Przedmiotem wynalazku jest uklad do wytwarza¬ nia i automatycznej regulacji fali napieciowej lub pradowej, stosowanej w procesach elektrolitycznego barwienia anodyzowanego aluminium.Procesy elektrolityczne ogólnie, a szczególnie pro¬ cesy elektrolitycznego barwienia natrafiaja na rózne ograniczenia i trudnosci, jesli stosowany jest prad przemienny.Jesli dwie elektrody róznego rodzaju sa zanurzone w elektrolicie, to w elektrolitycznym procesie wyste¬ puje stale napiecie pomiedzy tymi elektrodami, przy czym to stale napiecie zalezy od rodzaju elektrod oraz od skladu elektrolitu. Jesli do elektrod jest do¬ prowadzany sinusoidalnie zmienny prad, wynik kon¬ cowy jest taki, ze wspomniane napiecie polaryzacji jest sumowane z dodatnia polówka fali o tym sa¬ mym znaku i jest odejmowane od polówki fali o przeciwnym znaku, powodujac w wiekszym lub mniejszym stopniu asymetrie doprowadzanej fali.Okreslajac dokladnie, podczas procesów elektroli¬ tycznego barwienia anodyzowanego aluminium, war¬ stwa tlenku pokrywajaca metal posiada dwie cha¬ rakterystyczne cechy. Po pierwsze jest to bardzo cienka warstwa tlenku, nieprzewodzaca, która wpro¬ wadzona pomiedzy metal i elektrolit dziala jak kon¬ densator. Po drugie latwiej jest przekazywac elek¬ tryczne ladunki z metalu do elektrolitu jesli ten pierwszy jest ujemny, przy czym latwosc ta ulega zmniejszeniu jesli ten pierwszy jest dodatni.Ten efekt pólprzewodnictwa wraz z efektem kon- lC l5 20 25 30 densatora powoduje, ze przy doprowadzaniu zmien¬ nego pradu dla dodatnich polówek fali aluminium przedstawia wiekszy opór niz dla polówek ujemnych, zapoczatkowujac w rezultacie narastanie zmiany na¬ piecia z jednego kierunku na drugi, dlatego fala do¬ starczanego napiecia jest niesymetryczna* co ozna¬ cza, ze dostarczana jest skladowa majaca okreslony sygnal elektryczny, có nie zawsze jest pozadane. To jest spowodowane efektem pólprzewodnictwa.Jednoczesnie na skutek znanego efektu konden¬ satora, przy doprowadzaniu zmiennego pradu po¬ miedzy aluminium a druga elektroda, kondensator utworzony na tym pierwszym, jest ladowany do na¬ piecia szczytowego doprowadzanej fali, a rozladowa¬ nie odbywa sie wolniej niz spadek napiecia, zgodnie z sinusoidalnym przebiegiem- Tak wiec, zarówno srednia wartosc jak i wartosc skuteczna wynikowego napiecia, sa wieksze niz dla doprowadzanej fali, a ponadto sa one zmienne w kazdym przypadku o tyle, o ile wynika to z pojem¬ nosci warstwy anodowej, co zalezy od jej grubosci, od warunków procesu otrzymywania itp.Efekt ten jest szczególnie wazny w przemysle, gdy zastosowane sa tyrystory do sterowania zmien¬ nego pradu. W takim przypadku, stosowanie do wysokiej pojemnosci calkowitego obciazenia zastoso¬ wanego, która moze wynosic 5X105 pP, wypadkowa fala moze osiagac srednia wartosc prawie dwukrot¬ nie wieksza niz odpowiadajaca dostarczanemu na- 121 986121 986 3 pieciu, jak zwykle zalezna wylacznie od warunków i cech charakterystycznych warstwy tlenku.Tak wiec, dla takiego samego doprowadzanego zmiennego napiecia, napiecie wypadkowe zmienia sie zaleznie od zmian cech charakterystycznych ob¬ ciazenia, a w konsekwencji jest to bardzo trudne do kontrolowania. W procesach elektrolitycznego barwienia, w których elektryczna energia powinna byc dostarczana przy bardzo precyzyjnym dozowa¬ niu, wyzej wspomniany efekt stanowi powazna wade. Byly czynione rózne próby, aby zapobiegac tej wadzie przez uklady sterowania posredniego, jed¬ nak bez powodzenia.JednoczesnieT ,stósmyanie tyrystorów w przemysle dofsjjfrcwania ^z£i^ejinych pradów lub przewodze- nil katowo wyprostowanych pradów, czesto daje wprost do powaznych problemów interferencji na czdstotJiwosciacrf radiowych, które sa bardzo trudne do*opanowania, jako wynik dzialania tyrystora, gdy dostarczane napiecie rózni sie od zera.Uklad do wytwarzania i automatycznej regulacji fali napieciowej lub pradowej, stosowanej w proce¬ sach elektrolitycznego barwienia anpdyzowanego. aluminium, wedlug wynalazku charakteryzuje sie tym, ze zródlo energii stanowi zródlo symetrycznego pradu stalego, którego zacisk zerowy jest bezposred¬ nio polaczony z obciazeniem, które stanowi elektro¬ da wanny elektrolitycznej, a zacisk dodatniego na¬ piecia i zacisk ujemnego napiecia dolaczone sa do stopnia regulacji moc? sterowanego przez bipolarny wzmacniacz operacyjny majacy dwa sygnalowe wejs¬ cia. Nieodwracajace wejscie tego .wzmacniacza do¬ laczone jest do generatora sygnalowego, a odwra¬ cajace jego wejscie dolaczone jest do zewnetrznego regulatora pólfalowego sterowanego przez zespól programowania.Ponadto, z wanna elektrolityczna polaczony jest obwód pomiarowy i rejestrujacy, dla zestawiania wszystkich zmian elektrycznych parametrów pólfal anodowych i katodowych w funkcji czasu.Stopien regulacji mocy zawiera dwa zespoly tran¬ zystorów bardzo duzej mocy. Zespól o biegunowosci przeznaczony jest dla regulacji pradu anodowego, a zespól o biegunowosci P dla regulacji pradu ka¬ todowego. Zespoly tranzystorów sa tak polaczone, ze punkt wspólny emiterów obydwu zespolów two¬ rzy zacisk zasilajacy jedna z elektrod wanny elektro¬ litycznej, podczas gdy druga elektroda jest bezpo¬ srednio dolaczona do zacisku zerowego zródla pra¬ du stalego.Ponadto bazy tranzystorów sa sterowane przez wzmacniacz operacyjny, który w kazdej chwili war¬ tosc napiecia lub natezenia pradu dostarczanego do obciazenia porównuje z wartoscia napiecia odniesie¬ nia.Regulator pólfalowy sterujacy wzmacniacz opera¬ cyjny zawiera dyskretne elementy polaczone w dwa zespoly, z których jeden zespól regulujacy fale ano¬ dowa jest polaczony z pierwszym urzadzeniem pro¬ gramowania liniowo-czasowego w zespole programo¬ wania, o drugi zespól regulujacy katodowa fale jest polaczony z drugim urzadzeniem programowania liniowo-czasowego w zespole programowania.Generator sygnalowy wytwarzajacy sygnal odnie¬ sienia jest uniwersalnym generatorem malej mocy 10 15 25 35 40 45 50 55 60 65 wytwarzajacym przebiegi sinusoidalne, piloksztalt- ne lub fale impulsów prostokatnych o regulowanej w sposób ciagly czestotliwosci w zakresie 0,1 Hz do 5 MHz, z mozliwoscia wytwarzania asymetrycznego odksztalcania i regulacji stosunku pomiedzy okre¬ sem aktywnym a nieaktywnym jak równiez z mozli¬ woscia zmiany stosunku pomiedzy wartosciami ano¬ dowymi i katodowymi oraz z mozliwoscia mieszania sygnalów ciaglych i przemiennych. f Fala napiecia lub pradu, pozbawiona przez caly czas deformacji, odpowiadajaca automatycznej regu- . lacji, jest w ten sposób doprowadzana do elektroli- zera w sposób ciagly, niezaleznie od charakterystyki elektrycznej barwionego obciazeni^ w rodzaju jego pojemnosci, polaryzacji itp.Ogólnie do tych ukladów, które wykorzystuja ty¬ rystory regulowane przez zmiane kata przewodzenia moze byc stosowany kazdy rodzaj fali bez jakich¬ kolwiek przeciwwskazan, przy czym uzycie fali sinu¬ soidalnej calkowicie usuwa problemy wystepowania interferencji czestotliwosci radiowych- Brak zrównowazenia obciazenia powodowany przez uzycie nieciaglych sygnalów jest rozdzielany pomie¬ dzy trzy trójfazowe linie rozdzielcze. A zatem uklad jest zawsze w równowadze.Poniewaz sygnal odniesienia jest ciagle porówny¬ wany z napieciem lub pradem aktualnie doprowa¬ dzanym do obciazenia i poniewaz obydwa zostaja wyrównane, uklad jest automatycznie stabilizowany, zarówno jesli chodzi o napiecie, jak i o prad. Dlate¬ go równoczesnie warunki poczatkowe sa ustalone, sa one utrzymywane na stalym poziomie niezalenie od wielkosci barwionego obciazenia, bez potrzeby zmian lub regulacji.Uklad pozwala na stosowanie kazdego typu pro¬ gramu elektrycznego do kazdego typu procesu bar¬ wienia, bez koniecznosci modyfikacji wyposazenia.Jednoczesnie uklad jest odpowiedni do programów ustalania proporcji dla innych procesów elektroli¬ tycznych, takich jak anodyzowanie, wytracanie itp.Pozwala on równiez na uzycie czestotliwosci pra¬ du innej niz czestotliwosc sieci zasilajacej, co jest bardzo korzystne w programach barwienia.Ponadto uklad pozwala na ciagla rejestracje zmiennych bioracych udzial w procesie. Dlatego la¬ two jest regulowac jego dzialanie, wykrywac wysta¬ pienie usterek, korygowac bledy, dokonywac sta¬ tycznych regulacji, jak równiez calkowitej auto¬ matyzacji procesu.Przedmiot wynalazku jest blizej objasniony w przykladzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ukladu do wytwarzania i au¬ tomatycznej regulacji napiecia lub pradu stosowa¬ nego w procesach elektrolitycznego barwienia ano- dyzowanego aluminium, fig. 2 — wykres wypadko¬ wej fali, porównanej z fala doprowadzana, odpowie¬ dnio do efektu kondensatorowego, a fig. 3 przedsta¬ wia wykres wypadkowej podobnie do fig. 2, przy czym porównywane sa te same fale, w przypadku gdy doprowadzana fala jest regulowana przez tyrys¬ tory.Jak wynika z rysunku, a zwlaszcza z fig. 2, zgod¬ nie z efektem kondensatorowym, kiedy przemienny prad 1 jest doprowadzany pomiedzy aluminium i druga elektrode, otrzymuje sie wypadkowa fale 2,l«t»8« 6 która wskazuje wzrost zarówno wartosci sredniej, jak i wartosci skutecznej wypadkowego napiecia, w porównaniu do doprowadzonej fali 1, Jesli w przemyslowej instalacji przemienny prad jest regulowany za pomoca tyrystorów, stosowniej ' wzrostu pojemnosci zastosowanego obciazenia, fala wypadkowa moze przyjmowac ksztalt 2 zaznaczony linia przerywana na fig. 3, od czego jak to mozna zauwazyc, srednia wartosc wypadkowego napiecia jest prawie podwójna wartoscia odpowiadajaca do- w starczanemu napieciu 1 i jak zwykle zalezy wy^ lacznie od warunków i cech charakterystycznych warstwy tlenku.Uklad wedlug wynalazku, przedstawiony na fig- 1 opanowuje te problemy, zapewniajac wytwarzanie W fali dostarczanej do obciazenia, z dokladna automa¬ tyczna regulacja przez caly czas trwania procesu.Uklad dolaczony jest do trój-fazowej sieci zasila* jacej 3 i obejmuje zródlo pradu stalego 4 z transfor¬ matorem prostownikowym. Zródlo pradu stalego 4 20 ma trzy wyjsciowe zaciski: zacisk dodatniego napie¬ cia 5, zacisk ujemnego napiecia 6 oraz zacisk zerowy 7 o zerowym potencjale : Zacisk zerowy 7 stanowi bezposrednio punkt zasir lania jednej elektrody 8 elektrolitycznej wanny 9. a* Obydwa napiecia dodatnie i.;ujemna dostarczane przez zródlo 4 przechodza do stopnia regulacji mocy 10 zawierajacego dwa zespoly tranzystorów duzej mocy, z których jeden ma biegunowosc P, a drugi biegunowosc N, a które reguluja elektryczne para- 30 metry sygnalów ujemnego i dodatniego, które sa doprowadzane do barwionego obciazenia znajduja¬ cego sie w wannie elektrolitycznej 9.W przykladzie przedstawionym na fig. 1 zastoso¬ wane sa tranzystory o biegunowosci P i N, jednak 35 uklad wedlug wynalazku moze byc równiez wypo¬ sazony w tranzystory mocy tylko typu N.Poza tym w ukladzie wystepuje bipolarny wzma¬ cniacz operacyjny 11, który reguluje ksztalt lub am¬ plitude napiecia doprowadzanego do barwionego ob- *o ciazenia. Wzmacniacz 11 ma dwa wejscia, z których jedno jest nieodwracajace, przez które sygnal malej mocy uzyskany z generatora 12 jest doprowadzany do operacyjnego wzmacniacza 11, przy czym ksztalt syg¬ nalu jest taki sam jak ksztalt sygnalu doprowadza- 45 nego do barwionego obciazenia. Na drugie, odwraca¬ jace wejscie sygnalowe doprowadzany jest sygnal wystepujacy aktualnie na elektrodzie 8 elektrolity¬ cznej wanny 9.Operacyjny wzmacniacz 11 porównuje w kazdej 50 chwili wartosc napiecia lub pradu sygnalu, który ma byc doprowadzony, z wartoscia sygnalu, który aktu¬ alnie jest doprowadzany, tak ze róznica napiec wy¬ stepujacych na obydwóch wejsciach nieodwracaja- cym i odwracajacym wynosizero. 55 Ponadto sygnal doprowadzony do obciazenia be¬ dzie identyczny, pod wzgledem wartosci napiecia lub pradu, wzgledem sygnalu doprowadzonego do nieodwracajacego wejscia wzmacniacza 11.Jak wczesniej wspomniano, sygnal który aktualnie « wystepuje na elektrodach elektrolitycznej wanny 9, jest doprowadzony do odwracajacego wejscia ope¬ racyjnego wzmacniacza 11, po konwencjonalnym przetwarzaniu. To przetwarzanie odbywa sie w ze¬ wnetrznym regulatorze pólfalowym 13, zawieraja- 65 cym zespól dyskretnych elementów — rezystorów, potencjometrów, itp., majacych odpoWiednia wiel¬ kosc, tak ze kiedy rezystory sa polaczone równole¬ gle do elektrod, to wykrywana wartosc odpowiada napieciu, a sygnal doprowadzany do obciazenia be¬ dzie mial ksztalt napiecia identyczny do ksztaltu sygnalu odniesienia z generatora 12. W ten sam spo¬ sób, jesli detekcja odbywa sie za pomoca rezystorów polaczonych w szereg, to wykrywana wartosc bedzie odpowiadala natezeniu pradu, a ponadto bedzie ono identyczne z ksztaltem natezenia pradu wytwarza- nego przez generator 12. .¦.-•., Odpowiednio do wielkosci dyskretnych elementów, rezystorów, potencjometrów itp., zastosowanie jed^ nego lub drugiego bedzie zmienialo wspólczynnik wzmocnienia operacyjnego wzmacniacza 11, a wiec wzmocnienie napiecia lub pradu, a poniewaz wyste¬ puje rózna regulacja dla kazdej z polówek fali, dla dokladnie symetrycznego wejsciowego sygnalu, to moze byc uzyskany wyjsciowy sygnal, dla którego stosunek napiecia lub pradu dodatniej polówki fali wzgledem ujemnej, ma okreslona wartosc.Zespól programowania. 14^15 obejmuje dwa urza¬ dzenia programowania liniowo-czasowego, z których jedno, urzadzenie 14, programuje fale anodowa; a drugie urzadzenie 15 programuje fale katodowa.Zasadniczo sa one utworzone przez rezystory, a war¬ tosc ich rezystancji jest ciagle zmieniana z wczesniej wybrana stala szybkoscia.Jesli rezystancja zastepuje istniejace w regulatorze 13, pod wplywem zmieniajacego sie wzmocnienia operacyjnego wzmacniacza 11, wielokrotna pojem¬ nosc tak samo zmienia sie liniowo wzgledem czasu, przyjmujac ksztalt zgodnie z funkcja G=f(t), zarów¬ no dla anodowej, jak i dla katodowej fali.Generator sygnalowy 12 moze wytworzyc kazdy rodzaj sygnalu — staly lub przemienny, majacy rózne wielkosci, sygnal sinusoidalny, piloksztaltny lub fale impulsów prostokatnych, przy regulowanej czestotliwosci w zakresie 0,1 Hz do 5 MHz, z mozli¬ woscia wytwarzania asymetrycznego odksztalcania i regulacji stosunku pomiedzy okresem aktywnym i nieaktywnym, jak równiez z mozliwoscia zmiany stosunku pomiedzy wartosciami anodowymi i kato¬ dowymi oraz z mozliwoscia mieszania ciaglych i przemiennych sygnalów.Ponadto uklad zawiera obwód pomiarowy i rejes¬ trujacy .16 dolaczony do wanny elektrolitycznej 9, który obejmuje elementy elektroniczne, które wy¬ krywaja i wydzielaja elektryczne parametry pradu doprowadzanego do barwionego aluminium, zesta¬ wiaja proporcje chwilowego pomiaru, jak równiez rejestruja graficznie zmiane napiecia anodowego i katodowego w funkcji czasu oraz pradu anodowe¬ go i katodowego w funkcji czasu.Pomiary i rejestrujacy obwód 16 ulatwia prze¬ prowadzanie procesu elektrolitycznego barwienia umozliwiajac wykrywanie wystepujacych nieprawi¬ dlowosci. Bledy zostaja skorygowane, wykonuje sie statyczna regulacje i naturalnie proces jest calko¬ wicie zautomatyzowany.Zastrzezenia patentowe 1. Uklad do wytwarzania i automatycznej regula¬ cji fali napieciowej lub pradowej, stosowanej w121 MC procesach elektrolitycznego barwienia anodyzowane- go aluminium, znamienny tym, ze zródlo energii sta¬ nowi zródlo symetrycznego pradu stalego (4), którego zacisk zerowy (T) jest bezposrednio polaczony z ob¬ ciazeniem, które stanowi elektroda (8) wanny elek¬ trolitycznej (9), a zacisk dodatniego napiecia (5) i za¬ cisk ujemnego napiecia (6) dolaczone sa do stop¬ nia regulacji mocy (10) sterowanego przez bipolarny wzmacniacz operacyjny (11) majacy dwa sygnalowe wejscia, z których nieodwracajace wejscie dolaczone jest do generatora sygnalowego (12), a odwracajace wejscie dolaczone jest do zewnetrznego" regulatora pólfalowego (13) sterowanego przez zespól progra¬ mowania (14—15), a ponadto z wanna elektrolitycz¬ na (9) polaczony jest obwód pomiarowy i rejestru¬ jacy (16) dla zestawiania wszystkich zmian elektry¬ cznych parametrów pólfal anodowych i katodowych w funkcji czasu* 2. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze sto¬ pien regulacji mocy (10) zawiera dwa zespoly tran¬ zystorów bardzo duzej mocy, przy czym zespól o bie¬ gunowosci N przeznaczony jest dla regulacji pradu anodowego, a zespól o biegunowosci P dla regulacji pradu katodowego, a zespoly tranzystorów sa tak polaczone, ze punkt wspólny emiterów obydwóch ze¬ spolów tworzy zacisk zasilajacy jedna z elektrod elektrolitycznej wanny (9), podczas gdy druga elek¬ troda jest bezposrednio dolaczona do zacisku zero- lt 15 » wego (7) zródla pradu stalego (4), a ponadto bazy tranzystorów sa sterowane przez wzmacniacz opera¬ cyjny (11), w którym w kazdej chwili wartosc na¬ piecia lub natezenia pradu dostarczanego do obcia¬ zenia jest porównywana z wartoscia napiecia odnie¬ sienia. 3. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze re¬ gulator pólfalowy (13) sterujacy wzmacniacz ope¬ racyjny (11) zawiera dyskretne elementy polaczone w dwa zespoly, z których jeden zespól regulujacy fale anodowa jest polaczony z pierwszym urzadza¬ niem programowania liniowo-czasowego (14) zespolu programowania (14^15), a drugi zespól regulujacy katodowa fale jest polaczony z drugim urzadzeniem programowania liniowo-czasowego (15) zespolu pro¬ gramowania (14*—15). 4. Uklad wedlug zastrz. 1, znamienny tym, ze generator sygnalowy (12) wytwarzajacy "sygnal od¬ niesienia jest uniwersalnym generatorem malej mo¬ cy wytwarzajacym przebiegi sinusoidalne, pilo- ksztaltne lub fale impulsów prostokatnych, o regulo¬ wanej w sposób ciagly czestotliwosci w zakresie Ojl Hz do 5 MHz, z mozliwoscia wytwarzania asy¬ metrycznego odksztalcania i regulacji stosunku po¬ miedzy okresem aktywnym a nieaktywnym, jak rów¬ niez z mozliwoscia zmiany stosunku pomiedzy war¬ tosciami anodowymi i katodowymi oraz z onozli- wóscia mieszania ciaglych i przemiennych sygnalów.121 986 3 4 5 7 8 9 10 II 12 FIG. I M^g-^ 15' s~* FIG. 2 m u I FIG. 3 PL PL PL PL