FI68320C - Foerfarande foer att medelst straolning fraon en radioisotopkaella utan att foerstoera provet maeta foerdelningen av fyll-och/eller belaeggningsmedel i tjockleksriktningen av papp erartong eller liknande och halten av dessa medel anordnin rgafoer tillaempande av foerfarandet samt anvaendningar av erfoarandet och anordningarna - Google Patents

Foerfarande foer att medelst straolning fraon en radioisotopkaella utan att foerstoera provet maeta foerdelningen av fyll-och/eller belaeggningsmedel i tjockleksriktningen av papp erartong eller liknande och halten av dessa medel anordnin rgafoer tillaempande av foerfarandet samt anvaendningar av erfoarandet och anordningarna Download PDF

Info

Publication number
FI68320C
FI68320C FI824141A FI824141A FI68320C FI 68320 C FI68320 C FI 68320C FI 824141 A FI824141 A FI 824141A FI 824141 A FI824141 A FI 824141A FI 68320 C FI68320 C FI 68320C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
radiation
paper
source
measurements
audio
Prior art date
Application number
FI824141A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI824141L (fi
FI824141A0 (fi
FI68320B (fi
Inventor
Juhani Kuusi
Original Assignee
Valtion Teknillinen
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valtion Teknillinen filed Critical Valtion Teknillinen
Publication of FI824141A0 publication Critical patent/FI824141A0/fi
Priority to FI824141A priority Critical patent/FI68320C/fi
Priority to AT83903792T priority patent/ATE29305T1/de
Priority to DE8383903792T priority patent/DE3373348D1/de
Priority to EP83903792A priority patent/EP0127649B1/en
Priority to US06/638,487 priority patent/US4698832A/en
Priority to CA000442285A priority patent/CA1223676A/en
Priority to PCT/FI1983/000075 priority patent/WO1984002190A1/en
Publication of FI824141L publication Critical patent/FI824141L/fi
Publication of FI68320B publication Critical patent/FI68320B/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI68320C publication Critical patent/FI68320C/fi

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • G01N23/16—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the material being a moving sheet or film
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/02—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material
    • G01N23/06—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption
    • G01N23/083—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by transmitting the radiation through the material and measuring the absorption the radiation being X-rays
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/223—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material by irradiating the sample with X-rays or gamma-rays and by measuring X-ray fluorescence
    • 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
    • G01N33/346—Paper sheets
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N2223/00—Investigating materials by wave or particle radiation
    • G01N2223/07—Investigating materials by wave or particle radiation secondary emission
    • G01N2223/076—X-ray fluorescence

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Food Science & Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Toxicology (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Description

68320
Menetelmä mitata radlolsotooppllähteen säteilyllä näytettä tuhoamatta paperin, kartongin tai vastaavan paksuussuuntainen täyte- ja/tal päällystysainelden jakautuma ja näiden aineiden pitoisuudet, menetelmää soveltavat laitteet sekä menetelmän ja laitteiden käytöt Förfarande för att medelst straining fran en radioisotopkälla utan att förstöra provet mätä fördelningen av fyll- och/eller beläggnings-medel i tjockleksriktningen av papper, kartong eller liknande och halten av dessa medel, anordningar för tlllämpande av förfarandet samt användningar av förfarandet och anordningarna
Keksinnön kohteena on menetelmä paperin, kartongin tai vastaavan paksuussuuntaisen täyte- ja/tai päällystysainelden jakautuman ja mainittujen aineiden pitoisuuden tilittämiseksi näytettä tuhoamatta, jossa menetelmässä radioisotooppilähteen säteilyllä herätetään mit-5 tauskohteen tutkittavassa ainekomponentissa sen karakteristista röntgensäteilyä, jonka intensiteetti havaitaan, ja jossa menetelmässä mittauksia suoritetaan tutkittavan paperin molemmilta puolilta ja lisäksi määrätään muiden täyteainekomponenttien pitoisuudet röntgensäteilyn absorptiomittaukeilla näiden komponenttien jakautumamlttausta 10 häiritsevien vaikutusten eliminoimiseksi sekä mitataan tutkittavan paperin neliöpaino beetasäteilyn absorptJonittauksella tai muulla vastaavalla menettelyllä.
Lisäksi keksinnön kohteena on menetelmää soveltava laite ja menetelmän 15 ja laitteen uudet käytöt.
Kun seuraavassa puhutaan paperista ja paperikoneista, tarkoitetaan yleisesti sekä paperia että kartonkia ja vastaavasti sekä paperi- ja kartonkikoneita.
2 68320 Täyteaineita, jotka ovat yleensä mineraaliaineita, lisätään paperiin lähinnä niiden painoteknisiä ominaisuuksia parantavan vaikutuksen vuoksi. Yleisimmin täyteaineita käytetään palnopapereihin. Täyte-ainelisäys parantaa paperin opasiteettia, vaaleutta, painomusteen 5 absorptiota ja pinnan slleyttä. Erityisen edullisesti täyteaineet vaikuttavat kiillotettavan paperin laatuun.
Tunnetusti täyteaineen lisäys tapahtuu kahdella tavalla, joko massa-täytöllä tai päällystyksellä. Edellisessä menettelyssä täyteaine 10 lisätään lietteenä massasulppuun ennen sulpun saapumista paperikoneelle, joten täyteaine on valmiissa paperissa sekoittuneena koko kuituainekseen. Jälkimmäisessä menettelyssä täyteaineeseen sekoitetaan vesifaasissa sopivaa lilmaainetta, esim. tärkkelystä tai kaseiinia, minkä jälkeen paperin pintaa jatkuvaprosessina sivellään tällä 15 seoksella.
Paperin täyteaineilla on taipumus jakautua epätasaisesti paperin pak-suussuunnassa paperin tolspuolisuutta aiheuttaen. Tasoviirakoneilla tehdyn paperin toispuolisuus johtuu siitä, että täyteaineet huuhtou-20 tuvat poistettavan veden mukana massarainan alaosasta suodosveteen, jolloin ne rikastuvat rainan yläosaan. Toispuolisuus-ongelmia on tunnetusti pyritty vähentämään paitsi retentiota parantavilla lisäaineilla myös hellävaraisella vedenpoistolla alkusuotausvaiheessa, mikä vaatii pitemmän vedenpoistoajan ja siten viiraosan pidentämistä 25 tai paperikoneen nopeuden alentamista.
Tasoviirakoneilla hieno- ja täyteainejakaumavaikeudet ilmenevät valmistettaessa papereita offsetpainatusta varten. Suuri täyte- ja hieno-ainepitoisuus paperin yläpinnassa aiheutta pölyämistä, joka offset-30 prosessissa on vakava haitta. Sitä vastoin kaksolsviirakoneella valmistettuja papereita pidetään offsetpainatukseen hyvin sopivina. Tämä johtuu hienoainejakauman symmetrisestä muodosta ja rainan molempien pintojen yhtäläisestä huuhtoumisesta kaksipuolisen vedenpoiston vuoksi. Yleisesti kateotaankin, että tasaisemman hienoainejakauman takia kak-35 soisviirakoneella valmistetun paperin painatus offsetmenetelmällä onnistuu paremmin kuin tasoviirakoneella valmistetun paperin painatus. Offsetpalnettavuudella onkin entistä suurempi merkittävyys, koska 3 68320 offsetpainatus kasvavassa määrin syrjäyttää kohopainomenetel-man.
Paperirainan pintojen täytealnepitolsuutta ei kaksiviiraformerilla 5 toisaalta aina saada toivotulle tasolle ja tasoviIrojakin käyttäen vain rainan yläpuoli (viiran vastakkainen puoli) on täyteainepitoi-suudeltaan tyydyttävä. Erityisen ongelmallista rainan pintojen liian vähäinen täyteainepitoisuus on ns. SC-syväpainopapereilla. Paperin pintojen täytealnepitolsuutta voidaan pyrkiä kasvattamaan lisäämällä 10 perälaatikon massan täytealnepitolsuutta, mutta tälläkään ratkaisulla ei päästä tyydyttävään tilanteeseen edellä mainitun täyteaineelle ominaisen huonon retention ja paperin sisäosiin rikastumisen vuoksi. Lisäksi jouduttaessa nostamaan perälaatikon täytealnepitolsuutta kasvaa perälaatikon sakeus helposti liian suureksi heikentäen paperin 15 formaatiota.
Nykyaikaiset nopeat painokoneet asettavat erityisen suuret vaatimukset painopaperille. Nämä vaatimukset perustuvat sekä nopeiden painokoneiden häiriöttömälle toiminnalle että painojäljelle. Painojälkeen 20 vaikuttaa huomattavasti paperin eri puolien symmetrisyys ja paperin pintojen laatu, mihin vaikuttaa luonnollisesti myös täyteaineiden jakautuma. Aiemmin ei ole ollut käytössä menetelmiä eikä laitteita, joilla täyteainejakautuma olisi voitu jopa on-line-prosessina mitata joko paperikoneella, painokoneella tai paperinpäällystyslaitteella.
25 Esillä olevan keksinnön tarkoitus onkin saada aikaan uusi menetelmä ja laite, joka soveltuu laboratoriomittausten lisäksi edellä mainittuihin käyttöihin ja tekee mahdolliseksi paperikoneella valmistusprosessin ohjauksen ja säädön täyteainejakautumamittausten perusteella.
30
Ennestään on tunnettua (mm. FI-patentti AO 587, keksijät Juhani Kuusi ja Antti Lehtinen, hakija Valmet Oy) herättää eri syvyyksille paperissa tunkeutuvilla säteilylajeilla (alfa-, beeta-, gamma- tai röntgensäteilyllä) täyteaineen karakteristista röntgensäteilyä ja saada 35 täten tietoa täyteaineen vertikaalisesta jakautumasta. Menetelmää on tarkemmin selostettu julkaisussa J. Kuusi: Determination of Content and Distribution of Filler and Coating Materials in Paper Using 4 68320
Radioisotope X-Ray Spectrometry, Paper and Timber No. 4A (1970).
Kuten tässä julkaisussa on todettu, täyteaineen pitoisuuksien keskinäiset vaihtelut aiheuttavat efektejä, joiden kvantitatiivinen eliminointi julkaisussa esitetyillä menetelmillä on mahdotonta. Tämä 5 onkin jarruttanut menetelmien käyttöönottoa.
Täytealnemlttausten osalta tunnettua tekniikan tasoa yleisesti kuvaa huhtikuussa 1982 ilmestynyt julkaisu: Buchnea A., McNelles L.A.,
Hewitt J.S.. The Application of Xray Absorption and Fluorescence 10 Analysis to the Measurement of Paper Additives, Int. J. Appi. Radiat. Isot. Voi. 33, pp. 285 to 292 (1982), missä käytetään fluoresenssi ja absorptiotekniikkaa eri täyteaineiden kokonaispitoisuuksien määrittämiseen olettaen, että täyteaineet ovat jakautuneet paperin pak-suussuunnassa tasaisesti. Näin el käytännössä ole asian laita juuri 15 koskaan. Ko. julkaisussa, eikä siinä esitetyissä referenseissä eikä myöskään em. julkaisun tekijän patentissa: Buchnea, A., ;"0n-Line system for Monitoring Sheet Material Additives";, USPatent No. 4,081,676, March 1978, ole tärkeää paksuussuuntaista jakautumaa pyritty määrittämään lainkaan, eikä sitä ole edes otettu mahdollisena muuttuvana virhe-20 tekijänä huomioon täyteaineen kokonaispitoisuutta määritettäessä.
Todettakoon kuitenkin, että julkaisussa kuvatuissa tapauksissa tämän virhetekijän vaikutus on pieni.
Tämän keksinnön tarkoituksena on luoda sellainen menetelmä ja lait-25 teistot, joilla voidaan määrittää paperin paksuussuuntainen täyteaine jakautuma ja kokonaistäyteainepitoisuudet joko laboratoriossa tai suoraan paperikoneelta (on-llne) siinäkin tapauksessa, että eri täyteainekomponenttien kuten CaC0^:n, T102:n, kaoliinin, talkin tai muiden vastaavien pitoisuudet vaihtelevat.
30
Suoraan paperikoneelta täyteainejakautuman ja kokonaistäyteainepi-toisuuden määrittämiseen pystyviä menetelmiä el ole käytössä lainkaan. Keksinnön tarkoitus on antaa paitsi mahdollisuus välittömään tuotteen laadunvalvontaan suoraan koneella (on-line) myös aivan uusi 35 paperin valmistusprosessin säätömahdollisuus, jonka merkitys korostuu pyrittäessä yhä suuremmat laatuvaatimukset täyttävään painopaperiin mahdollisimman pienin materiaalikustannuksin. Keksinnön 5 68320 tarkoituksena on päästä siihen, että jakautuma pystytään mittaamaan ja sitä pystytään myös säätämään, mikä avaa myös mahdollisuuden kehittää paperikonekonstruktiota ja paperikoneen kokonalssäätöjärjeste lmlä.
5
Lisäksi keksinnön tarkoituksena on aikaansaada menetelmä, joka soveltuu myös nopeille uudenaikaisille painokoneille syötettävän paperin laadunvalvontaan, sekä mahdollisesti myös näiden painokoneiden toiminnan ohjaukseen ja/tai säätöön.
10
Edellä esitettyihin ja myöhemmin selviäviin päämääriin pääsemiseksi keksinnön mukaiselle menetelmälle on pääasiallisesti tunnusomaista se, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: 15 (1) suoritetaan absorptiomittausten sarja, joita mittauksia tehdään ainakin niin monta kuin on erillisinä pidettäviä täyteainekomponentteja, ja jolla mittaussarjalla määritetään eri täyteainekomponenttien pitoisuudet suoraan lähteestä saatavalla tai sen avulla sopivassa muun-tokohtlossa synnytetyllä säteilyllä, 20 (2) suoritetaan mittaussarja eri säteilylähteillä paperissa herätettyjen ainekomponenttlen karakteristisen säteilyn mittaamiseksi, (3) määritetään täyteaineiden tai vastaavien jakautumat menetelmän 25 edellisissä vaiheissa suoritettujen mittaussarjojen tulosten laskennallisella yhteiskäsittelyllä.
Keksinnön mukaiselle laitteelle on puolestaan pääasiallisesti tunnusomaista se, että laite käsittää mittapään, jossa on säteilylähteitä 30 ja niiden siirtomekanismit, säteilynmuuntolevy tai levyt ja niiden silrtomekani8mit sekä säteilyllmaisimen ja eslvalhvlstimen että mainittu mlttapää on yhdistetty teholähteen, vahvistimen sekä laskuri- prosessori- ja näyttöyksikön käsittävään mittausyksikköön 35 ja että laitekokonaieuus on siten sovitettu, että eri täyteainekomponenttien pitoisuuksien määrittämiseksi suoraan lähteestä saatavalla tai sen 6 68320 avulla sopivissa muuntokohtioissa synnytetyllä säteilyllä on suoritettavissa absorptiomittaukset sekä eri säteilylähteillä paperissa herätettyjen ainekomponenttien karakteristisen säteilyn mittaukset.
5 Edellä määriteltyä menetelmää ja/tai laitetta käytetään keksinnön mukaisesti esim. paperikoneella, onlinemittaukseen paperin paksuus-suuntalsen täyteainejakautuman ja kokonaistäyteainepitoisuuden mittaamiseen. Lisäksi saatuja mittaustuloksia voidaan käyttää takaisin-kytkentäsignaaleina paperikoneen säätöjärjestelmässä täyteainejakau-10 tuman ja/tai eri täyteaineiden kokonaistäyteainepitoisuuden säädössä.
Eräs edullinen keksinnön käyttö on joko onllneprosessina pinnoitettavan paperin tai kartongin tai erillisessä pinnoituslaitteessa 15 käsitellyn paperin pinnoitusainepitolsuuden ja/tai pinnoitteen jakautuman, etenkin sen toispuoleisuuden mittauksessa ja mahdollisesti säädössä.
Eräs keksinnön mahdollinen käyttökohde on painokoneelle syötettävän 20 paperin laadun valvonta ja/tai painokoneen toiminnan ohjaus ja mahdollisesti säätö.
Kuten edellä on jo osittain ilmennyt, keksinnöllisenä ajatuksena on se että paperin molemmilta puolilta mitataan eri säteilylähteillä 25 ja mahdollisesti eri herättävän säteilyn tulokulmilla herätetty täyteainekomponentin karakteristisen röntgensäteilyn intensiteetti, joka antaa informaatiota jakautuman muodosta. Tässä röntgenfluoresens-slmittauksessa voidaan lisäksi tulosten käsittelyn apusuureeksi määrittää herättävän säteilyn paperista takaisin sironnut intensiteetti, 68320 mikä korreloi mm. paperin neliöpainon kanssa. Merkityksellistä käytännön sovellutusten kannalta on, että eri täyteainekomponenttien pitoisuudet mitataan röntgensäteilyn absorptiomittauksilla käyttäen hyväksi säteilylähteen lähettämää primäärisäteilyä sekä tästä läh-5 teestä tai paperin toiselle puolelle asetetusta lähteestä sopivilla muuntimilla saatua, halutut absorptio-ominaisuudet omaavaa säteilyä.
Apusuureena on rutiiniluontoisesti paperimittauksissa neliöpaino-2 määrityksiin (g/m ) (kuidut + täyteaine) käytetty beetasäteilyn absorptiomittaussignaali. Absorptiomittausten tulosten perusteella 10 saadaan laskennallisesti eliminoitua eri täyteainekomponenttien pitoisuuksien vaihtelun vaikutukset fluoresenssimittauksiin ja täten määritettyä täyteainejakautuma ja eri täyteainekomponenttien pitoisuudet .
15 Laboratoriossa keksintö tarjoaa mahdollisuuden nopeaan paperin laadun tarkkailuun ja tätä kautta valmistusparametrien ohjaukseen tietyllä aikaviiveellä. Täyteaineiden jakautumalla etenkin lähellä paperin pintakerroksia on huomattava merkitys paperin painettavuuteen. Lisäksi oikean muotoinen jakautuma antaa mahdollisuuden runsaaseen 20 täyteaineen käyttöön, mikä pienentää kokonaismateriaalikustannuksia. Nykyisin laboratoriossa käytössä olevat menetelmät, kuten paperin jakaminen eri kerroksiin repäisyteipin avulla, kerrosten poltto ja tuhkamääritys, ovat kertalukua hitaampia ja epätarkempia kuin tämän keksinnön mukainen menetelmä.
25
Seuraavassa keksinnön eri toteutusesimerkkejä ja sen fysikaalista ja matemaattista taustaa käsitellään yksityiskohtaisemmin viittaamalla oheisen piirustuksen kuvioihin, joiden yksityiskohtiin keksintöä ei ole rajoitettu.
30
Kuvio 1 esittää tyypillistä täyteainejakautumaa tasoviirakoneella valmistetussa paperissa.
Kuvio 2 esittää paperin eräiden mineraalisten täyteaineiden ja päällys-35 tysmateriaalien sekä veden ja selluloosan massa-absorptiokertoimia pienienergiaisella röntgensäteilyllä.
8 68320
Kuvio 3 esittää keksinnön mukaisen fluoresenssimittauksen pääperiaatetta.
Kuvio 4A ja AB esittävät keksinnön mukaisen fluoresenssimittauksen 5 periaatetta kahdella eri herättävän säteilyn tulokulmalla ja herätetyn säteilyn lähtökulmalla.
Kuvio 5A esittää täyteainekomponenttien jakautumaa ennen paperin päällystystä ja kuvio 5B esittää samaa paperia päällystyksen jälkeen, 10
Kuvio 6A esittää keksinnön mukaisen fluoresenssimittauslaitteiston periaatetta.
Kuvio 6B havainnollistaa absorptiomittausta röntgensäteilyllä.
15
Kuvio 6C esittää beetasäteilyllä tapahtuvan absorptiomittauslaitteen periaatetta.
Kuvio 6D esittää kuviolle 6C vaihtoehtoista järjestelyä röntgensätei-20 lyllä tapahtuvassa absorptiomittauksessa.
Tyypillinen paperin täyteainejakautuma sen paksuussuunnassa X nähdään kuviossa 1. Viirapuolella täyteainetta on vähiten. Maksimi saavutetaan tässä esimerkkitapauksessa hieman paperin keskikohdan 25 (merkitty vaaka-akselilla arvolla 0.5) yläpuolella. Yläpintaan (x * 1) mentäessä täyteainepitoisuus laskee.
Röntgen-, gamma- ja beetasäteilyn vaimenemista aineessa voidaan yleisesti kuvata eksponentiaalilausekkeella 30 I = I e'ym , o 2 missä I (1/s) on massakerroksen m (g/cm ) läpi kulkeneen säteilyn intensiteetti, I (1/s) säteilyn alkuperäinen intensiteetti ja 35 μ (cm /g) aineen vaimentamiskykyä kuvaavi absorptiokerroin.
Täyteainemittausten kannalta tärkeiden aineiden absorptiokertoimia 9 68320 pienenergiaiselle (1...10 keV) röntgen- ja gammasäteilylle (ovat molemmat samaa sähkömagneettista säteilyä) energian funktiona selvittää kuvio 2. Vaaka-akselilla on kuvassa energia (keV), pystyakse- 2 lilla absorptiokerroin μ (cm /g). Muutamia hyppäyksenomaisia poik-5 keuksia lukuunottamatta absorptiokerroin ja täten myös vaimeneminen aineessa pienenee kun energia kasvaa. Muutamat kuvaajissa näkyvät hyppäykset ovat kuitenkin esillä olevan keksinnön sovellutuksissa keskeisen tärkeitä. Tarkasteltaessa kalsiumkarbonaatin (CaCO^) absorptiokertoimen kuvaajaa havaitaan sen laskeutuvan tasaisesti 10 alueella 1...4 keV, kunnes energialla 4,04 keV sen arvo hyppäyksen-omaisesti nousee noin kymmenkertaiseksi ja laskee sen jälkeen taas tasaisesti säteilyn energian kasvaessa. Fysikaalinen syy tähän hyppäykseen on seuraava: Tarkasteltavalla alueella röntgen- ja gammasäteily vaimenee aineessa siten, että säteilykvanttien energia 15 siirtyy kokonaisuudessaan atomien elektroneille, jotka saamansa energian turvin sinkoavat ulos atomista jättäen tyhjän paikan elektroni-verhoon. Röntgen- tai gammakvantin energian on oltava suurempi kuin ko. elektronin sidosenergia atomiinsa. Kun säteilyn energia on pienempi kuin CaCO^in kuvaajassa hyppäystä vastaava 4,04 keV, ei sätei-20 ly pysty poistamaan kalsiumatomista sen sisäkuoren (K-kuoren) elektroneja, jotka ovat voimakkaimmin sidottuja atomiin. Kun tulevan säteilyn energia ylittää tämän rajan, voivat sen kvantit absorboitua aineeseen poistamalla elektroneja sisäkuorelta, mikä juuri aiheuttaa hyppäyksenomaasen kasvun absorptiokertoimessa. Mitä suuremman jär-25 jestysluvun aine omaa - käytännössä yleensä mitä raskaampaa se on -sitä suuremmilla energioilla tämä sisäkuorta eli K-kuorta vastaava K-absorptioraja on.
Kuviosta 2 nähdäänkin, että titaanidioksidilla (T1O2) titaanista 30 aiheutuva K-absorptioraja on energian 4,96 keV kohdalla. Talkissa ja kaoliinissa suurimman järjestysluvun omaava alkuaine on pii (Si) ja tämän vuoksi absorptiokerroin laskee tasaisesti 1,8 keV:n kohdalla olevan piin absorptiorajan jälkeen säteilyn energian kasvaessa.
35 Kun siis aineeseen, esimerkiksi kalsiumiin kohdistuu säteilyä, jonka energia on sen K-absorptiorajaa suurempi, syntyy atomien sisemmälle elektronikuorelle aukkoja. Kun nämä täyttyvät uloranilta 10 68320 kuorilta putoavilla elektroneilla lähettää aine omaa karakteristista K-röntgensäteilyä, jonka energia on rekyylihäviöiden takia hieman pienempi kuin K-absorptiorajan energia. Kalsiumin K-säteilyn voimakkaimman viivan energia on 3,69 keV, mikä on merkitty myös ku-5 vion 1 energia-akselille.
Mainittua absorption kautta syntynyttä kunkin alkuaineen karakteristista röntgensäteilyä käytetään hyväksi ennestään tunnetusti rönt-genfluoresenssianalyyseissä määrättäessä analysoitavien näytteiden 10 kemiallista koostumusta. Esillä olevassa keksinnössä kyseistä absorptiota käytetään hyväksi paperin eri kerrosten täyteainepi-toisuuden ja siis täyteainejakautuman määrittämiseen. Jotta kyseinen jakautuman määritys voitaisiin käytännön sovellutusten kannalta riittävän virheettömästi tehdä, tulee tietää eri täyteainekomponent-15 tien kokonaispitoisuudet paperissa. Tämä määritetään tässä keksinnössä absorptiomittausten avulla.
Jos absorptiomittauksissa mitataan täyteainepitoisen paperin aiheuttama vaimennus kahdella säteilyenergialla, jotka ovat mahdollisimman 20 lähellä jonkun komponentin absorptiorajaa siten, että toinen energia on rajaa suurempi ja toinen pienempi, antaa ero paperin aiheuttamassa vaimennuksessa tietoa täyteainekomponentin pitoisuudesta. Jos paperissa on täyteaineena kaoliinia, talkkia, kalsiumkarbonaattia ja . , 55 titaanioksidia, antaa Fe-säteilylähteen lähettämän 5,9 keV:n ja 25 titaanin K-viivan (4,51 keV) vaimenemisessa tapahtuva ero tietoa ensisijaisesti titaanidioksidipitoisuudesta (kuvio 2), ero 4,51 keV:n (Ti K) ja 3,69 keV:n (Ca K) säteilyjen vaimenemisessa tietoa ensisijaisesti CaCO^-pitoisuudesta ja 3,69 keV:n säteilyn absoluuttinen vaimeneminen tietoa ensisijaisesti talkin ja kaoliinin yhteis-30 pitoisuudesta, joiden absorptiokertoimet ovat viimeksi mainitulla kohdalla selvästi suurempia kuin muiden paperin komponenttien absorptio-t kertoimet, kuten kuviosta 2 ilmenee.
Paperin eri täyteainekomponenttien pitoisuuksien määrittämiseksi on 35 vielä tiedettävä koko paperin neliöpainc eli massa pintayksikköä 2 85 kohti (g/m ). Tämä saadaan selville mittaamalla esim. Kr-lähteen lähettämän beetasäteilyn vaimeneminen paperissa. Paperin eri kompo- 11 68320 nentit kun vaimentavat beetasäteilyä, siis ytimistä sinkoutuvia elektroneja, yhtälailla. Beetasäteilyn käyttö paperin neliöpainon määrittämiseen paperiteollisuudessa on ennestään tunnettua ja täysin rutiininomaista.
5 Täyteainejakautuman varsinaiseen määrittämiseen käytettävää fluore-senssimittausta selostetaan seuraavassa tarkemmin kuvioon 3 viitaten, jonka yhteydessä oletetaan, että paperinäytteen 10 neliöpaino 2 on 100 g/m ja siinä on tasaisesti jakautuneena täyteaineena 25 %
10 kalsiumkarbonaattia. Kuvion 3 mukaisesti herättävä säteily I
55 e - tarkasteltavassa tapauksessa 5,9 keV:n säteily Fe-lähteestä 20 -osuu paperinäytteeseen 10 tulokulmassa a ja herättää näytteessä 10 kalsiumin karakteristista säteilyä 3,69 keV. Tätä säteilyä 1^ mit-taava ilmaisin 30 havaitsee näytteen 10 pinnasta 11 kulmassa 8 15 lähtevää säteilyä. Koska herättävä säteily I vaimenee kulkiessaan paperinäytteessä 10, herättää se tehokkaammin kalsiumin säteilyä lähdettä 20 lähempänä olevan yläpinnan 11 läheisyydessä kuin ala-eli takapinnan 12 läheisyydessä. Koska myös herätetty kalsiumin karakteristinen säteily vaimenee näytteessä 10 tietyssä määrin, 20 yläpinnan 11 tuntumassa herätetty säteily pääsee helpommin ilmaisimeen 30. Molemmat edellä mainitut seikat vaikuttavat siihen suuntaan, että ilmaisimen 30 havaitsemasta säteilystä täyteaineen homogeenisen jakautumisen tapauksessa suurin osa tulee näytteen 10 yläkerroksista ja täten saadussa informaatiossa paperin yläkerrok-25 set painottuvat. Mitä pienemmät säteilyn lähtö- ja tulokulmat a ja β ovat, sitä suuremmat ovat matkaerot ylä- ja alapinnan 11 ja 12 välillä ja sitä enemmän ilmaisimeen 30 saatava informaatio painottuu yläpinnan 11 osalle. Täten muuttelemalla säteilyn lähtö- ja tulo-kulmia a ja β saadaan eri kerrosten keskinäistä painoa mitatussa 30 informaatiossa muuteltua. Tätä seikkaa on havainnollistettu kuvioilla 4A ja 4B sekä seuraavalla taulukolla 1.
68320 TAULUKKO 1 Säteilyn tulokulma (a) 80° 30° 5 Säteilyn lähtökulma (8) 80° 30°
Informaation syvyys intensiteetti intensiteetti suhteellinen intensiteetti eri 0.05 0.93 0.86 syvyyksiltä paperissa 0.5 0.47 0.22 0.95 0.23 0.06 - - 1 I,-------- - — - - - - _----
Yllä olevasta taulukosta 1 ilmenee fluoresenssimittauksissa (CaK-15 viiva; ’’^Fe-lähde) saatavan informaation suhteellinen intensiteetti eri syvyyksiltä näytteessä käytettäessä kuvioiden 4A ja 4B mukaisesti kahta eri säteilyn tulo- ja lähtökulmaparia a,8. Paperin 2 neliöpaino on 100 g/m ja sen CaCo^ pitoisuus 25 %, mikä tässä laskennallisessa esimerkissä oletetaan tasaisesti jakautuneeksi 20 vertikaalisuunnassa. Syvyysasteikossa pintaa on merkitty koordinaatilla 0 ja paperin takapuolta arvolla 1, joten keskikohdan koordinaatti on 0.5.
Taulukkoon 1 lasketuista intensiteettiarvoista nähdään, että infor-25 maatio on voimakkaasti yläpintapainotteinen, siis sille puolelle painottunut, mistä mittaus suoritetaan. Siirryttäessä kuvion 4B 80°:n tulo- ja lähtökulmista kuvion 4A 30°:n kulmiin a,8 tämä efekti vielä voimistuu huomattavasti. Tämä nähdään verrattaessa esimerkiksi paperin keskikohdalta (0.5) saatujen intensiteettien 30 arvoja toisiinsa (0.47 ja 0,22).
Toinen tapa, millä eri kerrosten keskinäistä painottumista voidaan muutella, on käyttää herätykseen eri energian omaavia säteilylähteitä. Jos esim. edellä tarkastellussa tapauksessa "^Fe-lähde (5,9 keV) 238 ....
35 korvataan Pu-lähteellä, jonka voimakkaimpien säteilykoraponent- tien energia on 12...17 keV, tämän vaimeneminen paperissa on niin vähäistä, että herätys tapahtuu kutakuinkin tasaisesti koko näyt- 68320 teer. 10 paksuussuunnassa. Herätetyn säteilyn kohdalla vaimenemis-efektit ovat tietenkin samoja riippumatta siitä, millä tulosätei-lyllä I herätys on tapahtunut.
5 Jos nyt tietyn täyteainekomponentin jakautuma näytteen 10 paksuus- suunnassa ei olekaan tasainen vaan esim. kuvion 1 mukainen, paperin eri puolilta mitatut kalsiumin karakteristisen säteilyn intensiteetit ovat keskenään eri suuruiset ja näiden ero kuvastaa jakautuman tois- puolisuutta. Olennaisesti kuvion 1 mukaisen jakautuman omaavasta 2 10 paperista, jonka neliöpaino oli 160 g/m ja kalsiumkarbonaattipi- . 55 o toisuus noin 20 %, saatiin Fe-lähteellä keskimäärin 80 :n tuloja lähtökulmia α,β käyttämällä eri puolien intensiteettien suhteeksi (yläpuoli/viirapuoli) 470/410. Kun tulo- ja lähtökulmia pienennettiin, mainittu suhde kasvoi kuten olettaa sopii. Vastaavan suuntai- 15 nen efekti saavutettiin käyttämällä ^Fe-lähteen säteilyä (5,9 keV) 3 pehmeämpää säteilyä (4,5 keV) lähettävää H/Ti-lähdettä.
Seuraavassa tarkastellaan täyteainejakautuman määrittämistä mittaustulosten perusteella.
20
Kuvion 1 mukaista perusjakautumaa voidaan matemaattisesti kuvata esim. 2 polynomilla y = ax + bx + c, missä y tarkoittaa täyteainepitoisuutta (pystyakseli) ja x koordinaattia paperin vertikaalisuunnassa (vaaka-akseli. Kertoimet a, b ja c saadaan sovituksella referenssijakautu-25 maan. Referenssijakautuman omaavasta paperista määrätään vertailu-suureiksi kalsiumin karakteristisen säteilyn intensiteetit paperin molemmilta puolilta sekä paperin röntgenabsorptio sopivalla lähteellä 55 85 (esim. Fe 5,9 keV) ja beeta-absorptio (esim. Kr-lähde). 1 2 3 4 5 6
Kun nyt samaan paperilaatuun kuuluvasta tuntemattomasta näytteestä 2 mitataan vastaavat suureet, saadaan näiden ja referenssipaperista 3 mitattujen suureiden eroista matemaattisin menetelmin käyttäen hyväksi 4 paperin eri komponenttien tunnettuja absorptiokertoimia laskettua 5 mitattavan paperinäytteen täyteainejakautuma. Liikuttaessa referenssi- 6 jakautuman lähistöllä antaa jo yhdellä kulmaparilla a,8 tai yhdellä lähteellä suoritettu mittaus melko luotettavan arvion jakautumasta. Luotettavuutta ja tarkkuutta voidaan lisätä muuttamalla säteilyn 14 68320 tulo- ja lähtökulmia a,6 tai käyttämällä useampia eri energiaista säteilyä 1 lähettäviä lähteitä 20. Tämä tietenkin tekee myös matemaattisen käsittelyn komplisoidummaksi.
5 Eräässä tarkastellussa tapauksessa täyteainejakautumaa kuvaavaksi 2 referenssipolynomiksi saatiin y = -42x * 52,lx + 6,7, missä y:n ja kertoimien a, b ja c yksikkö on CaCO^-pitoisuus (%). Täten näytteen 10 viirapinnalla 12 (x = 0) referenssijakautuman mukainen CaCO^-pitoisuus on 6,7 % ja yläpinnalla 11 (x = 1) vastaavasti 16,8 %, 10
Kun kalsiumin karakteristisen säteilyn intensiteetin (I) mittaustulokset (1^ on viirapuoli 12, on yläpuoli 11) ja röntgenabsorptio-mittauksen tulos (T) tutkittavan paperinäytteen 10 osalta on laskennallisesti em. referenssikäyrää käyttäen korjattu beeta-absorptio-15 mittausten tulosten avulla vastaamaan referenssipaperin neliöpainoa, saadaan tutkittavan paperinäytteen jakautumapolynomin kertoimien muutokset (Aa,Ab,Ac) laskettua referenssipolynomista lasketusta yhtälöryhmästä
20 AI
—~ = 0,6113 · Aa + 1,127 · Ab + 3,344 * Ac
Ll ΔΙ2 -γ-=· = 1,0403 · Aa + 1,832 · Ab + 2,781 ‘ Ac 2 25 -TjT- = -J Aa + -J Ab + 1 Ac
Yhtälöryhmässä AI, Ala ja AT vastaavat tutkittavan paperinäytteen 10 ja referenssipaperista mitattuja suureita.
30
Suoritetuissa kokeissa on yhtälöryhmästä saatujen uusien kertoimien todettu antavan jakautumia, jotka vastaavat aktivointianalyysilla samoista paperinäytteistä määrättyjä jakautumia lähellä referenssijakautumaa. On selvää, että tarkempaan approksimaatioon päästään useam-35 millä mittauksilla, mutta edellä kuvatun menetelmän antama tarkkuus on riittävä tietyissä valvontasovellutuksissa.
68320
Jos nyt tarkastelemassamme tapauksessa paperin täyteaineeseen lisätään esim. kaoliinia kalsiumkarbonaatin lisäksi, kuten usein tahallisesti tai tahattomasti (kiertopaperi ym.) tehdään, muuttuu tilanne mittausteknisesti merkittävästi. Kaoliini nimittäin vaimentaa fluoresenssi-5 mittauksissa sekä herättävää I että herätettyä 1^ (etenkin viimeksi mainittua) säteilyä, mikä johtaa siihen, että kaoliinipitoisuuden vaihtelut vaikuttavat tietyssä määrin kalsiumkarbonaattimittauksiin, vaakka viimeksi mainitun pitoisuus ja jakautuma näytteessä 10 pysyisikin vakiona. Kaoliinin vaikutus tuloksiin voidaan kuitenkin laskea 10 ja eliminoida tunnettujen absorptiokertoimien avulla, mikäli vain kaoliinin pitoisuus näytteessä 10 tunnetaan. Tämä johtaa siihen mittaustekniseen vaatimukseen, että mittausten yhteydessä on määritettävä kaoliinin ja mahdollisten muiden täyteainekomponenttien pitoisuudet. Tämä käy päinsä käyttämällä absorptiomittauksissa sopivasti valittu-15 ja säteilyenergioita, kuten edellä on selostettu. Todettakoon tässä yhteydessä, että yleisesti käytetyistä täyteaineista talkki ja kaoliini ovat materiaaleja, joiden pitoisuudet on määrättävä absorptio-tekniikalla. Fluoresenssimittaukset eivät normaalioloissa onnistu, sillä näissä aineissa raskairamankin alkuaineen piin (Si) karakteristi-20 nen röntgensäteily on niin heikkoa, että se vaimenee liikaa näytteessä 10, ilmatilassa ja normaalien ilmaisimien 30 ikkunoissa. Joskus käytettävän Ti02?n osalta voidaan käyttää samoja menetelmiä kuin CaCO^'-n kohdalla tietenkin sillä erolla, että herätetään ja mitataan titaanin K-viivaa (4,51 keV).
25
Komplisoiduissa tapauksissa täyteaineen paksuussuuntaisen jakautuman määrittäminen vaatii siis useita röntgenfluoresenssimittauksia näytteen 10 molemmilta puolilta sekä useita absorptiomittauksia. Useihin näytepaperin ominaisuuksiin korreloivan herättävän säteilyn I näyt-30 teestä 10 takaisin sironnutta intensiteettiä voidaan mittauksissa käyttää eräänlaisena kontrollisuureena. Käytännön tapauksissa, joissa liikutaan hyvin lähellä tiettyä referenssijakautumaa, päästään riittävään tarkkuuteen usein jo varsin vähälukuisilla mittauksilla.
35 Paperin painatusominaisuuksia voidaan parantaa pinnoittamalla paperi samoilla aineilla, joita käytetään myös täyteaineina. Tällöin mineraalisten komponenttien pitoisuudet paperin pintakerroksissa kas- 68320 vavat suuresti kuten oheisista kuvioista 5A ja 5B voidaan nähdä.
Koska keksinnön mukaisella menetelmällä saadaan tietoa paperin mineraalisten komponenttien jakautumasta paperissa ja erikoisesti näiden pitoisuudesta paperin pintakerroksissa, voidaan myös pinnoitekerrok-5 sien pinnoitemäärä ja ero pinnoitteessa paperin eri puolilla määrätä tämän keksinnön menetelmällä näytettä tuhoamatta. Mikäli paperi on jo pinnoitettu, pinnoittamattoman pohjapaperin täyteainejakautumaa ei luonnollisestikaan enää saada selville.
10 Kuvioissa 6A,6B,6C ja 6D katkoviivoilla rajattu osa 100 on mittapää, joka sisältää säteilylähteet 20 ja niiden sinänsä tunnetut siirto-mekanismit, säteilyn muuntolevyt ja niiden siirtomekanismit (ei esitetty tarkemmin), säteilynilmaisimen eli detektorin 30 ja esivahvis-timen 31. Laboratoriolaitteessa mittapää 100 on esim. pöydällä oleva 15 suljettu laitteisto, jonne tutkittava paperinäyte 10 siirretään sopivalla mekanismilla, joka vie paperin mittaussyklin aikana yhteen tai useampaan mittauspositioon.
Paperikoneelta suoraan mittaukset suorittavassa on-line-laitteistossa 20 paperiraina kulkee mittapalkkiin kiinnitetyn mittapään 100 läpi.
Mittapää 100 voidaan rakentaa siten, että sitä voidaan liikuttaa poikki paperiradan.
Ilmaisimena 30 käytetään ensisijaisesti verrannollisuuslaskuria. Tie-25 tyissä tapauksissa erikoisesti laboratoriomittauksissa voidaan ilmaisimena 30 tarkuuden lisäämiseksi käyttää myös puoliiohdelaskuria.
Mittapää 100 on yhdistetty jännitelähteen 41, vahvistimen sekä laskuri-, prosessori- ja näyttöyksikön 42 käsittävään mittauslaitteistoon 40, 30 Prosessoriin liitetty ohjausyksikkö 43 ohjaa mittaussyklin suorittamista ja tulosten käsittelyä.
Keksinnön mukaisen laitteen laboratorioveriossa prosessoritoiminnat voidaan korvata manuaalisin toimenpitein ja tuloksetkin voidaan tie-35 tenkin käsitellä käsin tai ulkopuolista tietokonetta 50 käyttämällä.
Mittapään 100 ulkopuolinen mittauslaitteisto on itse asiassa normaalia mittauskalustoa ja varsinainen keksinnöllinen ajatus liittyykin itse mittapäähän 100.
” 68320
Mittapään 100 ulkopuolisen laitteiston ja siihen liittyvien tietokoneohjelmistojen laajuus riippuu suuresti tavoiteltavasta auto-maatioasteesta ja tarkkuustasoeta sekä mittausalueen laajuudesta, siis paperityyppien määrästä ja mitattavien suureiden vaihtelu-5 rajoista kunkin tyypin kohdalta.
Kuvio 6A esittää täyteainekomponentin (CaCO^ tai TiO,,) karakteristisen fluoresenssisäteilyn herättämistä ja mittaamista paperinäyt-teen 10 toiselta puolelta. Säteilylähteen 20 lähettämä säteily he-10 rättää näytteessä 10 sen täyteaineen tietyn alkuaineen (Ca tai Ti) karakteristista röntgensäteilyä, josta osa suuntautuu detektoriin 30 ja tulee lasketuksi. Ilmaisin 30 erottaa eri säteilylajit toisistaan energian perusteella sillä tarkkuudella, että mitatusta pulssinkor-keusjakautumasta saadaan kunkin säteilykomponentin osuus esiin mate-15 maattisin keinoin. Mikäli mittaus halutaan suorittaa eri energian omaavilla herättävillä säteilyillä Ig, voidaan säteilylähde 20 vaihtaa sopivalla mekanismilla. Jos taas halutaan käyttää erilaisia säteilyn tulo- ja lähtökulmia a,£5 paperin näytteen 10 pintaan nähden, voidaan lähdettä 20 siirtää sivusuuntaan ja käyttää mahdollisesti 20 sinänsä tunnettuja sopivia kollimaattoreita eli säteilykeilan suuntaajia.
Koska täyteainejakautuman määrittämiseksi fluoresenssimittaus on tehtävä näytteen 10 molemmilta puolilta, laboratorioversiossa paperi-näyte 10 on käännettävä tai käytettävä kahta eri puolilta näytettä 10 25 mittausta suorittavaa mittapäätä 100. Suoritettaessa mittauksia suoraan paperikoneelta viimeksi mainittu vaihtoehto on ainoa mahdollinen.
Kuvio 6B esittää järjestelyä, millä suoritetaan absorptiomittauksia eri energiaisella röntgensäteilyllä. Radioisotooppilähteen 20 lähet-30 tämä säteily joko siroaa vaihdettavasta kohtiolevystä 21 tai herättää tässä absorptiomittauksiin soveltuvaa säteilyä, joka osittain kulkee paperinäytteen 10 läpi ilmaisimeen 30. Edellä absorptiomittausesi-merkissämme tarvitut 5,9 keV:n (^Fe), 4,51 keV:n (Ti K) ja 3,69 keV:n (Ca K) säteilykomponentit saadaan "^Fe-lähteen avulla muovi(sironta)-, 35 titaani- ja marmorikohtiolevyillä 21. Eräissä tapauksissa voidaan absorptiomittauksetkin suorittaa fluoresenssimittauksissa käytetyn lähteen avulla kuten kuviossa 6C on esitetty.

Claims (21)

18 68320 Kuvion 6C mukaisesti lähteestä 20 näytteen 10 läpi kulkenut säteily siroaa taustalevystä 22 tai herättää siinä absorptiomittauksiin soveltuvaa säteilyä, joka osittain kulkee näytteen 10 läpi detektoriin 30. Mitattavaan signaaliin sekoittuu tässä tapauksessa lähteen 20 näyt-5 teessä 10 herättämän säteilyn signaali, joka tietyissä tapauksissa pienentää merkittävästi mittaustarkkuutta. Kuvio 6D esittää keksintöön liittyvää, rutiiniluontoisesti paperiteollisuudessa neliöpainomittauksiin käytössä olevaa beeta-lähteen 23 10 avulla toteutettua absorptiomittausta, mikä keksinnön mukaisissa jakautumamittauksissa antaa mittaustulosten käsittelyssä välttämättömän apusuureen. Keksinnön kohteena olevan menetelmän käyttökelpoisuuden osoittamiseksi 15 ja todistamiseksi välttämättömiä yksityiskohtaisia referenssijakau-tumia voidaan määrittää paperista valmistettujen mikrotomileikkeiden neutroniaktivointianalyysilla. Tätä tekniikkaa on kuvattu julkaisussa Kuusi J. and Lehtinen A.J., "Neutron Activation Analysis of Microtome Cuts in Examination of Paper for Its Filler Distribution", Pulp and 20 Paper Magazine of Canada, 71, No 3 (1970). Edellä selostettu menetelmä ja laite soveltuu käytettäväksi joko laboratoriomittauksiin tai on-line-mittauksiin paperikoneessa. Viimemainitussa käytössä mittauslaitteistolla aikaansaatavia tuloksia 25 voidaan käyttää takaisinkytkentäsignaaleina paperin valmitusprosessin ohjaukseen ja/tai säätöön tietyn halutun täyteainejakautuman toteuttamiseksi. Eräs keksinnön sovellutusmahdollisuus on menetelmän tai laitteen käyttö joko on-line-prosessina pinnoitettavan paperin tai kartongin tai erillisissä pinnoituslaitteissa käsitellyn paperin 30 pinnoitusainepitoisuuden ja/tai pinnoitejakautuman, etenkin sen toispuoleisuuden mittauksessa ja mahdollisesti jopa säädössä. Keksinnön käyttömahdollisuuksista mainittakoon vielä painokoneelle syötettävän paperin laadun valvonta ja jopa painokoneen toiminnan ohjaus tai säätö tarkoituksena painojäljen optimoiminen sekä painokoneen toi-35 mintahäiriöiden minimoiminen. Seuraavassa esitetään patenttivaatimukset, joiden määrittelemän keksinnöllisen ajatuksen puitteissa keksinnön eri yksityiskohdat voivat vaihdella. 68320
1. Menetelmä paperin, kartongin tai vastaavan paksuussuuntalsen täyte- ja/tai päällystysaineiden jakautuman ja mainittujen aineiden pitoisuuden mittaamiseksi näytettä tuhoamatta, jossa menetelmässä ra-dioisotooppilähteen säteilyllä herätetään mittauskohteen tutkittavassa 5 ainekomponentissa sen karakteristista röntgensäteilyä, jonka intensiteetti havaitaan, ja jossa menetelmässä mittauksia suoritetaan tutkittavan paperin molemmilta puolilta ja lisäksi määrätään muiden täyte-ainekomponenttien pitoisuudet röntgensäteilyn absorptiomittauksilla näiden komponenttien jakautumamittausta häiritsevien vaikutusten 2 10 eliminoimiseksi sekä mitataan tutkittavan paperin neliöpaino (g/m ) beetasäteilyn absorptiomittauksella tai muulla vastaavalla menettelyllä, tunnettu siitä, että menetelmä käsittää seuraavat vaiheet: 15 (1) suoritetaan absorptiomittausten sarja, joita mittauksia tehdään aina kin niin monta kuin on erillisinä pidettäviä täyteainekomponentteja, ja jolla mittaussarjalla määritetään eri täytealnekomponenttien pitoisuudet suoraan lähteestä saatavalla tai sen avulla sopivissa muuntokohtiolssa synnytetyllä säteilyllä, (2) suoritetaan mittaussarja eri säteilylähteillä paperissa herätettyjen ainekomponenttien karakteristisen säteilyn mittaamiseksi, (3) määritetään täyteaineiden tai vastaavien jakautumat menetelmän edelli-25 sissä vaiheissa suoritettujen mittaussarjojen tulosten laskennallisella yhteiskäsittelyllä.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että eri täyteainekomponenttien pitoisuuksien keskinäiset vaihtelut 30 fluoresenssimittauksiin eliminoidaan laskennallisesti röntgensäteilyn absorptiomittausten avulla määritettyjen eri täyteainekomponenttien kokonaispitoisuuksien avulla siten, että flucresensslmittaukslsta saadaan määritettyä eri täyteainekomponenttien paksuussuuntaiset jakautumat paperissa. 20 68320
3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että eri ainekomponenttlen jakautumien mittaukseen käytetään eri energiatason (E) omaavia säteilylähteitä, joka energiataso (E) on valittu siten, että se on hieman suurempi kuin tutkittavan aine- 5 komponentin K -absorptioraja.
4. Patenttivaatimuksen 1,2 tai 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittauksia suoritetaan kahdella tai useammalla lähdesätei-lyn eri tulokulmalla (a). 10
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittauksia suoritetaan paperinäytteessä tai vastaavassa lähde-säteilyllä (Ig) herätetyn karakteristisen röntgensäteilyn (1^) kahdella tai useammalla lähtökulmalla (3). 15
6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että lähdesäteilyn tulokulma (a) on järjestetty suuruusluokaltaan yhtä suureksi kuin herätetyn säteilyn (1^) havaintokulma (g) paperin tasoon nähden samalla puolella paperia. 20
7. Jonkin patenttivaatimuksien 1-6 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että menetelmässä röntgenfluoresenssimittausten lisäksi tulosten käsittelyn apusuureeksi määritetään lähdesäteilyn paperista takaisin sironnut intensiteetti, mikä korreloi mm. paperin neliöpai- 25 non kanssa.
8. Jonkin patenttivaatimuksien 1-7 mukainen menetelmä, tunnet-t u siitä, että eri täyteainekomponenttien tai vastaavien pitoisuudet mitataan röntgensäteilyn absorptlomittaukeilla käyttäen hyväksi sätei- 30 lylähteen lähettämää primäärisäteilyä sekä tästä lähteestä tai paperin toiselle puolelle asetetusta lähteestä sopivilla muuntokohtioilla saatua tietyt absorptio-ominaisuudet omaavaa säteilyä.
9. Jonkin patenttivaatimuksen 1-8 mukainen menetelmä, jota käytetään 35 sellaisen paperin tutkimiseen, jossa täyteaineena on pääasiallisesti kaoliinia, talkkia, kalsiumkarbonaattia ja/tai titaanioksidia, tunnettu siitä, että primäärisäteilylähteenä käytetään "*^Fe- 21 68320 säteilylähteen lähettämää 5,9 keV:n säteilyä, että mainitun primääri-säteilyn ja titaanissa herätetyn karakteristisen 4,51 keV:n K-viivan vaimenemisessa tapahtuvaa eroa käytetään pääasiallisesti titaanidioksidi-pitoisuuden määrittelyyn, että absorptioeroa mainitun titaanin 5 K-viivan ja kalsiumin 3,69 keV:n K-viivan säteilyjen vaimenemisessa havaittua eroa käytetään pääasiallisesti CaCO^-pitoisuuden määrittelyyn ja että mainitun Ca-K-viivan vaimenemisen antamaa tietoa käytetään ensisijaisesti talkin ja kaoliinin yhteispltolsuuden määrittämiseen.
10. Jonkin patenttivaatimuksen 1-9 mukainen menetelmä, tunnettu 2 siitä, että paperin tai vastaavan nellöpaino (g/m ) määritetään mit-85 taamalla Kr-lähteen lähettämien beetasäteiden vaimeneminen mittaus-kohteessa .
11. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukaisen menetelmän toteuttamiseen tarkoitettu laite paperin, kartongin tai vastaavan paksuussuuntaisen täyte- ja/tai päällystysaineiden jakautuman ja mainittujen aineiden pitoisuuden mittaamiseksi näytettä tuhoamatta, joka laite käsittää radioiso-tooppilähteen, jonka säteilyllä herätetään mittauskohteen tutkittavassa 20 ainekomponentissa sen karakteristista röntgensäteilyä, jonka intensiteetti havaitaan, ja joka laite on sovitettavissa suorittamaan mittauksia tutkittavan paperin molemmilta puolilta ja lisäksi määrittämään muiden täyteai-nekomponenttien pitoisuudet röntgensäteilyn absorptiomittauksilla näiden komponenttien jakautumamittausta häiritsevien vaikutusten eliminoimiseksi 25 ja joka laite käsittää osat, joilla on mitattavissa tutkittavan paperin 2 neliöpaino (g/m ) beeta-säteilyn absorptiomittauksella tai muulla vastaavalla menettelyllä, tunnettu siitä, että laite käsittää mittapään (100), jossa on säteilylähteitä (20) ja nii-30 den siirtomekanismit, säteilynmuuntolevy (21) tai levyt ja niiden siirto-mekanismit sekä säteilyilmaieimen (30) ja esivaihvistimen (31) että mainittu mlttapää (100) on yhdistetty teholähteen (41), vahvistimen (42) sekä laskuri-, prosessori- ja näyttöyksikön käsittävään mittausyksik-35 köön (40) 22 68320 ja että laitekokonalsuus on siten sovitettu, että eri täyteainekomponentti-en pitoisuuksien määrittämiseksi suoraan lähteestä saatavalla tai sen avulla sopivissa muuntokohtlolssa synnytetyllä säteilyllä on suoritettavissa absorptiomittaukset sekä eri säteilylähteillä paperissa herätetty-5 jen ainekomponenttien karakteristisen säteilyn mittaukset.
12. Patenttivaatimuksen 10 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu mittauslaitteisto käsittää ohjausyksikön (43), joka ohjaa mittaus-syklin suorittamista ja tulosten käsittelyä. 10
13. Jonkin patenttivaatimuksen 11 tai 12 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että mittapään (100) säteilynilmaisimena (30) käytetään verrannollisuuslaskuria tai erityisen suurta tarkkuutta vaativissa laboratoriomittauksessa puolijohdelaskuria. 15
14. Jonkin patenttivaatimuksen 1-13 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu mittapää (100) on sijoitettu paperikoneella kulkevan paperirainan tuntumaan siten, että sillä on suoritettavissa on-line mittausta. 20
15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu mittapää (100) on sovitettu paperikoneen poikkisuuntaisen mittapalkin yhteyteen traversoimaan edestakaisin paperirainan koko leveydellä tai osalla rainan leveyttä. 25
16. Jonkin patenttivaatimuksen 11,12 tai 13 mukainen laite, tunnettu siitä, että mittauslaite on sovitettu laboratoriomittaus-laitteeksi, jolla tutkitaan paperi- tai kartonkinäytteitä.
17. Jonkin patenttivaatimuksen 11-16 mukainen laite, tunnettu siitä, että mainittu mittauslaitteisto on yhdistetty tietokoneeseen (50), johon on syötetty mittaustuloksien käsittely- ja tulostusohjelma. 1 Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukaisen menetelmän ja/tai jonkin 35 patenttivaatimuksen 11-17 mukaisen laitteen käyttö paperikoneella on-line-mittaukseen paperin paksuussuuntaisen täyteainejakautuman ja kokonaistäytealnepitoieuuden mittaamiseen. 23 68320
19. Patenttivaatimuksen 18 mukainen käyttö, tunnettu siltä, että saatuja mittaustuloksia käytetään takaislnkytkentäsignaalelna paperikoneen säätöjärjestelmässä täyteainejakautuman ja/tai eri täyteaineiden kokonaistäytealnepltolsuuden säädössä. 5
20. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukaisen menetelmän ja/tai jonkin patenttivaatimuksen 11-17 mukaisen laitteen käyttö joko on-line prosessina pinnoitettavan paperin tai kartongin tai erillisissä pinnoitus-laitteissa käsitellyn paperin pinnoitusainepitoisuuden ja/tai pinnoit- 10 teen jakautuman, etenkin sen toispuolelsuuden mittauksessa ja mahdollisesti säädössä.
21. Jonkin patenttivaatimuksen 1-10 mukaisen menetelmän ja/tai 11-17 mukaisen laitteen käyttö painokoneelle syötettävän paperin laadunval- 15 vontaan ja/tai painokoneen toiminnan ohjaukseen ja/tai säätöön. 24 68320
FI824141A 1982-12-01 1982-12-01 Foerfarande foer att medelst straolning fraon en radioisotopkaella utan att foerstoera provet maeta foerdelningen av fyll-och/eller belaeggningsmedel i tjockleksriktningen av papp erartong eller liknande och halten av dessa medel anordnin rgafoer tillaempande av foerfarandet samt anvaendningar av erfoarandet och anordningarna FI68320C (fi)

Priority Applications (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI824141A FI68320C (fi) 1982-12-01 1982-12-01 Foerfarande foer att medelst straolning fraon en radioisotopkaella utan att foerstoera provet maeta foerdelningen av fyll-och/eller belaeggningsmedel i tjockleksriktningen av papp erartong eller liknande och halten av dessa medel anordnin rgafoer tillaempande av foerfarandet samt anvaendningar av erfoarandet och anordningarna
AT83903792T ATE29305T1 (de) 1982-12-01 1983-11-30 Verfahren und mittel zum messen der verteilung der fuellmittel in einem band mit hilfe eines radioisotopenbrunnens.
DE8383903792T DE3373348D1 (en) 1982-12-01 1983-11-30 Procedure and means for measuring with the aid of a radiosotope source the distribution of fillers in a web
EP83903792A EP0127649B1 (en) 1982-12-01 1983-11-30 Procedure and means for measuring with the aid of a radiosotope source the distribution of fillers in a web
US06/638,487 US4698832A (en) 1982-12-01 1983-11-30 Procedure and means for measuring with the aid of a radio-isotope source the distribution of fillers in a web
CA000442285A CA1223676A (en) 1982-12-01 1983-11-30 Measuring method and apparatus therefore
PCT/FI1983/000075 WO1984002190A1 (en) 1982-12-01 1983-11-30 Procedure and means for measuring with the aid of a radiosotope source the distribution of fillers in a web

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI824141 1982-12-01
FI824141A FI68320C (fi) 1982-12-01 1982-12-01 Foerfarande foer att medelst straolning fraon en radioisotopkaella utan att foerstoera provet maeta foerdelningen av fyll-och/eller belaeggningsmedel i tjockleksriktningen av papp erartong eller liknande och halten av dessa medel anordnin rgafoer tillaempande av foerfarandet samt anvaendningar av erfoarandet och anordningarna

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI824141A0 FI824141A0 (fi) 1982-12-01
FI824141L FI824141L (fi) 1984-06-02
FI68320B FI68320B (fi) 1985-04-30
FI68320C true FI68320C (fi) 1985-08-12

Family

ID=8516395

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI824141A FI68320C (fi) 1982-12-01 1982-12-01 Foerfarande foer att medelst straolning fraon en radioisotopkaella utan att foerstoera provet maeta foerdelningen av fyll-och/eller belaeggningsmedel i tjockleksriktningen av papp erartong eller liknande och halten av dessa medel anordnin rgafoer tillaempande av foerfarandet samt anvaendningar av erfoarandet och anordningarna

Country Status (6)

Country Link
US (1) US4698832A (fi)
EP (1) EP0127649B1 (fi)
CA (1) CA1223676A (fi)
DE (1) DE3373348D1 (fi)
FI (1) FI68320C (fi)
WO (1) WO1984002190A1 (fi)

Families Citing this family (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU578501B2 (en) * 1984-02-09 1988-10-27 Kawasaki Steel Corporation Method of determining thickness and composition of alloy film
US4837715A (en) * 1987-01-27 1989-06-06 Kimberly-Clark Corporation Method and apparatus for detecting the placement of components on absorbent articles
US4974247A (en) * 1987-11-24 1990-11-27 The Boeing Company System for radiographically inspecting an object using backscattered radiation and related method
US5235515A (en) * 1992-02-07 1993-08-10 Kimberly-Clark Corporation Method and apparatus for controlling the cutting and placement of components on a moving substrate
CA2095555A1 (en) * 1992-12-16 1994-06-17 Robert L. Popp Apparatus and methods for selectively controlling a spray of liquid to form a distinct pattern
SE503386C2 (sv) * 1994-09-30 1996-06-03 Skogsind Tekn Foskningsinst Förfarande vid bestämning av mängden fyllmedel i papper
US6111929A (en) * 1997-03-14 2000-08-29 Xrf Corporation Scanning X-ray fluorescence analyzer
US6788803B2 (en) 2001-12-14 2004-09-07 Paragon Trade Brands, Inc. Methods and systems for making disposable absorbent article having graphics
US7700820B2 (en) * 2006-11-30 2010-04-20 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Process for controlling the quality of an absorbent article including a wetness sensing system
WO2010077407A2 (en) * 2008-10-08 2010-07-08 Fusion Research Technologies, Llc Thin film measurement technique
DE102012021709B4 (de) * 2011-11-22 2014-09-11 Technische Universität Dresden Verfahren zur qualitativen und quantitativen Bestimmung von Zuschlagstoffen in Papier und papierähnlichen Materialien mit Zellulosematerial
JP2017026497A (ja) * 2015-07-23 2017-02-02 住友ベークライト株式会社 フィラーの含浸率の評価方法、フィラーの含浸率の評価装置、およびコンピュータプログラム
US10201831B2 (en) * 2015-12-09 2019-02-12 General Electric Company Coating inspection method
US10929969B2 (en) 2016-08-25 2021-02-23 Accusentry, Inc. Method and apparatus for measuring and profiling absorbent material in an absorbent article
EP4481371A3 (en) 2019-07-11 2025-01-22 Oy Varex Imaging Finland Ltd. X-ray weld inspection
US11276542B2 (en) 2019-08-21 2022-03-15 Varex Imaging Corporation Enhanced thermal transfer nozzle and system
US11733182B2 (en) * 2019-12-20 2023-08-22 Varex Imaging Corporation Radiographic inspection system for pipes and other structures using radioisotopes

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3102952A (en) * 1954-05-27 1963-09-03 Philips Corp X-ray fluorescence analysis of multi-component systems
FI40587B (fi) * 1967-04-01 1968-11-30 Valmet Oy
US3914607A (en) * 1973-12-12 1975-10-21 Industrial Nucleonics Corp Thickness measuring apparatus and method for tire ply and similar materials
US3904876A (en) * 1974-09-20 1975-09-09 Cons Paper Inc Determination of paper ash content by X-ray absorption analysis
US4147931A (en) * 1976-12-13 1979-04-03 Pertti Puumalainen Procedure for measuring unit area weights
US4081676A (en) * 1976-12-17 1978-03-28 Sentrol Systems Ltd. On-line system for monitoring sheet material additives
DE2727505A1 (de) * 1977-06-18 1979-01-04 Ibm Deutschland Roentgenfluoreszenzanalyse zur untersuchung oberflaechennaher schichten
FI59489C (fi) * 1978-11-21 1981-08-10 Enso Gutzeit Oy Foerfarande foer maetning av belaeggningsmaengder
US4350889A (en) * 1980-09-17 1982-09-21 International Paper Company X-Ray fluorescent analysis with matrix compensation
FI62420C (fi) * 1981-05-29 1982-12-10 Enso Gutzeit Oy Foerfarande foer att maeta belaeggningsmaengd

Also Published As

Publication number Publication date
FI824141L (fi) 1984-06-02
FI824141A0 (fi) 1982-12-01
CA1223676A (en) 1987-06-30
DE3373348D1 (en) 1987-10-08
FI68320B (fi) 1985-04-30
EP0127649B1 (en) 1987-09-02
EP0127649A1 (en) 1984-12-12
WO1984002190A1 (en) 1984-06-07
US4698832A (en) 1987-10-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI68320C (fi) Foerfarande foer att medelst straolning fraon en radioisotopkaella utan att foerstoera provet maeta foerdelningen av fyll-och/eller belaeggningsmedel i tjockleksriktningen av papp erartong eller liknande och halten av dessa medel anordnin rgafoer tillaempande av foerfarandet samt anvaendningar av erfoarandet och anordningarna
FI68321B (fi) Foerfarande foer att medelst straolning utsaend av ett roentgenroer utan att foerstoera provet maeta foerdelningen av fylloch/eller belaeggningsmedel i tjockleksriktningen av papp erartong eller liknande och halten av dessa medel anordnin rgafoer tillaempande av foerfarandet samt anvaendningar av erfoarandet och anordningarna
Kolar et al. Historical iron gall ink containing documents—properties affecting their condition
DE69230619T2 (de) Messung und steuerung von mehrschichtigen beschichtungen
DE69826764T2 (de) Kontrollvorrichtung zur Messung des Beschichtungsgewichts
EP0759160B1 (en) Method of quantifying the properties of paper
US4845730A (en) Selective on-line measurement of filler components in paper
EP0394128B1 (en) X-ray coating weight controller and sensor
US4377869A (en) Procedure for measuring coating rates
DE69917076T2 (de) Einrichtung zur messung und regelung der dicke einer latexschicht
US20010028459A1 (en) Method of measuring the quality properties of paper and/or board on moving webs
US4990784A (en) Nonlinear averaging compensated measurements
US20220317051A1 (en) Measurement apparatus and measurement method
GB2144217A (en) Procedure for measuring the quantity of silicon coating on paper or cardboard
JPS60170752A (ja) ラジオ・アイソト−プ発生源からの放射線によつて試料の破壊を伴うことなく紙や板紙や均等物の厚さ方向における充填材料および／またはコ−テイング材料の分布およびこれらの材料の含有量の計測を行う手順、この手順の実施手段および上記手順ならびに上記手段の用途
JPS60170753A (ja) Ｘ線管から発射される放射線によつて試料の破壊を伴うことなく紙や板紙や均等物の厚さ方向における充填材料および／またはコ−テイング材料の分布およびこれらの材料の含有量の計測を行う手順、この手順の実施手段および上記手順ならびに上記手段の用途
SE433264B (sv) Forfarande for metning av ytvikterna i en emneskombination, som bestar av ett bottenskikt, ett mellanskikt samt atminstone ett ytskikt jemte anvendning av detta forfarande
CA1154883A (en) Procedure for measuring coating rates
Vajová et al. Choosing between energy-dispersive or wavelength-dispersive SEM spectroscopy methods for elemental distribution in deacidified paper
JPH0459579B2 (fi)
Fuchs et al. Fast Evaluation of Spatial Coating Layer Formation using UV Scanner Imaging
Wane et al. Aspects on the AKD demand of hardwood kraft pulps before and after ageing
Howland Contract n° BOS-090-UK: The Chemical Treatment of Fractionated Stock from “Freely Available” Grades of Waste paper
Sood Grammage probabality distributions to predict the source of floc formation in paper
JPH02216038A (ja) 三成分を等感度化した灰分計

Legal Events

Date Code Title Description
MM Patent lapsed

Owner name: VALTION TEKNILLINEN TUTKIMUSKESKUS