DE2910673A1

DE2910673A1 - METHOD FOR MEASURING THE CONTENT OF A SUBSTANCE IN A MIXTURE OF MULTIPLE SUBSTANCES (MATERIAL) IN THE SHAPE OF A THIN FILM, e.g. FOR MEASURING THE CONTENT OF WATER IN PAPER

Info

Publication number: DE2910673A1
Application number: DE19792910673
Authority: DE
Inventors: Peter G Mercer
Original assignee: LIPPKE GmbH CO KG PAUL
Current assignee: LIPPKE GmbH CO KG PAUL
Priority date: 1979-03-19
Filing date: 1979-03-19
Publication date: 1980-09-25
Also published as: DE2910673C2; FR2452099A1; GB2044443B; NO156105B; SE7906518L; NO156105C; BR7903020A; FR2452099B1; NO800638L; SE441217B; GB2044443A; DK114080A

Description

Paul Lippke KG, 5450 Neuwied 1, Wllh.-Leuschner-Str.Paul Lippke KG, 5450 Neuwied 1, Wllh.-Leuschner-Str.

Verfahren zum Messen des Gehaltes eines
Stoffes in einer die Form eines dünnen
Filmes aufweisenden Mischung mehrerer Stoffe
(Material), z. B. zum Messen des Gehaltes
von Wasser in PapierMethod of measuring the content of a
Fabric in a the shape of a thin
Film showing mixture of several substances
(Material) e.g. B. to measure the salary
of water in paper

State of the art

Zur Durchführung berührungsfreier Messungen physikalischer Eigenschaften dünner Körper sind verschiedene Strahlungsmeßverfahren bekannt. Dabei haben
Strahlungsmeßverfahren, die mit Hilfe von Ultrarotstrahlung arbeiten, in der jüngsten Zeit erhebliche Fortschritte in der Meßtechnik und im Meßerfolg gebracht. Various radiation measurement methods are known for carrying out non-contact measurements of physical properties of thin bodies. Have along
Radiation measuring methods that work with the help of ultrared radiation, brought considerable advances in measuring technology and in measuring success in recent times.

Die DE-AS 20 55 708 beispielsweise beschreibt ein
Meßverfahren, bei dem Ultrarot-Strahlung angewendetDE-AS 20 55 708, for example, describes a
Measurement method in which ultrared radiation is used

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S-S-

wird, um mit Hilfe einer sogenannten Zweistrahl- \ Messung im Reflexionsverfahren die Dicke eines ■ dünnen strahlungsdurchlässigen Filmes zu messen. Im Fall dieser bekannten Zweistrahl-Messung werden eine Zweistrahl-Ultrarot-Strahlungsquelle, eine Strahlungs-Empfangssonde (Detektor) und ein Signalverstärker-und Analysatorkreis verwendet, bei welcher Einrichtung die Strahlungsquelle zwei diskrete Strahlenbündel im Ultrarotbereich mit den zugehörigen Wellenlängen Τίη und /I2 erzeugt, von denen die eine Wellenlänge {Meßwellenlänge) /L^ so gewählt ist, daß sie in Bezug auf das Filmmaterial mehr Absorption zeigt als die sogenannte Bezugsweilenlänge {Vergleichswellenlänge)/I^ ·is to measure the thickness of a thin ■ radiation permeable film with the aid of a so-called two-beam \ measurement in the reflection method. In the case of this known two-beam measurement, a two-beam ultrared radiation source, a radiation receiving probe (detector) and a signal amplifier and analyzer circuit are used, in which device the radiation source generates two discrete beam bundles in the ultrared range with the associated wavelengths Τίη and / I2, of which one wavelength (measurement wavelength) / L ^ is chosen so that it shows more absorption in relation to the film material than the so-called reference length (comparison wavelength) / I ^ ·

Nicht nur für Kunststoffe wie im Fall der vorerwähnten DE-AS 20 55 708, sondern auch z. B. für Wasser und weitere Stoffe ist es bekannt, daß deren Eigenschaften im Hinblick auf Beeinflussung von Ultrarot-Strahlung in erheblichem Maß von der Wellenlänge der Ultrarot-Strahlung abhängig sind.Dieses optisch anomale Verhalten des jeweils zu messenden Stoffes im Ultrarot-Strahlungsgebiet erklärt sich aus dem Aufbau der Moleküle solcher Stoffe, auf welche Zusammenhänge im Rahmen der vorliegenden Anmeldung nicht näher eingegangen zu werden braucht, weil sie allgemein bekannt sind.Not only for plastics as in the case of the aforementioned DE-AS 20 55 708, but also z. B. for water and other substances, it is known that their Properties with regard to the influence of ultrared radiation depend to a considerable extent on the wavelength of the ultrared radiation optically anomalous behavior of the respective substance to be measured in the ultrared radiation area explained arise from the structure of the molecules of such substances, on which relationships in the context of the present Registration does not need to be discussed in more detail because they are well known.

Ferner ist es bekannt, daß bei Wasser die stärkste Absorption von Strahlungsenergie im nahen Ultrarot-Strahlungsgebiet stattfindet, und zwar im Bereich der sogenannten Valenzschwingung bei\ - 2.9Zu,. Zur Absorptionsmessung an sehr geringen Wassermengen bzw. sehr dünnen Wasserschichten wäre diese Wellenlänge daher gut geeignet. Zur Messung des GehaltesIt is also known that in water the strongest absorption of radiation energy takes place in the near-infrared radiation area, namely in the range of the so-called stretching oscillation at \ - 2.9Zu,. This wavelength would therefore be well suited for the absorption measurement of very small amounts of water or very thin layers of water. To measure the salary

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von Wasser In organischen Substanzen wie z. B. Papier muß man allerdings auf die wesentlich schwächere Kombinatiortsschwlngung bei Tl = 1.94m~ zurückgreifenc Dies deswegen, weil alle Hydro- !carbonate ebenfalls in der Nähe von 7t = 2.9 αλ. eine Resonanzstelle der CH-Bindung besitzen und die Meßgröße damit von der Trägarsubstanz abhängig würde. In der Praxis hat sich herausgestellt, daß aber auch bei Anwendung dieser wesentlich schwächeren Kombinationsschwingung bei7t = 1.94/A aus dem Absorptionsverhalten des betreffenden Stoffes Rückschlüsse auf den Wassergehalt des Stoffes gezogen werden können.of water In organic substances such as B. Paper, however, has to be considered essential weaker combination local oscillation at Tl = 1.94m ~ use c This is because all hydro ! carbonates also in the vicinity of 7t = 2.9 αλ. have a resonance point of the CH bond and the measured variable thus depends on the carrier substance would. In practice it has been found that even when these are used, they are much weaker Combination oscillation at 7t = 1.94 / A from the Absorption behavior of the substance in question draws conclusions about the water content of the substance can be.

Zum Messen des Gehaltes von Wasser in Papier und ähnlichen Materialien,bei denen das Wasser in feiner Verteilung mit den übrigen Stoffen des betreffenden Materials gemischt ist, wurde bisher ebenfalls das spektrale Vergleichsverfahren (Zweostrahl-Mess-Erfahren), und zwar sowohl als Transmissionsverfahren als auch als Reflexionsverfahren entsprechend der DE-AS 20 55 708 angewandt. Bei diesem Meßverfahren werden mit Hilfe einer optischen Zerhackereinrichtung wechselweise Strahlungsimpulse der stark absorbierten Meßwellenlänge und der schwach absorbierten Vergleichswellenlänge erzeugt. Diese Strahlungsimpulse durchdringen das betreffende Material und werden von einem Detektor empfangen und in Meß- bzw. Vergleichssignale umgeformt. Nach gemeinsamer Verstärkung werden die Meßsignale von den Vergleichssignalen getrennt. Ein Quotientenmeßwerk ermittelt sodann das Verhältnis beider Signale und zeigt es ggfs. an. - Vorausgesetzt, daß die Vergleichswellenlänge imi Spektrum nicht zu weitFor measuring the content of water in paper and similar materials where the water is in fine distribution is mixed with the other substances of the material in question, was previously also the spectral comparison method (two-beam measurement experience), both as a transmission method and as a reflection method accordingly the DE-AS 20 55 708 applied. In this measuring method, with the help of an optical chopper alternately radiation pulses of the strongly absorbed measurement wavelength and the weakly absorbed reference wavelength generated. These radiation pulses penetrate the relevant area Material and are received by a detector and converted into measurement or comparison signals. To With a common amplification, the measurement signals are separated from the comparison signals. A quotient measuring mechanism then determines the relationship between the two signals and displays it if necessary. - Provided that the comparison wavelength in the spectrum is not too far

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von der Meßwellenlange entfernt liegt, bietet dieses Meßverfahren grundsätzlich folgende Vorteile gegenrüber einer an sich auch möglichen Messung allein mit Strahlung der Meßwellenlange: .is away from the measuring wavelength, this measuring method basically offers the following advantages over a measurement that is also possible in itself with radiation of the measurement wavelength:.

Irgendwelche, aus der Führung des zu messenden Materials gegenüber der Meßstelle resultierenden Veränderungen des Abstandes zwischen Strahlungsquelle und Empfänger bzw. Meßgut werden bezüglich des Meßergebnisses eliminiert\ Any changes in the distance between the radiation source and receiver or material to be measured resulting from the guidance of the material to be measured in relation to the measuring point are eliminated with regard to the measurement result \

evtl. Verunreinigungen, die in disperser Form im Wasser des Papiers oder eines ähnlichen Materials enthalten sind, wirken sich etwa gleichmäßig auf Strahlungsverluste aus und beeinflussen daher weniger den ermittelten Quotientenjpossible impurities that are in disperse form in the water of the paper or a similar material have an approximately even effect on radiation losses and influence therefore less the determined quotientj

evtl. Änderungen der Empfindlichkeit des Detektors durch insbesondere Temperaturschwankungen werden reduziert undpossible changes in the sensitivity of the detector due in particular to temperature fluctuations are reduced and

evtl. Änderungen des Verstärkungsfaktors im Meßverstärker werden ebenfalls eliminiert.Any changes in the amplification factor in the measuring amplifier are also eliminated.

Als Vergleichswellenlange bei Messungen des Gehaltes von Wasser in Papier kann z. B. eine Wellenlänge bei = 1.8U verwendet werden. Mit diesem geringen Abstand zur Meßwellenlänge bei Tl = 1.94_yW in der Größenordnung von etwa ^/I ^ 0.14J^, liegen Meßwellenlange und Vergleichswellenlänge nahe genug nebeneinander, um das Reduzieren der vorstehend genannten Störeinflüsse wenigstens zu einem erheblichen Anteil zu gewährleisten.As a comparison wavelength when measuring the content of water in paper, z. B. a wavelength at = 1.8U can be used. With this small distance to the measurement wavelength at Tl = 1.94 _y W in the order of magnitude of about ^ / I ^ 0.14J ^, the measurement wavelength and comparison wavelength are close enough to one another to ensure that the above-mentioned interference is at least reduced to a considerable extent.

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- r- - r-

Weiterhin ist es bekannt, daß Cellulose, die z» B. in Papier in erheblichem Maß vorhanden ist, starke Absorption in einem Wellenlängenbereich bei \ = 2.1m. zeigt.Furthermore, it is known that cellulose z "B. paper in a substantial degree is present, strong absorption in a wavelength range at \ = 2.1m. shows.

In einem in MELLIAND, Heft 10/1958, Seiten 1157 bis 1160, \ erschienenen Aufsatz kann weiterhin ein Hinweis darauf entnommen werden, daß im Fall der Messung des Wassergehaltes von Textilien für gleichen Wassergehalt durchaus sehr unterschiedliche Meßwerte gefunden, werden können, während bekanntlich bei durchsichtigen Stoffen wie insbesondere transparenter Cellulose (Zellglas), stets einheitliche Meßwerte für den Wassergehalt erhalten werden* Die unterschiedlichen Meßergebnisse bei Textilien werden mit einer sogenannten "mittleren Eindringtiefe" bzw. mit unterschiedlicher "Streuweglangenverteilung" der jeweiligen Ultrarot-Strahlung begründet.In an article published in MELLIAND, Issue 10/1958, pages 1157 to 1160, \ a note can be taken that in the case of measuring the water content of textiles for the same water content very different measured values can be found, while is known to be transparent materials such as transparent cellulose (cellulose), uniform measured values for the water content are always obtained

Dem erwähnten Aufsatz in MELLIAND kann weiter entnommen werden, daß man bereits früher versucht hat, die im Vergleich zu transparenter Cellulose strukturell komplexen Eigenarten von Materialien wie opaker Cellulose (Papier) oder Textilien in einem mathematischen Ausdruck so zu erfassen, daß auch an solchen Stoffen befriedigende Meßergebnisse erzielt werden können. Diese Versuche haben bisher jedoch nicht zum Erfolgt geführt.From the above-mentioned article in MELLIAND it can be inferred that attempts have already been made earlier to compare to transparent cellulose structurally complex characteristics of materials such as opaque cellulose (paper) or to capture textiles in a mathematical expression in such a way that satisfactory measurement results are also obtained on such substances can be achieved. However, these attempts have so far not been successful.

Nach wie vor besteht z. B. bei der Messung des Gehalts von V/asser in Papier das Problem, daß der Meßwert für den'Wassergehalt bei unverändertem Wassergehalt des Papiers dennoch eine Änderung erfährt, wenn sich physikalische oder strukturelle Eigenarten der übrigen Stoffe des Papiers, insbesondere der Cellulose, aber auch von Füllstoffen, wie beispielsweise Titandioxyd, während eines Herstellungsprozesses ändern. ,There is still z. B. when measuring the salary von V / ater in paper the problem that the measured value for the water content with unchanged water content of the paper Nevertheless, a change undergoes a change if there are physical or structural characteristics of the other substances in the Paper, especially cellulose, but also fillers, such as titanium dioxide, during a Change the manufacturing process. ,

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- if -- if -

Aufgabetask

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei der Messung des Gehaltes eines Stoffes in einer dünnen Materialbahn bzw. in einem dünnen Materialfilm unter Anwen—, dung eines Ultrarot—Strahlungsmeßverfahrens auch dann befriedigende Meßergebnisse zu erzielen, wenn sich physikalische oder strukturelle Eigenarten der übrigen Stoffe des betreffenden Materials, Insbesondere der Cellulose im Fall von Papier, während eines Herstellungsprosesses ändern. Diese Aufgabe wird mit der Im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Erfindung gelöst.The object of the present invention is to measure the content of a substance in a thin web of material or in a thin film of material using, The use of an ultrared radiation measurement method is also satisfactory To achieve measurement results if there are physical or structural characteristics of the other substances of the material concerned, especially cellulose in the case of paper, change during a manufacturing process. This task is combined with the Im characterizing part of the Claim 1 specified invention solved.

Vorteile ~ Advantages ~

Mit dem erfindungsgemäßen Meßverfahren ist es möglich, z.B. bei der Messung des Gehaltes von Wasser in Papier von physikalischen oder strukturellen Eigenarten bzw. Änderungen solcher Eigenarten der übrigen Stoffes des Papiers unabhängige Meßergebnisse zu erzielen. Die Formgebung oder Änderungen der Formgebung von Cellulosefasern und/oder Füllstoffpartikeln wirken sich nicht mehr verfälschend auf das Meßergebnis aus. " .With the measuring method according to the invention it is possible, e.g. when measuring the content of water in paper from physical or structural peculiarities or changes of such peculiarities of the rest of the material of the paper independent To achieve measurement results. The shaping or changes in the shaping of cellulose fibers and / or filler particles no longer have a falsifying effect on the measurement result. ".

Das erfindungsgemäße Verfahren geht von der experimentell ermittelten Tatsache aus, daß sich die Tiefe der Absorptionsbanden des zu messenden und eines weiteren Stoffes, z. B. Wasser und Cellulose, proportional mit dem Flächengewicht des Materials und insbesondere den physikalischen oder strukturellen Eigenarten der Stoffanteile des Materials ändert. Diese Änderung kann durch die Theorie erklärt werden, nach der die Länge des Weges, den die Ultrarot—StrahlungThe method according to the invention is based on the experimentally determined fact that the depth of the absorption bands of the substance to be measured and of another substance, e.g. B. water and cellulose, changes proportionally with the weight per unit area of the material and in particular the physical or structural characteristics of the substance proportions of the material. This change can be explained by the theory that the length of the path that the ultrared radiation takes

·) bzw. der Zullulose,·) Or the Zullulose,

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vom Eintritt in das Material bis zum Austritt aus dem ^ Material zurückzulegen hat, abhängig ist vom strukturellen ' Aufbau und vom Flächengewicht des Materials. Dieser Weg der Strahlung durch ein Material entspricht in den seitesten Fällen wenigstens annähernd dem Weg der Strahlung durch ein gleich dickes, jedoch glasklares Medium, wie z. B. Zellglas. - Je langer der Weg ist, den die Ultrarot-Strahlung bei gleicher Dicke des Materials durch dieses hindurch zurückzulegen hat, umso größer ist die Absorption von Ultrarot-Strahlungsenergie im Bereich der Absorptionsbanden der Stoffe des Materials. Dementsprechend sind die Absorptionsbanden bei einem Material mit vielmaliger Umlenkung der Strahlung an Teilchen wie Fasern, Füllstoffpigmenten u. dgl. erheblich stärker ausgeprägt (tiefer) als bei einem Material, das zwar in gleichen Mengen dieselben Stoffanteile enthält, in optischer Hinsicht Strahlung jedoch unbehindert passieren läßt wie z. B. im Fall von Zellglas. - Eine genauere Beschreibung dieses Effektes dürfte wegen der komplizierten und sehr unterschiedlichen Form der die Strahlung brechenden und/ oder streuenden Partikel, z. B. der von Wasser umgebenen Cellulosefasern im Fall von Papier, kaum möglich sein.from entry into the material to exit from the ^ Material has to cover, depends on the structural 'structure and the weight per unit area of the material. This way the radiation through a material corresponds in the most recent cases at least approximately to the path of the radiation through an equally thick, but crystal-clear medium, such as B. Cell glass. - The longer the path the ultrared radiation takes has to travel through the material for the same thickness, the greater the absorption of ultrared radiation energy in the area of the absorption bands of the substances in the material. Accordingly are the absorption bands in a material with multiple deflections of the radiation to particles such as fibers, Filler pigments and the like are much more pronounced (lower) than with a material that contains the same proportions of substances in the same quantities, from a visual point of view However, radiation can pass unhindered such. B. in the case of cellulose glass. - A more detailed description this effect is likely due to the complicated and very different shape of the radiation-refracting and / or scattering particles, e.g. B. the cellulose fibers surrounded by water in the case of paper, hardly be possible.

Selbstverständlich ist das erfindungsgemäße Verfahren nicht nur bei der Messung des Gehaltes von Wasser in Papier vorteilhaft einsetzbar, sondern allgemein bei allen Messungen an dünnen Materialfilmen bzw. dünnen Materialbahnen, bei denen der Gehalt eines Stoffes im Material gemessen werden soll, welcher Stoff mit den übrigen Stoffen des Materials gemischt ist und wobei derjenige weitere Stoff, von dem eine Meßwertverfälschung ausgehen kann, ebenfalls wie der zu messende Stoff eine ausgeprägte Absorptionsbande hat.The method according to the invention is self-evident can be used advantageously not only for measuring the water content in paper, but also in general for all measurements on thin material films or thin ones Material webs in which the content of a substance in the material is to be measured, which substance with the other substances of the material is mixed and that further substance from which a measured value falsification can go out, just like the substance to be measured has a pronounced absorption band.

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Im Fall des erwähnten Zweistrahl-Meßverfahrens werden die Meßwerte bei Meßwellenlänge zu einem Vergleichswert in Relation gesetzt. Dieser Vergleichswert kann z. B. durch eine gesonderte Ultrarot-Strahlungsmessung bei aus dem Meßspalt zwischen Strahler und Detektor entferntem Material - also ohne Material - und ebenfalls bei Meßwellenlänge erfolgen. Bei kontinuierlichen Meßverfahren ist eine Entfernung des zu messenden Materials aus dem Meßspalt jedoch nicht möglich. Deshalb wird der.Vergleichswert durch einen Meßwert gebildet, der unter Anwendung einer im Spektrum benachbarten Vergleichswellenlänge erhalten wird. Denn ein solcher Meßwert weicht in manchen Anwendungsfällen (z.B. Messung an Zellglas) kaum von demjenigen Meßwert ab, der bei aus dem Meßspalt entferntem Material erhalten werden würde.In the case of the two-beam measuring method mentioned, the measured values at the measuring wavelength are related to a comparison value. This comparison value can, for. B. by a separate ultrared radiation measurement at off The material removed from the measuring gap between the emitter and the detector - i.e. without material - and also at the measuring wavelength take place. In the case of continuous measuring methods, the material to be measured must be removed from the Measuring gap not possible, however. Therefore the.comparative value formed by a measured value which is obtained using a comparison wavelength adjacent in the spectrum. Because such a measured value gives way to In some cases of application (e.g. measurement on cell glass) hardly deviates from the measured value that was removed from the measuring gap Material would be obtained.

Im Fall der Lösung nach Anspruch 1 werden die beiden Meßwellenlängen Ά, Α und 71% ebenfalls zu einer Vergleichswellenlänge Χχ aus den bekannten Gründen in Relation gebracht," die in spektraler Nachbarschaft zu den beiden Meßwellenlängen \ ^ und 713 liegt.In the case of the solution according to claim 1, the two measurement wavelengths Ά, Α and 71% are also brought to a comparison wavelength Χχ for the known reasons in relation, "the spectrally adjacent to the two measurement wavelengths \ ^ and is the 713th

Die Anwendung des -^rfindungsgemäßen Verfahrens entsprechend dem Vorschlag nach Anspruch 1 führt jedoch bei der Messung an Materialien, die Ultrarot-Strahlung erheblich streuen, zu falschen Ergebnissen. Die durch Streuung verursachten Strahlungsverluste ändern sich bekanntermaßen mit der vierten Potenz der Wellenlänge. Spektrogramme solcher Ultrarot-Strahlung streuender Materialien sind daher je nach Intensität der Streuung der Strahlung mehr oder weniger stark geneigt gegenüber einem Spektrogramm für ein Material gleicher chemischer und mengenmäßiger Stoffzusammensetzung, jedoch die Strah-The application of the method according to the invention accordingly However, the proposal according to claim 1 leads to the measurement of materials, the ultrared radiation considerably scatter, to wrong results. It is known that the radiation losses caused by scattering change with the fourth power of the wavelength. Spectrograms of such ultra-red radiation scattering materials are therefore more or less inclined towards each other depending on the intensity of the scattering of the radiation a spectrogram for a material of the same chemical and quantitative composition, but the radiation

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lung optisch praktisch nicht beeinflussendem Material wie z. B. Zellglas. Die Anwendung des bei der Vergleichswellenlänge erhaltenen Meßwertes als konstanter Bezugswert bzw. zur Bildung einer von der Wellenlänge unabhängigen Basislinie für die Messungen bei den Meßwellenlängen muß in solchen Fällen falsche Meßergebnisse zur Folge haben.treatment optically practically non-influencing material such. B. Cell glass. The use of the measured value obtained at the reference wavelength as a constant reference value or to form a value that is independent of the wavelength In such cases, the baseline for the measurements at the measurement wavelengths must lead to incorrect measurement results Have consequence.

Um auch bei der Messung an Ultrarot-Strahlung streuenden Materialien befriedigende Meßergebnisse zu erhalten, wird das erfindungsgemäße Verfahren gemäß Anspruch 1 entsprechend dem Vorschlag nach Anspruch 2 weitergebildet. In order to also scatter in the measurement of ultrared radiation Materials to obtain satisfactory measurement results is the method according to the invention according to claim 1 further developed according to the proposal according to claim 2.

Unter Anwendung der Lösung nach Anspruch 2 werden den Meßwellenlängen /I^ und Ti^ zugeordnete Bezugswerte errechnet. Die Errechnung dieser Bezugswerte erfolgt auf der Grundlage einer Extrapolation eines den Meßwellenlängen Ά/, und 71-^benachbarten, die Vergleichswellenlängen Tl^und Τίφumfassenden Bereiches der Funktion I = f ("/{) in den Bereich der Wellenlängen {und ^ „ . Diese Bezugswerte stellen demnach keine Meßwerte dar, sondern dienen der exakten Ermittlung der Tiefe der betreffenden Absorptionsbanden von Materialien mit streuenden Eigenschaften der Stoffe dieser Materialien.Using the solution according to claim 2, reference values assigned to the measurement wavelengths / I ^ and Ti ^ are calculated. These reference values are calculated on the basis of an extrapolation of a range of the function I = f ("/ {), adjacent to the measurement wavelengths Ά /, and 71- ^, comprising the comparison wavelengths Tl ^ and Τίφ in the range of the wavelengths {and ^". These reference values therefore do not represent measured values, but rather serve to precisely determine the depth of the relevant absorption bands of materials with scattering properties of the substances of these materials.

Mit Hilfe des Verfahrens nach den Ansprüchen 1 und 2 ist eine bisher unerreicht genaue Messung des Anteils eines Stoffes in einer Materialbahn bzw. einem Materialfilm möglich, und zwar eine Messung, die unabhängig ist -tiag^-a—-de-g—^gogo^fe^a-l-ea—■Zus^mmQ-Rgefcguag—4eg s—Ma-t-eg-i-ajb-e-y—von—Änder-tinge-R—4e^—Fl-äehe-nge-w-ie-ht-sde-s· - e ineΩ-HäBd/θd«£^:~6tRd·e-E^:e-ϊ^:i--&feθ-f-#a-n^:fee4-l·s—««d~i&sb&&efider-©With the help of the method according to claims 1 and 2, a previously unattainable exact measurement of the proportion of a substance in a material web or a material film is possible, namely a measurement which is independent -tiag ^ -a - de-g- ^ gogo ^ fe ^ al-ea— ■ Zus ^ mmQ-Rgefcguag — 4eg s — Ma-t-eg-i-ajb-ey — von —änder-tinge-R — 4e ^ —Fl-äehe-nge-w-ie- ht-sde-s · - e ineΩ-HäBd / θd «£ ^: ~ 6tRd · eE ^: e-ϊ ^: i - & feθ-f- # an ^: fee4-l · s -« «d ~ i & sb && efider- ©

—aü€h-/von physikalischen oder strukturellen Änderungen der Stoffe des Materials»—Aü € h- / of physical or structural changes to the Substances of the material »

030039/0338 BAD ORIGINAL030039/0338 ORIGINAL BATHROOM

Erläuterung der Erfindung Glossary e tion of the invention

Anhand der Fig. 1 bis 9 der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren im folgenden noch weiter erläutert. Es zeigenThe method according to the invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 9 of the drawing. It demonstrate

Fig. 1 in schematischer Darstellung eine zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens mögliche Meßeinrichtung,Fig. 1 in a schematic representation one for implementation possible measuring device of the method according to the invention,

Fig. 2 ein Diagramm mit Strahlungsimpulsen, wie sie vom Detektor der Meßeinrichtung nach Fig. 1
nacheinander erhalten werden,FIG. 2 shows a diagram with radiation pulses as produced by the detector of the measuring device according to FIG
are obtained one after the other,

Fig. 3 ein Diagramm iSpektrogramm), in dem idealisiert für ein bestimmtes Material das von einem Detektor abgegebene Meßsignal I in Abhängigkeit von der Wellenlänge angegeben ist,Fig. 3 is a diagram iSpektrogramm), in which idealized for a specific material the measurement signal I emitted by a detector as a function of is given by the wavelength,

Fig. 4 das Diagramm nach Fig. 3 zusammen mit weiteren Kurvenverläufen für weitere Materialien in
größerem Maßstab,4 shows the diagram according to FIG. 3 together with further curves for further materials in
larger scale,

Fig. 5 bis 7Figures 5 to 7

den grob schematisiert dargestellten Verlauf von Ultrarot-Strahlung in drei unterschiedlichen, den Spektrogrammen nach Fig. 4 zugeordneten Materialien,the roughly schematized course of ultrared radiation in three different ways, materials assigned to the spectrograms according to FIG. 4,

Fig. 8 den grob schematisiert dargestellten Verlauf der Ultrarot-Strahlung in einem weiteren
Material und8 shows the course of the ultrared radiation shown in a roughly schematic manner in a further one
Material and

Fig. 9 Spektrogramme für die Materialien nach den
Fig» 5, 6 und 8.9 spectrograms for the materials according to the
Figures 5, 6 and 8.

30039/033330039/0333

Fig. 1 zeigt einen Sender 1 für Ultrarot-Strahlung, vor dessen Strahlungsauslaß 2 ein Filterrad 3 in bekannter Weise rotiert. Im Filterrad 3 sind Filter 4, 5, 6 und 7 über den Umfang des Filterrades 3 verteilt vorgesehen. In Strahlungsrichtung des Senders 1 ist mit gewissem Ab— stand von diesem ein Detektor 8 vorgesehen. Der Detektor wandelt die vom Sender 1 erhaltene Strahlung {Strahlungsimpulse) in elektrische Meßsignale I um. Zwischen dem Filterrad 3 und dem Detektor 8 befindet sich verhältnismäßig dünnes filmartiges bzw. bahnförmiges Material 9. Infolge der Rotation des Filterrades 3 gelangen nacheinander Strahlungsimpulse 11 auf bzw. in das Material 9. Die Strahlungsimpulse 11 sind entsprechend der Rotation des Filterrades 3 verschiedenen Wellenlängen entsprechend den aufeinanderfolgenden Filtern 4 bis 7 zugeordnet.Fig. 1 shows a transmitter 1 for ultrared radiation whose radiation outlet 2 a filter wheel 3 rotates in a known manner. In the filter wheel 3 are filters 4, 5, 6 and 7 Provided distributed over the circumference of the filter wheel 3. There is a certain distance in the radiation direction of the transmitter 1 a detector 8 is provided by this. The detector converts the radiation (radiation pulses) received from the transmitter 1 into electrical measurement signals I. Between the The filter wheel 3 and the detector 8 are relatively thin film-like or web-like material 9. As a result of the rotation of the filter wheel 3, radiation pulses 11 successively reach or enter the material 9. The radiation pulses 11 are corresponding to the rotation of the filter wheel 3 according to different wavelengths assigned to the successive filters 4 to 7.

Nach Beeinflussung durch das Material 9 gelangen mehr oder weniger geschwächte Strahlungsimpulse 12 auf den Detektor 8« Die vom Detektor 8 erhaltenen, den angewendeten Wellenlängen zugeordneten Strahlungsimpuise 12 werden in elektrische Meßsignale I umgeformt Cs. auch Fig. 2) und zur weiteren Verarbeitung an eine nicht dargestellte, an sich bekannte elektrische Auswerteeinrichtung gegeben. Die vom Detektor 8 abgegebenen Meßsignale I können dabei z. B. die Form und Größe der im Diagramm nach Fig. 2 dargestellten Meßsignale 14, 15,· IG bzw. 17 haben.After being influenced by the material 9, more or less weakened radiation pulses 12 reach the Detector 8 «The radiation pulses 12 received from detector 8 and assigned to the wavelengths used become converted into electrical measurement signals I Cs. also Fig. 2) and for further processing to a not shown, given per se known electrical evaluation device. The measurement signals I emitted by the detector 8 can thereby z. B. the shape and size of the measurement signals 14, 15, · IG and 17 shown in the diagram of FIG.

Fig. 3 zeigt ein Diagramm (Spektrogramm), in dem für ein Material A das vom Detektor 8 abgegebene Meßsignal I in der Dimension Jjfj in Abhängigkeit von der Wellenlänge in der Dimension/IkJ der Ultrarot-Strahlung dargestellt ist. Das Material A entspricht bezüglich der Beeinflussung der Ultrarot-Strahiung dem bekannten Zellglas und beein-3 shows a diagram (spectrogram) in which, for a material A, the measurement signal I emitted by the detector 8 is represented in the dimension Jjfj as a function of the wavelength in the dimension / IkJ of the ultrared radiation. In terms of influencing the ultrared radiation, material A corresponds to the known cell glass and

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flußt Ultrarot-Strahlung so, wie Fig« 5 grob schematisiert ^ zeigt. Demnach wird die das Material A durchdringende Ultrarot-Strahlung auf dem Weg durch das Material A zum Detektor 8 praktisch weder abgelenkt noch gestreut. Die Darstellung der Abhängigkeit des Meßsignals I von der Wellenlänge \ in Fig. 3 ist idealisiert. In Wirklichkeit weisen Spektrogramme der meisten Materialien keine derart ausgedehnten geradlinigen Bereiche wie die Kurve nach Fig. 3 auf, sondern die geradlinig dargestellten Bereiche sind in Wirklichkeit meistens mehr oder weniger stark gekrümmte Kurvenverläufe, Bei Wahl eines geeigneten Maßstabs, z. B. eines solchen Maßstabs, bei dem auf der Abszisse nicht die Wellenlänge /L , sondern linear --· Λ-- \ sh - aufgetragen ist, erhält man jedoch in guter Annäherung etwa eine Geradlinigkeit der erwähnten Bereiche solcher Spektrogramme.Ultrared radiation flows as roughly schematically shown in Fig. 5. Accordingly, the ultrared radiation penetrating the material A is practically neither deflected nor scattered on the way through the material A to the detector 8. The representation of the dependence of the measurement signal I on the wavelength \ in FIG. 3 is idealized. In reality, spectrograms of most materials do not have such extensive straight-line areas as the curve according to FIG. For example, on such a scale where the abscissa is not the wavelength / L but linear - · Λ-- \ sh - one obtains, however, approximately a straight line of the mentioned ranges of such spectrograms to a good approximation.

Aus Fig. 3 ist erkennbar, daß außer einem im wesentlichen geradlinigen und etwa horizontalen Teil des dargestellten Kurvenverlaufs Bereiche mit verhältnismäßig tiefen Einschnitten vorhanden sind. Diese Bereiche entsprechen .verschiedenen Absorptionsbanden des Materials A. Bei der Wellenlänge"^ = 2.92/\ besitzt freies Wasser die sogenannte Valenzschwingung. Ferner besitzt freies Wasser bei der Wellenlänge \ = 1.94JU eine Kombinationsschwingung. Die aus dieeer Kombinationsschwingung resultierende Absorptionsbande wird zur Messung des Gehaltes von Wasser im MaterJ.al A verwendet, und zwar bisher - wie an sich bekannt - auf der Grundlage eines Zweistrahl-Meßverfahrens bei empirisch ermittelter Korrektur der durch Flächen— gewicht und Struktur des betreffenden Materials bewirkten Verfälschung der erhaltenen Meßsignale.From Fig. 3 it can be seen that apart from an essentially straight and approximately horizontal part of the curve shown, areas with relatively deep incisions are present. These areas correspond to different absorption bands of material A. At the wavelength "^ = 2.92 / \, free water has the so-called stretching oscillation. Furthermore, free water at the wavelength \ = 1.94JU has a combination oscillation. The absorption band resulting from this combination oscillation is used to measure the Content of water in the material A used, and so far - as known per se - on the basis of a two-beam measurement method with empirically determined correction of the falsification of the measurement signals caused by the weight per unit area and structure of the material in question.

0300 39/0 3380300 39/0 338

Das Spektrogramm nach FIg. 3 zeigt ferner eine weitere Absorptionsbande, die bei einer Wellenlänge 71 = 2,10/*. liegt und die der Cellulose das Materials A zugeordnet ist.The spectrogram according to Fig. 3 also shows a further absorption band which occurs at a wavelength 71 = 2.10 / *. and which the cellulose is assigned to the material A.

Fig. 4 zeigt ein Spektrogramm, in dem der strichpunktiert umrissene Bereich des Spektrogramms nach Fig* 3 in größerem Maßstab dargestellt ist. Ferner zeigt Fig, 4 spektrografische Kurvenverläufe für weitere Materialien B und C« Während das Material B Ultrarot-Strahlung etwa so beeinflußt, wie Fig. 6 grob schematisiert wiedergibt, beeinflußt das Material C Ultrarot-Strahlung etwa entsprechend der Darstellung in Fig. 7. - Gegenüber dem in Fig. 5 dargestellten Strahlungsverlauf der Ultrarot-Strahlung nimmt die Länge des Weges, den die Ultrarot-Strahlung durch das Material bis zum Detektor 8 zurückzulegen hat, bei den Materialien B und C erheblich zu, obwohl es sich bei den Materialien B und C um solche handelt, die bezüglich der Gewichtsanteile pro Flächeneinheit (Flächengewicht) von Wasser und Cellulose dem Material A entsprechen. FIG. 4 shows a spectrogram in which the area of the spectrogram according to FIG. 3 outlined in dash-dotted lines is larger Scale is shown. Furthermore, Fig. 4 shows spectrographic curves for further materials B and C « While the material B influences ultrared radiation in the same way as FIG. 6 shows roughly schematically, influences the material C ultrared radiation approximately corresponding to the illustration in FIG. 7. Compared to that shown in FIG The radiation path of the ultrared radiation takes the length of the path that the ultrared radiation traverses the material has to travel up to the detector 8, in the case of materials B and C considerably, although it is in materials B and C are those which, in terms of weight proportions per unit area (area weight) of water and cellulose correspond to material A.

Aus den Spektrogrammen in Fig. 4 ist erkennbar, daß die Tiefe der Absorptionsb^nden bei den Wellenlängen \ «. und /K für die Materialien A, B und C sehr unterschiedlich ist und umso stärker ausgeprägt ist, je langer der Weg der Ultrarot-Strahlung ist, den diese beim Durchdringen des Materials A, B bzw. C bis zum Detektor 8 hin zurückzulegen hat. Dementsprechend unterschiedlich fallen auch die Meßsignale Γ/^und I\^bei den Meßwellenlängen \η und ^-,aus. Da sich jedoch die Meßsignale I^bei der Vergleichswellenlänge 711 für die drei erwähnten Materialien A, B und C praktisch kaum ändern (der besseren Erkenn-From the spectrograms in FIG. 4 it can be seen that the depth of the absorption bands at the wavelengths . and / K is very different for the materials A, B and C and the more pronounced the longer the path of the ultrared radiation that it has to cover when penetrating the material A, B or C to the detector 8. The measurement signals Γ / ^ and I \ ^ at the measurement wavelengths \ η and ^ - are correspondingly different. However, since the measurement signals I ^ at the comparison wavelength 71 1 for the three mentioned materials A, B and C practically hardly change (for better recognition

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barkeit wegen sind die geradlinigen Kurvenbereiche mit größerem als dem tatsächlichen Abstand untereinander gezeichnet), muß demnach eine Messung des Gehaltes von Wasser in den Materialien A, B"und" C auf der Grundlage der bekannten Zweistrahl-Messung trots gleichen: Wasser-, gehaltes in den erwähnten Materialien zu unterschiedlichen Meßergebnissen führen. Dies wird aus den folgenden Erläuterungen noch weiter deutlich.Because of the availability, the straight curve areas are included greater than the actual distance between them drawn), a measurement of the content of Water in materials A, B "and" C on the basis of the well-known two-beam measurement trots the same: water, content in the mentioned materials to different Lead measurement results. This becomes even more clear from the following explanations.

Bei der Bestimmung des Wassergehaltes in Papier wie auch z. B. bei der Bestimmung eines bestimmten,eine Absorptionsbande im Ultrarot-Strahlungsgebiet aufweisenden Füllstoffes oder Zusatzes in einer Kunststofffolie wird grundsätzlich von folgendem mathematischen Zusammenhang ausgegangen:When determining the water content in paper such as also z. B. in determining a particular, a Having absorption band in the ultrared radiation area Filler or additive in a plastic film is basically based on the following mathematical Relation assumed:

SoSo

In der vorstehenden Gleichung 1 bedeuten "X" die Stärke des vom Detektor 8 abgegebenen Meßsignalsz, B. in derIn Equation 1 above, "X" means strength of the measurement signal emitted by the detector 8, e.g. in the

Al
Dimension (JtJ nach Beeinflussung der angewendeten Ultrarot-Strahlunq mit Meßwellenlänge (also im Bereich einer Absorptionsbande) durch den betreffenden^ zu messenden Stoff des Materials, "Xo" das vom Detektor 8 abgegebene Meßsignal in derselben Dimension tefeaeÄrO-feXu-s-sun^ fe)£v r>'" 0, Al
Dimension (JtJ after influencing the applied ultra-red radiation with measuring wavelength (i.e. in the range of an absorption band) by the relevant substance of the material to be measured, "Xo" the measuring signal emitted by detector 8 in the same dimension tefeaeÄrO-feXu-s-sun ^ fe ) £ vr>'" 0,

"a" den Absorptionskoeffizienten des betreffenden Stoffes des Materials bei der gewählten Meßwellenlänge der Ultrarot-Strahlung und "M" das Flächengewicht des betreffenden Stoffes 'las 'Materials."a" is the absorption coefficient of the relevant substance of the material at the selected measurement wavelength of the ultrared radiation and "M" is the weight per unit area of the relevant substance 'las ' material.

030039/033
BAD ORlGf_NAL 030039/033
BAD ORlGf _NAL

-yS--yS-

Da im Fall einer Messung des Gehaltes von Wasser in Papier entsprechend den Spektragrammen nach Fig. 3 und Fig. 4 Ultrarot-Strahlung der {Meß-) Well anlange \,, angewendet wird, während zur Bildung eines Vergieichswertes bei im Meßspalt befindlichem Material die dort angegebene (Vergleichs-) Wellenlänge Tta angewendet wird, wird im folgenden die Gleichung 1 durch Einführung entsprechender Indizes für die betreffenden Weilenlängen ergänzt, so daß die Gleichunq dann folgendermaßen lautet; -——-,.As in the case of measuring the content of water in paper following the spotting supporting rams of Fig. 3 and Fig. 4 the infrared radiation from the {measuring) Well Anlanger \ ,, is applied, while to form a Vergieichswertes at befindlichem in the measuring gap material which there given (reference) wavelength Tta is used, equation 1 is supplemented in the following by introducing appropriate indices for the wavelengths concerned, so that the equation then reads as follows; -——- ,.

I TUI TU

In der vorstehenden Gleichung 2 entspricht das Meßsignal 17} 2 , welches bei der Vergleichswellenlänge \ ^ vom Detektor erhalten wird, praktisch dem in Gleichung 1 genanntenIn the above equation 2, the measurement signal 17} 2, which is obtained from the detector at the comparison wavelength \ ^, corresponds practically to that mentioned in equation 1

Meßsignal Iq _t fr? - i em—Zwärseheaga^affi—ew jr&ehenMeasuring signal Iq _t fr? - i em — Zwärseheaga ^ affi — ew jr & ehen

nd—-De tek-feoe—β—e η t-fer-n tem—Mater-tal— vom—Etetektor—8nd —- De tek-feoe — β — e η t-fer-n tem — Mater-tal— vom — Etetektor — 8

-e^ha-1-fcen—wir-d-} Ferner ist noch zu bemerken, daß der Absorptionskoeffizient "a" selbstverständlich der betreffenden Meßwellenlänge/I/? zugeordnet ist. Für den Fall einer auch möglichen Messung bei einer anderen geeigneten Meßwellenlänge würde ein anderer, nämlich ein dieser anderen Meßwellanlänge zugeordneter Absorptionskoeffizient "a" der Gleichung 1 bzw* 2 zugrundegelegt werden müssen.-e ^ ha-1-fcen — wir-d-} It should also be noted that the Absorption coefficient "a" of course of the relevant measurement wavelength / I /? assigned. In the case a measurement that is also possible at another suitable measurement wavelength would be a different one, namely one of these absorption coefficient assigned to another measurement wavelength "a" of equation 1 or * 2 must be taken as a basis.

Na⁴Ch Umformung der Gleichung 2 ergibt sich für das Flächengewicht des betreffenden, zu messenden Stoffes des Materials folgender mathematischer Zusammenhang:Na ⁴ Ch transformation of equation 2 results in the following mathematical relationship for the weight per unit area of the relevant substance of the material to be measured:

ΙλΙλ

030039/0338 BAD ORfGi_NAL'030039/0338 BAD ORfGi _NAL '

Mit Einführung des physikalischen Begriffs der "natürlichen" Extinktion EWith the introduction of the physical term "natural" extinction E

^X , P--P — I ^X , P - P - I

lautet die Gleichung 3 dann folgendermaßen:equation 3 then reads as follows:

In der vorstehenden Gleichung 5 bezeichnen E^die natürliche Extinktion bei der betreffenden Absorptionsbande des Wassers, K^j das Flächengewicht des Wassers (Wassergehalt) und a _vy den Absorptionskoef fizienten für Wasser.In Equation 5 above, E ^ denotes the natural extinction for the relevant absorption band of the water, K ^ j denotes the weight per unit area of the water (water content) and a _v y denotes the absorption coefficient for water.

Während im Fall des Materials A auf der Grundlage der Gleichung 3 bzw. 5 ein richtiges Meßergebnis zu erhalten ist, entspricht das Meßergebnis im Fall der Materialien B und C jedoch nicht den tatäschlichen Werten. Während nämlich das Meßergebnis M^ für das Material A (Zellglas) mit einem im Labor gravimetrisch ermittelten Meßergebnis übereinstimmt und als exakt betrachtet werden kann, fallen die Meßergebnisse H^/ für die Materialien B und C mehr oder weniger höher als das Meßergebnis für das Material A aus, obwohl tatsächlich in allen drei Fällen gleiche Mengen an Wasser vorhanden sind. Dies wird ohne weiteres auch aus den Spektrogrammen der Materialien A, B und C in Fig. 4 deutlich.Whereas, in the case of material A, a correct measurement result is obtained on the basis of equations 3 and 5, respectively is obtained, however, in the case of materials B and C, the measurement result does not correspond to the actual one Values. While the measurement result M ^ for the material A (cell glass) with a gravimetric in the laboratory determined measurement result agrees and can be regarded as exact, the measurement results H ^ / for materials B and C more or less higher than the measurement result for material A, although in fact, equal amounts of water are present in all three cases. This will be done without further ado from the spectrograms of materials A, B and C in Fig. 4 clearly.

In Abwandlung der Gleichung 5 soll für Materialien wie die Materialien B, C und ähnliche folgende Formel gelten:In a modification of equation 5, the following formula should apply to materials such as materials B, C and similar:

b· w b · w

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In der vorstehenden Formel 6 bedeuten M^/ das - falsche - ^ Meßergebnis für den Wassergehalt (Fl". rhengewicht des Wassers), E die durch physikalische oder strukturelle Eigenarten der Stoffe des Material erhöhte Extinktion und a^ den Absorptionskoeffizienten für Wasser,.In the above formula 6, M ^ / mean the - wrong - ^ Measurement result for the water content (bottle weight of the water), E by physical or structural Peculiarities of the substances of the material increased extinction and a ^ the absorption coefficient for water.

Die erwähnten falschen Meßergebnisse M_v für den Wassergehalt in den Materialien B, C und ähnlichen Materialien sind auf eine Änderung des Meßsignals JL·,bei der Meßwellenlänge \ _Λ zurückzuführen. Diese Änderung resultiert aus den gegenüber dem Material A nach Fig. 5 veränderten Bedingungen für den Verlauf der Ultrarot-Strahlung in bzw. durch Materialien wie den Materialien B und C.The mentioned incorrect measurement results M _v for the water content in materials B, C and similar materials are due to a change in the measurement signal JL ·, at the measurement wavelength \ _Λ . This change results from the changed conditions compared to material A according to FIG. 5 for the course of the ultrared radiation in or through materials such as materials B and C.

Experimentell wurde gefunden, daß die veränderte natür~ liehe Extinktion E nicht nur die Absorptionsbande des Wassers betrifft, sondern ebenso, nämlich proportional, auch für die Absorptionsbande der in den Materialien B, C und ähnlichen Materialien jeweils enthaltenen Cellulose gilt.It has been found experimentally that the modified natural The extinction E not only relates to the absorption band of the water, but also, namely proportionally, also for the absorption band of the cellulose contained in materials B, C and similar materials is applicable.

Abgestellt auf die Messung und Errechnung des Cellulose— gehaltes im betreffenden Material (Gewicht der Cellulose) lautet Gleichung 5 bzw. β nach Einführung entsprechender Indizes dann wie folgt;Based on the measurement and calculation of the cellulose content in the relevant material (weight of the cellulose) then equation 5 or β reads as follows after the introduction of corresponding indices;

bzw.respectively.

030039/0338 BAD ORIGINAL030039/0338 ORIGINAL BATHROOM

■-"."■ \ In den vorstehei.vsn Gleichungen 7 und 8 bedeuten M^, das richtige und M_c das falsche Flächengewicht des jeweils ermittelten Celiulosegehaltes des Materials, E_c die normale und E^ die durch einen besonderen physikalischen oder strukturellen Aufbau des Materials veränderte natürliche Extinktion und a_c den Absorptionskoeffizienten von Cellulose bei der verwendeten Meßwellenlänge /t-j.■ - "." ■ \ In the above equations 7 and 8, M ^, the correct and M _c the wrong basis weight of the respectively determined cellulose content of the material, E _c the normal and E ^ the one due to a special physical or structural structure of the material changed the natural extinction and a _c the absorption coefficient of cellulose at the measurement wavelength / tj used.

Wegen der erwähnten Proportionalität zwischen den Veränderungea des Meßergebnisses M«, bzw. Mu^ bei Wasser und M_c bssw. M_c bei Cellulose gilt dann folgender Zusammenhang ϊBecause of the above-mentioned proportionality between the changes a in the measurement result M ", or Mu ^ in the case of water and M _c, bssw. M _c for cellulose then the following relationship applies ϊ

Umstellung der vorstehenden Gleichung 9 führt zu folgender Formel:Rearranging Equation 9 above leads to the following Formula:

Durch Substitution mit den Gleichungen 5 und 7 ergibt sich aus der vorstehenden Gleichung 10 folgender Zusammenhang: _Λ f \ By substituting equations 5 and 7, equation 10 above results in the following relationship: _Λ f \

Anstelle der vorstehenden Formel 11 kann auch folgendes geschrieben werden;Instead of the above formula 11, the following can also be written;

030039/0338030039/0338

Während in der vorstehenden Gleichung 11 die Extinktionen ^ E^ und E^ aufgrund der erhaltenen Maßsignale 1^, I7L und I ^bekannt sind und darüberhinaus auch die Absorptionskoeffizienten aν für Wasser und a _c. für Cellulose bekannt sind, ist das Flächengewicht M_c der Cellulose zunächst unbekannt. Das Flächengewicht M_c der Cellulose wird - wie eingangs schon erwähnt - mit Hilfe einer gesondert durchgeführten Messung, insbesondere mit Hilfe einer an sich bekannten Beta-Strahlungsmessung ermittelt. - In eine derartige Beta-Strahlungsmessung geht außer dem Flächengewicht der Cellulose zwar auch das im betreffenden Material enthaltene Wasser ein, wegen des prozentual geringen Anteils des Wassers am gesamten Flächengewicht des betreffenden Materials ist der hieraus resultierende Fehler jedoch vernachlässigbar klein. Unter Anwendung mathematischer Iteration, insbesondere mit Hilfe eines Rachners, kann dieser an sich schon kleine Fehler beliebig klein gemacht werden und praktisch auf Null geführt werden. Im übrigen wird diese Messung von besonderen Eigenarten des physikalischen oder strukturellen Aufbaus des betreffenden Materials nicht beeinflußt.While in the above equation 11 the extinctions ^ E ^ and E ^ are known on the basis of the measurement signals 1 ^, I7L and I ^ obtained and in addition also the absorption coefficients aν for water and a _c . are known for cellulose, the basis weight M _{c of} the cellulose is initially unknown. The weight per unit area M _{c of} the cellulose is - as already mentioned at the beginning - determined with the aid of a separately carried out measurement, in particular with the aid of a beta radiation measurement known per se. - In addition to the weight per unit area of the cellulose, the water contained in the relevant material is included in such a beta radiation measurement, but due to the small percentage of water in the overall weight per unit area of the relevant material, the resulting error is negligibly small. Using mathematical iteration, in particular with the help of a rake, these errors, which are already small in themselves, can be made as small as desired and practically reduced to zero. In addition, this measurement is not influenced by special characteristics of the physical or structural composition of the material in question.

Das mit Gleichung 11 errechnete Flächengewicht des Wassers in einem zu messenden Material ist demnach unabhängig vom strukturellen Aufbau bzw. von Änderungen des strukturellen Aufbaus des betreffenden Materials und auch unabhängig vom Flächengewicht bzw. von Flächengewichtsänderungen des Materials. Das errechnete Flächengewicht des Wassers entspricht somit dem tatsächlichen Flächengewicht des Wassers.The weight per unit area of the water in a material to be measured, calculated using equation 11, is therefore independent from the structural composition or from changes in the structural composition of the material in question and also regardless of the basis weight or changes in the basis weight of the material. The calculated weight per unit area of the water corresponds to the actual weight per unit area of the water.

Auf der Grundlage der vorstehenden Gleichung 11 1st es also nun möglich, nach Durchführung von Ultrarot-Strahlungsmessungen auch an Materialien wie den MaterialienSo, based on Equation 11 above, it is now possible after taking ultrared radiation measurements also on materials like the materials

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-p.-p.

B, C und ähnlichen im Bereich der Absorptionsbanden für Wasser (/[-,) und für Cellulose (7t3) sowie bei einer Vergleichswellenlänge (2?) aufgrund der jeweils erhaltenen Meßsignale 1·^ , Ift^bzw. I-^den tatsächlichen Wassergehalt im Material B, C oder einem ähnlichen Material zu errechnen.B, C and similar in the area of the absorption bands for water (/ [-,) and for cellulose (7t3) as well as at a reference wavelength (2?) Based on each received Measurement signals 1 · ^, Ift ^ or. I- ^ the actual water content to be calculated in material B, C or a similar material.

Die im zu messenden Material enthaltenen Fasern, Füllstoff pigmente u» dgl. werden außer einer den Weg der Strahlung durch das Material mehr oder weniger verlängernden Umlenkung vielfach auch eine mehr oder weniger starke Streuung der für die Messungen verwendeten Ultrarot-Strahlungen bewirken. Die daraus resultierenden Strahlungsverluste werfen weitere Probleme bei der Messung auf«The fibers contained in the material to be measured, filler Pigments and the like are, apart from one, more or less lengthening the path of the radiation through the material Diversion often also means a more or less strong scattering of the ultrared radiation used for the measurements cause. The resulting radiation losses raise further problems in the Measurement on «

Fig. 8 zeigt grob schematisiert den Verlauf von Ultrarot-Strahlung in einem Material D. Der Strahlungsverlauf durch das Material D zum Detektor 8 hin entspricht etwa dem Strahlungsverlauf durch das Material C nach Fig. 7, Darüberhinaus tritt im Material D noch eine verhältnismäßig starke Streuung der Ultrarot-Strahlung an Fasern, Füllstoffpigmenten u. dgl. auf, verbunden mit entsprechenden Strahlungsverlusten durch Streuung»8 shows the course of ultrared radiation in a roughly schematic manner in a material D. The radiation path through the material D to the detector 8 corresponds to about the course of the radiation through the material C according to FIG relatively strong scattering of the ultrared radiation on fibers, filler pigments and the like, combined with corresponding radiation losses through scattering »

Fig. 9 zeigt außer einem Spektrogramm für das Material A nach Fig. 5 ein Spektrogramm für das Material D nach Fig. 8. Es ist erkennbar, daß der den Absorptionsbanden bei "λ._Λ und λ.^der von der chemischen und mengenmäßigen Zusammensetzung her gesehen gleichen Materialien A und D benachbarte, in den Spektrogrammen als geradlinig verlaufende dargestellte Bereich des Spektrograrams ira Fall des Material D geneigt ist gegenüber dem entsprechenden Bereich dos Spektrogramms für das Material A. DieFig. 9 shows except a spectrogram for the material A of FIG. 5 shows a spectrogram for the material D shown in FIG. 8. It is seen that the λ the absorption bands at ". _Λ and λ. ^ Of the chemical and quantitative composition Seen from the point of view of the same materials A and D, neighboring areas of the spectrogram shown in the spectrograms as running in a straight line in the case of the material D are inclined compared to the corresponding area of the spectrogram for the material A. The

0 300 39/03380 300 39/0338

Neigung dieses Bereiches des Spektrogramms für das Material D ist auf die vorerwähnten Verl\iste von Ultrarot-Strahlung durch Streuung im Material D (s. Fig. 8) - und ähnlichen Materialien - zurückzuführen. Diese Strahlungsverlu—ste sind wie erwähnt; der vierten Potenz der Wellenlänge proportional«The inclination of this region of the spectrogram for material D is due to the above-mentioned reliance on Ultrared radiation due to scattering in material D (see Fig. 8) - and similar materials. These radiation losses are as mentioned; proportional to the fourth power of the wavelength "

Aus dem Spektrogramrn für das Material D in Fig.. 9 ist ohne weiteres erkennbar, daß die Errechnung des tatsächlichen Flächengewichtes M des Wassers (des Wassergehaltes) im Material D auf der Grundlage der Gleichung 11 mit dem bei der Messung erhaltenen Meßsignalen Ii„_} I'^und Tjiizu falschen. Ergebnissen führen muß. Dies deswegen, weil wegen der wellenlängen-abhängigen Strahlungsverlüste durch Streuung das Meßsignal 1/i.^bei Vergleichswellenlänge nicht mehr mit dem eingangs erwähnten MeßsiCj'nal Iq tfeei—-a-u-s—<3eHv—Me-ß-spa-l^—sfifefeir-H^feeffi -Ma-feeeia-l-l gleichgesetzt werden kann- Das heißt, daß das bei der Vergleichswellenlänge%i erhaltene Meßsignal I7t£ nicht mehr zur Ermittlung der Tiefe der Absorptionsbande bei der Wellenlänge %_Λ bzw. der Wellenlänge /(.^verwendet v/erden kann. Die AusdrückeFrom the spectrogram for material D in FIG. 9 it can be readily seen that the calculation of the actual weight per unit area M of the water (the water content) in material D on the basis of equation 11 with the measurement signals Ii " _} I obtained during the measurement '^ and Tjiizu wrong. Must lead to results. This is because, because of the wavelength-dependent radiation losses due to scattering, the measurement signal 1 / i. ^ At the comparison wavelength no longer corresponds to the measurement signal Iq tfeei mentioned at the beginning - from - <3eHv - Me-ß-spa-l ^ -sfifeir- H ^ feeffi -Ma-feeeia-ll can be equated- This means that the measurement signal I7t £ obtained at the comparison wavelength% i is no longer used to determine the depth of the absorption band at the wavelength % _Λ or the wavelength /(.^ v / can ground. The expressions

=—
I ?t = -
I? T

entsprechen also nicht mehr der tatsächlichen Extinktiontherefore no longer correspond to the actual absorbance

Zur Lösung des vorstehend erläuterten Problems bei der Ermittlung der tatsächlichen Werte für den Wassergehalt bei Materialien mit stark streuenden Eigenschaften der Stoffe des betreffenden Materials werden unter Anwendung von Ultrarot-Strahlung mit einer weiteren Vergleichs-To solve the problem explained above when determining the actual values for the water content in the case of materials with highly scattering properties the substances of the material in question are used of ultrared radiation with another comparative

030039/0 3 38030039/0 3 38

wellenlänge den Meßweilenlängen 7\ ,-,und ^t ^zugeordnete Bezugsiverte errechnet, die zur Ermittlung de—r tatsächlichen Tiefe der Absorptionsbanden bei den Meßwellenlängen Tl^ und /f^dienen.wavelength, the reference values assigned to the measuring wavelengths 7 \ , -, and ^ t ^ are calculated, which are used to determine the actual depth of the absorption bands at the measurement wavelengths Tl ^ and / f ^.

In die Messung an streuenden Materialien wie z, B. dem Material D nach Fig. 8 wird außer der erwähnten Vergleichswellenlänge 1[^ eine weitere Vergleichswellenlänge hineingeführt. Diese weitere Vergleichswellenlänge R^ fällt ebenso wie die Vergleichswellenlänge 7l\ in den den Absorptionsbanden bei /!,,und Tl vbenachbarten_t geradlinig verlaufend dargestellten Bereich des Spektrogramms, s. hierzu Fig. 9.In the measurement of scattering materials such as, for example, material D according to FIG. 8, in addition to the comparison wavelength 1 mentioned, a further comparison wavelength is introduced. This further comparison wavelength R ^ falls as well as the comparison wavelength 7l \ in the absorption bands at /! ,, and Tl vbenachbarten area of the spectrogram _t straight running shown, s. This FIG. 9.

Bei der weiteren Vergleichswellenlänge % ^ wird ein Meßsignal iT^erhalten. Mit Hilfe der Meßsignale I^^und TTLf bei den Vergleichswellenlängen ^jund ^t/können auf einer die durch Streuung von Strahlung verursachte Neigung des Spektrogramms eines Materials einbeziehenden, als Bezugslinie anzusehenden Basislinie liegende Bezugswerte Io/i-j und Icft^errechnet werden, die der Absorptionsbande bei der Meßwellenlänge ¹^^bzw. Tildes Materials D zugeordnet sind. Die Errechnung dieser Bezugswerte I₀^ _Λ und ~S-O7.\ erfolgt näherungsweise nach den folgenden Gleichungen:At the further comparison wavelength% ^ a measurement signal iT ^ is obtained. With the aid of the measurement signals I ^^ and TTLf at the comparison wavelengths ^ j and ^ t /, reference values Io / ij and Icft ^ can be calculated on a slope of the spectrogram of a material caused by the scattering of radiation and which is to be regarded as a reference line Absorption band at the measuring wavelength ¹ ^^ or. Tildes Materials D are assigned. The calculation of these reference values I ₀ ^ _Λ and ~ S-O7. \ Occurs approximately according to the following equations:

- Ιλ J- Ιλ J

-~ I Tl 5 + *J- ~ I Tl 5 + * J

0300 39/03380300 39/0338

Die Größen χ und χ η in den vorstehenden Gleichungen 13 und 14 errechnen sich wie folgt;The quantities χ and χ η in equations 13 above and 14 are calculated as follows;

ocitrocitr

«!tr«! Tr

X₂ «! y₂ } ftX ₂ «! y ₂ } ft

Da der Verlauf der Basislinie vom gewählten MaßstabBecause the course of the baseline from the selected scale

—Ws-üe-Rtz-ah-l—Maflsfeafe—^ abhängt und selten—Ws-üe-Rtz-ah-l — Maflsfeafe— ^ depends and rarely

ganz geradlinig ist, sind die so errechneten Bezugswerte nur Näherungswerte« Bei Einführung gewisser mathematischer Korrekturen kann eine weitere Annäherung an den jeweils korrekten Bezugsivert erreicht werden.is straightforward, the reference values calculated in this way are only approximate values. ”With the introduction of certain mathematical ones Corrections, a further approximation to the respectively correct reference divert can be achieved.

Zur Ermittlung des Flächengewichtes des Massers (Wassergehalt) in einem Material mit erheblicher Streuung . von Strahlung wie im Material D lautet demnach die mit den Gleichungen 13 bis 16 korrigierte Gleichung 12 folgendermaßen;To determine the weight per unit area of the mass (water content) in a material with considerable variation. of radiation as in material D is therefore with Equation 12 corrected to Equations 13 to 16 as follows;

I%AI% A

JoTL₃ JoTL ₃

Die AusdrückeThe expressions

030039/0338030039/0338

entsprechen praktisch der tatsächlichen Extinktion E₁,. bzw. E ' bei der betreffenden Wellenlänge der Strahlung.practically correspond to the actual extinction E _1,. or E 'at the relevant wavelength of the radiation.

Eine Messung und Errechnung des Wassergehaltes in Papier, des Anteils eines eine Absorptionsbande aufweisenden Füllstoffes in einer Kunststoffolie oder ein ähnliches Meßproblem kann auf der Grundlage der vorstehend angegebenen Gleichung 1? mit einer bisher unerreicht hohen Genauigkeit gelöst werden, wobei sämtliche bei der Messung bisher auftretenden Schwierigkeiten eliminiert oder wenigstens weitgehend reduziert werden, die sich aus dem FlMchengewicht bzw·"Flachengewichfcsäriderungen des betreffenden Materials, aus der Struktur bzw. Strukturänderungen und aus dem Streuverhalten des betreffenden Materials ergeben.A measurement and calculation of the water content in paper, the proportion of a filler having an absorption band in a plastic film or the like Measurement problem can be determined on the basis of equation 1? with an unprecedented high Accuracy can be solved, eliminating all difficulties previously encountered in the measurement or at least largely reduced that from the surface weight and / or "surface weight adjustments of the material concerned, from the structure or structural changes and from the scattering behavior of the relevant Material.

Koblenz, 10. Januar 1979 Der VertreterKoblenz, January 10, 1979 The representative

0 30039/0338 BAD ORIGINAL0 30039/0338 BATH ORIGINAL

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Claims

Paul Lippke KG, Wilh.-Leuschner-StrV 12, 5450 Neuwied 1

P at e η tans check ch.e

. Method for measuring the content of a substance in a mixture of several substances (material) in the form of a thin film, e.g. B. for measuring the content of water in paper, in which using ultrared radiation with different wavelengths on the one hand a measurement signal "iv ^ at a measurement wavelength absorbed by the free (chemically unbound) water of the paper % ^ and on the other hand a measurement signal I ^" in the case of a comparison wavelength% ^ which is essentially not absorbed by the free water as well as by the other substances of the paper, which measurement signals I ^ and I # 2 represent a measure of the content of the substance in question in the material,

\ marked by this ,

a) that for example in the case of measuring the content of water in paper other than the measurement wavelength \ _Λ and the Vergleichsviellenlänge Ά. ι a measurement wavelength7 absorbed by the cellulose of the paper [^ is used, from which a measurement signal! ^ obtained vjx

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b) that also the basis weight of paper in in a manner known per se with the help of a separate measurement, e.g. B. a beta radiation measurement raessen or fixed and

c) that then the water content of the paper according to the formula

Hw ^s Hw ^s

is calculated, where M \, y is the weight per unit area of the water contained in the paper, Mc in the same dimension as MiVdas measured or fixed Weight per unit area of the paper and a ^ as well as a ς, in the associated dimension the absorption coefficient represent according to Lambert's law of water or cellulose.

Method according to Claim 1, characterized in that, in addition to the comparison wavelength% i, a comparison wavelength / I ^ which is substantially unabsorbed both by the free water and by the other substances in the paper. is used, from which a Keßsignal! ^ "is obtained, which together with the measurement signal Uuzur arithmetic determination of an imaginary, in the range of the measurement wavelengths T [^ and // ^ reaching extension (base line) of the between the wavelengths / Ij and / l ^ or. the corresponding wavenumbers ^ - and ^, as straight

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BATHROOM ~ *

The assumed running part of the spectrogram I = f \ 7 \) or I = f ( ⁵ O is used for the purpose of defining a theoretical reference point or IpTV ^ for the measurement signal I ^ or, 171?, where! (j ^ can be calculated using the following formulas; -

I0 / I3 1 ^ 2 t Kl (IJL2. -

where x ,, and X ₂ are calculated as follows:

s>

A3 -Λ.2 _nf j «_ _v _Al_I_Zkl_

after which the basis weight M ^ of the water according to fol gender formula is calculated;

Koblenz, January 10, 1979 The representative

OJ 0 0 3 9 7 0 3 3 8 BAD ORIGINAL