DE2828843A1

DE2828843A1 - Probenentnahme aus einer pulpe und messung des splitteranteils

Info

Publication number: DE2828843A1
Application number: DE19782828843
Authority: DE
Inventors: Jun Horatio Hughes; Robert Allen Schilling
Original assignee: Westvaco Corp
Current assignee: Westvaco Corp
Priority date: 1977-07-01
Filing date: 1978-06-30
Publication date: 1979-01-25
Also published as: NO782284L; FI782089A; CA1095738A; SE7807410L; DE2828843C2; GB2001368B; GB2001368A; JPS5440692A

Description

PATENTANWALT DIPL.-INQ. JOACHIM STRASSE

HANAU · RÖMERSTR.19 · POSTFACH 793 · TEL. (06181) £C3D;/iC740 -TELEX: 4:8J78ipat TELFCRAMME: HANAUPATENT

WESTVACO CORP.
New York, N. Y. 10017

U.S.A. 30. Juni 1978

Str/si 11 682

Probenentnahme aus einer Pulpe und Messung des Splitteranteils

Die vorliegende Erfindung betrifft ein qualitatives Meßsystem zur Bestimmung der Eigenschaften von Holzschliffpulpe in verdünntem Materialschlamm. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zum photometrischen Identifizieren des Prozentgehaltes von Splittern in einer Materialflußströmung.

In den Verfahren zur Pulpenherstellung aus Holz für die Papiergewinnung werden nacheinander mehrere chemische oder mechanische Stufen durchlaufen, um aus dem Holz in seinem natürlichen Zustand Zellulose herzustellen, in einer Form, die einen möglichst hohen Anteil einzelner oder kleingebündelter Zellulosefasern hat. Da Holz Jedoch kein homogenes Material ist, zeigt der standardisierte und gleichförmige Prozeß eines industrialisierten Pulpenherstellungsablaufes nicht bei allen Teilen eines Baumes die selben Ergebnisse.

Eine besondere bemerkenswerte Anomalie von Holz ist das Entstehen von Faserbündeln, die diröh querverlaufende (transverse fay) Zellen miteinander verbunden sind. Eine einzelne verfestigte Bündelgruppe kennt der Papierhereteller als "Splitter". Solche querverbundenen Bündel setzen dem Zerfaserungsverfahren einen hartnäckigen Widerstand entgegen.

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Obgleich die Holzpulpe während der Verarbeitung normalerweise mehrmals gesiebt wirdj ist es unmöglich, alle "Splitter" von etwa k bis 8 mm Länge und 100 bis 1^0 14m Stärke von einwandfreien Faserbündeln, bei denen die "Splitter"-Größe eine tolerierbare Größe hat, die halb so groß ist, zu trennen. Dennoch ist es für den Papierhersteller wichtig, daß das Vorhandensein von "Splittern" erkannt wird und unterhalb einer bestimmten Prozentmenge im Rohmaterial wegen des resultierenden nachteiligen Einflusses auf die Papierqualität oder das Papiergefüge gehalten wird.

Im allgemeinen wird in der Industrie eine Technik für die Überwachung des relativen Vorhandenseins von "Splittern" in der Pulpenströmung angewendet, bei der von Hand die jeweilige Probe mit den Splittern entnommen und im Vergleich zu einer Norm als Anteil in der Pulpe ausgezählt wird. Diese Technik ist selbstverständlich sehr zeitraubend und es liegt eine große Verzögerung zwischen der Zeit, zu der die Pulpe auf der Papiermaschine ankommt und der wirklichen Erkenntnis über den relativen Splittergehalt in dieser Pulpe. Daher ist es nicht unüblich, daß bereits von Maschinenbedienungspersonal Klagen über Gefügebrüche und nicht einwandfreie Papierqualität infolge eines übermäßigen Gehaltes an "Splittern" in der Pulpe bei der Betriebsleitung einlaufen, lange bevor die Untersuchung über den Splittergehalt als Ursache der Störung im Ergebnis bekannt wird.

Es ist deshalb an der Entwicklung von Überwachungstechniken für den Splittergehalt gearbeitet worden, die zeitlich besser zusammenliegen. Eine Veröffentlichung über solche Arbeiten ist im "Journal of Technical Association of the Pulp and Paper Industrie" (TAPPI, Volume 58, No. 10, Oktober 1975, Seite 120) veröffentlicht. Der Bericht beschreibt auch einen optischen Detektor, welcher zwei am Umfang angeordnete Lichtstrahler in einer gemeinsamen Ebene ηat,die auf eine mit einem

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Fenster versehene,einen Pulpenprobestrom führende Leitung gerichtet sind. Das Ansprechen von jeweiligen Photodetektoren auf die Schattenwirkung der Fasern, die den Weg des Strahls kreuzen, wird gemessen und von jeder Faser die Länge, Breite und Dicke bestimmt. Mit Hilfe von intern festgelegten Grenzen kann ein Splitter als solcher im Falle einer Passage unmittelbar identifiziert und gezählt werden. Die Häufigkeit solcher Splitter-Zählungen wird mit der Konsistenz und Flußgeschwindigkeit der Probe, die sorgfältig überwacht werden muß, verglichen.

Obgleich der zuvorbeschriebene optische Splitterzähler, der von Tellusond, Stockholm, Schweden hergestellt wird, außerordentlich genau arbeitet, handelt es sich doch um eine Laborvorrichtung, die die Isolierung einer Pulpenprobe von der Produktionsflußströmung zur genauen Kontrolle der Konsistenz und Flußgeschwindigkeit erfordert.

Die Konsistenz des Rohmaterials in einem Produktionsflußstrom wird im Bereich von 1 bis k i* auf der Basis des Trockenfasergewichtes gehalten. Der Splitterzähler von Tellusond erfordert jedoch eine Rohmaterialprobe in einer genau bemessenen Chargenmenge, nämlich von 0,01 g/l und eine Bearbeitungszeit von 10 Minuten für jede Charge. Dieser Umstand erfordert Vorbereitungshandlungen, die aus dem Abziehen einer adäquaten Rohmaterialmenge von im wesentlichen unbekannter Konsistenz aus der Produktionslinie, Analyse der Probe auf ihren Gesamtfasergehalt und genaues Mischen einer ausreichenden Rohmaterialmenge zu einer genau bekannten Konsistenz^. Dieses Verfahren kann für einen automatischen Proben- und Meßzyklus automatisiert werden, jedoch sind die nötwendigen Hilfsapparate kompliziert und erfordern eine aufwendige Wartung.

Die US-Patentechrift Nr. 3.461.030 "KEYES" beschreibt eine

^xbestehen ,

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andere Art einer Holzpulpenschlamm-Meßvorrichtung, welche auf der dielektrischen Qualität der Zellulose aufbaut. Zwischen zwei Fasern als Elektroden ist eine Spannungsänderung herzustellen, die in einem dazwischen durchfließenden bekannten Elektrolyten angeordnet sind. Ähnlich wie bei der optischen Vorrichtung von Tellusond integriert das Instrument von KEYES eine Querschnittsbereichsmessung einer Einzelfaser mit einer Übergangszeitmessung, um daraus einen volumetrischen Schluß ziehen zu können. Eine Aussage über die Konsistenz des Schlammes wird durch Kombination des Paser-Volumen-Ergebnisses mit einer gleichzeitigen Schlammvolumen-Messung gewonnen. Obgleich das Instrument von KEYES im Zusammenhang mit einem Konsistenz-Meßinstrument offenbart wird, ist es denkbar, daß es einfach für die Splittermessung übernommen werden kann, da damit die quantitative Messung einer Ei&elfaser oder des Partikelvölumens möglich sein könnte. Jedoch offenbarte US-Patentschrift Nr. 3.461.030 nicht eine technische Lehre über diese Möglichkeit oder wie eine entsprechende Anpassung durchgeführt werden könnte.

Nach dem zuvorbeschriebenen Stand der Technik besteht nach wie vor die Aufgabe ein Instrument zu schaffen, das den relativen Gehalt von Splittern im Produktionsfluß dös Rohmaterials einer Papiermühle stetig messen kann. Die Spezifizierung dieser Notwendigkeit durch die Pulpen- und Papierhersteller wird außerdem durch den Mangel einer zufriedenstellenden Pulpenprobe entnahme te chnik erschwert, die einfach, stetig und verhältnismäßig wartungsfrei ist.

Zellulose zeigt eine ungewöhnlich hohe Neigung (Affinität) zum Aneinanderkleben und zum Klebenbleiben an anderen Flächen« Eine jede einem Pulpenstrom ausgesetzte Fläche wird schnell mit einer anwachsenden Schicht von Fasern überzogen. Dieses Anwachsen setzt sich fort bis andere Kräfte wie beispielsweise die Schwerkraft oder die Flüssigkeits-Schubkraft die Adhäsionskraft der Faserbindung überschreitet und dadurch

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ein Abschwemmen einer angesammelten Menge verursacht. Folglich ist die Aufrechterhaltung eines stetigen Strömungsflusses der Pulpe ein Bemessungs- und Strömungsgeschwindigkeitsaus legungs -Problem. Relativ kleine Rohrleitungen werden schnell durch Faseransammlungen verstopft, wenn sie sich nicht durch eine relativ hohe Strömungsgeschwindigkeit selbst reinigen können. Aus diesen Gründen ist es schwierig, aus einer großen Produktionslinie eine kleine, jedoch repräsentative Pulpenprobe zu Testzwecken stetig abzuzweigen. Demgemäß ist es auch Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung für die stetige Entnahme einer kleinvolumigen Pulpenprobe verfügbar zu machen, die repräsentativ für den primären Strömungsfluß ist, die aber nicht verstopfen wird.

Die vorliegende Erfindung löst diese und andere Aufgaben mit Hilfe einer Vorrichtung zur stetigen Pulpenprobenentnahme, welche einen faserfreien Wasserstrom über einen offenen Abstand in einem großen Produktionsströmungsfluß und in eine Probenentnahmeleitung leitet. Der Druck auf den faserfreien Wasserstrom ist deutlich höher als der in der Produktionslinie herrschende Druck zur Aufrechterhaltung eines relativ geringen Energieverlustes über den erwähnten Abstand oder Schlitz. Nach den Grundsätzen der Hydraulik werden bei einer solchen Einrichtung Pulpenfasern aus dem Produktionsstrom in die Nähe dee Schlitzes gezogen, um In die Entnahmeleitung hineinzugelangen. Obgleich dabei eine Verdünnung der Konsistenz auftritt, wird der Probenentnahmeströmungsfluß auf einer im wesentlichen konstanten Flußgeschwindigkeit gehalten, deshalb kann die zu einem gegebenen Zeitpunkt entnommene Pulpenmenge direkt mit der Konsistenz des jeweiligen ProduktionsStroms in Bezug gesetzt werden.

Zum Zwecke der Splitterdichte-Überwachung wird der Probenentnahme -Strömungsfluß annäherndauf eine 0,05 $-ige Pulpenkonsistenz eingestellt, obgleich dieser Wert nicht besonders kritisch ist. Die geeignete Konsistenz ist 0,1 $ oder geringer.

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Die verdünnte Probe wird dann an einem Photodetektor-Fenster zwischen einer Lichtquelle und einem einzigen Photometer in einem annähernd 1,25 cm (i/2 Zoll) breiten Flußkanalspalt vorbeigeführt.

Spannungsmessungsvorrichtungen zeigen sowohl die Tatsache des Passierens von Fasern oder Splittern als auch deren relative Größe mit Hilfe des Partikelschattens auf dem Detektor an. Die Größe der Spannungserwiderung auf einen solchen Durchgang von Schatten steht in direkter Beziehung zur Größe des Schattens und daher der Größe des Partikels. Da Splitter bedeutend größer als hinnehmbare Faserbündel sind, lassen sich diese Signale des Detektors durch geeignete Signalunterscheidungs-Vorrichtungen ausscheiden.

Gleichzeitig werden Signale zur absoluten oder Gesamtpartikel-Flußgeschwindigkeit in Beziehung gesetzt sowie mit der Gesamt-Splitterflußgeschwindigkeit, um ein Signal zu bilden, das zur Splitterdichte im Probenstrom direkt proportional ist.

Eine genaue Kenntnis der Probenkonsistenz ist unerheblich, da die Erfindung eine erste Gesamtanzahl von Partikeln mit einer zweiten Gesamtanzahl von Splittern in Beziehung setzt, wobei die zweite Anzahl in der ersten Anzahl enthalten ist. Folglich ist für das erwünschte Resultat der Splitterdichte eine Bestimmung der absoluten Quantität dieser Anteile im Sinne der Konsistenz oder Trockenpulpenmenge pro Einheit des Schlammvolumens nicht nötig.

Demgemäß kann eine kontinuierliche Anzeige der Splitterdichte derart betrieben werden, daß automatisch eine geeignete Alarmvorrichtung ausgelöst wird, sobald die Dichte tolerierbare Grenzen überschreitet. Außerdem kann der Punkt im Produktionsströmungsfluß, an dem die Probe entnommen wird, wahlweise so festgesetzt werden, daß er genügend weit stromaufwärts der

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Hauptpapiermaschine liegt, um ausreichend Zeit für ein Ausweichoder Korrekturmanöver zur Verfügung zu haben, bevor eine Pulpe mit erhöhter Splitterdichte die eigentliche Papierausformung in der Maschine erreicht.

Im übrigen ist auf die Merkmale der vorangestellten Ansprüche zu verweisen,

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung eines in der Zeichnung mit Abwandlungen dargestellten Ausführungsbeispieles ,

Es zeigen:

Fig. 1 ein Rohrsystem als Schema für das vorliegende Pulpenüberwachungssystem,

Fig. 2 eine Längsschnittansicht des Photodetektor-Fensterabschnittes im Strom des fortwährend fließenden und zu überwachenden Materialflusses,

Fig. 3 einen Schnitt des Stromüberwachungsfensters entlang den Schnittlinien III - III in Fig. 2,

Fig. k ein Blockschaltbild für den Signalfluß im elektronischen Teil einer Meßanordnung

FIg, 5 eine schematische Darstellung eines abgeänderten Teils des Grund-Signalbehandlungssystems gemäß Fig. 4,

Fig, 6 eine schematische Darstellung einer Digitalsignal-Anwendung und

Fig. 7 ein Kurven-Schaubild.

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In Pig. 1 ist in einem mechanischen Schema eine Probeentnahmevorrichtung entsprechend der Erfindung dargestellt, welche durch eine einfache Öffnung TI in einem Produktions-Material-Leitungsrohr oder in einer Gefäßwand 10 eingeführt werden kann. Ein Stab 13 der Entnahmevorrichtung weist eine kleine Leitung 14 für die Zuführung von faserfreiem Wasser mit verhältnismäßig konstanter F3 ießgeschwindigkeit an eine Auslaufdüse 15 auf, welche achsial mit einer rechtwinklig geschnittenen Öffnung 16 einer Entnahmeleitung I7 fluchtet.

Zwischen der Spitze der Düsen 15 und der Öffnung 1<5 ist ein Spalt oder Abstand 18 vorgesehen. Dieser Abstand befindet sich in der Mitte des Stromes des Produktionsmittels, damit er von einer repräsentativen Menge des entsprechenden Produktionsmaterials durchquert wird. Was die querschnittsmäßige Anordnung des Abstandes 18 innerhalb des Produktionsstromes anbetrifft, so gelten übliche Regeln für die Anordnung derartiger Armaturen in einem Strom. So ist darauf zu achten, daß Stockungen und Stauungen vermieden werden und daß eine Anbringung in der Nähe von Rohrbiegungen und in unmittelbarer Nähe der Seitenwände unterbleibt.

Ein Dichtstopfen I9 dichtet die Wand im Bereich der Öffnung 11 rund um die Leitungen 14 und 17 gegen den Flüssigkeitsdruck ab.

Die mechanischen Konstruktionsparameter für das Probeentnahmesystem sind nicht kritisch» Es sollte lediglich darauf geachtet werden, daß der Druck des klaren Wassers in der Leitung 15 wesentlich größer zu sein hat als der Druck in der Materialleitung. Das System kann in etwa mit einer Strahlpumpe verglichen werden, sieht man vom Abstand 18 einmal ab. Im Falle einer Strahlpumpe wird die Energie des Düsenstromes in Randzonen einer im Volumen größeren Kammer freigegeben, wodurch eine Zone örtlich niedrigen

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Druckes entsteht, der in Verbindung mit der eingeleiteten Flüssigkeit steht. Aus dem Flußsystem geht keine energietragende Einleitungsflüssigkeit verloren und außerhalb der Kammer findet keine Vermischung von eingeleiteten und Einleitungsflüssigkeiten statt. Tm Falle der vorliegenden Erfindung findet die Vermischung der eingeleiteten und Einleitungsflüssigkeiten im verhältnismäßig unbegrenzten Volumen des Gefäßes für eingeleitete Flüssigkeit statt. Außerdem kann Einleitungsflüssigkeit gegenüber dem gesamten Stromfluß verloren gehen und mit aller Wahrscheinlichkeit findet dies auch statt. Obgleich der Energiewirkungsgrad dieses Teils der Einrichtung der vorliegenden Erfindung geringer ist als bei bekannten Strahlpumpen, ist diese Tatsache absolut gesehen unbedeutend. Für das Ziel der Entnahme eines Probestroms mit kleinem Volumen aus dem Hauptstrom mit 1-4-$-iger Konsistenz, der frei ist von Materialien, die die Rohre verstopfen könnten, ist die Energiefrage belanglos.

Bei einer versuchsweisen Ausführung der Erfindung erbrachte eine Leitung 15 mit 6,35 mm (i/4 Zoll) Durchmesser bei einer Fließgeschwindigkeit von 3,785 l/min (1 Gallone pro Minute) bei einem Druck von 3,45 bar (50 psi) über einen Spalt 18 von 19,05 mm (3/4 ZoIl)₁ einen Düsen-Quer-Strom durch eine Pulpenflußströmung von 25,85 Torr (0,5 psi) bei 4,5-<£-iger Konsistenz an das freie, offene Ende 16 einer Leitung 17 von 6,4 mm (1/4 Zoll) eine Pulpenentnahmeprobe von annähernd 0,5 bis 1,0-$-iger Konsistenz, die über ein Gefälle von 3,o48 m (1O Fuß) angehoben werden konnte.

Selbstverständlich lassen eich die Auslegungen des Probeentnahme systems hinsichtlich eines Mindestenergieverlustes über den Spalt 18 und ein maximales Gesamtgefälle und eine entsprechende Geschwindigkeit innerhalb des Entnahmerohrs I7 optimieren. Aus dem spezifischen beschriebenen Beispiel lassen sich durch einfaches Experimentieren die jeweiligen

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günstigen Werte ableiten. Zum obigen Zahlenbeispiel ist weiterhin anzumerken, daß es nicht notwendig ist, die Düsenstrom-Entladungsdüse 15 in den gleichen Dimensionen wie die Fangöffnung 16 in der Probeentnahmeleitung 17 varaisehen, da derartige Pangöffnungen 16 über einen relativ großen Bereich gut funktionieren und unter Umständen in abweichenden Abmessungen eine bessere Wirksamkeit entfalten. Desgleichen sind sich öffnende Pangöffnungen 16 mit Erfolg für den vorliegenden Zweck ausprobiert worden. Solche sich erweiternden Öffnungsanordnungen w· irken im vorliegenden System physikalisch wie der entsprechende Teil eines Venturirohres, wobei der Halsbereich weggelassen worden ist, um den Mischungsspalt 18 zu bilden.

Wenn sich der entnommene Probenstrom in der Leitung 17 innerhalb eines breiten Konsistenzbereiches von weniger als 0,1 % befindet, wie es vom Splittermeßgerät toleriert wird, kann dieser direkt an einen Rohrabschnitt mit einem transparenten Fenster 30 zwischen einer Lichtquelle 31 und einem Photodetektor 32 geführt werden. Sollte die Konsistenz der entnommenen Materialprobe größer sein als das vorgeschlagene Maximum, kann an einer Mischstelle 33 zusätzliches Verdünnungswasser beigegeben werden.

Der Fensterabschnitt 30 befindet sich in einem Endabschnitt einer Probenleitung 29» so wie es im Detail in den Fig. 2 und 3 dargestellt ist und kann einfach aus einem kurzen Abschnitt eines thermoplastischen Rohres mit 12,7 nun (i/2 Zoll) Innendurchmesser und einem unter Wärme ausgeformten Abschnitt 33, dessen sich gegenüberliegende Seitenwände "$k im allgemeinen parallel verlaufen. Auf die Außenseite dieser parallelen Seitenwände 3k sind zumindest eine Lichtquelle 31 und zumindest ein Lichtdetektor 32 aufgeklebt. Bei einer Versuchsanordnung wurde als Lichtquelle 31 eine Leuchtdiode LED und eine

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entsprechende lichtempfindliche Diode für den Detektor 32 verwendet.

In Fig. 4 ist ein signalverarbeitender Schaltkreis schematisch dargestellt. Vom Detektor 32 als Sensor wird ein Gleichstromsignal mit veränderlicher Amplitude abgegeben, das zunächst an einen Verstärker Al angelegt ist, der die Signalstärke auf einen verarbeitbaren höheren Wert bringt (zum Beispiel: Verstärker LM 747 der Firma National Semiconductors Ltd.).

Der durchschnittliche Ausgang vom verstärkten Gleichstromsignal wird über einen ähnlichen Verstärker A3 an die Lichtquelle 31 so zurückgeführt, daß eine annähernd konstante oder etwa gleichbleibende Lichtmenge am Photodetektor 32 aufrechterhalten werden kann. Auf diese Weiae werden Unterschiede, in der Wasserfarbe sowie solche, durch Verunreinigungen auf der Innenfläche des Probenrohrs 29 oder Alterung der Lichtquelle 31» eintreten ,kompensiert. Eine Kapazität C filtert das vom Verstärker Al gelieferte Signal und läßt nur diejenigen Impulsanteile durch, die von auf den Sensor (Photodetektor) 32 fallenden Schatten herrühren, wenn in dem zwischen Quelle 31 und Sensor 32 durchpassierenden Schlamm Partikel vorhanden sind.

Ein weiterer Verstärker A2 verstärkt die so gefilterten Impulssignale und legt sie zur Amplituden-Unterscheidung an Vergleichsverstärker CP1 und CP2 an. (beispielsweise LM 319 D von "National Semiconductors")· Jeder vom Verstärker A2 ankommende Impuls wird mit einem vorbestimmten Bezugswert R1 bzw* R2 verglichen und ein entsprechender Impuls nur dann weitergeleitet, wenn der ankommende Impuls gleich dem oder größer als der Bezugsimpuls ist. Bei der vorliegenden Erfindung ist der Bezugsimpuls für R1 vier- bis fünfmal größer angesetzt als der Wert von R2, so daß CP1 nur

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die Impulse mit großer Amplitude weiterleiten wird, die den Durchgang eines Splitters signalisieren. Gleichzeitig ist der Wert von R2 so angesetzt, daß CP2 nur Impulse übermittelt, die sowohl für Pasern als auch für Splitter stehen.

Die jeweiligen Ausgänge von den Vergleichs-Verstärkern CP1 und CP2 sind mit Eingängen von Pulsformern PG1 bzw. PG2 verbunden. Beide haben am Ausgang eine konstante Amplitude mit konstantem Ausschlag, nämlich einen Rechteck-Impuls, der jedem empfangenen Impuls mit veränderlichen Ausschlag entspricht. Diese Rechteck-Impulse werden über kurze Intervalle wiederholt, beispielsweise alle 50 Sekunden und zwar am Ausgang von Verstärkern A4 und A5, (etwa Typ AD 5O4 J "Analog Devices Inc.") welche eine entsprechende analoge Spannungsänderung proportional zur momentanen Impulsempfangs-Geschwindigkeit erzeugen. In dieser Stufe der Signalverarbeitung drückt das veränderliche Spannungssignal der Verstärker Ak und A5 in entsprechenden Dimensionen eine Proportionalität von beispielsweise Volt pro Splitter pro Sekunden.im Falle von A4 oder Volt pro Partikel pro Sekunde im Falle von A5 aus. Diese Dimensionen entsprechen der Tatsache, daß die momentane Strömungsgeschwindigkeit sowohl von Splittern ale auch den gesamten Partikeln durch eine absolute Ereigniszählung über einen kurzen Zeitraum bestimmt wird. Die Spannung der Verstärker Ak und A5 entspricht direkt der Größe der Ereigniszählung,

Diese Spannungssignale von den Verstärkern Ak und A5 können in einer Art Teilungsfunktion durch eine nachgeschaltete Schaltung R (etwa Typ AD 530 "Analog Devices Inc.") direkt kombiniert werden. Von dieser Schaltung R wird ein Gleichstrom-Spannungssignal proportional zur Splitterströmungsgeschwindigkeit abgegeben, das einen dimensionalen Wert je nach festgelegter Aufgabe liefert,

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Dieses dimensionsIose Verhältnissignal kann durch einen Verstärker A6 weiter verstärkt werden, um ein sachdienlich geeichtes Meldegerät 4o oder ein RegistrierstreifenaufZeichnungsgerät kl oder beides zu betreiben. In einer weiteren Sfefe kann nach derselben Technik wie in Stufe CP1, OP2 mit einer Spannungsvergleichsschaltung CP3 eine Alarmvorrichtung kZ ausgelöst werden, wenn der Wert des Verhältnissignals eine vorgegebene Bezugsgröße R3 übersteigt.

Anstelle der Analogsignalverarbeitung kann gemäß Pig. 6 auch eine geeignete Digitalsignal-Verarbeitungstechnik benutzt werden. Wie im Analog-System gemäß Fig. k geben Vergleichsverstärker CP1 und CP2 einen Impuls für jeden Splitter bzw, Partikel ab. Ein Teil dieser Impulse, genauer eine Partikel-Impuls-Kette ausnFaser-Impulsen, liegt an einem Digital-Zähler DC2 an, von dem ein Tor-Impuls gp an einen Digital-Zähler DC1 abgegeben wird, welcher gleichzeitig den Empfang von Splitter-Impulsen zählt. Der Anfang und das Ende des Tor-Impulses gp wird dazu benutzt, die Zählfunktion von DC1 zu starten und anzuhalten.

Am Ende eines jeden Tor-Intervalls, wird die angesammelte und gespeicherte Splitterzählung in DC1, welche die Anzahl der Splitter pro η Faser-Partikeln darstellt, an ein Anzeigeoder Steuermodul DD1 übermittelt. Der Empfang der Splitterzählung von DD1 leitet die Übermittlung eines Rückstellsignals rp an die Zähler DC1 und DC2 von einem Ruckstell-Generator RG ein, wo—durch die Partikel- und Splitter-Impulszählung wieder aufgenommen wird.

Diese Digital-Ausführung der Erfindung aus Fig. 6 ermöglicht dem Papierhersteller eine Digital-Anzeige des erwünschten dimensionslosen Splitterverhältnisses,

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Eine weitere mit der Erfindung verwendbare Signalverarbeitungstechnik bezieht sich auf einen logarithmischen Rahmen des relativen Splitteraufkommens. Ein logarithmischer Maßstab für einwandfreie Pulpe ist insoweit subjektiv als über einem Bezugsgrad für den schlechtesten Zustand eine Anzahl von Bereichen für den Grad der Pulpe aufgestellt werden kann. Ein solcher Maßstab kann mit einer Probe einer Pulpe mit dem größten Splitteraufkommen beginnen, das an der einen Qualitätsgrenze einer bestimmten Mühle liegt. Aus dieser ersten Probe wird ein Standard-Hand-Blatt ausgeformt und als zukünftige Bezugsgröße aufbewahrt.

Ein Teil der ersten Probe wird mit splitterfreier Pulpe in irgendeinem geeigneten Verhältnis, beispielsweise 1:1, verdünnt, um eine zweite Probe zu erhalten, woraus ein zweites Blatt ausgeformt und aufbewahrt wird.

Dieser Vorgang wird wiederholt bis ein Blatt ausgeformt ist, welches aus der Pulpe mit dem niedrigsten Splitteraufkommen

Am ausgeformt ist, für dessen Erzeugung die Mühle ein/Qualitäts-

standard hat.

Obgleich dieses Verdünnungsverhältnis angewendet werden könnte, stellt das Verhältnis 1 ι 1 ein logarithmisches System zur Basis 2 dar, wobei jeder Grad über der Bezugsgröße die Hälfte der absoluten Anzahl von Splittern des nächstniedrigeren Grades aufweist. Charakteristisch für die Logarithmus zur Basis 2 Skala ist, daß das menschliche Auge ein Blatt von einer unbekannten Probe durch den bloßen visuellen Vergleich mit den aufbewahrten Bezugsproben durchweg erkennen und genau klassifizieren kann. Außerdem ist der erhaltene Genauigkeitsgrad für die meisten Belange von Papierherstellern ausreichend. Um die vorliegende Erfindung mit einem solchen Maßstab für das Splitteraufkoramen in Beziehung zu bringen, braucht nur ein logischer Schaltkreis L der ge-

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wünschten Basis in den Signalfluß nach dem Verhältnisschaltkreis R zwischengeschaltet zu werden, wie es mit einem gestrichelten Pfeil in Fig. k angezeigt ist. (Für einen solchen Schaltkreis kann beispielsweise Typ AD 755 "Analog Devices Inc." verwendet werden.)

Durch Umwandlung des arithmetischen Verhältnisses des Splitter aufkommens in einer Materialflußströmung in den Logarithmus dieses Verhältnisses WgTd_3n <j f gSkalen des Anzeige-Instrumentes insgesamt absolut verkleinert und die tatsächliche Anzeige wird durch verhältnismäßige Spreizung des aussagekräftigen Bereichs für die Belange der Produktionslinie bedeutungsvoller.

Eine andere vorteilhafte abgeänderte Ausführungsform der Schaltung ist in Fig. 5 dargestellt. Auch hier findet eine Umwandlung der Ausgangssignale sowohl von A5 als auch A6 in proportionale logarithmische Funktionen durch Schaltkreismodule L1 und L2 (beispielsweise AD 75^P von "Analog Devices") statt. Es schließt sich eine einfache Summenschaltung an, um ein Signal vom anderen abzuziehen. Die sich daraus ergebende Differenz ist derselbe Logarithmus des zuvor beschriebenen arithmetischen Verhältnisses,

Im Schaubild in Fig. 7 ist ein ermitteltes typisches Arbeitsergebnis bei der Anwendung auf einen in einer Mühle verarbeiteten Materialstrom dargestellt. Auf der Ordinate sind Laborbestimmungen, des Splitteraufkoraraens in einer gegebenen Pulpe als Sollwerte aufgetragen. Auf der Abszisse des Schaubildes sind die Istwerte für dieselbe Pulpenprobe während der Produktion nach der Ermittlung gemäß der vorliegenden Erfindung aufgetragen. Ein Vergleich mit dem idealen Entsprechungsmaß, welches in gestrichelter Linie eingezeichnet ist, bezeugt der Erfindung Genauigkeit über einen breitvariierenden Bereich des Splitteraufkommens.

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Im Ganzen gesehen, macht die Erfindung eine direkte und kontinuierliche Technik für die Probeentnahme eines repräsentativen Bruchteils eines Produktionsstroms für Testzwecke verfügbar.

Das Splittermeßgerät an sich erfaßt und zählt jeden Partikel, der den Fensterbereich 33 passiert mit Hilfe des Schattens, der dadurch auf die Photodetektorzelle 32 geworfen wird. Gleichzeitig werden die Schatten von Splittern, die mindestens viermal so groß sind, wie die Schatten von zulässigen Faserbündeln, ausschließlich auf der Basis der Schattengröße in einer einzigen Lichtebene ohne Beachtung des Gesamtvolumens unterschieden.

Mit Signalverärbeitungstechniken werden die zusammengesetzten Signale vom Photödetektor gefiltert und gesiebt, um Gleichstromwerte über der Grundwertlinie von Impulswerten zu trennen, die von passierenden Partikelschatten erzeugt werden. Ob die Partikelquelle des passierenden Schattens ein Splitter oder ein Faserbündel war, wird von der relativen Amplitude des nachfolgenden Impulses bestimmt. Die gesamten Partikelimpulse werden in einer Signallinie verarbeitet, während von Splittern verursachte Impulse, die gleichzeitig dem Gesamtbestand zugefügt werden, getrennt in einer anderen parallelen Signallinie verarbeitet werden.

Die Anzahl der Impulse auf jeder Signallinie wird über einen festgesetzten Zeitraum, der für beide Linien gleich ist, gezählt. Hierdurch werden entsprechende Pulsgeschwindigkeiten vorgegeben. Die Division von einer Impulsgeschwindigkeit durch die andere liefert ein dimensionsloses Verhältnis zwischen den beiden als eine quantitativ bestimmte Anzeige des Splitteraufkommens im fließenden Strom,

Anzumerken ist, daß diese Lösung der Aufgabe unabhängig von der Materialkonsistenz über den Punkt hinaus ist, daß zwei oder mehrere Partikel nur einen einzigen Schatten auf den Detektor

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werfen. Dieser Umstand tritt bei Konsistenzen auf, die größer als O,T $ sind. Deshalb sind die Konsistenz- oder Flußgeschwindigkeitsveränderungen unwesentlich, solange die Probenkonsistenz geringer als 0,1 $ ist.

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Claims

PATENTANWALT DIPL.-INQ. JOACHIM STRA5SE .^i HANAU ■ RiJMhRSTR. 19 · POSTFACH 793 · TEL. (061(11) 80801/207 4(1 -TELEX: 4 184782 pst · TELEQRAMMF- HANAWPATENT WESTVACO COHP. : y y Ji""" ' 28 28843 New York, N. Y. IOOI7 <' U.S.A. 30. Juni 1978 Str/si 11 682 Probenentnahme aus einer Pulpe und Messung1 des Splitteranteils Patentansprüche

1.) Verfahren zur kontinuierlichen Entnahme einer verdünnten Probe aus einem Faserbrei eines unter Druck befindlichen Pulpen-Produktions-Stroms gekennzeichnet durch folgende Stufen:

- Zuführung von faserfreiem Wasser in einer ersten Leitung (1^) zu einem Punkt innerhalb des fließenden Produktionsstroms (1O), wobei das faserfreie Wasser unter im wesentlichen konstanter Strömungsgeschwindigkeit und unter einem Druck zugeführt wird, der wesentlich größer ist als der des fließenden Produktionsstroms (io),

- Anordnen einer zweiten zusammenhängenden Leitung (17)» die von einem offenen Ende (16) innerhalb des fließenden Produktionsstroms (1O) an einem Probeentnahmepunkt zu einer außerhalb des fließenden Produktionsstroms (1O) vorgesehenen Meßstelle führt,

- Überleiten eines Düsenstroms aus faserfreiem Wasser über einen unbegrenzten Spalt (18) innerhalb des fließenden Produktionsstroms (1O) von der ersten Leitung (1*0 in das offene Ende (16) der zweiten Leitung

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(17), wobei sich, die Richtung dieses Düsenstroms quer über die vorherrschende Strömungsrichtung des fließenden Produktionsstroms (1O) erstreckt.

2, Verfahren zur Bestimmung der relativen Menge von Splittern in einem fließenden Primärstrom aus fasrigen Partikeln gekennzeichnet durch folgende Stufen:

- Entnahme eines repräsentativen Probenströmungsflusses aus fasrigen Partikeln innerhalb des Strömungsflusses,

- Einstellen der Konsistenz des Probenströmungsflusses auf 0,1 io oder geringer,

- Vorbeileiten dieses konsistenzeingestellten Probenstroms an einem Photodetektor,

- Erzeugen eines zusammengesetzten ersten Gleichstromsignalflusses vom Photodetektor aus einer Reihe von Impulsen mit veränderlichen Amplituden, wobei jeder Impuls den Durchgang eines einzelnen PartikeIs am Photodetektor darstellt und wobei die Größe der Amplitudenänderungen direkt proportional der Größe der Partikel sind,

- Erzeugen von zumindest zwei fortgesetzten Signalflüssen von Impulsen aus dem ersten Signalfluß, wobei jeder Impuls im fortgesetzten Signalfluß einen Impuls im ersten Signalfluß darstellt, dessen Amplitude größer ist als eine Bezugsamplitude,

- Einstellen einer Bezugsamplitude auf einen Wert, der die Mindestgröße eines Splitterpartikels darstellt;

- Erzeugen erster und zweiter Zeit-Geschwindigkeits-Analog-Signale aus jedem der weiteren Signale durch

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Zählen der Anzahl von Impulsen, die jeweils darin enthalten sind, innerhalb eines gleichen Zeitraums und

- Kombinieren des ersten und zweiten Zeit-Geschwinddigkeit-Analog-Signals, um ein Verhältnis zwischen ihnen zu bilden.

3. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzei c h net., daß für die Probenentnahme aus einem fortwährend fließenden Faserbreistrom durch einen Strom mit faserfreiem Wasser im geringen Volumen, jedoch unter relativ hohem Druck über einen unbegrenzten Spalt (18) innerhalb des Stromes in eine Probenentnahmeleitungsöffnung (16) herausgespritzt wird.

4. Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der zusammengesetzte erste Gleichstromsignalfluß einen durchschnittlichen Gleichstromwert aufweist, der proportional zur gleichbleibenden Lichtmenge ist, die vom Photodetektor (32) empfangen wird, wobei ztir Einstellung der Aussende-Intensität einer gegenüber dem Detektor (32) angeordneten Lichtquelle (31 ) ein verstärkter Signalfluß an die Lichtquelle (3I) zurückgeführt wird.

5« Verfahren gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß das Verhältnis zwischen den ersten und zweiten Zeit-Geschwindigkeits-Analog-Signalen in Form einer logarithmischen Funktion des jeweiligen Zeit-Geschwindigkeits-Signals gewonnen und nachfolgend eine arithmetische Differenz zwischen den logarithmischen Funktionen bestimmt wird.

6. Vorrichtung zur Bestimmung des relativen Anteils von Splittern in einem Papierpulpeschlamm von 0,1 $-iger Konsistenz oder geringer, gekennzeichnet durch

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- eine Leitung (29) mit einem transparenten Photodetektorfenster (30) für das Hindurchströmen des SchiammfIus s e s,

- eine Photodetektorzelle (32) mit einer Lichtquelle (31) zum Erzeugen eines ersten elektrischen Signals, das proportional der Menge von Licht von der Quelle (3i)'»^s<ias vom Sensor (32) empfangen wird, nachdem dieses Licht durch das Fenster und einen dahinter fließenden Strom von Schlamm hindurchgegangen ist,

- Signal-Unterscheidungs-Vorrichtungen zum Abscheiden von Impuls-Komponenten mit veränderlichen Amplituden des ersten Signals von einem durchschnittlichen Gleichstromwert des ersten Signals und Übermitteln der Impulskomponente mit der veränderten Amplitude als ein zweites Signal, wobei die Impulse mit veränderter Amplitude von den Partikeln im Schlamm abgeleitet sind und die Amplitude eines jeden Impulses direkt proportional zur jeweiligen Größe des Partikels ist,

- Vergleichende Unterscheidungsvorrichtungen, die auf das zweite Signal ansprechen, um einen dritten Signalimpuls für jeden Impuls im zweiten Signal zu erzeugen, dessen Amplitude über einem vorbestimmten Bezugswert liegt, der für einen Splitterpartikel unterscheidungskräftig ist,

- erste Impulszähl-Vorrichtungen zum zyklischen Bestimmen der Anzahl von zweiten Signalimpulsen, die von ihr in einem festgesetzten Zeitraum aufnehmbar sind, senden eines vierten Signals, welches zyklisch eingestellt wird und proportional zum Zeit-Geschwindigkeits-Fluß des ersten Signal-Impulses ist,

- zweite Impulszähl-Vorrichtungen zum zyklischen Bestimmen der Anzahl von dritten Signalimpulsen, die

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von ihr im selben festgesetzten Zeitraum aufnehmbar sind, wie für die ersten Impulszähl-Vorrichtung und Aussenden eines fünften Signals, das proportional zum Zeit-i'iesciiwiiiäijkeitsfluß- der zweiten Signalimpulse ist und

- Signal-Verhältnis-Vorrichtungen zum Kombinieren der vierten und fünften Signale, um dazwischen eine relative Proportionalität abzuleiten und ein sechstes Signal auszusenden, das der relativen Proportionalität entspricht.

7. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Intensität der Lichtquelle (31) über eine Signalrückfiihrung proportional zum durchschnittlichen Gleichstromwert regelbar ist.

8. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß mittels Schaltungen (c, A2) erste und zweite Rechteckwellen in Abhängigkeit von den zweiten bzw, dritten Signalimpulsen erzeugbar sind, um einen standardisierten Impuls für jeden empfangenen Impuls mit veränderter Amplitude zu formen.

9. Vorrichtung gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet , daß die Schaltung, die das Verhältnis der Signale untereinander bestimmt, eine logarithmische Schaltung (L) ist, um eine logarithmische Funktion der vierten und fünften Signale zu bestimmen, und daß eine Summierungsschaltung die arithmetische Differenz zwischen den logaritlunischen Funktionen bestimmt.

10, Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß auf einen lichtempfindlichen Sensor ein erster Verstärker (Al) folgt, dessen Ausgangs signal einerseits an eine Riick-

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führung (A3) zur Lichtquelle (31), andererseits über einen Filter (c) an einen weiteren Verstärker (A2) anliegt, dessen Ausgang sich in zwei Signalzweige gabelt, die beide am Anfang eine Vergleichsschaltung (CP) gegenüber einem Referenzsignal (r) aufweisen, in der Mitte des Signalflusses je einen Pulsformer (PG) und am Ende über ein Zeitglied (A4, A5) an einem Vergleichsglied (R) anliegen, dessen Ausgang über einem weiteren Verstärker (a6) mit Melde- und/oder RegistrieTgliedern (4o, hl, hz) verbunden sind.

11. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet , daß anstelle der Pulsformer (ΙΌ) miteinander verbundene Digitalglieder (DC) vorgesehen sind, die eine Digitalanzeige (DDi) aussteuern.

12. Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Verstärker (AG) ein logarithmisches Glied (C) ist

13· Vorrichtung gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß anstelle des Vergleichsgliedes (r) in jedem Signalpfad je ein logarithmisches Glied (LI, L2) angeordnet ist, die eine Summenschaltung aussteuern.

lk. Vorrichtung nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet , daß zur kontinuierlichen Entnahme einer Probe im Produktionsstrom (1O) eine Frischwasserzuleitung (1^) mit einem Düsenauslaß (15) quer zum und in der Mitte des ProduktionsStroms (1O) gegenüber eine im Abstand (18) koaxial gehaltenen Mündung (16) eine Probenentnahmeleitung (17) angeordnet ist.

15. Vorrichtung zur Bestimmung des relativen Anteils von

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Splittern in einem Papierpulpens chlanun mit 0,1 $-iger Konsistenz oder geringer nach einem oder mehreren der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeich η e t , daß die Probenentnahmeleitung (17> 2a) eine zumindest in einerEbene befindliche: "Verengung (33) mit ebenen, zur Fließrichtung und untereinander parallelen Wandabschnitten: (3*0 aufweist, an denen auf Fenstern Lichtquelle (31) und gegenüberliegender Photosensor (32) angeordnet sind«

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