镀锡板镀锡量检测分析仪

　　1　传统测量原理

　　镀锡板广泛应用于金属包装(制罐)行业,其结构剖面如图1(a)所示。如果被测样片在阳极上发生变化的锡量为x(mg),所需电量为Q(C),则x=59·3Q/96 500(mg),单位面积A=πR2(m2)镀锡量为

　　传统的镀锡量测量法是依据如图1(b)所示的电极电位变化曲线(V-t曲线)进行定量的,测量装置原理图如图1(c)所示。

　　传统的测量装置笨重,效率低,测量误差大。引起测量误差大的主要因素有:恒流源仪的恒流精度差(mA级);X-Y记录仪计时误差大(s级);由人工根据V-t曲线分层,产生的误差大;不能精确计算和评价双电层电容充电电流对剥离速率的影响,也不能对此产生的误差加以适当修正。

　　2　微分电位法镀锡量测量

　　传统的测量法是依据电极电位变化曲线(V-t曲线)进行定量的。为实现对Sn层、Sn-Fe合金层界面准确自动分层,提出微分电位法镀锡量测量,其原理如图2所示。利用微分电容C将电位变化量检测出来,作适当放大,便可得到图2(b)所示的曲线。其中t1,t2为Sn层与Sn-Fe合金层、Sn-Fe合金层与Fe基层的分层时刻。通过数据采集、峰值判断,很容易求出电解时间T1,T2,从而准确定量出Sn1和Sn2。显然,微分电位法可以在不记录V-t曲线情况下得出测量结果,有利于仪器小型化、自动化和高精度测量。

　　3　系统硬件设计

　　镀锡板镀锡量检测分析仪硬件原理如图3所示。

　　3·1　数控恒流源

　　更适用于电解剥离的高精度高稳定度的数控恒流源如图4所示。由Cygnal F005单片机D/A(12位)产生指定电压Vi,经过运放A1跟随,T1,T2功放后,在取样电阻R1上转化为电流(I=Vi/R1),流过电解池。不同于参考文献[1]报道的恒流源,该电路的研究电极(被测样片)始终处于真正地电位,使电极电位测量方便、准确。电流精度与取样电阻R1精度无关,只要确定出最大电解电流Imax,将D/A的参考电压调至

　　即电解电流大小由D/A给的数字量Di决定。Vi=0时,T2的穿透电流不为零,会给测量带来误差。在独立电源E回路中接一个受微处理器控制的电子开关,很好地解决了问题。凡是系统复位、初始化时均使Vi=0,同时切断电子开关。启动测量时,同步接通电子开关。测量结束时再次切断开关。设置开关时还可节省一个独立电源和简化功放电路。

　　为获得真实的研究电极电位Φ真,采用了正反馈直接补偿原理,补偿溶液内阻Ru(W~R之间电阻)上的压降[2]。电路由A2,A3,A4构成。A,B两点电位均正比IRu,但反相,调节Rw可实现最佳电位补偿。

　　3·2　分层峰判断与数据采集

　　对微分电位法测量来说,V-t曲线的价值仅在于根据其过渡区形状判断Sn-Fe合金层的质量优劣,而曲线对此法的重要性则在于能向系统提供分层的准确时刻。对两种曲线数据分时采集,由Cygnal F005单片机的12位A/D完成。电路原理如图5所示。电位变化速率dV/dt与电流I成正比。I小的时候变化缓慢,微分后分层峰值不明显,峰值判断困难;I大时过渡区陡峭,微分后峰值超了A/D输入电压量程(2·4 V),造成分层判断失败。微分放大器电压增益,显然,用1个微分电容很难满足整个电解电流范围内产生理想分层峰的要求。为此,设计出了最佳微分电容编程选择电路,如图5所示。每个微分电容对应一定电流范围,而且相互覆盖。根据设定电流值,系统自动选择电路最佳电容。电路较理想地解决了宽电流范围内分层峰判断和A/D输入超量程问题,提高了分层可靠性。