DE2002068A1 - Einrichtung zur Messung des Grundgewichts von bahnenfoermigem Material - Google Patents

Description

Einrichtung zur Messung: des Grundgewichts von bahnenförmigem Material _r -

Pur diese Anmeldung wird die Priorität aus der entsprechenden Anmeldung in den Vereinigten Staaten, Serial je Nr. 791,972 vom 17* 1. 1969 beansprucht.. . '^,

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Messung des Grundgewichts, d. h. des Gewichts pro Flächeneinheit, eines bahnenförmigen .Materials, zum Beispiel einer Papierbahn bei. der Papierherstellung. Solche Einrichtungen waren bereits bekannt, waren aber in mancher Hinsicht noch nicht voll zufriedenstellend. So wurden beispielsweise die Messungen als Analogmessungen' ausgeführt, weswegen' ihnen die erwünschte Genauigkeit fehlte. Andere Fehlerquellen lagen in dem Zerfall der verwendeten Strahlungsquelle, der Möglichkeit des Ansatzes von Schmutz und Staub an dem Fenster der Strahlungsquelle sowie in Änderungen der Dichte der umgebenden Luft aufgrund von Temperaturänderungen. Einige dieser Faktoren wurden bereits erkannt, aber auch soweit sie erkannt wurden, erfolgte die Abhilfe nur unvollkommen und

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nur als Versuch zu einer annäherungsweisen Lösung. Jedenfalls bestand schon lange ein starker Bedarf nach einer neuen und verbesserten Einrichtung der zur Rede stehenden Art, die nach einem neuen Lösungsprinzip arbeitete.

Die Einrichtung zur Messung des Grundgewichts gemäß der Erfindung weist eine Strahlungsquelle auf« die eine Strahlung in Form einer Folge von Strahlungsimpulsen (events) von sich ändernder Energie gegen das zu messende bahnenförmige Material richtet. Ein Strahlungsdetektor ist auf der anderen Seite so

b angeordnet, daß er die Strahlung empfängt, nachdem sie mit dem

Material in Berührung gekommen ist. Eine Digitalzählvorrichtung ist mit dem Strahlungsdetektor gekoppelt, um die von ihm -empfangenen Impulse zu zählen. Mit der Digitalzählvorrichtung ist eine Einrichtung gekoppelt, welche veranlaßt, daß die während eines vorbestimmten Zeitintervalls empfangenen Impulse gezählt werden. Ferner ist eine Vorrichtung vorgesehen, die dazu dient, die gesamten, durch die Digitalzählvorrichtung gezählten Impulse zu verarbeiten, um einen Meßwert für das Gewicht pro Flächeneinheit des bahnenförmigen Materials zu ^ bilden. Solche Grundgewichtsmessungen können fortlaufend während des Vorschubs des bahnenförmigen Materials ausgeführt werden. Wenn dies geschieht, ist eine Standartisierungs- oder Normungsvorrichtung vorgesehen, um zu gewährleisten, daß die Grundgewichtsmessungen stets richtig ausgeführt werden. Ein neues Verfahren umfaßt die Schritte, die erforderlich sind, um eine Digitalmessung des Grundgewichts und eine Standardisierung der Grundgewichtsmessung derart zu erhalten,.daß die

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Grundgewichtsmessungen stets richtig sind. :

Der Erfinder hat sich·die Aufgäbe gestellt, eine besonders genaue ijnd zuverlässige Grundgewichtsmessung nach einem neuen Prinzip zu ermöglichen, wobei das Meßergebnis in digitaler Form erhalten und eine fortlaufende Prüfung bahnenförmigen Materials unter Kompensation der Umgebungsbedingungen bei Standardisierung der Messungen in periodischen Intervallen ermöglicht wird. ■ - ·

Im folgenden ist die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert.

Fig. 1 zeigt das Schema eines Äusführungsbeispiels einer Einrichtung zur Grundgewichtsmessung gemäß der Erfindung in der Anwendung bei der Herstellung bahnenförmigen Materials mit einem vorbestimmten Grundgewidht.

Flg. 2 ist eine perspektivische Darstellung eines Teils einer Einrichtung gemäß Fig. 1.

Fig. ? ist eine Grundrißansicht eines'~Me3kopfes, wie er in einer Einrichtung gemäß Fig.'1 und 2 verwendet werden kann.

Fig. 4 is.t ein Blockschema bestimmter Teile der elektri- sehen Ausrüstung und der Elektronik bei einer Einrichtung nach Fig. 1. ■ ■,-■■■■'

Fig. 5 ist ein Blockschema, das¹ die Mittel zur maßstäblichen Änderung oder Skalierung der Ausgangswerte des Strahlungsdetektors noch mehr im einzelnen zeigte ' -■ ³· ■ '

Fig. 6 a ist ein Kurvenbild zur Darstellung der'-empfangenen Strahlungsintensität in Gegenüberstellung zum Grunagewieht;, * --" ■

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Pig. 6 b zeigt die Anzahl der Zählwerte In einer fest-t gelegten Zelt In Gegenüberstellung zum Grundgewicht und

Fig. 6 c zeigt eine Alternative zu Fig. 6 b, wobei eine . festgelegte Anzahl von Zählwerten als Parameter dient.

Die Einrichtung zur Messung des Grundgewichts ist in Fig. 1 in der Anwendung bei einer Üblichen Papiermaschine 11 veranschaulicht. Die Papiermaschine umfaßt einen Vorratsbehälter 12, der durch eine Pumpe 13 mit Papiermasse aufgefüllt wird« die an eine (nicht dargestellte) Speisequelle über ein Füllventil 14 angeschlossen ist. Der Vorratsbehälter wird durch eine Steuerung 16 kontrolliert und speist seinen Inhalt durch einen Schlitz 17 auf ein endloses Drahtnetzband 18 in Form einer Lage, die eine fortlaufende Papierbahn 19 bildet. Das von dem endlosen Band 18 absickernde Material wird durch _ä* ein Behältnis 21 aufgefangen und zum Vorratsbehälter 12 durch die Pumpe IJ> zurückgeleitet.

Nach dem "Verlassen des endlosen Bands l8 läuft die Papierbahn 19 durch eine Presse, bestehend aus mehreren Walzen ZJ>, die einen wesentlichen Teil der überschüssigen Feuchtigkeit in der Papierbahn 19 entfernen. Danach läuft die Papierbahn durch einen Abtaster 24, der als Einrichtung zur Messung des Grundgewichts und der Feuchtigkeit der Papierbahn dienen kann. Danach läuft die Papierbahn durch Trockner 26, die aus mehreren, aus dem Rohrsystem 28, gesteuert durch das Ventil 29, mit Dampf gespeisten Trockentrommeln 27 besteht. Danach durchläuft die Papierbahn einen Kalanderstapel J>l_t in dem das Papier durch

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mehrere*: übereinander angeordnete Walzen 32 geglättet wird. Darauf durchläuft das Papier einen weiteren Abtaster 33, wonach es zu einer großen Rolle 34 aufgewickelt wird, die dann aufgeschnitten, in gewünschte Längen unterteilt und zum Verbraucher versandt werden kann.

Die Papiermaschine 11 ist ein Teil einer umfangreicheren Papierproduktionsanlage. Der Steuerteil der Anlage umfaßt eine Ausstoßstelle 36, die innerhalb der Papierfabrik angeordnet sein kann, in der die Papiermaschine arbeitet. Die Ausstoßmeßstelle enthält eine digitale Zentraleinheit 37, mit der ein Ferndrucker 38 verbunden ist, der zur Ein- und Ausgabe dienen kann. Eine Digitalwertausgabeklemme 39, die mit der Zentraleinheit 37 verbunden ist, kann bei Vervollständigung der Messungen eine digitale EchtZeitinformation ausgeben. Gewünschtenfalls kann auch das Büro 4l des Aufsichtshabenden, wie in Fig. 1 gezeigt, mit einer Digitalwertausgabeendstelle versehen sein, so daß der Aufsichtshabende ebenfalls jede Papiermaschine selbst überwachen kann.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, wird die Digitalwertzentraleinheit 37 mit Informationen von den Abtastern 24 und 33 beliefert. Außerdem wird sie von dem Tachometer 42 her mit Informationen beliefert, welches die Drehgeschwindigkeit einer der Walzen 27 mißt. Die Ausgangsleitung 43 aus der Digitalwertzentraleinheit 37 liefert Informationen zu " den Meßpulten 44 und 46, die verschiedene Registriergeräte sowie andere Geräte enthalten können. Wie aus Fig. 1 ersichtlich, können in dem Meßpult 44 ein Maschinen-Querprofil-

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aufzeichner (engl. "crossmachine profile recorder") 47, eine Digitalwertein- bzw. ausgabesteile (a digital input-output terminal) 48, eine Ubertragereinheit für selbsttätige Feuchtigkeits- bzw. Geschwindigkeitskontrolle (a moisture/speed automatic control transfer unit) 49 und eine trocknerbegrenzte Steuerungswähltafel (a drier-limited control option panel) 51 vorgesehen sein.

In dem Meßpult 46 können eine elektronische Profi 1-fc Wiedergabeeinrichtung 52, eine Digitalwertausgangsendsteile 39, ein Streifenblattschreiber 53* eine selbsttätige Grundgewichtsteuerungsübertragereinheit 54 und eine Abtasterantriebssteuerung 56 vorgesehen sein.

Die Ausgangsleitung 43 aus der Digitalwertzentraleinheit ist auch mit einer Geschwindigkeitssteuereinheit 57 verbunden, die zum Steuern der Geschwindigkeit der Walzen dient. Sie ist ferner mit einem Dampfventil 29 sowie mit der Vorratsbehältersteuerung lö verbunden. Wie in Pig. I gezeigt, steht der selbsttätige Grundgewichtssteuerungs-" übertrager 54 mit dem Füllventil 54 in Verbindung, um dieses zu steuern.

Das Aufzeichnungsgerät 47 zeichnet den Feuchtigkeitsgehalt und das Grundgewicht längs der Maschine auf. Die elektronische Profilwiedergabe zeigt das Gewicht in Querrichtu: τ des bahnenförmi η Materials, während es gemessen wird. Dei 'ufzeichner 53 liefert eine ständige Aufzeichnung des C-rundgewichts und c"-?r Feuchtig; aitsmessungen. Die Einheit 54 ermöglicht es, das Crundgewicht zu regeln und die

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Abtasterantriebssteuereinheit 56 steuert die Abtaster 24 und Jl.

In Pig* 2 ist ein-Teii des Abtasters 24 dargestellt, / Dieser besteht aus einem Rahmen 6i, der zwei parallele Baiken in einem Abstand voneinander enthält, die sich quer zu der von der Papiermaschine 11 hergestellten Papierbahn0 erstrecken, die den Abtaster durchläuft. Indem Rahmen 61 sind ein oberer . und einunterer Abtastkopf'62 bzw. 63vorgesehen, die quer zu der Papierbahn 19 an dem Rahmen 6l entlanglaufen können. Die Papierbahn 19 durchsetzt einen Spalt 64 zwischen den Meßköpfen -' ' A 62 und 6J. Der Antrieb für die Meßköpfe 62 und 63 ist derart

-^''-' ■ ' "'-' - - ~ ■--'■■--"-' - · · ausgebildet, daß die Köpfe bei_yJeder Querbeweguhgsrichtung über

den Seitenrand der Papierbahn hinaus laufen, können.

Wie in dem Blockschema Pig. 4 dargestellt, enthält der Meßkopf 63 sswei Strahlungsquellen 66 und 67. Beide Strahlungs- quellen können solche von gebräuchlicher Art sein. Vorzugsweise soll die Strahlungsquelle 66 eine Betastrahlung aussenden, so daß siezur Ausführung der Grundgewichtsmessung benutzt werden kann, während die Strahlungsquelle 67. infrarotes Licht emittieren kann, um Peuchtigkeitsmessungen durchzuführen. Die Betastrahlung | aus der Strahlungsquelle 66 hat die Porm von Partikeln^ die durch eine Polge von Impulsen infoige radioaktiven Zerfalls erzeugt werden. Es sind auch Ausführungsformen möglich, bei denen Alpha-Strahlen und Röntgenstrählen (X-Strahieh) benutzt werden.

Der Meßkopf 62 trägt Strahlungsdetektoren 68-und 69. Der , 'Strahlungsdetektor 68 dient zum Äbfühlen der Strahlung aus der Quelle 66 und der Strahlungsdetektor 69 zum Abfühlen der

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Strahlung aus der Quelle 67·

Wie aus Flg. 4 ersichtlich, kann die Papierbahn 19 den Luftspalt 64 zwischen den Köpfen 62 und 63 derart durchlaufen, daß die Strahlung aus den Quellen 66 und 6? gegen die Papier-' bahn von deren einen Seite her gerichtet ist, während die Strahlungsdetektoren 68 und 69 auf der entgegengesetzten Seite der Papierbahn liegen, derart, daß sie die Strahlung aufnehmen können, nachdem sie in Berührung mit der Papierbahn gekommen ist. Es ist zu beachten, daß auch wenn bei der Ausführungsform nach Fig. 4 die Strahlung durch die Papierbahn hindurchgehen muß, bevor sie von den Detektoren "68 und 69 empfangen werden kann, es möglich 1st, daß beide Quellen und die Detektoren auf der gleichen Seite der Papierbahn liegen und daß die Detektoren die von der Papierbahn reflektierte Strahlung statt der durch sie hindurchgegangenen Strahlung feststellen.

Wie ferner in Fig. 4 gezeigt, ist in dem Meßkopf 62 ein vorverstärkter Diskriminator 71 vorgesehen, der mit dem Ausgang des Strahlungsdetektors 68 verbunden 1st. Der Ausgang des vorverstärkten Dlskriminators 71 1st mit der Eichvorrichtung (prescaler) 72 und der Ausgang dieser mit der Digitalwertzentraleinheit j57 sowie mit dem Grundgewichtswerteingangsabschnitt 74 der Digitalwertzentraleinheit verbunden. In gleicher Welse 1st der Ausgang des Strahlungsdetektors 69 mit einem vorverstärkenden Diskriminator 73 und der Ausgang von diesem direkt mit der Digitalwertzentraleinheit yj, und-Zwar mit deren Feuchtigkeitswerteingangsabschnitt 76 verbunden.

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Die Digitalwertzentraleinheit enthält auch einen Ausgabe- und Wiedergabeabschnitt 77 und einen Abtastereingangs- Ausgangsabschnitt 78. Ein Rechner 8l ist durch die Grenzflächeneinheit 82 mit dem Ausgabe- und Wiedergabeabschnitt 77 verbunden. Hier hat die Grehzflächeneinheit 82 einen mit der Leitung 4J verbundenen Ausgang zum Steuern verschiedener Punktionen. Der Abtaster 78 speist einen Antriebsmotor 85, der zum Einstellen der Meßköpfe 62 und 6? dient.

Der mit dem Strahlungsdetektor 68 verbundene vorverstärkende Diskriminator 71 besteht aus einem Breitbandverstärker, dessen Ausgang mit einem Schwellendetektor verbunden ist, der aus der Umgebung und aus dem Photoelektronenverviel.-facher herrührende Störungen eliminiert. Das Voreichgerät 72 erzeugt jedesmal einen Ausgangsimpuls, wenn eine vorbestimmte Zahl von Eingangsimpulsen empfangen worden ist. Dies ist von Vorteil, weil dadurch die Frequenzbereichserfordernisse des von dem Meßkopf 62 her kommenden und zu dem Grundgewichtswerteingabeabschnitt 7¹J- der Digitalwert Zentraleinheit 37 hin führenden Kabels vermindert werden. Wie in Fig. 5 gezeigt, besteht der Grundgewichtswerteingabeabschnitt aus einem Eichgerät 87, durch das die aus dem Voreichgerät 72 empfangenen Eingabe Impulse skaliert werden und das' einen Ausgabeimpuls für jede vorbestimmte Zahl empfangener Eingangsimpulse erzeugt. Die Ausgabeimpulse werden einem Zählregister 89 zugeführt. Das Zählregister 89 wird durch einen Zeitgeber 91 gesteuert, der seinerseits durch den Rechner 81 gesteuert wird. Das Zähl register 89 beginnt bei Empfang eines Starfeimpulses, sämtliche

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Ausgangsimpulse aus dem Eichgerät 87 zu zählen und beendet die Zählung beim Empfang eines Stoppimpulses. Der in dem Zählregister 89 registrierte Zählwert wird dann der Qrenzflächeneinheit 82 zugeführt, die ihn wiederum den Digitalwertausgangsstellen 39 sowie anderen Teilen der beschriebenen Einrichtung zuführt.

Die Arbeitsweise der neuen Einrichtung ist kurz folgende: Es sei angenommen, daß die Papiermaschine 9 zur

* Herstellung einer fortlaufenden Papierbahn 19 dient, welche durch die Abtaster 24 und 33 hindurchläuft und von der eine Grundgewichtsmessung des Papiers aufgenommen werden soll. Wenn die Papierbahn 19 durch die Abtaster 24 und 33 läuft, überqueren die Meßköpfe 62 und 63 die Papierbahn hin und her, während sie durch die Abtaster läuft. In der Zwischenzeit, während die Meßköpfe quer zur Papierbahn hin- und herlaufen, können fortlaufende Grundgewichtsmessungen erfolgen, so daß ein ständiger Ausgang in Form eines Digitalwerts für die Grundgewichtsmessung gebildet wird.

' Während der Zeit, wo die Grundgewichtsmessungen gemacht

werden, wird ständig eine Strahlung von der Quelle 66 in Form einer Folge von Impulsen mit sich ändernder Energie ausgesandt. Wie allgemein bekannt, ergibt bei einer auf das Material gerichteten Beta- oder Gamma-Strahlen erzeugenden Strahl ngsquelle der Betrag der von dem Material absorbierten Strahlung ^ine direkte Anzeige des Grundgewichts des Materials. Dies steht in Übereinstimmung mit dem Beer¹sehen Gesetz, das sich wie folgt ausdrücken läßt:

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Hierin ist β die Basils des naturlichen Logarithmus* yi ist der Massenabsorptipnskoeffizient,^der eine Puriktiqn der Strahlungsenergie aus der Strahlungsquelle sowie der Art des gemessenen Materials ist, X 1st das Gewicht pro Flächen-, einheit des zu messenden Materials in Milligramm pro Quadrat" Zentimeter, I₀ ist die Intensität der den Strahlungsdetektor erreicheiiden Strahlung bei Abwesenheit von absorbierendem Material und I ist die Intensität der den Detektor erreichenden _Λ Strahlung bei Anwesenheit von die Strahlung absOrbierendem Material«

Bei der Einrichtung gemäß der Erfindung wird das Beer' sehe Gesetz in einer Abwandlung benutzt, um das Grundgewicht des pannenf oral gen Materials zu bestimmen. Es kann auch dazu benutzt werden, um das spezifische Gewicht oder die Dichte eines flüssigen oder festen Stoffes zu bestimmen .

Pig. 6a erläutert die theoretische Anwendung des Beer'sehen Gesetzes bei der Ermittlung des Grundgewichts eines bahnenförmigen Materials. Wie aus Pig· 6a zu ersehen ist, kann das | Beer¹ sehe Gesetz als eine Kurve dargestellt werden, In der die Intensität der empfangenen Strahlung sich exponentiell mit dem Grundgewicht X ändert. Danach beträgt für eine vorbestimmte Strahlungsintensität I. das Grundgewicht X₁. Es wurde jedoch gefunden, daß das Beer'sehe Gesetz nur mit einer passenden Korrektur benutzt werden kann, wenn, es auf eine hohe Genauigkeit der Messungen ankommt. Zum Beispiel wird die

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Exponentialfunktion nur in einem kleinen Bereich des Grundgewichte benutzt; es werden besondere Kompensationen eingeführt für Schmutzansatz an dem Fenster, das den Strahlungsdetektor bedeckt« sowie für eine zerfallende Strahlungsquelle.

Die üblichen Analogsysteme messen die Intensität I. mittels Ionisationskammerdetektoren oder mittels stromintegrierender, die Impulshöhe abfühlender Detektoren. Die Intensität ist definiert als das Produkt der Anzahl

^w festgestellter Impulse C und deren Energie E; oder die Intensität ist gleich Σ (C·Ε). Die Teilchen höherer Energie haben niedrigere Absorptionskoeffizienten und führen daher weniger Information über das Grundgewicht von leichtem Papier oder bahnenförmigem Material; dennoch wird ihnen bei den üblichen Systemen ein höheres Gewicht (im Verhältnis zu ihren Energien) beigemessen, wodurch die erreichbare Genauigkeit herabgesetzt wird. Das neue Verfahren, bei dem die Digitaltechnik benutzt wird, dürfte

fc daher eine bedeutend getreuere Anzeige des Grundgewichts des zu messenden bahnenförmigen Materials ergeben. Demgemäß werden alle Strahlungsimpulse unter Verwendung der Digitaltechnik gezählt und jedem Strahlungsimpuls wird ein gleiches Gewicht beigemessen. Bei einem Intensitätsverfahren wird dem 3trahlungsimpuls mit dem größeren Energieinhalt ein größerer Wert beigemessen, während er tatsächlich keinen größeren Informationsgehalt, vielmehr sogar wahrscheinlich einen geringeren Informationsgehalt hat als ein

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Strahlungsimpuls yon. niedrigerem Energiepegel., Daß .die Zählung der Strahlungsimpulse gemäß den Vorschlägen, der Erfindung auch eine getreue Anzeige der Strahlungsabsorption von bahnenförmigem Material ergibt, läßt sich aus Fig. βΒ ersehen. Wenn dies zutrifft, ist die folgende Formel anwendbar: '

C =C_Ö e'/^ ."■ . (2)

Hierin ist C die Anzahl von Zählwerten durch-den Strahlungsdetektor in einer festen Zeit T festgestellter Zählungs- | impulse, wobei T die Zeit zwischen Start und Stopp der Impulse aus dem Zeitgeber 91 ist (Fig. 5).

Wahlweise kann gewünschtenfalis statt eines Digitalsystems auf Zeitbasis, wie es in Fig. βΒ gezeigt.ist, ein Digitälsystem auf Zahlenwertbasis, wie es in Fig. 6c gezeigt ist, benutzt werden. Im letzteren Fall wird eine vorbestimmte Zahl von Zählwerten benutzt und dann die Zeit, die erforderlich ist, um diese Zahl von Zählwerten zu erhalten, gemessen, um das Grundgewicht des zu messenden Materials zu bestimmen.

■■■. ■'.■■■■■ ■·■■ ■ ■■■■ ■■■■ · ■.-■ ■ ■ Ί

Zusammengefaßt ist festzustellen: Durch Verwendung des Digitalverfahrens gemäß der, Erfindung kann die Grundgewichtsmessung in Form von Digitalwerten entweder erhalten werden, indem die Zahl von Strahlungsimpulsen gezählt wird, ,nachdem . sie durch das zu messende Material in einem.vorbestimmten Zeitintervall beeinflußt sind, oder, es, kann eine vorbestimmte Zahl von Zählwerten ausgewählt und die Zeit,gemessen werden, die erforderlich ist, um diese vorbeatimmte Zahl von . ...

009831/1111 sν ;;■-.;. -

Zählwerten zu erhalten.

Das neue Digitalverfahren zur Messung des Grundgewichts ist empfindlicher als eine Intensitätsmessmethode, da ' praktisch jeder Impuls oder jedes Teilchen, das den Strahlungsdetektor erreicht, abgefühlt wird. Im Gegensatz hierzu erlangen bei einem Intensitätsdetektor viele Impulse überhaupt keine Wirkung. Die Genauigkeit der Messung hängt von der aus der Strahlung entnommenen Information ab; die höhere Empfindlichkeit der Digitalmethode ergibt kleinere Fehler, die anderenfalls infolge von Zufallsschwankungen der Energien der Impulse aus der radioaktiven Strahlungsquelle auftreten würden.

Im Betriebe des Systems wird der Digitalzähler 82 so programmiert, daß er die Arbeitsweise des Systems jederzeit koordiniert. Zuerst wird er gebraucht, wenn das Bezugsdatensignal in das System eingegeben wird. Ferner wird er zur Standartesierung, wie nachstehend beschrieben, benutzt. Er wird außerdem benutzt zur Ausführung der fortlaufenden Messungen des Grundgewichts des Materials, während es durch die Abtaster hindurchläuft.

Wie oben erläutert, läßt sich jeder gewünschte Grad von Genauigkeit erhalten. Wenn ein Zeitbasissystem benutzt wird, wird die Länge der Zeitbasis so gewählt, daß die gewünschte Genauigkeit erreicht wird. Werden also größere Genauigk ^?ten benötigt, so werden längere Zeitbasen benutzt. In gleicher v/eise ist, wenn eine Zählwertbasis benutzt wird, eine größere Anzahl von ahlungen zur Erhaltung einer

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größeren Genauigkeit erforderlich.

Es sei angenommen, daß das Zeitbasisdigitialsystem angewendet werden soll und daß die Einrichtung so betrieben wird, daß der Einfluß von Umgebungsbedingungen ausgeschaltet wird. Wenn dies der Fall ist, wird nicht die Gleichung (2) benutzt, vielmehr wird die Gleichung (1) in folgender WeI₁Se erweitert und verallgemeinertι Die Größe I und ihre speziellen Formen können entweder den Wert G in einem ZeItbaslssystern oder den Wert T in einem Zählwertbasissystem darstellen. Bei einem Zählwertbasissystem wird die Gleichung in der Weise abgewandelt, daß sie den positiven Exponenten (siehe Fig. 6C) wiedergibt. ^v

I « (I₀ + Δ I₀) e^ e" Ϊ ^a*** e" ^a^XaX (J)

Hierin bedeutet I« die Anfangsstärke der Strahlungsquelle, A Iq und e .v*a a ■ sind zusätzliche Fehlerfaktoren , die auf den Zerfall der Strahlungsquelle, den Schmutzansatz am Fenster des Strahlungsdetektors und Änderungen der Luftdichte infolge von Temperaturänderungen bezogen sind, e ^vra a⁷ ist ein auf den ursprünglichen Fehler infolge |

Schmutzansatz-am Fenster und Luftdichte bezogener Ausdruck. Die Gleichung (5)kann vereinfacht werden als Gleichung (4),

T-T

ι - X₀
worin M-X- = (^u _aX_a) ⁺ ^ ^_a ^x _a) *^s^·

Wenn ein Bezugsmuster des bestimmten Materials mit einem bekannten Grundgewicht von X. vorgesehen und seine Absorption gemessen wird, so ergibt sich eine Intensität oder

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Zählwertausgabe von I₁ entsprechend der Gleichung

I₁ = I₀ e-^l e^a^Xa (5)

worin I„ die augenblickliche Stärke der Strahlungsquelle und e~^; a a die Stromfehler aufgrund der oben erwähnten Faktoren darstellen. Eine Division der Gleichung (4) durch die Gleichung (5) ergibt

L - X₁ ) (6)

H Diese Gleichung läßt sich für die unbekannte Größe X des Grundgewichts wie folgt auflösen:

X - X₁ - i- log_e -i- (7)

Im Hinblick auf die Arbeitsweise eines Rechners kann das logarithmische Verhältnis als Erweiterung dieser Funktion in Form einer Reihe wie folgt ausgedrückt werden:

X = X₁ -

Hierin ist X₁ bekannt, da es durch einen Wiegevorgang festgestellt worden ist. I ist der tatsächliche Zählwert am Strahlungsdetektor und u und I₁ lassen sich leicht bestimmen, wie nachstehend erläutert. Nur die ersten drei Ausdrücke der Gleichung sind normalerweise von Bedeutung.

Ermittlung: von I₁ und Standardisierung

x.

Wenn eine neue Materialart mit dem Abtaster gemessen werden soll, wird ein Muster von bekannter Größe ausgeschnitten und gewogen, um den Wert X₁ des Grundgewichts festzustellen.

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Dieses Muster wird in den Luftspalt 64 gebracht und dort • durch eine Einspannvorrichtung oder Schablone (nicht dargestellt) festgehalten. Die Zahl von Zählwerten 1° ,die während einer vorbestimmten Zeitspanne empfangen wird, gibt das relative Grundgewicht des Musters entsprechend folgender Gleichung ans· - ■"■'-■

lg- lg ."/«α e-W;° ; . »> " ' Nachdem' diese Messung ausgeführt ist, wird das Materialmuster mit dem Grundgewicht X₁ aus dem Luftspalt 64 heraus- j genommen und eine weitere Messung gemacht, um-die .Impulse zu bestimmen, die in einem vorbestimmten Zeitabschnitt gezählt werden können, wobei sich nur Luft in dem*Spalt 64 befindet. Hierfür gilt folgende Gleichung: s

i°=i° e-PA' " ■ · (ίο).

Die Gleichung (10) kann auf den neuesten Stand gebracht werden, indem eine Luftspaltmessung nach jeder Abtastung der Meßköpfe 62 und 63 ausgeführt wird, um Fehlerfaktoren wie Zerfall der Strahlungsquelle, Schmutzansatz am Fenster und Änderung der Luftdichte nach folgender Gleichung zu berücksichtigen:

I_a =I₀ e^a^Xa ' ' (11) '

Eine Substitution der Gleichung (11) in die Gleichung (3) ergibt:

I₁ = I_a e-^l (12)

Eine Division der Gleichung (9) durch die Gleichung (10) ergibt:

I a

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Eine Substitution der Gleichung (13) in die Gleichung (12) ergibt den Endwert für I.i

¹I^0
1I - h 17 (i*)

Somit wird I, auf die auf den neuesten otand gebrachte Luftspaltmessung bezogen, die periodisch nach jeder Abtastbewegung der Meßköpfe, korrigiert durch die anfänglichen Messungen von Luftspalt und Grundgewicht 1° und I?. Eine

a 1

solche Standartisierung ist sowohl auf ein Digitalzählwertsystem gemäß der Erfindung als auch auf Systeme anwendbar, wo die festgestellte Strahlung durch ein Intensitäts- oder Analogverfahren gemessen wird, wobei I den Strom darstellt, der von einer Ionisationskammer, welche die empfangene Strahlungsintensität reflektiert, erzeugt wird. Im letzteren Falle hat der Strahlungsdetektor 68 die Form einer Ionisationskammer.

Ermittlung des Massenabsorptionskoeffizienten u

Eine Umformung der Gleichung (IJ) ergibt den Wert u wie folgt:

ι τ⁰

u = -~ log ¹I :i5)

Zwecks einfacher Verarbeitung kann dieses logarithmische Verhältnis in eine ähnliche Reihenentwicklung wie bei der Gleichung (3) zur Behandlung durch den Rechner umgeformt werden. Praktisch brauchen nur die ersten sechs Ausdrücke eier Reihe verwendet zu werden, um die erforderliche Genauigkeit zu erhalten.

Verfahrensbeschreibung

Praktisch kann die Information über die anfänglichen

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BAD ORlOlHAL

Bezugswerte 1° und 1° durch Benutzung der Digltalwerteingabea i.

Ausgabestelle 48 (Fig. 1) erhalten werden. Dazu muß an dieser Endstelle der richtige Knopf gedrückt werden, worauf die Digitalwertzentraleinheit 37 die Strahlungsquelle öffnet und der Strahlungsdetektor die durch den Luftspalt ohne darin befindliche Papierbahn hindurchgehenden Strahlungsimpulse feststellen kann. Darauf legt die Bedienungsperson ein Musterstück X, in eine Schablone oder Einspannvorrichtung, bringt es mit Hilfe dieser In den Luftspalt und drückt einen weiteren Knopf an der Endstelle 39* wodurch eine zweite Messung vorgenommen wird, die den Wert 1° ergibt. Da das Musterstück nicht homogen zu sein braucht, ist es erforderlich, daß es fortlaufend bewegt wird, um der Strahlungsquelle verschiedene Bereiche darzubieten. Dies kann von Hand öder auch selbsttätig geschehen. Zwecks Prüfung kann die Bedienungsperson das Musterstüak in der Einspannvorrichtung auswechseln, einen als "Grundgewichtsmust'erknopf" bezeichneten Druckknopf drücken und den Grundgewiehtsmeßdetektor veranlassen, das Grundgewicht des Musters erneut zu· prüfen. Dieses sollte naturgemäß mit dem ursprünglich durch Wiegen festgestellten Gewicht übereinstimmen. Die Grundgewichtsmeßvorrichtung gemäß der Erfindung wird dann in Betrieb genommen» um ihreGrundgewiohtsmessung auszuführen, und das tatsächliche Grundgewicht wird in Form eines Digitalwerts an den Ausgabestellen 39 des Streifenblattschreibers 53 und der elektronischen Pröfi!wiedergabevorrichtung 52 angezeigt. Die· selbsttätige Steuerungsübertragereinheit 5^ dient zur St^-eUerung des Füllventils l4, um den Zustand, bei dem dieses Grundgewicht

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hergestellt wird, aufrechtzuerhalten.

Die Abtaster 24 und 33 tasten dann bei einer Papiermaschine üblicher Bauart die Papierbahn 19 etwa alle 30 Sekunden einmal ab und gehen dann über die Papierbahnbreite hinaus, so daß der Luftspalt 64 frei von der Bahn 19 ist und die Digitalwertzentraleinheit die Messung von I ausführt. Auf

diese Weise werden Fehler, die durch Änderungen der Luftdichte, Schmutzansatz und Zerfall der Strahlungsquelle verursacht sind, kompensiert. Mit anderen Worten: Es wird ein

W neuer Wert von I, geschaffen, der während der nächsten Abtastbewegung der Papierbahn benutzt wird, um das tatsächliche Grundgewicht In Übereinstimmung mit der Gleichung (8) zu bestimmen.

Wenn die Elchnorm für eine bestimmte Papiersorte verändert werden soll, weil die Papiermasse andere Eigenschaften aufweist, so kann diese Eichung leicht durch Ausschneiden eines Musters aus dieser Papiersorte eöep unter den entsprechenden Bedingungen der Papiermasse und durch Pestsetzung

* einer neuen Norm für die Papiersorte mit dem jeweiligen Aschegehalt ausgeführt werden. Hierzu benötigt die Bedienungsperson lediglich einige wenige Minuten.

Die Erfindung ermöglicht es also, auf eine neuartige Weise mit besonders hoher Genauigkeit Grundgewichtsmessungen von bahnenförmigem Material auszuführen. Die hohe Genauigkeit wird durch Digitalwertzählung der Strahlungsimpulse erreicht. Außerdem wird durch das Standantisierungsprogramm erreicht, daß die Messung rasch und fortlaufend immer auf den neuesten

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Stand gebracht wird.

Die Grundgewichtsmessungen erfolgen fortlaufend, aber auch die Standardisierung ist fortlaufend möglich, so daß die Umgebungsbedingungen die Genauigkeit der Grundgewichtsmessung nicht beeinflussen können. Die neue Einrichtung arbeitet selbsttätig und ist auf einfache "Weise, auch durch ungeschultes Personal, zu bedienen, so daß beispielsweise auf einer Papiermaschine stets Papier mit einem vorbestimmten Grundgewicht erzeugt wird. Durch die A Erfindung ist auch eine Information über die Dicke der Bahn zu erhalten, sofern die Dichte des Materials konstant ist. Letzteres kann besonders bei Materialien wie Stahl und Kunststoffolien von Bedeutung sein.

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Claims (10)

1. Patentansprüche

   Einrichtung zur Messung des Grundgewichts bahneriförmigen Materials, dadurch gekennzeichnet, daß auf der einen Seite der Materialbahn eine Strahlungsquelle, die eine Folge von Strahlungsimpulsen auf die Bahn hin richtet, und auf der anderen Seite ein Strahlungsdetektor, der die von dem Material beeinflußte Strahlung auffängt, angeordnet sind, und daß mit dem Strahlungsdetektor eine Digitalzählvorrichtung, W welche zur Zählung der Impulse dient, gekoppelt ist, mit der eine Einrichtung zur Anzeige des Materialgewichts pro Flächeneinheit der Bahn verbunden ist.
2. 2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Digitalzählvorrichtung verbundene Einrichtung Mittel zur Bestimmung der Anzahl während eines bestimmten Zeitintervalls empfangenen Zahlenwerte enthält.
3. 3· Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Digitalzählvorrichtung verbundene Einrichtung ^ Mittel zur Bestimmung der zum Empfang einer bestimmten Anzahl von Zählwerten erforderlichen Zeitdauer enthält.
4. 4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mit der Digitalzählvorrichtung verbundene Einrichtung Mittel enthält, die dazu dienen, eine Messung der Anzahl von Zählwerten aus dem Strahlungsdetektor auszuführen, wenn die Strahlung aus der Strahlungsquelle nicht durch das Material beeinflußt ist, um es zu ermöglichen, die Einrichtung derart zu standartisieren, daß Auswirkungen der Umgebungsbedingungen

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   ausgeschaltet werden.
5. 5· Einrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch eine Vorrichtung, die dazu dient, die Strahlungsquelle des Detektors gegenüber dem bahnenförmigen Material zur Messung von dessen Grundgewioht zu bewegen, und durch eine Vorrichtung,' die dazu dient, die Strahlungsquelle und den Strahlungsdetektor in einer solchen Lage zu bewegen, daß die Mater!albahn die von dem Detektor empfangene Strahlung nicht mehr beeinflußt, um die Standartisierung der auszuführenden Messung zu ermöglichen. i

   " "
6. 6. Einrichtung nach Anspruch" 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Dlgitalzänlvorrichtung eine Skäliervorrichtung enthält, die zahlenmäßige Änderungen der zu zählenden Vorgänge bzw. Impulse ermöglicht.
7. 7· Verfahren zur Standardisierung einer Einrichtung nach Anspruch 1 oder einem der folgenden mit einer Vorrichtung zum Abtasten eines bestimmten Materials und zum Tragen einer Strahlungsquelle und eines Strahlungsdetektors mit einem Spalt zwischen beiden zur Aufnahme des Materials, gekennzeichnet ~g durch forgende Schritte:

   a) Verwendung eines Bezugsmusters des Materials mit einem gemessenen Grundgewient von X,,

   b) Einbringen dieses^ Bezugsmusters in den Spalt'und Vornahme einer Messung der durch das Muster absorbierten Strahlung 1°, - ' ■ ■

   c) Entfernung des ganzen Materials aus dem Spalt, so daß dieser nur Luft enthält, und Vornahme einer Messung der durch ,

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   den Detektor nach Abschwächung durch Luft und andere anfängliche Umgebungsfaktoren festgestellten Strahlung 1°,

   d) Abtastung des betriebsmäßig zu prüfenden Materials zur Erhaltung einer Messung der von dem Material absorbierten Strahlung I und periodische Entfernung des gesamten Materials aus dem Spalt während der Abtastung zwecks Erhaltung eines

   Wertes I , d. h. eines auf den neuesten Stand gebrachten a

   Wertes 1°, der die Änderung der Umgebungsbedingungen berück-

   3.

   siehtigt und außerdem aus I einen auf den neuesten Stand

   rt
   ¹I

   ^ siehtigt und außerdem aus I

   W ^a

   gebrachten Wert I, liefert, wobei

   worin I, eine standartisierte Größe ist, die das Grundgewicht des Besugsmusters für Umbegungsbedingungen darstellt, wobei iie Einwirkungen des Zerfalls der Strahlungsquelle von Änderungen der Luftdichte infolge von Temperaturschwankungen und 3chmutz- oder Staubansatz an dem Fenster der Strahlungsquelle kompensiert sind.
8. 8. Verfahren nach Anspruch J, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung des Wertes I als Digitalzählung erfolgt.
9. 9· Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Messung des Wertes I als Analogwert erfolgt.
10. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Analogwertinformation die Form eines Stromes aus einer Ionisationskammer aufweist.

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    L e e r s e i t e