FI74146C - Foerfarande och anordning foer maetning av fiberkoncentration. - Google Patents

Description

1 74146

MENETELMÄ JA LAITE KUITUKONSENTRAATION MITTAAMISEKSI -. FÖRFARANDE OCH ANORDNINC FÖR MÄTNING AV FIBERKONCENTRATION

Keksinnön kohteena on menetelmä kuitukonsentraation mittaamiseksi optisesti aktiivisten kuitujen kuitu-suspensioista. Edelleen keksinnön kohteena on laite kui-tukonsentraation mittaamiseksi optisesti aktiivisten kui-5 tujen kuitususpensioista, kuten on määritelty patenttivaatimuksen 4 johdanto-osassa. Menetelmä ja laite perustuvat optisesti aktiivisten kuitujen aiheuttamaan polarisoidun valon polarisointitason kääntymisen mittaukseen ja kuitukonsentraation määritykseen mainitun mittauksen 10 perusteella.

Saksalaisesta kuulutusjulkaisusta 1 163 577 tunnetaan menetelmä ja laite selluloosakuitujen lukumäärän ja osin koon määräämiseksi kuitususpensiosta johtamalla tasopolaroitu valo mittauskennon lävitse, jonka 15 kautta ao. kuituja sisältävä suspensio johdetaan, polarisoimalla kennon läpäissyt valo ristikkäin edellisen polarisaation suuntaan nähden ja mittaamalla ristipolaroi-dun valon intensiteetti, so. selluloosakuitujen aiheuttama polarisaatiotason kääntymä sähköisesti.

20 Saksalaisessa kuulutusjulkaisussa 1 163 577 esitettyä mittausperiaatetta on edelleen sovellettu suomalaisessa patenttijulkaisussa 51253 esitetyssä mittausmenetelmässä kuitususpensioiden konsentraation jatkuvaksi mittaamiseksi massan ja paperin valmistuksessa. Tässä 25 tunnetussa menetelmässä kuitususpensio läpivalaistaan sinänsä tunnetulla tavalla suoraviivaisesti polaroidulla valolla, joka läpäistvään suspension saatetaan kulkemaan polarisointisuotimen tai sentapaisen läpi, jonka polari-sointisuunta on käännetty tulevan valon polarisointisuun-30 taan nähden ja sopivimmin on kohtisuoraan sitä vastaan, minkä jälkeen valon annetaan osua valonherkkään elimeen valon voimakkuuden rekisteröimiseksi kuitususpension konsentraation mittana. Edelleen, mainitussa suomalaisessa patenttijulkaisussa esitetyn erään sovellutuksen 35 mukaan, polaroitu valo petaan suspension läpäisyn jäi- 2 74146 keen kahteen osaan antaen toisen kulkea edelliseen pola-risointisuotimeen nähden ristikkäin olevan polarisointi-suotimen lävitse ja johtamalla valo edelleen valonherk-kään elimeen, kun taas toinen osa kohdistetaan toiseen 5 valonherkkään elimeen ja molemmat valonherkät elimet kytketään siten, että saadaan kuitukonsentraation rekisteröinti, jossa kuitususpensiossa tapahtuva valon absorptio ja hajotus on kompensoitu.

Suomalaisessa patenttijulkaisussa 51253 esite-10 tyssä menetelmässä on kuitenkin eräitä pahoja epäkohtia. .Menetelmällä saadut mittaustulokset, so. valon intensi-teettiarvot eivät muutu pelkästään kuitukonsentraation funktiona. Tämä johtuu siitä, että ko. menetelmässä IR-valo ei polarisoidu kuitususpension konsentraation vaih-15 telujen mukaan, vaan suspension lämpötila ja värivaih-telut aiheuttavat muutoksia IR-valon intensiteettiin ja samalla koko mittaustulokseen. Tällöin funktion kuvaaja ei ole suora, so. kuvaajan kulmakerroin pyrkii kasvamaan kuitukonsentraation kasvaessa (vrt. kuva 1).

20 Edelleen mainitussa suomalaisessa patenttijul kaisussa 51253 esitetty menetelmä aiheuttaa suuria virheitä sellun tai paperimassan värin vaihdellessa. Myös massan lämpötilavaihtelut aiheuttaa muutoksia, ja korkeilla lämpötila-arvoilla, esim. yli 80°C massan lämpö-25 tilan vaikutusta mittaustuloksiin ei voida poistaa tätä tunnettua menetelmää käytettäessä. Edelleen, mainitun suomalaisen patenttijulkaisun mukaista menetelmää käytettäessä, kuitususpension virtausnopeuden on oltava suuri, jotta se ei aiheuttaisi mittausvirheitä.

30 Kaiken kaikkiaan suomalaisessa patenttijulkai sussa 51253 esitetty menetelmä soveltuu käytettäväksi vain erityisolosuhteissa ja olosuhteiden pysyessä muuttumattomina. Menetelmä ei sovellu käytettäväksi korkeammilla lämpötila-arvoilla, massan värin vaihdellessa tai 35 susDension virtausnopeuden vaihdellessa mittauskyvetin lävitse.

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena on pois- l· 74146 taa edellä esitetyt epäkohdat. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin saksalaisessa kuulutusjul-kaisussa 1 163 577 esitettyyn periaatteeseen perustuva uusi mittausmenetelmä ja laite kuitukonsentraation mit-5 taamiseksi sellu- ja hiokekuitususpensioista siten, että havaitun polarisaatiotason kääntymisen ja kuitukonsentraation välillä vallitsee mahdollisimman lineaarinen riippuvuus. Edelleen keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin tällainen mittausmenetelmä ja laitteisto, jossa 10 massan värivaihtelut, korkeat lämpötilat tai lämpötila-vaihtelut ja virtausnopeus mittauskyvetin lävitse eivät aiheuta mittausvirheitä. Erityisesti keksinnön tarkoituksena on tuoda esiin uudenlainen mittausmenetelmä ja laitteisto kuitukonsentraation mittaamiseksi sellu-15 ja hiokekuitususpensioista siten, että mittaustulokset vastaavat aiempaa olennaisesti paremmin todellisia kon-sentraatioita, ja siten, että mittaustulokset eivät vaihtele mittausolosuhteiden mukaan aiemmassa määrin.

Keksinnölle tunnusomaisten seikkojen osalta 20 viitataan vaatimusosaan.

Keksintö perustuu siihen, että mittaus suoritetaan IR-suodatetulla valolla, so. kuitususpension lävitse johdetaan IR-suodatettua valoa; lämpötilavaihtelujen aiheuttaman epätarkkuuden poistamiseksi kuitususpension 25 läpi mennyt valo voidaan IR-suodattaa uudelleen ennen intensiteettimittausta. Edelleen keksintö perustuu siihen, että kuitususpension lävitse mennyt sädekimppu jaetaan kahteen osaan, jotka molemmat polarisoidaan edellisen osan polarisointisuunnan ollessa pääasiassa kohtisuo-30 rassa jälkimmäisen osan polarisointisuuntaan ja samaten suspension läpi johdettavan sädekimpun polarisointisuuntaan nähden. Tämän jälkeen muodostetaan mainittujen säde-kimpun edellisen ja jälkimmäisen osan intensiteettejä vastaavat signaalit ja lopuksi signaalien suhde M/R = Vcs, 35 jossa M on edellisen sädekimpun intensiteetti, so. mit-tasignaali, R on jälkimmäisen sädekimpun intensiteetti, 4 74146 so. referenssisignali ja Vcs on mitattu konsistenttijännite. Mitatun konsistenssijännitteen on todettu korreloivan lineaarisesti sellu- ja hiokekuitususpension konsen-traatioon sakeusalueella 0-3 p-%.

5 Keksinnön perustana on ollut suoritettu tutki mustyö, jossa on todettu, että suureiden M ja R suhde on lineaarisesti riippuvainen kuitususpension konsentraati-osta riippumatta lähetetyn valon intensiteetistä edellyttäen, että IR-valo suodatetaan pois. Tältä osin esil-10 lä olevan hakemuksen mukainen menetelmä poikkeaa olennaisesti suomalaisessa patenttijulkaisussa 51253 esitetystä menetelmästä, jossa (kuvan 2 sovellutus) saadaan suhde M/M+R, jonka arvo kuitenkin vaihtelee voimakkaasti sekä lähetetyn valon intensiteetin että kuitususpen-15 sion laadun, värin ja vaaleuden mukaan, johtuen siitä, että mittaussignaali summautuu referenssisignaaliin, koska referenssikanavalla ei ole polarisaattoria.

Keksintöä selostetaan seuraavassa yksityiskohtaisesti suoritusesimerkin avulla viitaten oheiseen pii-20 rustukseen, jossa kuva 1 esittää kaaviomaisesti tekniikan tason erään menetelmän mukaan saatuja mittaustuloksia kuitu-suspension konsentraation funktiona, kuva 2 esittää keksinnön mukaisella menetelmäl-25 lä saatuja vastaavia tuloksia kuin kuvassa 1, kuva 3 esittää erästä keksinnön mukaista laitteistoa, ja kuva 4 esittää leikkausta pitkin viivaa IV-IV kuvasta 3.

30 Kuvassa 1 näkyy suomalaisen patenttijulkaisun 51253 mukaisella menetelmällä (kuvan 2 sovellutus) saadut mittaustulokset kuitususpension konsentraation funktiona periaatteellisena kaaviokuvana. Mittausjännite noudattaa tällöin kaavaa: M/M+V=V, jossa M on suspen-35 sion läpäisseen ja polarisoidun valon mitta-arvo, R on suspension läpäisseen ja polaroimattoman valon intensiteetin mitta-arvo, so. vertailuarvo ja V on mitattu jännitesuhde.

5 74146

Kuvassa 3 on esitetty keksinnön mukainen laite ao. menetelmän toteuttamiseksi. Laitteeseen kuuluu valonlähde 1, jonka lähettämä valo 1^ kohdistetaan kohdistus-laitteen 31, kuten linssijärjestelmän avulla IR-suotimeen 5 9 ja polarisaattoriin 2 siten, että muodostuu nuolella 21 merkityssä tasossa polarisoitu sädekimppu lp. Tämän jälkeen polarisoitu sädekimppu johdetaan mittauskyve-tin 3 lävitse pääasiassa kohtisuorassa mittauskyvetin kautta syötettävän kuitususpension virtaussuuntaan näh-10 den. Mittauskyvetissä kuitususpensiossa olevat selluja hiokekuidut kääntävät polarisoidun valon tasoa nuolilla 22, 23 merkityn mukaisesti, so. sädekimpussa esiintyy polarisointisuunnan 21 suunnan lisäksi kohtisuorassa suunnassa 22 värähtelevää valoa. Tämän jälkeen sädekimp-15 pu kohdistetaan kohdistuslaitteen 32, so. linssisysteemin avulla säteenjakaja-polarisaattoriin 12, joka jakaa säde-kimpun edelliseen ja jälkimmäiseen osaan l2p, I3P polarisoiden nämä sädekimpun osat toisiaan vastaan pääasiassa kohtisuorissa tasoissa 22 ja vast. 21 edellisen osan l.2p 20 polarisointitason 22 ollessa pääasiassa kohtisuorassa ensimmäisen polarisaattorin 2 polarisointitasoa 21 vastaan. Säteenjakaja-polarisaattorin 12 jälkeen kumpikin säde 12P ja l^p johdetaan valodetektoreihin 6 ja vast. 7, kuten valokennot, valodiodit tms., joissa muodos-25 tetaan säteiden intensiteettiä vastaavat sähköiset signaalit. Signaalit johdetaan lopuksi laskentalaitteeseen 8, jossa muodostetaan signaali M/R, jossa M ja R tarkoittavat sädekimpun polarisoitujen osien l2p, I3P intensiteettien kanssa verrannollisia suureita.

30 Kuvassa 4 näkyy mittauskyvetin 3 läpivirtauselin 13 suurennoksena. Läpivirtauselintä rajoittaa kaksi pääasiassa yhdensuuntaista, tasomaista seinämää 14, joiden välinen etäisyys t on 1-4 mm. Polarisoitu sädekimppu l^p johdetaan menetelmän mukaan virtauselementin lävitse pää-35 asiassa kohtisuorassa virtauselimen yhdensuuntaisia seinämiä vastaan. Ja samaten kohtisuorassa kuitususpension virtaussuuntaa vastaan.

6 74146

Kuvassa 3 valolähteen 1 ja mittauskyvetin 3 väliin on sijoitettu suodatin 23 mittaussäteen tekemiseksi monokromaattiseksi. Samaten säteenjakaja-polarisaattorin 12 ja valodetektorien 6 ja vast. 7 välille on si-5 joitettu suotimet 24 ja vast. 25 ao. mittaus- ja refe-renssisäteen suodattamiseksi. Suotimilla saadaan aikaan korkeampi mittaustarkkuus.

Kuvassa 3 näkyy edelleen IR-suodin 11, joka on sijoitettu mittauskyvetin 3 ja säteenjakaja-polarisaat-10 torin 12 välille siten, että suodin IR-suodattaa kyvetin lävitse menneen valon kuitususpension aiheuttaman IR-sä-teilyvaikutuksen poistamiseksi.

Kuvassa esitetyssä sovellutuksessa on käytetty erityistä säteenjakaja-polarisaattoria 12, so. prismaa, 15 joka jakaa kyvetin 3 lävitse tunkeutuneen valonsäteen I2 + l^ erillisiksi säteiksi ^ ja lj polarisoiden nämä samalla ristikkäin toisiinsa nähden. Säteenjakaja-polarisaattorin sijasta voidaan luonnollisesti käyttää erillistä säteenjakajaa ja erillisiä polarisaattoreita järjes-20 tettyinä siten, että säteenjakaja jakaa kyvetin lävitse johdetun valon kahdeksi säteeksi ^ ja l^f jonka jälkeen polarisaattorit 4 ja vast. 5 polarisoivat mainitut säteet toisiaan vastaan pääasiassa kohtisuorissa tasoissa edellisen osan polarisointitason ollessa pääasiassa kohtisuoras-25 sa ensimmäisen polarisaattorin 2 polarisointitasoa vastaan.

Kuvassa 2 on esitetty öräs koesarja graafisesti, josta näkyy mittaustulosten lineaarisuus, so. mitattu suhde M/R riippuu lineaarisesti kuitususpension konsentraatiosta edellä esitetyn mukaisesti.

3q Keksinnön mukainen menetelmä ja laite soveltu vat yleensä minkä tahansa optisesti aktiivisten kuitujen määrityksiin, erityisesti sellu- ja hiokekuitukonsentraa-tioiden määritykseen.

Keksinnön sovellutukset voivat vaihdella oheis-25 ten patenttivaatimuksien puitteissa, kuten on selvää alan ammattimiehelle.

1.

Claims (7)

7 74146

1. Menetelmä kuitukonsentraation mittaamiseksi optisesti aktiivisten kuitujen kuitususpensiosta, jolloin sädekimppu polarisoidaan ja johdetaan kuitusus- 5 pension lävitse, läpimennyt sädekimppu jaetaan kahteen osaan, jotka polarisoidaan edellisen osan polarisointi-suunnan ollessa pääasiassa kohtisuorassa jälkimmäisen osan polarisointisuuntaan ja samaten suspension läpi johdettane sädekimpun polarisointisuutaan nähden, ja 10 muodostetaan mainittujen sädekimpun edellisen ja jälkimmäisen osan intensitettejä vastaavat signaalit, tunnettu siitä, että sädekimppu IR-suodatetaan ennen sen johtamista kuitususpension lävitse, ja että muodostetaan sinänsä tunnettu signaalien suhdetta vas-15 taava signaali M — — — s Vcs R VCS jossa M = edellisen sädekimpun intensitetti, R = jälkimmäisen sädekimpun intensiteetti ja Vcs = mitattu konsistenssijännite vastaten kuitukon-20 J sentraatiota.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kuitususpension lävitse johdettu valo IR-suodatetaan.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen mene telmä, tunnettu siitä, että polarisoitu valo johdetaan kuitususpension lävitse siten, että suspensio-filmin paksuus ko. kohdassa on 1-4 mm.

4. Laite kuitukonsentraation mittaamiseksi 30 optisesti akttivisten kuitujen kuitususpensiosta, johon laitteeseen kuuluu valolähde (1) ja ensimmäinen polarisaattori (2) polarisoidun sädekimpun (llP) muodostamiseksi; mittauskyvetti (3), jonka kautta mitattava kuitusus-pensio syötetään ja jonka lävitse mainittu sädekimppu 35 johdetaan; säteenjakaja (4) kyvetin lävitse johdetun sädekimpun jakamiseksi edelliseen ja jälkimmäiseen osaan (12; 1^) ,‘ toinen polarisaattori (5) sädekimpun 8 74146 edellisen osan (I2 ) polarisoimiseksi (I2P) tasossa, joka on pääasiassa kohtisuorassa ensimmäisen polarisaattorin polarisointitasoa vastaan; kolmas polarisaattori (10), joka on järjestetty polarisoimaan (I3P) kyvetin 5 lävitse johdetun sädekimpun jälkimmäinen osa (I3) tasossa, joka on pääasiassa kohtisuorassa toisen polarisaattorin (5) polarisointitasoa vastaan ja samansuuntainen ensimmäisen polarisaattorin (2) polarisointitason kanssa; kaksi valodetektoria (6, 7) sädekimpun polarisoidun 10 edellisen osan ( I2P) ja sädekimpun jälkimmäisen osan intensiteettien suhteen verrannollisten sähköisten signaalien muodostumiseksi; ja laskentalaite (8) kuitu-konsentraatiota kuvaavan mittasignaalin muodostamiseksi; tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu IR-suo-15 din (9), joka on järjestetty IR-suodattamaan muodostettu sädekimppu (ijJ ennen sen johtamista kyvetin (3) lävitse, ja että laskentalaite (8) on järjestetty muodostamaan signaali M/R, jossa H ja R tarkoittavat mainittujen sädekimpun polarisoitujen osien (l2pl3P) intensiteet-20 tien kanssa verrannollisia suureita.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen laite, tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu toinen IR-suodin (11), joka on järjestettu 1 R-suodattamaan kyvetin (4) lävitse johdettu sädekimppu.

6. Patenttivaatimuksen 4 tai 5 mukainen laite, tunne t.tu siitä, että laitteeseen kuuluu säteen-jakaja-polarisaattori (12), joka jakaa kyvetin (3) lävitse johdetun sädekimpun edelliseen ja jälkimmäiseen osaan (l2p; I3P), jotka on polarisoitu toisiaan vastaan 30 pääasiassa kohtisuorissa tasoissa edellisen osan polarisointitason ollessa pääasiassa kohtisuorassa ensimmäisen polarisaattorin (2) polarisointitasoa vastaan.

7. Jonkin patenttivaatimuksista 4-6 mukainen laite, tunnettu siitä, että mittauskyvetti 35 (3) käsittää pääasiassa putkimaisen läpivirtause1 imen (13), jota rajoittaa kaksi pääasiassa yhdensuuntaista, tasomaista seinämää (14), joiden välinen etäisyys on 9 74146 1-4 mm, ja että IR-suodatettu ja polarisoitu sädekiinppu (llP) johdetaan läpivirtauselirnen lävitse pääasiassa kohtisuorassa tämän mainittujen yhdensuuntaisia seinämiä vastaan. 5 10 741 46