專利名稱:涂鍍層厚度動態(tài)測量方法、裝置及其用途的制作方法
本發(fā)明涉及用磁敏感原理動態(tài)測量涂鍍層厚度，是一種測量電鍍、化學鍍過程中涂鍍層厚度及沉積速度的方法及裝置。本發(fā)明按照國際專利分類號屬于G01B7/06，G01B7/10，H04R23/00。
目前，廣泛使用的是靜態(tài)測量鍍層厚度的方法，利用射線法(χ射線，β射線)，渦流法，電磁感應法，電量法，電容法等，都只能在電鍍過程完成后測量鍍層的厚度。在電鍍、化學鍍過程中，如何不中斷涂鍍過程，實現(xiàn)在連續(xù)涂鍍條件下測量和控制鍍層厚度是目前迫切需要解決的問題。
日本專利昭59-35698《磁性鍍層的測厚方法及測量裝置》提出了將空心測量線圈放入可平行移動的“L”形塑料管中，與平板形陶瓷基板保持2～3mm距離。當陰極陶瓷基板上沉積有鐵鎳合金鍍層時，測量線圈的電感量隨鍍層增厚而增加。采用上述方法僅能在電鍍過程中對平板形基體上的磁性單鍍層進行動態(tài)測量，但采用該方法因空心線圈抗干擾能力較差，定位困難，需用玻璃鍍槽，在工業(yè)生產(chǎn)中不易實現(xiàn)。
本發(fā)明的目的是克服上述已有技術的不足，利用磁性材料的表面應力效應，通過磁性傳感件在電鍍、化學鍍過程中不但能測量出單層鍍層，而且能測量出多層鍍層厚度;不但能測量出磁性鍍層，而且能測量出非磁性鍍層厚度;不但能測量出平板形，而且能測量出其它任意復雜形狀基體上的鍍層厚度，提供了一種動態(tài)測量涂鍍層厚度的方法及裝置。
本發(fā)明的基本原理是應用磁性材料的表面應力效應及其可逆性?，F(xiàn)以電鍍過程為例加以說明。鍍層收縮應力示意圖2中鍍件〔4〕基體形成鍍層D后將產(chǎn)生收縮壓應力。圖2中〔3〕為電鍍液，〔5〕為陽極板。而鍍層產(chǎn)生的收縮壓應力將會影響磁性材料的磁特性，對軟磁材料的基本磁化曲線，即B-H曲線的影響十分明顯。圖3列出了某些軟磁材料B-H曲線在電鍍過程中隨鍍層的增加、收縮壓應力增大后，B-H曲線將向下移動。軟磁材料基體電鍍后基本磁化曲線變化示意圖3中曲線L1為無鍍層時測得的B-H曲線，L2為薄鍍層時，L3為厚度層時測得的B-H曲線。在初始段，即磁場強度H較小時，作Ho線，分別與L1、L2和L3相交于d、e、f三點，而三個交點的磁感應強度B的數(shù)值分別為B1、B2和B3?？梢钥闯觯S鍍層增厚、應力增大、磁感應強度B明顯下降。由此可得初始磁導率μo與鍍層厚度和應力變化關系曲線。
μo= (B)/(H0)o-弱磁場強度如鍍層動態(tài)測量裝置示意圖1中，采用標準圓環(huán)制做的磁性傳感件〔6〕進行電鍍后，配合靜態(tài)的鍍層測厚儀和靜態(tài)鍍層應力測量裝置，通過標定換算可以得到初始磁導率μo，分別與鍍層厚度δ和鍍層應力б的變化關系曲線，即μo-б曲線和μo-δ曲線。
磁性材料表面應力效應的可逆性表現(xiàn)為當磁性體受到壓力時，初始磁導率下降。如果這種壓應力形變是在彈性形變的范圍內，即壓應力б＜бm時(бm-彈性形變的極限應力)，則當外加的壓應力消失后，磁性體表面形狀恢復原狀態(tài)，而初始磁導率隨著恢復原值。金屬表面的涂鍍加工過程一般都是彈性可逆過程?，F(xiàn)以電鍍過程為例加以說明。初始磁導率μo與涂鍍層收縮應力б變化曲線如圖4，初始磁導率μo與涂鍍層厚度δ變化曲線如圖5。在電鍍過程中磁性體表面形成了封閉鍍層，隨著時間的增長，鍍層增厚，壓應力б不斷增加。其應力б的數(shù)值大小，主要取決于鍍層金屬的彈性模量E，沉積結晶狀態(tài)系數(shù)K1和鍍層厚度δ，即б＝б(E、K1、δ)而μo-б和μo-δ曲線與圖3軟磁材料基體電鍍后基本磁化曲線變化示意圖中的B-H曲線束有著分別對應的關系。兩條def曲線表示了軟磁材料在電鍍過程中正過程變化曲線，圖4初始磁導率μo與涂鍍層收縮應力б變化曲線中def段μo-б曲線表示初始磁導率在電鍍過程中的隨應力增大時變化曲線。d點表示應力為零時，μ0＝μ1，在e點表示鍍層壓應力б＝б2時，μo下降至μ2，而在f點壓應力б繼續(xù)增加至б3時，μo值將繼續(xù)下降至μ3。附圖5為初始磁導率μo與涂鍍層厚度δ變化曲線。def段μo-δ曲線表示初始磁導率在電鍍過程中隨厚度增加時的變化曲線。d點表示鍍層為零時，μo＝μ1，當變化至e點，δ＝δ2時，μo降為μ2。當電鍍終止時的f點，鍍層厚度為δ3，μo將降至μ3。而圖4初始磁導率μo與涂鍍層收縮應力б變化曲線，圖5初始磁導率μo與涂鍍層厚度δ變化曲線中的fg曲線表示了在相同的工藝條件下，使電解電流等于原電鍍電流所得到的電解逆過程曲線。圖4中的fg段μo-б曲線表示隨著電解時間增長，初始磁導率μo將從μ3值逐步恢復到無應力時的μ1值，圖5中的fg段μo-δ曲線表示鍍層在電解過程中逐步減少，初始磁導率μo將從μ3值逐步恢復至無鍍層時的μ1值。fg曲線在理想狀態(tài)下沿著fed曲線反向延伸基本重合，g點將十分接近d點。如果基體不溶解腐蝕，受到破壞，兩點也將重合。
因而利用磁性材料在電鍍過程中鍍層產(chǎn)生的表面應力效應及其可逆性，利用μo-б、μo-δ兩條可逆變化曲線，標定所采用的磁性傳感件初始磁導率μo與鍍層厚度δ和鍍層應力б之間的定量關系，即μo＝μo(δ，б)，標定磁性傳感件與被監(jiān)測鍍件在電鍍過程中鍍層和應力相互對應關系δ＝F1(δ′)δ′-被監(jiān)測鍍件鍍層厚度
δ-傳感件鍍層厚度б＝F2(б′)б′-被監(jiān)測鍍件應力б-傳感件應力通過磁性傳感件的磁特性變化，可監(jiān)測處于同一電鍍過程的非磁性鍍件的鍍層厚度和應力及其變化速度。
同時考慮測量過程中溫度等其它因素Ti的影響，并予以修正，這樣得到了完整的標定數(shù)據(jù)曲線μo＝F(δ′、б′、Ti)配合計算機進行處理，就可以在電鍍、化學鍍過程中測量出單層、多層、磁性、非磁性鍍層的厚度、應力及其變化速度，而被監(jiān)測的鍍件的材料與幾何形狀可以不受限制。
附圖1是鍍層動態(tài)測量裝置示意圖。圖中〔1〕為電鍍直流電源，〔2〕為鍍槽，〔3〕為電鍍液，〔5〕為陽極板。將鍍件〔4〕與磁性傳感件〔6〕同時放入電解液〔3〕中，使它們處于相同的工作狀態(tài)。磁性傳感件〔6〕最好采用軟磁材料制作，具有一個或一個以上閉合磁回路。磁性傳感件〔6〕具有與磁回路相交鏈具有一定匝數(shù)N1的初級激磁繞組，通過接線處〔7〕激磁電流輸入端與交流激磁電源〔9〕相接，磁性傳感件〔6〕同時具有一定匝數(shù)的次級感應繞組N2，通過傳感電壓輸出端〔8〕與測量放大器〔10〕相接。測量放大器的分辨率不低于1μV，要求線路干擾輸入信號小。
測試前可以調整交流激磁電源〔9〕的頻率f和電流值I1，標定磁性傳感件〔6〕的次級感應電壓e2與鍍層厚度和應力變化曲線，即得到e2-δ、e2-б曲線。由電磁感應定律可知磁性傳感件〔6〕的次級感應電壓e2按下式確定e2＝4k2fN2SB×10-8(V)k2-波紋系數(shù)，f-交流激磁電源〔9〕的頻率，N2-磁性傳感件〔6〕的次級繞組匝數(shù)，S-磁回路截面積當初級激磁電流I1較小時，對應B-H磁化曲線初始段B＝μoH，H＝ (I1N1)/(L)e2＝(4k2fN2S×10-8)×( (N1)/(L) I1)μoe2＝k3μol-平均磁路長度，N1-件〔6〕初級繞組匝數(shù)I1-磁性傳感件〔6〕的初級激磁電流當電鍍電源〔1〕接通后，磁性傳感件〔6〕與鍍件〔4〕按一定比例沉積鍍層，這時磁性傳感件〔6〕的次級感應電壓e2隨著鍍層增厚、應力增加而發(fā)生變化。
因e2＝k3μo磁性傳感件〔6〕的感應電壓e2與其初始磁導率成線性比例關系，所以由附圖4初始磁導率μo與涂鍍層收縮應力б變化曲線中的μo-б和附圖5的μo-δ曲線可以變換獲得e2-б和e2-δ曲線。在電鍍過程中磁性傳感件〔6〕可周期地按“R”和“S”方向轉動，保證各面沉積均勻。
對于非對稱性磁回路的磁性傳感件，采取圖1鍍層動態(tài)測量裝置示意圖所示的方法，同樣可以標定其e2-б和e2-δ曲線。因此，磁性傳感件〔6〕可以不受幾何形狀的限制，可以做成任意形狀，只要保持與標定時所采用的外形尺寸一致即可。這樣利用帶磁回路孔的磁性傳感件〔6〕所測得的感應電壓e2，通過傳感電壓輸出端〔8〕送至測量放大器〔10〕，可以將測得的傳感信號e2放大和顯示出來，然后送至控制電路〔11〕。在該部分配有計算機，存有各種預先標定的各種曲線和數(shù)據(jù)，同時可以修正各種工藝因素，如溫度等因素對磁性傳感件〔6〕的影響。經(jīng)過其比較電路，與原標定厚度、應力等參數(shù)的標準值進行對照。當達到要求的厚度或應力后，蜂鳴器和指示燈發(fā)出信號，同時切斷電鍍直流電源〔1〕，使所進行的過程終止。
磁性傳感件〔6〕是可以重復使用的磁性件。磁性傳感件〔6〕與電極間加入極性轉換開關〔12〕，當接電源負極時，磁性傳感件〔6〕開始電鍍過程。當磁性傳感件〔6〕形成鍍層后，接正極開始進行電解過程。當使鍍層逐漸減少趨向零值時，磁性傳感件〔6〕的e2值可恢復至原值，便于重復使用。附圖6為磁性傳感件重復使用時實際輸出電壓變化曲線。磁性傳感件〔6〕采用圖6、1所示的尺寸形狀，材料為IJ50鐵鎳合金，具有兩個直徑為2mm的磁回路孔，一個作為電極引線掛孔，另一個作為磁通偶合孔。取N1＝N2＝1匝，并按圖1鍍層動態(tài)測量裝置示意圖所示的方法連接，激磁電源〔9〕采用XFD-7A信號發(fā)生器，取f＝400H，I1＝100mA，測量放大器〔10〕采用HW3890型，控制電路采用附圖9控制電路線路圖所示電路，對應e2動作電壓調至36μV。電鍍電源〔1〕為輕研-2型赫爾槽，帶有正反向轉換開關〔12〕，鍍槽〔2〕采用2升燒杯，鍍液〔3〕為NiSO4溶液。為了防止在電解過程中其它金屬離子進入NiSO4溶液，陽極板〔5〕和鍍件〔4〕都采用鎳板。在件〔6-1〕的激磁回路中接有電流表監(jiān)測，使電鍍和電解過程中流過件〔6-1〕的電鍍和電解電流保持0.22A。
先將鍍液〔3〕加熱并保持在60℃±5℃，放入件〔6-1〕，這時通過測量放大器〔10〕可顯示出e2初值為86μV。當接通電鍍直流電源〔1〕的瞬間e2值立即下降至82μV，這是由于鍍層瞬間迅速沉積產(chǎn)生的效應。然后e2隨著電鍍時間的增長進入一個較平穩(wěn)下降過程，按圖6磁性傳感件重復使用時實際輸出電壓變化曲線所示e2-t中曲線1所示趨向變化，由于電鍍電流及其它條件不變，單位時間鍍層的沉積量可認為是相等的，所以時間坐標t可以認為是與厚度坐標等效，與應力增長成比例。圖6中曲線1是根據(jù)等時間間隔t＝3分讀出e2而得到的電鍍正過程的變化曲線，當e2＝36μV時，控制電路〔11〕中的蜂鳴器FM發(fā)出聲音，綠色指示燈×D2亮，這時的時間t＝39分。然后立即改變件〔6-1〕與鍍件〔4〕的極性，與極板〔5〕進行交換，使磁性傳感件〔6-1〕與鍍件〔4〕接至正極，而極板〔5〕換接至負極。從該時刻算起，件〔6-1〕開始了電解逆過程，保持電流為0.22A及其它工作狀態(tài)不變。隨電解時間增長原沉積的鎳層逐漸減少，應力隨之減少，e2值逐漸恢復。當t＝39分與原電鍍時間相同時，可恢復至78μV。將各不同時刻讀出的e2值在圖6磁性傳感件重復使用時實際輸出電壓變化曲線中標出，得出了電解逆過程曲線2，即圖中的虛線曲線。為了便于對照，特將電解時間坐標反向。這時將磁性傳感件〔6-2〕鍍件〔4〕與極板〔5〕極性交換，使件〔6-1〕又接至負極，于是又開始了第二個電鍍正過程，得到e2-t電鍍曲線3。從圖6磁性傳感件重復使用時實際輸出電壓變化曲線中e2-t曲線可以看出，電鍍曲線1、3與電解曲線2基本上是重合的，因而得出磁性傳感件〔6-1〕在電鍍與電解過程中產(chǎn)生的磁表面應力效應是可逆的。
附圖7為傳感件交替重復使用方法示意圖。圖中〔6-a〕和〔6-b〕是磁特性相一致的磁性傳感件，即e2-δ、e2-б曲線相同，同時標定被監(jiān)測鍍件〔4〕與這對傳感片之間鍍層的沉積比例關系，這樣可以通過傳感件〔6-a〕或〔6-b〕的感應電壓e2的變化可以監(jiān)測處于相同工作狀態(tài)的鍍件〔4〕的厚度和應力及其變化速度。
按圖7傳感件交替重復使用方法示意圖所示將〔6-a〕和〔6-b〕初級串聯(lián)后接至激磁電流輸入端〔7〕，在交流激磁電源〔9〕的作用下，〔6-a〕和〔6-b〕具有完全相同的激磁電流I1。而它們的次級分別通過接線端〔8-a〕和〔8-b〕將感應電壓e2a和e2b送入測量放大器〔10〕。磁性傳感件〔6-a〕和〔6-b〕通過極性轉換開關〔12〕分別與直流電源的正負極相接，這樣在任一時刻，兩個傳感件分別處于電鍍和電解的不同狀態(tài)。
在初始時刻，使磁性傳感件〔6-a〕為無鍍層狀態(tài)，〔6-b〕為有鍍層狀態(tài)。按電鍍工藝要求鍍件〔4〕的電鍍時間為 (T)/2 ，電鍍直流電源〔1〕接通后，磁性傳感件〔6-a〕接負極，這時輸出電壓將按附圖8傳感件交替重復使用時輸出電壓與時間關系曲線的上方e2a-t曲線變化，在O至 (T)/2 時間里從eam逐漸降至ean，按原標定的關系，可知鍍件〔4〕已達厚度或應力要求，從測量放大器〔10〕可顯示出來。這時控制電路〔11〕發(fā)出指令，切斷直流電源〔1〕，將鍍件〔4〕從鍍槽中取出。在O至 (T)/2 時間內，磁性傳感件〔6-b〕接正極進行電解過程，按圖8傳感件交替重復使用時輸出電壓與時間關系曲線的下方e2b-t曲線變化，隨著原有鍍層的減少，應力減小，感應電壓e2b從ebn逐漸增加，在Tb時刻恢復至無鍍層時的ebm，這時控制電路〔11〕發(fā)出指令，通過極性轉換開關〔12〕使磁性傳感件〔6-b〕在Tb時刻脫離電源正極。這樣在Tb至 (T)/2 時間內件〔6-b〕處于等待狀態(tài)。當?shù)谝慌ぜ〕龇湃氲诙ぜ?〕后，極性轉換開關〔12〕動作，磁性傳感件〔6-a〕與〔6-b〕交換極性，磁性傳感件〔6-a〕已形成電鍍層，這時換接至正極，磁性傳感件〔6-b〕原鍍層消失，這時處于無鍍層狀態(tài)，換接至負極。在 (T)/2 時刻電鍍電源〔1〕接通后，在第二批工件進行電鍍的過程中，磁性傳感件〔6-b〕在 (T)/2 至T時間內處于電鍍過程，通過e2b的電壓下降變化量，可以從事先標定的曲線關系監(jiān)測第二批工作〔4〕的鍍層厚度、應力及其變化速度。當e2b從ebm變至ebn后，第二批工件電鍍過程中止。在 (T)/2 至T時間內，磁性傳感件〔6-a〕處于電解過程，當e2a從ean恢復至eam時鍍層消失，在控制系統(tǒng)〔11〕作用下，通過極性開關在Ta時間使磁性傳感件〔6-a〕脫離正極處于不帶電的等待狀態(tài)，其等待時間為△ta＝T-Ta。
從O至T磁性傳感件〔6-a〕和〔6-b〕分別交替經(jīng)歷了電鍍和電解兩個不同過程又回到原來的初始狀態(tài)，完成了一個周期循環(huán)，而磁性傳感件〔6-a〕和〔6-b〕分別對兩批鍍件〔4〕進行了動態(tài)監(jiān)測。
本發(fā)明可以動態(tài)測量涂鍍層厚度，另外還可以有以下用途可以將磁性傳感件〔6〕的尺寸做得很小，在涂鍍過程中，將磁性傳感件〔6〕放置在鍍槽或大型鍍件的不同位置，通過傳感件輸出電壓的變化，能監(jiān)測涂鍍過程中涂鍍層分布的不均勻性。
本發(fā)明可以實現(xiàn)電解銅箔在生產(chǎn)過程中的厚度動態(tài)測量。將磁性傳感件〔6〕與沉積銅箔的不銹鋼陰極滾筒相并聯(lián)，放入硫酸銅槽液中，在生產(chǎn)過程中，當陰極滾筒勻速轉動、輸送出電解銅箔的同時，在磁性傳感件〔6〕上同樣以一定速度形成銅鍍層，這樣就能測量出電解銅箔沉積速度和厚度。通過與計算機內貯存的標準曲線相對照，采取相應的措施，調整硫酸銅溶液的濃度，控制電解銅箔的厚度。
本發(fā)明可以對涂鍍層的腐蝕過程進行動態(tài)監(jiān)測。由于磁性材料的表面應力效應是一個彈性可逆過程。我們需要考核某種涂鍍層的防腐能力和觀察涂鍍層在介質中在各時刻受到腐蝕的變化情況，只要在磁性傳感件〔6〕上涂鍍上這種金屬或材料，放入規(guī)定的介質或腐蝕性溶液中，通過觀察輸出電壓恢復至無鍍層原起始值的時間長短，可以判斷涂鍍層的防腐能力的好壞。因磁性傳感件〔6〕的幾何尺寸很小，可以放入各種尺寸的密封管道之中，通過磁性傳感件〔6〕的輸出電壓隨時間變化的曲線，可以隨時監(jiān)測管道內壁的腐蝕情況以及與介質的定量反應關系。通過放入密封管道內的磁性傳感件〔6〕的輸出電壓的變化，可以動態(tài)計量出管內腐蝕性流體中該種介質的含量。這對于化工行業(yè)和環(huán)境保護監(jiān)測有廣泛的應用前景。
本發(fā)明在涂鍍過程中，同時可實現(xiàn)涂鍍層對基體的收縮應力的動態(tài)測量。因涂鍍層產(chǎn)生的收縮應力，使磁性傳感件〔6〕的輸出電壓下降。而且該過程是一個彈性可逆過程。當涂鍍層消失時，磁性傳感件〔6〕的輸出電壓將恢復至原值。只要使磁性傳感件〔6〕與涂鍍件處于同樣的加工條件之中，標定件〔6〕與涂鍍件所受應力的比例關系，通過對磁性傳感件〔6〕的輸出電壓的變化，可以對該過程中基體所受應力實現(xiàn)動態(tài)測量。這對控制涂鍍層對基體產(chǎn)生過應力，預防出現(xiàn)疲勞、氫脆，有十分重要的意義。
本發(fā)明還可以在其它涂覆加工過程，如熱涂覆搪錫、搪瓷烤漆過程中對基體所受的應力實現(xiàn)動態(tài)測量，特別是測量出液體向固態(tài)轉化過程中所受應力的變化過程。
本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比有以下優(yōu)點1、本發(fā)明可以在電鍍、化學鍍過程中測量出單層、多層、磁性、非磁性涂鍍層厚度及沉積速度。
2、本發(fā)明采用的閉合型磁回路抗干擾性能強，穩(wěn)定性好，測量精度高。
3、本發(fā)明結構簡單，易在工業(yè)電鍍、化學鍍中廣泛使用。
4、本發(fā)明在控制貴金屬電鍍和精密電鍍過程中具有明顯的技術經(jīng)濟效益。
5、本發(fā)明可監(jiān)測鍍槽和大型鍍件各部分鍍層沉積分布的不均勻性，同時可監(jiān)測電解液成份的變化情況。
6、本發(fā)明可用于監(jiān)測控制連續(xù)生產(chǎn)過程中電解銅箔的厚度。
7、本發(fā)明可在涂鍍過程后對鍍件進行快速防腐蝕性能測試，對于電鍍質量檢驗和工藝改進具有廣泛用途。
8、本發(fā)明可在環(huán)境保護中檢驗腐蝕性流體，并可用計算機檢測記錄，對于密封管道在腐蝕條件下的安全使用提供了監(jiān)測手段。
9、本發(fā)明同時可以在涂鍍層加工過程中，對基體產(chǎn)生的應力進行動態(tài)測量。
以下結合實施例作進一步的說明。
圖9所示控制電路線路圖，采用了一個電壓比較器，由F007運算放大器和BG13A×62及附屬電路構成。可以與來自測量放大器〔10〕(HW3890型)的輸出電壓信號進行比較。當鍍層厚度或應力對應的輸出電壓值達預定要求值時，執(zhí)行電路中的繼電器J1吸合，綠色指示燈XD2接通發(fā)亮，蜂鳴器FM發(fā)聲，主回路中繼電器J2吸動，因其常閉觸點與電鍍電源相接，從而切斷電鍍直流電源〔1〕，使電鍍或電解過程中止。
電路工作原理采用220V交流50Hz工業(yè)電源，k1為主回路控制開關，當k1閉合后，變壓器B初級N1通電，次級N2感應輸出9V交流電壓，紅色指示燈XD1亮，表示電源接通。次級N3和N4為交流15V電壓，經(jīng)QSZ全橋整流及F8331集成塊穩(wěn)壓后，分別在A、B兩處輸出正負12V直流電壓，作為電壓比較器及驅動極的工作電源。其中BX1和BX2為0.25A保險絲，C1、C2為電解濾波電容，C3、C4為高頻濾波電容。
測量放大器〔10〕的輸出信號變化范圍在30～200mV之間(反映磁性傳感件〔6〕鍍層厚度和應力變化)經(jīng)偶合電容C5進入比較電路。預先調整電位器W1，使波段開關在適當位置，以獲得適當?shù)姆謮罕?，從而確定集成塊F007的閥止電壓。閥止電壓的大小按下式確定U1= (Uo)/(Ro+RN) Uo＝12VRo由電位器W1確定，RN由R1、R2、R3和R4中選定。當來自測量放大器〔10〕的信號，即反映鍍層厚度或應力的電壓值與預定的閥止電壓值UI相等時，F(xiàn)007輸出負階躍。
圖中DW1、DW2為穩(wěn)壓管，2CW16～7.5V，D1、D2為2CP120.2A，其中D2為保護二極管防止繼電器J1產(chǎn)生的過壓損壞三極管BG13A×62。J1采用JRX-30F靈敏型6V繼電器，電阻值185Ω吸合電壓4.5V。(三極管3A×62放大比較信號后，加在繼電器J1上)，J2可采用大功率繼電器。型號由所切換電鍍電流大小確定。J1-1、J1-2表示繼電器J1的兩組常開觸點，分別控制信號燈XD2和蜂鳴器FM、繼電器J2。J2-1、J2-1為繼電器J2的常閉觸點，分別連接控制電鍍電源的正負電極。
圖10為多層電鍍動態(tài)測量示意圖。電鍍直流電源〔1〕為硅整流工業(yè)電鍍直流電源，0～500A可調。鍍槽〔2〕為塑料鍍槽，容積1.5×0.6×0.5m3，分別配備用于暗鎳、銅、亮鎳及清洗工序，槽內有加溫設備和陰極移動裝置?！?〕為鍍液，鍍暗鎳液?！?-1〕為NiSO4，H3BO3，NaCl。鍍銅液〔3-2〕為CuSO4，K4P2O7，鍍亮鎳鍍液〔3-3〕基本上同〔3-1〕，另加有添加劑。鍍件〔4〕(JR-14)繼電器軛鐵組，材料為電工純鐵，數(shù)量240個，(JR×B-1)繼電器銜鐵，材料鐵鎳合金，數(shù)量100個，電流密度0.8A/dm2，溫度30℃。陽極板〔5〕，鍍暗鎳〔5-1〕和鍍亮鎳〔5-3〕都為鎳板，鍍銅時〔5-2〕為銅板。磁性傳感件〔6-2〕為(JR×B-1)繼電器銜鐵，尺寸見圖11.1利用1.8×1.8mm方孔。用截面0.07mm2的多股塑料絕緣線，繞有初級激磁繞組N1＝1匝，次級感應繞組N2＝2匝。激磁電流輸入端〔7〕固定在絕緣板上，安裝在鍍槽上方，并用兩芯多股橡皮絕緣導線與交流激磁電源相接。傳感電壓輸出端〔8〕采用電纜接頭，固定在鍍槽上，并通過同軸電纜與測量放大器〔10〕相接。交流激磁電源〔9〕采用低頻信號發(fā)生器XFD-7A，取f＝80Hz，激磁電源I1＝0.1A。測量放大器〔10〕采用HW3890型或FD-1型測量放大器，最小分辨刻度小于1μV，測量放大器〔10〕與傳感電壓輸出端〔8〕之間采用專用電纜連接，既要防腐蝕，又要有良好的屏蔽防干擾性。測量放大器〔10〕的輸出端與控制電路〔11〕連接?？刂齐娐贰?1〕見附圖9，先通過標定的厚度應力與輸出電壓關系調整電路，當達到預定的電壓(對應厚度應力)時，繼電器動作，指示燈亮，蜂鳴器發(fā)出聲音。
附圖11為多層電鍍過程中磁性鍍件傳感輸出電壓隨鍍層厚度變化曲線。選取初始感應值e2相同的磁性鍍件JR×B-1繼電器銜鐵尺寸如圖11、1所示。取其中一個按多層電鍍動態(tài)測量示意圖10所示的方法及工藝過程進行動態(tài)測量，直接作為磁性傳感件〔6-2〕。圖11細實曲線表示該磁性鍍件〔6-2〕在多層電鍍過程中測得的e2-δ輸出電壓隨厚度連續(xù)變化的曲線。圖11、2表示磁性零件〔6-2〕A-A斷面的鍍層經(jīng)放大400倍后的金相照片。由此得出各鍍層的相應厚度與基體相接的第一層暗鎳層厚為10μm，而銅鍍層厚為28μm，第二層暗鎳層為11、2μm，最外層亮鎳層厚為7.5μm，累計總厚度為56.7μm。圖中虛折線上各點表示其余14個磁性零件作為磁性傳感件，與磁性零件〔6-2〕在相同的工藝條件下，分別在相應的工序中取出后，測得的厚度值及輸出感應值e2。
對附圖的說明圖1-鍍層動態(tài)測量裝置示意圖，
圖2-鍍層收縮應力示意圖，圖3-軟磁材料基體電鍍后基本磁化曲線變化示意圖，圖4-初始磁導率μo與涂鍍層收縮應力б變化曲線，圖5-初始磁導率μo與涂鍍層厚度δ變化曲線，圖6-磁性傳感件重復使用時實際輸出電壓變化曲線，圖7-傳感件交替重復使用方法示意圖，圖8-傳感件交替重復使用時輸出電壓與時間關系曲線，圖9-控制電路線路圖，圖10-多層電鍍動態(tài)測量示意圖，圖11-多層電鍍過程中磁性鍍件傳感輸出電壓隨鍍層厚度變化曲線，圖中〔1〕-電鍍直流電源，〔2〕-鍍槽，〔3〕-電鍍液，〔4〕-鍍件，〔5〕-陽極板，〔6〕-磁性傳感件，〔7〕-激磁電流輸入端，〔8〕-傳感電壓輸出端，〔9〕-交流激磁電源，〔10〕-測量放大器，〔11〕-控制電路，〔12〕-極性轉換開關。
權利要求
1.本發(fā)明涉及用磁敏感原理動態(tài)測量涂鍍層厚度，是一種測量在電鍍、化學鍍過程中鍍層厚度及變化速度的方法，其特征在于應用磁性材料初始磁導率隨著鍍層增厚、表面應力增加而出現(xiàn)有規(guī)律的下降，反映到磁性傳感件[6]的輸出電壓隨之有規(guī)律的下降，同時這一涂鍍過程產(chǎn)生的形變是一個彈性可逆過程；利用上述特性，可測量單層、多層、磁性、非磁性鍍層厚度及沉積速度。
2.根據(jù)權利要求
1所述的測量方法，其特征在于磁性傳感件〔6〕在電鍍過程的形變?yōu)閺椥钥赡孢^程，電鍍過程的可逆性是在鍍層形成后，經(jīng)過腐蝕或電解，隨著鍍層減少，表面應力降低，磁性材料的初始磁導率有規(guī)律的增加，反映到磁性傳感件〔6〕的輸出電壓有規(guī)律的增加，直至接近或完全恢復到無鍍層時的原始值。
3.根據(jù)權利要求
1或2所述的測量方法而設計的測量裝置，其特征在于有磁性傳感件〔6〕，交流激磁電源〔9〕，測量放大器〔10〕，控制電路〔11〕等組成。
4.根據(jù)權利要求
3所述的測量裝置，其特征在于磁性傳感件〔6〕是具有一個或一個以上閉合磁回路的磁性件。
5.根據(jù)權利要求
3或4所述測量裝置的磁性傳感件〔6〕，其特征在于是可以重復使用的磁性件。
6.根據(jù)權利要求
3所述的測量裝置，其特征在于包含有初級激磁繞組及次級感應繞組，并通過磁性傳感件〔6〕的磁回路相偶合，初級激磁繞組同交流激磁電源〔9〕連接，次級感應繞組同測量放大器〔10〕連接。
7.根據(jù)權利要求
3所述的測量裝置具有的用途其特征在于可以用于電解銅箔生產(chǎn)過程的厚度測量及控制。
8.根據(jù)權利要求
3所述的測量裝置具有的用途其特征在于可以用于涂鍍層防腐蝕能力的檢測。
9.根據(jù)權利要求
3所述的測量裝置具有的用途，其特征在于可以用于密封管道內腐蝕性流體濃度及對管內涂鍍層腐蝕速度的檢測。
10.根據(jù)權利要求
3所述的測量裝置具有的用途，其特征在于可同時測量出涂鍍層增加或消失時的應力及其變化速度。
專利摘要
本發(fā)明涉及用磁敏感原理測量各種涂、鍍層厚度，主要由磁性傳感件、激磁電源和測量放大器組成，可以在涂鍍過程中測量出單層、多層、磁性、非磁性涂鍍層厚度。本發(fā)明利用磁性材料的表面應力效應，即初始磁導率隨著涂鍍層增厚、表面收縮應力增加而出現(xiàn)有規(guī)律的下降。該過程是一個彈性可逆過程，隨著涂鍍層厚度減薄、應力減小、初始磁導率將恢復原值。本發(fā)明同時可測量出涂鍍過程中基體所受的應力及其變化速度，監(jiān)測涂鍍層腐蝕過程。
文檔編號C25D21/12GK87103367SQ87103367
公開日1988年11月30日 申請日期1987年5月13日
發(fā)明者邱安生 申請人:本溪市無線電九廠導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan