CN108181253B - 用于测量悬浮液的方法和测量装置 - Google Patents

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Abstract

本公开提供一种用于测量悬浮液的方法和测量装置。测量包含木质纤维的悬浮液的方法包括：在浓度范围内改变悬浮液的浓度；使光学辐射射向悬浮液，以及在所述浓度范围内的不同浓度下测量与悬浮液相互作用的光学辐射的强度；确定在所述浓度范围内光学辐射的最大强度；以及基于确定的最大强度来确定悬浮液的以下性质中的至少一种：卡伯值、亮度。本发明无需单独的浓度测量，减小了测量不准确度。

Description

用于测量悬浮液的方法和测量装置
技术领域
本发明的示例性和非限制性实施例总体上涉及木质纤维悬浮液的测量，具体地，涉及卡伯值的光学测量。
背景技术
背景技术的以下描述可以包括本发明之前的相关技术未知的但由本发明提供的见解、发现、理解或公开、或与公开一起的联系。下面可能具体指出本发明的一些这样的贡献，然而本发明的其他这样的贡献从它们的上下文中将变得明显。
在纸和浆料的制造中，目的在于获得具有良好和均匀性质量的最终产品。确保质量的一种方式为在制造过程期间执行测量。浆料制造中一种最常见且最重要的测量为浆料木质素含量的测量。诸如浆料的悬浮液的木质素含量通常由卡伯值表示。在浆料制造领域已知的标准SCAN-C 1:77中，卡伯值被定义为在该标准中限定的条件下，一克干浆料所消耗的浓度为20mmol/l的高锰酸钾溶液的毫升量。
木质素含量可以在实验室环境下用已知方法来测量。然而，实验室测量不适于制造环境，在制造环境中，在不同过程阶段必须快速地获得结果，以能够基于测量来控制制造过程。
悬浮液的木质素含量可以通过使用光学测量来利用在线卡伯分析仪进行测量。这些测量提供的结果可以用在过程控制中。典型地，在两个单独的测量腔室中使用浆料浓度扫描和两个不同的光学波长来执行测量。使用两个波长需要使用两个单独的测量设备，循环测量腔室中的浆料并使用压力来除去气泡。该测量系统容易阻塞且复杂。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改善的方法以及一种实现该方法的装置，以减少或避免上面提到的问题。
本发明的目的通过如下方法以及装置来实现。本发明的一些实施例在从属权利要求中被公开。
在本发明的一方面中，提供一种测量包含木质纤维的悬浮液的方法，所述方法包括：在浓度范围内改变悬浮液的浓度；使光学辐射射向悬浮液，以及在所述浓度范围内的不同浓度下测量与悬浮液相互作用的光学辐射的强度；确定在所述浓度范围内光学辐射的最大强度；以及基于确定的最大强度来确定悬浮液的以下性质中的至少一种：卡伯值、亮度。
在本发明的另一方面中，提供一种用于测量包含木质纤维的悬浮液的测量装置，所述测量装置包括用于使光学辐射射向悬浮液的光学功率源以及用于测量与悬浮液相互作用的光学辐射的至少一个光学测量传感器，所述测量装置被布置为：在浓度范围内改变悬浮液的浓度；使光学辐射射向悬浮液，以及在所述浓度范围内的不同浓度下测量与悬浮液相互作用的光学辐射的强度；确定在所述浓度范围内光学辐射的最大强度；以及基于确定的最大强度来确定悬浮液的以下性质中的至少一种：卡伯值、亮度。
附图说明
以下，将参照附图通过优选实施例来更详细地描述本发明，在附图中：
图1是示出了本发明的实施例的示例的流程图；
图2示出了根据实施例的测量装置的示例；
图3示出了测量装置的示例；
图4A、图4B和图4C示出了测量装置的示例；
图5示出了测量结果的示例；以及
图6示出了被配置为用作测量控制器的设备的示例。
具体实施方式
根据本发明的方案特别适用于测量包含木质纤维的悬浮液的卡伯值和亮度(brightness)，但是绝不限于此。
在本申请中，“光学辐射”表示利用大约40nm至1mm的波长的电磁辐射，“紫外线辐射”表示利用大约40nm至400nm的波长的电磁辐射。
在所提出方案中，包含木质纤维的悬浮液暴露于光学辐射，并测量辐射与悬浮液的相互作用，同时在测量过程期间改变悬浮液的浓度(consistency)。
图1是示出了本发明的实施例的示例的流程图，其中，测量包含木质纤维的悬浮液。
在步骤100，在浓度范围内改变悬浮液的浓度。在实施例中，浓度范围从初始浓度延伸至最终浓度。
在步骤102中，对悬浮液进行光学辐射，并在浓度范围中的不同浓度下测量与悬浮液相互作用的光学辐射的强度。因此，随着悬浮液的浓度改变，以给定间隔重复测量。间隔可以是一种测量参数。
在实施例中，使用光学功率源对悬浮液进行光学辐射，利用一个或更多个光学测量传感器测量与悬浮液相互作用的光学辐射的强度，光学测量传感器具有特定的表面面积以及与光学功率源的距离。
在实施例中，基于浓度范围和强度的期望量来选择特定的表面面积和距离。
在实施例中，光学辐射由特定波长的辐射组成。
在步骤104中，确定浓度范围内的光学辐射的最大强度。
在步骤106中，基于确定的最大强度来确定悬浮液的以下性质中的至少一个：卡伯值、浓度和亮度。
接下来，将参照图2描述实施例的测量装置的示例，图2示出了本发明在浆料和纸工业中的应用。
图2示出了管200，包含木质纤维(即，木质纤维浆料)的悬浮液202在管200中流动。用取样器204从管200采集悬浮液的试样。取样器204可以是例如基于活塞和圆筒的本身已知的方案。使用管206将试样传送至测量室208，阀210关闭。
在测量之前可以处理测量室中的悬浮液。例如，可以通过使用压缩空气来过滤液体。可以将阀212打开，经由阀进入的空气将试样压向金属丝网(wire)214，液体流过阀216。
可以通过打开阀212和218使用水和空气清洗试样，废水流过阀216。
当试样已被清洗时，可以通过经由阀220使用压缩空气混合试样并通过经由阀222添加水，来开始测量过程。当试样已被混合时，关闭空气阀220。让水阀222打开。随着阀进入的水改变了试样的浓度，与此同时将试样混合。悬浮液的浓度在浓度范围内改变。在实施例中，浓度范围从初始浓度延伸至最终浓度。
可以在改变试样的浓度期间使用测量装置224、226执行测量，测量装置224、226可以通过测量控制器228来控制。在实施例中，测量装置包括源和检测器部件226以及光学纤维和测量头部件226。
图3和图4A至图4C示出了测量装置224、226的示例。在实施例中，装置包括光学光源300。通常在紫外光下测量卡伯值，原因在于，光学功率源通常至少可以发射紫外光。例如，光学光源300可以是氙灯或LED(发光二极管)。光学功率源可以被配置为使光学辐射射向悬浮液。在实施例中，使用第一光学纤维306将辐射射向悬浮液。第一光学纤维306可以被配置为使光学辐射射向悬浮液，纤维的第一端连接至光学光源300，纤维的第二端位于测量头处并被插入到测量室208中。
在实施例中，装置还包括一个或更多个检测器302、304，该一个或更多个检测器302、304被布置为测量与悬浮液相互作用的光学辐射的强度。在实施例中，每个检测器连接到成组的光学纤维308、310，光学纤维的端部相邻于第一光学纤维306的第二端而定位。
图4A至图4C示出了可以插入到测量室208中的测量头312中的纤维布置的示例。
图4A示出了一实施例，其中，测量装置包括连接至第一光学纤维306的光学光源300和连接至光学纤维308的检测器302。在测量头处，第一光学纤维306和光学纤维308彼此以特定距离400并排定位。
图4B示出了另一实施例，其中，测量装置包括连接至第一光学纤维306的光学光源300和连接至成组的光学纤维308的检测器302。在测量头处，光学纤维308的端部以距离第一光学纤维的相同特定距离402相邻于第一光学纤维306的端部而定位。
图4C示出了另一实施例，其中，测量装置包括连接至第一光学纤维306的光学光源300和连接至成组的光学纤维308、310的检测器302、304。在测量头处，光学纤维308的端部以距离第一光学纤维的相同特定距离404相邻于第一光学纤维306的端部而定位，光学纤维310的端部以距离第一光学纤维的相同特定距离406相邻于第一光学纤维306的端部而定位。
在实施例中，测量室208包括在测量室的壁中的窗口230。光学光源300或连接至该源的第一光学纤维306可以在窗口230后面设置在测量室外部，用于使光学辐射射向悬浮液。
同样地，一个或更多个检测器302、304或连接至检测器的光学纤维308、310可以在位于测量室壁中的窗口230后面设置在测量室外部。
使用上述的光学纤维仅仅是示例。在不使用光学纤维的情况下也可以实现测量。在实施例中，使用诸如透镜、波导或任何合适的媒介的辐射导体将光学辐射引导至测量室。例如，光学源和检测器可以在不使用任何光学纤维的情况下设置在窗口230后面。
图5示出了在使用上述测量装置测量与不同浓度的悬浮液相互作用的光学辐射的强度时的测量结果的示例。图5是时间在x轴500、测量强度在y轴502的曲线图。悬浮液试样的浓度随着时间而改变。典型地，在开始时，悬浮液浓度大，而随着更多的水与试样混合，悬浮液浓度变低。
当来自光学功率源的光学辐射射向悬浮液的试样时，部分辐射被木质纤维散射至检测器，部分被散射在别处，部分被木质素吸收。在测量过程期间，改变悬浮液的试样的浓度。在开始时，当浓度较大时，小量504的辐射被检测器所检测到。当浓度由于在试样中混合的水而较小时，通过检测器检测到的辐射的量506增加。在某个点，当浓度变小时，通过检测器所检测到的辐射的量变小。测量装置可以被配置为检测通过检测器检测到的强度的最大值508。基于所确定的最大强度，可以确定悬浮液的以下性质中的至少一种：卡伯值、亮度。
达到最大强度时的浓度取决于吸收量。吸收量越大，则发生最大强度时的浓度越小。
在实施例中，浓度范围测量的初始浓度取决于悬浮液的性质。测量持续直到已检测到最大强度，并且当测量值在最大值后面变小时终止测量。
在实施例中，通过执行校准测量来校准测量装置，以正确地运行。可以使用设置在测量装置之前的标准参照板来执行这些测量。在实施例中，使用参照浆料来执行校准。在实际使用测量装置之前必须进行校准，并且由于经过一定的时间，例如，光学辐射的路径可能改变，或者检测器响应可能改变，所以需要时不时地执行校准。参照浆料是木质纤维浆料，其性质已在实验室中测量并且相对于时间来讲是稳定的。用于校准测量装置的参照浆料可从商业途径获得，例如，来自加拿大制造商的Paprican标准参照浆料5-96。
在实施例中，基于悬浮液的浓度范围和期望的强度量，选择检测器和光学源的表面面积和数值孔径。
在实施例中，基于悬浮液的浓度范围和期望的强度量，选择光学纤维或成组的光学纤维306、308和310的数值孔径和横截面的距离400、402、404、406及表面面积。
作为测量几何学，光学纤维或成组的光学纤维306、308的横截面的距离400、402、404、406及表面面积表示如下。测量几何学涉及浓度范围。当进行测量时，悬浮液的浓度必须使得能够进行试样处理(清洗试样和改变浓度)。如果悬浮液的浓度太大，则处理可能不会成功。另一方面，如果浓度太低，则测量动力学受损害。此外，来自光学光源的光的可用强度对测量有影响。当测量卡伯值时，卡伯值越大，试样中的木质素吸收的光越多。
在实施例中，目的在于检测与浓度范围内的悬浮液相互作用的光学辐射的最大强度。达到最大强度时的浓度可以取决于以下问题：
-光学功率源与测量点之间的距离400、402、404、406，即，第一光学纤维306的端部与其他光学纤维308、310的端部之间的距离。该距离越大，则在发生最大强度时的浓度越小。
-光学功率源和测量点的表面面积。该表面面积越大，则在发生最大强度时的浓度越小。
-试样的卡伯值。卡伯值越大，则在发生最大强度时的浓度越小。
-由光学功率源输出的辐射的波长。悬浮液中的辐射的吸收量取决于波长。吸收量越大，则在发生最大强度时的浓度越小。
–悬浮液的试样的颗粒尺寸。颗粒越小，则在发生最大强度时的浓度越小。
因此在实施例中，测量参数可以包括测量几何学、光学辐射的波长以及在测量中使用的浓度范围。例如，相对于低卡伯值，对于高卡伯值来讲可以使用不同的波长。在实施例中，波长是紫外线波长范围。此外，浓度范围可以取决于悬浮液的性质。例如，当测量松树悬浮液时，浓度范围可以为0.3-0.1％，当测量桦树悬浮液时，浓度范围可以为0.4-0.2％。这些数值仅是非限制性示例。
光学纤维直径的典型值为大约几百μm，但是基于要测量的性质，也可以使用其他值。
通常，当未使用光学纤维，而是光学源和检测器利用一些其他的合适介质连接到测量室时，以上讨论也适用。
图6示出了实施例。该图示出了被配置为用作测量控制器228的设备的简化示例。
应该理解的是，该设备在这里被描述为示出了一些实施例的示例。对于本领域技术人员来讲明显的是，设备也可以包括其他功能和/或结构，并且并非需要全部所描述的功能和结构。虽然作为一个实体描述了设备，但是可以在一个或更多个物理或逻辑实体中实施不同的模块和存储器。
示例的设备228包括被配置为控制设备的至少一部分操作的控制电路600。
设备228可以包括用于存储数据的存储器602。此外，存储器可以存储可通过控制电路240执行的软件604。存储器可以集成在控制电路中。
设备还可以包括被配置为将设备连接到其他装置的接口电路606。接口电路可以提供有线或无线连接。接口可以将设备连接到测量装置224、226。在实施例中，设备可以连接到在浆料的制造中使用的自动过程控制计算机。
例如，设备还可以包括诸如显示器、键盘和鼠标的用户接口608。在实施例中，设备不包括用户接口，但是连接到提供对设备的访问的其他装置。
在一些实施例中，可以用小型计算机或微型计算机、个人计算机或笔记本电脑、或任何合适的计算装置来实现该设备。
所提出的用于测量悬浮液的方案相对于现有方案具有许多优点。无需单独的浓度测量，这减小了测量不准确度。与现有技术的测量装置相比，所提出的装置实现起来更简单。在测量期间无需循环试样，并且可以减少泵和阀的数量。不存在单独的清洗室，因为可以在同一室中执行清洗和测量。此外，不需要加压的测量室。基于该装置的结构，能够使用标准参照板来执行校准。
在实施例中，可以使用不同的测量几何学在同一测量室中执行亮度和浓度测量。例如，在图4C的方案中，一个检测器可以测量卡伯值和其他亮度。
对于本领域技术人员明显的是，随着技术进步，能够以各种方式实现本发明构思。本发明及其实施例不限于上述示例，而是可以在权利要求的范围内改变。

Claims (15)

1.一种测量包含木质纤维的悬浮液的方法，所述方法包括：
在浓度范围内改变悬浮液的浓度(100)；
使光学辐射射向悬浮液(102)，以及在所述浓度范围内的不同浓度下测量与悬浮液相互作用的光学辐射的强度；
确定在所述浓度范围内光学辐射的最大强度(104)；以及
基于确定的最大强度来确定悬浮液的以下性质中的至少一种：卡伯值、亮度(106)。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括：
使用光学功率源使所述光学辐射射向悬浮液；以及
用一个或更多个光学测量传感器测量与悬浮液相互作用的光学辐射的强度，所述一个或更多个光学测量传感器具有一定表面面积、数值孔径和距离所述光学功率源的距离。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：
基于所述浓度范围和期望的强度量，选择所述一定表面面积、数值孔径和距离。
4.根据前述权利要求1至3中任意一项所述的方法，还包括：
通过紫外线辐射来测量卡伯值。
5.根据前述权利要求1至3中任意一项所述的方法，还包括：
改变悬浮液的浓度，使得浓度连续地经历所述浓度范围内的所有浓度。
6.根据前述权利要求1至3中任意一项所述的方法，还包括：
将待测量的悬浮液的试样放入未增压测量室。
7.根据前述权利要求1至3中任意一项所述的方法，还包括：
使用具有一定直径和数值孔径的第一光学纤维使所述光学辐射射向悬浮液；以及
用连接至成组的光学纤维的检测器测量与悬浮液相互作用的光学辐射的强度，每个光学纤维具有一定直径，并且光学纤维的端部以距离第一光学纤维的相同的一定距离定位为相邻于第一光学纤维的端部。
8.根据前述权利要求1至3中任意一项所述的方法，还包括：
使用光源使所述光学辐射射向悬浮液，所述光源在位于测量室壁中的窗口后面设置在测量室外部；以及
用检测器测量与悬浮液相互作用的光学辐射的强度，所述检测器在位于测量室中的窗口后面设置在测量室外部，所述检测器具有一定直径并且被定位在距离所述光源的一定距离处。
9.一种用于测量包含木质纤维的悬浮液的测量装置，所述测量装置包括用于使光学辐射射向悬浮液的光学光源(300)以及用于测量与悬浮液相互作用的光学辐射的一个或多个检测器(302)，所述测量装置被布置为：
在浓度范围内改变悬浮液的浓度(100)；
使光学辐射射向悬浮液(102)，以及在所述浓度范围内的不同浓度下测量与悬浮液相互作用的光学辐射的强度；
确定在所述浓度范围内光学辐射的最大强度(104)；以及
基于确定的最大强度来确定悬浮液的以下性质中的至少一种：卡伯值、亮度(106)。
10.根据权利要求9所述的装置，其中：
至少一个测量传感器具有一定表面面积、数值孔径和距离所述光学光源的距离，所述一定表面面积和距离基于所述浓度范围和期望的强度量来选择。
11.根据权利要求9所述的装置，还被配置为：
通过紫外线辐射来测量卡伯值。
12.根据权利要求9所述的装置，还被配置为：
改变悬浮液的浓度，使得浓度连续地经历所述浓度范围内的所有浓度。
13.根据前述权利要求9至12中任意一项所述的装置，还包括未增压测量室(208)，所述装置还被配置为：
将待测量的悬浮液的试样放入所述测量室。
14.根据权利要求13所述的装置，还包括：
第一光学纤维(306)，被配置为使光学辐射射向悬浮液，所述纤维的第一端连接至光学光源(300)，以及所述纤维的第二端位于所述测量室中，
其中所述一个或多个检测器(302)的每个检测器连接至成组的光学纤维(308)，每个光学纤维具有一定直径，光学纤维的端部以距离第一光学纤维(306)的相同的一定距离定位为相邻于第一光学纤维的第二端部，所述一定直径和距离基于所述浓度范围和期望的强度量来选择。
15.根据前述权利要求9至12中任意一项所述的装置，还包括：
窗口(230)，在测量室壁中，所述光学光源在位于壁中的窗口后面设置在测量室(208)外部，以使光学辐射射向悬浮液，
其中所述一个或多个检测器(302)在位于测量室壁中的窗口(230)后面设置在测量室外部，每个检测器具有一定直径并定位在距离所述光学光源(300)的一定距离处，所述一定直径和距离基于所述浓度范围和期望的强度量来选择。
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