FI103919B - Laite liikkuvan paperi- tai kartonkirainan ominaisuuksien mittaamiseksi - Google Patents

Description

1 103919

LAITE LIIKKUVAN PAPERI- TAI KARTONKIRAINAN OMINAISUUKSIEN MITTAAMISEKSI

Keksinnön kohteena on laite liikkuvan paperi- tai kartonkirainan omi-5 naisuuksien mittaamiseksi, johon laitteeseen kuuluu anturi ja vastinkappale, jolloin anturi on sovitettu rainan ensimmäiselle puolelle ja vastinkappale rainan toiselle puolelle, ja johon anturiin kuuluu ainakin yksi kela.

Liikkuvan paperirainan ominaisuuksien mittaukset muodostavat perustan paperikoneen ohjaukselle. Ominaisuuksien, kuten esimerkiksi paperin 10 paksuuden seuraaminen jatkuvatoimisesti paperirainan liikkuessa, antaa varmistuksen siitä, että tuotettava paperi on oikealaatuista. Paksuuden mittaamisessa liikkuvasta rainasta on ongelmana se, että raina liikkuu hyvin suurella nopeudella ja että Tainassa on aina jonkin verran epäjatkuvuuskohtia, kuten reikiä ja pieniä kohoumia. Mitta-antureiden, jotka sijaitsevat hyvin lähellä rainan 15 pintaa tai jopa koskettavat sitä, täytyisi osata väistää nopeasti epäjatkuvuus-kohtia, jotta mittaus olisi luotettava ja etteivät anturit aiheuttaisi lisää reikiintymistä. Nykyiset laitteet eivät vielä pysty riittävän nopeaan väistöliikkeeseen ja reikiintymistä onkin pyritty estämään mm. pitämällä anturit niin kaukana rainasta, ettei reikiä pääse syntymään. Tämä huonontaa mittaustuloksia.

20 US-patentissa 4 791 367 on esitetty rainan paksuuden mittaamista varten tarkoitettu mittari. Mittariin kuuluu yläpää, jossa on U:n muotoinen magneettinen napaosa, jonka haaroihin on sovitettu kelat. Mitattavan paperiradan vastakkaiselle puolelle sijoitettava alapää sisältää passiivisen magneettipiirin, joka on magneetti- tai ferriittilevy. Kelojen muodostaman magneettivuo muo-25 dostuu napaosan kautta paperin läpi ferriittilevyyn. Napaosan ja ferriittilevyn välinen etäisyys vaihtelee paperiradan paksuuden vaihdellessa. Samalla vaih-telee piirin induktanssi, jonka avulla paperiradan paksuus määritellään.

US-patentissa 4 528 507 on esitetty ratkaisu, missä liikkuvan rainan ominaisuuksia mitataan rainan eri puolille sijoitettavien anturien avulla. Toiseen 30 anturiin on sovitettu kela ja rainan vastakkaisella puolella olevassa anturissa on ' vastinlevy. Kelan ja vastinlevyn välisen etäisyyden vaihdellessa vaihtelee kelan aikaansaaman magneettivuon tiheys, missä tapahtuvat muutokset havainnoimalla mitataan rainan paksuus.

DE-julkaisussa 28 29 264 on esitetty mittalaite, missä rainan molem-35 mille puolille on sovitettu kelan sisältämä anturi. Rainan paksuus mitataan mää- 2 103919 rittämällä kelojen aikaansaaman magneettikentän amplitudi.

Kaikissa edellä mainituissa ratkaisuissa anturien tyypillisesti kuparilangasta valmistetut kelat ovat raskaita, jolloin anturit ovat kokonaisuudessaan painavia ja niitä on vaikea saada liikkumaan joustavasti paperin pinnan muo-5 dostelmien mukaan. Edelleen rakenteen suuren painon vuoksi anturit soveltuvat erittäin huonosti kellutettavaksi ilmavoitelun avulla kokonaan irti paperin pinnasta.

Tämän keksinnön tarkoituksena on saada aikaan laite, jossa edellä mainittuja epäkohtia pystytään välttämään.

10 Keksinnön mukaiselle laitteelle on tunnusomaista se, että kela koos tuu useasta kelan osan muodostavasta kerroksesta, jotka kerrokset on asetettu päällekkäin ja kytketty sarjaan.

Keksinnön olennainen ajatus on, että paperiradan ominaisuuksia mit-taavaan mittalaitteeseen kuuluu ainakin yksi kela, joka on muodostettu useasta 15 päällekkäisiksi kerroksiksi asetetusta kelan osasta, jotka on kytketty päistään sarjaan muodostamaan yhtenäinen kela. Erään edullisen sovellutusmuodon ajatuksena on, että ratkaisussa käytettävä ohjaustaajuus on yli 50 kHz.

Keksinnön etuna on, että keksinnön mukaisen mittauselimen anturit pystytään tekemään keveiksi, jolloin anturit pystyvät väistämään paperin pinnan 20 epäjatkuvuuskohtia joustavammin kuin ennen. Tämä vähentää paperin reikiintymistä. Keksinnön mukainen kevyt rakenne mahdollistaa myös antureiden valmistamisen ilmavoitelun avulla kelluviksi. Kevyt rakenne voidaan tehdä, koska suuren ohjaustaajuuden vuoksi ei mittauselimessä tarvita raskaita ferromagneettisia materiaaleja, kuten rautaa, ferriittiä tai suurta kuparilangasta valmistet-25 tua johdinkerrosvyyhteä. Keksinnön mukaisessa ratkaisussa myös kelojen joh-dinkierrosten lukumäärä voi olla pieni, joten mittauselin on kokonaisuudessa pieni ja kevyt.

Keksintöä selitetään tarkemmin oheisessa piirustuksessa, jossa : kuvio 1 esittää erään keksinnön mukaisen laitteen periaatekaaviota, 30 kuvio 2 esittää kaavamaisesti kuvion 1 mukaisen laitteen yhteydessä käytettävän kelarakenteen yhtä kerrosta ja kuvio 3 esittää kaavamaisesti erästä kuvion 1 mukaisen laitteen yhteydessä käytettävää kelarakennetta.

Kuviossa 1 on esitetty mittausanturi 1, johon taas kuuluu syöttökela 35 2, kahdesta kelasta koostuva differentiaalikela 3 ja vertailulevy 4. Mittalaittee- 3 103919 seen kuuluu edelleen ohjauslaite 5, jolla syötetään syöttökelaan 2 ohjausvirta. Syöttökelan ohjaustaajuus on edullisesti suuri eli yli 50 kHz, mieluiten yli 200 kHz. Tyypillisesti ohjaustaajuus on noin 250 kHz, mutta se voi olla jopa 500 kHz tai suurempikin. Ohjaustaajuuden ollessa suuri voi kelojen 2 ja 3 johdinkierros-5 ten lukumäärä olla pieni, jolloin mittausanturista tulee pieni ja kevyt.

Syöttökela 2 indusoi differentiaalikelapiiriin jännitteen, joka voidaan mitata ohjauslaitteella 4 esimerkiksi lock in -tyyppisellä ilmaisulla. Differentiaali-kelan toisella puolella on vertailulevy 4. Differentiaalikelan 3 ja vertailulevyn 4 etäisyys pysyy koko ajan olennaisesti muuttumattomana. Differentiaalikelan 3 10 vertailulevyyn 4 nähden vastakkaisella puolella taas on anturilevy 6. Vertailulevy 4 ja anturilevy 6 ovat rakenteeltaan olennaisesti identtiset. Levyt on valmistettu hyvin sähköäjohtavasta materiaalista, esimerkiksi kuparista. Levyssä voi myös olla pelkästään höyrystetty johtava metallipinta. Ohut johtava kerros riittää silloin, kun materiaali johtaa sähköä hyvin. Ohut johtava kerros riittää sen 15 vuoksi, että virran tunkeutumissyvyys johteen sisään on sitä pienempi, mitä suurempi on ohjaustaajuus. Edelleen suuresta ohjaustaajuudesta johtuen voidaan levyt 4 ja 6 valmistaa ohuiksi ja siten pitää niiden massat pieninä.

Mittausanturi 1 sijoitetaan rainan 7 ensimmäiselle puolelle ja anturilevy 6 rainan 7 toiselle eli mittausanturiin 1 nähden vastakkaiselle puolelle. Raina 20 7 on liikkuva raina ja se voi olla esimerkiksi paperi- tai kartonkirata, jonka pak suus halutaan mitata. Mittausanturi 1 ja anturilevy 6 sovitetaan joko koskettamaan rainaa 7 tai esimerkiksi ilmavoitelun avulla lähelle rainan 7 pintaa. Rainan 7 paksuuden vaihdellessa anturilevyn 6 etäisyys mittausanturista 1 ja samalla tietysti differentiaalikelasta 3 ja vertailulevystä 4 vaihtelee. Tämä rainan 7 pak- 25 suudesta johtuva etäisyyden vaihtelu vaikuttaa differentiaalikelan 3 ohjauslaitteen 5 avulla ilmaistavaan jännitteeseen. Näin ollen ohjauslaite 5 tuottaa jännitteen Ux, joka on verrannollinen differentiaalikelan 3 ja anturilevyn 6 väliseen etäisyyteen eli rainan 7 paksuuteen.

- : Kelat 2 ja 3 on muodostettu useasta päällekkäisiksi kerroksiksi asete- 30 tusta kelan osasta. Kuviossa 2 on esitetty yksi tällainen kerros. Kuvion 2 mukainen kerros on muodostettu esimerkiksi siten, että kuparilla päällystetty piirilevy 8 on valotettu muualta kuin johtimen 9 kohdalta ja tämän jälkeen syövyttämällä poistettu kupari siten, että piirilevyn 8 päälle on jäänyt ainoastaan spiraalin muotoinen kuparijohdin 9. Johdinspiraali 9 alkaa sisemmän aukon 10a kohdalta 35 ja päättyy ulompaan aukkoon 11a. Sisemmän aukon 10a kautta johtimen 9 pää 4 103919 yhdistetään alapuolella olevan kerroksen johtimeen, joka alapuolella olevassa kerroksessa muodostaa olennaisesti saman muotoisen, mutta eri suuntaan auki kiertyvän spiraalin, jolloin eri kerrosten johtimet 9 kuitenkin kiertävät samaan suuntaan. Johtimen 9 pää, joka päättyy ulompaan aukkoon 11a on läpi-5 kuparoinnilla yhdistetty ylemmän kerroksen johtimen 9 päähän. Myös ylemmässä kerroksessa oleva johdinspiraali 9 kiertyy auki kuvion 2 mukaiseen spiraaliin nähden vastakkaiseen suuntaan, jolloin johtimien 9 kiertosuunta säilyy samana. Kuviossa 2 esitetyssä piirilevyssä on esitetty myös muita sisempiä aukkoja 10b ja 10c ja ulompia aukkoja 11b ja 11c, joita voidaan hyödyntää kuvion 2 mukai-10 sen piirilevyn ala- tai yläpuolella olevien kerrosten johdinten yhdistämisessä.

Piirilevyyn 8 on edelleen sovitettu liittimet 12 päällekkäisistä piirilevyistä koostuvan kelarakenteen liittämiseksi mittalaitteeseen. Edelleen piirilevyyn 8 on tehty olennaisesti sen keskelle akseliaukko 13, jonka avulla päällekkäin asetettavat piirilevyt 8 saadaan kohdistettua samalla kohdalle. Johtimen 9 muo-15 dostama kuvio on edullisimmin mahdollisimman pyöreä ja symmetrinen. Eri kerroksissa tarvittavien sisempien aukkojen 10a - 10c ja ulompien aukkojen 11a -11c sijoittelun mukaan voidaan symmetrisestä rakenteesta tarpeen vaatiessa hivenen poiketa, kuten on tehty kuvion 2 johdinspiraalin 9 vasemman alareunan kohdalla.

20 Kuviossa 3 on esitetty kelarakenne, missä kuvion 2 mukaisia piirilevy jä 8 on asetettu päällekkäin kelan muodostamiseksi. Kerroksia pystytään asettamaan päällekkäin esimerkiksi noin 30 ja siitä huolimatta saadaan aikaiseksi ainoastaan muutamia millimetrejä korkea kelarakenne. Olennaisesti kuvion 2 mukainen johdin 9 voidaan muodostaa sekä piirilevyn 8 ala- että yläpuolelle, 25 jolloin päällekkäin asettavien piirilevyjen 8 väliin sovitetaan eristekerros. Kuvion 3 mukaisessa kelarakenteessa voidaan esimerkiksi rakenteen keskiosalla johtimen 9 kiertosuunta vaihtaa kuvion 1 mukaisen differentiaalikelan 3 aikaansaamiseksi. Kiertosuunnan vaihtokohta voidaan luonnollisesti helposti yhdistää : liittimeen 12. Koska kelat pystytään valmistamaan koneellisesti sarjatuotantona, 30 on niiden suurena etuna myös se, että kelat ovat samanlaisia valmistuserästä riippumatta.

Piirustus ja siihen liittyvä selitys on tarkoitettu vain havainnollistamaan keksinnön ajatusta. Yksityiskohdiltaan keksintö voi vaihdella patenttivaatimusten puitteissa. Niinpä kelan osan muodostava yksi kerros voidaan valmistaa 35 esimerkiksi painopiiritekniikalla tai kasvattamalla johdin elektrolyyttisesti tai s 103919 höyrystämällä tai jollain muulla vastaavalla tavalla.

Syöttökela ei ole välttämätön, vaan sähkövirran voi syöttää myös differentiaalikelan 3 toiseen puoliskoon. Tällöin siis differentiaalikelan 3 toinen puolisko toimii syöttökelana 2. Edelleen differentiaalikelan 3 rakenteeseen voi 5 kuulua useampiakin kuin kaksi kelaa. Edullisimmin differentiaalikela 3 on symmetrinen siten, että ohjauslaitteen 5 tuottama jännite Ux on esimerkiksi pak-suusmittauksissa ohuimmilla laaduilla ainakin lähellä nollaa.

Claims (7)

1. Laite liikkuvan paperi- tai kartonkirainan ominaisuuksien mittaamiseksi, johon laitteeseen kuuluu anturi (1) ja vastinkappale, jolloin anturi (1) on 5 sovitettu rainan (7) ensimmäiselle puolelle ja vastinkappale rainan (7) toiselle puolelle, ja johon anturiin (1) kuuluu ainakin yksi kela (2, 3), t u n n e 11 u siitä, että kela (2, 3) koostuu useasta kelan osan muodostavasta kerroksesta, jotka kerrokset on asetettu päällekkäin ja kytketty sarjaan.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnettu siitä, että ke-10 lan osan muodostava kerros on muodostettu piirilevylle (8) siten, että piirilevylle (8) on muodostettu spiraalin muotoinen johdin (9).

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteen ohjaustaajuus on yli 50 kHz.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu 15 siitä, että anturiin (1) kuuluu ainakin kahdesta kelasta koostuva differentiaalike- la (3) ja vertailulevy (4), että vastinkappale on anturilevy (6) ja että anturilevy (6) on vastinlevyn (4) kanssa olennaisesti samanlainen.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että anturiin (1) kuuluu syöttökela (2) sähkövirran syöttämiseksi differentiaalikelaan (3). 20

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteella mitataan paperi- ja kartonkirainasta ainakin sen paksuutta.

7 103919