DE202012000550U1

DE202012000550U1 - Sensor zur Messung von Faserbahneigenschaften

Info

Publication number: DE202012000550U1
Application number: DE201220000550
Authority: DE
Original assignee: Voith Patent GmbH
Current assignee: Voith Patent GmbH
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2012-03-01
Anticipated expiration: 2022-01-21

Abstract

Messvorrichtung zur Messung von Faserstoffbahneigenschaften, insbesondere des Feuchtegehaltes, einer flächigen Faserstoffbahn (4) umfassend einen Sender (9) mit einer Lichtquelle (1) und einen Empfänger (10) mit einem Sensor (5), wobei der Sender (9) und der Empfänger (10) derart zueinander positioniert sind, dass zwischen ihnen ein Messspalt (12) vorhanden ist, durch den die Faserstoffbahn (4) hindurchführbar ist, und dass das Licht der Lichtquelle (1) durch die Faserstoffbahn hindurch auf den Sensor (5) leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender eine Moduliereinrichtung (2) und der Empfänger eine Ulbrich-Kugel (5) mit mehreren Detektoren (6) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Messung von Faserstoffbahneigenschaften, insbesondere des Feuchtegehaltes, einer flächigen Faserstoffbahn. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine entsprechende Maschine mit einer entsprechenden Messvorrichtung.
Bei der industriellen Herstellung von Faserstoffbahnen wie Papier und papierähnlichen Produkten wird eine schnell ansprechende, hinreichend selektiv und einfach arbeitende Vorrichtung zur Messung der Feuchte benötigt.
Dabei ist die Genauigkeit und Schnelligkeit der Feuchtemessung sowohl für die Qualität des Produktes, als auch für die Kosten des Trocknungsprozesses, welcher die Gesamtherstellungskosten bestimmt, entscheidend.
Bekannte Messvorrichtungen messen die Feuchtigkeit der Faserstoffbahn mit Hilfe von Infrarot-Strahlung. Mit Infrarot-Strahlung wird bekanntlich der Effekt ausgenutzt, dass Wasser Absorptionsbanden im Infrarotbereich aufweist. Dies sind schmale Wellenlängenbereiche, in denen das Absorptionsvermögen der betreffenden Verbindung sehr viel höher ist als bei benachbarten Wellenlängen.
Aufgabe der Erfindung ist es eine alternative Messvorrichtung vorzuschlagen.
Die Aufgabe wird mittels einer Messvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Erfindungsgemäß wird eine Messvorrichtung der Eingangs genannten Art vorgeschlagen, die zumindest einen Sender mit einer Lichtquelle und einen Empfänger mit einem Sensor umfasst. Des Weiteren sind der Sender und der Empfänger derart zueinander positioniert, dass zwischen ihnen ein Messspalt verbleibt, durch den die Faserstoffbahn hindurchführbar ist, so dass das Licht der Lichtquelle durch die Faserstoffbahn hindurch auf den Detektor leitbar ist.
Die erfindungsgemäße Messvorrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass der Sender eine Moduliereinrichtung und der Empfänger eine Ulbrich-Kugel mit mehreren Detektoren umfasst.
Die Ulbricht-Kugel dient zum gleichmäßigen Erzeugen diffuser Strahlung aus gerichteter Strahlung. Als Lichtquelle eignet sich sichtbares, infrarotes oder ultraviolettes Licht.
Wobei zur Messung des Wassergehaltes vorzugsweise eine Infrarotlichtquelle verwendet wird, da insbesondere Infrarotlicht besonders zur Messung von Wasser geeignet ist.
Als Detektor kann ein Photoleiter (PbS) eingesetzt werden. Um das driften des Photoleiters bei Einstrahlung eines Dauerhaften IR-Lichtes zu vermeiden und die genauigkeit wesentlich zu erhöhen, wird IR-Licht mittels der Moduliereinrichtung moduliert. Dadurch ergibt sich als Messignal eine Hell-Dunkel-Messung bzw. eine Hell-Dunkel-Modulation, wodurch sich zudem die Messung stabilisiert.
Weiterhin kann durch die Modulation der Lichtquelle eine phasensynchrone Detektion vorgenommen werden, die zu einer Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses führt.
Das Licht des Senders wird durch die Faserstoffbahn gestreut, sodass der Gesamtlichtstrom, der auf die Ulbricht-Kugel geleitet wird verschiedene Richtcharakteristiken aufweist. Mittels der Ulbricht-Kugel werden diese Lichtstrahlen in eine homogene diffuse Strahlung umgewandelt. Einerseits ist es so möglich die Leistung oder den Gesamt-Lichtstrom zu vermessen, ohne dass durch deren Richtcharakteristik die Messungen verfälscht werden.
Andererseits bietet die erzeugte diffuse Strahlung die Möglichkeit, ein fotometrisches Normal beziehungsweise eine Referenz-Strahlungsquelle zu schaffen, um die Eigenschaften verschiedener optischer Detektoren miteinander zu vergleichen.
An der Oberfläche der Ulbrich-Kugel sind mehrere optische Filter und dahinter die Detektoren angebracht. Diese registrieren simultan jeweils nur Licht mit einer definierten Wellenlänge. Aus den wellenlängenspezifischen Detektorsignalgrößen wird dann mit Hilfe einer in einer Auswerteinheit hinterlegten Kalibrierungs- und Berechnungsformel der Feuchtegehalt bestimmt.
Die Detektoren und die Ulbrich-Kugel können weiterhin mittels einer Heizvorrichtung beheizbar sein um die Temperatur zu regeln, vorzugsweise mittels einem Peltierelement.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass die Moduliereinrichtung ein Chopperrad ist.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Licht der Lichtquelle mittels eines Spiegels auf die Faserstoffbahn geleitet wird.
Im Empfänger kann eine Linse vorgesehen sein, mittels der das durch die Faserstoffbahn hindurch transmittierte Licht auf die Ulbrich-Kugel geleitet werden kann.
Zur Standardisierung und Überprüfung des Sensorstatus kann in dem Empfänger eine einschwenkbare Filtereinrichtung mit unterschiedlichen Transmissionsfiltern vorgesehen werden, die in den Strahlengang des Lichtes zwischen Faserstoffbahn. und Ulbrich-Kugel, einschwenkbar ist.
Die Gehäuse des Senders und des Empfängers ist vorzugsweise ein hermetisch dichtes Gehäuse.
In einer weiteren Ausführung ist der Sender und der Empfänger an einer Traversiervorrichtung befestigt, mittels der diese quer zur Laufrichtung der Faserstoffbahn bewegbar sind.
Weiterhin wird eine Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, wie einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, beansprucht, die eine Messvorrichtung mit den genannten Merkmalen aufweist. So kann durch das kontinuierliche Messen der Faserstoffbahnfeuchte ein Feuchteprofil der Faserstoffbahn erstellt und/oder die Maschine gesteuert und/oder geregelt werden.
Weitere Merkmale der erfindungsgemäßen Vorrichtung und weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispieles unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
In 1 wird eine erfindungsgemäße Messvorrichtung gezeigt und näher erläutert. Diese erfindungsgemäße Vorrichtung dient insbesondere zur Messung des Feuchtegehaltes von flächenartigen Gütern (Papier, Karton, etc.)
1 gezeigt die Messvorrichtung welche aus einem Sender 9 und einem Empfänger 10 besteht. Zwischen Sender 9 und Empfänger 10 befindet sich die zu vermessende Faserstoffbahn 4 bzw. wird diese durch den Messspalt 12 geführt. Bei dem Einsatz in einer Papierherstellungsmaschine geschieht das mit einer Bahngeschwindigkeit von bis zu 1200 m/min.
Die zwei Gehäuse, des Senders 9 und des Empfängers 10, sich oberhalb und unterhalb des flächenartigen Messguts derart angeordnet, dass zwischen ihnen ein Messspalt 12 entsteht, durch den die Faserstoffbahn hindurchführbar ist.
In dem Sender bzw. Sendergehäuse ist eine Lichtquelle (1), wie eine Infrarotlampe positioniert, deren ausgehendes Licht über eine Spiegel (3) durch ein Chopperrad (2) auf die Faserstoffbahn (4) geleitet wird. Mittels des Chopperrad (2) wird das Licht derart moduliert, dass eine phasensynchrone Detektion erreicht wird.
Das durch die Faserstoffbahn (4) transmittierte Licht wird über eine Linse (8) in eine Ulbrich-Kugel („Integrating Sphere”) (5) gebracht und in dieser homogen gestreut. An der Oberfläche der Ulbrich-Kugel sind mehrere Detektoren (6) angebracht.
Jedem Detektor (6) ist ein optischer Filter zugeordnet, so dass jeder Detektor jeweils Licht mit einer definierten Wellenlänge registriert. Aus den wellenlängenspezifischen Detektorsignalgrößen wird dann mit Hilfe einer in einer Auswerteinrichtung hinterlegten Kalibrierung der Feuchtegehalt bestimmt.
Die Detektoren und die Ulbrich-Kugel sind mittels einer Peltierelementregelung thermisch stabilisiert.
Zu Zwecken der Standardisierung und Überprüfung des Sensorstatus können auf Empfängerseite mit Hilfe eines „Verify”-Rades (7) unterschiedliche Transmissionsfilter in den Strahlengang des Sensors eingeschwenkt werden.
Bezugszeichenliste

1: Lampe
2: Moduliervorrichtung
3: Spiegel
4: Faserstoffbahn
5: Ulbrich-Kugel
6: Detektor
7: Filtereinrichtung
8: Linse
9: Sender
10: Empfänger
11: Signalausgang
12: Messspalt
13: Gehäuse

Claims

Messvorrichtung zur Messung von Faserstoffbahneigenschaften, insbesondere des Feuchtegehaltes, einer flächigen Faserstoffbahn (4) umfassend einen Sender (9) mit einer Lichtquelle (1) und einen Empfänger (10) mit einem Sensor (5), wobei der Sender (9) und der Empfänger (10) derart zueinander positioniert sind, dass zwischen ihnen ein Messspalt (12) vorhanden ist, durch den die Faserstoffbahn (4) hindurchführbar ist, und dass das Licht der Lichtquelle (1) durch die Faserstoffbahn hindurch auf den Sensor (5) leitbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender eine Moduliereinrichtung (2) und der Empfänger eine Ulbrich-Kugel (5) mit mehreren Detektoren (6) umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ulbrich-Kugel (5) und die Detektoren (6) mit einer Heizvorrichtung, vorzugsweise einem Peltierelement, beheizbar sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Moduliereinrichtung eine Chopperrad (2) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Licht der Lichtquelle (1) mittels eines Spiegels (3) auf die Faserstoffbahn Leitbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger eine Linse umfasst, mittels der das durch die Faserstoffbahn hindurch transmittierte Licht auf die Ulbrich-Kugel (5) leitet.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Empfänger eine Filtereinrichtung (7) mit unterschiedlichen Transmissionsfilter umfasst, die zur Standardisierung und Überprüfung des Sensorstatus in den Strahlengang des Lichtes, zwischen Faserstoffbahn und Ulbrich-Kugel (5), einschwenkbar ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (9) und der Empfänger (10) in je einem hermetisch dichtem Gehäuse (11) untergebracht sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Sender (9) und der Empfänger (10) an einer Traversiervorrichtung befestigt sind, mittels der diese quer zur Laufrichtung der Faserstoffbahn bewegbar sind.
Maschine zur Herstellung einer Faserstoffbahn, wie einer Papier-, Tissue- oder Kartonbahn, umfassend eine Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7.