SU1439161A1 - Способ измерени площади катода в гальванической ванне - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к гальванотехнике и может быть использовано как дл  измерени  площади деталей из электропроводных материалов в гальванической ванне, так и при создании устройств стабилизации и регулировани  плотности тока на поверхности катода. Цель изобретени  - по- вьшение точности измерени  площади катода. В гальваническую ванну погружают основной электрод, дополнительный электрод известной площади и измер емые детали. С помощью источника тока стабильной амплитуды с частотой, например, 80-90 кГц через участок электролита основной электрод - измер емые детали пропускают ток и измер ют напр жение, снимаемое с деталей относительно основного электрода, полученное значение запоминают. Затем такой же по величине и форме ток пропускают через участок электролита основной электрод - дополнительный электрод, измер ют и запоминают напр жение , снимаемое с дополнительного электрода относительно основного. Площадь катода наход т путем делени  величины напр жени , измер емого во втором случае, на величину напр жени  измеренного в первом. Повышение точности измерени  площади катода достигаетс  за счет исключени  погрешности , св занной с изменением свойств :электролита. 4 ил., 1 табл. & (Л со QD О)

Description

Изобретение относитс  к оборудованию дл  гальванотехники и может быть использовано дл  измерени  площади деталей,, выполненных из злектропро- с водных материалов, & также в системах дл  автоматического поддержани  заданной плотности тока в гальванических ваннах.

Цель.изобретени  - повышение точ- 10 ности измерени  площади катода.

На фиг,1 Приведена схема устройств ва, реализующего предлагаемый способ; на фиг,2 - обща  схема замещени  участка электролита общий электрод - tS деталь (фиг.2а) и схема дл  этого же участка дл  переменного тока час 1: отой не ниже -несколько дес тков к шогерц (фиг.26), где обозн деныг..ОЭ - общий электрод; Д - деталь, С., Сд - ем- 20 кости двойных электрических слоев соответственно общий.электрод - электролит и деталь - электролит; Кф„

R фа, сопротивлени  электрохимич€;ских реакций соответственно на основном электроде и. детали; Кл. - сопротивле25

35

ние электролита на участке общий электрод деталь; 1 - ток через ванну; на фиг.З - зависимость приращени  напр жени  во врем  импульса тока на 0 , дополнительном электроде относительно катода.

На фиг,4 - зависимость отношени  напр женки на электродах U, при изменении.площади катода.

Устройство содержит гальваническую ванну 1, в которую погружен основной электрод 2, деталь 3 и дополнительный электрод известной площади .- 4. Основной электрод подключен к одному выводу генератора 5 стабильного тока высокой астоты, второй вывод генератора подключен к входу перекидного ключа б, управл ющий вход ., ключа 6 подключен к выходу генератора 7 тактовых импульсов, а выходы ключа соединены соответственно с детал ми 3 и дополнительным электродом 4.

Вход выпр мительного устройства 8 подключен одним концом к основному электроду, а другим - к детал м, а вход аналогичного выпр мительного- устройства 9 - соответственно к основному и дополнительному электродам. Выходы вьшр мительньгх устройств соединены с входами делительного устройства 10, к выходу которого подклк чен

50

55

с

10

tS 20

25

35

0

.- .,

50

5

показывающий прибор 11, проградуиро- ванный в единицах площади.

Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим об-, разом.

При поступлении в ванну подвески с детал ми ток стабильной величины, вырабатьдааемый генератором 5 через ключ 6, который управл етс  сигналами с генератора 7 низкочастотных тактовых импульсов, попеременно протекает через Промежутки основной электрод - детали, основной - дополнительный электроды и создает на этих участках в электролите соответствующие падени  напр жени  ид| IgRn,, Чд 1, где Кд - напр жение между основным электродом к детал м, 1 - величина стабильного тока R - со- противлешш участка электролита основной электрод - детали, Чд. - напр жение между основным и дополнительными электродами, Rэг сопротивление участка электролита основной электрод - дополнительный электрод .

Эквивалентна  схема замещени  электролитической ванны представл ет собой цепочку из последовательно включенных сопротивлений, первое из которых отражает наличие электрохимической ре.акции на основном электроде, второе - сопротивление толщи электролита между основным и рассматриваемым при составлении схемы замещени  электродом и треть отражает наличие электрохимической реакции на рассматриваемом электроде, причем первое и третье сопротивлени  шунтируютс  емкост ми , отражающими наличие двойного электрического сло  между электролитом и соответствующими электродами. Сопротивление толщи электролита и величина емкости двойного электрического сло  завис т от величины поверхности электродов,

Величина поверхности основного электрода выбрана значительно большей поверхности деталей и дополнительного электрода, а частота генератора 5 тока такова, что емкостное сопротивление двойного электрического сло  на детал х, дополнительном и основном электродах значительно меньше сопротивлени  толщи электролита. Эти услови  хорошо выполн ютс  при соотношени х поверхностей основного и

полнительного электродов пор дка 5- 10 и частотах 80-100 кГц.

Дл  данного способа ток должен быть стабильной величины, частота f которого настолько высока, что прекращаютс  электрохимические реакции на электродах, сопротивление емкости двойного электрического сло  катод электролит Х становитс 

пренебрежимо малым по сравнению с активным сопротивлением электролита.

Дл  того, чтобы прекратились элек трохимические реакции на электродах достаточно частоты пор дка сотен герц.

Дл  того, чтобы можно бьшо Пренебречь сопротивлением емкости двои- ного сло  необходима существенно более высока  частота - пор дка дес тков килогерц, например 80-90 кГц.

Таким образом, сопротивление R, и Rg могут быть определены через пара метры электролита, величину поверхности электродов и рассто ние между

ними R ,,

l

15Г

. Ц f i;.

удельное сопротивление электролита; In, l9r рассто ние соответственно между основным электродом и детал ми и основным и дополнительным электродами; Я„, S, - поверхность деталей и соответственно поверхность дополни- тельного электрода.

На вход выпр мительного устройства 8, таким образом, поступают пачки высокочастотных сигналов, амплитуда которых пропорциональна Од, и равна

АК о Р с частота следовани  определ етс  частотой генератора 7. На вход выпр мительного устройства 9 поступают аналогичные пачки им-

пульсов, но с амплитудой U, Р с

I Ь,

После выпр млени  эти-напр жени  сглаживаютс  и поступают на входы делительного устройства 10, на выходе которого образуетс  напр жение, проUA 1эт порциональное отношению - - Uftn SjT la

К S

.9

Следовательно, прибор 1 Г может быть проградуирован в единицах площади и будет иметь линейную шкалу.

61

Дл  экспериментальной провр.рки метрологических возможностей предлагаемого и известных способов измерени  площади катода провод т р д опытов.

в гальваническую ванну (объем 6 л) помеп1ают анод, катод и дополнительный электрод известной площади в соответствии с известными и предлагаемым способами измерени , В качестве электролита используют раствор NaCl, Причем концентраци  электролита в одной серии опытов 40 г/л, во второй 80 г/л.

В первой серии опытов (при концентрации соли 40 г/л) провод т измерение площади катода в соответствии с известным способом , При этом между анодом и катодом, анодом и дополнительным электродом через балластные сопротивлени  пропускают ток, равный 20 мА, частотой 90 кГц. Измер ют падени  напр жегш  анод - катод и анод - дополнительный электрод , которые составл ют U 68 мВ, Цд 72 мВ при соотношении площадей (S,, 35 см, S 18 см). Разность

&U

и АЗ Уд составл ет 4 мВ.

Далее в соответствии с известным способом р ток 20 мА частотой 90 кГц пропускают между анодом и катодом и наход т приращение напр жени во врем  импульса тока на дополнительном электроде относительно катода . Это приращение составл ет uU, 5 мВ (фиг.З).

Наконец, в соответствии с предлагаемым способом ток 20 мА частотой 90 кГц поочередно пропускают между анодом и катодом, затем между анодом и дополнительным электродом и измер ют соответствующие падени  напр жени  и

дк 161 МБ, и

АЭ

174 мВ и оп

редел ют частное от них делени  К 1,08.

UftK

Во второй серии опытов измен ют концентрацию соли в растворе до 80 г/л и повтор ют все измерени , В результате установлено следующее:

В соответствии с известным способом 2 при изменении концентрации измен ютс  величины И f, aU, соответственно до уровн  и, 39 мВ, 41 мВ и их разность уменьшаетс  до уровн  ли(К)ид5 - ид,, 2 мВ. Разность UU измен етс  при изменении

15

20

но

25

514391

концентрации электролита вдвое на

„ ли - )

, 5ил, следовательно,

известный способ при изменении кон5

центрации вдвое дает погрешность измерени  площади пор дка 50%,

В соответствии со способом l при изменении концентрации вдвое измен етс  величина разности bU|(K) 10 (фиг.З) до уровн  ли,(К)3. Такое изменение приводит к по влению погрешности измерени  площади пор дка

&yL I iyiiKi 5-3

ди, 5 ° Измерени  напр жений на электродах в соответствии с предлагаемым способом при измененной вдвое концентрации электролита дает следую- 1лле результаты Ь д (К) 97 мВ, U, (К) . - 104 мВр коэффициент В,, следователь , равен К .-Ц „07 и измеUARV /

н етс  лишь на 0,9 процента. Примерно така  же и погрешность измерени  площади катода при изменении концентрации электролита вдвое,

Таким образом, экспериментально установлено , что Предлагаемый способ измерени  площади обеспечивает повышение точности При изменении концент- раци электролита примерно в 30-40 раз по Сравнению с известными спосо- бамиэ что достигаетс  поочередным пропусканием т ока через катод, и дополнительный электрод и определением площади через отношение напр жений на электродах.

Ешсость двойного электрического сло  на границе раздела металл электролит зависит от состава электролита , но в предлагаемом способе измерени  площади катода сопротивлением этой емкости пренебрегают по сравнешда с активным сопротивлением лектролита (дл  чего и выбирают достаточно высокую частоту тока через анну),

Причиной низкой точности измереий площади в известном способе  в етс , не зависимость емкости двойого сло  от концентрации электролита (ею пренебрегают), а изменение его ктивного сопротивлени , изменение в ледствие этого напр жени  на электродах и пропорциональное изменение азности этих напр жений. Кроме того , в известном способе ток через

40

45

50

55

30

35

5

0

91

5

0

616

катод и дополнительный электрод пропускают одновременно, а так как потенциалы катода и дополнительного электрода при этом не равны друг другу , между этими электродами по вл етс  ток, в результате зависимость между площадью катода, и разностью напр жений на электродах становитс  нелинейной и достаточно сложной. Реализаци  такой зависимости св зана с определенными техническими трудност ми и не способствует повышению точности измерений площади. Экспериментальна  проверка показьшает, что зависимость отношени  напр лсений на электродах , при изменении площади катода в пределах 15 - 30 см имеет вид, показанный на фиг.4. При этом см, идз 163 мВ. Результаты представлены в таблице.

Ufti UAK

1,515 1,60 1,68 1,75

Св зь между площадью катода So, и отношением напр жений на электродах линейна и определ етс  соотношением

Г

UA5

/т/ . - V

5т(к, о;, г)

0

5

0

5

эт

К,,К

где S ... - площадь дополнительного электрода;

коэффициенты, завис щие от геометрических размеров ванны (определ ютс  экспериментально). Дл  экспериментальной зависимости (фиг,4) св зь между площадью катода, дополнительного электрода и отношением напр жений , имеет вид

S,- 5(12,2 У - 15,5) см. Ak

Claims (1)

1. Предлагаемый способ позвол ет уменьшить вли ние изменений состава электролита на точность измерений площади катода. Формула изобретени 

   Способ измерени  площади катода в гальванической ванне, включающий установку ОСНОВНС1ГО электрода, измер емой детлли и дополнительного электрода известной площади и пропуска71439

   ние тока стабильной величины от генератора через участки электролита между электродами, отличающий- с   тем, что, с целью повышени  точ- g кости измерени  площади, ток с частотой не ниже 80-90 кГц попеременно пропускают через участки общий элек- Т1зод - деталь и общий электрод - до618

   полнительный электрод, измер ют падени  напр жени  на этих участках в моменты протекани  тока и определ ют величину площади деталей, как отношение напр жений на участке общий электрод - дополнительный электрод к напр жению на участке общий электрод деталь.

   t(

   , /

   1

   t5t

   71- 0

   Соз

   Hh

    

   фо