CN103403527A

CN103403527A - 孔隙度测量

Info

Publication number: CN103403527A
Application number: CN2012800112909A
Authority: CN
Inventors: 尤西·格雷费
Original assignee: Metso Automation Oy
Current assignee: Valmet Automation Oy
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2012-02-29
Publication date: 2013-11-20
Also published as: EP2681529A1; US20130327126A1; WO2012117162A1; EP2681529A4; FI20115209A0; FI124628B; FI20115209A

Abstract

测量装置是一种在线测量装置，包括压力生成器（102）和传感器（104），通过将已知的吸气效应引导（1000）至构成测量对象（116）的纸张或纸板，并测量（1002）由吸气效应产生的低压以确定孔隙度，通过该测量装置来确定纸张或纸板的孔隙度。

Description

孔隙度测量

技术领域

本发明涉及一种用于孔隙度（porosity）测量的装置和方法以及基于该装置和方法的控制布置结构和控制方法。

背景技术

纸张包含在造纸时被紧密压缩的纤维和各种细料以及填充颗粒。在颗粒之间，而且经常是在纤维内部，仍然存在微小的空气通道和空洞，这使得纸张具有孔隙。

例如，可以通过测量纸张的透气性来定义纸张的孔隙度，存在数种标准化的测量方法来测量纸张的透气性，例如，ISO5636-1、ISO5636-2、ISO5636-3以及5636-4。该测量可以实施为在造纸期间在移动纸幅上的在线测量，或者可以实施为实验室中的不动样本上的线下测量。

在造纸领域的大多数标准中，依照低压生成器在测量头和纸张之间生成低压这样的方式通过低压来执行测量。由传感器测量该低压，而且在该测量中，通过压力测量，低压生成器将被控制以在测量头和纸张之间产生在标准中精确定义的预定的恒定低压，这是非常重要的。当实现了所述预定低压时，将测量经过纸张朝向低压生成器的气体的流量。由于使得气体压力为恒定的，因而，纸张的孔隙度变化将改变气体的流量（ml/min）。结果是，可以通过测得的气体流量来确定纸张的孔隙度。

当前的在线仪表是按照这些用于测量的实验室方法而制造的。然而，其标准的在线测量存在问题。难以提供并精确地保持用于确定空气流量的预定的恒压，尤其是在纸张和测量头都连续移动的在线测量中。压力控制的不精确以及低压的不可控变化降低了测量的精度。为了获得预定压力需要进行连续的调节，这造成了测量中的延时。测量压力的连续调节造成用来控制低压生成器的调节器的磨损，而且例如由于磨损和破坏，大约每六个月就需要用一个新的调节器来替换该调节器。

此外，任意并入有移动机械部件的低压泵都对污垢和灰尘敏感。污垢和尘土干扰了泵的运行，而且甚至可能堵塞泵，因为它们附着到了泵的机械部件上。湿气使得情况更糟糕，因为在这种情形下，污垢和灰尘甚至更容易而且更紧密地粘附到机械部件上。这样，湿气也阻碍了泵的运行，因为湿气或凝结的水分可能导致电子组件的短路、故障和/或损坏。移动机械部件也可能受到湿气困扰。泵的运行被干扰，因而孔隙度的测量变得更困难，或者根本就不可能测量孔隙度。基于灯丝电阻的传统流量计也对湿气和灰尘敏感，因为灯丝电阻依赖于湿气和灰尘。该灯丝还容易由于湿气和灰尘而损坏。尤其是由于这些原因，测量装置采用一个或多个过滤器，这一个或多个过滤器用于防止湿气和灰尘进入测量装置。然而，过滤并不完全彻底，因而泵和流量计由于湿气和灰尘而发生故障。除了过滤器阻碍空气流因而使得测量精度变差之外，例如，当在潮湿条件下涂布之前测量孔隙度时，过滤器很快就被弄脏了。因而，经常是需要一天至少更换或清空过滤器一次，这干扰了孔隙度测量而且需要资源。最后，还需要说明的是，当在极密的纸张上执行测量时，流量太低以至于其测量出现了问题。尤其是由于这些原因，需要改进孔隙度测量。

发明内容

本发明的目的是提供一种改善的方案。这是通过权利要求1的测量装置实现的。

本发明还涉及根据权利要求11所述的测量方法。

本发明进一步涉及根据权利要求21所述的控制布置结构（controlarrangement）。

本发明更进一步涉及根据权利要求23所述的控制方法。

在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。

本发明的测量装置不需要流量计，这使得孔隙度测量更精确而且更简单。

附图说明

现在将参照附图结合优选实施例更详细地描述本发明，在附图中：

图1A示出了测量原理；

图1B示出了在多个不同的气流通道（flow channel）上将被执行的单独的测量；

图2示出了在多个气流通道上将被执行的共用测量；

图3示出了具有喷射器的测量装置；

图4示出了可以通过测量孔隙度基准而被校准的测量装置；

图5A示出了包括接触装置的测量装置，该接触装置用于在测量期间保持测量对象与测量头相接触；

图5B示出了与测量对象接触的喷射器；

图6示出了压力生成器的运行；

图7示出了测量装置结构的示例；

图8示出了通过测量装置测量的孔隙度和根据标准测量的孔隙度；

图9示出了造纸机；

图10是测量方法的流程图；以及

图11是控制方法的流程图。

具体实施方式

首先，通过图1A来审视在线孔隙度测量。通过将纸张或纸板暴露于已知的和/或预定的吸气效应（suction effect），并通过测量由该吸气效应产生的低压（低压的值基于孔隙度），测量装置可以确定构成测量对象116的纸张或纸板的孔隙度。在本文中，预定的吸气效应I是指可以遵循预定函数F的量，该预定函数F依赖于流量q和低压P使得I=F（q，P）。在简单的情况下，该预定函数F可以是流量和压力的乘积，F（q，P）=aqP，其中，a例如是可以用实验方法确定的常数。

测量装置可以包括压力生成器102和传感器104。因而，通过用压力生成器102以预定强度将吸气引导到测量对象116并且通过用传感器106测量由所述吸气产生的低压，该测量装置可以确定构成测量对象116的纸张或纸板的孔隙度。

可以通过待被测量的对象116上的压力差来确定低压P。在这种情况下，在测量对象116的周围118，通常存在标准大气压，该压力高于测量对象116的用传感器104测量低压的一侧的压力。在本文件中，该低压可以是指测量对象116上的压力差或者用传感器104测量的压力。为了确定低压，还可以测量环境压力118，或者可以假设它是已知的。

通常而言，该测量装置可以包括至少一个测量头100、至少一个压力生成器102和至少一个传感器104。测量头100的接触部110的外表面旨在接触测量对象116，该测量头100可以并入有测量空间106，但是特别地，不必是单独的测量空间106。特别地，例如，如果压力生成器102直接与接触部110的至少一个端口112接触，则没有单独的测量空间106。在这种情况下，压力生成器102可以直接或者例如经由至少一个气体导管150连接至至少一个端口112。

测量头100的表面114可以由不透气的材料制成。例如，该材料可以是金属。接触部110可以由例如钢铁、陶瓷、金刚石、蓝宝石或其组合制成。例如，接触部110的材料可以是金属和陶瓷的组合，在这种情况下，钢铁可以构成主体，陶瓷可以构成外表面，从而减少磨损。测量对象116可以是纸张、纸板或其组合。

当测量头100包括测量空间106时，表面114包括用于使气体在压力生成器102和测量空间106之间流动的压力开口108。测量头100和压力生成器102可以直接互连，但是在测量头100和压力生成器102之间还可以有用于气体流动的气体导管150（例如，如图2所示），该气体导管150的一端连接至测量头的压力开口108，另一端连接至压力生成器102。该气体导管150可以是管道，并且例如它的材料可以是金属或塑料。该气体导管150的表面可以涂布有防污材料。该压力开口108或端口112和压力生成器102可以被构思为还包括用于每一个气体管道的合适的连接器。

在测量头100的接触部110中，测量头100包括至少一个端口112，气体可以在通过测量对象116之后经由该至少一个端口112流动。一个或多个端口112的总的面积可以例如针对根据期望标准的测量而预先确定。一个或多个端口112的面积还可以是可调节的。

该压力生成器102旨在以预定运行效率工作。该压力生成器102是这样一种气泵，其在逆着已知流阻以不变的效率运行时，能够提供具有预定大小的气流。该已知压力可以是与测量对象116的相对侧118上存在的压力相关联地产生的低压。压力生成器102泵运气体时经过的流阻越高，则压力生成器产生的气流越低，但是气流和压力的相互依赖关系始终是预先确定的。还可以构思，压力生成器的恒定功率P可以被表示为P=Δpq，其中，Δp是用作阻抗的测量对象116上的压力差，q是气体流量。因而，流量q将是q=P/Δp。相应地，这可以被表示为q=P/（p₀-p_m），因为Δp=p₀-p_m，其中，p_m是测得的压力，p是已知压力（例如，大气压力或在测量对象116的相对侧118上的气体容器中的压力）。因而，流量曲线将是双曲线，但是例如喷射器具有最高的可能流量Q_max。此外，在该喷射器中，例如，流量表现为几乎与压力差Δp线性相关，例如，q=a（P）Δp，其中a（P）是依赖于压力P的系数。通常而言，流量q可以通过预定公式q=f（Δp）来表示，其中f是已知函数。该函数f可以基于理论、模拟或测量。因而，如果由压力生成器102提供的压力p_m被测量，则当在压力生成器102中使用预定的运行效率P时，还可以确定由压力生成器102提供的气流量（例如，以cm³/min为单位）。该运行效率这里是指压力生成器将气体从每个流动通道112移出或吸出的能力。因而，压力生成器102以预定吸力将气体从测量对象抽走，从而通过多孔的测量对象116的气体流动量越大，则测量对象116越多孔。

在所提出的方案中，压力生成器102的抽吸被测量对象116抵抗，而且经过测量对象116的气流量与测量对象的孔隙度成比例。因而，通过测量对象116的气流和压力生成器102的预定运行效率提供了一种均衡，其中，依赖于测量对象116的孔隙度的低压存在于接触部110和压力生成器102之间。该低压是指，每个流动通道112中的压力低于测量对象116其他周围的地方118，在这些地方例如可能存在大约101kPa的标准大气压。

在一实施例中，例如可以包括喷射器或机电低压泵的压力生成器102朝向它自身吸气，从而以预定运行效率将低压引导至测量头100的每个流动通道112。在泵和测量对象之间可以布置节流阀，通过该节流阀可以控制该装置的运行效率。低压作用在抵靠测量头100的接触部110而布置的测量对象116上。如果测量对象116不是高度多孔，它会强烈地抵抗通过的气流，因而低压较高。如果测量对象116高度多孔而且容易允许气体通过，则低压保持为较低。因而，低压的大小依赖于通过测量对象116和端口112发生的气体流动。

通过测量在测量头100的至少一个端口112中存在的压力，可以用传感器104来确定测量对象的孔隙度。例如，可以在测量空间106中执行压力测量。该传感器104可以是电子传感器104。例如，计算单元206（尤其是图2）可以是基于处理器的系统控制器的一部分。例如，微机电系统（MEMS）传感器将压力转换成电信号。MEMS传感器类似于其电容根据施加在其上的压力而变化的电容器。基于电容的电信号可以被施加到用于信号处理的计算单元206和/或被施加到显示器。电模拟信号可以在进行信号处理和/或被施加至显示器之前被转换成数字信号。例如，计算单元206相应地可以是具有适当软件的计算机。在造纸机上，计算单元206还可以是用于控制造纸机的运行的系统控制器的一部分（参阅图7）。

当通过测量压力来执行孔隙度测量时，可以避免直接的气流测量，该直接的气流测量存在现有技术中的孔隙度测量问题。同时，可以避免由于流量计对于灰尘和湿气的敏感性而造成的问题。因为不再需要易于由于灰尘和湿气而出现故障的流量计，因而，也不再需要灰尘和湿气过滤器。在不以恒定压力执行的测量中，不需要连续的压力控制，因而，也不需要用于控制压力的阀门，或者不需要频繁的压力控制，因而，仅需要并不频繁地更换压力控制阀，或者根本就不需要压力控制阀。因为许多部件的数量减少，因而该测量装置的尺寸和质量小于现有技术。这也具有一种降低制造成本的效果。

图1B示出了一实施例，例如，该实施例包括两个流动通道112，并且例如该压力生成器102分别经由气体导管150连接至每一个流动通道112。这两个流动通道112中每一个均具有特定的传感器104，该特定的传感器104的压力信号被计算单元206接收。

在一实施例中，测量装置可以包括至少一个排放孔200，该至少一个排放孔200可以连接至至少一个端口112，或者可以连接至用于连接端口112和压力生成器102的至少一个气体导管150。每一个排放孔200可以将气体排放至每一个端口112。该孔200的尺寸可以是可调节的。当每个孔200的尺寸（表面积）已知而且当测量空间106中的压力已知时，通过所述至少一个孔200的流量也是已知的。该测量装置还可以包括阀门202，该阀门202允许排放孔200开启和闭合，但是排放阀门202并不是必须的。可以以这种方式来使用每一个排放孔200从而在每一个流动通道112中产生期望的低压。不同的端口112可以具有不同的低压。此外，每一个经由排放孔200待被产生的旁路流可以有助于保持测量装置100及其组件的清洁。通过旁路流，还可以实现足够高的纯净气体流量进入压力生成器112（例如，进入图3的喷射器）从而保持其清洁。在每一个端口中的传感器104可以测量压力，并且计算单元206可以接收由传感器104产生的信号并基于每一个端口112的压力数据来确定测量对象116的孔隙度。

图2更详细地示出了测量布置。在该图的该实施例中，测量装置也可以包括至少一个排放孔200，该至少一个排放孔200可以连接至测量空间106、压力开口108或连接至用于连接至少一个端口112和压力生成器102的气体导管150。该传感器104可以测量气体导管150中的压力，而不是测量实际测量空间106中的压力，因为气体导管150中的压力与测量空间106中的压力相同或成比例。测量传感器104生成包含压力数据的信号。计算单元206可以接收由传感器104生成的信号并基于该压力数据来确定测量对象116的孔隙度。

测量空间106中的压力可以以预定方式被改变，而不是统一的压力。例如，通过开启和闭合阀门202可以生成压力变化，或者通过以预定方式改变压力生成器102的运行效率可以实施压力生成器102的预定运行效率。例如，压力可以根据预定函数而变化。例如，该预定函数可以是正弦函数。计算单元206接收由测量传感器104生成的信号并基于变化的低压来确定测量对象116的孔隙度。因为可以获得以预定方式表现的变化的压力范围，因而该测量比通过恒定压力执行的测量更精确。例如，可以检测孔隙度相关于低压是线性还是非线性地变化。

图3示出了压力生成器102可以包括电动气动转换器302的实施例。该压力生成器102还可以包括喷射器300。可能存在多个电动气动转换器和喷射器，而且一个电动气动转换器可以向多于一个的喷射器提供压力。通常来定义，喷射器包括具有通往T分支的互相配合管的流过管。当气体流过该喷射器时，在T分支中提供吸气。该电动气动转换器302可以以预定压力将气体或液体供应至喷射器300，从而使得喷射器300将以具有不同吸气量的预定运行效率运行。该电动气动转换器302可以接收例如600kPa压力的气体，并且电动气动转换器302可以一压力（该压力例如可以是110kPa到600kPa范围内的任意恒定压力）来将气体供应至喷射器300。此外，该电动气动转换器302可以控制预定气压，从而控制喷射器300的预定运行效率。可以用压力表304来测量由电动气动转换器302生成的压力，因而可以根据需要来控制该压力。还可以使用电动液压转换器来代替电动气动转换器302，从而流过喷射器300的是液体而不是气体。

在一实施例中，电动气动转换器302可以控制预定气压而在测量空间106中将由喷射器300产生的低压调节为需要的压力，这使得能够以标准压力来执行孔隙度测量。因而，例如，如本特森（Bendtsen）孔隙度测量中定义的那样，测量空间106中的压力可以设定为比测量对象116的另一侧118低1.47kPa。在这种情况下，当通过流量计130测量气流时，可以根据该标准来执行孔隙度测量。但是，由于流量依赖于测量单元106中的压力（可测量）以及压力生成器300的运行效率（预定/已知），故测量空间106中的压力测量将足以确定孔隙度以及气流量，从而孔隙度值的确定不需要流量计130，也不需要流量测量的结果。在这种测量中，可以通过控制电动气动转换器302供应至喷射器300的压力来改变由喷射器300产生的压力。由喷射器300执行的测量具有的优点是不必要进行污垢、灰尘和湿气的过滤。首先，不需要保护流量计和相关的灯丝（filament）免受污垢、灰尘和湿气的影响。进一步而言，因为该喷射器300不包括移动机械部件，也不包括电子组件或部件，因而不需要保护喷射器300免受伴随着流过喷射器300的气体而来的污垢、灰尘和湿气。也就是说，污垢和尘土无法沉积在喷射器300上。因为气流会带走湿气而且不会影响喷射器300或测量装置的运行，所以仅仅是湿气也不会干扰测量装置的运行。此外，可以针对不同的流量和压力而制造喷射器，且商业上可以获得的喷射器是针对不同的流量和压力而制造的。通过改变喷射器，容易针对各种孔隙度范围来调节（scalable）测量：对于低孔隙度，采用针对低流量的喷射器，而对于高流量，则可以选择可供更多空气流过的喷射器。

通过以预定方式改变电动气动转换器302的输出压力，可以使喷射器300在测量空间106中产生以预定方式改变的压力。通过这种方式，可以在测量空间106中产生正弦规律变化的压力。

图4示出了测量装置可以在期望的时刻实施校准测量的实施例。为此目的，测量装置可以包括至少两个闭合装置400和402，这两个闭合装置400和402例如可以是球阀。闭合装置400可以将通过至少一个端口112的由压力生成器102产生的气流减小至预定水平以执行校准。例如，该闭合装置400可以将从测量头110的每一个端口112流向压力生成器102的气流关闭。校准阀402反过来可以开启至尺寸预定的至少一个基准开口404的连接，从而使得气体从基准开口404朝向压力生成器102流动。由于基准开口404的尺寸是预定的，因而与基准开口404上的压力差（压力生成器102的运行效率）相关联的流过基准开口404的气流的大小是已知的。校准阀402和压力生成器102之间的压力可以用传感器104来测量。如果测得的压力比已知的压力偏离得比预定的更多，则计算单元206可以校正转换，通过该转换由压力获得了孔隙度测量的结果。在该实施例中，排放孔200和至少一个阀门202可以包括在测量装置中，或者也可以不包括在测量装置中。

在一实施例中，通过相同的结构来实施校准和排放流这二者。在这种情况下，当采用闭合装置400将通过至少一个端口112的由压力生成器102产生的气流减少到预定水平时，校准中所需的预定气流可以通过至少一个孔202而来，该至少一个孔202的尺寸是预定的而且用作至少一个基准开口404。将参照图6来更详细地描述测量装置的校准。

至少一个基准开口404的尺寸可以是可调节的。例如，至少一个基准开口404可以是圆的，而且它的直径可以是1mm，然而不限于此。至少一个基准开口404也可以是除了圆形之外的其他形状。例如，至少一个基准开口404可以是多边形形状。

图5A示出了一实施例，其中测量头106包括用于使测量对象116与测量头100接触以进行测量的接触部110。接触部110包括喷嘴间隙502、间隙504以及引导结构506。喷嘴间隙502可以从外部压力容器或气泵接收气流，该气流从该喷嘴间隙502释放到用来生成低压的气体空间508。该引导结构506可以沿着它的表面引导气体并允许该气体经由间隙504释放，这也有助于在测量对象116和测量头100之间生成低压，该低压经由至少一个吸气孔512朝向测量头100抽吸该测量对象116。

将更详细地审视接触部500。例如，当从上方看去时，该间隙504和至少一个吸气孔512可以表现为围绕所述至少一个端口112的圆形槽。可替代地，例如，该间隙504和至少一个吸气孔512可以形成位于接触部110的所述至少一个端口112的不同侧上的两个直槽。喷嘴间隙502可以提供一种表面流喷嘴。气体可以从喷嘴间隙502朝向测量对象116释放，而且位置紧邻喷嘴间隙502的弯曲引导结构506可以将气流转移离开测量头100。在这种情况下，气体如箭头所示那样流动。通过表面流喷嘴效应形成的低压影响了接触部110下方的气体空间508。此外，依照通过低压效果来将测量对象116支撑至接触部110这样一种方式，表面流喷嘴的低压经由接触部110中的吸气孔512（该吸气孔512不是通往测量空间106的端口112）作用在测量对象116上。气压以及伴随该气压的气体流量可以被设置到期望等级，使得气流产生用于将测量对象116朝向测量头100抽吸的期望低压。弯曲的引导结构506可以位于并构成围绕测量头100的框架结构中的间隙504的一部分，或者处于围绕间隙504的形成元件中。

接触部110的所述至少一个端口112可以以如下方式位于接触部110中：移动的测量对象116可以设定为平直地抵靠接触部110和所述至少一个端口112。接触部110中的端口112的孔的图案可以以各种方式变化。在端口112中，打开部分与闭合部分之间的比率可以变化，而且端口的剖面尺寸也可以变化。端口112可以被设计为使得它们足够大以使得测量对象116产生的灰尘或其他杂质通过，且足够小以使得被支撑至接触部110的测量对象116不允许波动或起褶皱，但是它设定为均匀地抵靠接触部110。相同的特性还应用到接触部110中的吸气孔512。

如图5A所示，测量装置可以包括或可以不包括具有阀门202的至少一个排放孔200。

图5B示出了一实施例，其中，气体经由压力开口108被供应进入测量空间106。该气体可以来自气动装置。该压力开口108用作微小的喷嘴间隙，其直径例如可以是从数十微米到数百微米。在测量空间106中，气体主要沿着引导结构506传播，并且从测量对象和引导结构之间的间隙504被释放，从而在端口112中产生低压。部件106、108、112、504和506实际上构成了类似于喷射器那样运行的压力生成器102。该低压将测量对象116朝向测量头100抽吸，可以用传感器104来测量低压，并且可以通过计算单元206来确定孔隙度。在这种情况下，用于测量的低压还用作抵靠测量头100来保持测量对象116的低压。

图6示出了压力生成器102的运行。垂直轴表示自由选择度量单位的压力，水平轴表示自由选择度量单位的气体流量。如果完全不透气的测量对象116（例如，玻璃或金属板）设置在接触部110上，或者闭合装置400完全闭合，则测得测量空间106中的压力为P_max，沿着图6的曲线，P_max是压力生成器102以预定运行效率产生的最高压力。在这种情况下，流量Q大约是零（或较小的最小流量Q_min）。如果闭合装置400完全闭合并且校准阀402向至少一个基准开口404开启，则该气体流量将被设定为预定水平Q_ref。在这种情况下，压力还应当被设定为之前已知的压力P_ref。这基于如下事实：因为基准开口404的尺寸是已知的，而且测得了低压，因而能够基于低压和基准开口404的尺寸来确定气流量Q_ref。在这两个点600、602之间，例如可以确定对应于图6中直线的线性关系。更通常而言，闭合装置400可以将经由至少一个端口112的由压力生成器102提供的气流减小至预定水平，从而可以在代表压力和流量的函数的期望曲线上确定一个校准点602。可以有多个预定的已知的开口，从而将获得多个校准点。

此外，可以实施测量，在该测量中没有在接触部110上布置样本。因而，测量空间106中的压力被测量为曲线第二端的值，这对应于大约0的压力差。气流量将是最高的可能值Q_max，这例如可以以每秒钟立方毫米来测量。这些值之间的任意值表示测量对象116中的某种程度的孔隙度。喷射器的曲线几乎是直的，即测得的压力和对应于孔隙度的气体流量是线性的相互依赖关系，或者几乎是线性的相互依赖关系。因而，计算单元206可以基于测得的压力来确定用于孔隙度测量的至少一个参数（Q_ref，P_ref）。因而，计算单元206可以基于测得的压力和已知的端口来确定校准点。

在通常的情况下，例如，计算单元206可以基于压力p根据如下的公式来确定流量Q：

Q=f（p,P_max,p_ref,Q_max）

其中，f是预定函数，p是测得的压力，P_max是最高的可能压力，p_ref是仅通过基准气体流量而测得的压力值，Q_ref是待确定的气体流量，其允许确定测量对象116的孔隙度。当在压力和流量之间存在至少近似线性关系时，计算单元206可以例如通过如下公式由压力p来确定流量Q：

Q = \frac{p - P_{Max}}{p_{ref} - P_{Max}} Q_{ref}

在一实施例中，测量装置可以经由测量布置结构以与测量方向相反的方向供应加压气体。加压气体的压力可以与电动气动转换器302的输入压力相同，即600kPa。在这种情况下，可以将加压气体供应至压力生成器102中，加压气体从该压力生成器102朝向测量空间106继续前进，最终经由端口112流出测量装置。因而，能够从测量装置移除并吹走可能附着到测量系统上的污垢和灰尘。这种清洁吹气可能花费的时间例如小于一秒或数秒，而且如果需要清洁，则例如可以按小时、按天或按周来重复清洁吹气。在任何情况下，清洁都是非常快的，因而它不会太多地干扰连续测量，而且例如，它可以在幅材旁边被执行。

图7示出了测量装置的结构原理。在测量头100中，具有在其两侧示出的两个端口112和两个吸气孔512。该测量装置可以包括框架结构700和杆702。测量头100可以位于杆702的端部。该杆702可以在测量对象116下方被升起或降低到合适高度。该框架结构700可以包括提升装置，该杆702可以通过该提升装置被升起和降低。该提升装置可以是液压装置、气动装置或电动机械装置。压力生成器102还可以位于框架结构700内，并且该低压可以经由气体导管150针对测量空间106而被生成。例如，在造纸机上，该测量装置可以是跨越幅材整个宽度的结构、小型跨越结构或固定结构。本领域技术人员明显能够知晓，图7所示的测量装置的结构原理仅仅是示例，在不脱离所附权利要求书的范围的情况下可以进行各种方式的改型。例如，测量装置和测量头的尺寸和比例可以进行大的改变。例如，可以将测量头100贯穿测量对象的整个宽度而延伸。因为测量装置的结构性组件的成本低，因而测量装置包括数个测量头也是可行的，从而该测量装置可以相应地被布置以同时基本上贯穿测量对象的整个宽度来测量该测量对象的孔隙度。

图8示出了与在实验室中实施的标准测量800相比较的本解决方案的测量802。垂直轴表示孔隙度（ml/min），水平轴表示以小时为单位的时间T。尽管大多数时候大于30%的纸浆是由回收纤维构成的，然而基于压力的孔隙度测量装置在整个测量期间都没有以任何方式被清洗或维护过，而该装置仍然无故障地运行。如图8清楚示出的，在线测量装置给出了与实验室测量非常接近相同的孔隙度的值。本文所提供的解决方案可以在测量再现性方面达到与现有技术中实验室测量相同的精度。例如，孔隙度再现性的标准偏差可以是0.2%。

图9示出了大体的造纸机的结构。在该解决方案中，测量对象116是纸幅10。一种或多种原料经由机外白水槽（wire pit silo）900被馈送到造纸机上，在机外白水槽900之前通常是用于多个部分原料的混合浆池932和成浆池934。例如，将机器原料以通过定量（basis weight）控制或等级变化程序控制的短循环来分发。混合浆池932和成浆池934也可以由单独的混合反应器（图9中未示出）替换，且机器原料的分发通过由阀门或其他流量控制装置930来分别馈送每一部分原料来控制。在机外白水槽900中，水被混合到机器原料以针对该短循环（从成形部910到机外白水槽900的虚线）获得期望的稠度。可以使用清洁装置902从获得的原料中移除沙子（离心清洁器）、空气（纸浆排气装置）以及其他粗粒物质（压力过滤器），而且用泵904将该原料泵送到流浆箱906。在流浆箱906之前，可以以期望的方式在原料中加入填料TA（例如，包括石膏、高岭土、碳酸钙、滑石、白垩、二氧化钛以及硅藻土等）和/或助留剂RA（例如，无机物、非人工有机物或合成水溶性有机聚合物）。例如，通过填料，可以减少纸幅中的孔隙度，因为细粒型的填料趋向于填充空气通道和空洞。这从成形和表面特性、不透明度、亮度和可打印性方面看出来。助留剂RA反过来增大了细粒和填料的驻留性，同时以本身已知的方式加快了脱水。因而，填料和助留剂二者均影响纸张的结构特性（例如孔隙度），这可以在表面的光学特性和光滑度以及图形中观察到。

原料从流浆箱906经由流浆箱的堰板开口908馈送至成形部910，该成形部910可以是长网（forudrinier wire）或夹网成形器（gap former）。在成形部910中，水从幅材10中排放出去，而且额外地将灰尘、细粒和纤维引导至短循环中。在成形部910中，原料被作为幅材10馈送到网（wire）上，并且幅材10在加压部912中被初步干燥和加压，这影响了孔隙度。幅材10在干燥机914中被实际干燥。传统上而言，造纸机包括至少一个测量装置组件920到926，该测量装置组件920到926包括测量头100和传感器104。在幅材10的横向方向上，可以有一行用于测量幅材10的横向方向孔隙度分布的数个测量装置组件。通过测量装置组件916和918，可以执行其他本身已知的测量。传感器104测量与幅材10的孔隙度相关的压力。此外，至少一个测量装置组件920到926可以包括针对所有测量装置组件的共用压力生成器102或者单独的压力生成器102。系统控制器928可以直接接收通过测量装置组件920到926进行的压力测量相关的信号、代表孔隙度的信号，并且基于压力测量来控制各种致动器。可替代地，系统控制器928可以包括计算单元206，从而来自测量装置组件920到926的信号可以首先进入计算单元206，并且系统控制器928可以基于由所述计算单元生成的孔隙度数据来控制造纸机。

每个测量装置组件920到926可以包括多个测量头100和传感器104，它们在幅材10的横向方向上成为一行，从而使得幅材10的孔隙度分布能够得以测量。该测量头的行可以从一个压力生成器获得它的低压，或者可以有至少两个压力生成器，从而在该行测量头中的至少两个测量头可以连接至不同的低压生成器。当一个测量头100测量幅材10的孔隙度分布时，该测量头100可以在横向方向上从一边跨越幅材10到另一边。

该造纸机（与本申请相关的造纸机是指造纸机或纸板机）还可以包括预压光机940、涂布部942和/或整饰压光机944，其运行影响孔隙度。然而，没有必要具有涂布部942，因而，没有必要具有多于一个的压光机940、944。在涂布部942中，可以将涂浆（coating paste）散布到纸张上，涂浆例如可以包含石膏、高岭土、滑石或碳酸盐、浆粉和/或乳胶。该涂浆越好地附着到纸幅10上，幅材越是多孔。另一方面，涂布后的纸幅10的孔隙度低于未涂布纸幅的孔隙度。孔隙度横向方向分布的均一性对于涂布剂的均一分布是非常重要的。

在压光机940、944中，未涂布的或已涂布的纸张或纸板幅材在用期望的力加压的辊之间传动，这可以改变纸张的孔隙度。在压光机940、944中，纸幅的特性可以通过幅材加湿、温度以及辊之间的压区压力（nip pressure）而改变，这样，施加到幅材上的压力越大，则孔隙度变得越低，而且纸张将会越光滑。加湿和升高温度可以进一步减小孔隙度。除此之外，可以清楚的是，本领域技术人员本身已经清楚造纸机的运行，因而，无需在本文中更详细地进行呈现。

可以执行信号处理的系统控制器928可以基于测得的压力来控制造纸机的各种处理，这样，待被制造的纸张中的孔隙度以及其他特性将满足设定的要求。例如，该系统控制器928还可以以图形化的形式和/或按照期望的度量单位以数值形式并且根据期望的标准将测得的孔隙度值呈现到显示器上。

在一实施例中，可以基于测得的孔隙度来确定测量对象116、10的厚度。在这种情况下，计算单元206可以预先获知测量对象116、10的定量，或者计算单元206可以接收关于测量对象116、10的定量的信息。该定量可以通过β辐射或光学辐射阻尼的方式来测量。当计算单元206同时接收到依赖于测量对象116、10的孔隙度的关于测得压力的信息时，可以将测量对象116、10的厚度确定为定量和测得的压力或者所确定的孔隙度的函数。该厚度测量是基于如下事实：测量对象116、10的密度对应于定量除以厚度。反过来，体积是密度的倒数，而且在某些情况下，体积和孔隙度极度关联。因而，原则上来讲，测量对象的厚度是定量和孔隙度的乘积。通常而言，测量对象116、10的厚度可以通过预定函数来定义，该预定函数的自变量（argument）包括定量和孔隙度（或测得的压力）。例如，该预定函数可以通过实验方式来定义。在所进行的测试测量中，可以非常精确地测量该测量对象116、10的厚度。

在一实施例中，基于所确定的厚度，还可以确定纸张的不透明度，这是因为不透明度和厚度基本上以如下方式彼此相反，即，随着厚度增加，不透明度减小，反之亦然。如果额外地测量纸张中的湿气和/或灰尘分布，则因为纸张的湿气和灰尘分布影响不透明度，因而可以使得不透明度的测量更精确一些。

在一实施例中，可以通过不透明度来测量纸张的厚度。如果还额外地测量纸张的湿气和/或灰尘分布，则还可以使得以这种方式执行的厚度测量更精确一些。

图9还示出了造纸机的控制布置结构。影响纸张孔隙度的因素（尤其）包括多个部分原料的数量和相互比例、填料的量、助留剂的量、机器速度、白水的量以及干燥能力。基于压力数据或所确定的孔隙度，系统控制器928可以控制各种致动器，例如可以包括通过阀门930进行的多个部分原料的分发、通过阀门938A到938B进行的每个填料TA的分发、通过阀门936进行的助留剂RA的分发、堰板开口908的尺寸的调整、机器速度的调整、白水量的控制以及方框914中的干燥工艺。系统控制器928可以接收来自测量装置组件916到926的信号从而测量幅材10的孔隙度。系统控制器928还可以测量幅材10其他位置（例如，在与执行控制的地方相同的地方）的特性。

如果测量显示纸张过于多孔（压力过高），则例如系统控制器928可以增多细粒物质的量（细粒、填料、助留剂），增大辊之间的加压（压区压力），增大干燥能力，增大加湿或实施以上提及的操作的组合。

如果测量显示纸张的孔隙太少（压力太低），则例如系统控制器928可以减少细粒物质的量（细粒、填料、助留剂），减小辊之间的加压（压区压力），减小干燥能力，减小加湿或实施以上提及的操作的组合。

基于自动数据处理，系统控制器928可以被构思为造纸机的控制布置结构，或者被构思为其一部分。系统控制器928可以接收数字信号或者可以将接收到的模拟信号转换成数字信号。系统控制器928可以包括微处理器和存储器，并且可以根据适当的计算机程序执行信号处理和造纸机控制。系统控制器928的运行原理例如可以是比例-积分-微分（PID）、模型预测控制（MPC）或者通用预测控制（GPC）控制。

图10是测量方法的流程图。在步骤1000，对纸张或纸板施加已知的吸气效应。在步骤1002，测量由吸气效应生成的低压以确定孔隙度。

图11是控制方法的流程图。在控制方法中，根据测量方法，在步骤1100，对纸张或纸板施加已知的吸气效应，并测量由吸气效应生成的低压以确定孔隙度。在步骤1102，基于测得的压力数据，系统控制器928控制用于制造测量对象10、116的机器的至少一个致动器以调节测量对象的孔隙度。

在图10和图11中示出的方法可以被实施为逻辑电路方案或计算机程序。计算机程序可以布置在用于分布计算机程序的计算机程序分布装置上。计算机程序分布装置可以用数据处理装置进行读取，并且它可以编码计算机程序命令以控制测量装置的运行。

该分布装置反过来可以是本身已知的用于分布计算机程序的方案，例如可以是计算机可读介质、程序存储介质、计算机可读存储器、计算机可读软件分布包、计算机可读信号、计算机可读电信信号或者计算机可读压缩软件包。

即使以上已经参照附图的示例描述了本发明，然而，应当清楚的是，本发明不限于此，而是可以在所附权利要求书的范围内以各种方式进行改型。

Claims

1.一种测量装置，用于测量一测量对象的孔隙度，其特征在于，所述测量装置包括至少一个喷射器（300），并且所述测量装置被布置为将已知的由所述至少一个喷射器（300）提供的吸气效应引导至构成所述测量对象（10，116）的纸张或纸板，并且测量由所述吸气效应产生的低压以确定所述孔隙度。

2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括至少一个传感器（104），并且所述测量装置被布置为用所述传感器（104）测量由所述吸气产生的低压。

3.根据权利要求2所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括至少一个测量头（100）和至少一个低压生成器（102）；

所述至少一个测量头（100）包括至少一个接触部（100），所述至少一个接触部（100）旨在与和所述测量头（100）相关联地移动的测量对象（116）接触并且包括至少一个端口（112）；

所述至少一个压力生成器（102）被布置为以预定的运行效率运行，而且所述至少一个喷射器（300）被布置为以所述压力生成器（102）的所述运行效率将低压引导至所述至少一个端口（112），所述低压的大小取决于所述测量对象（116）的孔隙度；

所述至少一个传感器（104）被布置为测量在所述至少一个端口（112）中存在的低压并生成包含用于确定所述测量对象（116）的孔隙度的低压数据的信号。

4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，每一个测量头（100）并入有至少一个测量空间（106），并且所述测量头（100）包括至少一个压力开口（108），所述至少一个压力开口（108）用于每一个压力生成器（102）和每一个测量空间（106）之间的气流；

所述至少一个压力生成器（102）被布置为以所述运行效率经由至少一个压力开口（108）在至少一个测量空间（106）中产生低压，所述低压的大小取决于通过所述测量对象（116）和所述端口（112）的气流。

5.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述至少一个传感器（104）被配置为测量所述测量装置中所述接触部（110）和所述压力生成器（102）之间的压力。

6.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置包括至少一个排放孔（200），所述至少一个排放孔（200）被布置为允许所述接触部（110）和所述压力生成器（102）之间的气体通过。

7.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述至少一个压力生成器（102）包括喷射器（300），并且所述测量装置包括至少一个电动气动转换器（302），所述至少一个电动气动转换器（302）被布置为以预定压力将气体供应至至少一个喷射器（300），以使得所述至少一个喷射器（300）以所述预定的运行效率运行。

8.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置还包括计算单元（206），所述计算单元（206）被布置为接收包含压力数据的信号并基于所述压力数据确定所述测量对象（116）的孔隙度。

9.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于，所述测量装置被布置在期望的时刻执行校准测量，为了进行所述校准测量，所述测量装置包括至少一组闭合装置（400）和所述计算单元（206）；以及

每一个闭合装置（400）被布置为将经由至少一个端口（112）的由所述压力生成器（102）的每一个喷射器（300）提供的气流减小到预定水平；以及

至少一个传感器（104）被布置为测量所述测量装置中所述闭合装置（400）和所述压力生成器（102）之间的压力；以及

所述计算单元（206）被布置为基于测得的压力确定用于孔隙度测量的至少一个参数。

10.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于，所述测量头（100）包括至少一个测量空间（106），所述至少一个测量空间（106）包括至少一个引导结构（506）；

至少一个压力开口（108）被布置为从所述压力生成器（102）的喷射器（300）接收被引向至少一个测量空间（106）的气流；

每一个引导结构（506）被布置为沿着它的表面引导气体并将所述气体从所述引导结构（506）和所述测量对象（116）之间的测量空间（106）引导出来，所述传感器（104）被布置为测量由此获得的朝向所述测量头（100）抽吸所述测量对象（116）的低压。

11.一种用于测量移动的测量对象中的孔隙度的方法，其特征在于，将已知的由至少一个喷射器（300）提供的吸气效应引导（1000）至构成测量对象（116）的纸张或纸板，以及测量（1002）由所述吸气效应产生的低压以确定所述孔隙度。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，以预定强度通过压力生成器（102）经由每一个喷射器（300）将吸气引导（1000）至所述测量对象（116），并且用传感器（104）测量（1002）由所述预定吸气产生的低压。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，通过使用至少一个测量头（100）来执行测量，所述至少一个测量头（100）包括至少一个接触部（110），所述至少一个接触部（110）旨在与和所述测量头（100）相关联地移动的测量对象（116）接触并且包括至少一个端口（112），所述方法包括：

以至少一个压力生成器（102）的预定的运行效率，引导（1000）所述至少一个端口（112）中的由所述喷射器（300）产生的低压，所述低压作用在抵靠所述测量头（100）的所述接触部（110）的所述测量对象（116）上，并且所述低压的大小取决于流经所述测量对象（116）和所述测量头（100）的端口（112）的气体；

用至少一个传感器（104）测量（1002）在每一个端口（112）中存在的压力，并且用每一个测量传感器（104）生成包含用于测量所述测量对象（116）的孔隙度的压力数据的信号。

14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，通过使用至少一个测量头（100）来执行测量，每一个测量头（100）包括并入有测量空间（106）的表面（114），并且包括至少一个压力开口（108），所述至少一个压力开口（108）用于每一个压力生成器（102）和每一个测量空间（106）之间的气流；

通过所述至少一个压力生成器（102）以所述运行效率经由至少一个压力开口（108）在至少一个测量空间（106）中产生低压，所述低压的大小取决于穿过所述测量对象（116）和所述端口（112）的气流。

15.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，用至少一个传感器（104）测量所述接触部（110）和所述压力生成器（102）之间的低压。

16.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，允许气体通过所述接触部（110）和所述压力生成器（102）之间的至少一个排放孔（200）。

17.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，所述至少一个压力生成器（102）包括喷射器（300），并且所述测量装置包括至少一个电动气动转换器（302），每一个电动气动转换器（302）以预定压力将气体供应至至少一个喷射器（300），以使得所述至少一个喷射器（300）以所述预定的运行效率运行。

18.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在计算单元（206）中接收包含压力数据的信号，并由所述计算单元（206）基于所述压力数据来确定所述测量对象（116）的孔隙度。

19.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，在期望的时刻执行校准；

用闭合装置（400）将经由至少一个端口（112）的由至少一个喷射器（102）中的压力生成器（300）提供的气流减小到预定水平；

用传感器（104）测量所述测量装置中在所述闭合装置（400）和所述压力生成器（102）的喷射器（300）之间的压力；以及

在计算单元（206）中基于测得的压力来确定用于孔隙度测量的至少一个参数。

20.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，至少一个测量头（100）包括至少一个测量空间（106），所述至少一个测量空间（106）包括至少一个引导结构（506）；

至少一个压力开口（108）从所述压力生成器（102）的喷射器（300）接收被引向至少一个测量空间（106）的气流；

每一个引导结构（506）沿着所述引导结构的表面引导所述气体，并将所述气体从所述引导结构（506）和所述测量对象（116）之间的每一个测量空间（106）引导出来，并且所述传感器（104）测量由此获得的朝向所述测量头（100）抽吸所述测量对象（116）的低压。

21.一种用于制造测量对象的机器的控制布置结构，用于控制所述测量对象的孔隙度，其特征在于，所述控制布置结构包括：

根据权利要求1、2或3所述的测量装置；以及

系统控制器（928），被布置为基于测得的压力数据来控制用于制造所述测量对象（116，10）的机器的至少一个致动器。

22.根据权利要求21所述的控制布置结构，其特征在于，所述系统控制器（928）包括计算单元（206），所述计算单元（206）被布置为从所述测量装置接收包含关于所述测量对象（10，116）的压力数据并且代表所述孔隙度的信号，并且基于所述压力数据生成关于所述测量对象（10，116）的孔隙度信息；并且所述系统控制器（928）被布置为基于所述孔隙度信息来控制用于制造所述测量对象（10，116）的机器的至少一个致动器，以控制所述测量对象（10，116）的孔隙度。

23.一种用于制造测量对象的机器的控制方法，用于控制所述测量对象的孔隙度，其特征在于，所述控制方法包括：

权利要求11、12或13所述的方法；以及

其中系统控制器（928）基于测得的压力数据控制（1102）用于制造所述测量对象（10，116）的至少一个致动器以调节所述测量对象的孔隙度的步骤。

24.根据权利要求23所述的控制方法，其特征在于，在所述系统控制器（928）的计算单元（206）中基于所述压力数据来确定孔隙度数据；以及

用所述系统控制器（928）控制用于制造所述测量对象（10，116）的机器的至少一个致动器以基于所确定的孔隙度数据来调节所述测量对象（10，116）的孔隙度。