124681 (690111), страница 2

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 2)

Кулонометрический метод основан на законе Фарадея, согласно которому количество прореагировавшего вещества прямо пропорционально количеству электричества, прошедшего через электрохимическую систему. Метод состоит в том, что измеряют количество электричества или время прохождения неизменяющегося тока. Исследуемый процесс должен протекать со 100%-ным выходом по току. При контроле толщины покрытия в качестве анода используют небольшой участок поверхности металла известной площади, а всю остальную поверхность изделия закрывают защитным слоем или используют специальную прижимную ячейку с эластичным наконечником, создающим необходимую герметичность зоны контроля и возможность интенсивного обмена электролита у поверхности анода периодическим изменением давления на ячейку.

Гальванопокрытия растворяют при таком анодном потенциале, при котором не может растворяться подложка, тогда резкое увеличение этого потенциала указывает на окончание реакции. В общем случае, регистрируя изменения анодного потенциала, можно проходить все слои многослойного покрытия, измеряя их толщину. Если ток в электрохимической ячейке поддерживается постоянным, толщина покрытия Q вычисляется по формуле:

,

где t- время растворения покрытия; - плотность осаждаемого металла; k- электрохимический эквивалент; S-площадь рисунка; I- ток, А.

Состав электролитов для кулонометрического метода контроля подбирается так, чтобы предотвратить бестоковое растворение покрытия.

Кулонометрический метод контроля толщины покрытий хорошо сочетается с электрохимическими методами количественного анализа, в частности с хроноамперометрией и полярографией, для определения состава покрытия.

2. Разработка структурной схемы установки

При измерении толщины никелевого гальванического покрытия пользуемся кулонометрическим методом.

Этим методом можно измерять как однослойные, так и многослойные покрытия, на металлических и неметаллических деталях (от 0,1 до 100 мкм). Метод позволяет определить толщину покрытия с точностью .

Установка (рисунок 1) состоит из гальванической ячейки 1, стабилизированного источника постоянного тока 2, миллиамперметра 3, включателя 4 и реверсирующего переключателя 5 в электрической цепи гальваноячейки. Продолжительность процесса анодного растворения фиксируют с помощью счётчика.

Гальваническая ячейка представляет собой металлический сосуд вместительностью не менее 1 см. Ячейка крепится в системе, обеспечивающей постоянный ее прижим к контролируемой поверхности. Для перемешивания электролита в гальваноячейке применяется фторопластовая лопасть, приводимая во вращательное движение электродвигателем. В качестве стабилизированного источника постоянного тока применяется электронный стабилизатор, обеспечивающий на выходе плавно регулируемую силу тока 0,5- 100 мА со стабилизацией, поддерживающей точность . Для регулировки требуемой силы тока в цепи гальваноячейки применяется миллиамперметр с классом точности не ниже 0,5.

Электролиты для кулонометрического метода должны обеспечивать анодное растворение металлопокрытия со 100%-ным выходом по току в широком диапазоне анодных плотностей; чёткий скачок анодного потенциала не менее 150 мВ в момент перфорации покрытия и обнажения основного материала (подложки); стабильность показаний при прохождении большого количества электричества.

Электрорастворение контролируемого покрытия толщиной > 5 мкм происходит со скоростью 0,1 мкм/с.

Перед измерением детали обезжиривают. На выбранном участке детали ставят гальваноячейку и с помощью специальной системы обеспечивают постоянный контакт с измеряемой поверхностью. Затем в гальваноячейку заливают необходимое количество электролита и включают систему перемешивания. В случае измерения толщины никелевого покрытия реверсирующий переключатель ставят в положение «реверс» и проводят катодную обработку в течение 5-10 с. Затем ставят реверсирующий переключатель в положение «работа» и синхронно включают счетчик времени и ток в цепи ячейки.

Эталонные образцы с никелевыми и медными покрытиями должны отвечать следующим требованиям:

1. абсолютная толщина покрытия должна быть в пределах 15 – 25 мкм;

2. средняя толщина слоя на поверхности всего эталона должна быть известной с точностью ;

3. разброс значений толщины покрытия на поверхности эталона не должен превышать номинального значения.

3.1 Расчёт погрешности установки и определение требований к компонентам установки

Толщина гальванического покрытия, определяемая кулонометрическим методом, вычисляется по формуле:

,где

K=0,73 - электрохимический эквивалент никеля;

V=1 ;

H=160 мм- высота гальванической ячейки.

;

.

Плотность тока ;

Определяем время растворения покрытия:

где

S- площадь покрытия в ;

Q- заданная толщина слоя никеля в см;

I- сила тока в А;

8,8 – уд. вес никеля в

1,095 – количество никеля в г;

0,5 – фактический выход по току.

.

Рассчитываем толщину гальванического покрытия:

2. Выбор СИ и вспомогательное оборудования

Измеритель тока – комбинированный прибор типа Ф4852.

Прибор предназначен для измерений среднего квадратического значения переменного напряжения, тока и активной мощности в цепях однофазного переменного тока, а также постоянного тока и напряжения постоянного тока.

По устойчивости к воздействию температуры и влажности окружающего воздуха прибор соответствует ГОСТ 12997—76 (группа 3а).

По устойчивости к механическим воздействиям и по защищенности от воздействия окружающей среды прибор относится к категории обыкновенных (ГОСТ 12997— 76).

Переменный ток в диапазоне от 5 до 10 А измеряется с помощью измерительного трансформатора типа И54М. Максимальное значение измеряемого переменного напряжения 500 В. При измерении мощности максимальное значение напряжения 300 В.

Основные технические характеристики комбинированного прибора приведены в табл.2 и ниже.

Таблица 2 – Основные характеристики комбинированного прибора Ф4852.

Поддиапазон измерений, мА	Входное сопротивление, Ом	Предел допускаемой основной погрешности δ, %	Время измерения, с
100	0,2		0,2

Время установления рабочего режима не более 30 мин. Время работы без калибровки не менее 8 ч. Время измерения не более 2 с.

Выбор и переключение диапазонов измерений ручной, при измерении постоянного и переменного напряжения ручной и дистанционный с помощью управляющих сигналов в двоично-десятичном коде.

Логической «1» соответствует напряжение от 2,4 до 5,25 В, логическому «0» — от О до 0,4 В.

Режимы работы прибора: ручной, автоматический внутренний и внешний от управляющих сигналов с периодом не менее 2 с амплитудой от 2,4 до 5,25 В при длительности не менее 5 мс.

Внешнее магнитное поле частотой 50 Гц напряженностью до 400 А/м и колебание напряжения питания в пределах от 187 до 242 В не вызывают дополнительных погрешностей измерений.

Прибор обеспечивает вывод информации о числовом значении измеряемого параметра в двоично-десятичном коде. Параметры этих сигналов аналогичны параметрам сигналов управления.

Питание прибора осуществляется от сети переменного тока частотой (50 + 1) Гц напряжением 220 В с допускаемым отклонением от + 10 до —15%. Потребляемая мощность не превышает 80 ВА.

Габаритные размеры прибора в стоечном варианте 520 х 160 х 396 мм, в настольном варианте 490 х 170 х 396 мм; масса 17 кг.

Наработка на отказ не менее 3000 ч. Средний срок службы не менее 6 лет.

Предел допускаемой дополнительной погрешности измерений не превышает 0,5 δ при отклонении температуры окружающего воздуха от (20±2) ºС до любой температуры в пределах рабочих температур на каждые 10 К отклонения температуры и при отклонении напряжения питания от 220 В±2% до 220 В±10%.

,

.

Источник питания постоянного тока Б5-70.

Прибор предназначен для выдачи стабилизированных напряжений и токов различных уровней до 30 В, работает в режиме стабилизации напряжения и в режиме стабилизации тока, имеет цифровую индикацию уровня выходного напряжения и тока и возможность измерения внешнего постоянного напряжения до 100 В.

Погрешность установки контроля толщины проводящего рисунка ПП с учетом метрологических характеристик выбранных СИ:

;

(м).

5. Расчет контрольных допусков, обеспечивающих при данной погрешности установки контроля нулевой риск потребителя

Для уменьшения вероятности ошибки второго рода Р_БГ (риска потребителя) необходимо ужесточение допуска, что приводит к увеличению вероятности ошибки первого рода Р_ГБ (увеличению доли брака), но бракование происходит относительно новых границ допуска:

м

Расчет условных вероятностей ошибок первого рода.

Расчет по результатам контроля проводится с помощью графического интегрирования условных плотностей вероятности годных и бракованных изделий. Плотность вероятности, функция распределения погрешности установки и плотности вероятности, годных и бракованных изделий, построенные по данным табл.4, имеют вид, показанный на рис.3

Таблица 4.

Q	Qк - Δ	Qк – Δ/2	Qк	Qк + Δ/2	Qк + Δ
	18,24 10-6	18,43 10-6	18,62 10-6	18,81 10-6	19 10-6
f(Q)	0,039	0,035	0,032	0,028	0,025
F(Q)	0	0,25	0,5	0,75	1
f∙F(Q)	0	0,009	0,016	0,021	0,025
1-F(Q)	1	0,75	0,5	0,25	0
f∙(1-F(Q))	0,039	0,026	0,016	0,007	0

Вероятность ошибки первого рода (доля фактически годных изделий, которые по результатам контроля признаны бракованными):

где - условная плотность вероятности бракованных изделий;

где .

Характеристики

Список файлов курсовой работы