氧化铝模板阳极氧化过程中的过流过温保护装置

摘要

本发明公开了一种氧化铝模板阳极氧化过程中的过流过温保护装置。它包括串接于其输出端的负极与阴极(7)、正极与铝片(3)电连接的直流电源(1)回路中的温控仪(2)，温控仪(2)的输入端电连接热敏传感器(25)，特别是在直流电源(1)输出端的负极与阴极(7)间或正极与铝片(3)间串接由缠绕于热敏传感器(25)外表面的其外敷有绝缘层的电阻丝构成的电阻线圈(11)；所述的电阻线圈(11)的电阻丝的阻值为1～2Ω，直径为0.2～0.5mm。它允许有瞬间较大的过电流通过，以保证铝片在氧化初期所需的有益过电流，并可在铝片被击穿导致过电流长时间存在时，及时地切断直流电源，可用于以硫酸、草酸和磷酸为电解液来制备氧化铝模板的氧化过程。

说明书

技术领域

本发明涉及一种过流过温保护装置，尤其是一种氧化铝模板阳极氧化过程中的过流过温保护装置。

背景技术

经过退火的高纯铝片(99.99％)于低温下在磷酸、草酸或硫酸溶液中经阳极氧化后获得的氧化铝模板具有垂直于其模面的平行排列六方柱形孔洞，这种氧化铝模板因其孔洞的有序度高、孔径可控、孔深可调，已经在设计和制备不同的纳米零维、一维以及纳米阵列结构材料方面得到了广泛的应用。在对铝片进行阳极氧化的过程中，正常的氧化工作电流一般低于50mA/cm²，然而，在刚接通电流的一瞬间电流却很大，达到安培量级，之后迅速地减小为正常的电流值。这是由于高导电态的铝在电场作用下转变成低导电态的氧化铝，这种过电流是在氧化铝模板中形成自组装孔洞时所必需的有益过电流；在氧化过程中，由于偶然的局部发热或其他原因会导致电解液的温度升高，进而使电流迅速增大最终导致铝片击穿，这种过电流是有害过电流。特别是在磷酸溶液中的高压氧化状态下，即150V或更高的电压时，铝片击穿现象会严重地破坏氧化槽甚至烧毁氧化电源。目前，虽有各种不同的用电设备保护装置，如在1992年5月6日公开的中国实用新型专利申请说明书CN 2103856U中披露的一种“限温、限流保护器”。它意欲提供一种当用电设备的被测部位的温度或电流超过规定值时，可反复使用的限温、限流保护器。它由装在壳体内的永磁体、被其吸合的软磁体、与软磁体接触的发热片、永磁体和软磁体的分离弹簧和复位杆，以及动、静触头组成。使用中，当用电设备的环境温度过热或出现过电流使发热片升温，软磁体的温度达到其居里点时，由于失磁，在分离弹簧的作用下，软磁体与永磁体分离，从而带动动、静触头分离，将电源切断；故障消除后，通过按下复位杆来使保护器恢复原有的使用状态。但是，这种保护器也未能解决氧化铝模板制备过程中需要有效地利用有益过电流，并切断有害过电流的问题，存在着诸多的不足之处，首先，灵敏度低，因其自身的质量较大，故需要较长的温升时间或者较大的过电流方能加热整个软磁体，并使其达到居里点，这就无法对温度和电流的变化作出迅速的反应；其次，阈值温度和阈值电流的范围均不可调整，一旦永磁体、软磁体和发热片等零部件的尺寸选定后，就成了不可调参数，所能探测的阈值温度和阈值电流就是定值，使用起来不具有普适性；再次，温度保护范围有着局限性，软磁体的居里点在60℃～180℃之间，所以无法对0℃～60℃或180℃以上的温度范围进行保护，而氧化铝模板阳极氧化过程中的温度却多在60℃以下，尤其是接近0℃的低温实验较多；最后，结构复杂、部件多，保护器由多种、多块磁铁和相应的连接、支撑部件所组成，既繁杂、又易发生故障，使得生产和使用的成本均难以降低。

发明内容

本发明要解决的技术问题为克服现有技术中的不足之处，提供一种灵敏度高、普适性好、结构简单、实用，使用方便的氧化铝模板阳极氧化过程中的过流过温保护装置。

为解决本发明的技术问题，所采用的技术方案为：氧化铝模板阳极氧化过程中的过流过温保护装置包括串接于直流电源回路中的温控仪，所说直流电源输出端的负极与电解液中的阴极电连接、正极与一面浸入电解液的铝片电连接，所说温控仪的输入端电连接置于电解液中的热敏传感器，特别是所说直流电源输出端的负极与阴极间或正极与铝片间串接有电阻线圈，所说电阻线圈由缠绕于所说热敏传感器外表面的电阻丝构成，所说电阻丝外敷有绝缘层。

作为氧化铝模板阳极氧化过程中的过流过温保护装置的进一步改进，所述的电阻线圈的电阻丝的阻值为1～2Ω，直径为0.2～0.5mm；所述的电阻丝为镍铬合金电阻丝或铜镍合金电阻丝或铁镍合金电阻丝或铁镍铝合金电阻丝；所述的热敏传感器为热电偶或热电阻或晶体管和集成温度传感器；所述的外缠电阻线圈的热敏传感器置于一端封闭的玻璃管中；所述的热敏传感器位于阴极和铝片之间；所述的铝片的一面置于电解槽侧壁上的电解窗口处；所述的温控仪串接于直流电源的输入回路中；所述的温控仪为中国上海仪川仪表厂的8001型TDA温度控制仪；所述的直流电源的输入端之一与温控仪的标记为“总”的接线端子电连接，温控仪的标记为“低”的接线端子与温控仪电源输入端之一的中性线接线端子电连接，温控仪的标记为“总”的接线端子和标记为“低”的接线端子分别与受温控仪控制的开关的两端电连接。

相对于现有技术的有益效果是，其一，在直流电源输出端的负极与阴极间或正极与铝片间串接由缠绕于热敏传感器外表面的其外敷有绝缘层的电阻丝构成的电阻线圈的构造，将过流、过温统筹兼顾地有机结合起来了，它不直接探测过电流，而是通过氧化工作电流的非正常增大导致电阻丝温度升高，进而被热敏传感器探测到来实现对于氧化工作电流的控制的，因短时的过电流不会使电阻线圈的温度迅速升高，温控仪也就不会立即切断直流电源使氧化过程无法继续进行，所以它允许有瞬间较大的过电流通过，这就保证了在氧化初期所需要的有益过电流。当铝片被击穿，过电流长时间存在时，电阻丝的温度就会上升至温控仪设定的温度值，从而由温控仪切断直流电源。它同时实现了对温度的直接保护和对氧化工作电流的延时保护，使其既可以区分氧化初期的有益过电流和氧化过程中的有害过电流，又能允许有瞬间的较大的过电流通过，以保证铝片在氧化初期所需要的有益过电流，并可在铝片被击穿导致过电流长时间存在时，及时地切断氧化用直流电源，完全满足了氧化铝模板氧化的制备条件，还因热敏传感器的质量较小，使其具有了高的灵敏度，能对周围的温度变化做出迅速的反应，并在氧化工作电流超过域值电流使电阻丝发热时，迅即地感测到；其二，不仅不受温度变化影响地适用于以硫酸、草酸和磷酸为电解液来制备氧化铝模板的氧化过程，还可根据氧化条件的不同来设定温控仪的温度T，选择适当的ΔT以实现对电流的保护，使其具有了极好的普适性。如将温控仪设定的温度设为T，从温控仪的示数表上读出的模板氧化过程正常稳定进行时的温度记为T₀，二者的差值记为ΔT＝T-T₀，则ΔT越大，电流和温度的变化阈值越高，反之，ΔT越小，氧化过程中稍有过电流或电解液温度略微升高，本发明就会很迅速地做出反应。针对在氧化过程中允许有一定的电流波动，故一般选择比T₀高2～3℃的温度作为设定温度T；其三，温度保护的范围不受限制，其保护范围的大小仅取决于温控仪的适用范围，故而大大地扩展了普适性；其四，结构简单、部件少，工作稳定、可靠，便于制作和日常的维护，且成本低。

作为有益效果的进一步体现，一是电阻线圈的电阻丝的阻值优选为1～2Ω，直径优选为0.2～0.5mm，可较好地实现过流过温保护；二是电阻丝选用镍铬合金电阻丝或铜镍合金电阻丝或铁镍合金电阻丝或铁镍铝合金电阻丝，热敏传感器采用热电偶或热电阻或晶体管和集成温度传感器，使电阻丝和热敏传感器的选择范围有了较大的回旋余地，便于其的制作和降低成本；三是外缠电阻线圈的热敏传感器置于一端封闭的玻璃管中，避免了热敏传感器和电阻线圈长期浸泡于电解液中，延长了其使用寿命，降低了使用的成本；四是热敏传感器位于阴极和铝片之间，更易于准确地感测电解液温度微小的变化；五是铝片的一面置于电解槽侧壁上的电解窗口处，除利于铝片的氧化之外，还便于其的安装与拆卸，提高了效率；六是温控仪串接于直流电源的输入回路中，使尽可能少的设备带电，提高了氧化过程的安全性。

附图说明

下面结合附图对本发明的优选方式作进一步详细的说明。

图1是本发明的一种基本结构示意图。

具体实施方式

参见图1，盛有电解液5的电解槽6的一端置有浸于电解液5中的阴极7、另一端的侧壁上开有电解窗口4，该电解窗口4处置有铝片3。直流电源1的输入回路中串接着温控仪2，其中，温控仪2选用中国上海仪川仪表厂的8001型TDA温度控制仪；直流电源1的输入端之一与温控仪2的标记为“总”的接线端子21电连接，温控仪2的标记为“低”的接线端子22与温控仪2电源输入端之一的中性线接线端子23电连接，温控仪2的标记为“总”的接线端子21和标记为“低”的接线端子22分别与受温控仪2控制的开关的两端电连接，直流电源1输入端的另一接线端子与温控仪2电源输入端的另一相线接线端子24电连接，温控仪2的中性线接线端子23和相线接线端子24与市电电源电连接。温控仪2的输入端电连有热敏传感器25，热敏传感器25现选用热电偶。直流电源1输出端的负极与阴极7电连接、正极与铝片3电连接，其中，输出端的负极与阴极7间串接由缠绕于热敏传感器25外表面的其外敷有绝缘层的电阻丝构成的电阻线圈11，电阻线圈11的电阻丝的阻值现选为1.5Ω、直径为0.3mm，电阻丝选用镍铬合金电阻丝。上述外缠电阻线圈11的热敏传感器25置于一端封闭的玻璃管8中，并被置于阴极7和铝片3之间的电解液5中。

使用时，先根据电解液5为硫酸或草酸或磷酸之不同，其在铝片模板氧化过程正常稳定进行时的温度T₀，事先设定温控仪的温度T和选择适当的ΔT，再接通市电电源后，本发明即可自动地对铝片进行阳极氧化的工作，而不需有人在旁值守；当出现电解液5温升过高或氧化工作电流持续过大，则本发明将会自动地切断直流电源1，待电解液5的温度降低后，本发明又会自动地恢复直流电源1的供电，使铝片的阳极氧化过程继续进行。

显然，本领域的技术人员可以对本发明的氧化铝模板阳极氧化过程中的过流过温保护装置进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。