FI106890B - Mittausmenetelmä - Google Patents

Description

106890

Mittausmenetelmä - Mätförfarande Tämä hakemus on jakamalla erotettu FI-hakemuksesta 920101.

Esillä oleva keksintö koskee patenttivaatimuksen 1 johdannossa esitettyä lajia ole-5 vaa menetelmää.

Erityyppisiin vesipitoisiin suspensioihin suspendoituvan materiaalin määrä on tärkeä mittausparametri, eikä vähiten ympäristön huollon ja suojelun kannalta. Suspendoi-tuneella materiaalilla tarkoitetaan tässä yleensä sellaisia aineita, kuten niitä, jotka mekaanisesti voidaan erottaa suodatuksella ja sentrifugoinnilla. Erityisesti metsä-10 teollisuudessa suspendoitunut materiaali voi muodostua monista eri komponenteista, kuten kuiduista, kuituosasista ja erilaisista täyteaineista ja päällystysaineista. Nämä komponentit voivat kooltaan vaihdella suuresti, leveydeltään muutamasta millimetristä ja leveydeltään muutamasta kymmenestä mikronista (kuidut) alaspäin hiukkas-halkaisijaan noin 1 mikroni tai sen alle (täyteaine). Suspension konsentraatio voi 15 vaihdella laajoissa rajoissa, muutamista milligrammoista litrassa kymmeniin grammoihin litrassa. Suspendoituneen materiaalin pitoisuuden mittaaminen on tärkeätä, mutta lisäksi monissa tapauksissa on myös tärkeätä ilmaista milloin suspendoituneen materiaalin kokojakautuma muuttuu sekä tämän muutoksen laajuus. Tässä mielessä eräänä soveltamisalana on hiutaloittamiskemikaalien vaikutuksen ilmaiseminen.

20 Enemmistö nykyisin markkinoilla olevista instrumenteista suspendoituneiden materiaalien jatkuvaa mittausta varten perustuu optisiin mittausperiaatteisiin, esim. valon absorptioon, valon siroamiseen ja polaroidun valon vaikutukseen. Yleisin menetelmä käsittää suspension sameuden mittaamisen, jolloin valon vaimenemista tai si-roamista käytetään suspendoituneen materiaalin pitoisuuden mittana. Valon siroa-25 misen määrä ei kuitenkaan riipu pelkästään suspendoituneen materiaalin konsent-raatiosta, vaan myös hiukkasten koosta, muodosta, pintarakenteesta ja kyseessä olevan materiaalin taitekertoimesta.

Siten sellaiset suspensiot, joissa hiukkaskoon jakautuma vaihtelee merkittävästi, voivat antaa harhaanjohtavaa tietoa suspension konsentraatiosta. Tätä havainnollis-30 tetaan kuviossa 22, joka esittää tuloksia sameuden mittauksista, joissa mitattiin suspension läpäisseen valon vaimenemista. Tulos (mittauslaitteen lähtösignaali) esitetään selluloosäkuitujen (suurten hiukkasten) ja saven (pienten hiukkasten) konsent-: raation funktiona. Kuten nähdään, sellainen instrumentti on samalla konsentraatiolla paljon herkempi savelle kuin kuiduille.

2 106890 US-4 110 044 kuvaa optista menetelmää, joka periaatteessa mahdollistaa suspendoi-tuneen materiaalin konsentraation määrittämisen hiukkaskoosta riippumatta. Mittausperiaate perustuu läpäisseen valon keskiarvon rekisteröimiseen, ja sen lisäksi myös valon voimakkuuden vaihtelujen mittaamiseen, sellaisen signaalin muodossa, 5 joka sisältää saadun mittaussignaalin vaihtojännitekomponentin todellisen tehollisen arvon neliön. Tämä arvo käyttäytyy hiukkaskoon funktiona käänteisen peilikuvan tapaisesti verrattuna signaaliin, joka perustuu mittaussignaalin tasajännitekompo-nenttiin. Vastaavasti näiden kahden signaalin summa tuottaa mitan suspensiossa olevan materiaalin määrästä hiukkaskoosta riippumatta.

10 Lisäksi on mahdollista saada suhteellinen mitta suspendoituneen materiaalin hiukkaskoon jakautumasta muodostamalla näiden kahden signaalin osamäärä.

Tätä menetelmää sanotaan TP-menetelmäksi ja se on varsin tehokas, erityisesti pienten konsentraatioiden tapauksessa, jolloin voidaan saada hyvä linearisointi sekä tasajännitesignaalille että tehollisen arvon neliölle.

15 Kuitenkin sellaisten suspensioiden tapauksessa, joiden hiukkaskoon jakautumassa hiukkaset ovat ensisijaisesti suuria hiukkasia, suuret hiukkaset vaikuttavat tehollisen arvon neliön muodostamaan signaaliin voimakkaammin kuin pienet hiukkaset. Toisena puutteena, joka käytännössä usein on vakava, on se että TP-menetelmän kalibroiminen on suhteellisen hankalaa.

20 US-julkaisussa 3 879 129 selitetään toista menetelmää, joka ilmaisee mittaussignaalin tasajännitekomponentin sekä mittaussignaalin vaihtojännitekomponentin tehollisen arvon. Tällä on samat puutteet kuin TP-menetelmällä.

4

Jotta TP-menetelmä ja samantapaiset mittaussignaalin tehollisen arvon mittaamiseen perustuvat menetelmät voisivat tuottaa hyvän tarkkuuden hiukkaspitoisuuden osalta 25 sekä hyvän erottelutarkkuuden hiukkaskoon osalta, mitatun tilavuuden on välttämättä (riippuen hiukkaspitoisuudesta ja hiukkaskoosta) oltava vähäinen ja valonsäteen kapea. Jotta oleellisesti jokainen hiukkanen tuottaisi signaalin vaihtojännitekompo-nentissa merkitsevän osoituksen, valaisevan valonsäteen tulisi olla kapea ja mieluummin kollimoitu tai fokusoitu, ja heijastunut valo tulisi ilmaista kapealla kul- 30 ma-alueella. Vaihtojännitteen vaihtelut tasoittuvat, kun valonsäteellä on leveä reitti. Usein halutaan mitata suspendoituneen materiaalin pitoisuuksia suspensioissa, joissa suspendoituneen materiaalin osuus on suhteellisen suuri. Jotta suspension läpi kulkenut valo ylipäätään voitaisiin ilmaista, valonlähteen on sijaittava suhteellisen lä-’ hellä valonilmaisinta. Tämän johdosta mittauslaite tavallisesti sijoitetaan mittaus- 3 106890 kennon kavennettuun tai kaulamaiseen osaan. Tämä mittauskennon kavennettu alue tukkeutuu herkästi suurista hiukkasista, suspendoituneista mateiiaalikokkareista ja vastaavista. Tämän johdosta nämä mittauskennojen kavennetut alueet on varustettu paluuhuuhtelulaitteilla ja vastaavilla, joiden avulla mainittu alue tarvittaessa voidaan 5 puhdistaa.

Erästä tämän lajisen jäijestelyn esimerkkiä selitetään artikkelissa W. Ditter ym: LASER OPTICAL METHOD FOR DYNAMIC FLOCCULATION TESTING IN FLOWING DISPERSIONS, BASF Aktiengesellschaft, kirjasta The Effect of Polymers on Dispersion Properties, Academic Press, Lontoo 1982, sivut 353-342. Sus-10 pensio johdetaan kavennetun eli kaulalla varustetun mittauskennon läpi, joka on varustettu mittapääjärjestelyllä. Laservalo fokusoidaan mittauskennoon ja mittauskennosta lähtevä valo johdetaan fotoilmaisimeen. Toista esimerkkiä samantapaisesta jäljestetystä, jossa on lyhyt kavennettu eli kaulalla varustettu osa, selitetään US-julkaisussa 3 879 159, kuvio 2B. Tämä järjestely sisältää myös tunnetun mittapään, 15 jossa on virtaavaan suspensioon upotettavaksi tarkoitettu avoin kanava. Tämä mittapää, joka perustuu US-julkaisussa 4 040 743 selitettyihin kuituoptisiin menetelmiin, käsittää hyvin syvän mittausraon eli nielun. Raon pohjalle on sijoitettu optiikka, joka toimii lähettäen valoa raon läpi virtaavaan suspensioon ja vastaanottaen suspensiosta lähtevää valoa. Koska rako on hyvin syvä, se periaatteessa toimii kavennet-20 tuna eli kaulalla varustettuna mittauskennona ja sen takia siinä myös syntyy edellä mainittu tukkeutumi songelma.

Julkaisussa WO-86/02162 esitetyssä konsentraation mittapäässä on myös hyvin syvä mittausrako. Siihen on järjestetty optiikka, joka tuottaa leveän mittaussäteen pape- · • rimassan läpi.

25 Vielä eräs toinen mittapää on esitetty julkaisussa US-A-3 892 485. Siinä esitetään mittauskanava, jossa koko suspensio virtaa optisen mittausjärjestelyn ohi. Kanavan yläosa on reunastaan käännetty sisäänpäin virtaavan nesteen pitämiseksi kanavassa. Tämä laite on tehty mittausten suorittamiseksi öljyllä, joka on varsin puhdas neste.

Esillä olevan keksinnön päätarkoituksena on esittää erityisen edullinen menetelmä 30 mittapään tuottaman virtaavaa suspensiota koskevan mittaustiedon käsittelemiseksi.

Esillä olevan keksinnön eräänä toisena tavoitteena on aikaansaada mittapää, jossa mitattavaan suspensioon suspendoituneiden hiukkasten usein aiheuttama moninkertainen sirontavaikutus suuressa määrin vältetään.

4 106890

Keksinnön eräänä toisena tavoitteena on vielä aikaansaada mittapää, joka valaisee virtaavaa suspensiota kapealla valonsäteellä ja ilmaisee suspension läpäisemän tai siroaman valon kapealla kulma-alueella. Valonsäde voi olla kollimoitu tai fokusoitu.

Esillä olevan keksinnön eräänä tarkoituksena on aikaansaada mittapää, joka toimii 5 mitaten virtaavaa suspensiota, jossa kiintoaineista johtuvien tukkeutumisten vaara on minimoitu.

Keksinnön päätarkoitus saavutetaan keksinnöllisellä menetelmällä virtaavan suspension tilan rekisteröimiseksi, jolla on patenttivaatimuksessa 1 esitetyt tunnusomaiset piirteet. Keksinnön muita ominaisia piirteitä ja sen edelleenkehitelmiä sekä laitteisto 10 virtaavan suspension tilan rekisteröimiseksi on esitetty muissa patenttivaatimuksissa.

Mittasäteen leveys on sovitettu siten, että se on yhtä suuri tai pienempi kuin mitattavana olevassa suspensiossa olevien suurempien hiukkasten väliset tilat. Kun mittaus suoritetaan ja tarkoituksena on määrittää suspendoituneen materiaalin hienojakeen ja karkeajakeen keskinäinen jakautuma, säteen leveys sovitetaan karkea- ja hienoja-15 keen väliselle halutulle rajaviivalle. Mittausraon leveys sovitetaan siten, että suspensiossa olevien hiukkasten moninkertaisen sironnan vaikutus on mahdollisimman pieni. Tämän johdosta mittausraon leveys on pieni kun suspendoituneen materiaalin konsentraatio on suuri, ja suuri kun suspendoituneen materiaalin konsentraatio on pieni. Raon leveys on luonnollisesti suurempi kuin mitattavassa suspensiossa odo-20 tettavissa olevat suurimmat hiukkaset.

Mittauslaitteen rakenne voi vaihdella suuresti, esimerkiksi mittailmaisimen rungon osalta, joka on tarkoitettu upotettavaksi kanavaan tai virtausreittiin taikka asetettavaksi putken seinämiin, jonka läpi väliaineen on tarkoitus virrata, jne. Mittauslaite voidaan myös varustaa usealla optisella mittauskanavalla, esim. kanavilla, jotka toi-25 mivat polaroidulla ja polaroimattomalla valolla, keskenään erilaisten aallonpituuksien valolla, eri halkaisijalla olevilla säteillä, jne. Tässä mielessä voidaan saada sopivaa tietoa kulloisenkin mittauskohdan osalta ilmaisimen signaalista sopivien sig-naalikäsittely- ja korrelaatiomittausmenetelmien avulla. Yhdellä tai useammalla optisella mittauskanavalla varustetut mittauslaitteet voidaan myös varustaa mittailmai-30 similla, jotka toimivat mitaten siroavaa valoa ja jotka voivat tuottaa enemmän tietoa suspension koostumuksesta. Samanaikaista läpäisseen ja sironneen valon mittausta voidaan myös käyttää kompensoimaan absorptiovaikutuksia suspensiossa tai optisten pintojen pinnoitteissa tai parantamaan suspension koostumuksen tunnistamista. Referenssi-ilmaisinta voidaan käyttää kompensoimaan valonlähteen voimakkuuden 35 vaihteluja. Optisia lasikuituja voidaan käyttää suojalla mitattavaa suspensiota vas- 5 106890 taan tai ilman sitä, riippuen tarkoituksesta ja mittauskohdasta. Kuidun päät voidaan myös varustaa polarointisuodattimilla, lmssi/indeksilinssillä, ja suojata kvartsi-ikkunalla tai safiiri-ikkunalla jne, poikkeamatta keksinnöllisen mittauslaitteen mittaus-kanavan ja mittausraon rakenteen perusajatuksesta. Kun käytetty mittailmaisimen 5 runko on tarkoitettu upotettavaksi virtaavaan väliaineeseen, runko suunnitellaan edullisesti sellaisella tavalla, että taataan hyvät virtausolosuhteet rungon ympärillä, ainakin mittausraon eli nielun lähellä, niin että suspensio todella kulkee raon läpi, ja niin että rako on oleellisesti itsepuhdistuva. Mittausraon ympärillä oleva alue varustetaan sen vuoksi silein pinnoin ja pyöristetyin reunoin.

10 Keksintöä selitetään nyt yksityiskohtaisemmin viitaten oheisiin piirustuksiin, joissa: kuvio 1 esittää edestä katsottuna mittapäätä, joka soveltuu keksinnön mukaisen menetelmän kanssa käytettäväksi; kuvio 2 on kuviossa 1 esitetty laite altapäin; kuvio 3 on mittapään toisen suoritusmuodon pitkittäisleikkaus pitkin kuvion 4 15 viivaa III-III; kuvio 4 on kuviossa 3 esitetty suoritusmuoto alta; kuvio 5 on kuviossa 3 esitetyn suoritusmuodon vaihtoehtoinen näkymä alta; kuvio 6 on leikkaus mittapään ensimmäisestä suoritusmuodosta, jossa on mekaa ninen puhdistus; 20 kuvio 7 on leikkaus mittapään toisesta suoritusmuodosta, jossa on mekaaninen puhdistus; kuvio 8 on näkymä kuvion 7 mittauskanavan puolelta päältäpäin; kuvio 9 havainnollistaa mittapään erästä toista suoritusmuotoa; kuvio 10 havainnollistaa mittapään neljättä suoritusmuotoa; 25 kuvio 11 on kaavio, joka havainnollistaa keksinnön mukaisen mittauslaitteen erään sovellusmuodon mukaista ilmaisimen lähtösignaalia ja esittää joukon parametrejä; kuvio 12 on keksinnön mukaisen signaalinkäsittelylaitteen erään suoritusmuodon lohkokaavio; 30 kuvio 13 on käyräjoukon diagrammi, joka on saatu keksintöä testattaessa; kuvio 14 on käyrästö, joka käsittää joukon käyriä, jotka on saatu suoritettaessa kokeita keksinnöllä lisäämällä peräkkäin suspendoituneiden materiaalien konsentraatioita; ja kuvio 15 havainnollistaa erilaisia hiukkaskokoja sisältävän suspendoituneen mate-35 riaalin konsentraation tuloksia mittauksista, jotka tehtiin tunnetulla kon- : sentraatiomittarilla.

6 106890

Keksintöä esitellään kuvioissa 11-14 ja keksinnön yksityiskohtainen kuvaus annetaan mainittuja kuvia koskevassa selityksen osassa. Muut kuviot 1-17 esittävät keksinnön mukaisessa menetelmässä käytettäviksi sopivia mittapäitä.

Mittauslaitteessa eli mittarissa, joka on esitetty kuvioissa 1 ja 2, on mittailmaisimen 5 runko nelisivuisen levyn 1 muodossa, jolla on viistetyt reunat. Levy 1 muodostaa sondin, joka on tarkoitettu upotettavaksi suspensiovirtaukseen, jolloin levyn 1 leveä puoli on virtaussuuntaa kohti. Levyn pohjapintaan on järjestetty ura 2, joka toimii mittauskanavana. Levyn 1 toisella leveällä puolella kaksi pyöristettyä ja suhteellisen syvää uraa, jotka toisesta päästään yhtyvät mittauskanavaan sen kulloisellakin puo-10 lella ja jotka ulottuvat samansuuntaisesti levyn alapinnan kanssa juuri mainitussa yhtymäkohdassa. Kumpaankin uraan on upotettu kuituoptinen valojohdin 3, 4. Johtimen 3 sisäpää on kytketty valonlähteeseen 5, kuten valodiodiin tai pieneen laseriin, joka myös on upotettu levyyn. Johtimen 4 sisäpää on kytketty valonilmaisi-meen 6, joka on sovitettu valonlähteen lähettämään valoon ja myös upotettu levyyn 15 1. Sähköjohtimet eli kaapelit, jotka johtavat valonlähteeseen 5 ja jotka ulottuvat va- lonilmaisimesta 6, on myös upotettu levyyn ja ulottuvat putkeen 7 ja sen läpi, joka on kierretty levyn yläosaan. Koska kuituoptiset valojohtimet on vedettävä loivassa kaaressa, jotta ei vaikutettaisi niiden suorituskykyyn, johtunet 3 ja 4 sisältäville kanaville annetaan loivan kaaren muoto.

20 Sekä valonlähde 5 että valonilmaisin 6 ovat lämpöherkkiä komponentteja. Tämän johdosta levyyn 1 on upotettu lämpötila-anturi 8, ja sähkökaapeli tai anturista 8 ulottuva kuitunippu johdetaan myös putken 7 läpi ja kytketään signaalinkäsittely-piiriin (ei esitetty kuviossa) lämpötilan kompensointia varten laskettaessa mittaustu-·*- losta valonilmaisimesta 6 saapuvan signaalin avulla alempana yksityiskohtaisemmin 25 selitetyllä tavalla. Levyn 1 pinnat ovat edullisesti sileitä sekä hylkiviä, jotta mahdollisimman pitkälle vältettäisiin levyn ohi virtaavan materiaalin tarttuminen niihin. Materiaalin, josta levy tehdään, tulisi luonnollisesti olla inerttiä sen väliaineen suhteen johon materiaali on suspendoitu, sekä myös suspendoituneen materiaalin suhteen. Levy 1 tehdään edullisesti muovista tai vastaavasta materiaalista, vaikka se 30 voidaan myös tehdä ruostumattomasta teräksestä.

Mittapään oleelliset ominaisuudet ovat mittauskanavan rakenteessa ja sen yhteydessä käytetyssä optiikassa. Sivuseinämien välisen mittausraon leveys riippuu mitattavasta väliaineesta. Jos esimerkiksi mittaukset on tehtävä paperinvalmistusteolli-suudesta tulevan jäteveden kuitususpensiolle, voi noin 3 mm:n leveys olla sopiva. 35 Raon reunat ovat edullisesti matalat ja kuituoptiset valojohtimet sijoitetaan valmistusteknisistä syistä mahdollisimman lähelle raon ulkoreunaa. Kuituoptisia valojoh- f 106890 timia paikallaan pitävän levyn alapuoli on edullisesti viistetty mittauskanavan 2 alueella, kun taas optisten kuitujen päät edullisesti katkaistaan kohtisuoraan etenemis-suuntaan nähden ja katkaistu pää kiillotetaan. Keksintö on ensisijassa ajateltu suoraan suspension läpi kulkevan valon ilmaisemiseen, ja siten kuituoptiset valojohti-5 met sijoitetaan kulloisetkin päät vastakkain. Voidaan kuitenkin myös ilmaista valoa, joka siroaa määrätyn kulman puitteissa, kuten myöhemmin käy ilmi kuvioon 16 viittaavassa selityksessä. Kuten edellä mainittiin, niin optiikka, ts. esitetyn suoritusmuodon kuituoptisten valojohtimien päät 3, 4, on sijoitettava lähelle mittausraon ulkoreunaa. Kuten kuviossa 2 esitetään, kanavan sisäänmeno ja ulostulo oVat myös 10 hieman pyöristettyjä virtaussuunnassa, samaten kuin kanavan ulkoreunan vähäinen osa, joka sijaitsee optiikan ulkopuolella. Kuituoptiikalla on edullisesti määrätty syvyys kanavan alapuolella, niin että virtaavan suspension ja kanavan pohjan välisen kitkan vaikutuksella ei ole havaittavaa vaikutusta suspensioon, joka virtaa kuituoptiikan ohi. Kanavan pohjalla olevia teräviä reunoja tulisi välttää. Kaikki nämä toi-15 menpiteet edistävät sellaisen mittapään muodostamista, jossa kanavan tukkeutumisriski on minimoitu.

Edullisesti mittauslaitteen sille osalle, joka sijaitsee väliaineessa tai suspensiossa, ainakin mittauskanavan läheisyydessä, on annettu jonkin verran virtaviivainen muoto jotta vältetään muodon muuttumisen riski mittausraon läpi viilaavassa suspensiossa, 20 suspension varsinaiseen eli todelliseen koostumukseen verrattuna. Kuvioissa 3 ja 4 mittausrungolla on pyörähdyssymmetrinen muoto. Kuvio 3 on leikkaus pitkin kuvion 4 viivaa III-III, ja kuvio 4 on näkymä kuvion 3 alapuolelta nähtynä. Nämä kuviot havainnollistavat myös suoritusmuotoa, jossa kuituoptiset valojohtimet 10 ja 11 on johdettu kokonaan rungon 9 läpi ja putken 12 läpi, joka on kierretty rungon 9 ylä-25 päähän, vaikka tietenkin on ajateltavissa että runkoon yhdistetään valonlähde, va-lonilmaisin ja lämpötilailmaisin. Runko 9 on mieluummin päärynän muotoinen, niin että kuituoptiset valojohtimet 10 ja 11 voidaan johtaa loivina kaarina mittauskanavasta 13 putkeen 12 ja sen läpi. Kuvio 4 havainnollistaa kanavan 13 sopivaa suoritusmuotoa, jossa on leveät virtauksen tulo- ja lähtöosat ja kavennettu eli kaulan ta-30 painen mittausraon osa täsmälleen kuituoptisten valojohtimien 10 ja 11 kanavaan päättyvien aukkojen alueella.

Runko 9 valmistetaan edullisesti kahtena osana, jotka liimataan yhteen pitkin rajapintaa 14. Mainituista osista toiseen, kuviossa 4 alempaan osaan on valettu tai jyrsitty urat tilan muodostamiseksi kuituoptisia valojohtimia 10, 11 varten.

* 8 106890

Kuvion 5 rungolla 9 on pitkänomainen muoto virtaussuunnassa. Kuituoptisten valo-johtimien välistä otettu leikkaus on tässä tapauksessa sama kuin kuviossa 3. Vielä virtaviivaisempi muoto on ajateltavissa.

Kuvion 3 suoritusmuodossa valonlähde 15 kuituoptista valojohdinta 10 ja valonil-5 maisin 16 kuituoptista valojohdinta 11 varten on sijoitettu osaan, joka sijaitsee putken 12 päässä suspension väliaineen ulkopuolella. Jos tämä paikka on stabiili lämpötilan suhteen, lämpötila-anturia ei tarvitse jäljestää lämpötilan kompensointia varten. Valonlähdettä 15 syötetään jännitelähteestä 17. Ilmaisimen 16 sähköinen lähtösignaali syötetään arvointi- ja laskentayksikölle 18. Sopivia laskutoimituksia 10 selitetään jäljempänä kuvioiden 11-15 selostuksen yhteydessä.

Laskutoimitusten tulokset johdetaan esitysyksikölle 19, joka voi olla näyttöruudun tai käyräpiirturin muodossa jatkuvaa käyttöä varten. Laite on pääasiassa tarkoitettu taijoamaan nopeasti tietoa, joka koskee suspension pyrkimystä tai taipumuksia muutoksiin, jotta valvova henkilöstö välittömästi voi huomata jotakin tapahtuvan ja 15 muuttaa valvottavan väliaineen suspension pitoisuutta ja tarkkailla korjaustoimenpiteiden vaikutuksia.

Edellä mainitut mittausyksiköt voivat olla tarkoitettuja upotettaviksi virtaavaan suspensioon, esim. suspensioon, joka virtaa avoimessa kanavassa tai virtausreitillä.

Kuvio 6 esittää muunnelman kuviossa 3 esitetystä mittapäästä, joka sisältää pään 20 mekaanisen puhdistuksen. Kuituvalojohtimet 22 ja 23, jotka kuviossa on esitetty pelkästään eheinä viivoina ja vedetty mittauskanavaan 21 saakka, sijaitsevat suhteellisen lähellä mittausrungon 20 kehää.

Puhdistusjärjestely on sijoitettu rungossa 20 olevaan keskiseen onkaloon tai onteloon. Ontelossa on ensimmäinen sylinterin muotoinen osa 24, jonka halkaisija vas-25 taa oleellisesti mittauskanavan 21 mittausrakoa, esim. leveys noin 3 mm, toinen sylinterin muotoinen osa 25 jonkin verran suuremmalla halkaisijalla, esim. 5 mm, kuin ensimmäinen sylinterin muotoinen osa, ja kolmas sylinterin muotoinen osa 26, jolla on vielä suurempi halkaisija, esim. 12 mm. Sylinterin muotoisen harjan 27, jolla on oleellisesti sama muoto kuin hampaiden välien puhdistamiseen käytetyillä hammas-30 harjoilla, varsi 28 on upotettu kolmannessa sylinterin muotoisessa osassa 26 liikkuvaan mäntään, jolla on oleellisesti sama halkaisija kuin mainitulla osalla. Harja on kohti ensimmäisen sylinterin muotoisen osan 24 ulostuloa. Toinen sylinterin muotoinen osa 25 toimii harjan ohjaimena, jotta estetään harjaa taipumasta sen liik- 9 106890 kuessa ulospäin kohdassa 24 olevan aukon läpi. Harja voidaan myös saattaa pyörimään puhdistustoiminnan aikana.

Männän 24 sekä toisen ja kolmannen sylinterin muotoisen osan 25, 26 liitoskohtaan muodostuvan olakkeen väliin on sijoitettu kierrejousi 34. Männän 29 kehälle on 5 sovitettu renkaan muotoinen tiiviste 30. Mäntää voidaan käyttää joko pneumaattisesti tai hydraulisesti syöttämällä kaasua tai nestettä männän 24 mittausraosta 21 etäällä olevaan osaan mittausrungon 20 varteen järjestetyn suljetun kanavan 35 kautta. Rungon 20 kaulaan on kierretty nippeli 31 lähelle kolmatta sylinterin muotoista osaa 26. Nippeliin on sovitettu paineväliainejärjestelyyn 36 kytketty letku, joka har-10 jausta varten syöttää paineväliainetta männän 29 takapuolelle harjan 27 työntämiseksi ulos aukosta 24.

Harjan 28 varsi ulottuu määrätyn matkan männän 24 ulkopuolelle. Nippeli 31 ja letku poistetaan kun haijaa 27 puhdistetaan tai kun se vaihdetaan yhdessä männän kanssa. Harjanvarren päähän tartutaan sopivalla työkalulla, esim. teräväkärkisillä 15 pihdeillä tai vastaavilla, ja harja ja mäntä vedetään ulos siten muodostuvasta ontelosta.

Mittapäällä toteutettava mittausprosessi suoritetaan virtaavalla suspensiolla. Mit-tausraon erityisestä muodosta huolimatta, jossa on hieman pyöristetyt reunat, siihen muodostuu peitettä ja vastaavasti mittausrako on puhdistettava, mieluummin me-20 kaanisesti. Taajuus, jolla rako on puhdistettava, riippuu suspension koostumuksesta. Paineväliainejärjestelyä 36, joka toimii paineväliaineen syöttämiseksi ja poistamiseksi männän 34 käyttämistä varten, ohjataan ohjauspiirillä 35, joka voi olla ohjel-maohjattu, aikaohjattu, käsin ohjattu tai ohjattu tämän tyyppisten ohjausten yhdistelmällä. Jousi 34 on riittävän voimakas, jotta se pystyisi siirtämään harjan taakseve-25 dettyyn asemaan, vaikka osa suspendoituneesta materiaalista on tarttunut harjan harjaksiin. Harjaksiin saattaa tarttua erittäin suuria suspendoituneita hiukkasia, niin että ne estävät harjan täydellisen vetämisen mittausrakoon, tai niin että kuituosa ul-konee mainitusta raosta. Tämä johtaa merkittävään osoitukseen mittaussignaalissa, jonka arviointi- ja laskentayksikkö (ei esitetty kuviossa 6) ilmaisee, ja tämä yksikkö 30 syöttää tällöin ohjaussignaalin ohjauspiirille 35, joka sen jälkeen saattaa paineväli-ainejärjestelyn 36 aloittamaan uuden harjausjakson. Ellei yksi tai useampi lisäharja-uskierros tuota haluttua tulosta, arviointi- ja laskentayksikkö voidaan suunnitella tuottamaan hälytyssignaali, joka osoittaa sen tosiasian, että harja on puhdistettava tai vaihdettava.

« 10 106890

Kuviot 7 ja 8 esittävät mittausrunkoa 37, jota tällä hetkellä pidetään edullisena, koska tämä runko voidaan valmistaa ja sitä voidaan huoltaa yksinkertaisella tavalla. Tämän suoritusmuodon mittausrunko 37 on litteän levyn muodossa, jonka ääriviivat ovat epäsäännöllisen muotoiset. Mittausrungon 37 kuituoptiset valojohtimet 33 ja 40 5 on vedetty mittausrakoon 38, jolloin kuviossa nämä johtimet on esitetty kaaviollises-ti eheiden viivojen muodossa silloin, kun kuidut ovat samassa tasossa kuin esitetty leikkaus, ja katkoviivoin kun mainitut kuidut ovat eri tasossa. Kuitujohtimet on sijoitettu hieman pyöristetyihin kanaviin ja johdettu nippelin 41 läpi, joka on kierretty runkoon ja joka tukee letkun 32 toista päätä, josta johtimet on vedetty arviointi- ja 10 laskentayksikköön (ei esitetty kuviossa 7). Letku ulottuu putkeen 33, joka on kierretty rungon 37 yläosaan.

Tässä tapauksessa mittausrako on sijoitettu pinnalle 43, joka on viistossa siihen pintaan nähden, jota pitkin syöttöjohdot on vedetty ohjaus-ja arviointipiireille. Kuvio 8 on näkymä pinnasta 43, joka sisältää mittausraon kanavan ja mittausraon 38 sekä 15 sisäänmenon kanavaan 42, joka on varustettu haijalla. Harjathan muodostavalla läpimenevällä kanavalla 42 on oleellisesti sama rakenne kuin kuviossa 6 esitetyllä kanavalla, mutta se on sijoitettu viistosti mainittuun kanavaan nähden, koska kuvion 8 suoritusmuodon kanava ulottuu kohtisuoraan viistoon pintaan 43 nähden. Tällä aikaansaadaan helposti luoksepäästävä aukko sivulla, joka on samansuuntainen kuin 20 pinta 43, ja jonka läpi harjajärjestelyä voidaan huoltaa viistoa pintaa vastapäätä. Tämä aukko on varustettu sisäisillä ruuvinkierteillä, ja se voidaan sulkea kierrettävällä kannella tai suojalla 44.

Paineväliainekanava 45, joka valinnaisesti on runkoon muotoillun putken muodossa, on järjestetty kanavan 42 ja runkoon kierretyn nippelin 46 väliin, johon nippeliin on 25 kiinnitetty paineväliainejärjestelyyn (ei esitetty) ulottuva letku 47. Kuituoptinen valojohdin 40 ja kanava 42 sijaitsevat eri tasoissa rungossa 37.

Tämä mittapää sisältää toisen kanavan 48, joka ulottuu runkoon kierretyn nippelin 49 ja kanavan 42 välillä, lähelle mittausrakoa 38. Puhdistusainetta syötetään nippeliin 49 liitetyn letkun kautta välittömästi ennen harjaustoimenpidettä ja valinnaisesti 30 myös sen aikana mittausrakoon tarttuneen materiaalin poistamisen edistämiseksi. Tämä mahdollistaa myös suspendoituneen materiaalin ylettömän harjaan tarttumisen välttämisen. Kanava 48 voidaan myös huuhdella puhtaaksi eri harjausjaksojen välillä. Puhdistusaine voi olla joko kaasua, kuten ilmaa, tai nestettä, kuten vettä, johon valinnaisesti on sekoitettu kemikaaleja.

•.

11 106890

Kuvio 9 esittää erään mittauslaitteen kolmatta suoritusmuotoa, joka on tarkoitettu asetettavaksi mittauskennoon tai putkeen, jonka läpi suspensio virtaa. Mittauslaitteella on putken 50 muoto, jonka halkaisija on sama kuin mittauskennon/-putken pääasiallinen halkaisija. Putken sisäpuolella paksummaksi muodostettuun osaan on 5 järjestetty mittauskanava 51. Putken seinämään on sijoitettu kaksi kuituoptista valo-johdinta 52 ja 53, joiden toinen pää on kulloinkin kytketty mittauskanavan 51 vastaavalle puolelle ja joiden johtimien toinen pää on kulloinkin kytketty valonlähteen 54 ja valonilmaisimen 55 muodossa oleviin yksiköihin. Koska yksiköt 54 ja 55 on sijoitettu niin, että mitattavan väliaineen lämpötila vaikuttaa niihin, mainittujen yksilö köiden lähelle on sijoitettu lämpötilan ilmaisin 56. Jännitelähde 57 on kytketty valonlähteeseen 54.

Samalla tavalla kuin edellä selitetyissä mittapäissä yksiköiden 55 ja 56 signaalit johdetaan arviointi- ja laskentayksikköön 58, joka toimii keksinnön mukaisesti suspension haluttujen tietojen, ts. konsentraation, hiukkaskoon jakautuman, kuitupitoisuu-15 den, jne. laskemiseksi. Laskutoimenpiteet suoritetaan jatkuvasti, jolloin tehdään korjaukset ilmaisimella 56 ilmaistun lämpötilan suhteen, ja johdetaan esitysyksikölle 59. Esitysyksikkö 59 voi esimerkiksi olla käyräpiirturi, joka toimii tulostaen jatkuvasti käyriä, jotka edustavat suspension yhtä tai useampaa laskettua ominaisuutta. Valvontahenkilöstö voidaan saattaa tietoiseksi trendistä, joka esiintyy kohti suspen-20 sion muutosta, käyrän tai käyrien muutosten avulla, ja se voi nopeasti havaita suspension koostumuksen korjaamiseksi tehtyjen toimenpiteiden vaikutukset. Toimenpiteet voivat käsittää hiutaloittamiskemikaalin lisäämisen jäteveteen kiintoaineiden saostamiseksi. Putki 50 voi sisältää useita mittauskanavia 51 suspension eri ominaisuuksien mittaamiseksi. Mittauskanavat voidaan esimerkiksi sijoittaa peräkkäin 25 virtaussuunnassa tai ne voivat sijaita keskenään eri kohdissa putken kehällä (ei esitetty). Esimerkiksi suspension hiukkaskoon jakautumaa voidaan mitata kahden tai useamman mittauskanavan avulla, joilla lähetetyn säteen reitin halkaisijat poikkeavat toisistaan.

Kuvio 10 esittää mittauslaitteen erästä toista suoritusmuotoa. Tämä laite on muun-30 nelma kuviossa 9 esitetystä laitteesta, joka on tarkoitettu kennon/putken läpivirtauksen mittaukseen, vaikka periaatetta voidaan myös soveltaa toisen edellä mainitun mittauslaitteen muunnelmilla. Lähetetyn valon säteen kuituoptisen valojohtimen . sijasta kuvion 17 suoritusmuodossaon suora kanava 90, joka ulottuu mittauskanavaan 88 mittauskennon/-putken 89 paksunnetussa osassa. Kapean valon säteen 35 kanavan 90 läpi lähettävä laser on sijoitettu kanavan toiseen päähän. Mittauskana-van 88 vastakkaisella puolella on kuituoptinen valojohdin 92, joka kulkee putken 89 12 106890 ympäri ja johtaa valonilmaisimeen 93, jonka ilmaisimen sähköinen lähtösignaali on kytketty laskenta- ja esitysyksikköön 94 samoin kuin lämpötila-anturin lähtösignaali. Laseriin 91 on kytketty käyttöjännitteen lähde 96.

Käyttämällä kapeata sädettä verrattuna suspension suurten hiukkasten välisiin 5 tiloihin, ilmaisusignaalin vaihtojännitekomponentti voi tuottaa ilmaisun ohi virtaa-vasta materiaalista hyvällä erottelutarkkuudella.

Uusi keksinnön mukaisen signaalinkäsittelymenetelmä on havaittu erittäin sopivaksi käytettäväksi edellä kuvatun mittapään yhteydessä, koska mainittu pää voi tuottaa selvästi rajatun ja kapean sädereitin sekä kapean mittausraon, jota tarvitaan mainit-10 tua signaalinkäsittelymenetelmää varten mitattaessa esimerkiksi massan-ja paperin-valmistusteollisuudessa tyypillisiä suspensioita. Keksinnöllinen menetelmä perustuu siihen ensimmäiseen olettamukseen että suspensio periaatteessa koostuu kahdesta komponentista, suurista ja pienistä hiukkasista. Suuria hiukkasia voidaan sitten pitää suhteellisen läpinäkyvänä verkkona, jossa monia pieniä hiukkasia on suspendoitu-15 neena. Kim sellaisen suspension pienempää osatilavuutta tarkastellaan tilastollisen jakautuman periaatteiden mukaisesti, pienten hiukkasten lukumäärä on suuri ja suhteellisen vakio. Suurten hiukkasten lukumäärä on toisaalta hyvin pieni ja vaihte-lee suuresti.

Pituudeltaan 1 mm ja leveydeltään 20 mikronia sekä konsentraatioltaan 100 mg/1 20 olevien kuitujen suspensio sisältää esimerkiksi likimain kaksi hiukkasta mm^ kohti. Jos tähän suspensioon lisätään 100 mg/1 savea, jonka hiukkaskoko on halkaisijaltaan 1 mikroni, hiukkasten lukumäärä kasvaa arvoon 7,5*104/mm3. Mitattaessa valon .· vaimenemista tämän suspension vähäisessä tilavuudessa, saadaan läpäisseen valon voimakkuuden keskiarvo. Poikkeamat tästä keskiarvosta johtuvat pääasiassa kuitu-25 materiaalin (kuituja tulee valon säteeseen aika ajoin) vaihteluista. Periaatteessa suurin signaalin taso saadaan kun mitään kuituja ei ole valonsäteessä, ja valon säde vaimenee pelkästään savihiukkasten johdosta. Tämän avulla voidaan suurten tai pienten hiukkasten osuus suspensiossa määrittää mittaamalla läpäisseen valon keskiarvo VdC Ja mainitun valon suurin arvo, ts. huippuarvo Vp ennalta määrätyn ajanjakson 30 puitteissa. (Tässä yhteydessä valoa absorboivat, suspensioon liuenneet aineet toimivat samalla tavalla kuin savi, ja ne voidaan määrittää mittaamalla huippuarvo VP.)

Lambert Beerin lakia käytetään suspension sameuden tai konsentraation laskemi-seen, jolloin tämä laki antaa läpäisseen valon voimakkuuden seuraavan yhteyden 35 mukaan: ,3 106890 V = V0*e-alN (1) jossa

Vo = läpäisseen valon voimakkuus kirkkaalla vedellä, ts. vedellä, jossa ei ole mitään suspendoituneita hiukkasia; 5 V hiukkasten läsnäollessa vaimentuneen valon voimakkuuden keskiarvo; a = sirontakerroin; 1 = valon säteen reitin pituus suspension läpi; N = hiukkasten lukumäärä tilavuusyksikköä kohti.

10 Sameus S määritellään normaalisti: S = N * a = ln(VQ/V)/l (2)

Edellä mainitusta nähdään, että samalla hiukkastyypillä sameus on suoraan verrannollinen suspension konsentraatioon.

Seuraava yhteys pätee sellaisten suspensioiden tapauksessa, jotka käsittävät useita 15 erityyppisiä hiukkasia: ES = ENj *aj = (1/1) * Eln(Vo/V) (3) jossa i on indeksi erityyppisille suspensioille, jolloin summaus tehdään kaikkien hiukkastyypien yli. Suspension konsentraatio yksikkönä mg/1 on näin ollen: conc = (1/1) * EC! * ln(V0/V) (4) 20 jossa Ci ovat vakioita sameuden muuntamiseksi konsentraatioksi yksikkönä mg/1 kulloisellakin hiukkastyypillä.

Jos tarkasteltu suspensio käsittää kahden täysin erityyppisen suspension sekoituksen, ts. pieniä hiukkasia, esim. savea, sisältävän suspension, sekä suhteellisen suuria hiukkasia, esim. kuituja, sisältävän suspension, niin näillä hiukkasilla on erilainen 25 vaikutus läpäisevään valoon, kuten edellä mainittiin. Karkeasti puhuen voidaan sanoa, että pieniä hiukkasia sisältävä suspension osa vaikuttaa suurimman signaalita-son poikkeamaan siitä signaalista, joka on mitattu kirkkaalla vedellä, kun taas suspension suuria hiukkasia sisältävä osa johtaa signaalin selvään vaihteluun (muutokseen).

• - ♦- 14 106890

Kuvio 11 on diagrammi, joka esittää keksinnöllisestä mittapäästä saatua vaihtojänni-tesignaalia. Kuviossa esitetään kirkkaan veden signaalin V0 tasot (jolloin nämä tasot on mitattu aikaisemmin, kun instrumentti on kalibroitu kirkkaalla vedellä mitaten), signaalin tasajännitetaso Vp>c ja signaalin huipputaso Vp. Koska edellä selitetyn 5 teorian mukaisesti pienet hiukkaset eivät merkittävästi vaikuta tuloksena olevan signaalin vaihteluihin, vaan aiheuttavat signaalin huippuarvon alenemisen kirkkaan veden tasosta huippuarvoon Vp, suspension tämän osan kohdalta saadaan ln(V()/Vp), kun taas suuria hiukkasia sisältävän suspension osan kohdalta saadaan ln(Vp/Vj)c).

10 Lambert Beerin lain soveltaminen antaa siten "mallisuspensiolla", joka käsittää kahta hiukkastyyppiä - suuria ja pieniä, seuraavan tuloksen kuvion 10 signaaleilla: cone = a * ln(V()/Vp) + b * ln(Vp/Vp)c) (5) jossa a ja b ovat vakioita, a * ln(V()/Vp)on pienten hiukkasten konsentraatio, ja ln(Vp/V£)c) suurten hiukkasten konsentraatio.

15 Edellä oleva yhtälö (5) voidaan kirjoittaa uudelleen seuraavalla tavalla: cone = (ln(V()/Vp) + cj * ln(Vp/Vp)c)) * C2 (6) jossa ci on mittauslaitteen herkkyyskerroin ja C2 vakio mittaustulosten muuntamiseksi konsentraatioksi yksikkönä mg/1. Havaitaan, että nämä vakiot voidaan helposti saada kun mittauslaite kalibroidaan.

20 Nämä vakiot saatiin helposti kokeellisesti mittaamalla kahta suspensiota, joilla on ! sama konsentraatio, ja jotka toisaalta sisältävät pienimpiä hiukkasia ja toisaalta suu rimpia hiukkasia: (ln(Vo/Vp))s + ci * (ln(Vp/Vp)c))s = ln(V()/Vp)i + ci * (ln(Vp/Vp)c))l jossa s tarkoittaa pieniä hiukkasia ja 1 tarkoittaa suuria hiukkasia.

25 (ln(V0/VP))s - (ln(V0/Vp))l ci = - (ln(Vp/VDC))l - (ln(VPA^DC))s ♦

• I

15 106890 conc.lab c2= - ln(Vo/Vp) + ci * (Vp/Voc) 5 jossa conc.lab on suspension konsentraation arvo, joka laboratoriossa saatiin määritettäessä mittoja vakiomenetelmien mukaan. Voidaan luonnollisesti suorittaa useita sellaisia mittausprosesseja, mieluummin eri konsentraatioilla, jotta saataisiin tilastollisesti varmempi tulos.

Arvoja ln(Vo/Vp) ja ln(Vp/Vp)c) voidaan käyttää yhdessä lasketun conc-arvon 10 kanssa suspension suhteellisen koostumuksen laskemiseksi pienten ja vastaavasti suurten hiukkasten osalta, kuten seuraavassa yksityiskohtaisemmin selitetään kuvioon 13 viitaten. Osamäärä ln(Vp/V£>c)/ln(Vo/Vp) tuottaa toisen suhteellisen mitan hiukkaskoon jakautumalle.

Kuvio 12 esittää laitteen erään suoritusmuodon keksinnöllisen menetelmän toteutta-15 miseksi. Valonlähteestä 101 lähtevä valonsäde L valaisee virtaavaa suspensiota S. Valonsäteen L halkaisija on pieni verrattuna suspension suurten hiukkasten välisiin tiloihin, mutta suuri verrattuna pienten hiukkasten välisiin tiloihin. Käytännössä tämä usein johtaa pyrkimykseen kapean valokimpun aikaansaamiseksi.

Läpäissyt valo ilmaistaan fotoilmaisimella 102. Anturin signaali vahvistetaan vah-20 vistimessa 103. Vahvistimen 103 lähtöön on kytketty suodatin eli keskiarvon muodostaja 104, joka tuottaa lähtöönsä signaalin tasavirtakomponentin Vdc jolloin tämä komponentti tuottaa mitan läpäisseen valon keskiarvolle. Vahvistimen lähtöön ' · ’ ·. on myös kytketty huippuarvon ilmaisin 105, joka rekisteröi suurimman signaalin Vp annetulla mittausjaksolla.

25 Mittausjakso asetetaan ajastimen 106 avulla. Mittausjakson lopuksi ajastin 106 lähettää ensimmäisen signaalin näytteenotto- ja pitopiirille 107, jonka tulo on kytketty huippuarvon ilmaisimen 105 lähtöön huippuarvon ilmaisimen 105 lähdössä olevan signaalin tilapäistä tallettamista varten, ja pienen viiveen jälkeen se lähettää toisen signaalin huippuarvon ilmaisimelle 105 mainitun ilmaisimen nollaamiseksi valmius-30 tilaan uutta mittausjaksoa varten. Näin ollen juuri edeltävän jakson huippuarvot Vp ovat aina läsnä näytteenotto- ja pitopiirin 107 lähdössä. Valonlähdettä 101 voidaan myös ohjata pulssitetusti ja mittaukset suorittaa pelkästään pulssien aikana. Tämä ohjaus (ei esitetty) suoritetaan yksiköllä 108, joka ohjaa piirejä 105 ja 107 sen mukaisesti.

1Ä 106890

Signaalit Vj)c ja Vp syötetään ohjaus- ja laskentayksikölle 108, sopivasti mikroprosessori, esimerkiksi IBM-yhteensopiva henkilökohtainen tietokone, joka suorittaa edellä mainitut laskut ja esittää tulokset ainakin yhdellä esitysyksiköllä 109, 110, esim. monitorilla, kirjoittimella tai vastaavalla.

5 Ajastimen 106 mittausjakso on sovitettu siten, että huippuarvo varsin todennäköisesti esiintyy jokaisen mittausjakson aikana, mutta se pidetään kuitenkin niin lyhyenä, että suspension muutokset ilmaistaan mahdollisimman nopeasti niiden esiintymisen jälkeen ja niin että näiden muutosten ajallista vaihtelua jatkuvasti voidaan seurata. Tämä mahdollistaa mittausjaksojen pitämisen lyhyenä, kun karkeajakeen kon-10 sentraatio on pieni, vaikka näiden jaksojen tulisi olla pidemmät karkeajakeen kon-sentraation kasvaessa. Mittausjakson kesto voidaan tehdä muuttuvaksi ennalta määrättyjen parametrien mukaisesti, jotka valinnaisesti voivat riippua aikaisemmin saaduista mittaustuloksista.

Saattaa myös olla sopivaa ohjata näytteenotto- ja pitopiiriä 113 ajastimen 106 avulla 15 samalla tavalla kuin näytteenotto-ja pitopiiriä 107 suodattimen 104 alavirran puolella. Näytteenotto- ja pitopiirit 107 ja 113 ovat sitä lajia, joka toimii lähettäen arvonsa digitaalisessa muodossa digitaalisesti toimivalle yksikölle 108. Alan ammattilaiselle on ilmeistä, että osaa piireistä 104-107 ja 113 tai kaikkia mainittuja piirejä voidaan simuloida ohjelmistolla yksikössä 108, vaikka yksikköön 108 syötetty sig-20 naali tai signaalit luonnollisesti muunnetaan siihen signaalimuotoon, jolla yksikkö 108 toimii. Sellaisilla muunnosyksiköillä ei ole merkitystä esillä olevassa yhteydessä, eikä niitä tämän vuoksi ole esitetty. Suodatin 104 voi esimerkiksi muodostua laskentarutiinista tai aritmeettisesta rutiinista, joka laskee signaalin keskiarvon jokaisen mittausjakson aikana. Vahvistimesta 103 tulevasta signaalista voidaan ottaa 25 näytteitä yksiköillä 104 ja 105 ja laskutoimitukset suorittaa digitaalisesti ammattilaisen hyvin tuntemalla tavalla.

Kuten kuviossa 12 myös on esitetty, laskutoimitukset voidaan myös suorittaa edellä mainitun TP-menetelmän mukaisesti tai ne voivat perustua pelkästään tehollisen arvon mittauksiin. Saattaa olla edullista laskea vastavuoroisesti suspension samat 30 ominaisuudet kahden eri menetelmän mukaan ja jatkuvasti verrata tuloksia sekä lähettää hälytyssignaali hälytysyksikölle, esim. äänihälyttimelle tai optiselle hälytti-melle, heti kun näiden kahden menetelmän mukaan tehdyt laskutoimitukset poikkeavat toisistaan ennalta määritellyllä tavalla.

Vertailut menetelmiin, jotka perustuvat tehollisen arvon mittauksiin, eivät sisällä 35 merkittävästi lisämittauksia, koska voidaan käyttää samaa perussignaalia mittapäästä 17 106890 101, 102, 103. Vastaavasti vahvistimen 103 lähtöön on esitetty kytketyksi suodatin 115. Suodatin 115 toimii suodattaen vaihtojännitekomponentin pois signaalista ja syöttäen tämän komponentin yksikölle, joka toimii mitaten suodattimesta 115 tulevan signaalin todellisen tehollisarvon ja syöttäen tämän arvon yksikölle 108, valin-5 naisesti näytteenotto- ja pitopiirin 118 kautta, joka on tyypiltään ja toiminnaltaan on samanlainen kuin piirit 107 ja 113. Signaalireitit on esitetty katkoviivoin, jolla osoitetaan että elementit 115, 116 ja 118 voidaan jättää pois. Ymmärretään, että elementtejä 115, 116 ja 118 voidaan myös simuloida yksikössä 108 olevilla ohjelma-silmukoilla.

10 Kuvio 12 esittää ainoastaan yhden mittapään 101, 102. Tässä tapauksessa tehdään jako pelkästään kahteen hiukkaskoko-alueeseen, suureen ja pieneen. Ilmaisu useammassa kokoluokassa voidaan kuitenkin aikaansaada käyttämällä useampia mitta-päitä, joiden sädereiteillä on toisistaan poikkeavat leveydet. Mittauslaitteita näillä ominaisuuksilla on selitetty SE-julkaisussa 7 806 922. Kuvattua keksinnön mukaista 15 signaalinkäsittelymenetelmää voidaan soveltaa kaikkien päiden signaaleihin. Tässä tapauksessa ohjaus- ja laskentayksikkö 109 saa Vp)C!-signaalin ja Vp-signaalin jokaisesta mittapäästä ja se on varustettu ohjelmalla, joka laskee hiukkaskonsentraati-on hiukkaskokoalueiden jollakin lukumäärällä.

Keksinnöllisen menetelmän testaamiseksi kokeellisesti hiukkaskokojen osalta, ko-20 keitä suoritettiin aluksi suspensioilla, jotka sisälsivät hyvin pieniä hiukkasia. Sitten näihin suspensioihin lisättiin erilaisia hiutaloittamiskemikaaleja suspensioita jatkuvasti hämmentäen tai sekoittaen suurten hiulckaskasaantumien tai höytäleitten muodostamiseksi. Näiden mittaustoimenpiteiden tulokset on esitetty kuviossa 13.

·’ Käyrä A esittää sameuden mittausta, joka vastaa suuretta C3 * ln(Vo/Vp)c), jossa 25 C3 on vakio.

Käyrä B esittää tulokset, jotka saatiin keksinnön mukaisesti mitattaessa suspendoi-tuneen materiaalin konsentraatiota, ts. cone = C2 * ln(V()/Vp) + cj * ln(Vp/V[)c). Käyrä C edustaa suuretta b * ln(Vp/Vj)c), ts. suspension suurten hiukkasten konsentraatiota. Havaittiin että ln(Vp/V]3c) on periaatteessa riippumaton valon voi-30 makkuuden vaihteluista ja optisten pintojen likaantumisesta ja naarmuista. Käyrä D edustaa suuretta a * ln(V()/Vp), ts. suspension pienten hiukkasten konsentraatiota. Käyrät on merkitty erityyppisin merkein. Jokainen merkki eli merkintä on sijoitettu mittausajankohdan kohdalle, joka vuorostaan on merkitty abskissalle. Jokaisen mit-tausajankohdan välillä on 15 sekunnin ajanjakso.

. ♦ · is 106890

Mittaukset suoritettiin laboratoriossa paperikoneelta saadulla kiertovedellä. Vesi oli käsittelemätöntä mittausajankohtana 1. Veteen lisättiin erilaisia hiutaloittamiskemi-kaaleja kahteen otteeseen, välittömästi ennen mittausajankohtia 2 ja 6. Kuten käyristä C ja D nähdään, mittausajankohtana 2 lisätyllä ensimmäisellä kemikaalilla oli 5 suhteellisen pieni hiutaloittamisvaikutus, kun taas toisella, mittausajankohtana 6 lisätyllä kemikaalilla oli suhteellisen suuri vaikutus. Tämä on myös esitetty käyrällä A, joka on saatu aikaisemmin tunnetulla salausmenetelmällä, vaikkakaan ei yhtä selvästi. Käyrä C on käytännöllisesti katsoen käyrän d peilikuva. Nämä käyrät osoittavat, että höytäleet hajoavat hitaasti höytäleitten mittausajankohtana 6 tapahtuvan 10 raskaan muodostumisen jälkeen, ts. käyrä D laskee ja käyrä C nousee. Määrätty pyrkimys tähän suuntaan havaitaan myös mittausajankohdan 2 jälkeen. Käyrä B, joka on käyrien C ja D painotettu summaus, pysyy käytännöllisesti katsoen samalla tasolla, jota voidaan pitää poikkeuksellisen hyvänä tuloksena, koska tämän käyrän tulisi osoittaa kokonaiskonsentraatiota, joka on pidetty vakiona laboratoriomittauspro-15 sessin ajan.

Keksinnöllistä menetelmää sovellettaessa saadut käyrät osoittavat, että selkeätä tietoa voidaan saada jatkuvasti koskien esim. viilaavan suspension tilaa, ja että eri kemikaaleja lisättäessä toimenpiteiden tuloksista saadaan nopeasti ja varmasti ilmaisu. Kuten käyrä D esittää, voidaan nähdä että kemikaalin lisäys on sellainen ettei 20 kemikaalien enempi lisääminen suuremmin vaikuta pienten hiukkasten hiutaloitumi-seen. Kun kemikaaleja lisättiin ajankohtana 6, käyrä d laski niin alas, että se oli suhteellisen lähellä x-akselia. Käyttäjä voi pyrkiä laskemaan käyrää vielä enemmän lisäämällä enemmän hiutaloittamiskemikaaleja. Jos käyrä ei kuitenkaan laske alem-. - malle tasolle, kemikaalien enempi lisäys ei vaikuta jäljelle jääneiden pienten hiuk- 25 kasten hiutaloitumiseen, jolloin tämä seikka välittömästi ilmaistaan. Sitten voidaan kokeilla muita aineita, jolloin näiden aineiden vaikutus myös näkyy käyrällä välittömästi niiden lisäämisen jälkeen. Siten keksinnöllinen menetelmä mahdollistaa kemiallisten hiutaloittamislisäaineiden annostelun esim. paperitehtaalta saatuun kiertoveteen ja kun massan puhdistamista on säädettävä optimaalisemmalla tavalla. 30 Lisäksi eri kemikaalien aiheuttama vaikutus voidaan nähdä nopeasti, jolloin voidaan käyttää tarkoitukseen parhaiten sopivaa kemikaalia.

Kuvio 14 esittää tulokset, jotka saatiin sovellettaessa keksinnöllistä menetelmää erilaisilla kuidun ja saven suspensioiden sekoituksilla, joilla oli tunnettu konsentraa-tio. Samalla tavalla kuin kuviossa 13 käyrä A esittää sameusmittausten tulokset, 35 käyrä B esittää tulokset, jotka saatiin mitattaessa keksinnön mukaisesti suspendoitu- • « : - neen materiaalin konsentraatiota, ts. suuretta C2 * ln(Vo/Vp) + cj * ln(Vp/V]}c), 19 106890 käyrä C edustaa suuretta b * ln(Vp/V[)c), ja käyrä D suuretta a * ln(Vo/Vp). Käyrät E ja F havainnollistavat suurten hiukkasten mitattuja ja vastaavasti laskettuja konsentraatioita koko konsentraatioon verrattuna. Lähtökohtana olevaan mäntysul-faattimassaan lisättiin peräkkäin tunnettuja pitoisuuksia savea, savea, savea, män-5 tysulfaattia, mäntysulfaattia, savea, koivusulfaattia, koivusulfaattia. Keksinnön mukaista menetelmää sovellettaessa mitattu konsentraatio, jonka havaittiin kasvavan lähes lineaarisesti, korreloi erittäin hyvin laboratoriossa määritetyn konsentraation (abskissa) kanssa. Suurten hiukkasten mitattu pitoisuus (käyrä E) yhtyi myös erittäin hyvin sekoitusmenetelmän mukaisesti laskettuun kuitumateriaalin osuuteen (käyrä 10 F). Kuten käyrästä A ilmenee, tässä käytettyjen suspensioiden koostumuksen vaihte lujen tapauksessa, jolloin nämä vaihtelut ovat realistisia metsäteollisuudessa, sameuden käyttäminen mittausparametrinä olisi ehdottomasti väärin, jos halutaan saada tietoa suspensiossa esiintyvistä tapahtumista, ottaen huomioon sekä suspendoitu-neen materiaalin pitoisuus että hiukkaskoon jakautuma.

15 Keksinnöllistä periaatetta voidaan myös soveltaa mitattaessa sirontaperiaatteen mukaisesti. Tämä saattaa päteä esimerkiksi kun suspensio sisältää hyvin pienen osuuden suspendoitunutta materiaalia. Tämän mittausmenetelmän tapauksessa mitataan pientä signaalia 0-tasolla olevaan taustaan verrattuna, sen sijaan että mitattaisiin pientä signaalia korkeaan taustatasoon (kirkkaan veden taso) verrattuna, kuten läpäi-20 symittausmenetelmän tapauksessa. Tähän voi liittyä vaihtojännitesignaalin alimman arvon Vg ilmaiseminen kuvion 11 huippuarvon sijasta ja mainitun alimman arvon suhteuttaminen nollatasoon kirkkaan veden tason sijasta suspension sen osan kohdalta, joka sisältää pieniä hiukkasia. Suspension sen osan kohdalta, joka sisältää suuria hiukkasia, alin arvo Vg suhteutetaan keskiarvotasoon ν)χ\ Nämä suhteet 25 ovat kuitenkin mutkikkaampia kuin yksinkertaiset logaritmiset osamäärälausekkeet läpäisymittauksia varten, ja muun muassa riippuvia mittauslaitteen geometrisesta muodosta.

Mitattaessa tyypillisiä suspensioita, kuten paperitehtaalla syntyvää kiertovettä, keksinnöllinen mittausmenetelmä vaatii suhteellisen kapean mittaussäteen, joka on 30 oleellisesti kollimoitu tai fokusoitu. Suspensiot ovat usein suhteellisen väkeviä, joka vaatii pienen mittausraon, jotta suspension läpäisevä valo voidaan ilmaista ja jotta voidaan aikaansaada käsiteltävissä oleva vastaanotettu signaali. Näillä ominaisuuksilla varustetut tunnetut mittapäät pyrkivät tukkeutumaan ja ne on usein puhdistettava.

20 106890

Ymmärretään, että monet muunnelmat ovat mahdollisia keksinnön suoja-alan puitteissa. Mittauskanavat voidaan esimerkiksi suunnitella käytettäväksi muun säteilyn kuin valonsäteilyn kanssa, esim. β-säteilyn kanssa.

Kuvioissa 9 ja 10 esitetyt suoritusmuodot voidaan mittausraon puhdistamiseksi 5 myös varustaa järjestelyin, jotka ovat oleellisesti samaa lajia kuin kuvioissa 6 ja 7 esitetyt.

« «<

Claims (15)

106890 21

1. Menetelmä liikkuvan suspension tilan rekisteröimiseksi, joka sisältää keskenään hyvin eri kokoisia hiukkasjakeita, menetelmän käsittäessä suspension valaisemisen valon säteellä ja suspensiosta lähtevän valon ilmaisemisen sähkösignaalin 5 tuottamiseksi, joka vastaa ilmaistun valon voimakkuutta, tunnettu siitä, että suspensiota valaistaan mainitun valonsäteen avulla, joka on kapea verrattuna suurten hiukkasten välisiin tiloihin, ja ilmaistaan suspensiosta lähtevä valo kapean kulma-alueen puitteissa; sähkösignaalin ääriarvo (huippuarvo tai pienin arvo) ilmaistaan ennalta määrättyjen ajanjaksojen puitteissa; ja että muodostetaan lähtöarvoja 10 jokaisen ääriarvon ajanjaksolla ainakin suspension yhden ennalta määrätyn ominaisuuden laskemiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä suspension läpäisemän valon ilmaisulla, tunnettu siitä, että ääriarvo on signaalin suurin arvo, huippuarvo (Vp) mainitun ajanjakson aikana; ja että suspension hienojae ilmaistaan vertaamalla huip- 15 puarvoa jännitetasoon (Vq), joka on saatu suorittamalla mittauksia kirkkaalla vedellä.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä suspension läpäisemää valoa ilmaistaessa, tunnettu siitä, että että ääriarvo on signaalin suurin arvo, huippuarvo (Vp) mainitun ajanjakson aikana; että signaalin keskiarvo (Vdq) ilmaistaan; ja että 20 suspension karkeajae ilmaistaan vertaamalla huippuarvoa mainitun signaalin keskiarvoon.

4. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että hienojakeen konsentraatio ilmaistaan muodostamalla signaali a * ln(V()/Vp), jossa a on vakio joka on saatu kalibroimalla suspensiolla, jolla on ennalta tunnettu hienojakeen kon- 25 sentraatio.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että karkeajakeen konsentraatio ilmaistaan muodostamalla signaali b * ln(Vp/Vp)c), jossa b on vakio joka on saatu kalibroimalla suspensiolla, jolla on ennalta tunnettu karkeajakeen konsentraatio.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 2-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että suspensioon suspendoituneiden aineiden kokonaiskonsentraatio ilmaistaan muodostamalla signaali: kons. = (ln(Vo/Vp)u + ucj * ln(Vp/Vp)Q)) * C2 (6) 22 106890 jossa vakio cj on mittauslaitteen herkkyyskerroin ja C2 vakio mittaustulosten muuntamiseksi konsentraatioksi yksikkönä mg/1, jolloin vakiot on saatu kalibroimalla suspensiolla, jossa on ennalta tunnetut jakeet.

7. Laite liikkuvan suspension tilan rekisteröimiseksi, joka sisältää keskenään hy-5 vin eri kokoisia hiukkasjakeita, mainitun laitteen sisältäessä valonlähteen (1), joka toimii valaisten suspensiota valonsäteellä, joka säde on kapea verrattuna suurten hiukasten välisiin tiloihin, laitteen sisältäessä lisäksi valonilmaisimen (2), joka toimii suspensiosta lähtevän valon ilmaisemiseksi kapean kulma-alueen puitteissa ja joka toimii myös tuottaen ilmaistua valon voimakkuutta vastaavan sähkösignaalin, 10 tunnettu signaalinkäsittelyjäijestelystä (104-108), joka toimii ilmaisten ilmaisimesta (102) saadun signaalin ääriarvon (huippuarvon tai alimman arvon) ennalta määrättyjen ajanjaksojen puitteissa ja joka myös toimii laskien suspension ainakin yhden ennalta valitun ominaisuuden mainitun ääriarvon perusteella.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että signaalinkäsittely-15 järjestely (104-108) myös toimii ilmaisten sen tasajännitetason (Vdc), jonka yläpuolella signaali vaihtelee, sekä laskien arvon algoritmista, joka sisältää ääriarvon ja ilmaistun tasajännitetason, jolloin laite on sovitettu mittapään rakenteeseen, joka sisältää valonlähteen (101) ja valonilmaisimen (102).

9. Patenttivaatimuksen 7 tai 8 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu va-20 lonlähde ja mainittu valonilmaisin on järjestetty mittapäähän, joka käsittää avoimen mittauskanavan (2, 13; 21, 38, 51, 88), jossa on kaksi vastapäätä toisiaan olevaa kanavan sivua ja jossa säteilylähteen säteily lähetetään kanavan ensimmäiseltä sivulta ja vastaanotetaan kanavan toisella sivulla, jolloin keskenään eri suuntiin ulottuvien pintojen väliset mekaaniset yhtymäkohdat mittauskanavan kohdalla ja sen lähellä 25 ovat hieman pyöristetyt, jolloin a) mittauskanavan syvyys on lyhyempi kuin sen kanavan sivujen välinen etäisyys; b) mainittu mittaussäde välitetään säteen lähteestä mainitulle ensimmäiselle kanavan sivulle ja mainitulta toiselta kanavan sivulta mainittuun säteilyn ilmaisimeen kulloisenkin ohuen valokanavan läpi, kuten kuituoptisen valojohtimen (3, 4; 10, 11; 30 22, 23; 52, 53) tai kapean suoran kanavan (90) läpi, jonka kanavan koko aikaansaa , valonsäteen joka on kapea verrattuna kapean säteen läpäisevässä suspensiossa olevien suurten hiukkasten välisiin tiloihin; ·’ c) valokanavat kulkevat lähellä mainittua mittauskanavaa oleellisesti saman suuntaisesti mittauskanavan pohjan kanssa ja linjassa mittauskanavan läpi kulkevan 23 106890 optisen säteen kanssa ja ovat siinä sijoitetut lähelle mittauskanavan ulkoreunaa; ja että d) ainoa optisten komponenttien tyyppi, jota jäljestetään valokanavien ja kanavan sivujen väliin, on komponentteja, joilla on hajontaa pienentävä ja/tai valoa 5 suodattava ja/tai suojaava ominaisuus (kuviot 12, 13, 14, 15).

10. Patenttivaatimuksen 9 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainitun mittaus-kanavan leveys kanavan reunojen välissä on välillä 1-5 mm.

11. Patenttivaatimuksen 9 tai 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että mittauskanavan yhteyteen on järjestetty puhdistusjärjestely (24-35; 42, 44, 45, 48), joka on au- 10 tomaattisesti ohjattu suorittamaan mittauskanavan mekaanisen puhdistuksen jaksollisina ajankohtina, jolloin mainittu puhdistusjärjestely sisältää harjan (27), joka toimimattomana pidetään takaisinvedettynä mittauskanavan (21; 31) pohjaa kohti olevalla aukolla varustetussa kanavassa (25 -26; 42), ja joka toiminnassa kanavan mainitun jaksollisen puhdistuksen aikana saatetaan liikkumaan edestakaisin mainitun 15 aukon läpi (kuvio 6 ja 7).

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnettu siitä, että puhdistusjärjestely sisältää kanavan (48), jonka läpi huuhtelevaa tai puhdistavaa väliainetta voidaan syöttää aukon kautta mittauskanavan (38) pohjaan (kuvio 7).

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 7-12 mukainen laite, tunnettu siitä, että 20 mittauskanavan yhteyteen sovitettujen säteilyä johtavien elementtien sisäpuolella mittauskanavan syvyydellä on sellainen arvo, että virtaavan suspension ja kanavan pohjan välisellä kitkalla on merkityksetön vaikutus mainittujen elementtien ohi vir-taavaan suspensioon.

14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 7-13 mukainen laite, tunnettu siitä, että 25 mittauskanavalla on upotuksen tai syvennyksen muoto mittaus-ilmaisurungossa (1; 9), joka on tarkoitettu upotettavaksi mitattavaksi tarkoitettuun suspensioon.

15. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 7-11 mukainen laite, tunnettu siitä, että mittauskanavalla on upotuksen tai syvennyksen muoto putken (50; 59) sisäseinämän osassa, jonka putken läpi suspensio virtaa. 24 106890