DE2353772A1

DE2353772A1 - Geraet und verfahren zur fortlaufenden messung der feuchtigkeit in einer sich bewegenden papierbahn

Info

Publication number: DE2353772A1
Application number: DE19732353772
Authority: DE
Inventors: Carolyn May Bjorklund; Erik Bjorn Dahlin
Original assignee: Measurex Corp
Current assignee: Honeywell Measurex Corp
Priority date: 1972-10-27
Filing date: 1973-10-26
Publication date: 1974-05-22
Also published as: DE2353772B2; FR2205195A5; GB1416619A; FI56592C; FI56592B; JPS5418295U; SE390765B; CA1000406A; JPS4988588A

Description

der Feuchtigkeit in einer sich bewegenden "Papierbahn.

i>ür diese Anmeldung wird'die Priorität aus der entsprechenden US-Anmeldung Serial Nq. 301 521 vom 27. Oktober 1972 in Anspruch "genommen.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein G-erät und ein Verfahren zur fortlaufenden Lessung der Feuchtigkeit einer in einer Papiermaschine hergestellten, sich bewegenden Papierbahn, wobei das ließ ge rät. zwei Strahlungen verschiedener Wellenlänge im Infrarotbereich und eine Kompensation für den Einfluß der Änderungen des im Papier vorhandenen 3?asertyps aufweist.

Geräte zur Messung des Feuchtigkeitsgehalts einer srch bewegenden Papierbahn, die in einer Papiermaschine hergestellt wird, sind bereits bekannt. Ein Typ eines solchen F.eßgerätes zur Feucfttigkei-tpmessung umfaßt eine Infrarot-Strahlungsquelle, die Strahlung in zwei spektralen Bändern aussendet. Ein Band, üblicherweise bei 1,8 um Wellenlänge, wird als Bezugs strahlung verwendet,- weil diese verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Feuchtigkeit ist und in der Nähe eines Absorptionsbandes der Feuchtigkeit

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liegt. Ein zweites Band"J übliciisrwaise bei 1,9 pm, ist sehr empfindlich 'gegenüber Absorption durch Wasser, Die Dämpfung der Strahlung im Band von 1,9 pm liefert daher eine gute Anzeige für den FeLichtigkeitsgehalt des Papiers. Ein Bündel infraroter Strahlung, das die -Wellenlängen 1,8 pm und 1,9 um umfaßt, wird auf dem Papier fokussiert, und die durchgelassene Strahlung im Falle eines Durchlaß-I, eßgerätes, oder die reflektierte Strahlung im Falle eines Rückstreuungs-1. eßgerätes, wird von piezoelektrischen Zellen ermittelt, die eine Ausgangsspannmig erzeugen, die der Stärke der empfangenen Strahlung proportional ist. Die aus der Strahlung von 1,8 pm und 1,9 J^m stammenden Signale werden miteinander kombiniert, um ein Signal zu liefern, das gegenüber der Absorption durch die Fasern im' Papier, Ansammlung von Schmutz auf den Feßgerätefenstem und Veränderungen in der elektronischen Schaltung infolge von Temperaturänderungen kompensiert ist. Die Kombination der der Strahlung bei 1,6 pm und bei 1,9 pm entstammenden Signale kann die Form einer reinen Verhältnisbildung oder einer Kombination in Gestalt eines Verhältnisses annehmen, das durch verschiedene Eichkonstanten modifiziert wird, von denen einige durch ITacheichung jeweils auf den richtigen Wert gebracht werden

Das Signal H, das das Verhältnis der 3trahlungsa.nteile bei 1,8 /um und bei 1,9 pm darstellt, wird durch ein als "Eichung" bezeichnetes Verfahren in prozentuale Feuchtigkeitswerte umgewandelt, das üblicherweise wie folgt durch—

von Proben
geführt wird: Eine Anzahl herden ausgewählt, jede davon hat

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das gleiche G-rundgewicht, sie werden völlig oder "bis zvfelv.em festgelegten, prozentualen Feuchtigkeitsgehalt getrocknet. Unterschiedliche Kengen von Wasser werden sodann jeder Probe zugeführt, und die Proben werden darauf in Plastikhülleii versiegelt, um zu erreichen, daß das Wasser vom Papier absorbiert wird. Nach einer v/eiteren Wägung ist das tatsächliche Wassergewicht W der Proben bekannt..

Nächster Schritt des Eichverfahrens ist es, jeweils eine : Probe in das Me 3 geriet "zur Bestimmung der Feuchtigkeit einzulegen und einen Verhältniswert R für jede Probe zu ermitteln. Die Verhältniswerte R werden sodann über den Werten des Wassergewichts W aufgetragen, die durch das zuvor erwähnte Wägeverfahren bestimmt wurden, und die am "besten sich anschmiegende wird danach durch die ließpunkte gelegt. Nunmehr wird die Kurve mathematisch mit den aus der aufgetragenen Kurve ermittelten Konstanten nachgebildet.

Eine auführliche Beschreibung des Eichverfahrens -wird in der Patentschrift 3 641 349 (V.St.Ä., Dahlin) gegeben. Hort wird festgestellt, daß das Wassergewicht W mit dem Verhältnissignal B gemäß der folgenden Gleichung in Beziehung steht; . . , . " . " -

W = W₀ +"( R - R₀)(AB_w + B ) (I)'

Darin sind W ,R ,A und B Konstanten, die durch. Hacheichung

O⁷O

auf den richtigen Wert gebracht werden, und B_w ist das Gmm&gewiclit des völlig trockenen Papiers. Aus Gleichung (l)

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ist zu erkennen, da. 3 das Wassergewicht nicht nur von dem Verhältniss!{«rial 3, sondern noch von einer anderen Veränderlichen abhängt, nämlich derm Grundgewicht B . Das Steigungsmaß der Kennlinie des Verhältniswertes· R in Abhängigkeit vom Wassergewicht W ist in der Tat eine lineare Punktion des Grundgewichts B mit den Konstanten A und B.

In der vorgenannten Patentschrift wird ebenfalls aufgezeigt, daß die Konstanten der Gleichung nur in"einem beschränkten Bereich des Grundgewichts tatsächlich konstant bleiben. Folglich ist eine getrennte Gruppe von Konstanten für jede Papierstärke oder Gruppe von Papierstärken bestimmt worden für Papiermaschinen, zur Herstellung von Papier, dessen Grundgewicht in einem weiten Bereich variieren kann, d..h.

für einen großen Bereich von Papierstärken.

Wenngleich, die Anwendung der Gleichung (l) und das soeben beschriebene Eichverfahren genaue Ergebnisse unter vielen Umständen liefern, so' stellte man fest, da3 wesentliche Γ. eßungenauigkeiten noch immer eintreten können, wenn Veränderungen der Pulpe auftreten.

Die einer Papiermaschine zugeführte Pulpe kann von Hartholz-, Weichholzbäumen, oder von wiederverwertetem Papier, stammen und eine Anzahl verschiedener Zusätze aufweisen. Außerdem beeinflußt der Grad der Raffinierung die Pulpe auf entscheidende Weise. Wenn solche Größen, wie der Prozentsatz an Hart- oder Weichholz oder an wiederverwerte-

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BAD OfHOiNAL

tem Papier sich ändern, können sie die Ablesung um bis zu 3 f° verfälschen. Und ein solcher HeSfehler ist man- nehmbar,, wenn Messungen- .ait eine]? !iolera.jzfrtr/.o νDn 0,'J ,3 Ccforclw-t \^:orai::i. DcIi-- r \r.''- ·.,< die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein G-erät für die Feuchtigkeitsmessung und ein Verfahren zu schaffen, bei denen.eine Kompensation gegenüber Änderungen der Pulpe durchgeführt worden ist.

Weiterhin gehört es zur Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Meßgerät für die Feuchtigkeit zu schaffen, das für Änderungen des Hartholz/Weichholz-G-emischs der Pulpe kompensiert ist j ebenso wie für Änderungen der Undurchlässigkeit des Papiers infolge von Beschichtungen oder der Faserausrichtung.

Schließlieh ist es noch die Aufgabe der Erfindung, ein G-erät zur Messung der Feuchtigkeit zu schaffen, das auch . ein Signal zur Anzeige der Undurchlässigkeit des Papiers liefert.

Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist das erfindungsgemäße Meßverfahren dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Äusgangssignal erzeugt wird, das das Verhältnis der Absorption der Strahlung der einen Wellenlänge.in einem Band, das sehr empfindlich für die Abjorption durch Wasser ist, und der Strahlung einer zweiten, diesem Band benachbarten Wellenlänge, die verhältnismäßig unempfindlich für Absorption durch Wasser ist, darstellt, daß ein zweites Signal erzeugt wird,- das abhängig von der Durchlässigkeit der sich bewegen-

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den Papierbahn ist, da.1 das zweite mit; dem ersten Signal kombiniert wird, um ein drittes Signal zur Anzeige des ' Was s er gewicht ε -pro Flächeneinheit eier sich bewegenden-Papier-" bahn zu erzeugen, das verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Änderungen der 'Pasern ist.

Das erfindungsgemäße G-erät zur Γessung der Feuchtigkeit ist dadurch gekennzeichnet, daß es eine Strahlungsquelle aufweist, die eine erste Strahlung in einem spektralen Band erzeugt, das außerhalb, jedoch in der Fähe des Absorptionsbandes für Wasser liegt, sowie eine zweite Strahlung in einem spektralen Band, das im Absοrptionsband für Wasser liegt, daß das Bündel beider Strahlungen auf das Papier gerichtet' ist, dessen Feuchtigkeitsgehalt zu bestimmen ist, daS ein Empfänger zur Ermittlung der Strahlungsanteile vorgesehen ist, die durch die Papierbahn durchgelassen oder von der Papierbahn zurückgestreut werden, und daß Vorrichtungen zur Umwandlung der empfangenen Strahlungsanteile in den genannten spektralen Bändern in ein elektrisches Signal zur Anzeige des Verhältnisses der Energiewerte beider, in den genannten Bändern genannten Bändern empfangenen Strahlungsanteile, und zur Erzeugung eines Signals zur Anzeige der Undurchlässigkeit des Papiers vorgesehen sind, und daß die Anzeige der Undrirchlassigkeit mit der Anzeige des Verhältnisses der Strahlungsanteile derart kombiniert ist, daß sich ein Ablesewert für die Feuchtigkeit ergibt, der unbeeinflußbar durch Änderungen der Pulpe ist.

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im folgenden werden das e rf indungs gemäße Keß gerät und Verfahren beispielsweise "und anhand der beigefügten Zeichnungen "beschrieben,, Es zeigen:

3?ig.- 1 eine schematische Darstellung eines

Teils der erfindungsgemäßen, mechanischen Anordnung, teils als Blockschaltbild, teils als Schnittansicht,

I¹Ig. IA eine Draufsicht eines der Bestandteile der Anordnung nach Fig. 1,

Pig. IB eine Draufsicht eines anderen der Bestandteile der Anordnung nach Pig.» I, ·

Pig.. 2 eine gr aphis ehe Darstellung zur Veran-

sehaulichung eines vorbelcannten Eichverfahrens,

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Veran-. sehaulichung der Probleme, die mit den vorbekannten Verfahren verbunden sind, für. eine Gruppe mit einer einzigen Papierstärke ,

""" 3Fig. 4 eine graphische Darstellung der Situation

bei einer Gruppe von vielen Papierstärken,

JE¹Xg. 5 ein Blockschaltbild einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen, elektronischen Vorrichtungen,

Pig. 6 eine Kennlinie des Wassergewichts W, auf getragen über einem, auf die Undurchlässigkeit iSzegefien Signal L-, dieses Schaubild

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ist /geeignet zur Erläuterung der vorliegenden Erfindung,

Pig. 7 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Zusammenhangs zwischen dem Steigunirsmaß ^.W/^R der Kennlinie des Wass.ergewichts.W als Punktion des Verhältnisses R der beiden Strahlungsanteile und dem auf die Undurchlässigkeit L bezogenen Signal,

Fig. 8 ein Blockschaltbild einer zweiten, bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen elektronischen Vorrichtungen.

Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung ist es angebracht, die vorbekannten Einrichtungen im einzelnen zu erläutern. Dazu ist es sinnvoll,· mit der in Fig. 1 dargestellten, physikalischen Anordnung zu beginnen. Wie bei anderen Geräten für die Feuchtigkeitsmessung gibt es eine Strahlungsquelleneinheit und eine Strahlungsdetektoreinheit. Im Fall der Durchgangs-Meßeinrichtung wird das Papier zwischen der Strahlungsquelle und dem Strahlungsdetektor hindurchgeführt. Im Falle der Rückstreuungs-Feßeinrichtung befinden sich die Strahlungsquelle und der Strahlungsdetektor auf derselben Seite des Papiers. Die vorliegende Erfindung betrifft in gleicher Weise beide Typen von Meßeinrichtungen.

Bezugnehmend auf Fig. 1 ist die Strahlungsquelle allgemein mit 18 bezeichnet„und besteht aus einer Wolframfaden-Licht-

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quelle 21, die eine ferneinsteilbare Spannungsouelle 22 für die ladnespannung aufweist. Die Lichtquelle 21 ist beispielsweise von Typ Q.Ga/t DCR, Hersteller G-eneral Electric,mit einer Leistungsaufnahme von 200 W, sie kann Strahlung in den Bändern von 1,8 um und" 1,9 p.m Wellenlänge abgeben. Die Strahlung aus der Lichtquelle 21 wird durch ein scheraatisch bei 23 dargestelltes, optisches' System gebündelt. Der gebündelte Strahl ist durch eine gestrichelte Linie 24 dargestellt und tritt durch eine Öffnung 26, wo er auf ein Unterbrecherrad 27 trifft, das am deutlichsten in Pig. IA dargestellt ist» Das Unterbrecherrad 27 rotiert mit hoher Geschwindigkeit und ist gegenüber dem Strahlenbündel derart angebracht, daß die Zähne 28 des Rades regelmäßig den Lichtstrahl unterbrechen und bewirken, daß das hindurchgetretene Licht die Form einer Seihe steiler Impulse annimmt, deren Folgefrequenz durch die Umdrehungsgeschwindigkeit des Rades, seinen Durchmesser und die Anordnung der Zähne bestimmt wird. Ein Antriebsmotor 29 ist mit dem Unterbrecher^ rad 27 verbunden und ist üblicherweise vom Typ mit variabler Geschwindigkeit, so daß die Unterbrechungsfrequenz stetig verändert werden kann. .

Nach der Unterbrechung wird das Strahlenbündel 24 durch die Papierbahn 14 geleitet, von wo er durch die Sammellinse 31"¹ der Detektoreinheit, die allgemein mit 17 bezeichnet wird, aufgefangen wird. Der Strahl wird durch das Papier abgeschwächt, und die Absehwachurig oder Dämpfung ist.sowohl abhängig von der Feuchtigkeit im Papier als auch von der Undurelilässigkeit des Papiers. Der gesammelte und gebündelte

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Lichtstrahl wird durch eine erste, als Α-Filter bezeichnete Filteranordnung 32. geleitet., die aus einer Scheibe mit mehreren !Filtern 33 besteht. In der dargestellten Stellung liegt kein Filter im Strahlengang. Räch dem Verlassen des Α-Filters gelangt der Strahl zu einer Straülaufteilungs— vorrichtung 34, die beispielsweise aus einem halbdurchlässigen, versilberten Spiegel bestehen kann. Ein des so aufgeteilten Strahles, mit 36 bezeichnet, tritt durch ein Filter, bei dem die Fitte des Durchlaßbereichs bei 1,8 um liegt. Der gefilterte Strahl wird sodann von einer Bleisulfidzelle 38 aufgenommen. Der andere Teil des aufgeteilten Strahls, mit 39 bezeichnet, tritt durch ein Filter 41, bei dem die Mitte des Durchlaßbereichs bei 1,9 pm liegt. Der Strahl 39 wird dann durch ein zweites Euter 42 zur Eaeh.excb.ung geleitet, das als B-Filter bezeichnet wird und das mehrere, verschiedene Filtereinsätze 43 umfaßt, wie es am deutlichsten in Fig. IB dargestellt ist. Der Strahl 39 wird sodann von einer Bleisulfidzelle 44 aufgenommen.

Si

Die elektronischen Vorrichtungen des erfindungs gemäß en Meßgerätes, von dem eine bevorzugte Ausführungsform weiter unten beschrieben werden wird übt folgende 6-rundfunktionen aus: (l) Abgabe geeigneter, elktrischer Leistung an die Bleisulfidzellen, (2) Umwandlung der Änderungen des Widerstandes der Zellen, verursacht durch Änderungen der von den Zellen empfangenen Strahlung, in elektrische Signale, (3) Verhältnisbildung aus den Signalen, die aus den Kanälen entsprechend der Strahlung von 1,8 ^um und 1,9 J^m Wellenlänge

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stammt. Das sich ergebende Vei-Iiältnisslgnal R ist dem Gewicht des Wassers Yi/ im Papier proportional. .

Es ist zweckmäßig, Pig. 2 heranzuziehen, um zu verstehen, wie- das Verhältnissignal H in das Wassergewicht W umgewandelt wird. Die dargestellten Kennlinien können durch die folgende Gleichung (2) ausgedrückt werden :

W = W_o + ( R- B_O.)UB_W + B) (2)

Darin sind W ,B ,"A und B Konstanten, die durch Kacheichung auf den richtigen: Wert gebracht werden. Theoretisch gesehen ist B das Grundgewieht -des .völlig trockenen Papiers _o Jedoch kann B noch hei feuchtem Papier mit niedrigerer Genauigkeit verwandt werden. Die prozentuale Feuchtigkeit wird angegeben durch S₁*'

W prozentuale feuchtigkeit = — K (3)

■ . ^Bw^{+ W}

Dabei ist K eine Konstante zur Umrechnung in andere J^aB-einheiten. '

Bei der iirsprüngliehen Eichung des Keßgerätes zur Feuchtigkeitsmessung werden mehrere Feuchtigkeitsproben für zwei verschiedene Papierstärken in einer Gruppe vorbereitet. Vorzugsweise sind die. zwei verschiedenen Papierstärken solche mit erheblichen Gewichtsunterschieden, P g/m und Q g/m ," bei 8 bis 15 Proben «je Eapierstärke, die möglichst dicht bei dem Standard—Papiergewicht liegend ausgewählt werden, und diese Proben werden völlig oder bis zu einem ,festgelegten, prozentualen, verbleibenden Feuchtigkeits-

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gehalt getrocknet und dann gewogen. So wird ihr C-rundgewiciit B bei völliger Trocknung festgestellt. In diesem Zustandwerden jeder Probe verschiedene !»engen von V/asser zugefügt. Die Proben werden sodann jeweils in einer Plastilchülle versiegelt, um zu erreichen, daß das Wasser vom Papier absorbiert wird. Nach einer weiteren Wägung ist das tatsächliche Wassergewicht der Proben bekannt.

Der nächste Arbeitsgang des Eichverfahrens besteht darin,, jeweils eine Probe in die öffnung des Meßgerätes zu legen» Eine geeignete Hilfsvorrichtung, die nicht dargestellt ist, wird zu diesem Zweck verwandt. Fan veranlaßt, daß das ließgerät einen Wert anzeigt, und für jede Probe erhält man einen Verhältnis.wert R. Die Verhältniswerte R werden sodann über dem Wassergewicht W aufgetragen, und die sich am besten den Keßwerten anschmiegende Kennlinie, wobei die Keßpunkte mit "o^M im Falle der Papierstärke Q und mit ^Mx^M im Falle der Papierstärke P bezeichnet sind, wird eingezeichnet .-(Fig. 2).

Der Schnittpunkt zweier derartig angenäherter Kurven wird dann bestimmt, und seine Koordinaten werden mit W⁰ und

⁷ ο

R° bezeichnet. An diesem Punkt ist die Funktion R = f(W) unabhängig vom Grundgewicht. Tatsächlich bewirken Änderungen des Grundgewichts lediglich, daß die Kennlinien um diesen Wert rotieren.

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Anschließend werden die Steigungsmaße der Kurven mit den"verschiedenen Papierstärken auf die folgende Weise "berechnet, um die Konstanten A und B der Gleichung (2) zu bestimmen durch Ermittlung der Anfangswerte, die mit A und B "bezeichnet v/erden : ·

A = ..^ W/4 B (Kurve A) - AW/ΛΗ (Kurve B) ,.s

Β_τη (Kurve A) - B_Tr (Kurve B)

w w

(Kurve A) - A_QB_w(K:urve A) (5)

Dabei ist ΔW/AR gleich dem Steigungsmaß der angenäherten Kurve. Wie nachfolgend erläutert wird, werden die Anfängswerte A und B durch Facheichung auf den richtigen Wert gebracht.

Ein weiterer Bestandteil der Anfangseichung oder des Vorbereitungsverfahrens für jede Gruppe von Papierstärken ist die Ableitung von zwei zusätzlichen Konstanten R:. und R_ß für das Verhältnis,, deren Wert man am Ausgang der Meßanordnung erhälti Wenn nach Fig. 1 das Α-Filter zur Nacheichung in den noch ungeteilten Strahl eingeschaltet ist,- wird R, abgelesen. R-o ist ein Wert, der abgelesen wird, wenn das A-Pilter im ungeteilten Strahl und das B-Filter im Strahlengang 39 liegen. Diese Ablesungen werden vorgenommen, wenn kein Papier in der öffnung des Meßgerätes liegt.

Nach der Anfangseichung .werden die Konstanten A_n,B . R? und ⁰ in einem Rechner oder einer anderen, geeigneten Einrichtung gespeichert für den Gebrauch beim tatsächlichen Meßver-

•fahren. Nach einer Anzsiil von Abtastungen einer Papierbahn, deren Feuchtigkeitsgehalt gemessen werden soll, wird die Kacheichung ausgeführt. Genauer gesagt, wird der Verhältniswert R. berechnet für den Fall des Α-Filters im Strahlengang, und auf ähnliche Weise wird füj; den Fall des zusätzlichen B-Filters das Verhältnis S-g errechnet für den Strahlengang des Strahls von 1,9'um Wellenlänge. Die berichtigten Werte für A, B, S und W werden beim Fache ichverfahren durch Anwendung der folgenden Formeln ermittelt!

•qO ~O

■ (6) -

.ti	+	I	^RA	L	—	-	^RB
B				¹A	. -	T?⁰ ^RB
*o		^Ri		^RB
^Wo	-

(7)

(8) (9)

Ss ist anzumerken, daß das anfängliche Wassergewieirfc W° üblicherweise nicht berichtigt zu werden braucht. Ferner ist anzumerken, daß die Gleichungen (6) und (7) eine Drehung der Eichkurven für die Papierstärken P und Q in Fig. 2 bewirken, und daß die Gleichung· (6) eine seitliche Verschiebung der für die Messungen verwandten Kurve bewirkt.

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Danach kaim durch. Anwendung der Gleichungen (2) -und (3) die prozentuale. Feuchtigkeit der vermessenen 1?a/pierbahn "berechnet werden. ■

Der Ablesewert für das G-rundp-ewieht B„, kann durch eine Iv;eßvorrichtung für das ·Grundgewicht geliefert werden, die •in dem ebenfalls eingereichten Patent antrat 115 100 (V.St. A.) mit dem Titel "Meßverfahren zur Bestimmung des Grundgewichts¹¹ (Basic" Weight Gauging Method, Bossen et al ) ■beschrieben wird, der am 12.2. 1971 eingereicht wurde. Das Grundgewicht enthält den tatsächlichen Feuchtigkeitsgehalt" des Papiers. Da die Verwendung des Grundgewichts.für den feuchten Zustand- keine ausreichende Genauigkeit für einige Zwecke ergibt, hat man festgestellt, daß das Grundgewicht

für den Zustand völliger Trocknung, das in den Gleichungen (2) und (3) zu verwenden ist, aus der folgenden Gleichung ermittelt werden kanns ■" . .

£_w(feucht) - OW₀ -BG (Jt-

-8 ^völlige Trocknung) = -■

1 + AO. ( li - ii_o) .

. ; .-■"■ _ do)

Dabei ist G ein Umrechnungsfaktor für andere Maßeinheiten, der gleich K/lOO ist,-und A, G, R_q und W_Q sind Ausdrücke aus den Gleichungen (6), (7), (3) und (9)· Gleichung (lO) ist aus den Gleichungen -.(?} und (3) hergeleitet durch Bestim-Laung der'Jiönvergejaz dieser (xleichungen bei Berücksichtigung des Was serge wicht s bei der kessung" des Grundgewichts·

Wie'zuvor er\vähnt_? liefert dieses Verfahren keine genauen

Ergebnisse in Anisen, wo eier GaLaIt -λϊι fasern und Zusätzen sich Dedeutsam-ändert. Un dies noch deutlicher zu erkennen, ist es sweCkHU-Ui^;, U¹Ig. 3 . heranzuziehen. Diese Abbildung "bezieht sich auf i-'ig. 2 insofern, als Papier mit zwei verschiedenen Grundgewiehten verwendet γ/urde, um die oben beschriebenen Proben herzustellen. Im vorliegenden .?all wiesen die Proben drei wesentlich voneinander verschiedene, prozentuale irj-artholz/v/eichholziiiischungen auf. Damit wird die Gleichung (2) sehr ungenau, da beispielsweise bei einem bestimmten Papiergewicht von Q g/m² ein Signal für ein gegebenes Verhältnis drei verschiedene Wassergewichte anzeigen kann, in Abhängigkeit von dem gerade bei dem Papier geltenden H_artholz-/Weich holzgemisch. Ergebnisse von Versuchen haben gezeigt, daß dieses Phänomen zu Dehlern von bis zu 3 i° bei der FeuchtigkeitsbeStimmung führen kannο

3 zeigt -die Situation für eine Gruppe von Proben von einer einzigen· Papier stärke. 'Man bemerkt, daß alle Eichkurven von einem einzigen Punkt W_Q, R_Q ausgehen. Die Situation im -li'all einer Gruppe mit vielen Papierstärken ist in Pig» 4 dargestellte .Bei üg» 4 wurden die für die Gruppe 1 gezeigten Eichkurven dadurch bestimmt, daß man drei Gruppen· von Proben wählte, von denen jede eine wesentlich verschiedene Hartholz-ZWeichholzmischung aufwies, jedoch bei gleichem Grundgewicht. Die Proben wurden auf dieselbe Art, wie zuvor erwähnt, vorbereitet. Das bedeutet, daß mehrere Proben mit demselben Hartholz-/Weichholzanteil und mit unterschiedlichen

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Wasser-jewieilten ?/" vorbereitet wurden. Die Proben werden dann in das Gerät zur Feuchtigkeitsmessung' eingebracht, und der Verhältniswert Λ wird abgelesen. Das Verhältnis R wurde dann über dem bereits bekannten Wassergewicht W aufgetragen» Dieses Verfahren wurde bei mindestens zwei Gruppen v-on Proben mit verschiedenen Hart ho Iz-/We idhholzanteilen befolgt.

Aus dem zuvor Gesagten wird offensichtlich, daß die vorbekannte Methode der Berechnung der Feuchtigkeit, die: vom Grundgewicht abhängt, nicht zufriedenstellend ist.' Folglich ist ein· wesentlicher Beitrag der vorliegenden Erfindung gegeben durch die Erkenntnis, daß das Wassergewicht genauer bestimmt werden könnte, wenn, .men ein auf die Undurchlässigkeit bezogenes Signal und ein dem Verhältnis H entsprechendes Signal verwenden würde anstelle eines Signals für das Grundgewicht und ein Verhältnis signal , wie es in der Gleichung (3) verwendet wurde* Unter Undurchlässigkeit versteht man die Eigenschaft des Papiers, die direkt die Fähigkeit ausdrückt* die Weiterleitung von Formen der Strahlungsenergie zu verhindern oder abzuschwächen* Um dies tun zu können, wird ein auf die Uhdurchlassigke.it bezogenes Signal erforderlich*

Fig. 5 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform der elektronischen Vorrichtuggen * die nach der vorliegenden Erfindung. Verwandt werden, um ein auf die Undurchlässigkeit bezogenes Signal zu erzeugen-. Eine zweite vorteilhafte AUsführuhgsform

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wird in Verbindung: mit %. 8 erläutert. Unter Bezugnahme auf 21g. 5 sind die BleisulfidzeIlen. 38 und 44 als Widerstände dargestellt. Und tatsächlich verhalten sie sich, elektrisch gesellen, wie veränderbare ä/i der stünde, deren •.Vert si eil umgekehrt proportional'mit der otarke der einfallenden Strahlung ändert, der sie ausgesetzt sind. JiLe Zellen sind durch eine Hochspannungs-Gleichstroiii^-versorgung 4-6 vorgespannt, die üblicherweise Spannungen im Bereich von 3⁰⁰ V über die Potentiometer 48 und 50 an die Zellen 38, bzw. 44, liefert« Elektrisch mit den Zellen 38 und 44 verbunden sind an sieb, bekannte Vorverstärker 52 und 54, deren Aufgabe es ist, lediglieh den Spannungspegel der Eingangssignale anzuheben.

Die Amplitude der Signale, die an den Ausgängen der Vorverstärker 52 und 54 erscheinen, verändern sich oft im -Bereich von zwei Größenordnungen. xtLes wird verursacht durch Änderungen der Undurehlässigkeit des Papiers infolge der fasermischung der Pulpe und infolge von Änderungen des: G-rund— ge wicht s · Vom Standpunkt der Signalaufbereitung her ist es wünschenswert, die Veränderbarkeit dieser Signale zu verringern= JÜies wird erreicht durch geregelte Verstärkung der Signale, derart, daß die resultierenden Signale auf einem konstanten Pegel gehalten werden» Das Signal im Kanal für die 1,8 jam- Strahlung kann auf einem Spannungswert von 8 V gehalten werden. Die .Beziehung zwischen dem 1,8 pm- und dem. l,9pm-Kanal mui3 sehr genau aufrechterhalten werden, so da# das aus Dei den Kanälen gebildete Signalverhältnis sich nicht verändert.

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Die automatische Verstärkungsregelung wird durch die bei 56 dargestellte Anordnung durchgeführt«, Wie I"ig. 2 zeigt, gehen sowohl der 1,8 um- als auch der 1,9 um-kanal zu der automatischen Verstärkungsregelungsvorrichtung und verlassen diese auch wieder als unabhängige Kanäle. Die einfachste Anordnung zur Erzielung einer automatischen Verstärkungsregelung würde darin bestehen, einen Verstärker für die automatische Verstärkungsregelung in jedem Kanal anzuordnen, wobei jedoch die Verstärlcungsregelung auf dasselbe, eingekoppelte Ausgangssignal anspricht. Biese Anordnung kann für viele Anwendungen benutzt werden. Sa^:e ist jedoch bei einer jeden Anwendung nicht zufriedenstellend, wo der Wert des Verstärkungsfaktors sehr genau innerhalb enger Toleranzen geregelt werden muß. Das Grundproblem besteht darin, daß Verstärkerbausteine nicht genau einander entsprechende Kenndaten aufweisen., Die Spannungs-Zstromkennlinien, ebenso wie der Temperaturgang eines jeden Halbleiterbausteins weichen in irgend einer Weise voneinander ab, Daher würde die dem Eingangssignal erteilte-Verstärkung von Kanal zu Kanal verschieden sein, selbst wenn zwei getrennte Verstärker.auf dasselbe, vom Ausgang eingekoppllte Signal ansprechend

Durch eine Zeitmultiplexsehaltung der 1,8 pm- und 1,9 um-. Kanäle wird dieses Problem gelöst, wobei das Zeitmultiplexsignal ,durch eine einzige Verstärkeranordnung für die auto- • matisehe Verstärkungsregelung geleitet und am Ausgang wieder , in die beiden einzelnen Signale zerlegt wird. Das einzukoppelnde Signal für die automatische Verstärkungsregelung

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wird am Ausgang des 1,8 iim-Kanals abgenommen. Zum Zweck der geregelten Verstärkung werden die Ausgangssignale der Verstärke! 52 und 54 dem Schalter 58 zugeführt,· der wechselweise den 1,8 um- und den 1,9 um-Kanal an den Verstärker 60 Fehaltet. " Verstärker 60 ißt vor^e,softer., um jegliche Belastung des 1,8 ^m- oder des 1,9 /um-Kanals zu beseitigen, und gestattet sehr schnelles und genaues Abtasten. Das Ausgangssignal des Verstärkers 60 wird über einen Widerstand 62 der Source-Elektrode eines Feldeffekttransistors 64 zugeführt. Die Drain-Elektrode „ des Feldeffekttransistors 64 ist an Masse gelegt. Im Betrieb wirkt der Feldeffekttransistor 64 als spannungsgesteuerter Spannungsteiler. Wenn der Widerstand des Feldeffekttransistors 64 steigt, nimmt gleichzeitig die dem Schalter 66 zugeführte Spannung zu. Dies ist dadurch gegeben, daß der prozentuale Anteil des Spannungsabfalls am Widerstand 62 in bezug auf den GesamtSpannungsabfall abnimmt»

Die Schalter 58 und 6,6 werden synchron betrieben und von einem Unterbrecheroszillator mit Treiberstufe 58 gesteuert, die vorbekannt sind.

Das Ausgangssignal der Anordnung 56 für die automatische Verstärkungsregelung besteht aus zwei amplitudenmodulierten Wechselspannungen. Das Signal des 1,9 yum-Kanals wird am Ausgang 70 abgenommenund einem Verstärker 72 zugeführt, während das Aus gangs signal des 1,8 jam-Ka.ns.1s vom Ausgang abgenommen wird, um dem Verstärker 76 zugeführt zu werden. Die Verstärker 72 und 76 sind schmalbandige Verstärker, die

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b des Nutzf requenzbändes· liegende Oberwellen, beseitigen,-, die durch: das Zeitmultiplexverfahren hervorgerufen werden,= Die Außgängsspanaaung dieser Verstärker erscheint sodann als ein rein sinusforMiges, amplitudenmodüliertes Signal.

Die Aus gangs spanrimngen der Verstärker 72 und 76 werden zwei Demodulatorschaltungen 78 und 80 zugeführt, die die im amplitudenmodulierten Wechselspannungssignal enthaltenen Informationen exakt in einer Gleichspannung überlagerte Informationen umwandeln. Die Aufgabe der Demodulatorschaltungen 78 und 80 ist grundsätzlich eine Spitzengleichrichtung. Diese Schaltungen sind ebenfalls vorbekannt„

Um die Spitzenwerte der die Informationen tragenden Signale genau gleichzurichten, wird ein Trägersignal benötigt, das genau dieselbe Frequenz und eine exakte Fhasenbeziehung zu dem die Informationen tragenden Signal hat. Um diese Punktion zu schaffen, ist eine phasensynchronisierte Frequenzregelanördnung bei 82 vorgesehen, die die Synchronisation mit dem 1,8 ^um-Kanal herstellt. Die Regelschleife besteht aus einem an sich bekannten, spännungsgesteuerten Oszillator 84, der amplitudenstabilisiert ist. Die Ausgangsspannung des spannungsgesteuerteii Oszillators 84 wird über eine Leitung 86 einem Eingang eines Phasendetektörs 88 zugeführto Die Elngangsspannung vom 1,8 jum-Kanal wird dem Phasendetektor 88 vom Ausgang eines Bandpass—Verstärker³ 76 über die leitung 90 zugeführt^

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Der Phasendetektor 8-δ ist von anslch bekannter Konstruktion und liefert ein Ausgangssi^nal an einen Integrator 92, dieses Aue ^ngs signal ist proportional der Phasendifferenz zwischen den beiden Eingangssparüiaiigen. Sin Fehlersignal von O Volt wird erzeugt, wenn die Phasendifferenz genau 90° beträgt. Der Integrator 92 ist vorgesehen, damit der Restfehler in der Regelschleife zu null wird. Die Aus gangs spannung des Integrators 92 ist das Integral des vom Phasendetektor 88 gelieferten lehlersignals. Dieses integrierte Signal wird dem spannungsgesteuerten Oszillator 84 zugeleitet, dessen Ausgangsfrequenz vom Spannungspegel der ihm zugeführten Steuersignale geregelt wird. Die Ausgangsspannung des spannungsgesteuerten. Oszillators 84 wird ebenfalls einem Phasenschiebernetzwerk 94· zugeführt. Dieses Netzwerk 94 ergibt eine Phasenverschiebung von 90° zwischen seiner Eingangs- und seiner Aus gangs spannung und wird benötigt, um den Einfluß der Phasendetektorschaltung 88 zu kompensieren, die die fehlerspannung null abgibt, sobald die Phasendifferenz zwischen beiden Eingangs Signalen 90° beträgt. Somit ist das Ausgangssignal des Phasenschiebernetzwerks 94 von genau derselben !Frequenz und Phase wie die Wechselspannungssignale sowohl im 1,8 pm- als auch im 1,9 /un-Eanal, die den Demodulatoren 78 und 80 zugeführt werden. Die Ausgangs spannung des Phasenschiebernetzwerks 94 wird über die Leitungen 96 und 98 den Demodulatoren 78 und 80 zugeführt.

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Die Ausgangs Spannung des Demodulators 80 des 1,9 um-ifanals findet als einzulcoppelnde Spannung für den Regelverstärker der Anordnung 56 für die automatische.Verstärkungsregelung Verwendung« Die Ausgangsspannung des Demodulators 78 wird über einen Widerstand 100 dem Eingang eines integrierenden Verstärkers 102 zugeleitete Eine Bezugsspannung 104 hoher Genauigkeit ist über den Widerstand 106 mit dem Eingang des integrierenden Verstärkers 102 ebenfalls verbunden» Diese Anordnung wirkt als Spannungsvergleichssehaltung. Solange, wie die hinter dem Widerstand 100 anliegende Spannung gleich der hinter dem Widerstand 106 liegenden Spannung in Richtung zur Spannungsquelle 104- hin ist, wird dem integrierenden " Verstauter 1Ö2 kein Fehlersignal zugeführt. Wenn jedoch die Ausgangsspannung des Demodulators 78 von ihrem normalen Wert abweicht, veranlaßt der durch den Widerstand 100 fließende Überschuß-oder Fehlstrom den integrierenden Verstärker 102, ein Aus gangs signal abzugeben, das proportional dem Integral jener Stromänderung ist« Dieses Signal wird sodann über die Leitung 108 der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 64 zugeführt. Die Regelschleife ist derart ausgestaltet, daß die Ausgangsspannung des Demodulators 78 auf einem konstanten Wert _ gehalten wird. Da das Signal des 1,9 Jüm-Kanäls auch mit genau demselben Verstärkungsfaktor wie das Signal des 1,8 iim-Kanals verstärkt wird, bleibt das Verhältnis beider Signale zueinander erhalten. "

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Die Ausgangsspannungen der Demodulatoren 78 und 80 werden über die Pufferstufen 110 und 111 mit der Verstärkung von 1 entweder einem Rechner oder einer anderen, geeigneten elektronischen Schaltung zugeführt.

Das der Undurchlässigkeit zugeordnete Signal L wird an der Regelschleife, zwischen dem 1,8 pn-Eanal und dem Eingang der Anordnung 56 für die automatische Verstärkungsregelung abgenommen. Genauer gesagt, wird das Signal L an dem gemeinsamen Punkt zwischen dem Ausgang des integrierenden Verstärkers 102 und der Gate-Elektrode des Feldeffekttransistors 64 abgegriffen.

Obgleich es für das allgemeine Konzept der vorliegenden Erfindung nicht von Bedeutung ist, erscheint es vom betrieblichen Standpunkt wichtig, daß der Typ des gewählten Feldeffekttransistors der Polarität des Ausgangssignaln des integrierenden Verstärkers 102 angepaßt ist» Im vorliegenden Fall wird ein die Arbeitsweise verbessernder Feldeffektransistor verwandte Daher verursacht ein ansteigendes Ausgangssignal aus dem integrierenden Verstärker 102 eine zunehmende Leitfährigkeit des Feldeffekttransistors 64, und somit eine Verringerung der Verstärkung der Anordnung 56 für die automatische Verstärkungsregelung. Daher steigt, wenn Mehr Strahlung durch das Papier dringt, die Ausgangsspannung des integrierenden Verstärkers 102 an, die ihrerseits den Widerstand des Feldeffekttransistors 64 verringert. Jedoch bedeutet mehr durch das Papier tretende Strahlung verringerte

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Undurchlässigkeit„ Folglich steht das der Undurchlässigkeit zugeordnete Signal L hiermit in umgekehrt proportionalem Zusammenhang. Ob direkt oder umgekehrt proportional, so ist der Zusammenhang nicht "bedeutend, wie aus der folgenden Besclüeibung von der Anwendung des Signals zu erkennen ist.

Die Signale aus den 1,8 ium- und 1,9 yum-Kanälen werden üblicherweise einem Rechner zugeführt, wo sie miteinander kombiniert werden. In der Vergangenheit hatte diese Kombination die Form eines reinen Verhältniswertes. Es hat sich jedooh als vorteilhaft erwiesen, die Signale auf die folgende Weise zu kombinieren:

% (C₁ g- D)
R= (11)

• ^E8 ^(AG1,9 ^{+ B})

Dabei sind A, B und D Eonstanten, die durch übliche Nacheichungsverfahren auf den richtigen Wert gebracht werden, Ko und Kq sind Konstanten, die zur Zeit der Eichung bestimmt werden, und C-, ο und C-, q sind die Signale aus dem 1,8 pm-, bzw. 1,9^um-Kanal. Die Kombination der Signale, die in der Gleichung (10) dargestellt ist, bildet für die Zwecke der vorliegenden Erfindung keine bedeutsame Abweichung vom reinen Verhältniswert und wird als Beispiel für andere Ausdrücke angeführt, die aus Gründen der Zweckmäßigkeit in das Symbol R einbezogen werden» Die vorliegende Erfindung umfaßt ausdrücklich alle Beziehungen, die die Signale aus dem 1,8 um- und dem 1,9 um-Kanal miteinander kombinieren.

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Wie zuvor erläutert, werden Proben zur Eichung des Feßgerätes vorbereitet. Außer dem Gebrauch von Sätzen von Proben mit verschiedenen Grun.dgewich.ten ist es jedoch, auch, möglich., Sätze von Proben mit gleichbleibenden Grundgewicht'en, aber mit verschiedenen Faserzusammensetzungen zu verwenden. Beispielsweise können unterschiedliche prozentuale Anteile von Hart-und Weiehholz in den beiden Sätzen von Proben verwendet v/erden.

Wie Fig. 4 zeigt, treffen die Eichkurven für eine bestimmte Gruppe von Papierstärken in einem Punkt zusammen« So treffen sich, beispielsweise die Kurven der Gruppe 1 in dem Punkt mit den Koordinaten (W , R₀.)η'· Jedoch werden sich die Kurven für verschiedene Gruppen von Papiersorten gewöhnlich, an verschiedenen Punkten treffen. In Fig. 4 sind diese Punkte hervorgehoben durch die außerhalb der Klammern angebrachten Indices»

Neben der Auftragung des Wassergewichts W über dem entsprechenden Verhältniswert R für die vorbereiteten Proben wird auch das Wassergewicht W über der Undurchlässigkeit Ii aufgetragen. _......-.

Fig. 6 ist eine graphische Darstellung des Wassergewichts W über der ündurchlässigkeit L. Bei jeder der zuvor erwähnt en Proben wird nicht nur das Verhältnis, sondern-auch die Undurchlässigkeit L gemessen. Somit gibt es in Fig. 6 eine Kurve, die jeweils einer andern Kurve in Fig. 4 entspricht. Entsprechend dem Schnittpunkt (W , R)₂ gift* ^es zwei Punkte

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In 2\

mit.-den Koordinaten (W , L )₀ und (W , L )ρ· Diese

,. Ii₀I₂ ¹^ (W ■-» ^ )₂ werden aus -äem Schnittpunkt der Kennlinie des V/ειε serge wichte Y/ in Abhängigkeit von L mit dem Wert von W , der aus dem Diagramm der Fig. 4 entnommen, vrurcle, ermittelt. In ähnlicher V/eise gibt es zu den.ICennlinien des Was ε er gewicht s W der Ps,piersortengruppe 1 in Fig. 4 die entsprechenden Kennlinien in Fig. 6. Wie zuvor erwähnt, besteht ein Umgekehrt proportionaler Zusammenhang zwischen dem mit der Undurchlässigkeit verknüpften Signal 1 und dem G-rundgewicht aufgrund der gewählten .elektronischen Anordnung. Diese Wahl wurde nur aus Gründen der Zweckmäßigkeit getröffen und ist in keiner Weise für die vorliegende Erfindung bedeutsam. Das heißt, daß jede von der Undurehlässigkeit abhängende. Spannung hier wirken könnte, selbst wenn die Eichkurven nicht linear verlaufen■>

Wie Fig. 5 zeigt, ist das Wassergewicht -W eine lineare Funktion des Verhältniswertes R. Es kann durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden: ."■-...

W=A (R- R₀) +W_o (12)

Darin wird A noch weiter zu erläutern sein, und R, R , W und W wurden bereits oben definiert.

Fig. 6 wird das Steigungsmaß & der Kennlinie für die Undurehlässigkeit L wie folgt definiert: " " >■ ■.""

w-w_o.,

Steigungsmaß β = ;

¹ -1₀

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Aus empirischen Analysen ist gezeigt worden, daß A innerhalb der Gruppe einer Papiersorte eine lineare Punktion des Un durchlässigkeitssignals L ist. Dieser Zusammenhang kann

durch die folgende Gleichung ausgedrückt werden:

(AW/AS J₁ = A =0(1,1 +./? (14)

Dabei stellt i die Ordnungszahl der Gruppe der betreffenden Proben dar.

Die Umstellung der Gleichung (14) ergibt:

^W - ^Wo
L₀ = L - (— ) . (15)

Dabei sind<*,ß und θ Konstanten innerhalb der Gruppe ein^r Papiersorte.

Das Einsetzen der Gleichung (15) in die Gleichung (14) ergibt die folgende Gleichung;

A =

W - W-

- ( Q )J +/3 (16)

Das Einsetzen der Gleichung (16) in die Gleichung (12) ergibt die folgende Gleichung:

r ^w-^wo ι

(W - W₀) =o([l - r~Q ) (R - R₀)J +/3(R - R₀) (17)

- v - -j- <^w - ^wo>- <^R - ν ⁺^^R - v

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BAD

(« -U J

O'

ft

Dieser Ausdruck kann wie folgt umgeformt werden:

(E -,.R^)-(OtL ψ )
(W - W_n) = " (18)

Wie man sieht, ist nunmehr das Wass.ergewicht W in Abhängigkeit von R und L angegeben. Alle anderen Faktoren,·^ ,A', Θ 'EL und \ϊ sind Konstanten für- die G-ruppe einer gegebenen Papiersorte· Somit ist das Wassergewicht W wiederum ein eindeutig, von den Parametern R und L abhängiger Wert, diese beiden Größen werden durch dag bei der bevorzugten Ausfüh—' rungsfarm beschriebene, erfindungsgemäße Keßgerät geliefert.

R und W können direkt einer Kennlinie des Wassergewichts W über dem Verhältniswert R, wie in Fig. 4* entnommen werden, Die Konstanten und können am besten bestimmt werden,, indem man/3W/£sR als Funktion von L aufträgt, wie Fig. 7 zeigt. Um die Kurve nach Fig.. .7' aufzutragen, werden Werte sowohl aus Fig. 4, als auch aus Fig. 6 entnommen. Aus Fig. 4 bestimmt das Steigungsmaß (^Wn/^Rir) für die erste Probe der Papiersortengruppe l/die Ordinate eines Punktes. Aus Fig. 6 bestimmt der I -Wert L derselben ersten Probe der Papiprsortengruppe 1 die Abszisse des in Fig. 7 einzutragenden, genannten Punktes". Die anderen Punkte werden in derselben . Weise eingetragen. Wie gezeigt, können die Konstanten und ddrekt diesem Diagramm entnommen werden. Üblicherweise

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werden diese Konstanten , und zwar ein Satz von Eons tauten für jede· Grtrope. einer Papiersorte, im Speicher eines Digitalrechners abgelegt ο Jedoch kann das ganze Verfahren, wie es gezeigt wurde, manuell durchgeführt werden.

Die vorliegende Erfindung wurde für zwei Gruppen von Papiersorten aus G-ründen der Übersichtlichkeit erläutert. Dieses Konzept ändert sich nicht, ganz gleich, wie hoch die Zahl

der Gruppen einzelner Papiersorten ist. ■

Sine erste bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen, elektronischen .Schaltung· zur Durchführung der gestellten Aufgabe wurde in Verbindung mit Fig. 5 erläutert» Bort wurde ein Verstärker mit automatischer Verstärkungsregelung benutzt, um den Signalpegel im 1,8 pn-Kanal konstant zu halten, und die Größe-j die den Wert der Dämpfung der Strahlung durch das Papier anzeigte, war die Regelspannung für die Steuerung der Verstärkung der Anordnung 56 .Nun wird eine zweite, bevorzugte Ausführungsfonn für die elektronische Schaltung zur Lösung der erfindungs gemäß en Aufgabe in Verbindung mit Fig. 8 erläutert. In diesem Fall wird die Lichtstärke der Lampe geändert, um den Signalpegel für den 1,8 /um-Kanal konstant zu halten.

Bezugnehmend auf Fig. δ wird die zur Feststellung der.

1,8 /um-Strahlung verwandte Bleisulfidzelle mit 120 bezeichnet.

Sie hat einen Widerstandswert H-, g . Dieser Widerstand liegt' in einem Zweig einer Brücke, deren Zweige ansonsten von drei

BAD

mit R¹ gekennzeichneten Widerständen gebildet werden, und die,- wie dargestellt, mit zwei Operationsverstärkern

122, 124 verbunden ist. Eine Stromquelle 126 ist jeweils mit einem Eingang der beiden Verstärker 122 und 124 verbunden. Die Ausgangs Spannungen der Verstärker 122 und 12-4 sind durch die folgenden Gleichungen gegeben: . "■"■■■■ ^Ri ^+R1,8

S_a = ——— E_c - (,19.)

R-T p

1,Ö ■ ;-

Λ + Ά

E_b = — ■ E (20)

r'

Dabei ist S die AusgängssToannung des Verstärkers 122, E-,

a -■--"*■ D

die Ausgangsspannung des Verstärkers 124, und E die von

der Stromquelle .126 gelieferte Wechselspannung.

Die Aus gangs Spannungen der Verstärker 122 und 124 werden einer Subtraktionseinheit 128 zugeführt. Die Aus gangs Spannung der Subtraktionseinheit 128 ist gegeben durch die folgende Gleichung, aus der zu ersehen ist, daß die Ausgangsspannung null wird, wenn R-, ο genau gleich R'ist. .

• R^}+. R-, c R + R ·

^Ec -

Weiterhin ist offensichtlich, daß die Polarität der Ausgangspannung E_ der Subtraktionseinheit 128 davon abhängt, ob 'R₁ ο größer als R ist oder kleiner. Kurz gesagt, liefert

der Ausgang der Subtraktionseinheit 128 ein vorzeichenbehafte-

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tes Signal, das proportional der Abweichung des Widerstandes H₁ ρ vom V/i der st and S¹ ist. Die Aus gangs spannung .der Subtraktionseinheit wird dem Synchrondetektor 130 zugeführt, der seinerseits die mit dem V/echselspannungs signal von der Subtraktionseinheit 128 zugeführten Informationen in äquivalente .Informationen in der Form einer veränderlichen Gleichspannung umwandelte Diese Informationen werden sodann einer Integrierstufe 132 zugeführt, die das Verschwinden des Restfehlersignals in der Regelschleife gewährleistet. Die Aus gangs spannung der. Integrierstufe 132 wird der Lampent reibe rstufe 134 zugeleitet, die ihrerseits die Fadenspannung der Lampe steuert und damit die Lichtstärke des Glühfadens 21 beeinflußt» . '

Im Betrieb ermittelt die Bleisulfidzelle 120 die Stärke der im Bereich von 1,8 um Wellenlänge vom Glühfaden 21 her empfangenen Strahlung. Wenn diese Strahlung von einem vorbestimmten Wert abweicht, wird ein Fehlersignal in der vorgenannten Brückenschaltung erzeugt, diese Fehlerspannung wird sodann - integriert und der Stromquelle für die Lampe zwecks Steuerung der Lichtstärke zugeführt. Das Fehlersignal ist von solcher Polarität, daß die Stärke der von der Lampe ausgesandten Strahlung in der Richtung verändert wird, daß das Zurückgehen der Fehlerspannung auf null bewirkt wird.'

Viele andere Anordnungen, einschließlich der konventionellen Wheatstone-Brücke, könnten in dieser Schaltung benutzt werden»

Wie gesehen werden kann, hat diese Anordnung ebenfalls die

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Eigenschaft, eine Regelspannung zu erzeugen, die ein Kennzeichen für die Undurchlässigkeit des Papiers ist, obwohl diese Anordnung in vielen Einzelheiten anders gestaltet ist. Dies ist dadurch gegeben, daß, um die Stärke der auf der anderen Seite des Papiers aufgenommenen Strahlung konstant zuhalten,die Lichtstärke in Abhängigkeit von der Undurchlässigkeit des Papiers verändert wird. Stärkere Strahlung wird bei undurchlässigerem Papier benötigt, und umgekehrt. ^{v H} . .

Fm dies auszunutzen, wird die Ausgangsspannung der Integrierstufe 132.durch eine Inverterstufe 136 geleitet, die lediglich bewirkt, daß das. Signal zum Kompensation des Einflusses der Undurchlässigkeit dem.entsprechenden Signal der ersten, bevorzugten Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung entspricht. Das bedeutet, daß das Signal zur Kompensation des Einflusses der. Undurchlässigkeit des Papiers abnimmt, wenn die Undurchlässigkeit des Papiers zunimmt,, Eine aus-, führliche Beschreibung der zweiten Ausführungsform kann in der Patentschrift 3 6I4 450 (. V.St.A.) gefunden werden, die am 19. 10. 1971 auf den Warnen von Hill et al. veröffentlicht wurde und den Titel tragt: Gerät zur Messung des Anteils . einer Substanz , die mit einem Grundmaterial verbunden ist. (Apparatus For Measuring the Amount of a Substance That is associated with a Base Material ). Dieses Patent ist auf den Inhaber der Rechte der vorliegenden Anmeldung übertragen worden-.

I _

Patentansprüche -

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Claims

P A 1I ENTA N SPRUCES

1. J Verfahren zur fortlaufenden Messung des Feuchtigkeitsgehaltes einer in einer Papiermaschine hergestellten, sich

_u Meßgerätes bewegenden Papierbahn mittels eines'mit Strahlung zweier verschiedener Wellenlängen im Infrarotbereich, mit Kompensation des Einflusses öer Änderung des im Papier vorhandenen Fasertyps, dadurch gekennzeichnet, daß ein erstes Ausgangs— signal erzeugt wird,das das Verhältnis der Absorption der Strahlung der einen Wellenlänge in einem Band , das sehr empfindlich für Absorption durch Wasser ist, und der Strahlung einer zweiten, diesem Band benachbarten Wellenlänge, die verhältnismäßig unempfindlich für Absorption durch Wasser ist, darstellt, daß ein zweites Signal erzeugt wird, das abhängig von der Durchlässigkeit der sich, bewegenden Papierbahn ist, daß das zweite mit dem ersten Signal kombiniert wird, um ein drittes Signal zur Anzeige des Wassergewichts pro Flächeneinheit der sich, bewegenden Papierbahn zu erzeugen, das verhältnismäßig unempfindlich gegenüber Änderungen der Fasern ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste und das zweite Signal nach der folgenden Beziehung miteinander kombiniert werden:

(S-R

W-W = ?

wobei R das erste Signal, £ das zweite Signal und W das dritte Signal darstellt, und W₀,R₀, c/ und Q Konstanten sind.

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3. Verfahren nacb. Anspruch 1,,dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des zweiten, von der Undurchlässigkeit des Papiers abhängigen Signals/eine Strahlungsauelle mit bekannter Strahlungsstärke auf die sich bewegende Papierbahn gerichtet ist, und daß Änderungen der Stärke der durch das Papier geleiteten Streiilung ermittelt werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein viertes Signal erzeugt wird, das dem Grundgewicht des Pagaiers proportional ist, daß das dritte Signal zur Anzeige - des Wassergewichts pro Flächeneinheit durch das vierte Signal dividiert wird, um ein fünftes Signal zu bilden, das proportional der prozentualen Feuchtigkeit in der.Papierbahn ist. · '

5. ^% Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß daß zur Erzeugung des zweiten, von der Undurchlässigkeit des Papiers abhängigen Signals/die Strahlung aus einer Strahlungsquelle auf die Papierbahn gerichtet wird, daß d.ie Stärke der durch das Papier übertragenen Strahlung bei einer der genannten Wellenlängen festgestellt wird, daß diese Strahlungsstärke mit einem vorbestimmten, konstanten Wert für die Strahlungsstärke verglichen wird, und daß die Stärke der von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlung derart verändert wird, daß der Unterschied zwischen der genannten, vom Papier durchgelassenen Strahlung und dem vorbestimmten Eonstanten Wert sieh null nähert.

60 Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des zwffiiten, von der Undurch<Lässigkeit des • Papiers abhängigen Signals die Strahlungsquelle auf das . Papier gerichtet ist, daß die Stärke der von der Papierbahn zurückgestreuten Strahlung bei einer der vorgenannten

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Wellenlängen festgestellt wird, daß die .Stärke der genannten Strahlung mit einem vorbestimmten, konstanten Wert für die Strahlungsstärke verglichen wird, da3 die Stärke der von der Strahlungsquelle ausgehenden Strahlung derart verändert wird, daß der Unterschied zwischen der genannten rüclcgestreuten Strahlung und den vorbestimmten konstanten Wert sich null nähert.

7o Gerät zur Durchführung des i.'eßve rf ahrens nach Anspruch 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Strahlungsquelle aufweist, die eine erste Strahlung in einem spektralen Band erzeugt, das-.außerhalb, jedoch in der Nähe des Absorptionsbandes für Wasser liegt, sowie eine zweite Strahlung in einem spektralen Band, das im Absorptionsband für Wasser liegt, daß das Bündel beider Strahlungen auf das Papier gerichtet ist, dessen Feuchtigkeitsgehalt zu bestimmen ist, daß ein Empfänger zur Ermittlung der Strahlungsanteile vorgesehen ist, die von der PaOierbahn durchgelassen oder von der Papierbahn zurückgestreut werden, und daß Vorrichtungen zur Umwandlung der. empfangenen Strahlungsanteile in den genannten spektralen Bändern in ein elektrisches Signal zur Anzeige des Verhältnisses der Energiewertß beider, in den genannten Bändern empfangenen Strahlungsanteile, und zur Erzeugung eines Signals zur Anzeige der Undurchlässigkeit des Papiers vorgesehen sind, und daß die Anzeige der Undurchlässigkeit mit der Anzeige des Verhältnisses der genannten Strahlungsanteile derart kombiniert ist, daß sich ein Ablesewert für die Feuchtigkeit ergibt, der unbeeinflußbar durch Änderungen der Pulpe ist.

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Le e rs e ι te