DE2923946A1

DE2923946A1 - Verfahren und vorrichtung zum anzeigen der teilchengroessenverteilung von teilchen in einem stroemenden medium

Info

Publication number: DE2923946A1
Application number: DE19792923946
Authority: DE
Inventors: Gerdt Heinrich Fladda; Inge Jan Lundqvist; Jan Gustav Thorulf Pettersson
Original assignee: Svenska Traforskningsinstitutet
Current assignee: Svenska Traforskningsinstitutet
Priority date: 1978-06-15
Filing date: 1979-06-13
Publication date: 1979-12-20
Also published as: CA1127869A; DE2923946C2; SE7806922L; FI74144C; JPS551600A; FI74144B; FI791892A; US4318180A

Description

-β-

P/ha

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ANZEIGEN DER TEILCHEN-GRÖSSENVERTEILUNG VON TEILCHEN IN EINEM STRÖMENDEN MEDIUM.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens .

Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können dazu verwandt werden, die Verteilung der Ausdehnung von Teilchen in der Strömungsrichtung in strömenden Medien, die Teilchen enthalten, beispielsweise von Fasern anzuzeigen, wenn es aus irgendeinem Grunde erwünscht ist, die Verteilung der Teilchen in verschiedenen Größenfraktionen zu kennen. Ein spezielles Anwendungsgebiet für das erfindungsgemäße Verfahren ist die Messung von Fasersuspensionen, die als Ausgangsmaterial für die Papierherstellung verwandt werden. Im folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren daher unter Bezug insbesondere auf die Messung von Papierpulpe beschrieben.

Es trifft für Papierpulpen aller Art, beispielsweise für mechanische Pulpen oder chemische Pulpen zu, daß die fraktionelle Zu-

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sammensetzung der Pulpe von entscheidender Bedeutung für die Eigenschaften des herzustellenden Papiers ist. Beispielsweise führt ein höherer Anteil langer Fasern zu einer größeren Festigkeit. Dieses Gesetz gilt jedoch nicht allgemein. Bei mechanischen Pulpen ist beispielsweise nicht nur . der Gehalt an langen Fasern sondern auch die Größenverteilung der Fasern im allgemeinen von Bedeutung. Um eine Pulpe mit den papierherstellungstechnischen Voraussetzungen zu erhalten, müssen alle Fraktionen der Pulpe gute Eigenschaften haben. Es hat sich oftmals gezeigt, daß bei mechanischen Pulpen ein sich ändernder Anteil des Fasermaterials in der sogenannten Mittelfraktion der Pulpe Anlaß zu sich ändernden Eigenschaften des resultierenden Papiers gibt. Es ist daher wünschenswert, ein Verfahren zu entwickeln, mit dem der Gehalt von wenigstens drei verschiedenen Fraktionsklassen in der Pulpe, beispielsweise der feinen, mittleren und langen Faserfraktion bestimmt werden kann.

Dasselbe gilt entsprechend für viele chemische Pulpen, beispielsweise für Sulfit- und Sulfatpulpen. Pulpen dieser Art sollen einen hohen Anteil an flexiblen langen Fasern und ein feines Material mit Bindefähigkeit enthalten. Das wird beispielsweise automatisch bei vollständig gebleichter nichtzerfaserter Sulfatzellulose als Folge der natürlichen Eigenschaften von Holz erreicht, die fraktionelle Zusammensetzung von faserigen Suspensionen kann jedoch bei chemischen Pulpen mit höherer Ausbeute oder bei zerfaserten Pulpen mit niedriger Ausbeute weniger günstig sein. Diese Pulpen benötigen daher eine erhöhte Kontrolle der Fraktionszusammensetzung, um es möglich zu machen, frühzeitig eine mögliche Abweichung der Zusammensetzung von der gewünschten Zusammensetzung festzustellen und schnell die notwendigen Korrekturmaßnahmen zu ergreifen.

Wenn daher bisher die Proportionen der verschiedenen gewünschten Fraktionen bestimmt werden mußten, mußte eine Probe der Suspension genommen und die Probe gesiebt werden, um die verschiedenen Fraktionen voneinander zu trennen,.woraufhin die Fraktionen getrocknet und gewogen werden mußten. Es ist ersichtlich, daß es sich dabei um ein teueres und insbesondere langsames Verfahren handelt,

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das jedoch ein relativ genaues Ergebnis liefert.

Seit langem besteht ein wirklicher Bedarf an einem Verfahren, das wenigstens so sicher wie das obige Verfahren ist und das schnell und vorzugsweise fortlaufend durchgeführt werden kann.

Durch die Erfindung wird ein derartiges Verfahren geliefert, das durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des Patentanspruchs gekennzeichnet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich sowohl dazu, ein Warnsignal zu geben, wenn die gemessenen Anteile der Fraktionen nicht innerhalb bestimmter Grenzwerte liegen, als auch für eine automatische Nachstellung irgendeines Elementes bei der Pulpenherstellung, beispielsweise der Nachstellung der Malscheiben bei der Herstellung der Raffinierpulpe.

Die vorliegende Erfindung basiert auf den Grundsignalen, die bei dem Konzentrationsbestimmungsverfahren verwandt werden, das in der schwedischen Patentanmeldung 7706320-4 beschrieben wird, aus der ein Verfahren zu entnehmen ist, mit dem ein Maß für die Konzentration von in einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen erhalten werden kann, das unabhängig von der Teilchengrößenverteilung in der Suspension ist. Außerdem wird ein Signal erzeugt, das sich linear mit der Konzentration ändert. Bei dem Verfahren gemäß der schwedischen Patentanmeldung 7706320-4 wird ein Signal linearisiert, das den Quadratwert des wirklichen effektiven Wertes des Wechselspannungsanteils eines Signals von einem Detektor enthält, der Licht aufnimmt, das durch eine Suspension projiziert wird, wobei weiterhin ein Gleichspannungssignal linearisiert wird, das durch eine Kombination des Gleichspannungsanteils der Signale von einem vorzugsweise unter O angeordneten Detektor oder von zwei Detektoren erhalten wird, die unter verschiedenen WinkelStellungen relativ zum Weg des Lichtes in der Suspension angeordnet sind. Die Linearisierung erfolgt bezüglich der Konzentration. Den Änderungen in der Empfindlichkeit der beiden Signale, die im folgenden als Wechselspannungssignal und Gleichspannungssignal bezeichnet werden, wird bezüglich der Hauptfaserlänge entgegengewirkt. Um ein Maß für die Konzentration zu bekommen, das unabhängig von

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der fraktionellen Zusammensetzung ist, werden in der schwedischen Patentanmeldung 7706320-4 das Wechselspannungssignal und das Gleichspannungssignal einzeln linearisiert und wird diesen Signalen eine derartige Steigung gegeben, daß die linearisierten Signale dann, wenn sie addiert werden, den gleichen Empfindlichkeitskoeffizienten haben, was bedeutet, daß das Maß für die Konzentration unabhängig von der Teilchengrößenverteilung in der Suspension ist.

Bei fortgesetzten Untersuchungen der beiden Signale hat es sich herausgestellt, daß das Ausgangssignal der Meßeinheit, die die Detektoren umfaßt, sich mit der Meßgeometrie ändert. Unter der Meßgeometrie sind dabei sowohl die Anordnung der Bauelemente als auch ihre Größe und Auslegung, d.h. beispielsweise die Oberfläche der detektoren, die Brennweite des Linsensystems, das in der Meßeinheit vorhanden ist, der Flächenbereich der enthaltenen Membran, die Querschnittsfläche des Lichtstrahls und allgemein die körperlich räumlichen Abmessungen zu verstehen. Dabei zeigte es sich, daß insbesondere die Form des Wechselspannungssignals von der Meßgeometrie beeinflußt wird, während das Gleichspannungssignal im wesentlichen nur durch die Geometrie über eine multiplikative Konstante beeinflußt wird, die unabhängig von der Hauptfaserlänge des Fasermaterials ist.

Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert, die die oben erwähnten physikalischen Verhältnisse ausnutzen.

Figur 1 zeigt in einem Diagramm die verschiedenen Wechselspannungssignale.

Figur 2 zeigt in einem Diagramm die verschiedenen Gleichspannungssignale.

Figur 3 zeigt ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 4 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgeir.ä3en Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens. 909851/0849 -15-

In Figur 1 ist die Empfindlichkeit des Wechselspannungssignals als Funktion der Hauptfaserlänge der Faserfraktion für drei verschiedene Meßgeometrien dargestellt, wobei natürlich die Konzentration der Suspension konstant gehalten wurde.

In Figur 2 ist die Empfindlichkeit des Gleichspannungssignals als Funktion der Hauptfaserlänge der Faserfraktion für drei verschiedene Meßgeometrien gleichfalls bei konstanter Konzentration dargestellt. Die Kurven 1 sind mit einer hohen Auflösung, d.h. mit kleinen Membranabmessungen,einer kleinen Detektorfläche oder ähnlichem aufgezeichnet, während die Kurven 2 mit einer niedrigen Auflösung aufgezeichnet sind. Wenn die Strömung durch den Meßkolben beschleunigt wird, wird die Fraktionsselektion bei den Kurven 1 in Figur 1 deutlicher, da die langen Fasern in Strömungsrichtung ausgerichtet werden. Es ist daher zweckmäßig, einen Kolben mit einer Querschnittsfläche zu verwenden, die kleiner als die des Durchgangs ist, durch den die Suspension strömt, um eine beschleunigte Strömung durch den Kolben zu erhalten. Der Umstand, daß es gerade das Wechselspannungssignal ist, das sich in der in Figur 1 dargestellten Weise ändert, wird verständlich, wenn berücksichtigt wird, daß bei einer feineren Auflösung der Detektor einen Teil des beleuchteten Materials mit einem kleineren Querschnitt in der Flüssigkeit erfaßt. Um folglich den gesamten Meßflächenbereich in Längsrichtung abzudecken, sind Fasern mit einer Länge erforderlich, die kleiner als die untere Auflösung ist, d.h., daß der Detektor eine größere Querschnittsfläche des erleuchteten Materials in der Flüssigkeit erfaßt. Die Kurve für die hohe Auflösung geht daher schneller auf einen konstanten Wert mit steigender Faserlänge als die Kurve für eine niedrige Auflösung. Der Wechselspannungsanteil des Signals vom Detektor liefert keine zusätzliche Information über Fasern, die eine bestimmte Länge überschreiten. Das Wechselspannungssignal steht somit direkt mit der Faserlänge in Verbindung.

Wenn ein System erhalten werden soll, das den Gehalt in einer Anzahl von Fraktionsklassen, die gemessen werden sollen, äquivalent halten soll, kann somit die Abhängigkeit des Wechselspannungssignals von der Meßgeometrie ausgenutzt werden. Wenn die unten angegebenen Matrizen aufgestellt werden und das von ihnen wiedergege-

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bene Gleichungssystem gelöst wird, geben die Elemente in K.den äquivalenten Gehalt an Fasern ausgedrückt vorzugsweise in Milligramm pro Liter der bestimmten Längenfraktionsklassen wieder, d.h.

A-K = U (1)

wobei die Elemente in der Matrix A die Empfindlichkeitskoeffizienten a.. für die verschiedenen Meßgeometrien (Reihen) und Längenfraktionen (Spalten) sind und wobei i für die Geometrie und j für die Längenfraktion stehen. Die Elemente in einer Reihe der Matrix A können möglicherweise aus den Empfindlichkeitskoeffizienten der Gleichspannungssignale bestehen. Die Elemente in der Matrix K sind die gesuchten Konzentrationen der verschiedenen Längenfraktionsklassen. Die Matrix K ist ein Spaltenvektor. Die Elemente in der Matrix U sind die linearisierten Wechselspannungswerte von jeder Meßgeometrie bei den Messungen der Suspension, deren Gehalt in Klassen zu unterteilen ist. Die Matrix U ist ein Spaltenvektor.

Die in der Praxis aus den Messungen erhaltenen Eingangsdaten werden natürlich von gewissen Meßfehlern beeinträchtigt sein. Es ist daher außerordentlich wichtig, Gleichungen zu verwenden, die linear so unabhängig wie möglich sind. In der Praxis ist es daher nicht zweckmäßig, direkt ein System mit Meßfehlern nach Gleichung (1) zu lösen. Diese Gleichung soll nur zur Darstellung des Grundprinzipes dienen. Das in der Praxis verwandte Gleichungssystem sollte beispielsweise nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate aufgebaut sein. Wenn die Matrix A nicht quadratisch gewählt ist (Redundanzsystem), kann das Verfahren der kleinsten Quadrate vorteilhaft angewandt werden. Die Gleichung (1) sollte daher nach bekannten mathematischen Verfahren umgewandelt werden in:

A^TU(A^TA)"¹ = K (2)

Im folgenden werden die Empfindlichkeitskoeffizienten a.. ermittelt. Ein genaues Verfahren dazu besteht darin, Fraktionen,die jeweils repräsentativ für jede Klasse sind und bekannte Konzentrationen haben,durch alle Meßanordnungen hindurchgehen zu lassen und

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dieses Verfahren zu wiederholen, bis Fraktionen für alle Klassen hindurchgegangen sind. Wenn nämlich eine Probe mit einem gemischten Fraktionsgehalt durch eine der Meßanordnungen, beispielsweise die i-te Meßanordnung hindurchgeleitet wird, ergibt sich die folgende Gleichung für das erhaltene Signal:

U. = concha.. + conc₂a.₂ ⁺ ^+concn^a'n

wobei COnC₁ die Konzentration des Fasergehaltes in der ersten Klasse und cone die Konzentration des Fasergehaltes in der letzten Klasse ist. Die verschiedenen Koeffizienten a.. werden somit durch das obige Verfahren mit Fraktionen mit separaten bekannten Klassen und bekannten Konzentrationen erhalten. Aus dem obigen ergibt sich somit, daß der gesamte Fraktionsgehalt in eine Anzahl von Fraktionsklassen unterteilt wird, die gemessen werden sollen. Die gewählten Klassen grenzen aneinander und der Faserfraktionsgehalt wird zu 100% überdeckt.

Aus dem obigen ist ersichtlich, daß für ein Gleichungssystem, das den vollen Bereich mit η Fraktionsklassen abdeckt, n-1 Bedingungen erforderlich sind. Das soll anzeigen, daß es auch notwendig ist, eine Anzahl von n-1 Meßanordnungen zu verwenden.

Es ist jedoch auch möglich, mit einer Meßanordnung weniger zu arbeiten, da das Gleichspannungsssignal von einer Meßanordnung in Wirklichkeit eine zusätzliche Bedingung liefert und wie ein Wechsel- , Spannungssignal verwandt werden kann, das von einer Meßanordnung empfangen wird. Die Anzahl der Meßanordnungen, die verwandt wird, kann daher auf n-2 herabgesetzt werden, selbst wenn bei Versuchen mit dem Verfahren vorzugsweise so viele Meßanordnungen verwandt wurden, wie gewählte Klassen vorhanden sind. Unter dem Begriff der verschiedenen Meßanordnungen sind verschiedene Meßkopfeinheiten mit verschiedener Meßgeometrie zu verstehen, was bedeutet, daß nicht alle Elemente in den verschiedenen Anordnungen verschieden sein müssen. Es kann ausreichen, wenn ein Element, beispielsweise eine Membran oder ein Detektor verändert wird. Mehrfache Detektoren können

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beispielsweise verwandt werden, wobei eine Bedingung von einem Signal von einem Teildetektor erhalten werden kann, während eine zwei-. te Bedingung von einem Signal von dem gesamten Mehrfachdetektor erhalten werden kann. Wesentlich ist, daß in der oben beschriebenen Weise die verschiedenen Meßanordnungen verschiedene Auflösungen relativ zueinander liefern.

Es gibt natürlich auch andere Verfahren als das oben beschriebene Verfahren, mit denen die Koeffizienten der Matrix A erhalten werden können. Es ist beispielsweise möglich, mehrere verschiedene Proben mit bekanntem Fraktionsgehalt verteilt über verschiedene Klassen zu verwenden und in dieser Weise die verschiedenen Koeffizienten in der Matrix A zu ermitteln, obwohl dieser Weg beschwerlicher ist.

Es ist natürlich nicht notwendig,beim Aufbau der Meßvorrichtungen die relativ beschwerliche Messung aller Koeffizienten in der Matrix A individuell für jede Vorrichtung durchzuführen. Das würde diese Vorrichtungen viel zu kostspielig machen. Es kann ausreichend sein, die Koeffizienten zu verwenden, die bei Messungen an einem Prototyp erhalten wurden. Um sicherzustellen, daß die verschiedenen Vorrichtungen Meßergebnisse liefern, die in erlaubten Grenzen liegen, kann ein Medium oder können mehrere Medien mit einem geeigneten Fraktionsgehalt als Vergleich durch die Vorrichtungen laufengelassen werden und-gemessen werden. Vorrichtungen, die den Erfordernissen nicht genügen, werden dadurch nachgestellt, daß insbesondere die mechanischen und optischen Teile der verschiedenen Meßanordnungen nachgestellt werden. Die Koeffizienten in der Matrix A werden vorzugsweise in einem Festspeicher, beispielsweise vom Typ ROM, PROM oder EPROM im Rechenteil der Vorrichtung gespeichert. Bei der Herstellung ist es in den meisten Fällen kostengünstiger, diese Speicher identisch auszubilden.

In vielen Fällen ist es nicht notwendig, die Vorrichtungen zu eichen, um genaue richtige Werte des Fraktionsgehaltes in jeder Klasse zu erhalten und sind Annäherungswerte ausreichend, da die Vorrichtungen oftmals dazu verwandt werden sollen, Änderungen in der fraktionellen Zusammensetzung eines Mediums zwischen verschiedenen Messungen anzu-

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zeigen. Die Vorrichtung kann in diesem Fall als selbstbestimmend angesehen werden. Da es eine Frage der Vergleichsmessung ist, können die verschiedenen Koeffizienten daher relativ willkürlich gewählt werden.

Es ist gleichfalls ersichtlich, daß der Wert, den die Vorrichtung für jede Fraktionsklasse bei einer Messung anzeigt, nicht der Wert des genauen Anteils der Fraktion in diesen Klassen oder der genaue prozentuale Wert der Fraktion in den fraglichen Klassen sein muß. Es kann stattdessen sehr zweckmäßig sein, darauf zu achten, daß die Werte eine bestimmte Ziffer, beispielsweise die Ziffer 0, anzeigen, wenn die Werte für die Klassen mit einem gewünschten Wert übereinstimmen. Die Vorrichtung zeigt daher Abweichungen von einer gewünschten Zusammensetzung an. Die Anordnung kann noch weiterentwickelt werden, indem die Skalen für die verschiedenen Klassen bezogen auf ihre Bedeui-'ing für das Endergebnis verändert werden.

Es ist auch möglich, mit-dem erfindungsgemäßen Verfahren ein Prozentualanzeigesystem zu erhalten, indem die Anteile zwischen den Wechselspannungssignalen und den Gleichspannungssignalen von den jeweiligen Meßgeometrien verwandt werden. Die Werte dieser Anteile ändern sich genau in derselben Weise, wie bei dem oben beschriebenen, die Konzentration anzeigenden Meßsystem mit der Längenfraktion und der Meßgeometrie, sind jedoch darüberhinaus von den Konzentrationen unabhängig. Durch die Verwendung der konzentrationsunabhängigen Anteile als Empfindlichkeitskoeffizienten, d.h. als Elemente a.. in der Matrix A, kann ein ähnliches Gleichungssystem gebildet werden, das direkt den äquivalenten Gehalt in Prozent in den vorgewählten Längenfraktionsklassen liefert. Die Matrix ü besteht in diesem Fall aus den Anteilssignalen, die für die jeweilige Meßgeometrie beim Messen der fraglichen Fasersuspension erhalten werden. In der Praxis werden natürlich die prozentualen Werte addiert nicht genau 100% ergeben, es sei denn, daß spezielle Maßnahmen getroffen werden. Die Faserlängenverteilungskurve hat einen kontinuierlichen Verlauf und kann nur approximiert werden, indem der Gehalt in einer endlichen Anzahl von Klassen angegeben wird. Es ist auch möglich, statt der Verwendung der reinen Anteilsinformation zwischen dem Wechselspannungssignal und dem Gleichspannungssignal mehr komplexere Anteilsinforma-

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tionen zu verwenden, wie es in der schwedischen Patentanmeldung 77063204-4 beschrieben wird, nämlich

dtj Λ7 + R \# *V LL ß T^*

F ~ V + V »*_ „r- rf- It-

^{11 V}AC DC )f V f V-

wobei V-_c und V__c das Wechselspannungssignal und das Gleichspannungssignal sind, μ ein Faktor ist, der für eine gegebene Fraktionsverteilung für den fraglichen Meßkopf konstant ist und sich daher nur in Abhängigkeit von der Fraktionsverteilung ändert,V ein Faktor ist, der für eine gegebene Faserfraktion für den fraglichen Meßkopf konstant ist und sich daher nur in Abhängig von der Fraktionsverteilung ändert und t/.,ß,jj- und O Konstante sind.

Das komplexe Signal, das dabei von jedem Meßkopf erhalten wird, ist außerordentlich zweckmäßig, da zusätzlich zu seiner Verwendunf im obigen Gleichungssystem zum direkten Bestimmen der Anteile des Fasermaterials in den gewählten Fraktionsklassen dieses Signal auch dazu dienen kann, die Fraktionsverteilungstendenzen innerhalb jeder einzelnen Klasse anzuzeigen.

Versuche haben gezeigt, daß die Kurve für die Konzentration als Funktion der Fraktionsverteilung in den meisten Fällen eine stetige Verteilungsfunktion mit einer ausdrücklichen Schrägverteilung ähnlich· einer F-Verteilungskurve ist. Von besonderem Interesse beim Messen einer Papierpulpe sind die Änderungen in der Form dieser Kurve d.h. ob und in welchem Maß das Maximum der Kurve zwischen den Fraktionsklassen verschoben wird und ob die Kurve aus irgendeinem Grund ihren Charakter allgemein ändert.

Die nach dem oben erwähnten Gleichungssystem K=A U oder

T T —1
K = A U(A A) erhaltenen Werte können auch so verwandt werden, daß die Werte oder geeignete Bruchteile der Werte irgendwo in ihren jeweiligen Größenverteilungsintervallen markiert werden, wo sie sich mit der größten Wahrscheinlichkeit befinden, unabhängig ob nur die Wechselspannungswerte, die Wechselspannungswerte einfach durch ihre jeweiligen Gleichspannungswerte geteilt oder die Formel T- verwandt werden. Durch eine Kennzeichnung der Höhe der markierten Werte an diesen Stellen kann eine angenäherte Kenntnis des Verlaufs der Kurve

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erhalten werden und wird eine sehr genaue Kenntnis der Tendenzen der Änderungen in einer oder der anderen Richtung erhalten. Wenn die oben erwähnte Gleichung für T„ verwandt wird, kann noch eine bessere annähernde Kenntnis des Kurvenverlaufs erhalten werden, da zusätzlich zu der Größe der Signale von denen jedes den Anteil des Fasermaterials in einer bestimmten Fraktion angibt, auch eine Anzeige erhalten wird, wo innerhalb des jeweiligen Intervalls der Wert zu markieren ist. Aus der schwedischen Patentanmeldung 7706320-4 ist ersichtlich, daß die Gleichung T eine Anzeige der Fraktionsverteilung bezüglich der langen Fasern in Bezug auf die kurzen Fasern liefert. In diesem Fall ist es zweckmäßig, direkt die verschiedenen berechneten Werte für T„, die von den verschiedenen Meßköpfen erhalten werden, in einen speziellen Rechner einzugeben, der über eine Kenntnis der Verteilungsfunktion direkt an seinem Ausgang die berechnete Kurvengleichung und möglicherweise auch ihre Tendenz bezogen auf die Kurvenformen liefert, die vorher erhaltenen wurden. Eine weitere Anwendungsvariante zum Berechnen des Fraktionsanteils in jedem Intervall wird dann erhalten, wenn die Wechselspannungssignale oder als Alternative die Wechselspannungssignale dividiert durch die Gleichspannungssignale verwandt werden und gleichzeitig die T -Signale berechnet werden. Durch Ein-

setzen der Wechselspannungssignale oder der einfach geteilten Wechselspannungssignale in das obige Gleichungssystem K'A=U wird der Anteil des Fasermaterials in den gewählten Fraktionsklassen berechnet und durch Einsetzen der berechneten T„-Werte in ein ähnliches Gleichungssystem werden die Stellen längs der Fraktionsachse in jedem Intervall erhalten, an denen die verschiedenen Meßwerte am zweckmäßigsten zu markieren sind.

In Figur 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt. Die Strahlung von einer Lichtquelle 1 wird über ein Linsensystem 2 und eine Membran 3 auf die Mitte eines Kolbens 4 mit kreisförmigem Querschnitt fokussiert, der ein strömendes Medium enthält. Auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Kolbenseite befindet sich ein Detektor 5.

Der Ausgang des Detektors 5 ist mit einer Rechen- und Linearisierungsschaltung 8 verbunden, die den Rechenvorgang

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In

ν² ν"²

RMS DC(O ) + 1

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² DC(O°)

ausführt, wobei dieser Rechenausdruck der oben erwähnte linearisier-

2
te Wechselspannungsanteil ist und V _.„_ der Quadratwert des wahren

KrID

Effektivwertes des Wechselspannungssignals vom Lichtdetektor 5 ist, V₀C(O⁰) ^{der G}l^eicnsP^annun?^{santeil des} Signals vom Detektor 5 beim Messen des Mediums ohne suspendierte Substanzen ist und C2 eine Konstante ist. Ein Beispiel für eine Schaltung, die diesen Rechenvorgang ausführt, ist aus der schwedischen Patentanmeldung 77B6320-4 zu entnehmen.

In Figur 3 ist weiterhin dargestellt, daß die Membran 3 an einer Drehscheibe 6 angebracht ist, die mit mehreren Membranen versehen ist, die über einen Ring auf der Scbaibe verteilt sind. Wenn die Anzahl der gewünschten messbaren Fraktionsklassen gleich η ist, kann die Anzahl der Membranen j zwischen n-2 und irgendeiner Zahl liegen. Das beruht darauf, daß in der bereits erwähnten Weise das Gleichspannungssignal von einer Meßanordnung an sich so benutzt werden kann, als wäre es ein Wechselspannungssignal, da es eine Extrabedingung zum Bestimmen der Fraktionszusammensetzung liefert. In dieser Weise wird eine Reihe der Matrix A erhalten. Eine weitere Meßanordnung ist nicht notwendig, da der gesamte Faserlängenbereich überdeckt wird. Das bedeutet, daß es möglich ist, mit n-2 Meßanordnungen auszukommen. Die Scheibe wird über eine Antriebseinheit 7 betrieben, die gesteuert über eine Steuereinheit 9 die Scheibe 6 so dreht, daß eine neue Mem- « .bran in den Weg des Strahls von der Lampe 1 gebracht wird. Die Steuereinheit 9 steuert auch die Schaltung 8. Statt einer Drehscheibe mit Membranen 3 fester Anordnung kann auch eine Irismembran beispielsweise verwandt werden, die auf verschiedene Stellungen eingestellt werden kann. Um die Koeffizienten in der Matrix A in passender Weise zu erhalten, wird zunächst eine Suspension mit bekannter Konzentration der Faserklasse 1, die beispielsweise eine Suspension von 200 mesh aus einer Bauer-McNett-Fraktionierung sein kann, durch den Kolben 4 geführt und wird der linearisierte Wechselspannungswert für jede Membran 3 angezeigt. Diese Werte werden durch die Konzentration in einem Teiler 10 geteilt und in einem Speicher 11 über eine Steue-

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rung durch die Steuereinheit 9 gespeichert, die dadurch den Speicher in geeigneter Weise addressiert. Die restlichen Suspensionen mit Fraktionen in den gewünschten Fraktionsklassen werden dann in der richtigen Reihenfolge durch den Kolben geleitet und die Ausgangssignale von der Schaltung 8 für jede Membran 3, die durch die bekannten Konzentrationen geteilt sind, werden im Speicher 11 in derselben Weise wie für die Fraktion in der Klasse 1 gespeichert. Wenn beispielsweise drei Fraktionsklassen für eine Papierpulpe zu wählen sind, wird die feine Fraktion, beispielsweise als Fraktion mit 200 mesh gewählt, wird die Mittelfraktion als Fraktion mit 200 bis 30 mesh gewählt und wird die Langfaserfraktion als Fraktion mit 30 mesh gewählt. Die Suspensionen, die mit bekanntem Fraktionsgehalt verwandt werden, müssen für ihre Klasse wirklich repräsentativ sein und somit eine Fraktionszusammensetzung enthalten, die gleichmäßig .über die Klasse verteilt ist. Bei diesem Verfahren werden somit die Werte in der oben erwähnten Matrix A im Speicher 11 gespeichert. Das muß natürlich nicht bei jeder eigentlichen Messung erfolgen, sondern nur bei einer speziellen besonderen Anforderung. Der Speicher 11 kann daher ein nicht programmierbarer Festspeicher sein. Er muß nicht separat für jede Meßvorrichtung sondern nur als Prototyp ausgelegt werden. Die Eichung der Vorrichtungen kann erforderlichenfalls durch eine Einstellung der optischen Baueinheiten erfolgen.

Bei der eigentlichen Messung für jede Membran 3 werden die Ausgangssignale der Schaltung 8 über eine Steuerung von der Steuereinheit 9 in einem zweiten Speicher 12 gespeichert, der ein Zwischenspeicher sein kann. Wenn der Speicher 12 gefüllt ist, führt die Recheneinheit 13 die Berechnung der gewünschten Konzentrationen gleichfalls über eine Steuerung der Steuereinheit 9 aus. Die Recheneinheit besteht vorzugsweise aus einem vorprogrammierten Mikrocomputer oder Kleinrechner, der die Berechnung des oben beschriebenen Gleichungssystems ausführt und die Ergebnisse an einer Anzeigeeinheit 14 anzeigt oder ein analoges oder digitales Steuersignal liefert, das in einer bestimmten Beziehung zu den erhaltenen Ergebnissen steht. Wenn eine Anzeige von prozentualen Werten erwünscht ist, wird das erhaltene Wechselspannungssignal im vorliegenden Fall durch

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^lnV>DC(O°)- ^VDC(O°)

dividiert.

In Figur 3 ist ein zweiter Detektor 15 dargestellt, der unter einem Winkel relativ zur optischen Achse angeordnet ist, der sich von dem Anordnungswinkel des Detektors 5 unterscheidet. Der Detektor 15 wird dann verwandt, wenn ein System erwünscht ist, das von der Intensität und Farbe abhängt und stellt bei der Anteilsbildung des Wechselspannungssignals durch die Zuleitung der Gleichspannungsanteile von den beiden Detektoren gleichfalls eine Anzeige prozentualer Werte dar. Mit Hilfe des Gleichspannungsanteils des Signals vom Detektor 15 bildet die Rechenschaltung das obige Gleichspannungssignal nach der Gleichung

In

^VDC	(θ°	)	C	1	^VDC(e°	)
^VDC	(0°	)		^v'dc(o	°) + 1

wobei ν__ο ,_.o. das Gleichspannungssignal ist, das beim Messen der

DC lö )

Suspension vom Detektor 15 erhalten wird, der unter einem Winkel θ angeordnet ist, V_n_, _ioo. das Gleichspannungs signal ist, das beim Messen der Suspension von dem Detektor 5 erhalten wird, der unter einem Winkel von 0 angeordnet ist, V' „_(Βο. und V' .^o, die Gleichspannungssignale von den Detektoren 15 und 5 beim Messen eines Mediums ohne Teilchensuspension sind und C₁ eine Konstante ist.

Ein Beispiel dafür, wie die Recheneinheit zur Durchführung dieser Operation ausgebildet sein kann, ist in der schwedischen Patentanmeldung 7706320-4 dargestellt. Wie es oben beschrieben wurde, erfolgt eine Anteilsbildung zwischen den Wechselspannungssignalen und den Gleichspannungssignalen bei Anzeigesystemen für prozentuale Werte, wobei die Anteilsbildung auch in der Schaltung 8 erfolgt. In anderer Hinsicht arbeiten die in Figur 3 dargestellten Schaltungen in genau der gleichen Weise für Anzeigesysteme zum Anzeigen von prozentualen Werten und für Konzentrationsanzeigesysteme.

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In Figur 4a ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Durchführen des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, bei dem die Suspension durch einen im wesentlichen rechteckigen Kolben 16 geführt wird, der in Figur 4a in einer Längsschnittansicht dargestellt ist. Figur 4b zeigt eine Querschnittsansicht des Kolbens, wenn die Vorrichtung als Konzentrationsanzeigesystem verwandt wird_;und Figur 4c zeigt eine Querschnittsansicht des Kolbens, der sich zur Verwendung bei einem Anzeigesystem für prozentuale Werte eignet, bei dem der zweite Detektor, der dem Detektor in Figur 3 entspricht, unter einem Winkel θ angeordnet ist. Die Ecke des Kolbens ist dabei abgerundet, so daß das Licht, das von der Suspension auf den Detektor 15 trifft, senkrecht auf die Glaswand des Kolbens auftrifft. Diese Ausbildung ist für diesen Fall zweckmäßig, jedoch nicht unbedingt notwendig, da gleichfalls eine Kompensation für einen gekrümmten Strahlengang erfolgen kann/

Wie es in Figur 4a dargestellt ist, wird der Kolben 16 in diesem Fall durch drei Strahlungsquellen 17, 18, 19 mit kollimiertem Licht beleuchtet. Diese Strahlungsquellen sind vorzugsweise vom gleichen Typ, obwohl in Figur 4a zwei Arten von Strahlungsquellen dargestellt sind, um anzuzeigen, daß beide dieser Arten verwandt werden können. Die Strahlungsquellen 17 und 18 sind als Lampen 20, 20' mit einem Linsensystem 21,21' dargestellt, das das Licht von der Lampe sammelt, während die Strahlungsquelle 19 als Laser 22 mit einem nachgeschalteten sogenannten Strahlendehner 23 dargestellt ist.

Im Strahlengang vor dem Kolben befindet sich eine Membran 24, 25 und 26, um den Strahlengang von jeder Strahlungsquelle zu begrenzen. Im Strahlengang hinter dem Kolben sind zusätzliche Membranen 27,28 und 29 jeweils vorgesehen. Diese letzteren Membranen bestimmen den optischen Winkel für die Detektoren 30, 31 und 32, von denen jeweils einer für jeden Strahlengang vorgesehen ist. In Figur 4a ist dargestellt, daß die Membranen 24 bis 26 im Strahlengang vor dem Kolben und die Membranen 27 bis 29 hinter dem Kolben dieselbe Öffnung für denselben Strahlengang haben. Das ist nicht unbedingt notwendig.

In Figur 4a hat die oberste Meßanordnung 17, 24, 27, 30 die größte Auflösung, d.h. haben die Membranen 24 und 27 die kleinsten öffnun-

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gen, während die unterste Meßanordnung 19, 26,29, 32 die niedrigste Auflösung hat, was bedeutet, daß die Membranen 26 und 29 die größte öffnung haben, die so groß ist, daß eine Sammellinse 23 hinter der Membran 29 angeordnet werden muß, um die Strahlung auf den Detektor 32 zu kollimieren. Eine größere Detektorfläche kann natürlich statt dessen verwandt werden.

Die Signale von den Detektoren 30 bis 32 liegen parallel an einer Schaltung 34, die im wesentlichen dieselbe Ausbildung wie die in Figur 3 dargestellte Schaltung oder wie die Rechenschaltungen gemäß schwedischer Patentanmeldung 7706320-4 oder wie beide Schaltungsarten zur Kooperation haben kann, mit der Ausnahme, daß die Detektorsignale zuerst gespeichert werden, so daß sie anschließend der Reihe nach durch die Rechenschaltung 8 verarbeitet werden können. Das Ausgangssignal der Schaltung 34 liegt an einer Schaltung 35, die die Kurvenform für die Verteilungsrunktion für die Fraktionsverteilung berechnet. Beide Schaltungen 34 und 35 können natürlich Teile derselben Baueinheit beispielsweise eines Kleinrechners sein, der an seinem Ausgang ein geeignetes Steuersignal auf das Aussehen der berechneten Hauptkurvenform ansprechend liefert.

Im obigen wurden lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Vieles von dem, was bei der in Figur 3 dargestellten Schaltung, beispielsweise über eine Steuerung von einer Steuereinheit 9 automatisch ausgeführt wird, kann von Hand aus mit einem manuellen Lesen und Berechnen der erhaltenen Ergebnisse ausgeführt werden. Das trifft insbesondere für die Eichung zu. Es ist sogar vorstellbar, dann, wenn Einzelelemente wie beispielsweise die Beleuchtung, die Membrananordnung, die Detektoren und die mechanische Kopplung zwischen den Einzelelementen und dem Kolben ausreichend stabil sind, der Speicher 11 ein Festspeicher ist, der bei der Herstellung der Vorrichtung programmiert wird, wonach keine Neuprogrammierung zur Einstellung erforderlich ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich dann besonders gut, wenn eine schnelle Beobachtung der Tendenzen einer aufgetretenen Änderung erwünscht ist. Es kann sehr wichtig sein zu wissen, welcher Faserlängenbereich den höchsten Wert hat und ob sich dieser spezielle

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ORlQlNAL INSPECTED

Faserlängenbereich zur feineren Fraktion oder zur Langfaserfraktion verschiebt. Diese Tendenzen von Änderungen und ihre Schwankungen können eine wertvolle Information darüber liefern, welche Teile des Papierpulpenherstellungsverfahrens Korrekturmaßnahmen benötigen.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat bei Testläufen ausgezeichnete Ergebnisse geliefert. Bei einem Vergleich mit einer gleichzeitig durchgeführten Messung mittels eines bekannten normalen Verfahrens, das einleitend beschrieben wurde, hat es sich herausgestellt, daß die erhaltenen Werte vollständig innerhalb der erwarteten Fehlergrenzen liegen, was darauf beruht, daß kein derartiges Verfahren vollständig absolute Ergebnisse liefern kann, da es extrem schwierig ist, eine Grenze zwischen zwei benachbarten Faserlängenbereichen zu erhalten, die vollständig scharf ist.und ein gewisses überlappen

ι '

unabhähgig von dem verwandten Verfahren auftreten muß.

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[. e e r s e i t e

Claims

Dr. F. Zumstein sen. - Dr. E. Assmuoh - Dr. R. iCoen.gsberger Dipl.-Phys. R. Holzbauer- Dipl.-Ing. F. Klingseisen - Dr. F. Zumstein jun.

PATENTANWÄLTE

282J946

Case 3203 Po.

SVENSKA TRXFORSKNINGSINSTITUTET, Stockholm/Schweden

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUM ANZEIGEN DER TEILCHENGRÖSSENVERTEILUNG VON TEIL-CHEN IN EINEM STRÖMENDEN MEDIUM

PATENTANSPRÜCHE

1 .j Verfahren zum Anzeigen der Teilchengrößenverteilung in Hinblick auf Fraktionsklassen in Strömungsrichtung in einem ströir.enden Medium, das die Teilchen enthält, bei dem das Medium mit Licht im wesentlichen senkrecht zur Strömungsrichtung mit einer Intensität beleuchtet wird, die während des Meßvorganges im wesentlichen konstant und zeitlich genau begrenzt ist, und bei dem das gerade durch das Medium hindurchgehende Licht aufgenommen und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das sich nach Maßgabe der Lichtintensität ändert, dadurch gekennzeichnet , daß mehrere Meßanordnungen mit verschiedener Auflösung, die eine Lichtquelle, einen Detektor und eine dazwischen befindliche Optik aufweisen^zum Beleuchten des Mediums und zum \ufnennen des

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ORIGINAL INSPECTED

durch das Medium gehenden Lichtes verwandt werden, daß beim Messen eines Mediums mit einer unbekannten Fraktionszusammensetzung das Medium mittels aller Meßanordnungen untersucht wird und daß die Teilchengrößenverteilung mittels der Meßsignale von allen Meßanordnungen, die bei diesem Meßlauf empfangen werden und mittels der Empfindlichkeitskoeffizienten der Meßsignale angezeigt wird, wobei jeder Koeffizient von einer der Meßanordnungen für die Fraktionsklassen abhängt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeitskoeffizienten der Meßsignale für gewählte Fraktionen und die Meßanordnungen dadurch bestimmt werden, daß eine Anzahl von Fraktionen, von denen jede für eine der Fraktionsklassen repräsentativ ist, in die der Fraktionsbereich eingeteilt ist, in passender Reihenfolge durch alle Meßanordnungen liindurchgeführt und gemessen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfindlichkeitskoeffizienten der Meßsignaie für gewählte Fraktionen und die Meßanordnungen dadurch bestimmt werden, daß eine Anzahl von Proben mit bekannter Fraktionszusammensetzung in passender Reihenfolge durch alle Meßanordnungen geführt und gemessen wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeige der Meßsignale so gewählt ist, daß bei einer Messung eines Mediums mit einer standardisierten gewünschten Zusammensetzung die für die verschiedenen Fraktionsklassen erhaltenen Werte vorbestimmten Werten zugeordnet werden.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Effektivwert des Wechselspannungsanteils des Signals gebildet wird, das von jeder Meßanordnung empfangen wird, und das der Quadratwert dieses Effektivwerte.- gebildet wird.
6. Verfahren nach Anspruch 2, 3 oder 5, dadurch g e k e η η -

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ORIGINAL INSPECTED

zeichnet/ daß beim Ermitteln der Empfindlichkeitskoeffizienten der Meßsignale der Effektivwert des Wechselspannungsanteils des Signals von jeder Meßanordnung gebildet und quadriert wird und daß der Gleichspannungsanteil von jeder Meßanordnung gebildet wird, der beim Durchlauf von Proben erhalten wird, die für eine der Fraktionsklassen repräsentativ sind,und daß jeder dieser erhaltenen Werte die Grundlage für die Berechnung eines der Empfindlichkeitskoeffizienten bildet.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsignale bezüglich der Konzentration linearisiert werden, wodurch die Gleichungen, die dazu dienen, den Gewichtsanteil der Teilchen in jeder Klasse abzuleiten, linear werden.
8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß der linearisierte Effektivwert der Meßsignale nach der Gleichung

In

2 2

^V RMS ^V> DC(0°) + 1

2
gebildet wird, wobei V _,,.-, der Quadratwert des Effektivwertes des Wechselspannungssignals von einem ersten Lichtdetektor ist, ^VDC(O°) ^{Und V}'dc(O°) ^{der Gleichs}P^annun9^santeil des Signals von dem ersten Detektor beim Messen eines Mediums mit suspendierten Stoffen und beim Messen eines Mediums ohne suspendierte Stoffe sind und c„ eine Konstante ist.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß zum Ermitteln der Werte des Gewichtsanteils der Teilchen in gewählten Fraktionsklassen in prozentualen Werten der Gesamtteilchenkonzentration im Medium für jede Meßanordnung das Wechselspannungssignal durch In V'_OC{Qo₎ / ^_OC{Qo₎ _{dividiert wird}.

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10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennz.eichn e t, daß zum Ermitteln der Werte des Gewichtsanteils der Teilchen in den gewählten Fraktionsklassen in prozentualen Vierten der Gesamtteilchenkonzentration im Medium für jede Meßanordnung das vom Medium kommende Licht in einer bestimmten Richtung, die von der optischen Achse verschieden ist, über einen zweiten Lichtdetektor aufgenommen wird und daß ein linearisiertes Gleichspannungssignal nach der Gleichung

In

gebildet wird, wobei

^VDC(0°)

^VDC(0°)

^v'dc(q°) ^v'dc(o°)

+ 1

der Gleichspannungsanteil bei der

Messung eines Mediums mit suspendierten Stoffen unter dem Winkel von 0° ist, ^v'_DC/o°) ^der Gleichspannungsanteil des Signals vom ersten Lichtdetektor beim Messen eines Mediums ohne suspendierte Stoffe ist, V_dc.qO. der Gleichspannungsanteil beim Messen eines Mediums mit suspendierten Stoffen unter dem Winkel θ der Gleichspannungsanteil des Signals vom zweiten Lichtdetektor beim Messen eines Mediums ohne suspendierte Stoffe ist und C₁ eine Konstante ist, und daß für jede Meßanordnung der Anteil zwischen dem linearisierten Wechselspannungssignal und dem linearisierten Gleichspannungssignal gebildet wird.

^ist' ^VIDC(e°)
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Messung und für jede Meßanordnung ein Signal nach der Gleichung

AC

gebildet wird, wobei V das linearisierte Wechselspannungssignal ist, V-- das linearisierte Gleichspannungssignal ist und ok ,ß, ^",5* Konstanten sind^und daß die von diesen Signalen erhaltenen Werte die Ausgangswerte bilden, aus denen der Gewichtsanteil der Teilchen in jeder gewählten Klasse ermittelt wird.

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12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichungssystem, das zum Berechnen des Gewichtsanteils der Teilchen in gegebenen Fraktions-

— 1 T —1 T

klassen verwandt wird vom Typ K = UA oder K = (A A) AU ist, wobei A eine Matrix ist, deren Elemente die Empfindlichkeitskoeffizienten des Wechselspannungssignals und des Gleichspannungssignals für verschiedene Meßgeometrien (Reihen) und Längenfraktionen (Spalten) sind, die an Fraktionen gemessen werden, die für die

_β -j

erforderlichen Fraktionsklassen repräsentativ sind, wobei A

T die inverse Matrix der Matrix A ist, wobei A die transponierte Matrix der Matrix A ist, wobei U eine Spaltenmatrix ist, deren Elemente die linearisierten Wechselspannungswerte von jeder Meßgeometrie beim Messen der Suspension sind, deren Gehalt in Klassen unterteilt werden sollend wobei K eine Spaltenmatrix ist, deren Elemente die gewünschten Konzentrationen oder die gewünschten prozentualen Werte für die verschiedenen Längenfraktionsklassen sind.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennz eichnet, daß die berechneten Werte des Gewichtsanteils der Teilchen in den gewählten Fraktionsklassen in ein Koordinatensystem aufgetragen werden,in dem die Fraktion auf der Abszisse und die Teilchenmenge auf der Ordinate derart aufgetragen sind, daß bestimmte Fraktionen der berechneten Werte für jede Fraktionsklasse an einer bestimmten Stelle längs der Abszisse in jeder Fraktionsklasse aufgetragen werden und daß über die Kenntnis des allgemeinen Verlaufs der Fraktionsverteilungskurve diese Kurve für das Medium mit der unbekannten Fraktionszusammensetzung berechnet werden kann.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10 und 12, dadurch gekennz eichnet, daß die Wechselspannungswerte oder die durch ihre jeweiligen Gleichspannungswerte dividierten Wechselspannungswerte einzeln berechnet werden, daß die Werte der Fraktionen in den jeweiligen Klassen über diese Werte berechnet werden, daß das Signal T_p für jede Meßanordnung gebildet wird, daß über die Werte von T_p durch eine geeignete Wahl der Konstanten

⁰^r ß, )f, CT eine Angabe erhalten wird, an welcher Stelle längs

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" ⁶ " 2923346

der Abszisse in den jeweiligen Klassen eine bestimmte Fraktion der Fraktionswerte für jede Klasse in einem Koordinatensystem aufzutragen ist, bei dem die Fraktion entlang der Abszisse und die Teilchenmenge längs der Ordinate aufgetragen sind, und daß über eine Kenntnis der allgemeinen Verlaufs der Fraktionsverteilungskurve diese Kurve für das Medium mit der unbekannten Fraktion berechnet werden kann.
15. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Anzeigen der Teilchengrößenverteilung in Bezug auf Fraktionsklassen in einem strömenden Medium, das die Teilchen enthält, wobei das Medium quer zur Strömungsrichtung durch Licht mit einer Intensität beleuchtet wird, die während der Messung im wesentlichen konstant und zeitlich definiert ist, und das durch das Medium gerade hindurchgehende Licht über einen Lichtdetektor aufgenommen und in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, das sich in Abhängigkeit von der Lichtintensität ändert, gekennzeichnet durch mehrere Meßanordnungen, die eine Lichtquelle, einen Detektor und eine dazwischen befindliche Optik aufweisen und relativ zueinander verschiedene Auflösungen des durch das Medium hindurchgehenden Lichtes und verschiedene Blickfelder für den Detektor haben, wobei die Teilchengrößenverteilung eines Mediums mit einer unbekannten Teilchenzusammensetzung aus den Meßsignalen von allen Meßanordnungen, die beim Durchgang des Mediums durch alle Meßanordnungen erhalten werden und aus den Empfindlichkeitskoeffizienten der Meßsignale bestimmt werden kann, wobei jeder Empfindlichkeitskoeffizient von einer Meßanordnung einer Fraktionsklasse abhängt.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Meßanordnungen dadurch erhalten sind, daß in ein und derselben Meßeinheit, die die Lichtquelle, die Optik und den Detektor umfaßt, eine oder mehrere Einzelheiten einstellbar oder austauschbar ist bzw. sind, wie es beispielsweise bei einer Einheit (6) mit einer Membran (3) mit einer anderen öffnung (Figur 3) der Fall ist, die zwischen einer ortsfesten Lichtquelle (1) und einem ortsfesten Detektor (5) angeordnet ist.

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17. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßanordnungen aus vollständig getrennten Einheiten bestehen, die Seite an Seite angeordnet sind und jeweils eine Lichtquelle, einen Detektor und eine dazwischen angeordnete Optik aufweisen (Figur 4).
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß zum Messen das Medium durch einen zylindrischen Kolben mit für das benutzte Licht transparenten Wänden geleitet wird und daß die Optik das Licht von der Lichtquelle oder von jeder Lichtquelle auf der Symmetrieachse des Kolbens focussieren kann.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennz eichnet, daß zum Messen das Medium durch einen Kolben mit planen Seitenwänden wenigstens senkrecht zur Strahlungsrichtung des Lichtes geleitet wird und daß der Kolben durch die kollimierte Strahlung von einer Lichtquelle und einer geeigneten Optik beleuchtet wird.
20. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 19, gekennzeichnet durch eine Rechen- und Linearisierungsschaltung, die dem ersten Detektor (5) und den Detektoren (30 bis 32) nachgeschaltet ist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 20, gekennzeichnet .durch einen ersten Speicher (11) , in dem die Empfindlichkeitskoeffizienten der Meßsignale gespeichert werden, durch einen zweiten Speicher (12), in dem die Werte kurzzeitig gespeichert werden, die für die Meßsignale beim Durchgang eines Mediums mit einer unbekannten Fraktionszusammensetzung durch alle Meßanordnungen repräsentativ sind und durch eine Recheneinheit, die über den Inhalt beider Speicher die erwünschte Anzeige der Fraktionszusammensetzung berechnet.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, daß der erste Speicher (11) ein Festspeicher ist,

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der vorzugsweise ein einfach löschbarer wiederprogrammierbarer Speicher ist.
23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennz eichnet, daß das Ausgangssignal vom ersten Lichtdetektor (5) für jede Meßanordnung an einer zweiten Schaltung liegt, die den Gleichspannungsanteil des Signals vom Detektor herausfiltert.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 22 und 23, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal von der ersten Schaltung und das Ausgangssignal von der zweiten Schaltung an der Rechen- und Linearisierungsschaltung liegen, die einen Rechenvorgang nach der Gleichung

In

V² V²

RMS . DC(O ) + 1

^C2 V²

DC(0°)

ausführt, wobei ν_..._ο der wahre Effektivwert des Wechselspannungsanteils des Ausgangssignals des ersten Lichtdetektors (5) ist,

DC(O )Y" der Gleichspannungsanteil des Signals vom ersten Detektor beim Messen eines Mediums mit suspendierten Stoffen und beim Messen eines Mediums ohne suspendierte Stoffe ist und C₂ eine Konstante ist^und daß die Rechen- und Linearisierungsschaltung einen Speicher zum Speichern von Y" und ^VI _DC/₀ ^o} aufweist.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearisierungs- und Rechenschaltung auch eine Division durch In ^VI _DC(_O°) ^ ^VDCiO°) ausführt.
26. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß für jede Meßanordnung ein zweiter Detektor (15) vorgesehen ist, um das Licht aufzunehmen, das vom Medium in einer bestimmten Richtung kommt, die von der optischen Achse verschieden ist,und daß eine dritte Schaltung vorgesehen ist, um den Gleichspannungsanteil des Signals vom zweiten Detektor (15) herauszufiltern, wobei dieser Gleichspannungsanteil an der Rechen- und

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Linearisierungsschaltung liegt, die den Ausdruck

^VDC (0° ) _ V¹ DC (θ° ) ^VDC (0° ) V DC (θ° ) ^C1

berechnet, wobei ^V _DC/_O°\ ^unt^ V , o, der Gleichspannungsanteil des Signals vom ersten Detektor (5) beim Messen eines Mediums mit suspendierten Stoffen und eines Mediums ohne suspendierte Stoffe sind, V^_0/Qo. und V.o. der Gleichspannungsanteil des Signals

DUlö J DC(ö /

vom zweiten Detektor (15) beim Messen eines Mediums mit suspendierten Stoffen und eines Mediums ohne suspendierte Stoffe sind und P₁ eine Konstante ist,und daß die Rechen- und Linearisierungssch&ltung einen Speicher zum Speichern der Werte V'_, _ioo\ und ^v'dc(©°) ^aufweist·
27. Vorrichtung nach Anspruch 24 und 26, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Rechen- und Linearisierungsschaltung auch eine Division zwischen der Gleichung in Anspruch 25 und der· Gleichung in Anspruch 26 ausführt.
28. Vorrichtung nach Anspruch 24, 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearisierungs- und Rechenschaltung die Gleichung

-j V + ßV

rp _ ^A>-* ^υ{^

ν + cv

^VAC DC

berechnet, wobei V^_c das linearisierte Wechselspannungssignal ist, V_ßc das linearisierte Gleichspannungssignal ist und ot , β, γ , Q" Konstanten sind.
29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinheit über die berecnneten Werte des Fraktionsgehaltes in den verschiedenen Fraktions-

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klassen und über den allgemeinen Verlauf der Verteilungsfunktion, die in der Recheneinheit gespeichert ist, die Fraktionsverteilungskurve für das Medium mit der unbekannten Fraktionszusammensetzung berechnet.

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