Устройство для контроля электрохимического осаждения металлов

 

Использование: в электрохимии, для контроля толщины гальванопокрытий в процессе электроосаждения. Сущность Пдсм изобретения1 устройство содержит дифференциальные весы 1, измерительный электрод 2, погруженный в электролит ванны, механически соединенный с одним входом дифференциальных весов 1, два аналоговых ключа 3, 4 и образцовый электрод 5, также погруженный в электролит, соединенный механически с другим входом дифференциальных весов 1 и электрически через первый аналоговый ключ 3 с токовой шиной, с которой через второй аналоговый ключ 4 связан измерительный электрод 5. При этом контроллер 6 связан информационным входом с выходом дифференциальных весов 1, управляющим входом - с шиной Пуск, первым и вторым выходами - с управляющими входами первого и второго аналоговых ключей 3, 4. 1 ил. (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 С 25. О 21/12

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ (Л

С: (лЭ

Ы (Я бд

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4872394/02 (22) 13,08.90 (46) 15.05.92. Бюл, N. 18 (71) Куйбышевский политехнический институт им. B.B.Êóéáûøåâà (72) А;М.Косолапов (53) 621.357.77 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 449110, кл. С 25 D 21/12, 1970..

Авторское свидетельство СССР . N 1481913, кл. C25D21/12, 1987. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОГО ОСАЖДЕНИЯ МЕТАЛJl0B (57) Использование: в электрохимии, для контроля толщины. гальванопокрытий в процессе электроосаждения. Сущность

ЫЛ,, 1733513 А1

2 изобретения: устройство содержит дифференциальные весы 1, измерительный электрод 2, погруженный в электролит .ванны, механически соединенный с одним входом дифференциальных весов 1, два аналоговых ключа 3, 4 и образцовый электрод 5, также погруженный в электролит, соедийенный механически с другим.входом дифференциальных весов 1 и электрически через первый аналоговый ключ 3 с токовой шиной, с которой через второй аналоговый ключ 4 связан ,измерительный электрод 5. При этом контроллер 6 связан информационным входом с вь ходом дифференциальных весов 1, управляющим входом — с.шиной "Пуск", первым и вторым выходами — с управляющими входами первого и второго аналоговых ключей 3, 4. 1 ил.

1733513

5, контроллер 6

40

Изобретение относится к гальванотехнике, автоматике и измерительной технике и может быть использовано для контроля толщины покрытия деталей в процессе электроосаждения металлов в гальванотехнической ванне, Известно устройство контроля толщины электрохимического осаждения металлов, основанное на фиксации текущего изменения веса катода, Недостатком этого устройства является низкая точность из-за влияния подъемной силы газа, выделяющегося на катоде. . Наиболее близким к предлагаемому является устройство, содержащее коромысло, которое соединено с анодом 2, помещенным в гальваническую ванну, и системой электромагнитного уравновешивания в виде катушек грубой и точной компенсации, подключенных через усилители к выходам первого и второго цифроаналоговых преобразователей. а также с датчиком отклонения, первый выход которого соединен с первым входом компенсатора, а второй — с общей точкой схемы, генератор импульсов, первый и второй ключи с подвижными контактами, задатчик кода, индикатор привеса, триггер и четыре счетчика, Недостатком тако о устройства является большая сложность реализации и недостаточная точность при измерениях массы.

Цель изобретения — упрощение устройства и повышение точности путем исключения влияния изменений концентрации электролита и напряжения на электродах на измерение массы.

Поставленная цель достигается тем, что устройство контроля электрохимического осаждения металлов, содержащее дифференциальные весы, систему переключения, измерительный электрод, погру>кенный в ванну, механически соединенный с первым входом дифференциальных весов, дополнительно снабжено двумя аналоговыми ключами и эталонным электродом, причем эталонный электрод установлен в ванне, соединен механически с вторым выходом дифференциальных весов и электрически через первый аналоговый ключ с токовой шиной электропитания ванны, к которой через второй аналоговый ключ подключен измерительный электрод, система переключения выполнена в виде контроллера, при этом контроллер связан информационным входом с выходом дифференциальных весов, управляющим входом — с шиной "Пуск" электропитания ваннМ. первым и вторым выходами — с управляющими входами первого и второго аналоговых ключей.

На чертеже представлена схема устройства, Устройство содержит дифференциальные весы 1, измерительный электрод 2, аналоговые ключи 3 и 4, эталонный электрод

Устройство работает следующим образом.

До начала нанесения покрытия измеряется разность весов измерительного 2 и эталонного 5 электродов, значение которой

А Р1 запоминается контроллером 6 в момент, когда на управляющий вход контроллера 6 поступает сигнал "Пуск". В этот же момент начинается процесс гальванизации в результате протекания тока через измерительный электрод 2. так как открывается ключ 3 по команде от контроллера 6, Этот ток течет также через электролит, третий электрод электролитической ванны, связанный с полюсом источника напряжения, и источник напря>кения (не показаны), токовую, шину, связанную с другим полюсом источника напряжения.

Контроллер 6 сравнивает текущее значение разности Л выходного сигнала Л Р2 дифференциальных весов 1 и запомненного значения Ь Р1с заданным допуском D>, хранящимся в его памяти. При Ь D1 по ко30 манде от контроллера 6 сначала на короткое время Лt замыкается ключ 4, а затем на 1 время Лт2 размыкаются ключи 3 и 4, Подклю- ) чение образцового электрода к источнику напряжения приводит к образованию на

35 нем пузырьков газа, а последующее отключение тока приводит к процессу их рассеивания. отличающегося достаточной однородностью, что приводит практически к моментальному выравниванию подъемных сил, и, следовательно, их компенсации, По этой причине влияние газообразования на результаты измерения веса покрытия исключаетсяя.

В конце интервала Ьtz производится сравнение значения Ь, равного разности результатов измерения дифференциальными весами 1 Л Р2 и запомненного значения

Л Р с вторым значением допуска О>. Если значение разности Л меньше этого значения, также хранящегося в памяти контроллера 6, то ключ 3 вновь замыкается и процесс нанесения покрытия продолжается еще в течение времени Лтз, после чего контроллер вновь замыкает ключ 4 на время

h,t>, а затем размыкает оба ключа 3 и 4 на время Лt2, в конце которого оценивается разность h.. равная весу покрытия и, значит, пропорциональная его толщине. Этот процесс переключений, измерений и срав1733513 нений повторяется до тех пор, пока разность Л не станет равной или несколько большей Dz, при этом контроллер 6 формирует сигнал отключения тока в ванне.

Значение результата измерения формируется на информационном выходе контроллера 6 в виде кода и на его отсчетном устройстве, отградуированном в единицах толщины покрытия, В случаях, когда удается обеспечить одинаковые подъемные силы из-за газообразования на электродах 2 и 5 при протекании через них токов, ключ 3 может быть замкнут в течение всего времени гальванизации, при этом считывание всех результатов измерения с весов 1 в контроллер 6, кроме запоминаемого.h. Р1, должно производиться перед размыканием ключа 4.

Как следует из принципа действия, точность устройства не зависит, например, от изменения напряжения на электродах и концентрации электролита, так как возникающее при этом изменение газообразования одинаково влияет на изменения подьемных сил электродов 2 и 5, которые компенсируются при измерении Л разности весов электродов.

Действительно, это следует из соотношений.

Л р1=- р2 р5:

Л Р2=рп + Pz Лг - Pg+ Лгь;

Л= h,Pz — Лр=- P.::

t = Р./3а где Р . Р5 — веса электрода 2, 5, погруженных в электролит;

Л Р1, A Pz — разности весов Ðz и Р5, измеряемые дифференциальными весами 1 через заданный интервал времени;

Л вЂ” текущее значение результатов измерения веса;

Рл — вес покрытия со знаком плюс. если электроды 2 и 5 являются катодами, и со знаком минус, если электроды 2 и 5 являются анодами;

Л rz = Л г5 — подьемная сила электродов

2 и 5 из-за газообразования;

1, s, d — толщина, площадь и удельный вес покрытия.

Кратковременное подключение тока через эталонный электрод 5 на время Лtz, в тысячу раз меньшее времени гальванизации электрода 2, позволяет пренебречь изменением веса электрода 5 из-за нанесения на него покрытия за время Atz.

Упрощение реализации достигается за счет резкого снижения требований к точности и стабильности формирования уравно5

15

25 низкого класса точности, упростить их обсе контроля.

50 вешивающих сил используемых весов с электромагнитным уравновешиванием полного веса электрода, Измерительный 2 и эталонный 5 электроды достаточно просто выполняются с различием веса и объема не более, чем на 1-5%, поэтому требования к точности и стабильности формируемых компенсирующих сил используемых весов снижаются в 20-100 раз.

Предлагаемое устройство особенно эффективно при небольшой массе и значительной поверхности электродов 3 и 5, так как в подобных случаях погрешности измерения снижаются с 20 — 30 до 0,2 — 2, Во многих случаях измерительный электрод 2 может быть выполнен в виде меньшей части контролируемого анода (или катода), связанной электрически с таким же по размерам, форме и весу эталонным электродом и с большей частью контролируемого анода (или катода) токоподводами. Это позволяет в качестве дифференциальных весов 1 использовать типовые электронные весы, в том числе пружинные, сравнительно служивание, сократить затраты времени на одно измерение, так как не требуется точного уравновешивания в таких весах в процесФормула изобретения

Устройство для контроля электрохимического осаждения металлов. содержащее дифференциальные весы, систему переключения, измерительный электрод, погруженный в ванну, механически соединенный с первым входом дифференциальных весов, о т л и ч а ю щ е е с. я тем, что, с целью повышения точности путем исключения влияния изменений концентрации электролита и напряжения на электродах на измерение массы, оно снабжено двумя аналогичными ключами и эталонным электродом, причем эталонный электрод установлен в ванне, соединен механически с вторым входом дифференциальных весов и электрохимически через первый аналоговый ключ с токовой шиной электропитания ванны, к которой через второй аналоговый ключ подключен измерительный электрод, система переключения выполнена в виде контроллера, при этом контроллер информационным входом соединен с выходом дифференциальных весов, управляющим входом — с шиной "Пуск" электропитания ванны первым и вторыми выходами — с управляющими входами первого и второго аналоговых ключей.