FI101751B - Method and arrangement for measuring and adjusting consistency - Google Patents
Method and arrangement for measuring and adjusting consistency Download PDFInfo
- Publication number
- FI101751B FI101751B FI971324A FI971324A FI101751B FI 101751 B FI101751 B FI 101751B FI 971324 A FI971324 A FI 971324A FI 971324 A FI971324 A FI 971324A FI 101751 B FI101751 B FI 101751B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- measuring
- paper web
- consistency
- measurement
- wire
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 33
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims description 95
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 67
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 19
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 19
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 16
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims description 8
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 claims description 3
- 239000004744 fabric Substances 0.000 claims 3
- 239000011324 bead Substances 0.000 claims 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims 1
- 238000000465 moulding Methods 0.000 claims 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 19
- 229910001868 water Inorganic materials 0.000 description 19
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 6
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 5
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 5
- 230000035699 permeability Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000013074 reference sample Substances 0.000 description 3
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 2
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 239000005995 Aluminium silicate Substances 0.000 description 1
- 230000005457 Black-body radiation Effects 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 235000012211 aluminium silicate Nutrition 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000001913 cellulose Substances 0.000 description 1
- 229920002678 cellulose Polymers 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 1
- 125000001183 hydrocarbyl group Chemical group 0.000 description 1
- 229910052500 inorganic mineral Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N kaolin Chemical compound O.O.O=[Al]O[Si](=O)O[Si](=O)O[Al]=O NLYAJNPCOHFWQQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000004816 latex Substances 0.000 description 1
- 229920000126 latex Polymers 0.000 description 1
- 239000011707 mineral Substances 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002285 radioactive effect Effects 0.000 description 1
- 230000000630 rising effect Effects 0.000 description 1
- 238000010408 sweeping Methods 0.000 description 1
- 239000000454 talc Substances 0.000 description 1
- 229910052623 talc Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000011144 upstream manufacturing Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N33/00—Investigating or analysing materials by specific methods not covered by groups G01N1/00 - G01N31/00
- G01N33/34—Paper
- G01N33/343—Paper pulp
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N22/00—Investigating or analysing materials by the use of microwaves or radio waves, i.e. electromagnetic waves with a wavelength of one millimetre or more
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Pathology (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Immunology (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Food Science & Technology (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Paper (AREA)
Description
101751101751
Sakeuden mittaus- ja säätömenetelmä ja -järjestelyMethod and arrangement for measuring and adjusting consistency
Tekniikan alaEngineering
Keksinnön kohteena on mittausmenetelmä erityisesti 5 sakeuden mittaamiseksi, jossa menetelmässä käytetään ra-diometriä, johon kuuluu antenni, joka on mittauskohteen läheisyydessä ottamassa vastaan luonnollista termistä mik-roaaltosäteilyä, ja jolla radiometrillä mitataan mittaus-kohteen lähettämää mikroaaltosäteilyä, jonka voimakkuus 10 riippuu mittauskohteen sakeudesta.The invention relates to a measuring method in particular for measuring consistency, which method uses a radiometer comprising an antenna in the vicinity of the measuring object to receive natural thermal microwave radiation, and a radiometer for measuring microwave radiation emitted by the measuring object, the intensity of which depends on the consistency of the measuring object.
Keksinnön kohteena on myös menetelmä formerin ohjaamiseksi, jota menetelmää käytetään paperikoneessa, johon kuuluu perälaatikko, formeri, puristinosa, viira, viiralla mittauskohteena oleva paperiraina, jossa menetelmässä mi-15 tataan sakeutta paperirainassa, joka tulee paperikoneen perälaatikosta viiralle, etenee viiralla formeriin ja edelleen puristinosaan, ja jossa menetelmässä käytetään radiometriä, johon kuuluu antenni, joka on mittauskohteena olevan paperirainan läheisyydessä ottamassa vastaan luon-20 nollista termistä mikroaaltosäteilyä, ja jolla radiomet- rillä mitataan mittauskohteena olevan paperirainan lähettämää mikroaaltosäteilyä, jonka voimakkuus riippuu paperirainan sakeudesta.The invention also relates to a method for controlling a former used in a paper machine comprising a headbox, a former, a press section, a wire, a paper web to be measured on a wire, the method measuring the consistency of a paper web coming from a paper machine headbox to a wire, advancing on a wire section and and wherein the method uses a radiometer comprising an antenna in the vicinity of the paper web to be measured to receive natural thermal microwave radiation, the radiometer measuring microwave radiation emitted by the paper web to be measured, the intensity of which depends on the consistency of the paper web.
Keksinnön kohteena on lisäksi mittausjärjestely eri-25 tyisesti sakeuden mittaamiseksi, joka käsittää radiometrin ja antennin, joka on mittauskohteen läheisyydessä ottamassa vastaan luonnollista termistä mikroaaltosäteilyä, ja joka radiometri on sovitettu mittaamaan mittauskohteen lähettämää mikroaaltosäteilyä, jonka voimakkuus riippuu 30 mittauskohteen sakeudesta.The invention further relates to a measuring arrangement, in particular for measuring consistency, comprising a radiometer and an antenna in the vicinity of the measuring object receiving natural thermal microwave radiation, which radiometer is adapted to measure the microwave radiation emitted by the measuring object, the intensity of which depends on the consistency of the measuring object.
Keksinnön kohteen on edelleen formerin ohjausjärjes-.· tely käytettäväksi paperikoneessa, joka käsittää perälaa- tikon, formerin, puristinosan, viiran, viiralla olevan paperirainan ja mittausjärjestelyn, joka on sovitettu mit-35 taamaan sakeutta paperirainassa, joka on tullut paperiko- 2 101751 neen perälaatikosta viiralle, edennyt viiralla formeriin ja edelleen puristinosaan, ja joka mittausjärjestely käsittää radiometrin ja antennin, joka on mittauskohteena olevan paperirainan läheisyydessä ottamassa vastaan luon-5 nollista termistä mikroaaltosäteilyä, ja joka radiometri on sovitettu mittaamaan mittauskohteen lähettämää mikroaaltosäteilyä, jonka voimakkuus riippuu mittauskohteen sakeudesta.The invention further relates to a former control arrangement for use in a paper machine comprising a headbox, a former, a press section, a wire, a paper web on a wire and a measuring arrangement adapted to measure the consistency in a paper web coming from the headbox of a paper machine. for the wire, advanced on the wire to the former and further to the press section, and the measuring arrangement comprises a radiometer and an antenna in the vicinity of the paper web to be measured receiving natural thermal microwave radiation, the radiometer being adapted to measure the microwave radiation emitted by the measuring target.
Tekniikan taso 10 Laadultaan hyvän paperin valmistamisessa tarvitaan tarkkaa paperirainan vesi- tai kuiva-ainepitoisuuden eli sakeuden mittausta ja säätämistä. Jos paperirainan sakeus on liian pieni, paperiraina ei pysy tasalaatuisena ja kui-vausvaiheessa kuluu paljon ylimääräistä energiaa. Jos taas 15 paperirainan sakeus on liian suuri, paperiraina ei myöskään tässä tapauksessa pysy tasalaatuisena ja valmistuvan paperin laatu kärsii. Sakeuden mittaus tapahtuu erityisesti formerissa, jonka säätö nykyisin perustuu yleisimmin poistetun veden määrän mittaukseen. Vesipitoisuuden tai 20 tarkemmin konsistenssin mittaus tällä tavalla paperi-rainassa on epätarkka mm. siksi, että poistettu vesi sisältää paljon ilmaa. Mittaus voi perustua myös radioaktiiviseen läpäisymittaukseen, jonka huonona puolena on se, että mittaukseen tulee mukaan rainan alla oleva viira ja 25 siihen sitoutunut vesi. Myös infrapunatekniikkaan perustuvia kosteus- ja sakeusmittareita on testattu ko. sovelluksessa, mutta niiden ongelmana on se, että ne mittaavat ainoastaan pinnan kosteutta. Myös mikroaaltotekniikkaa on sovellettu paperirainan sakeuden mittaamiseen, jolloin 30 mittarit on yleensä asennettu puristinosan jälkeen ennen paperin kuivausta. Näissä paikoissa ei paperirainan alla ole enää viiraa, joten myös paperin läpäisyyn perustuvat mittarit voivat toimia tarkasti. Toisaalta formerin ohjaus ei puristinosan takaa ole enää mahdollista. Mikroaalto-35 menetelmät perustuvat joko mikroaaltoresonaattoriin tai 3 101751 aktiiviseen kuvantavaan tekniikkaan. Mikroaaltoresonaatto-rien ongelmana on se, että ne ovat yleensä molemmin puolin rainaa, jolloin viira ja siihen sitoutunut vesi häiritsevät mittausta. Samoin kuvantavat menetelmä perustuvat pa-5 perirainan läpäisyyn siten, että lähetin ja vastaanotin ovat eri puolella paperia tai mittaus tapahtuu antamalla signaalin heijastua rainan taakse asennetusta heijastimesta. Myös näissä tapauksissa viira ja sen vesi häiritsevät mittausta.Background Art 10 The production of good quality paper requires accurate measurement and adjustment of the water or dry matter content, or consistency, of the paper web. If the consistency of the paper web is too low, the paper web will not remain uniform and a lot of extra energy will be consumed during the drying step. On the other hand, if the consistency of the paper web 15 is too high, the paper web will not remain uniform in this case either, and the quality of the finished paper will suffer. The measurement of consistency takes place especially in the former, the adjustment of which is now most commonly based on the measurement of the amount of water removed. The measurement of the water content or, more precisely, the consistency in this way in the paper web is inaccurate e.g. because the removed water contains a lot of air. The measurement can also be based on a radioactive permeation measurement, the disadvantage of which is that the wire under the web and the water bound to it are included in the measurement. Moisture and consistency meters based on infrared technology have also been tested. application, but their problem is that they only measure surface moisture. Microwave technology has also been applied to measure the consistency of a paper web, with gauges generally mounted after the press section prior to drying the paper. In these places, there is no longer a wire under the paper web, so the paper penetration meters can also work accurately. On the other hand, control of the former behind the press part is no longer possible. Microwave-35 methods are based on either a microwave resonator or 3,101,751 active imaging techniques. The problem with microwave resonators is that they are usually on both sides of the web, with the wire and the water bound to it interfering with the measurement. Similarly, the imaging method is based on the transmission of the pa-5 peripheral web such that the transmitter and receiver are on different sides of the paper or the measurement is made by allowing the signal to be reflected from a reflector mounted behind the web. Also in these cases, the wire and its water interfere with the measurement.
10 Keksinnön 'tunnusmerkit10 Features of the Invention
Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin toteuttaa menetelmä ja järjestely, jotka mittaavat mittaus-kohteen itsensä tuottamaa mikroaaltosäteilyä myös pintaa syvemmältä välttäen samalla kuitenkin viirasta tai muualta 15 taustasta tulevan häiriösäteilyn sekä kohteen itsensä sä-teilemän säteilyn heijastumien interferenssit kohteen sisällä .It is therefore an object of the present invention to provide a method and arrangement for measuring the microwave radiation produced by the measuring object itself deeper than the surface, while avoiding interferences between the radiation from the wire or other background and the reflections of the radiation itself inside the object.
Tämä saavutetaan johdannossa esitetyn tyyppisellä mittausmenetelmällä, jolle on tunnusomaista, että mitataan 20 mittauskohteen sakeus mikroaaltosäteilyn voimakkuuden funktiona käyttäen sellaista mittaustaajuutta tai taajuusaluetta, että mittauskohteen läpi tulevan häiriöllisen säteilyn voimakkuus vaimenee mittauskohteen läpäistessään mittauksen kannalta epäoleellisen pieneksi, ja käytetään 25 näin mittauskohdetta suodattamaan häiritsevää taustasätei lyä vähemmäksi.This is achieved by a measurement method of the type described in the introduction, characterized in that the consistency of 20 measurement objects as a function of microwave radiation intensity is measured using a measurement frequency or frequency range .
Keksinnön mukaiselle formerin ohjausmenetelmälle on tunnusomaista, että mitataan mittauskohteena olevan pa-perirainan sakeus mikroaaltosäteilyn voimakkuuden funktio-30 na käyttäen sellaista mittaustaajuutta tai taajuusaluetta, että paperirainan läpi tulevan häiriöllisen säteilyn voi-·’ makkuus vaimenee paperirainassa mittauksen kannalta epä oleellisen pieneksi, ja käytetään näin mittauskohteena olevaa paperirainaa suodattamaan häiritsevää taustasätei-35 lyä vähemmäksi, ja mitattua sakeustulosta käytetään ohjaa- 4 101751 maan formeria sakeuden korjaamiseksi paperirainassa.The former control method according to the invention is characterized in that the consistency of the measured paper web as a function of the intensity of microwave radiation is measured using a measurement frequency or frequency range such that the intensity of interfering radiation passing through the paper web is attenuated the filtered paper web to filter out less interfering background radiation, and the measured consistency result is used to control the consistency of the paper web.
Keksinnön mukaiselle mittausjärjestelylle on tunnusomaista, että mittausjärjestely on sovitettu mittaamaan mittauskohteen sakeus mikroaaltosäteilyn voimakkuuden 5 funktiona käyttäen sellaista mittaustaajuutta tai mittaus-taajuusaluetta, että mittauskohteen läpi tulevan häiriöl-lisen säteilyn voimakkuus vaimenee mittauksen kannalta epäoleellisen pieneksi, ja näin mittauskohde on sovitettu suodattamaan häiritsevää taustalta tulevaa säteilyä vähem-10 mäksi.The measuring arrangement according to the invention is characterized in that the measuring arrangement is adapted to measure the consistency of the measuring object as a function of microwave radiation intensity 5 using such a measuring frequency or measuring frequency range that the less than 10 months.
Keksinnön mukaiselle ohjausjärjestelylle on puolestaan tunnusomaista, että mittausjärjestely on sovitettu mittaamaan mittauskohteen sakeus mikroaaltosäteilyn voimakkuuden funktiona käyttäen sellaista mittaustaajuutta 15 tai mittaustaajuusaluetta, että mittauskohteen läpi tulevan säteilyn voimakkuus vaimenee mittauksen kannalta epäoleellisen pieneksi, ja näin mittauskohde on sovitettu suodattamaan häiritsevää taustalta tulevaa säteilyä vähemmäksi, ja mittausjärjestely on edelleen sovitettu ohjaa-20 maan formeria paperirainan sakeuden korjaamiseksi.The control arrangement according to the invention is in turn characterized in that the measuring arrangement is adapted to measure the consistency of the measuring object as a function of microwave radiation intensity using such a measuring frequency or frequency range that is further adapted to control the 20-former to correct the consistency of the paper web.
Keksinnön mukaisella menetelmällä ja järjestelyllä saavutetaan huomattavia etuja. Niillä voidaan mitata paperirainan tai vastaavan mittauskohteen sakeus käyttäen mikroaaltosäteilyä, joka tulee myös pintaa syvemmältä 25 välttäen samalla kuitenkin viirasta tai muualta taustasta tulevan häiriösäteilyn.The method and arrangement according to the invention achieve considerable advantages. They can be used to measure the consistency of a paper web or similar measuring object using microwave radiation, which also comes from deeper than the surface, while avoiding interfering radiation from the wire or other background.
Kuvioiden selitysExplanation of the figures
Seuraavassa keksintöä selitetään tarkemmin viitaten oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, joissa 30 kuvio 1 esittää mittaustapahtumaa ja mittauslai tetta, ·' kuvio 2 esittää säteilyn intensiteetin periaat teellista käyttäytymistä taajuuden ja mittauskohteen paksuuden funktiona, 35 kuvio 3 esittää radiometriä, joka on varustettu 5 101751 usealla antennilla, kuvio 4 esittää mittalaitteiden sijoittamista paperikoneeseen, kuvio 5 esittää pinnoituspastan mittausta telas- 5 ta, kuvio 6 esittää pinnoituspastan mittausta pape riarkista ja kuvio 7 esittää paperirainasta lähtevän mikro-aaltosäteilyn kirkkauslämpötilan muuttumista paperirainan 10 sakeuden kasvaessa ajan funktiona.The invention will now be described in more detail with reference to the examples according to the accompanying drawings, in which Fig. 1 shows a measuring event and a measuring device, Fig. 2 shows the basic behavior of radiation intensity as a function of frequency and target thickness, Fig. 3 shows a radiometer equipped with 5 101751 antennas. Fig. 4 shows the placement of measuring devices in a paper machine, Fig. 5 shows the measurement of coating paste from a roll, Fig. 6 shows the measurement of coating paste on a sheet of paper and Fig. 7 shows the change in brightness temperature of microwave radiation from paper web as time function increases.
Edullisten toimintamuotojen kuvaus Keksinnön mukainen ratkaisu sopii käytettäväksi erityisesti paperinvalmistuksessa ja pinnoituksessa siihen kuitenkaan rajoittumatta. Tarkastellaan aluksi keksinnön 15 teoreettista taustaa. Säteilyn voimakkuutta kuvaava termi on kohteen kirkkauslämpötila, joka voidaan esittää kaavan (1) avulla.DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS The solution according to the invention is particularly suitable for use in, but not limited to, papermaking and coating. Let us first consider the theoretical background of the invention. The term describing the intensity of radiation is the brightness temperature of the object, which can be represented by formula (1).
TB = η·Τρ, (1) 20 missä, TB on kirkkauslämpötila, Tp on kohteen fysikaalinen lämpötila ja η on kohteen emissiviteetti, joka voidaan puolestaan yleisesti muodostaa esimerkiksi kaavalla (2).TB = η · Τρ, (1) 20 where, TB is the luminance temperature, Tp is the physical temperature of the object and η is the emissivity of the object, which in turn can be generally formed, for example, by formula (2).
.25 η = 1 - |ΓΕ|2, (2) missä |ΓΕ| tarkoittaa itseisarvoa muuttujasta ζ , joka on kaavan (3) mukaan 30 [—2-n— p2n-J: - μ^Λω (μ ε. - pxe ) + (n-Jc ) ] |Γ£| = —--- V 22 -...... (3) P2n·*! + ρ1*^ω2(ρ2€2 - p^) + (n Ifj) 2] missä Pj on häviöttömän materiaalin (ilman) permeabiliteet-35 ti on prjPo, Pri on häviöttömän materiaalin (ilman) suhteel- 6 101751 linen permeabiliteetti = 1, μ2 on häviöllisen materiaalin (paperin) permeabiliteetti = μΓ2μ0, μΓ2 on häviöllisen materiaalin (paperin) suhteellinen permeabiliteetti, μ0 on tyhjön permeabiliteetti = 4π x 1CT7 H/m, εχ on häviöttömän 5 materiaalin (ilman) permittiivisyys = εΓ:ε0, εcl on häviöttömän materiaalin (ilman) suhteellinen permittiivisyys = 1, εχ on häviöllisen materiaalin (paperin) permittiivisyys = εΓΐε0, εrl on häviöllisen materiaalin (paperin) suhteellinen permittiivisyys, ε0 on 8.854 x 10"12 F/m, n on sätei-10 levän pinnan normaalin yksikkövektori, k: on säteilyn aal- tovektori, ω on 2πί ja f on säteilyn taajuus..25 η = 1 - | ΓΕ | 2, (2) where | ΓΕ | means the absolute value of the variable ζ, which according to formula (3) is 30 [—2-n— p2n-J: - μ ^ Λω (μ ε. - pxe) + (n-Jc)] | Γ £ | = —--- V 22 -...... (3) P2n · *! + ρ1 * ^ ω2 (ρ2 € 2 - p ^) + (n Ifj) 2] where Pj is the (air) permeability of the lossless material-35 ti is prjPo, Pri is the relative permeability of the lossless material (air) = 1 101751 , μ2 is the permeability of the lossy material (paper) = μΓ2μ0, μΓ2 is the relative permeability of the lossy material (paper), μ0 is the permeability of the vacuum = 4π x 1CT7 H / m, εχ is the permittivity of the lossless material (air) = εΓ: ε0, εcl relative permittivity of lossless material (air) = 1, εχ is the permittivity of lossy material (paper) = εΓΐε0, εrl is the relative permittivity of lossy material (paper), ε0 is 8,854 x 10 "12 F / m, n is the normal the unit vector, k: is the wave vector of the radiation, ω is 2πί and f is the frequency of the radiation.
Sovellettaessa mikroaaltomittaustekniikkaa keksinnön mukaisesti paperin, pinnoitusaineen tai muun vastaavan mittaukseen pitää ottaa huomioon seuraavat olosuh-15 teista aiheutuvat seikat. Mittaustaajuus on edullista valita siten, että mittauskohde kuten paperi ei "näy" läpi. Käytännössä tämä tarkoittaa sitä, että mikroaallon vaimennus mittauskohteen läpi kulkiessaan pitää olla niin suuri, että kaikki antenniin tuleva säteily tulee oleellisesti 20 mittauskohteesta, eikä sen takaa kuten paperirainan takana olevalta viiralta. Tämä mahdollistaa kuitenkin sen, että säteilyä tulee myös mittauskohteen sisältä eikä pelkästään pinnasta. Esimerkiksi paperikoneympäristössä tai missä tahansa mittausympäristössä on paljon lämpimiä, karheita 25 kohteita, jotka säteilevät niiden fysikaalista lämpötilaa vastaavalla kirkkauslämpötilalla. Mittausantennit pitää suunnitella ja sijoittaa siten, että tämän säteilyn heijastus mittauskohteesta kuten paperista antennin vastaanotto-osaan estetään. Mikroaallon vaimennus mittauskohtees-30 sa voidaan laskea kaavalla (4) A (dB/cm) = 17.372 · (2π/λ) · | ε r |1/2 · sin (s/2 ) , (4) missä A = mikroaallon vaimennus, λ on mikroaallon aallon-35 pituus senttimetreinä, |εΓΙ = ' 2C + e' ' \ ja s on arc- 7 101751 tan ( ε’Γ' / z'r) .When applying the microwave measurement technique according to the invention to the measurement of paper, coating material or the like, the following factors arising from the conditions must be taken into account. It is preferable to select the measurement frequency so that the measurement object such as paper does not "appear" through. In practice, this means that the attenuation of the microwave as it passes through the measurement object must be so great that all the radiation entering the antenna comes from substantially 20 measurement objects, and not behind it like from the wire behind the paper web. However, this allows radiation to also come from inside the measurement object and not just from the surface. For example, in a paper machine environment or any measurement environment, there are many warm, rough objects that radiate at a brightness temperature corresponding to their physical temperature. The measuring antennas must be designed and positioned in such a way that the reflection of this radiation from the measuring object, such as paper, to the receiving part of the antenna is prevented. The microwave attenuation at the measurement object-30 sa can be calculated by the formula (4) A (dB / cm) = 17.372 · (2π / λ) · | ε r | 1/2 · sin (s / 2), (4) where A = microwave attenuation, λ is the length of the microwave-35 in centimeters, | εΓΙ = '2C + e' '\ and s is the arc- 7 101751 tan (ε'Γ '/ z'r).
Mitattavasta materiaalista täytyy siis tuntea sen dielektriset ominaisuudet, jotta kaavaa (4) voidaan käyttää. Veden dielektriset ominaisuudet ovat tunnetut ja esi-5 merkiksi seuraavia arvoja voidaan käyttää laskennassa. Kun taajuus f on f = 10 GHz, ovat dielektrisyysvakiot vedelle = 60 ja ε” = 20. Kun taajuus f on f = 24 GHz, ovat dielektrisyysvakiot vedelle ε^. = 40 ja ε” = 32. Paperin dielektriset ominaisuudet puolestaan eivät riipu taajuudesta 10 juuri ollenkaan johtuen siitä, että selluloosamolekyylit ovat isoja hiilivetyketjuja, joiden polariteetti on matala erityisesti korkeilla taajuuksilla. Paperin dielektrisyysvakiot ovat z'r = 3 ja ε" = 0.1.Thus, the dielectric properties of the material to be measured must be known in order for formula (4) to be used. The dielectric properties of water are known and, for example, the following values can be used in the calculation. When the frequency f is f = 10 GHz, the dielectric constants for water are = 60 and ε ”= 20. When the frequency f is f = 24 GHz, the dielectric constants for water are ε ^. = 40 and ε ”= 32. The dielectric properties of paper, on the other hand, are hardly dependent on frequency 10 due to the fact that cellulose molecules are large hydrocarbon chains with low polarity, especially at high frequencies. The dielectric constants of the paper are z'r = 3 and ε "= 0.1.
Paperirainan, jonka sakeus on 15 %, dielekt- 15 risyysvakio voidaan approksimoida veden ja kuivan paperin arvoista. Riippuvuus on epälineaarinen ja sen laskemiseen on kehitetty erilaisia seosmalleja. Laskemalla saadaan satunnaisesti jakautuneen neulasmaisen materiaalin (paperin) dielektrisyysvakioksi 15 % sakeudella seuraavat tulokset.The dielectric constant of a paper web with a consistency of 15% can be approximated from the values of water and dry paper. The dependence is nonlinear and various alloy models have been developed to calculate it. By calculating the dielectric constant of a randomly distributed needle-like material (paper) at a consistency of 15%, the following results are obtained.
20 Kun taajuus f on f = 10 GHz, reaalinen dielektrisyysvakio ε^. on ε^. = 46.4 ja imaginaarinen dielektrisyysvakio ε” on ε" = 15. Kun taajuus f on f = 24 GHz saadaan paperirainalle vastaavasti ε^. = 31.4 ja ε” = 24.1. Sijoittamalla arvot kaavaan (4) saadaan, että kun mittaustaajuus on f = 10 25 GHz, vaimennus A on A = 4.0 dB/mm ja kun taajuus f on f = 24 GHz, vaimennus A on A = 14.7 dB/mm. Paperiraina on for-merin jälkeen tavallisesti noin 1 mm:n paksuinen, joten mittaustaajuuden pitää olla yli 20 GHz, jotta paperirainan alla oleva viira ja siinä oleva vesi eivät vaikuttaisi 30 mitattavaan kirkkauslämpötilaan ja siten sakeusmittauk-seen.20 When the frequency f is f = 10 GHz, the real dielectric constant ε ^. is ε ^. = 46.4 and the imaginary dielectric constant ε ”is ε" = 15. When the frequency f is f = 24 GHz we get ε ^. = 31.4 and ε ”= 24.1 for the paper web, respectively. Placing the values in formula (4) gives that when the measurement frequency is f = 10 25 GHz, attenuation A is A = 4.0 dB / mm and when frequency f is f = 24 GHz, attenuation A is A = 14.7 dB / mm The paper web is usually about 1 mm thick after the former, so the measurement frequency should be above 20 GHz so that the wire under the paper web and the water therein do not affect the brightness temperature to be measured and thus the consistency measurement.
Seuraavaksi voidaan esimerkin vuoksi laskea paperirainan ja veden välinen kirkkauslämpötilaero taajuudella f = 24 GHz kaavalla (2). Olettamalla rainan fysikaaliseksi 35 lämpötilaksi TP = 20°C (293 K), saadaan veden kirkkausläm- 8 101751 pötilaksi TBvesi = 105.8 K ja paperirainan kirkkauslämpöti-laksi TBpaperi = 122.1 K. Havaitaan, että molemmat kohteet ovat kylmiä ja niillä on selvä noin 16 K:n ero. Seuraavak-si lasketaan mittauksessa tarvittava herkkyys. Radiometrin 5 herkkyys voidaan laskea kaavalla (5).Next, by way of example, the difference in brightness temperature between the paper web and water at a frequency of f = 24 GHz can be calculated by formula (2). Assuming a physical temperature of the web TP = 20 ° C (293 K), the brightness temperature of the water is 8 101751 TB water = 105.8 K and the brightness temperature of the paper web TB paper = 122.1 K. It is observed that both objects are cold and have a clear temperature of about 16 K. difference. Next, the sensitivity required for the measurement is calculated. The sensitivity of the radiometer 5 can be calculated by formula (5).
ΔΤ = ΚΊ,//Βτ, (5) missä K = 2 (Dicke radiometri), Ts on vastaanottimen sys-10 teemikohinalämpötila, B on mittaustaajuuden kaistaleveys ennen ilmaisua ja τ on integrointiaika. Systeemikohinaläm-pötila voidaan laskea kaavalla (6)ΔΤ = ΚΊ, // Βτ, (5) where K = 2 (Dicke radiometer), Ts is the thematic noise temperature of the receiver sys-10, B is the bandwidth of the measurement frequency before detection and τ is the integration time. The system noise temperature can be calculated by formula (6)
Ts = T0 · (F - 1) , (6) 15 missä F = vastaanottimen kohinaluku ja T0 = vastaanottimen lämpötila. Olettamalla nykykomponenteilla helposti saavutettavat arvot: F = 5 dB, TD = 293 K, B = 1 GHz ja τ = 1 s, saadaan ΔΤ = 0.01 K, mikä osoittaa, että sekunnin 20 integrointiajalla on mahdollista saavuttaa 0.015 %:n erottelukyky.Ts = T0 · (F - 1), (6) 15 where F = receiver noise figure and T0 = receiver temperature. Assuming easily achievable values with the current components: F = 5 dB, TD = 293 K, B = 1 GHz and τ = 1 s, ΔΤ = 0.01 K is obtained, which shows that it is possible to achieve a resolution of 0.015% with an integration time of 20 seconds.
Tarkastellaan nyt lähemmin keksinnön mukaista ratkaisua kuvion 1 avulla. Mittausjärjestely käsittää radiometrin 101, antennin 102, mittauskohteen 103, joka on 25 tässä esimerkissä paperiraina, ja viiran 104. Paperirai-nasta 103 tulee luonnollista mustan kappaleen säteilyä 105 antenniin 102. Myös viirasta 104 tulee säteilyä 107. Samoin viiran 104 alta ja muualta ympäristöstä tulee säteilyä 108 ja 106. Viirasta 107 ja ympäristöstä tuleva sätei-30 ly 106 ja 108 häiritsee paperirainasta 103 tehtävää mittausta. Tämän vuoksi radiometri 101 käsittää suodattimen, jolla mittaustaajuus, taajuudet tai taajuuskaista valitaan niin, että viirasta 107 ja viiran alta tuleva taustasäteily 108 vaimenee oleellisesti pois kulkiessaan läpi paperi-35 rainan 103. Näin mittaustaajuus on edullisesti yli 20 GHz.Let us now take a closer look at the solution according to the invention with the aid of Figure 1. The measurement arrangement comprises a radiometer 101, an antenna 102, a measurement target 103, which in this example is a paper web, and a wire 104. The paper web 103 emits natural black body radiation 105 to the antenna 102. The wire 104 also emits radiation 107. Similarly, under the wire 104 and elsewhere radiation 108 and 106. Radiation 106 and 108 from the wire 107 and the environment interfere with the measurement from the paper web 103. Therefore, the radiometer 101 comprises a filter for selecting the measurement frequency, frequencies or frequency band so that the background radiation 108 from the wire 107 and under the wire is substantially attenuated as it passes through the paper-35 web 103. Thus, the measurement frequency is preferably above 20 GHz.
9 1017519 101751
Tarkemmin taajuus tai taajuudet säädetään tapauskohtaisesti käyttäen esimerkiksi kaavaa (4).More specifically, the frequency or frequencies are adjusted on a case-by-case basis using, for example, formula (4).
Kuviosta 1 nähdään myös yksi keksinnöllisen menetelmän edullisista piirteistä. Radiometrin 101 takaa vi-5 nosti tuleva säteily ei vaikuta mittaukseen, mikäli antenni 102 asennetaan lähelle rainan 103 pintaa. Antenni 102 on edelleen rakenteeltaan sellainen, että se estää haitallista taustasäteilyä 106 tunkeutumasta antennin vastaanotto-osaan ja edelleen radiometriin 101. Tällöin antenni 10 102 on esimerkiksi torviantenni. Antenni 102 on edullises ti sellainen, että se ottaa vastaan parhaiten keskiosallaan ja antennivahvistus pienenee reunoja kohti. Tällainen ratkaisu vähentää edelleen häiriöitä, koska häiriöt tunkeutuvat todennäköisimmin antenniin 102 juuri reunoilta, 15 jossa niiden vaikutus on tällä tavalla vähäisin. Radiomet-ri 101 kalibroidaan aika ajoin esimerkiksi tuotannon katkosten aikana mittaamalla kullakin antennilla referenssi-näyte. Referenssinäytteenä on edullisesti viira tai kirk-kauslämpötilaltaan kylmä kappale kuten metallipinta tai 20 vastaava. Mittausten välillä radiometri 101 voidaan kytkeä edullisesti mittaamaan lämmitettävää referenssikuormaa, jollainen on esimerkiksi sovitettu grafiittipääte.Figure 1 also shows one of the advantageous features of the inventive method. The radiation coming from behind the radiometer 101 vi-5 does not affect the measurement if the antenna 102 is mounted close to the surface of the web 103. The antenna 102 is further designed to prevent harmful background radiation 106 from penetrating the antenna receiving portion and further into the radiometer 101. In this case, the antenna 10 102 is, for example, a horn antenna. The antenna 102 is preferably such that it receives best at its center and the antenna gain decreases toward the edges. Such a solution further reduces interference, as interference is most likely to penetrate the antenna 102 just from the edges 15, where it has the least effect in this way. The radiometer 101 is calibrated from time to time, for example during production interruptions, by measuring a reference sample with each antenna. The reference sample is preferably a wire or a cold-crystalline body such as a metal surface or the like. Between measurements, the radiometer 101 can advantageously be connected to measure a reference load to be heated, such as a matched graphite terminal.
Kuviossa 2 esitetään mittaussignaalin amplitudin käyttäytymistä taajuuden ja mittauskohteen paksuuden funk-25 tiona. Kuvio 2 on periaatteellinen eikä siten esitä varsinaista mittaustulosta. Matalilla taajuuksilla amplitudissa näkyy interferenssin aiheuttamaa värähtelyä 202, joka aiheutuu mittauskohteen takaa tulevan säteilyn (esimerkiksi viirasta tuleva säteily, koska mittauskohde näkyy 30 läpi) ja mittauskohteesta (esimerkiksi paperiraina) tulevan säteilyn interferenssistä. Mittaustaajuuden kasvaessa ·' värähtely oleellisesti loppuu ja suurilla taajuuksilla 201 amplitudi pysyy vakaana, koska mittauskohde ei enää läpäise säteilyä. Keksinnöllisessä menetelmässä hyödynnetään 35 nimenomaan taajuutta, taajuuksia tai taajuuskaistaa 201, 10 101751 joilla säteilyn amplitudi pysyy vakaana. Kuviosta 2 nähdään myös, että mitä suurempi mittauskohteen esimerkiksi paperirainan 103 paksuus d on sitä suurempi vaimennus mit-tauskohteella on ja sitä alemmilla taajuuksilla amplitudi 5 käyttäytyy vakaasti. Näin mittaustaajuus tulee valita myös mittauskohteen paksuuden d mukaan.Figure 2 shows the behavior of the amplitude of the measurement signal as a function of frequency and the thickness of the measurement object. Figure 2 is in principle and thus does not show the actual measurement result. At low frequencies, the amplitude shows the interference-induced oscillation 202 caused by the interference of radiation from behind the measurement object (e.g., radiation from the wire because the measurement object is visible through 30) and radiation from the measurement object (e.g., paper web). As the measurement frequency increases, the oscillation essentially ceases and at high frequencies 201 the amplitude remains stable because the measurement object no longer transmits radiation. The inventive method utilizes 35 specifically the frequency, frequencies or frequency bands 201, 101751 at which the amplitude of the radiation remains stable. It can also be seen from Figure 2 that the greater the thickness d of the measuring object, for example the paper web 103, the greater the attenuation at the measuring object and the lower frequencies the amplitude 5 behaves stably. In this way, the measuring frequency must also be selected according to the thickness d of the measuring object.
Sakeutta mittaava keksinnöllinen järjestely käsittää edullisesti ainakin yhden antennin 102. Pyyh-käisymittaus koko rainan 103 leveydeltä voidaan suorittaa 10 joko liikuttamalla yhtä antenni- ja lämpömittariparia mekaanisesti edestakaisin rainan yli tai kuvan 3 mukaisella elektronisella pyyhkäisyllä. Käytettäessä yhtä antennia 102 antenni liikkuu edullisesti mittauskohteen poikki mahdollistaen näin mittauskohteen pinnan sakeusmittauksen ko-15 ko leveydeltään tai ainakin useasta paikasta. Antennin 102 liikkumismahdollisuutta esitetään kuviossa 1 antennin 102 kohdalla olevilla molemmille sivuille osoittavilla nuolilla. Antenni 102 voi tällä tavoin liikkua paperirainan 103 poikki ja mitata paperirainan 103 sakeuspitoisuuden poik-20 kisuunnassa.The inventive arrangement for measuring consistency preferably comprises at least one antenna 102. A sweep measurement over the entire width of the web 103 can be performed either by mechanically moving one pair of antennas and thermometers back and forth across the web or by electronic scanning as shown in Figure 3. When one antenna 102 is used, the antenna preferably moves across the measuring object, thus enabling the measurement of the consistency of the surface of the measuring object with its width ko-15 ko or at least from several places. The possibility of movement of the antenna 102 is shown in Figure 1 by arrows pointing to both sides at the antenna 102. In this way, the antenna 102 can move across the paper web 103 and measure the consistency content of the paper web 103 in the transverse direction.
Kuviossa 3 esitetään keksinnön edullista toimintamuotoa, jossa antenneja 302 on useita. Tällöin mittaus-kohteen sakeus voidaan mitata koko pinnan alalta useista paikoista liikkumattomilla antenneilla 302. Antennit ovat 25 edullisesti ketjumaisesti siten, että ketju on ainakin suurin piirtein kohtisuorassa kulmassa paperirainan liikesuuntaan nähden. Koska raina voi liikkua esimerkiksi 1.5 km/min, mittaus on tehtävä nopeasti. Antennit 302 on kytketty radiometriin 101 kaapeleilla ja kytkimillä 301, jot-30 ka ovat edullisesti elektronisia kytkimiä kuten PIN-diodi- kytkimiä. Kytkimet 301 kytkevät antennit 302 edullisesti yksitellen radiometriin 101 mittauskohteen 103 sakeuden mittausta varten. Antennit 302 käsittävät edullisesti myös esivahvistimen ja sekoittimen paikallisoskillaattoreineen, 35 joilla mittaussignaalintaajuutta pienennetään. Taajuudel- 11 101751 taan alennettu mittaussignaali on helpompi siirtää radio-metriin 101. Käytettäessä tällaista sekoitinratkaisua kytkimiä 301 ei välttämättä tarvita, koska antennien 302 kytkemistä radiometriin voidaan ohjata esivahvistimella 5 ja/tai sekoittimella. Saavutettava resoluutio rainan leveyssuunnassa riippuu antennien 302 koosta ja lukumäärästä. Käytännössä yhden antennin halkaisija on minimissään noin 2 ... 3 cm ja antennien 302 lukumäärä 100 . . . 500 kpl. Antennien 302 lukumäärään vaikuttaa myös se, että 10 pyyhkäisyn nopeus hidastuu antennien lukumäärän kasvaessa, koska kukin antenni pitää olla kytkettynä vastaanottimeen niin kauan, että riittävä mittaustarkkuus saavutetaan. Mittausjärjestely kalibroidaan aika ajoin esimerkiksi tuotannon katkosten aikana mittaamalla kullakin antennilla 15 referenssinäyte. Referenssinäytteenä on edullisesti viira tai kirkkauslämpötilaltaan kylmä kappale kuten metallipin-ta tai vastaava. Mittausten välillä radiometri 101 voidaan kytkeä edullisesti mittaamaan lämmitettävää referenssi-kuormaa, jollainen on esimerkiksi sovitettu grafiittipää-20 te.Figure 3 shows a preferred embodiment of the invention in which there are a plurality of antennas 302. In this case, the consistency of the measuring object can be measured over several areas of the surface by fixed antennas 302. The antennas are preferably chain-shaped so that the chain is at least approximately perpendicular to the direction of movement of the paper web. Since the web can move, for example, 1.5 km / min, the measurement must be made quickly. The antennas 302 are connected to the radiometer 101 by cables and switches 301, which are preferably electronic switches such as PIN diode switches. The switches 301 preferably connect the antennas 302 one by one to the radiometer 101 for measuring the consistency of the measuring object 103. The antennas 302 preferably also include a preamplifier and a mixer with local oscillators 35 to reduce the frequency of the measurement signal. It is easier to transfer the reduced measurement signal to the radio meter 101. When using such a mixer solution, switches 301 are not necessarily necessary, because the connection of the antennas 302 to the radiometer can be controlled by a preamplifier 5 and / or a mixer. The resolution to be achieved in the width direction of the web depends on the size and number of antennas 302. In practice, the minimum diameter of one antenna is about 2 ... 3 cm and the number of antennas 302 is 100. . . 500 pcs. The number of antennas 302 is also affected by the fact that the sweep speed 10 slows down as the number of antennas increases, as each antenna must be connected to the receiver until sufficient measurement accuracy is achieved. The measurement arrangement is calibrated from time to time, for example during production interruptions, by measuring 15 reference samples with each antenna. The reference sample is preferably a wire or a body with a brightness temperature such as a metal surface or the like. Between measurements, the radiometer 101 can be advantageously connected to measure a reference load to be heated, such as a matched graphite head.
Kuviossa 4 on esitetty radiometrin 101 asennuspaikka paperikoneella. Tämä paperikoneen osa käsittää keksinnöllisessä ratkaisussa tyypillisesti radiometrin 101, perälaatikon 401, ylävirran 402, alaviiran 403, lämpömit-25 tarin 404, puristinosan 405 ja ohjausvälineet 406. Radiometri 101 mittaa paperirainan kosteuspitoisuuden eli sakeuden formerin jälkeen ennen puristinosaa 405 ja/tai puristinosan 405 jälkeen. Mittaus voidaan suorittaa myös kuivauksen jälkeen. Mittaustaajuuksien ennalta määrätty 30 rajataajuus, joka on merkitty kuvioon 2 numerolla 203, on erilainen eri mittauskohdissa. Formerin jälkeen, kun pape-rirainan kosteuspitoisuus on 85 % eli sakeus on 15 %, mittauksen alarajataajuus on noin 20 GHz. Puristinosan 405 jälkeen, kun paperirainan kosteuspitoisuus on noin 50 % 35 eli sakeus on 50 %, mittauksen alarajataajuus on noin 30 - 12 101751 40 GHz. Kuivauksen jälkeen paperin kosteuspitoisuus on alle 10 % eli sakeus on yli 90 % ja alarajamittaustaajuus on luokkaa 100 GHz. Perälaatikosta 401, jolla ohjataan pa-perirainan tasalaatuisuutta ja sakeutta, syötetään noin 1 5 % : n sakeuksinen massa formerin imutelojen väliin. Forme- rilla tarkoitetaan paperikoneen sitä osaa, jossa käytetään sylinterimäisiä, viiraa kannattelevia formeerausteloja. Formerin teloissa on alipaineella toimivia imulaatikoita, joilla kuivataan viiralla olevaa paperirainaa. Formerissa 10 imetään massasta vettä siten, että paperirainan sakeus mittauspaikassa on noin 15 %. Formerin ohjausjärjestelyssä sakeuden mittauksen perusteella ohjausvälineet 406 säätävät imutehoa (SUCK) sopivaksi siten, että sakeus paperi-rainassa saadaan pidettyä halutun suuruisena. Mikäli mit-15 taus toteutetaan pyyhkäisemällä koko rainan leveydeltä, mahdollistetaan myös imun säätäminen koneen poikittais-suunnassa. Myös perälaatikon toimintaa on mahdollista, muttei välttämätöntä ohjata sakeusmittauksen perusteella. Mikroaaltoradiometrin 101 mittauksen tueksi tarvitaan mit-20 tauksessa edullisesti tieto paperin todellisesta fysikaalisesta lämpötilasta, jotta mittauksen lämpötilariippuvuus voitaisiin poistaa. Mittauskohteen lämpötila mitataan helpoimmin mittauskohdetta koskettamatta lämpömittarilla 404, joka on edullisesti elektroninen mittari kuten infra-25 punalämpömittari.Figure 4 shows the installation location of the radiometer 101 on a paper machine. In the inventive solution, this part of the paper machine typically comprises a radiometer 101, a headbox 401, an upstream 402, a downstream 403, a thermometer 404, a press section 405 and control means 406. The radiometer 101 measures the moisture content or consistency of the paper web after the press section 405 and / or The measurement can also be performed after drying. The predetermined cut-off frequency 30 of the measurement frequencies, denoted by 203 in Fig. 2, is different at different measurement points. After Former, when the moisture content of the paper web is 85%, i.e. the consistency is 15%, the lower limit frequency of the measurement is about 20 GHz. After the press section 405, when the moisture content of the paper web is about 50% 35, i.e. the consistency is 50%, the lower limit frequency of the measurement is about 30 to 12 101751 40 GHz. After drying, the paper has a moisture content of less than 10%, i.e. a consistency of more than 90%, and a lower limit frequency of the order of 100 GHz. From the headbox 401, which controls the uniformity and consistency of the paper web, a pulp with a consistency of about 15% is fed between the former suction rollers. By former is meant that part of a paper machine which uses cylindrical, wire-supporting forming rolls. Former rolls have vacuum suction boxes for drying the paper web on the wire. In the former 10, water is sucked from the pulp so that the consistency of the paper web at the measuring point is about 15%. In the Former control arrangement, based on the consistency measurement, the control means 406 adjusts the suction power (SUCK) to suit so that the consistency in the paper web can be maintained at the desired level. If the measurement is carried out by sweeping over the entire width of the web, it is also possible to adjust the suction in the transverse direction of the machine. It is also possible, but not necessary, to control the operation of the headbox on the basis of the consistency measurement. To support the measurement of the microwave radiometer 101, the measurement preferably requires information on the actual physical temperature of the paper in order to eliminate the temperature dependence of the measurement. The temperature of the measuring object is most easily measured without touching the measuring object with a thermometer 404, which is preferably an electronic meter such as an infra-25 red thermometer.
Kuviossa 5 on esitetty keksinnön mukaisen ratkaisun eräs toimintamuoto, jossa mittauskohteena on pinnoi-tusaine kuten paperin pinnoituspasta. Pasta koostuu tavallisesti vedestä, mineraaleista, talkista, kaoliinista, la-30 teksista tai vastaavista aineista eri tavalla yhdistellen.Figure 5 shows a mode of operation of the solution according to the invention, in which the measuring object is a coating material such as a paper coating paste. The paste usually consists of water, minerals, talc, kaolin, latex or the like in various combinations.
Mittausjärjestely käsittää radiometrin 101, antennin 102, lämpömittarin 404, telan 501, pinnoituspastaa 502 telan 501 pinnassa, pinnoituspastaa 503 astiassaan ja paperin 504. Mittaus suoritetaan samalla tavalla kuin paperin mit-35 tauskin. Telan 501 pyöriessä sen pinta koskettaa pastaa 13 101751 503, joka tarttuu telan 501 pintaan. Telan 501 pinnassa olevan pastan 502 lähettämää termistä säteilyä 105 mittaa radiometri 101 antennilla 102. Tulos korjataan edullisesti lämpömittarin 404 mittaamalla lämpötilatuloksella ohjaus-5 välineissä (ei esitetty tässä kuviossa).The measurement arrangement comprises a radiometer 101, an antenna 102, a thermometer 404, a roll 501, a coating paste 502 on the surface of the roll 501, a coating paste 503 in its container and a paper 504. The measurement is performed in the same manner as the paper measurement. As the roll 501 rotates, its surface contacts the paste 13 101751 503, which adheres to the surface of the roll 501. The thermal radiation 105 emitted by the paste 502 on the surface of the roll 501 is measured by the radiometer 101 by the antenna 102. The result is preferably corrected by the temperature result measured by the thermometer 404 in the control means (not shown in this figure).
Kuviossa 6 on esitettynä myös ratkaisu, jossa mitataan pinnoitusainetta. Mittausjärjestely käsittää ra-diometrin 101, antennin 102, lämpömittarin 404 pinnoitus-aineen 602 ja pinnoitettavan kohteen 601. Pinnoitusaineena 10 602 on edullisesti paperin pinnoituspasta ja pinnoitetta vana kohteena on paperi 601. Kun paperi 601 on pinnoitettu pinnoituspastalla 602, pinnoituspastasta 602 lähtevää termistä säteilyä 105 mitataan radiometrillä 101 käyttäen antennia 102. Tulos korjataan lämpömittarin 404 mittaamalla 15 lämpötilatuloksella ohjausvälineissä (ei kuviossa).Figure 6 also shows a solution in which the coating material is measured. The measurement arrangement comprises a radiometer 101, an antenna 102, a thermometer 404, a coating material 602, and an object 601 to be coated. The coating material 10 602 is preferably a paper coating paste and the coating object is paper 601. When the paper 601 is coated with coating paste 602, the coating paste 602 radiates is measured by the radiometer 101 using the antenna 102. The result is corrected by the temperature result measured by the thermometer 404 in the control means (not shown).
Kuviossa 7 esitetään paperirainan mittaustulos. Vaaka-akseli on aika-asteikko ja pystyakseli on lämpötila-asteikko. Mustat nelikulmiot ovat mittauspisteitä. Mit-tauskäyrän tasaisella osalla 71 paperirainan sakeus on 20 pidetty muuttumattomana, jolloin myös mikroaaltoradiomet-rin mittaama kirkkauslämpötila on vakaa. Nousevalla käyrän osalla 72 paperirainasta imetään vettä pois, jolloin kirkkauslämpötila nousee. Kun imemällä ei enää veden määrää voi juurikaan vähentää, mitattu kirkkauslämpötila vakiin-25 tuu alueella 73. Mittaus on suoritettu taajuudella 24 GHz, kuiva-ainepitoisuus alueella 71 on noin 1% ja alueella 73 kuiva-ainepitoisuus on noin 15%. Mittaustulos vastaa hyvin teoreettista arviota, vaikka tarkat numeeriset arvot poikkeavatkin hieman teoreettisesta.Figure 7 shows the measurement result of the paper web. The horizontal axis is the time scale and the vertical axis is the temperature scale. Black rectangles are measuring points. In the flat part 71 of the measurement curve, the consistency of the paper web has been kept unchanged, whereby the brightness temperature measured by the microwave radiometer is also stable. As the rising portion of the curve 72, water is sucked out of the paper web, thereby raising the brightness temperature. When the amount of water can no longer be reduced by suction, the measured brightness temperature stabilizes in the range of 73. The measurement is performed at a frequency of 24 GHz, the dry matter content in the range 71 is about 1% and in the range 73 the dry matter content is about 15%. The measurement result corresponds well to the theoretical estimate, although the exact numerical values differ slightly from the theoretical one.
30 Kuten aiemmin todettiin voidaan saavutettava mit- ; tausherkkyys laskea kaavalla (5). Voidaan laskea, että in- ‘ tegrointiajän ja saavutettavan mittausherkkyyden, sakeus- mittaustarkkuuden ja pyyhkäisyajän (100 anturia) välillä on seuraavan taulukon välinen yhteys. Laskennassa on ole-35 tettu kaistaleveydeksi 1 GHz ja vastaanottimen kohinalu- 14 101751 vuksi 5 dB.30 As stated earlier, what can be achieved is; background sensitivity is calculated by formula (5). It can be calculated that there is a relationship between the integration time and the achievable measurement sensitivity, consistency measurement accuracy and sweep time (100 sensors) in the following table. The calculation assumes a bandwidth of 1 GHz and a receiver noise figure of 5 101751 dB.
5 Ia/s Mh/K_Mt/%_Pa/s 1 0.023 0.02 100 0.5 0.032 0.03 50 0.1 0.069 0.06 10 0.05 0.115 0.11 5 10 0.01 0.230 0.21 1 0.005 0.322 0.30 0.5 0.001 0.690 0.63 0.1 15 Taulukossa Ia/s tarkoittaa integrointiaikaa sekunneissa,5 Ia / s Mh / K_Mt /% _ Pa / s 1 0.023 0.02 100 0.5 0.032 0.03 50 0.1 0.069 0.06 10 0.05 0.115 0.11 5 10 0.01 0.230 0.21 1 0.005 0.322 0.30 0.5 0.001 0.690 0.63 0.1 15 In the table, Ia / s means the integration time in seconds,
Mh/K tarkoittaa mittausherkkyyttä kelvineinä, Mt/% tarkoittaa mittaustarkkuutta prosentteina ja Pa/s tarkoittaa pyyhkäisyaikaa sekunteina. Mittausherkkyyttä voidaan lisätä integrointiajan lisäämisen sijasta myös leventämällä 20 mittauskaistaleveyttä tai pienentämällä vastaanottimen kohinaa .Mh / K means measurement sensitivity in Kelvin, Mt /% means measurement accuracy in percent and Pa / s means sweep time in seconds. Instead of increasing the integration time, the measurement sensitivity can also be increased by widening the 20 measurement bandwidths or reducing the receiver noise.
Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten mukaiseen esimerkkiin, on selvää, .. ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan 25 muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten esittämän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa.Although the invention has been described above with reference to the example according to the accompanying drawings, it is clear that the invention is not limited thereto, but can be modified in many ways within the scope of the inventive idea set forth in the appended claims.
Claims (28)
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI971324A FI101751B1 (en) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | Method and arrangement for measuring and adjusting consistency |
| AU67317/98A AU6731798A (en) | 1997-03-27 | 1998-03-26 | Method and arrangement for measuring and controlling consistency |
| PCT/FI1998/000273 WO1998044339A1 (en) | 1997-03-27 | 1998-03-26 | Method and arrangement for measuring and controlling consistency |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FI971324 | 1997-03-27 | ||
| FI971324A FI101751B1 (en) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | Method and arrangement for measuring and adjusting consistency |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FI971324A0 FI971324A0 (en) | 1997-03-27 |
| FI101751B true FI101751B (en) | 1998-08-14 |
| FI101751B1 FI101751B1 (en) | 1998-08-14 |
Family
ID=8548500
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FI971324A FI101751B1 (en) | 1997-03-27 | 1997-03-27 | Method and arrangement for measuring and adjusting consistency |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| AU (1) | AU6731798A (en) |
| FI (1) | FI101751B1 (en) |
| WO (1) | WO1998044339A1 (en) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FI991548A (en) * | 1999-07-06 | 2001-04-05 | Neles Field Controls Oy | Method for measuring web consistency and measuring device |
| CN102782484B (en) * | 2010-01-28 | 2014-10-01 | 王子控股株式会社 | Method and device for measuring basis weight and water content amount |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2614419B1 (en) * | 1987-04-21 | 1989-06-16 | Centre Nat Rech Scient | DEVICE FOR MEASURING, IN A PLURALITY OF POINTS, THE MICROWAVE FIELD DIFFRACTED BY AN OBJECT |
| US5315258A (en) * | 1989-01-13 | 1994-05-24 | Kajaani Elektroniikka Oy | Method and apparatus for determining the moisture content of a material |
| DE4235956C2 (en) * | 1992-10-23 | 1995-09-28 | Rwe Entsorgung Ag | Use of electromagnetic waves in the UV and visible range to identify the materials by detecting the material structure |
-
1997
- 1997-03-27 FI FI971324A patent/FI101751B1/en active
-
1998
- 1998-03-26 AU AU67317/98A patent/AU6731798A/en not_active Abandoned
- 1998-03-26 WO PCT/FI1998/000273 patent/WO1998044339A1/en active Application Filing
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU6731798A (en) | 1998-10-22 |
| FI101751B1 (en) | 1998-08-14 |
| FI971324A0 (en) | 1997-03-27 |
| WO1998044339A1 (en) | 1998-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7151380B2 (en) | Microwave water weight sensor and process | |
| US20110093212A1 (en) | Method and device for measuring a moisture value of dielectric materials | |
| US9182360B2 (en) | Multi-frequency microwave sensor for temperature independent measurement of moisture | |
| RU94045860A (en) | MEASURING INSTRUMENT AND METHOD OF IN SITU MEASUREMENT OF ELECTROMAGNETIC CHARACTERISTICS OF VARIOUS PROCESSED MATERIALS USING THE BOUNDARY FREQUENCY CHARACTERISTICS AND THEIR ANALYSIS | |
| WO2010015475A9 (en) | Device for the contact-less detection of the degree of dryness of a coat of varnish, and method for the same | |
| US20060208194A1 (en) | Microwave mass measuring device and process | |
| CA2336867A1 (en) | Method and measuring arrangement for measuring gas content of fluid | |
| US20180284045A1 (en) | Sensing Element for a Measurement System Suitable for Dielectric Impedance Spectroscopy | |
| JPH0120375B2 (en) | ||
| US20120006338A1 (en) | Device for Producing Cigarettes in the Tobacco Processing Industry and a Method Therefore | |
| US7759947B2 (en) | Method and apparatus for determining the moisture of a running material web | |
| US20100141270A1 (en) | Process and device to measure at least one qualitative value of a fibrous web | |
| US8188751B2 (en) | Method and measuring instrument for measuring water content | |
| FI101751B (en) | Method and arrangement for measuring and adjusting consistency | |
| WO2013022104A1 (en) | Apparatus for measuring moisture content amount and/or coating amount of coating layer of sheet-shaped base material | |
| EP1095265A1 (en) | Method and apparatus for measuring properties of a moving web | |
| JP2000028552A (en) | Method and device for measuring density of substance with free water correction | |
| EP1192449A1 (en) | Method and apparatus for measuring properties of paper web | |
| EP2326938B1 (en) | Determining the amount of starch | |
| CA2691525C (en) | Device for measuring the thickness of a layer of material | |
| WO2001002841A1 (en) | Method of measuring consistency of a web, and a measuring device | |
| TWI684771B (en) | System for measuring electrical parameters | |
| SU1062577A1 (en) | Uhf moisture meter | |
| Perez et al. | Microstrip time domain transmission (tdt) application for moisture soil measurements | |
| EP2101170A1 (en) | Method, system and computer program for contactless measuring a moisture percentage |