DE102012216866A1 - Method and device for determining properties and / or ingredients of a suspension - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Erfassung von Eigenschaften und/oder Inhaltsstoffen einer Suspension (7), insbesondere einer Faserstoffsuspension für die Papier-, Tissue- oder Kartonherstellung. Dabei wird mittels einer Messvorrichtung (1), die zumindest eine Lichtquelle (2) und eine Lichtmessvorrichtung umfast, Licht in die zu vermessende Suspension (7) eingeleitet und das durch die Suspension (7) reflektierte Licht wieder aufgenommen und die aufgenommene Lichtmenge quantitativ und/oder qualitativ bestimmt. Erfindungsgemäß wird das Licht über einen ersten Kanal punktuell an einer Einkoppelstelle (4) in die Suspension (7) eingekoppelt und die Lichtreflexionen, des sich ergebenden Halos (10), werden über mindestens zwei Detektionskanäle ausgekoppelt, gemessen und analysiert.The invention relates to a method and a device for the quantitative detection of properties and / or ingredients of a suspension (7), in particular a fiber suspension for paper, tissue or cardboard production. By means of a measuring device (1) which comprises at least one light source (2) and a light measuring device, light is introduced into the suspension (7) to be measured and the light reflected by the suspension (7) is picked up again and the amount of light picked up quantitatively and / or qualitatively determined. According to the invention, the light is coupled into the suspension (7) at a coupling point (4) at a point via a first channel and the light reflections of the resulting halo (10) are coupled out, measured and analyzed via at least two detection channels.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur quantitativen Erfassung von Eigenschaften und/oder Inhaltsstoffen einer Suspension, insbesondere einer Faserstoffsuspension für die Papier-, Tissue- oder Kartonbahnproduktion.The present invention relates to a method and a device for the quantitative detection of properties and / or ingredients of a suspension, in particular a pulp suspension for paper, tissue or board web production.
Für die Papier-, Tissue- oder auch Kartonbahnproduktion wird eine Fasersuspension in einer Faserstoffaufbereitung aufbereitet, anschließend mittels eines Stoffauflaufs auf ein Siebband aufgetragen und so weit entwässert bzw. getrocknet, dass daraus eine Faserstoffbahn entsteht. Zur optimalen Produktionssteuerung und zur Qualitätssicherung ist eine möglichst genaue Kenntnis der Inhaltsstoffe der Fasersuspension unerlässlich.For paper, tissue or also cardboard web production, a fiber suspension is prepared in a pulp preparation, then applied by means of a headbox to a sieve belt and dewatered or dried so that it results in a fibrous web. For optimum production control and quality assurance, the most accurate knowledge possible of the ingredients of the fiber suspension is essential.
Faserstoffsuspensionen enthalten neben den Fasern auch verschiedene Füllstoffe wie Ton, Kalziumkarbonat etc. und verschiedene Chemikalien z.B. zum Bleichen der Fasern oder zur Flockenbildung zwischen den verschiedenen in Suspension befindlichen Substanzen. Pulp suspensions also contain various fillers, such as clay, calcium carbonate, etc., and various chemicals, e.g. for bleaching the fibers or flocculating between the various suspended substances.
In der Zellstoff- und Papierindustrie ist insbesondere die Konzentrationsmessung von Faserstoffdichte und Aschegehalt der Faserstoffsuspensionen von zentraler Bedeutung.In the pulp and paper industry, in particular, the concentration measurement of pulp density and ash content of the pulp suspensions is of central importance.
Eine Inline-Messung kann auf verschiedene Weise durchgeführt werden. Es sind aus dem Stand der Technik verschiedene Messverfahren zur Messung von Konzentrationen in einer Faserstoffsuspension bekannt.An inline measurement can be done in different ways. Various measuring methods for measuring concentrations in a pulp suspension are known from the prior art.
Für die Bestimmung der Inhaltsstoffe werden, unter anderem, optische Messmethoden verwendet. Im Wesentlichen sind zwei optische Verfahren zur Messung von Stoffdichte und Aschegehalt einer Suspension in einer Maschine zur Herstellung und/oder Veredelung einer Faserstoffbahn bekannt.For the determination of the ingredients, among other things, optical measuring methods are used. In essence, two optical methods for measuring consistency and ash content of a suspension in a machine for producing and / or refining a fibrous web are known.
Bei dem einen Verfahren werden Eigenschaften der Suspension mit Durchlicht, beim anderen Verfahren mit Streulicht, gemessen.In one method, properties of the suspension are measured with transmitted light, in the other method with scattered light.
Bei der Durchlichtmessung wird in der Regel monochromatisch gemessen. Der Sender und der Empfänger sind ca. 1,5 bis 3 mm voneinander entfernt, sodass die dazwischen befindliche Suspension gemessen werden kann. Beim Durchlichtverfahren werden salopp gesagt ”Schatten” von Partikeln in der Suspension gemessen. Die Durchlichtmessung ist unabhängig von der Partikelart. Aufgrund eines kleinen Messfensters, der Lichtstrahl hat einen Durchmesser zwischen 0,2 mm und 0,5 mm, ist das Durchlichtmessverfahren stark abhängig vom Flockungsgrad und von der Strömung der Suspension, wodurch Messfehler entstehen können.In the transmitted light measurement is usually measured monochromatically. The transmitter and the receiver are about 1.5 to 3 mm apart so that the suspension in between can be measured. In the transmitted light method, casually, "shadows" of particles in the suspension are measured. The transmitted light measurement is independent of the particle type. Due to a small measuring window, the light beam has a diameter between 0.2 mm and 0.5 mm, the transmitted light measurement method is highly dependent on the degree of flocculation and the flow of the suspension, which can lead to measurement errors.
Bei der Streulichtmessung wird das von Partikeln in der Suspension zurückgestreute Licht eines großen, aber undefinierten Volumenbereichs gemessen. Die Streulichtmessung ist stark abhängig von der Partikelart und deren Streuintensität.The scattered light measurement measures the light scattered back from particles in the suspension of a large but undefined volume range. The scattered light measurement is highly dependent on the particle type and its scattering intensity.
So sind beispielsweise Sensoren, basierend auf der Streulichtmessung, bekannt mit denen die Gesamtstoffdichte bis zu einer Stoffdichte bis ca. 4,5% gemessen werden können. Eine getrennte Bestimmung einzelner Bestandteile in der Suspension ist dagegen nur begrenzt möglich. Je nach Konzentration der Inhaltsstoffe muss die Messung in einem Bypass erfolgen. Zudem beeinflusst die Alterung der Lichtquellen die Messung.For example, sensors based on the scattered light measurement are known with which the total material density can be measured up to a substance density of up to approx. 4.5%. Separate determination of individual components in the suspension, however, is limited. Depending on the concentration of the ingredients, the measurement must be done in a bypass. In addition, the aging of the light sources affects the measurement.
Sensoren, die auf der Durchlichtmessung und/oder der Streulichtmessung basieren, wie beispielsweise in der
In der
Neben den optischen Verfahren sind auch Messvorrichtungen zur Bypass- oder In-Linemessung bekannt, die die Stoffdichte in einem Suspensionsstrom mittels mechanischer Vorrichtungen messen. Eine derartige Vorrichtung wird beispielsweise in der
Weitere Ausführungen sind aus den Veröffentlichungen
Diese Messungen genügen nicht den Anforderungen da hier nur die sogenannte Gesamtstoffdichte, also Faserstoffdichte plus Aschegehalt, gemessen werden kann.These measurements do not meet the requirements since only the so-called total material density, ie fiber density plus ash content, can be measured here.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren und eine Vorrichtung vorzuschlagen, das bzw. die zur In-Linemessung von Faserstoffdichte und Aschegehalt einer Faserstoffsuspension geeignet ist.The object of the invention is to propose a method and a device which is suitable for in-line measurement of pulp density and ash content of a pulp suspension.
Die Aufgabe wird mittels eines Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruches 1 sowie der Vorrichtung mit den Merkmalen nach Anspruch 9 gelöst.The object is achieved by means of a method having the features of claim 1 and the device having the features of claim 9.
Es wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem mittels einer Messvorrichtung, die zumindest eine Lichtquelle und eine Lichtmessvorrichtung umfast, Licht in die zu vermessende Suspension eingeleitet wird und das durch die Suspension reflektierte Licht aufgenommen und die aufgenommene Lichtmenge quantitativ und/oder qualitativ bestimmt wird.A method is proposed in which by means of a measuring device which comprises at least one light source and a light measuring device, light is introduced into the suspension to be measured and the light reflected by the suspension is received and the amount of light received is determined quantitatively and / or qualitatively.
Erfindungsgemäß wird das Licht über einen ersten Kanal punktuell an einer Einkoppelstelle in die Suspension eingekoppelt und die Lichtreflexionen, des sich ergebenden Halos, werden über mindestens zwei Detektionskanäle ausgekoppelt, gemessen und analysiert.According to the invention, the light is coupled into the suspension at a point of injection via a first channel and the light reflections of the resulting halo are decoupled, measured and analyzed via at least two detection channels.
Hier wird ausgenutzt, dass eine punktuell in eine Suspension eingeleitete Lichtstrahlung sich in dieser ausbreitet und ein Halo oder auch Lichthof bildet. Die durch die Partikel in der Suspension reflektierte Lichtmenge nimmt mit größer werdendem Abstand zur Einkoppelstelle immer weiter ab. Die Abnahme hängt von der Beschaffenheit und der Anzahl der Partikel ab. Die messbare reflektierte Lichtmenge weiß somit um den ersten Kanal herum an allen Stellen einen anderen Intensitätswert auf.Here is exploited that a selectively introduced into a suspension light radiation propagates in this and forms a halo or halo. The amount of light reflected by the particles in the suspension decreases as the distance from the coupling point increases. The decrease depends on the nature and the number of particles. The measurable amount of reflected light thus has a different intensity value around the first channel at all points.
Die Detektionskanäle können deshalb beliebig um die Einkoppelstelle der Lichtstrahlung, dem ersten Kanal, herum angeordnet werden. In einer bevorzugten Ausführung sind die Detektionskanäle mit unterschiedlichem Abstand um die Einkoppelstelle der Lichtstrahlung angeordnet. The detection channels can therefore be arranged arbitrarily around the coupling-in point of the light radiation, the first channel. In a preferred embodiment, the detection channels are arranged at different distances around the coupling-in point of the light radiation.
Zur Verbesserung des Messergebnisses können die Lichtdurchlassquerschnitte der Detektionskanäle mit größer werdendem Abstand zur Einkoppelstelle an die Lichtintensität des reflektierten Lichtes angepasst werden.To improve the measurement result, the light transmission cross sections of the detection channels can be adapted to the light intensity of the reflected light with increasing distance to the coupling-in point.
Alternativ dazu kann auch die Messvorrichtung an die schlechter werdenden Lichtverhältnisse angepasst werden. Alternatively, the measuring device can be adapted to the deteriorating lighting conditions.
Die Lichtmessvorrichtung kann ein Spektrometersystem sein, mittels dem zumindest eine Eigenschaft und/oder ein Inhaltsstoff durch spektrometrische Analyse der ausgekoppelten Lichtreflexionen gemessen und analysiert wird.The light measuring device may be a spectrometer system, by means of which at least one property and / or an ingredient is measured and analyzed by spectrometric analysis of the coupled-out light reflections.
Dabei können die, durch die Detektionskanäle, ausgekoppelten Lichtreflexionen mittels eines Lichtleitsystems auf das Spektrometersystem geleitet werden, das aus mehreren Spektrometern bestehen kann, die jeweils mit einem Detektionskanal gekoppelt sind.In this case, the, by the detection channels, coupled-out light reflections can be directed by a light guide system on the spectrometer, which may consist of several spectrometers, which are each coupled to a detection channel.
Das Spektrometersystem umfasst eine Auswertelektronik bzw. ist an einen entsprechenden Computer zur Auswertung der Messergebnisse angeschlossen. The spectrometer system comprises an evaluation electronics or is connected to a corresponding computer for the evaluation of the measurement results.
Aus den Messergebnissen kann der reduzierte Streukoeffizient und/oder der spektrale Absorptionskoeffizient bestimmt bzw. berechnet werden.The reduced scattering coefficient and / or the spectral absorption coefficient can be determined or calculated from the measurement results.
Die berechneten Werte können durch Algorithmen an die Messergebnisse angenähert werden, sodass absolute Werte für den reduzierten Streukoeffizienten und/oder den spektralen Absorptionskoeffizienten bestimmbar sind. The calculated values can be approximated by algorithms to the measurement results so that absolute values for the reduced scattering coefficient and / or the spectral absorption coefficient can be determined.
Der gemessene Verteilungsverlauf wird also mit einem aus Berechnungen simulierten Verlauf verglichen. Durch numerisches Verändern des reduzierten Streukoeffizienten und des spektralen Absorptionskoeffizienten wird der berechnete Verlauf dem gemessenen Verlauf angenähert. Sind die Verläufe annähernd deckungsgleich, wird davon ausgegangen, dass das Wertepaar für den reduzierten Streukoeffizienten und den spektralen Absorptionskoeffizienten gefunden ist.The measured distribution profile is thus compared with a simulation simulated from calculations. By numerically changing the reduced scattering coefficient and the spectral absorption coefficient, the calculated course is approximated to the measured course. If the curves are approximately congruent, it is assumed that the value pair for the reduced scattering coefficient and the spectral absorption coefficient is found.
Aus den Werten dieser Koeffizienten, bzw. aus deren Veränderung über das gemessene Spektrum, lässt sich die Faserstoffdichte und/oder der Aschegehalt ermitteln. From the values of these coefficients, or from their change over the measured spectrum, the pulp density and / or the ash content can be determined.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung umfasst eine Messsonde, zumindest eine Lichtquelle, zur Einkopplung von Licht in die zu vermessende Suspension, und eine Lichtmessvorrichtung, mittels der das durch die Suspension reflektierte Licht aufgenommen und die aufgenommene Lichtmenge quantitativ und/oder qualitativ bestimmbar ist. Die Messsonde weißt eine Abdeckmaske mit einem ersten Kanal, zum Einkoppeln des Lichts in die Suspension an einer Einkoppelstelle, und mindestens zwei Detektionskanäle, zum Auskoppeln von Lichtreflexionen aus der Fasersuspension, auf.The device according to the invention comprises a measuring probe, at least one light source, for coupling light into the suspension to be measured, and a light measuring device, by means of which the light reflected by the suspension is recorded and the quantity of light received can be quantitatively and / or qualitatively determined. The probe has a mask with a first channel, for coupling the light into the suspension at a coupling-in point, and at least two detection channels for coupling out light reflections from the fiber suspension.
In einer Ausführungsform sind die Detektionskanäle mit Unterschiedlichem abstand um die Einkoppelstelle des ersten Kanals angeordnet. So können die Detektionskanäle weiterhin radial zur Einkoppelstelle des ersten Kanals oder radial auf einer Linie, von der Einkoppelstelle des ersten Kanals ausgehend, angeordnet sein. In one embodiment, the detection channels are arranged at different distances around the coupling-in point of the first channel. Thus, the detection channels can also be arranged radially to the coupling-in point of the first channel or radially on a line starting from the coupling-in point of the first channel.
Zur besseren Lichtaufnahme können die Detektionskanäle mit größer werdendem Abstand zudem größere Lichtdurchlassquerschnitte aufweisen. For better light absorption, the detection channels can also have larger light transmission cross sections with increasing distance.
Weiterhin wird eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn mit einer entsprechenden Vorrichtung beansprucht.Furthermore, a machine for producing a fibrous web is claimed with a corresponding device.
Bevorzugt ist die Messsonde in eine Rohrleitung, durch die ein Suspensionsstrom fliest, und/oder in eine Stoffbütte eingesetzt.The measuring probe is preferably inserted into a pipeline through which a suspension stream flows, and / or into a fabric chest.
Mit der Erfindung wird der Effekt der räumlich spektral aufgelösten Lichtstreuung in vorteilhafter Weise genutzt, um Faserstoffdichte und Aschegehalt in Stoffsuspensionen inline zu ermitteln. The invention makes use of the effect of the spatially spectrally resolved light scattering in an advantageous manner in order to determine in-line pulp density and ash content in pulp suspensions.
Weitere Merkmale und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Further features and further advantages of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment with reference to the drawing.
In diesen zeigen:In these show:
Durch die punktuelle Beleuchtung bildet sich in der Suspension
Mit der Lichtmessvorrichtung werden die Reflexionen wieder aufgenommen und in ein Spektrometersystem
In
Die Messsonde
Wie in
Die Saphirglasscheibe
Das Licht der Lichtquelle
Durch die Detektionskanäle
Da die reflektierte Lichtmenge mit größer werdendem Abstand stark abnimmt, werden die Durchlassöffnungen mit größer werdendem Abstand zum ersten Kanal
Im Spektrometersystem
Aus dem Stand der Technik sind mehrere Spektrometersysteme
Zur quantitativen Erfassung von Eigenschaften und/oder Inhaltsstoffen wird die Messsonde
Die gemessenen Daten können an die Maschinensteuerung weitergeleitet werden, sodass die Prozesssteuerung oder -regelung der Faserstoffbahnherstellung verbessert wird. The measured data can be forwarded to the machine control so that the process control or regulation of the pulp web production is improved.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- Messsonde probe
- 22
- Lichtquelle light source
- 3, 3a 3, 3a
- Lichtleiteroptical fiber
- 44
- Einkoppelstelle coupling point
- 55
- Spektrometersystem spectrometer system
- 66
- Auswertelektronik evaluation system
- 77
- Suspension suspension
- 88th
- Gehäuse casing
- 99
- Lichtaustritt light output
- 1010
- Lichthof/Halo Atrium / Halo
- 1111
- Fasern fibers
- 1212
- Ascheteilchen ash particles
- 1414
- Anbindung an Maschinensteuerung Connection to machine control
- 1515
- Linse lens
- 16 16
- Sensorkopfsensor head
- 1717
- Lichteintritt light entry
- 1818
- Rohrleitung pipeline
- 19 19
- erster Kanalfirst channel
- 2020
- Detektionskanal detection channel
- 21 21
- Abdeckmaskemask
- 2222
- Saphirglasscheibe Sapphire glass
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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- EP 2018113 A1 [0014] EP 2018113 A1 [0014]
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