CN109765291A - 基于滤光法的纸张总灰分及组分快速测量装置及测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种滤光法纸张总灰分及组分快速测量装置，包括设置在上箱体(11)、下箱体(12)以及设置在二者之间的转盘(13)；所述上箱体(11)内部中央设有电离室(111)，所述下箱体(12)内部中央设有放射室(121)，所述转盘(13)上设置有可放置5个滤光片(131)的放置孔。本发明通过X射线管发出的X射线经过转盘和滤光片到达电离室，电离室对进入的射线进行电离后产生电压，根据电压数值计算出纸张灰分及组分，能够快速、精确测量纸张灰分及其组分，解决了灼烧法测量纸张灰分存在的耗时长、步骤繁琐、人为误差较大等问题，满足了造纸生产、科研过程中对纸张灰分及其组分快速测量的需求。

Description

基于滤光法的纸张总灰分及组分快速测量装置及测量方法

技术领域

本发明属于纸张灰分的测定技术，具体涉及一种滤光法纸张总灰分及其组分快速测量装置及其测量方法。

背景技术

纸张灰分是衡量纸张质量的一个重要参数，在造纸生产、研发过程中，适当提高纸张灰分含量会减少纸张纤维的用量，降低纸张的成本，纸张灰分的检测与控制已成为造纸生产、科研过程中的重要环节。

传统离线测量纸张灰分的方法是将纸张试样放在马弗炉中进行高温灼烧，称量灼烧后残余物来进行纸张灰分的测量，但是该方法不仅耗时长、步骤繁琐、破坏纸张而且人为误差较大，同时传统马弗炉存在加热过程缓慢，灰化时间长而且炉膛内温度分布不均匀，温差偏差大等问题。对灰分组分通常采用化学方法进行测量，也存在耗时长、成本高、破坏纸张、人为误差较大等缺陷。现有的在线灰分测量，主要对纸张总灰分进行测量，目前尚无能够对灰分组分进行测量的报道，且现有的灰分测量技术不能满足造纸生产、科研过程中灰分及其组分快速测量的需求。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明提供了一种滤光法纸张总灰分及其组分快速测量装置及其测量方法，该方法能够根据需要调节X射线的波长、强度，快速准确测定不同种类纸张的灰分，解决了传统测量法耗时长、步骤繁琐、人为误差较大、测量精度低等问题。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种滤光法纸张总灰分及组分快速测量装置，包括C型箱1和其内部的上箱体11、下箱体12和转盘13；所述转盘13设置在上箱体11和下箱体12之间；

所述上箱体11内部中央设有电离室111，两侧设置含铅橡胶112；

所述下箱体12内部中央设有放射室121，所述放射室121内部设置X射线管1211，放射室121一侧设置步进电机及其驱动器122，箱体一侧设置X射线管高压电源123，另一侧设置水冷散热装置124；

所述转盘13与步进电机及其驱动器123连接，所述转盘上设置有可放置5个滤光片131的放置孔。

进一步地，所述转盘13上的5个滤光片放置孔设置在转盘的0°、72°、144°、216°、288°处。

进一步地，所述滤光片131包括五种滤光片。

进一步地，所述五种滤光片包括四个分别使CaCO₃、TiO₂、高岭土或滑石粉、CaSiO₃特征波长的X射线通过的带通滤光片以及一个空白对照滤光片。

一种基于滤光法的纸张总灰分及组分快速测量方法，包括如下步骤：

1)制作四个分别使CaCO₃、TiO₂、高岭土或滑石粉、CaSiO₃特征波长的X射线通过的带通滤光片和一个空白对照滤光片；

2)接通电离室111的电源,在无射线情况下测量电离室111发出的电压信号作为无射线电压V_background；

3)根据所测纸张种类，调节X射线管高压电源123得到一个最佳测量纸张灰分的X射线强度；

4)接通X射线管高压电源123，待其稳定后，在无纸张的情况下测量电离室111发出的电压信号作为空气气隙电压V_air；

5)在转盘13的5个滤光片放置孔处分别放入一张被测纸张，转动转盘13，测出电离室111发出的五个电压信号作为灰分测量电压V_ash，再在5个滤光片放置孔处依次放入二张、三张、四张、五张被测纸张分别测出其分别对应的五个电压信号，并对纸张总灰分进行计算；

6)在转盘13上夹角为72°的五个位置处分别放入五种滤光片，并在滤光片上分别叠加被测纸张，转盘13在步进电机及其驱动器122带动下，每旋转72°测量一种滤光片上面的被测纸张，直至五种滤光片测完，在此过程中，分别测量电离室111发出的电压信号作为灰分测量电压V_ash，并对纸张灰分组分进行计算。

进一步地，所述步骤3)最佳的X射线强度是通过以下方式确定的：在滤光片131上面放入标准纸张试样，调节X射线管高压电源123，测量电离室111发出的电压信号电压值，选择标准纸张试样的灰分计算值与标准纸张试样的标准灰分值偏差最小时的电压值对应的X射线强度。

进一步地，所述纸张总灰分的计算公式为：

Ash＝BA0+BA1X+BA2X2+BA3X3；

其中，Ash为纸张灰分；BA0～BA3为计算系数；V_ash、V_backgeound、V_air分别为灰分测量电压、无射线电压、空气气隙电压；

进一步地，所述纸张灰分组分的计算公式为：

式中，I₀为初始X射线强度，I₁，I₂，I₃，I₄为经过被测纸张叠加四种滤光片后的X射线强度，W₁、W₂、W₃、W₄以及分别是CaCO₃、TiO₂、高岭土或滑石粉、CaSiO₃在被测纸张中的灰分含量，μ₁、μ₂、μ₃、μ₄是CaCO₃、TiO₂、高岭土或滑石粉、CaSiO₃的X射线吸收系数，联立上述方程组即可求得被测纸张灰分及其组分含量。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：

1).本发明的纸张总灰分及其组分快速测量装置，由于在上箱体和下箱体之间设有转盘，转盘上面设有五种滤光片，所以能够同时测量被测纸张的灰分总量以及各组分含量；

2).本发明的纸张总灰分及其组分快速测量装置，根据所测纸张种类，通过调节X射线管高压电源进而改变X射线强度的大小,当被测纸张灰分克重低时，此时调节X射线管高压电源减小X射线强度；当被测纸张灰分克重高时，此时调节X射线管高压电源升高X射线强度。

3).本发明通过上箱体和下箱体之间的转盘以及下箱体内部X射线管高压电源，解决了灼烧法测量纸张灰分存在的耗时长，步骤繁琐和人为误差大等问题。

附图说明

图1是本发明孔示意图；

图2是转盘的孔示意图；

图3是本发明工作原理图。

其中，1.C型箱 11.上箱体 12.下箱体 13.转盘 111.电离室 112.含铅橡胶 121.放射室 122.步进电机及其驱动器 123.X射线管高压电源 124.水冷散热装置131.滤光片。

具体实施方式

为使本发明的技术方案便于理解，下面结合具体实施方式和附图对本发明的技术方案进行进一步地解释说明。

实施例1

一种滤光法纸张总灰分及组分快速测量装置，包括C型箱1和其内部的上箱体11、下箱体12和转盘13；所述转盘13设置在上箱体11和下箱体12之间；所述上箱体11内部中央设有电离室111，两侧设置含铅橡胶112；所述下箱体12内部中央设有放射室121，所述放射室121内部设置X射线管1211，放射室121一侧设置步进电机及其驱动器122，箱体一侧设置X射线管高压电源123，另一侧设置水冷散热装置124；所述转盘13与步进电机及其驱动器123连接，所述转盘上设置有可放置5个滤光片131的放置孔。

所述转盘13上的5个滤光片放置孔设置在转盘的0°、72°、144°、216°、288°处。

在对基于X射线管的纸张快速灰分测量装置进行检修时，安装完或者检修后需要保证电离室窗口、X射线管和放置孔中心在同一直线上，防止纸张试样测量位置不同而对灰分测量精度产生影响；

如图2所示，所述滤光片131包括五种滤光片；所述五种滤光片包括四个分别使CaCO₃、TiO₂、高岭土或滑石粉、CaSiO₃特征波长的X射线通过的带通滤光片以及一个空白对照滤光片。

如图3所示，本实施例的原理如下：将滤光片放置在转盘上，通过步进电机及其驱动器使得各个滤光片的位置分别位于电离室和放射室相对应的最中间位置，根据实际情况的不同，控制X射线管高压电源使得X射线强度达到需要的条件，X射线管发出的X射线穿过转盘和滤光片到达电离室，测量电离室对通过滤光片和纸张后的X射线进行电离产生的电压，将各种情况下测得电压值结合计算公式计算出纸张的总灰分及各组分含量；同时，水冷散热装置的设置保证X射线管处于恒温状态，防止由于X射线管温度过高对灰分测量产生影响。

本实施例的有益效果是：

1).由于在上箱体和下箱体之间设有转盘，转盘上面设有五种滤光片，所以能够同时测量被测纸张的灰分总量以及各组分含量；

2).通过上箱体、下箱体以及转盘和下箱体内部设置的步进电机及其驱动器、X射线管高压电源设置，能够实现对纸张灰分总量以及各组分含量的快速测定；使得纸张总灰分和各组分的测量更加简便、有效，避免了灼烧法耗时长、步骤繁琐、误差大的问题。

实施例2

本发明对总灰分及其组分的测量方法如下：

1)制作四个分别使CaCO₃、TiO₂、高岭土或滑石粉、CaSiO₃特征波长的X射线通过的带通滤光片和一个空白对照滤光片；

2)接通电离室111的电源,在无射线情况下测量电离室111发出的电压信号作为无射线电压V_background；

3)根据所测纸张种类，调节X射线管高压电源123得到一个最佳测量纸张灰分的X射线强度；

4)接通X射线管高压电源123，待其稳定后，在无纸张的情况下测量电离室111发出的电压信号作为空气气隙电压V_air；

5)在转盘13的5个滤光片放置孔处分别放入一张被测纸张，转动转盘13，测出电离室111发出的五个电压信号作为灰分测量电压V_ash，再在5个滤光片放置孔处依次放入二张、三张、四张、五张被测纸张分别测出其分别对应的五个电压信号，并对纸张总灰分进行计算；

6)在转盘13上夹角为72°的五个位置处分别放入五种滤光片，并在滤光片上分别叠加被测纸张，转盘13在步进电机及其驱动器122带动下，每旋转72°测量一种滤光片上面的被测纸张，直至五种滤光片测完，在此过程中，分别测量电离室111发出的电压信号作为灰分测量电压V_ash，并对纸张灰分组分进行计算。

所述步骤3)最佳的X射线强度是通过以下方式确定的：在滤光片131上面放入标准纸张试样，调节X射线管高压电源123，测量电离室111发出的电压信号电压值，选择标准纸张试样的灰分计算值与标准纸张试样的标准灰分值偏差最小时的电压值对应的X射线强度。

X射线管发出的X射线穿过纸张试样时，X射线衰减符合贝尔定律原理，纸张总灰分的计算公式为：

Ash＝BA0+BA1X+BA2X2+BA3X3；

其中，Ash为纸张灰分；BA0～BA3为计算系数；V_ash、V_backgeound、V_air分别为灰分测量电压、无射线电压、空气气隙电压；

所述纸张灰分组分的计算公式为：

式中，I₀为初始X射线强度，I₁，I₂，I₃，I₄为经过被测纸张叠加四种滤光片后的X射线强度，W₁、W₂、W₃、W₄以及分别是CaCO₃、TiO₂、高岭土或滑石粉、CaSiO₃在被测纸张中的灰分含量，μ₁、μ₂、μ₃、μ₄是CaCO₃、TiO₂、高岭土或滑石粉、CaSiO₃的X射线吸收系数，联立上述方程组即可求得被测纸张灰分及其组分含量。

本实施例的有益效果是:能够根据所测纸张种类，通过调节下箱体11中X射线管高压电源10，得到一个纸张灰分测量的最佳X射线6强度。

以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种滤光法纸张总灰分及组分快速测量装置，其特征在于，包括C型箱(1)和其内部的上箱体(11)、下箱体(12)和转盘(13)；所述转盘(13)设置在上箱体(11)和下箱体(12)之间；

所述上箱体(11)内部中央设有电离室(111)，两侧设置含铅橡胶(112)；

所述下箱体(12)内部中央设有放射室(121)，所述放射室(121)内部设置X射线管(1211)，放射室(121)一侧设置步进电机及其驱动器(122)，箱角一侧设置X射线管高压电源(123)，另一侧设置水冷散热装置(124)；

所述转盘(13)与步进电机及其驱动器(123)连接，所述转盘上设置有可放置5个滤光片(131)的放置孔。

2.根据权利要求书1所述的滤光法纸张总灰分及组分快速测量装置，其特征在于，所述转盘(13)上的5个滤光片放置孔设置在转盘的0°、72°、144°、216°、288°处。

3.根据权利要求书1所述的滤光法纸张总灰分及组分快速测量装置，其特征在于，所述滤光片(131)包括五种滤光片。

4.根据权利要求书3所述的滤光法纸张总灰分及组分快速测量装置，其特征在于，所述五种滤光片包括四个分别使CaCO₃、TiO₂、高岭土或滑石粉、CaSiO₃特征波长的X射线通过的带通滤光片以及一个空白对照滤光片。

5.根据权利要求书1所述的基于滤光法的纸张总灰分及组分快速测量方法，其特征在于，包括如下步骤：

1)制作四个分别使CaCO₃、TiO₂、高岭土或滑石粉、CaSiO₃特征波长的X射线通过的带通滤光片和一个空白对照滤光片；

2)接通电离室(111)的电源,在无射线情况下测量电离室(111)发出的电压信号作为无射线电压V_background；

3)根据所测纸张种类，调节X射线管高压电源(123)得到一个最佳测量纸张灰分的X射线强度；

4)接通X射线管高压电源(123)，待其稳定后，在无纸张的情况下测量电离室(111)发出的电压信号作为空气气隙电压V_air；

5)在转盘(13)的5个滤光片放置孔处分别放入一张被测纸张，转动转盘(13)，测出电离室(111)发出的五个电压信号作为灰分测量电压V_ash，再在5个滤光片放置孔处依次放入二张、三张、四张、五张被测纸张分别测出其分别对应的五个电压信号，并对纸张总灰分进行计算；

6)在转盘(13)上夹角为72°的五个位置处分别放入五种滤光片，并在滤光片上分别叠加被测纸张，转盘(13)在步进电机及其驱动器(122)带动下，每旋转72°测量一种滤光片上面的被测纸张，直至五种滤光片测完，在此过程中，分别测量电离室(111)发出的电压信号作为灰分测量电压V_ash，并对纸张灰分组分进行计算。

6.根据权利要求书5所述的基于滤光法的纸张总灰分及其组分快速测量方法，其特征在于，所述步骤3)最佳的X射线强度是通过以下方式确定的：在滤光片(131)上面放入标准纸张试样，调节X 射线管高压电源(123)，测量电离室(111)发出的电压信号电压值，选择标准纸张试样的灰分计算值与标准纸张试样的标准灰分值偏差最小时的电压值对应的X射线强度。

7.根据权利要求书6所述的基于滤光法的纸张总灰分及其组分快速测量方法，其特征在于，所述纸张总灰分的计算公式为：

Ash＝BA0+BA1X+BA2X2+BA3X3；

其中，Ash为纸张灰分；BA0～BA3为计算系数；V_ash、V_backgeound、V_air分别为灰分测量电压、无射线电压、空气气隙电压。

8.根据权利要求书4所述的基于滤光法的纸张总灰分及其组分快速测量方法，其特征在于，所述纸张灰分组分的计算公式为：

式中，I₀为初始X射线强度，I₁，I₂，I₃，I₄为经过被测纸张叠加四种滤光片后的X射线强度，W₁、W₂、W₃、W₄以及分别是CaCO₃、TiO₂、高岭土或滑石粉、CaSiO₃在被测纸张中的灰分含量，μ₁、μ₂、μ₃、μ₄是CaCO₃、TiO₂、高岭土或滑石粉、CaSiO₃的X射线吸收系数，联立上述方程组即可求得被测纸张灰分及其组分含量。