CN102433790A - 测量材料层厚度的装置 - Google Patents

Abstract

一种测量一材料层(20)厚度的装置(1；1b)设置有读取装置(2)和连接到读取装置(2)的控制装置(3)。读取装置(2)包括一微波平面式传感器(6)和一连接于微波传感器(6)且排列在微波传感器(6)附近的A/D转换器(8)。

Description

测量材料层厚度的装置

本申请是”测量材料层厚度的装置”的分案申请，原申请的国际申请日：2008年6月20日(优先权日2007年6月21日)，原申请的申请号：200880102254.7，原申请的发明创造名称：测量材料层厚度的装置。

技术领域

本发明涉及一种测量材料层厚度的装置。特别是，本发明涉及一测量造纸机器中纤维素纸浆厚度的装置。

背景技术

众所周知，在造纸机器中，由约3％纤维和矿物添加剂、约97％的水所组成的纤维素纸浆层沿着纸生产线供应。

该生产线依次经过一纤维素纸浆形成和排水部分、一生产一张纸的挤压部分和纸张烘干部分。

经过纤维素纸浆形成和排水部之生产线的第一部分定义出一排水道路，纤维素纸浆沿此排水道路供应且由环旋转之织物、通常称为“成型织物”、所支撑。多个叶片(通常称为“箔”)和多个抽气单元在成型织物下面，并在接触同一织物背面，相互间隔一定距离而排列。该等叶片和抽气单元很容易去除包含在纤维素纸浆间的水，并且其向前移动时经过成型织物。特别是，该等叶片去除由机械去除从成型织物所排出的水，而该等抽气单元通过真空的运用而消除水。

高效的形成和排水部分减少在形成和排水部分的下游实行之挤压和烘干操作的费用。

便携式装置是可商业用的，其通过通常地测量纤维素纸浆层的厚度或在纤维素纸浆中含水量监管形成和排水部分的效率。

这种装置一般包括一测量杆，其上安装一读取头并设置有一传感器，其手动设置以接触在一抽气单元和另一抽气单元间的织物的下表面，以测量设置于成型织物上纤维素纸浆层的厚度。

这种装置采用不同类型的传感器，例如利用GBS(伽马背散射)技术的传感器以测量他们所接触材料的一致性。这种技术是准确的，但需要在读取头内部的放射源，其使费用昂贵并由于放射性的缺点而没有实际用处。其它的传感器利用超声波，即使他们不如前种类型昂贵，但由于准确性差的特点而很难使用，特别是在造纸机器的环境中。

已知有利用微波传感器的便携装置，其通过测量材料的频率响应而评估包含于材料中的水量。由于需要最小化热膨胀或收缩的影响，这种感应器配有一由非常昂贵的金属基合金材料制成的共振腔。在这样的传感器中，实际上，热膨胀或收缩导致在共振频率的偏移，而因此影响响应以及传感器的测量精度。此外，由这类传感器输出的微波场具有很差限定的形状和在材料层内有限的穿透能力。

因此，这种传感器不能使用于很厚的材料层。最后，这种微波传感器的共振腔具有最小的尺寸，其不允许传感器整合在形成和排水部分的叶片内。

发明内容

本发明的目的是为提供一种用于测量含水材料层厚度的装置，特别是用于造纸的纤维素纸浆纸层厚度，其不具有上述缺点，同时生产非常简单且廉价。

按照这样的目的，本发明涉及一种如权利要求1所述之用于测量材料层厚度的装置。

本发明的额外目的是提供一造纸机器，其包括测量材料层厚度的装置，意在监测在机器的形成和排水部分中的排水阶段。

依据进一步的目的，本发明涉及如权利要求7所述的造纸机器。

附图说明

本发明的附加特征和优势从以下实施例的非限制描述参考附图的图形而清楚了解，其中：

图1显示本发明的测量材料层装置的简化框图；

图2显示图1装置的细节；

图3显示造纸机器的形成和排水部分；

图4显示图1中装置的一实施例的透视示意图，为了清楚起见的理由去除某些部件；以及

图5显示图1中装置的另一实施例的立体示意图，为了清楚起见的理由去除某些部件。

具体实施方式

在图1，参考标号1代表本发明的测量一材料层厚度的装置。该装置包括一读取头头2和一控制单元3，其由例如通过一个连接电缆4而连接在一起。

该读取头2包括一微波传感器6、一温度传感器7和一模数A/D转换器8，并且能够设置于基本上与材料层接触(如图2所示)以测量其厚度。

特别是，微波传感器6包括一发微波射器和一微波接收器(已知，为了简化附图中的原因而未显示)，以分别发送信号到材料层之上，以量测对传输信号的响应。特别是，微波传感器6包括一槽式谐振电路(未标示)以基本上在中心围绕着共振频率频率的响应曲线为特征，有一最小幅度值与其对应。

微波传感器6是一平面式传感器，在此平面式传感器表示一感应器，其包括一由电磁耦合连接到平面传输线的槽式谐振电路。优选的，谐振电路是通过不规则形或拟不规则形的几何图形实现。

特别是，传感器通常是平面的，并具有基本上椭圆形主动发射区域，此发射区域发射用以发射明确界定形状的电磁场，垂直于电磁场的传感器的组件如图2所示。

在微波传感器6附近材料的存在以共振频率偏移从而最小幅度变化的方式改变谐振电路的频率响应曲线，在某种程度上依照材料的物理性质而定。谐振电路的谐振频率变化基本上涉及所分析材料的介电常数。因此，对于具体的介电常数，共振频率变化涉及材料的厚度及其它直接或间接涉及介电常数的物理化学性质。

再次参考图1，温度传感器7为已知的类型，且能够直接或间接的测量材料层的温度值。

A/D转换器8连接到微波传感器6和温度传感器7，并将来自此等传感器的模拟信号转换成供应到控制单元3的数字信号。据发明的一优选方面，A/D转换器8安排在微波传感器6的附近。

控制单元3包含一控制面板10、一存储单元13和一处理单元14。

控制面板10通常设置有一显示器(为了简化说明的理由而不显示于附图中)，以显现涉及电流测量和统计的数据和涉及前述测量随着时间的推移的趋势。

除微波传感器6和/或温度传感器7的校准数据外，存储单元13易于存储涉及由读取头2所进行测量的数据。

该处理单元14易于处理来自微波传感器6、来自温度传感器7和来自存储单元13的数据，与外界是可接口连接的，例如与其它电子控制系统。

在图3和4中，显示为装置1的一优选实施例，适用于纸张制造业领域。

特别是，装置1用于测量由约3％纤维和矿物添加剂、约97％的水所组成的纤维素纸浆层20的厚度。

在图3中，说明造纸机器21的一部分，特别是造纸机器21的形成和排水部分22，其中排列成型织物24并沿着路径P的环旋转。路径P是通过一基本上沿着直线和水平方向D延伸的上第一部分P1、以及由多个圆筒25间之成型织物24的通道而获得的下第二部分P2而定义。在成型织物24的外表面(以下简称“正面”)上，基本上沿着路径P的第一部分P1，排列由成型织物24支撑和运输的纤维素纸浆层20。

在成型织物24下，基本上沿着路径P的第一部分P1，并且接触成型织物24的内表面(即“反面”)，排列多个基本上平行的叶片28，易于从纤维素纸浆层20去除由成型织物24所排出的水溶液层。事实上，在纤维素纸浆层20中的水倾向于通过纤维素纸浆层20的纤维和成型织物24，且在成型织物24的反面产生水溶液层。

叶片28分为沿着方向D间隔的组29，例如相互间隔一规律的距离。在每个组29内，叶片28沿着D方向间隔，例如，相互以一规律的的距离间隔排列。

为了简化的原因，图4只显示一组29的两叶片28。每个叶片28沿着轴线A的基本上长度方向延伸，基本上垂直于方向D，因为成型织物24的长度略大于宽度，基本上是楔形的，其特征在于尖锐边缘30的存在易于机械地去除从成型织物24反面所排出的水溶液层。

每个叶片28在以尖锐边缘30接触成型织物24反面之成型织物24下方，排列为垂直于路径P的第一部分P1的方向D。特别是，尖锐边缘30以叶片28的端部分31、优选地基本上平面、装载，使用上通过接触成型织物24的反面而协作。

部分31设置有根据本发明的装置的读取头2，特别是，读取头2整合于叶片28，从而将微波传感器6，优选地为平面式传感器、和读取头2的温度传感器7浮面地排列，且面对成型织物24的反面。在图4的不限制实施例中，读取头2排列于面对成型织物24的反面的部分31的表面上，且由薄层32所覆盖，优选地为陶瓷物质。

整合于各自的叶片28的每个读取头2，以部分整合于叶片28中的一连接电缆4而连接到各自的控制单元3。

依据未显示的变化，叶片28的数个读取头2或所有读取头2连接到控制单元3，控制单元3处理来自不同读取头2的数据，并在单一的显示器上显现此数据。

在图5中，先前已显示的同一部分标有相同的参考标号，显示本发明装置的不同实施例的装置Ib，其应用与前面描述完全一致的叶片28。该装置Ib包括一基本上排列于叶片28的部分31之读取头2的阵列35。该阵列35平行于叶片28的轴A延伸，并根据叶片28的长度和测量所要求的精度，基本上等同叶片28的总长度，且可包括不同数量的读取头2。在图5中，纯粹举例来说，阵列35包括彼此相邻且平行于轴A的三个读取头。还在这种情况下，每读取头2包含一微波传感器6和一温度传感器7。

在未显示的变化中，该阵列包含一单个的温度传感器和数量可变的读取头，读取头的每一个包括一微波传感器。

同一阵列35的所有读取头2以一个或多个连接电缆4而连接至控制单元3。

根据一未显示的变化，几个叶片28或所有叶片28的阵列35的所有读取头2连接至控制单元3，控制单元3处理来自不同读取头2的数据，且在单一显示器上将其显现。

根据未显示于附图中之额外的变化，叶片的一部分对于每个叶片设置有包括读取头阵列的装置，而叶片的其余部分，或一些叶片的其余部分，对于每个叶片设置单一读取头。

根据进一步的实施例，取代整合于造纸机器21中，装置1是一种便携式仪器：装置1(参照图1-2如前所述)，在这种情况下，包括一便携读取头2，其以此方式制定尺寸和形状而以携带(以操作者手动或由已知的服务装置)至机器21所需的测量位置和所测量材料层20的附近，而具体地微波传感器6和温度传感器基本上接触成型织物24的反面，还在此实施例中，装置1进一步包括一控制单元3以处理来自读取头2的数据并在显示器上显现数据。依序地，控制单元3优选为便携式，例如与读取头2一起装载于共同的外壳内，或设置于遥控位置中并以已知的方式连接于读取头2。

在使用时，每个读取头2的微波传感器6测量纤维素纸浆层20的频率响应，而温度传感器7体现纤维素纸浆层20的温度；涉及纤维素纸浆层20的频率响应与温度的数据由处理数据的A/D转换器根据已知的算法数字化，以为了提供纤维素纸浆层20的厚度和含在纤维素纸浆层20的水量。

控制单元3优选地连接到造纸机器21的控制系统(在附图中未显示)以传输所量测的数据。以这种方式，机器21的控制系统能够反应形成和排水部分22之排水阶段的任何异常。例如，如果任何阵列35的微波传感器6探测到在其所面对的纤维素纸浆层20的部分中超出水含量，其向机器21的控制系统发出信号，这样会减少在已确定部分的水量。

本发明具有以下优点。

首先，在发明的装置中使用平微波面式传感器允许达到更均匀的微波场的产生，与传统的微波传感器所能达到的相比具有提高的穿透能力。特别是，根据本发明，装置的平面式传感器的电磁场可由其形状和其特性限定，事实上于槽型谐振电路是以不规则形或拟不规则形的几何图形实现。

其次，与传统的微波传感器相比，由于在微波平面式传感器中，谐振腔的尺寸减少，并较少受到热膨胀或收缩的影响，微波平面式传感器有利于对温度变化不敏感。

此外，在微波传感器和模拟数字转换器间的几乎直接耦合允许实现更佳的测量精度。事实上，从传感器到转换器传输模拟信号的线很短，因此不容易受装置外的电磁场所造成的特定问题。最后一个方面，结合微波平面式传感器尺寸的减少(比传统微波传感器小约50％)，根据本发明，允许装置的应用领域扩大。例如，微波平面式传感器可整合于适于制纸的机器的叶片中，其能够在通过形成和排水部分时由成型线去除水。因此以此装置能够均匀地评估存在于纤维素纸浆悬浮液的水量，从而评估所形成纸张的均匀性。特别是，读取头阵列的存在允许横向“扫描”纤维素纸浆悬浮液，其允许达到有关排水的质量的重要信息。

最后，很明显，对装置和本文所述的机器的变化和/或修改没有离开所附权利要求的范围。

Claims (12)

1.一种造纸机器(21)，包括：

一成型织物(24)，沿着一路径(P)以环旋转，并易于传送一纤维素纸浆层(20)；以及

多个叶片(28)，每个叶片(28)沿着一轴(A)延伸，并设置有一尖锐边缘(30)，易于去除由该成型织物(24)所排出的该纤维素纸浆层(20)的一水性层，该机器的特征在于：包括至少一用于测量该纤维素纸浆层(20)厚度的装置(1)，该装置(1)包括具有一微波传感器(6)的多个读取装置(2)和连接至该等读取装置(2)的多个控制装置(3)。

2.如权利要求1所述的机器，其特征在于，该微波传感器(6)是一微波平面式传感器。

3.如权利要求1或2所述的机器，其特征在于，至少一叶片(28)装载该装置(1)的该等读取装置(2)。

4.如权利要求3所述的机器，其特征在于，将该等读取装置(2)排列于具有该尖锐边缘(30)的该叶片(28)的一部分(31)，其在使用中通过与该成型织物(24)接触而协作。

5.如权利要求4所述的机器，其特征在于，该等读取装置包括至少一具有一微波传感器(6)的读取头(2)。

6.如权利要求5所述的机器，其特征在于，该读取头(2)排列于该叶片(28)的该部分(31)，以此种方式将该微波传感器(6)浮面地且面对该成型织物(24)而设置。

7.如权利要求6所述的机器，其特征在于，该等读取装置包括一读取头(2)的阵列(35)。

8.如权利要求7所述的机器，其特征在于，该阵列(35)的该等读取头(2)排列于该叶片(28)的该等部分(31)中且平行于该叶片(28)的轴(A)。

9.如权利要求5至8任一所述的机器，其特征在于，该等控制装置包括多个控制单元(3)，每个读取头(2)连接于各自的控制单元(3)。

10.如权利要求5至8任一所述的机器，其特征在于，该等控制装置包括一控制单元(3)，所有该等读取头(2)连接于该控制单元(3)。

11.如权利要求7或8所述的机器，其特征在于，该等控制装置包括多个控制单元(3)，一个或多个阵列(35)的该等读取头(2)连接于各自的控制单元(3)。

12.如权利要求1至11任一所述的机器，其特征在于，该装置(1、Ib)的该等控制单元(3)设计以测量并存储一纤维素纸浆层(20)的厚度。

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