FI61964B - Foerfarande foer maetning av konsistens i en massa - Google Patents

Description

[\δτ*Ι [B] (11)KUULUTUSJULKAISU Q

l J ' ' utlAggningsskrift o I ?64 C myönnetty 11 10 1932 ,¾¾¾ ^Patent meddelat ^ ^ (51) Kv.lk?/lnt.CI.3 G 01 K 15/02

SUOMI —FINLAND (21) P«t*ntUI»kwwi»-P«t«»»eiuanf 79310U

(22) HkkamlipAivf — AnaMutlnpdaf 08.10.79 ' * (23) Alkupllvt—Glhlghatsdaf 08.10.79 (41) Tulkit |ulklMk«l — BIMt off*ntll| 09.Ot. 8l

rakifMrllullitu· (M

Patent- och registerstyralaan ' ' AmMcm uthfd och utLskrUtMi pubUnnd 30.06.82 (32)(33)(31) Pyydetty atuoUcaut—B«|ird priorhat (71) Kajaani Oy, Nuaskatu 11, 87^-00 Kajaani **0, Suomi-Finland(FI) (72) Juha Rapeli, Oulu, Suomi-Finland(FI) (7*0 Papula Rein Lahtela Oy (5*0 Menetelmä, massan sameuden mittaamiseksi - Förfarande för mätning av konsistens i en massa

Keksinnön kohteena on menetelmä sellu- ja/tai hiokekuituja sisältävän massan sakeuden mittaamiseksi.

Keksinnön tarkoituksena on tehdä mahdolliseksi erilaisista prosesseista ym. tapahtuva nopea ja tarkka kiinteiden aineosien mittaaminen. Tämä on välttämätöntä esim. prosessien säädön ja prosessien eri vaiheissa esiintyvien aineiden määrien ja ominaisuuksien seurannan vuoksi.

Ennestään tunnetaan keksinnössä tarkoitettujen mittauksien suorittamiseksi lukuisa joukko menetelmiä. Toisaalta on olemassa nestenäytteiden laboratoriokäsittelyyn ja -tutkimukseen perustuvia menetelmiä, jotka eivät sovellu jatkuvaan prosessi-mittaukseen. Toisaalta on olemassa erilaisiin fysikaalisiin ilmiöihin perustuvia mittauksia, kuten optisiin, mekaanisiin, akustisiin ilmiöihin tai röntgensäteisiin perustuvia. Näillä kaikilla on kuitenkin rajoituksena suppea käyttöalue, epätarkkuus tai soveltuvuus vain tietyn tyyppisten aineosa-nesteyhdistelmien mittaamiseen. Samaten ne rajoittuvat yleensä vain yhden ominai- 2 61 964 suuden, kuten sakeuden mitttaamiseen.

Keksinnölle tunnusomaisten seikkojen osalta viitataan vaatimus-osaan.

Keksinnön mukaisella menetelmällä saavutetaan tähän asti tunntit-tuun tekniikkaan verrattuna seuraavia etuja: - mittausmenetelmällä saatava tieto on monipuolista ja kulloiseenkin tilanteeseen sovellettavissa mittaus on kaikissa olosuhteissa jatkuvatoiminen ja tulos on välittömästi käytettävissä mittaus voidaan suorittaa halutusta prosessin kohdasta mitä erilaisimmissa olosuhteissa mittaustulos on olennaisesti riippumaton muista prosessi-suureista kuten paineesta, virtausnopeudesta ja lämpötilasta mittausanturi on konstruoitavissa kestäväksi ja kooltaan halutun suuruiseksi.

Keksinnön mukainen menetelmä pohjautuu aineiden dielektristen ominaisuuksien käyttäytymiseen. Teoreettisesti ja kokeellisesti on tunnettua, että aineissa vallit.-ee tietty riippuvuus aineen permittiivisyyden ja dielektristen häviöiden sekä sähkökentän taajuuden ja polarisaatiomekanismin välillä.

Homogeenisessa aineessa edellä mainittuun riippuvuuteen vaikuttavia mekanismeja ovat avaruusvaraus-, molekyyli-, atomi- ja elektronikuoripolarisaatiot. Taajuutta nostettaessa tapahtuu polarisaation häviäminen tietyllä taajuusalueella. Samanaikaisesti permittiivisyys putoaa nopeasti tasolta toiselle ja dielektrisissä häviöissä havaitaan huippu. Homogeenisilla aineilla em. siirtymä-taajuusalue on tavanomaisesti käytettyjen taajuuksien ulkopuolella, avaruusvarauspolarisaatiolla murto-osahertsejä sekä molekyyli-, atomi- ja elektronikuoripolarisaatrolla gieahertsejä.

3 61964

Nesteiden ja kiinteiden aineiden seoksilla esiintyy em. polarisaatiomekanismien lisäksi ns. rajapintapolarisaatio.

Tämä tarkoittaa partikkeliin sidotun sähkövarauksen siirtymistä partikkelin ja nesteen rajapintaa pitkin. Po. sidottu varaus syntyy siten että partikkeli luovuttaa varauksen nesteeseen tai vastaanottaa sen. Alhaisilla taajuuksilla kussakin partikkelissa ulkoisen kentän aiheuttama polarisaatio saavuttaa tasapainon hyvin lyhyessä ajassa verrattuna po. taajuuteen, jolloin polarisoitumishäviöt jäävät pieniksi.

Korkeilla taajuuksilla taas johtuen po. pintavarai^ten pienestä liikkuvuudesta partikkelin dimensioon nähden polarisoitumista ei ehdi tapahtua, jolloin häviöt jäävät myös pieniksi. Partikkelille tyypillisellä taajuusalueella taas havaitaan huomattava polarisaatiohäviö, tällöin havainnollisesti ajatellen pintavaraukset ulkoisen kentän mukana olennaisesti liikkuvat partikkelin laidasta toiseen.

Teoreettisesti on perusteltu, että neste-partikkeli-rajapintaan muodostuu olennaisesti kaksiatominen kerros siten, että rajapinnalla pintavaraustiheys on vakio. On myös perusteltu teoreettisesti, että em. biatomaarisessa kerroksessa elektronien liikkuvuus on vakio. Sanotusta seuraa, että polarisaation kriittinen taajuusalue riippuu partikkelidimensioista ja myös muodosta. Kokonaishäviöt nesteessä mainitulla taajuusalueella riippuvat partikkeleiden määrästä.

Periaatteessa mittaustapahtuma on seuraavanlainen. Mitataan dielektrisiä häviöitä eri taajuuksilla ao. partikkeleille ominaisella taajuusalueella. Häviöiden määrä eri taajuuksilla edustaa ominaistaajuuksiltaan vastaavien partikkelien määrää nesteessä. Täten on partikkelien kokojakautuma laskettavissa, samaten partikkelien kokonaismäärä nesteessä.

Em. mittaustapahtumassa vaaditaan partikkelien muotoa vastaava kalibrointi. Nyt on kuitenkin mahdollista suorittamalla mittauksia olennaisesti yhden partikkelin mittakaavassa (pienikokoinen anturi, laimennus) saada tilastollisesti riittävä tieto partikkelien muodosta sekä kalibrointiin että mahdollisiin muihin prosessin ohjaustarkoituksiin.

4 61964

Suorittamalla permittiivisyyden (s.o. kapasitanssin) mittauksia rajapintapolarisaation häviämistä pienemmillä taajuuksilla ja nesteessä, jonka permittiivisyys on olennaisesti suurempi kuin mitattavan kiinteän aineen, todetaan pienillä kiinteän aineen pitoisuuksilla voimakasta permittiivisyyden kasvua rajapinta-polarisaation vaikutuksesta ennen kuin nesteen pienevästä tilavuus-osuudesta johtuen seoksen permittiivisyys alkaa voimakkaasti lähestyä kiinteän aineen permittiivisyyttä, esimerkiksi ns. loqaritmi.1 ain mukaisesti. Ilmiötä ei voida käyttää yksiselitteisesti sakcuden tms. määritykseen laajalla alueella, mutta se soveltuu hyvin pienten sakeuksien, esimerkiksi alle 1 %, mittaamiseen.

Käytännön mittauksissa on sellu/hiokekuiduilla vedessä saatu seuraavanlaisia mittaustuloksia. Sakeusalueella 0,1 ... 10 % johtokyky muuttui suhteessa 1:5 ... 1:10 taajuudesta riippuen.

Tästä alueesta oli riippuvuus välillä 0,5 ... 10 % lähes lineaarinen. Johtokyky edustaa mittauksessa ao. dielektrisiä häviöitä.

Eroa oli jonkin verran havaittavissa sellun ja hiokkeen käyttäytymisessä, mikä johtui ilmeisesti juuri erilaisista kuituominai-suuksista. Ilmiö saatiin edullisimmin esiin taajuusalueella 10 ... 100 MHz.

Permittiivisyys kasvaa sakeusalueella 0,1 ... 0,5 % lähes lineaarisesti 20 % ja saavuttaa loivan huipun 1 ... 5 % sakeudessa.

Käytetty anturi oli paksukalvotekniikalla toteutettu ns. sormikuviokondensaattori.

Keksinnön suoja-ala on määritelty oheisissa patenttivaatimuksissa. Laitetekniset suoja-alaan kuuluvat toteutukset ovat tunnettua tekniikkaa, ml. eräät anturikonstrukti t ja tarvittavat elektroniset laskentalaitteistot.

Keksinnön mukaista menetelmää voidaan soveltaa mitä moninaisimmilla aloilla, esim. puunjalostus-, keraamisessa, väri- ja tekstiiliteollisuudessa, samaten esim. jätevesien mittaamisessa.

5 61964

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisesti suoritusesi-merkin avulla viitaten oheiseen piirustukseen.

Esimerkki 1

Pestyn sellun johtokyky määrättiin massan sakeudella 0-5 % taajuuksilla: (1) 5 MHz, (2) 10 MHz, (3) 20 MHz, (4) 50 MHz ja (5) 80 MHz.

Mittaustulokset on esitetty graafisesti liitteenä olevassa kuvassa. Massan dc-johtokyky oli 3-5 juS.

Mittaustulokset osoittavat selvästi riippuvuuden johtokyvyn ja massan sakeuden välillä.

Claims (4)

61 964 6

1. Menetelmä sellu- ja/tai hiokekuituja sisältävän massan sakeu-den mittaamiseksi, tunnettu siitä, että massan johto-kyky ja/tai johtokykyyn verrannollinen sähköinen suure määrätään mittausjännitteen tietyllä taajuusalueella, joka on sopivimmin 10-100 MHz, ja mitattavan massan sakeus määrätään vertaamalla saatua mittaustulosta tunnetun sakeuden omaavalla massalla saatuihin vastaaviin mittaustuloksiin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mitattavan massan sakeus on 0,1-10 %.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että massan sakeus on 0,5-5 %.

4. Jonkin patenttivaatimuksista 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että menetelmässä määrätään massan permitti-visyys.