 기층 재료가 피손되지 않을 정도로 제저함으로써 용이하게 개조될 수 있다. 따라서, 프로브는 특히 기층의 선택이 스테인레스 강인 경우에 용이하게 수리될 수 있다. 그러한 감지기는, 그의 수명이 다할때쯤, 도금이 은, 구리 또는 니켈인 경우 질산에 담금으로써 또는 도금이 금인 경우 질산 및 염산 용액에 담금으로써 용이하게 세정될 수 있다. 스테인레스 강 기층은 이들의 산 세정용액에 대하여 저항을 지님으로써, 개조는 간단한 일이다.

기층상에 전기도금된 피막은 도금 피막의 저항이 기층의 저항과 동일한 경우의 두께보다 큰 임의의 두께로 제조될 수 있다. (부식이 진행함에 따라 증가하는)피막 저항은 부식 감지기 수명의 개시점에서 기층 저항보다 커선 안된다. 이러한 제한은, 회로 설계상의 제약 및 시험 및 기준 저항의 측정에 사용되는 측정기구의 스케일링(scaling)에 의해 야기된다. 피막 저항이 프로브 수명의 개시점에서 기층 저항보다 큰 경우, 측정 기구의 동적 범위가 감소된다.

그러한 제한 때문에, 시험 요소 저항(기층과 전기도금된 피막저항의 병렬연결)과 기준 요소 저항(기층과 피막저항의 병렬연결)에 대한비는, 실제 문제로서, 감지기의 수명의 개시점에서는 1로부터 수명이 다할때쯤은 2까지 변한다. 이는 감시되고 있는 환경에 의한 부식 또는 침식에 기인하는 금속의 손실을 측정하는 부식 감지기에 대한 것이다. 이러한 기구는 주로 높은 분해기능을 얻기 위해 1 내지 2인 시험 요소 저항과 기준 요소 저항에 대한 비의 범위내에서의 최적 측정을 위해 제한을 받는다. 1 내지 10정도로 큰 비일 수 있는 시험 요소 저항과 기준 요소 저항에 대한 비의 다른 범위 내에서의 측정을 가능하게 하는 다른 기구도 제조될 수 있다.

이와 같이 높은 비(예컨대 수명이 다할때쯤 10이하)를 제공하기 위한 기구를 제조하는 경우에는, 보다 큰 측정 범위를 얻겠지만, 측정 범위가 커짐에 따라 분해능이 저하된다. 더군다나, 시험 요소 피막의 저항은 급격히 저하된 측정 분해능이 회피되어야 할 경우 기층의 저항보다 상당히 작아야 한다 .

본 발명의 실시에 유용한 전형적인 기층 재료는, 300 시리즈의 스테인레스 강의 약 74μΩ-㎝의 범위의 전기 저항을 지니며 니트로닐(nitronic) 60의 경우 98μΩ-㎝이하를 지니는 반면에, 시험 피막에 사용되는 전형적인 도금 재료의 저항은 은의 경우 약 1.629로부터 백금의 경우 10 및 니켈의 경우 7.8까지 변한다 .

본 발명의 실시에 사용될 수 있는 보다 중요한 재료, 예컨대 스테인레스 강 기층상에 도금되는 은, 구리, 금, 니켈 또는 백금에 있어서, 기층 저항과 시험 재료 도금 저항에 대한 비의 범위는 약 7 내지 46정도이다.

따라서, 이러한 범위에 있는 저항의 비를 제공하도록 선택되는 재료는, 도금 피막의 두께와 기층의 두께에 대한 비를 또한 약 7 내지 46 정도로 되게 한다. 보다 높은 감도의 감지기는, 예를 들면 실제로 약 42.8의 저항비를 제공하는 스테인레스 강상에 전기 도금되는 구리와 같이, 이러한 범위의 상한에 있는 재료를 사용한다.

앞서 언급한 바와 같이, 열 저항 계수는 재료를 선택할 때 고려되어야 한다. 여러 도금 재료의 그러한 계수는 약 0.003Ω/Ω℃에서 0.006Ω/Ω㎝까지 변한다. 특정 기층 재료의 열 저항 계수는 보다 낮지만, 부식 감시의 경우에는 도금의 열 저항 계수와 상당히 가까워야 한다. 고감도 부식 측정의 경우, 기층과 도금 재료의 열저항 계수에 대한 비는 약 0.8 내지 1.2의 범위가 되어야 한다고 판명되었다. 이하 기술되겠지만 전해 도금의 감시를 위해 상기에 기술한 감지기를 사용함에 있어서, 상당히 넓은 범위의 도금 재료 및 기층의 열저항 계수에 대한 변화는, 그러한 도금 응용에서의 동적 온도 범위가 지극히 좁기 때문에 허용될 수 있다.

[전기도금]

상기에 기술한 형태의 부식 감지기의 제조 및 사용에 적용되는 개념은 또한 통상적인 전기 공정의 감시에도 적용될 수 있다. 예를 들면 미합중국 특허 제4,477,484호 및 제4,479,980호에 도시되어 있는 바와 같이 무전해 도금의 감시를 위한 방법이 개발되어 왔지만, 이전에 공지되어 왔던 바와 같은 전기저항 방법은 전기 도금의 감시에 사용될 수 있다. 전해조에 존재하는 전류, 예컨대 도금 전류는 선행장치의 감지 요소를 통해 흐르고 바람직한 저항측정 신호를 실질적으로 차폐시킬 정도의 크기를 갖는 잡음을 (저항측정 회로에)발생시킨다고 판명되었다. 전해 도금의 감시를 위한 현재 사용되고 있는 방법은, 실험적 측정, 즉 도금 전해조로부터 제거되어 중량이 측정되는 시험 쿠폰의 사용을 포함한다. 전해 도금을 측정하기 위한 다른 장치는 또한 도금할 때 도금의 두께를 나타내는 실시간 또는 진행중의 도금 측정을 행하는 것이 가능하지 않다.

본 발명의 다른 특징에 의하며, 상기에 기술한 감지기의 개념은 측정 회로에서의 전해조에 의해 야기된 잡음을 실질적으로 제거 또는 최소화하는 장치에 의해 전기 도금의 연속적인 정밀 고감도 감시에 용이하게 적용된다.

제6도에는 제1도 내지 제4도에 관련하여 기술한 형태의 전기 저항 감지기를 간단하게 도시한 개략도가 예시되어 있다. 이러한 감지기는 이하 기술되겠지만 시험 요소상의 중심탭의 추가 및 저항의 비율에 대한 다른 제한을 제외하고는 상기에 기술한 감지기와 동일한 것이다. 이러한 도면에서, 저항(51)은 시험 저항을 나타내며, 저항(52)은 기준 저항을 나타내고, 저항(54, 56)은 AC여기 단자(AF)와 측정 단자(B, D)사이의 감지기 요소의 부분들을 각각 나타낸다. 실세로, 회로는 서로에 및 AC 여기단자(A, F)에 단부와 단부를 이어서 모두 연결되어 있는 4개의 저항의 단순한 직렬 회로이다. 본 발명의 어느 한 특징에 의하면, 상기에 기술한 감지기는 전기도금 전류에 의해 시험요소에 발생되는 정미 잡음 전류를 감소시키는 것과 같은 방식으로 상기 감지기를 연결함으로써 전기 도금의 감시에 사용될 수 있다. 이러한 목적을 위하여, 시험 요소(51)는 시험 요소(51)의 중간 지점에 연결되어 있는 단자(N)를 통해 도금 전원에 연결된다.

제6도에 관련하여 기술한 감시 감지기를 사용하도록 마련되어 있는 전기도금 작동 구성이 제7도에 예시되어 있다. 이러한 도면에 개략적으로 도시되어 있지만, 도금될 대상물(58)은, 애노드(anode; 64)가 또한 장착되어 있는 탱크(62)내의 전해조(60)에 담겨진다.

도금전압(66)의 DC전원(66)은 도선(70)을 통해 도금될 대상물(58)에 연결되어 있는 한 단자, 예컨대 음(-)단자(68)를 지니고 있다. 전원(66)의 약(+)단자(72)는 도선(74)을 통해 애노드(64)에 연결되어 있다. 제1도, 제2도, 제3도 및 제4도에 관련하여 기술한 것과 실절적으로 동일한 바와 같이 구성되어 있는 감지기(82)는 루프시험 요소(58)를, 바람직스럽게는 대상물(58)에 근접한 위치에서 전해조에 담기게 하도록 장착되어 있다. 앞서 시술한 바와 같이, 시험요소(86)는 벽이 얇은 관의 루프, 단선 루프 또는 원통형 시험요소를 포함할 수 있다. 시험요소(86)는 초기에 전기도금 피막을 지니거나 지니지 않을 수 있는 기술한 도전 고저항 기층(예컨대 316 스테인레스 강)이다. 이러한 시험 요소(86)의 중점, 즉, 저항 측정이 이루어지는 시험 요소의 지점(44, 48)으로부터 전기적으로 등거리에 있는 지점, 다시말하면 단자(B, C)가 연결되어 있는 지점(제2도, 제3도, 제5도, 제6도, 제7도 참조)에 중심 탭 와이어(88)가 연결되어 있다. 와이어(88)는 그의 중심 탭이 시험 요소에 연결되어 있는 지점만을 제외하고는 전해조와 전기적으로 절연되어 있으며, 도선(70)을 통해, 대상물(58)이 또한 연결되어 있는 도금 전원(66)의 음(-) 단자(68)에 직접 또는 간접적으로 연결되어 있다. 감지기(82)는 앞서 기술한 바와 같이 복수개의 출력 와이어(90)를 포함하며, 이들은 앞서 기술한 바 있는 단자(A, B, C, D, F)에 연결되어 있고, 이들 단자는 다시 전기도금 피막의 두께를 측정 및 표시하는 측정 기구(94)에 연결되어 있다. 중심탭(88)을 도금 전원에 연결하기 위한 추가적인 단자(제7도에는 도시되지 않음)가 설치될 수 있다.

시험요소(86)의 전기적으로 중심인 지점에 대한 도선(88)의 접속이 없는 경우(예컨대, 도금 전류도선이 시험요소의 단부에 접속되어 있는 경우), 도금 공정 자체에서 수반되는 대전 입자를 운반하는 전류를 포함하는, 전해조내에 흐르는 전류는 시험 요소에 흐르게 된다. 전해조에 노출되어 있는 시험 요소의 전체 부위에 걸쳐 전해조에 의해 시험 요소에 유도되는 이러한 전류는 여기단자(A, F)를 거쳐 시험요소를 통해 흐르는 저항 측정을 위한 비교적 작은 여기 전류보다 상당히 크다. 시험 요소의 도금을 행하는데 효과적인 도금 전류인 전해조내의 전류는 저항 측정 회로에 있어서 바람직하지 못한 잡음이다.

따라서, 중심 탭 단자(N)에 대한 잡음 감소 연결이 없는 경우의 단자(B, C)사이의 전압의 어떠한 측정이라도 전해조내에서 흐르는 큰 도금전류에 의해 대단히 영향을 받는다. 이러한 도금 전류는, 시험 요소의 두께의 변화만에 기인하는 단자(B, C)사이의 전압의 변화를 완전히 압도할 정도로 크다. 그러나, 도선(88)이 시험 요소(86)의 중산 지점에 연결되어 있는 경우, 시험 요소(86)의 도금 전류는, 시험 요소를 통해 반대 방향으로 요소의 단부로부터 중심 탭(88)에 흐른 다음, 도금 전원에 흐르는 평형(동등)성분에 의해 형성됨으로써, 저항 측정에 따른 도금 전류의 악 영향을 상쇄시킨다. 도금 전류 회로는 전원을 통해 전원의 다른 단자(72)로부터 도금 애노드(64)를 통해, 그후 전해조(60) 자체를 통해 시험요소(86)에 이르러 완료된다.

따라서, 전해조에 의해 시험 요소에 유도된 전류는 동일하고도 반대인 성분으로 중심 탭으로 흐른다. 도금 전류를 위한 중심 탭 연결에 대한 상기에 기술한 위치는, 시험 요소의 도금에 악영향을 주지 않지만, 균형 전류성분은(저항 측정에 관한 한), 이 성분이 시험 요소의 2개의 절반부를 통해 서로 반대 방향으로 흐르기 때문에 서로 상쇄된다. 따라서, 시험 요소의 저항은 감지기의 단자(A, F)에 연결되어 있는 여기 전원에 의해 발생되는 비교적 작은 전압을 기초로하여 용이하게 측정될 수 있다.

이러한 중심 탭은 2가지 기능을 이행한다. 첫째로, 중심 탭은 시험 요소를 도금될 대상물이나 도금 전원에 직접 연결시킴으로써 도금 회로에 감지기를 연결시킨다. 둘째로, 중심 탭은 시험 요소 저항의 측정을 가능하게 할 정도로 충분히 도금 전류에 의해 시험 요소에 유도되는 전압을 감소시킨다. 따라서, 이러한 중심 탭은 균형도금 전류(저항 측정회로로 보아 평형을 이룸)가 기충에 흐르게 한다.

중심탭을 도금용으로 사용되는 동일한 전원에 연결시키는 대신에, 중심 탭은 도금전원에 의해 제공되는 것과 동일한 전압, 전류 및 전류 밀도를 보장하도록 선택되는 등가 특성을 지니는 서로 다르고 개별적인 전원(이 또한 도금 애노드(64) 또는 등가의 침수 전극에 연결되어 있음)에 연결될 수 있다.

대상물을 전기 도금하기 위한 시스템에 있어서, 특히 다수의 대상물이 놓여 있는 대형 탱크를 지니는 시스템에 있어서, 대상물의 도금은 전류 밀도의 차 때문에 그리고 전해조내의 지점마다의 전해조 특정이 다르기 때문에 전해조의 장소에 따라 변할 수 있다. 따라서, 각각이 그의 도금 전류 균형 중심 탭을 지니는 하나 또는 복수개의 상기에 기술한 감지기가 전해조내의 여러 서로 다른 지점에 놓여, 전해조의 서로 다른 국부 영역에서의 도금 진행의 보다 상세한 실시간 정보를 제공하는 것을 의도하고 있다.

제8도에는 제7도의 감지기(82)의 단부를 확대한 부분 단면도가 예시되어 있다. 이러한 감지기는 제2도에 예시되고, 상기에 기술한 감지기와 동일하지만, 전원 및 시험 요소사이에 도금 전류를 도통시키는 잡음 억제 도선 (88)을 포함하는 것이 상이하다 할 것이다.

따라서, 앞서 기술한 바와 같이, 관형 시험 요소(130)는 관형 실린더(122)로 형성되는 감지기 본체(112)에 장착되어 있고, 상기 관형 실린더(122)는 그 주변(126)에서 상기 실린더(122)에 용접되는 헤더 디스크(124)를 지닌다. 결합된 기준 요소 및 시험 요소는 평행한 다리(132, 134)를 지니는 실질적으로 u자형인 부분(130)을 포함하고, 상기 다리(134)는 헤더 디스크(124)를 통해 일체적으로 연장되어 기준 요소(136)를 형성한다. 헤더 디스크(124)에는 시험요소 다리(132, 134)를 수용하기 위한 한쌍의 구멍이 형성되어 있으며, 이들 구멍 및 관 다리(132, 134) 사이의공간은 적절한 비도전 절연 에폭시로 충전되어 있다. 부식 감지기가 내부에 사용되는 부식 환경의 고온 및 고압의 영향을 받지 않는 도금 감지기에는 용융 유리 봉입 재료가 필요치 않다. 그러므로, 상기 봉입 재료는 따로 변경될 수 있다.

잡음 억제 도선(88)은 수반되는 비교적 대량의 도금 전류를 취급하도록 비교적 큰 단면의 와이어로 형성되어 있으며, 시험 요소(132, 134)의 전기적 중간지점에 정확히 놓여있는 영역에 용접되는 단부(89)를 제외하고 테프론(Teflon)과 같은 적절한 절연물로 피복되어 있다. 잡음 억제 도선은 헤더 디스크(124)의 중심에 위치한 제3의 구멍을 통해 연장되어 있으며, 적절한 에폭시(139)에 의해 상기 제3의 구멍에 봉입되어 있다. 상기 잡음 억제 도선(88)은 실린더(122)의 내부의 도선(88a)을 걸쳐 연결부(118)에 연결되어 있으며, 이러한 연결부에 의해, 이러한 도선이 앞서 기술한 바와 같이 도금 전원(66)에 연결된다. 지점(140, 142, 144, 148, 150)에서 시험 요소 및 기준 요소에 연결되는 다른 측정 도선은 제2도에 예시한 감지기에 관해 앞서 기술한 바와 같이 시험 요소 및 기준 요소에 연결되어 있다.

제8도의 중심 탭을 갖는 시험 요소 감지기는 단지 본원에 기술한 현재 바람직한 구조의 예일 뿐이라는 점을 용이하게 이해할 것이다. 다른 감지기 구조는 필요 또는 바람직스럽다고 간주되는 경우에 사용될 수 있다.

제9도에는 측정 잡음 억제 기능을 갖는 변형 형태를 보여주는 변형을 감지기를 간단하게 도시한 개략도가 예시되어 있다. 이러한 개략도에서, 저항(51, 52, 54, 56)은 앞서 기술한 바와 모두 동일하고, 중심 탭 도선(88)이 생략되어 있는 것 이외에는 앞서 기술한 바와 같이 연결되어 있다. 제6도의 중심 탭 도선(88) 대신에, 제9도의 장치는 시험 저항(51)의 각각의 종점(end point)에(예를들면, 스테인레스 강 시험요소 기층에)연결되어 있는 제1 및 제2잡음 억제도선(100, 102)을 제공한다. 이들 도선(100, 102)은, 단자(B, C)의 경우와 동일한 시험 요소상의 지점에 실질적으로 연결될 수 있음으로써, 필요한 경우 시험 요소 기층에 연결되어 감지기 본체(122)의 내부를 통할 수 있다.

이들 2개의 도선(100, 102)은 공통지점(104)에서 서로 연결되어 있으며, 상기 공통지점은 다시, 중심 탭 도선(88)에 관련하여 앞서 기술한 바와 같이 DC도금 전원(66)의 음(-)단자에 직접 연결되거나, 하기에 기술될 목적으로 작은 보조 전압 보충(boost) 전원(106)을 거쳐 음(-)단자에 연결될 수 있다. 잡음 억제 도선(100, 102) 각각에서, 한측 도선에서는 다이오드(108) 및 가변 저항(110)이 직렬로 연결되어 있으며 다른 한측 도선에는 다이오드(112) 및 가변 저항(114)이 직렬로 연결되어 있다. 도선(110, 102)이 감지기 시험 저항(51)의 단부에 접속된 상태로 도시되어 있지만, 상기 도선(100, 102)은 또한 이러한 저항의 다른 지점, 예를 들면 레지스터 단부로부터 그리고 서로 동일하게 이격되어 있는 지점에 연결될 수 있다. 바람직스럽게는, 그러나 반드시 필요하지는 않지만, 그러한 연결은 도선(100, 102)이 시험저항(51)을 통해 그리고 2개의 도선(100, 102)을 통해 동일하고도 반대인 도금전류 경로를 제공하기 위하여 시험 저항(51)에 대칭으로 연결되게 한다. 전류 성분의 어느 정도의 불균형은 가변 저항에 의해 조절될 수 있다.

도시된 바와같은 도선(100, 102)의 접속으로 인해, 전해조에 의해 시험 저항(51)에 발생되는 도금전류는 저항(51)을 통해 그의 반대측 단부에 동일하고도 반대인 성분으로 흐르고, 그후 도선(100, 102) 각각을 통해 전원의 음(-)단자에 동일한 전류 성분으로 흐른다(보조 전원(106)이 없는 것으로 가정함). 다이오드(108, 112)는 상기 도선에 삽입되어, 단자(A, F)를 통해 인가되는 측정원으로부터의 AC여기 전류를 저지시킴으로써 AC 측정 전류가 도선(100, 102)에 의해 단락되지 않게 한다. 2가지 전류 성분의 정밀한 균형을 가능하게 함으로써, 저항(110, 114)중 하나 또는 모두의 조절에 의해 시험 저항(51)의 양단부에 대하여 반대 방향으로 흐르는 도금전류 성분이 실제로 정확히 동일하게 하기 위하여, 가변 저항(110, 114)이 도선(110, 102)에 삽입된다. 따라서, 도금 전류 성분의 측정에 대한 잡음 영향은 정확히 제거된다.

다이오드(108, 112)와 같은 실제의 다이오드가 그들의 도통 방향에서 0.6볼트 정도의 순방향 바이어스 또는 전압 강하를 지니기 때문에, 저항(51)과 도금 전원(66) 사이의 도금 전류 연결에 이들 다이오드를 사용함으로써, 측정저항(시험요소)에서 보다 작은 도금 전위가 생기고, 그리하여 측정 저항이 동일한 전해조에서 동시에 도금되는 대상물과는 상이한 상태로 도금된다. 이들 다이오드 양단에 걸리는 이러한 순방향 전압 강하를 극복하기 위하여, 보조전원(106)이 2개의 도선(100, 102)의 접합점(104) 및 주 전원(66) 사이의 공통 도선에 삽입되어 있다. 보조전원(106)의 크기는 저항(51)에 걸린 도금 전위가, 다이오드(108, 112) 및 저항(110, 114)이 없을 때의 전위가 동일하게 되도록 선택된다. 물론, 조절 저항(110, 114)중 하나만이 사용될 필요가 있지만, 이들 2개의 조절가능한 저항을 사용함으로써 정밀한 조절이 용이해진다.

그러한 감지기는 벽이 얇은 관, 와이어 또는 평탄한 스트립, 또는 실린더로 형성되어 있는 시험요소를 지니는, 제1도, 제2도, 제3도, 제4도 또는 제5도에 예시되어 있는 구조일 수 있다. 시험 요소 및 기준 요소는 각각 앞서 기술한 바와 같이, 도전 기층을 지닌다. 고감도에 기인하는 정밀 측정을 위해, 기층 저항은 도금될 재료의 저항보다 상당히 높은 것이 바람직스럽다. 상기 기준 요소는 제3도 또는 제5도에 예시되어 있는 형태일 수 있으며, 상기 도전 고저항 기층은 앞서 기술한 스테인레스 강, 다른 금속, 및 여러 유형의 공지된 도정 플라스틱을 포함하는 다수의 도전 재료 중 어느 하나로 형성 될 수 있다. 상기 중간 탭 도선(88)은 감지기가 전기 도금을 감시하는데 사용되는 경우 시험요소 기층의 중간 지점에 연결된다. 상기 감지기는 도금될 대상물 및 애노드와 함께 전해조내에 배치되어, 제7도에 예시된 바와 같이 연결되어 있다. 전기 도금을 감시하기 위한 감지기를 사용하기 전에, 기층은 노출된 상태인, 즉 상부에 어떠한 도금이나 다른 피막도 지니지 않은 상태인 것이 바람직스럽다. 그후, 전기 도금 공정이 개시(기층을 "증감(增感)" 또는 도전적으로 피복할 필요가 없이)되고 대상물 및 시험 요소가 모두 도금된다. 도금이 진행됨에 따라, 시험 요소의 저항이 측정이 달성되어 대상물상에 도금되는 재료의 실제 두께의 연속적인 온라인(on-line) 방식의 감시가 행해진다.

상기 중심 탭 (88)이 전기 도금을 감시하기 위한 감지기에 특히 유용한 것으로 기술되었지만, 상기 중심 탭(및 또한 제9도의 장치)의 저항 측정 잡음 억제 효과는 또한 상기에 기술한 부식 감지기에 적용될 수 있다. 부식 감지기가, 전류가 흐르는 환경에서의 부식을 감시하는데 사용되는 경우는 어디든지, 상기에 기술한 잡음 억제 장치에 의해, 그러한 환경에서의 전류에 의해 기층에 유도되는 바와 같이 전류가 평형을 이룬, 서로 반대인 성분으로 흐름으로써 저항 측정에 관한한 환경적으로 유도된 전류를 효과적으로 상쇄시킨다. 예를 들면, 음극 부식 보호 시스템에서, 상기에 기술한 형태중 어느 하나의 부식 감지기는 감지기가 내부에 침수되는 환경에서 흐르는 전류 때문에 시험 요소에 흐르는 전암 및 전류를 내부로 유도시킨다. 예를 들면 제6도, 제7도, 제8도 및 제9도에 예시되어 있는 구조의 감지기를 사용하고 있는 상기에 기술한 잡음 억제 구조를 사용하는 경우, 저항 측정에 관한 그러한 유도 전류의 영향이 상당히 감소됨으로써, 측정원에서의 측정의 잡음이 대폭적으로 감소된다. 본원에 기술한 바와같은 잡음 억제도선을 지니는 음극 보호 시스템에 사용되는 부식 감지기의 경우 감지기로부터 원격하게 이격된 중심 탭 또는 이중단(dual end) 도선의 양단부는, 상기 음극 보호 시스템에 사용되는 전원에 연결되거나 또는 극히 간단하게는 상기 시스템에 의해 보호받고 감시되는 환경을 한정하는 구조체(예를 들면, 파이프 또는 다른 유체 용기의 내부)에 연결된다. 도금 감시의 경우(부식 감지에 대해 기술한 것과 유사한 이유로 해서), 시험 요소 저항(피막과 기층의 합성 병렬 저항)과 기준 요소 저항(만약 존재한다면, 기층과 피막의 합성 병렬 저항)에 대한 비는 측정 기구의 회로 제한에 의해 감지기의 수명의 개시에서의 2로부터 수명이 다할때의 1까지로 한정된다. 다시 말하면, 상기 감지기는, 시험요소 기층과 그 상부에 도금된 피막의 전체 병렬 저항이 보호받는 기준 요소의 전체 저항과 동일하게 되는 지점으로 감소할 때까지의 도금의 감시용으로 계속 사용될 수 있다. 상기에 기술한 부식 감지기의 경우와 같이, 도금 감지기 저항을 측정하기 위한 다른 기구는 10(감지기 수명의 개시) 내지 1(감지기 수명의 말기)에 이르는 범위의 확대 측정을 행하도록 만들어질 수 있지만, 분해능을 회생하지 않으며 안된다.

측정 기구에 허용될 수 있는 전체 시험 요소 저항과 전체 기준 요소저항에 대한 비는 감지기 수명의 개시에서의 2로부터 감지기 수명의 말기에서의 1까지 변할 수 있기 때문에, 도금 재료의 저항은 무한(무도금)으로부터 기층 재료 저항과 동일한 저항까지 변화할 수 있다는 점을 알 수 있다. 분해능은 시험요소 피막 저항이 기층 저항보다 작게 됨에 따라 급속히 저하된다. 시험요소의 도금 및 기층의 유사한 기하학적 형상, 즉 동일한 직경 및 동일한 길이 때문에, 이들 저항의 비는 이들 2가지 재료의 두께의 비와 동일하다. 그러므로, 감지기 수명의 말기에서, 기츠의 저항이 시험 도금의 저항과 동일한 경우,

임을 알 수 있는데, 여기서 t_p는 도금재료의 두께이고, t_S는 기층 재료의 두께이며, ρ_p는 도금 재료의 저항이고, ρ_s는 기층 재료의 저항이다.

그러므로, 전기 도금을 감시하기 위한 감지기의 측정의 스팬(span)은,

이며, 여기서 S_p는 밀(mil) 단위로 표시되는 도금 측정의 수명의 스팬이다. S_p에 대한 이러한 식으로부터, 큰 저항비를 지니는 재료를 사용하는 경우와 비교적 두꺼운(t_s)기층을 사용하는 경우에도 극히 높은 분해능을 지니면서 극히 작은 도금 측정 스팬(S_p)을 지닐 수 있다는 점을 알 수 있다. 그러한 장치는 금, 은 및 백금과 같은 귀금속을 전기도금할 경우에 특히 유용하다. 이는 수반되는 경제성 때문에 그리고 이들 원소의 도금이 일반적으로 극히 얇고 허용한계에 가깝게 되기 때문에 당연하다.

다른 용도에 있어서, 즉 긴 도금측정 수명 스팬이 필요한 경우, 보다 낮은 저항비가 바람직스럽다. 그러한 상황에서, 즉 긴 수명 스팬이 필요한 경우, 감지기 기층은 구리일 수 있으며 대상물상에 및 기층상에 도금될 재료는 구리 또는 은일 수 있다. 따라서, 상기의 수명 스팬의 식으로부터 및 측정을 상기에 기술한 2 내지 1의 범위인 저항비에 한정하는 측정 회로의 제한으로부터 알 수 있는 바와 같이, 기층의 두께는 필요한 측정 스팬과 기층의 저항의 함수이다.

앞서 기술한 바와 같이 시험요소 기층상에 중심 탭을 지니는 상기에 기술한 도금 감시 감지기( 및 제9도의 감지기)는 부식 프로브의 설명과 연관지어 기술한 것 이외에 다른 여러 물리적 형상을 사용할 수 있다. 도금 감시에 사용하는 경우, 상기 감지기는 임의의 적절한 구조, 예를 들면 도금되고 있는 대상물의 구조와 실질적으로 유사한 구조를 취할 수 있다. 예를 들면, 회로판 도금의 경우, 감지기 시험 요소는 도금될 회로판 기층과 구조가 유사한 시험 쿠폰의 형태일 수 있다. 상기 시험 쿠폰의 임의의 적절한 방법으로, 예를 들면 무전해 도금의 초기 피막이 도전성으로 되게 하는 것과 같은 방법으로 피복되는 비도전 재료일 수 있고, 잡음 억제 도선은 앞서 기술한 바와 같이 연결된다. 허용가능한 적절한 부식 측정이 중심 탭을 지니지 않는 상기에 기술한 감지기로 어떤 환경에서 이루어질 수 있지만, 저항 측정에 관한 도금 전류의 영향을 받지 않도록 전해 도금의 감시를 위한 저항 측정을 행하는데 중심 탭(또는 다른 잡음 억제 도선)을 사용하는 것이 필요하다. 예를 들면, 회로판의 관통구멍(through-hole) 도금을 감시함에 있어서, 시험 쿠폰은 도금되고 있는 유전체 대상물(이는 또한 초기의 얇은 무전해 도전 피막을 지님)과 구성 및 구조가 유사한 다수의 구멍을 내부에 지니고 있는 유전체 재료로 만들어진다.)

이러한 시험 쿠폰은, 예를 들면, 무전해 도금 또는 적합한 다른 방법에 의해 초기에 피복되어, 한 구멍으로부터 다른 한 구멍으로 기층 표면을 따라 연속적인 전기 경로를 지니며 상기 구멍의 벽을 포함하는 도전 시험 쿠폰 기층을 제공한다. 앞서 기술한 바와 같이, 중심 탭이 상기 시험 쿠폰의 전기적 중점에 연결되거나 한쌍의 잡음 억제 도선이 시험 쿠폰의 양단부에 연결되고, 구멍뚫린 시험 쿠폰은 상기에 기술한 방법으로 관통구멍 회로판의 도금을 감시하기 위한 감지기로서 사용될 수 있다.

필요한 도금의 두께보다 큰, 밀 단위로 측정되는 수명 스팬에 의하면, 동일한 프로브는 여러 연속적인 도금 작업용으로 사용될 수 있다. 예를 들면, 프로브의 수명 스팬이 0.329밀이고, 0.03밀의 도금 두께가 필요한 경우, 동일 프로브는 연속 10회의 0,03밀의 도금 작업을 감시하도록 연속 10회(개장(改裝)없이) 사용될 수 있다. 연속 각회의 0.03밀 도금작업을 위해, 감지기는 바로 전회 0.03밀 도금에서 얻어지는 두께의 도금 시험 요소 피막으로부터 개시한다. 선택된 예에서, (10회의 도금 작업후에 얻어지는) 금의 0.329밀의 도금은 316 스테인레스강의 10밀의 두께와 동일한 저항을 지닌다.

그러므로, 감지기 수명의 말기에서(예를 들면, 감지기 도금 두께가 0.329밀인 경우) 2개의 평행한 저항(도금 및 기층)은 동일하다. 스테인레스 강상에 금을 도금할 때의 이러한 수명 스팬에 의해, 스테일레스 강 시험 요소 기층상의 도금의 두께가, 금 도금의 저항이 기층의 저항과 동일할 정도로 두껍게 될때까지 도금이 계속 또는 반복될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 측정 기구의 제한에 의해, 시험 요소 저항이 기준 저항보다 상당히 작은 경우, 상기 시험 요소 저항을 측정하는 것이 실시 불가능하게 된다.

쌍을 이루는 재료, 즉 시험 요소 및 기층 각각 중에서 가장 흔히 사용되는 것은 316 스테인레스 강상에 도금되는 니켈, 금 및 구리; 구리상에 도금되는 은 또는 구리; 316 스테인레스 강 상에 도금되는 로듐; 및 탄소강상에 도금되는 니켈이다. 앞서 기술한 바와 같이, 열 저항 계수의 비에 대한 0.8 내지 1.2의 범위에서 벗어나는 도금 및 기층 각각의 열 저항 계수의 변화가 직면되는 비교적 작은 온도범위 때문에 도금 감시용으로 허용될 수 있다.

부식 감지기의 경우와 같이, 도금 감시에 사용되는 감지기는, 특히 기층이 사용되는 세척제에 영향을 받지 않는 스테인레스 강인 경우 기층으로부터 도금 재료를 벗겨 냄으로써 용이하게 재사용될 수 있다.

고저항의 비교적 두꺼운 구조적으로 자족(自足)적이고 자립적인 도전 기층으로서, 상부에 전기도금되는 측정 피막을 지니고 상기 피막이 특정 범위에 있는 수명의 개시에서의 기층 두께에 상대적인 두께사이에서 변화하는 기층을 사용하는 부식 및 /또는 전기 도금의 고감도 감시를 위한 방법 및 장치가 기술되었다. 기층과 도금 피막에 대한 저항의 비는 약 7 내지 46의 범위로 높다. 감지기가 도금 감시, 특히 도금 감시 용도에 사용되는 경우 보다 작은 저항비의 제한 및 보다 작은 열 저항 계수의 차의 제한이 감지기에 부과되고, 전해조에서 흐르는 전류에 의해 노출감지 요소에 유도되는 잡음 전류를 최소화하기 위한 설비가 제공된다.

상기한 상세한 설명은 설명 및 예로만 제공된 바와 같이 명백하게 이해되어야 하며 본 발명의 사상 및 범위는 첨부된 청구의 범위에 의해서만 한정된다.

Claims (30)

1. 감시가 내부에서 달성되는 환경에 노출되도록 구성되어 있는 시험 요소; 상기 환경으로부터 보호받는 기준 요소; 및 시험 요소 두께를 결정하도록 상기 요소들의 전기 저항을 비교하는 수단을 포함하는 전기저항 감지기에 있어서, 상기 시험 요소가 비교적 높은 전기 저항을 지니는 도전 재료로 형성되어 있는 기층, 및 상기 기층상에 피복되어 있으며 상기 기층 저항보다 상당히 작은 전기 저항을 지니는 도전 시험 피막을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기저항 감지기.
2. 제1항에 있어서, 상기 기층의 두께는 상기 시험 피막의 두께보다 다수배 두꺼우며, 상기 시험 피막 두께는 상기 감지기의 작동시, 상기 시험 피막의 저항이 상기 기층의 저항과 실질적으로 동일해지는 경우는 최대값과 상기 시험 피막의 저항이 상기 기층의 저항보다 상당히 크게되는 경우의 상대적으로 작은 값 사이로 변화하는 것을 특징으로 하는 전기저항 감지기.
3. 제1항에 있어서, 상기 기층은 전체 두께가 실질적으로 균일하며 외표면을 지니는 자립적(self-supporting)이고 강력한 재료이며, 상기 시험 피막은 상기 외표면 전체에 걸쳐 상기 재료상에 직접 전기 도금 되는 것을 특징으로 하는 전기저항 감지기.
4. 제1항에 있어서, 기층의 열 저항 계수와 시험 피막의 열 저항 계수에 대한 비는 약 0.8 내지 1.2의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 전기 저항 감지기.
5. 제1항에 있어서, 상기 시험 및 기준 요소는, 상기 환경에 노출되도록 구성된 시험 부분을 지니고 상기 환경으로부터 보호받는 기준 부분을 지니는 도전 재료의 단일 루프로 형성되어 있으며, 상기 시험 부분은 상기 기층을 포함하고, 상기 시험 피막은 상기 기층의 외부 전체에 전기 도금되어 그의 외부 전체를 도포하는 것을 특징으로 하는 전기저항 감지기.
6. 제5항에 있어서, 상기 기층 및 시험 피막의 열저항 계수는 실질적으로 동일하고, 상기 기준 요소는 상기 도전 재료의 기준부분만을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기저항 감지기.
7. 기층 저항을 지니고 전기 저항 감지기가 자립적이게 하기에 충분한 기층 두께를 지니는 도전 기층 재료로 형성되어 있는 기층; 및 상기 기층상에 직접 전기 도금되어 있는 도전 시험 재료로서, 상기 기층 저항보다 실질적으로 작은 저항 및 상기 기층 두께보다 실질적으로 얇은 두께를 지니는 도전 시험재료를 포함하는 전기 저항 감지기.
8. 제7항에 있어서, 상기 기층의 열 저항 계수와 상기 시험 재료의 열저항 계수에 대한 비가 약 0.8 내지 1.2의 범위에 있는 전기 저항 감지기.
9. 제7항에 있어서, (a) 기층 저항과 시험 재료 저항에 대한 비 및 (b) 상기 감지기가 사용되기 전의 기층 두께와 시험 피막 두께에 대한 비가 각각 약 40 : 1 전기 저항 감지기.
10. 전극과 함께 전해조에 침수되어 있는 대상물의 전기 도금을 감시하는 감지기로서, 상기 대상물 및 전극이 도금 전원을 지니는 도금 회로에 연결되어 있는 감지기에 있어서, 상기 전해조에 침수되도록 그리고 상기 대상물이 도금될 때 도금되도록 구성되어 있는 도전 기층으로서, 상기 전해조에 의해 내부에 흐르게 되는 도금 전류에 영향을 받는 도전기층; 상기 기층의 전기 저항을 측정하는 수단으로서, 상기 기층에 흐르는 도금 전류에 의해 악 영향을 받는 수단; 및 상기 도금 전류에 의한 상기 수단상의 악 영향을 감소시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 감지기.
11. 제10항에 있어서, 상기 도금 전류의 악 영향을 감소시키는 수단은 상기 도금 회로에 상기 기층의 중간점을 연결시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 감지기.
12. 제10항에 있어서, 상기 도금 전류의 악 영향을 감소시키는 수단은 상기 전원에 상기 기층의 중간점을 연결시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 감지기.
13. 제12항에 있어서, 상기 도금 전류의 악 영향을 감소시키는 수단은 서로에 및 상기 전원에 상기 기층의 양단부를 연결시키는 단일 방향 도통 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 감지기.
14. 도금될 대상무리 전해조에 침수되어 있으며 전류가 전원으로부터 상기 전해조를 통하여 도금될 대상물 및 상기 전해조에 침수되어 있는 전극 사이의 도금 전류회로에 흐르게 되는 전기도금 공정을 감시하는 감지기에 있어서, 상기 대상물과 함께 도금되도록 상기 대상물 및 전극 및 함께 상기 전해조에 침수되게 구성되어 있는 도전 기층을 지니는 시험 요소; 상기 시험 요소에 인접하고 상기 전해조로부터 보호받는 기준요소; 도금 두께를 나타내도록 상기 시험 및 기준 요소의 전기 저항을 비교하는 수단; 및 상기 시험 요소에서의 도금 전류에 의한 상기 비교 수단의 영향을 감소시키도록 상기 전원에 상기 기층을 연결시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 감지기.
15. 제14항에 있어서, 상기 전원에 상기 기층을 연결시키는 수단은 서로 방대 방향의 도금 전류 성분이 상기 시험 요소에 흐르게 되도록 상기 전원에 상기 시험 요소를 연결시키는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 감지기.
16. 제14항에 있어서, 상기 전원에 상기 기층을 연결시키는 수단은 상기 전원과 상기 기층상의 제1 및 제2의 서로 이격된 영역 사이에 연결되어 있는 제1 및 제2의 잡음 억제 도선을 포함하는 것을 특징으로 하는 감지기.
17. 제14항에 있어서, 상기 연결 수단은 상기 기층의 중점에 한단부가 연결되어 있으며 다른 단부는 상기 전원에 연결되어 상기 전원과 상기 중간점의 양측상의 시험 요소의 부분들 사이로 전류가 흐르도록 구성되어 있는 도선을 포함하는 것을 특징으로 하는 감지기.
18. 제14항에 있어서, 상기 연결 수단은 상기 전원과 상기 시험 요소의 중간점 사이에 연결되어 있는 중심 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 감지기.
19. 전해조에 침수되어 있는 대상물을 도금하고 상기 도금을 감시하는 전기도금 장치에 있어서, 대상물 도금을 위해 내부에 침수되어 있는 대상물을 지니도록 구성되어 있는 전해조; 상기 전해조내의 전극; 상기 전극과 연결되어 있으며 상기 전해조에 침수되어 있는 대상물에 연결되도록 구성되어 있는 전원; 및 도금 감시기로서, 상기 전해조내에 도전 기층을 지니는 감지기; 상기 전해조내의 대상물이 도금되고 있는 동안 상기 기층이 도금 되게 하고 도금 전류 성분이 상기 기층에서 서로 반대 방향으로 흐르게 하도록 상기 전원에 상기 기층을 연결시키는 수단; 및 상기 기층 및 그의 도금의 전기 저항을 측정하는 수단을 포함하는 도금 감시기를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 도금 장치.
20. 제19항에 있어서, 상기 연결 수단은 상기 전원과 회로적으로 연결되어 있는 상기 기층상의 중심 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 도금 장치.
21. 제19항에 있어서, 상기 연결 수단은 공통 지점과 상기 기층상의 제1 및 제2의 서로 이격된 영역 사이에 연결되어 있는 제1 및 제2의 도선을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 도금 장치.
22. 제21항에 있어서, 상기 제1 및 제2의 도선 각각에 제각기 연결되어 있는 제1 및 제2의 단일 방향 도통 소자, 상기 제1 및 제2의 도선 중 최소한 하나에 연결되어 있는 조절가능한 저항, 및 상기 단일 방향 도통소자 양단의 순방향 전압 강하를 보상하도록 상기 공통 지점과 상기 전원사이에 연결되어 있는 보조전원을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 도금 장치.
23. 제19항에 있어서, 상기 기층은 최소한 일부분 상에 도전 피막을 지니는 비도전 본체를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 도금 장치.
24. 제7항 또는 제9항에 있어서, 고정 전위 지점에 연결되어 있는 상기 기층상의 중심 탭을 포함하는 전기저항 감지기.
25. 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 환경은 상기 전기 저항 비교 수단에 악 영향을 주는 전류를 상기 기층에 유도하고, 상기 전류의 악 영향을 감소시키는 수단이 상기 기층과 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 전기저항 감지기.
26. 제25항에 있어서, 상기 기층과 연결되어 있는 수단은 상기 환경에 의해 상기 기층에 유도되는 전류가 상기 기층에 서로 반대 방향의 성분으로 흐르게 하도록 상기 기층에 연결되는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 저항 감지기.
27. 제25항에 있어서, 상기 전류의 악 영향을 감소시키는 수단은 고정 전위 지점에 연결되어 있는 상기 기층상의 중심 탭을 포함하는 것을 특징으로 하는 전기 저항 감지기.
28. 전극 및 도금될 대상물을 전해조에 침수시키는 단계; 도금 전류가 상기 대상물에 흐르게 하도록 도금 전원 및 상기 대상물 및 전극 사이에 도금 연결을 행하는 단계; 도전 시험 요소를 상기 전해조에 침수시키는 단계; 도금 전류가 상기 시험 요소에 흐르게 하도록 상기 도금 전원 및 상기 시험 요소 사이에 감시 연결을 행하는 단계; 상기 시험 요소의 저항을 측정하는 단계로서, 상기 저항 측정에 악 영향을 주는 경향이 있는 상기 시험 요소내의 도금 전류를 측정하는 단계; 및 상기 도금 전류가 상기 시험 요소에 서로 반대 방향인 성분으로 흐르게 함으로써 상기 악 영향을 감소시키도록 상기 시험 요소의 선택된 영역에 감시 연결을 행하는 단계를 포함하는 전기 도금 감시방법.
29. 제28항에 있어서, 상기 시험 요소의 중심 영역에 감시 연결을 행함으로써, 도금 전류가 실질적으로 동일하게 하고 반대인 성분으로 흐르게 하는 단계를 포함하는 전기 도금 감시방법.
30. 제28항에 있어서, 상기 도금 전원 및 상기 시험 요소상의 제1 및 제2의 서로 이격된 영역사이에 감시 연결을 행함으로써, 도금 전류가 실질적으로 동일하고 반대인 성분으로 상기 시험 요소에 흐르게 하는 단계를 포함하는 전기 도금 감시방법.

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