FI80341C - Foerfarande och anordning foer bestaemning av mald cellulosamassas konsistens. - Google Patents

Description

1 80341

Menetelmä ja laite kuidutetun paperimassan konsistenssin määrittämiseksi

Keksintö koskee menetelmää ja laitetta suspension kiinteiden hiukkasten osuuden määrittämiseksi ("konsistenssi"), ja erityisesti menetelmään ja laitteeseen kuidutetun paperimassan konsistenssin tai konsentraation määrittämiseksi haja-säteilyenergian avulla»

Paperinvalmistusmenetelmissä on kuidutetun paperimassan konsistenssi tärkeä tekijä. Tässä tarkoitetaan sanonnalla "paperimassa" minkä tahansa tyyppistä märkää massaa paperinvalmistusprosessin missä tahansa kohdassa. Eri paperit tai paperituotteet, jotka ovat eri tyyppisiä ja eri painoisia, vaativat eri konsistenssin omaavaa paperimassaa. Lisäksi on paperimassan konsistenssi tietyllä paperituotteella riippuvainen kohdasta, mistä paperimassan näyte otetaan. Paperimassa koostuu hienoiksi jauhetuista puun kuiduista, vedestä, ja yleensä lisäaineista. Tällainen paperimassa ei ole homogeeninen, vaan edellä mainittujen aineiden sekoitus.

Koska paperimassan konsistenssi on tärkeä valmistettaessa paperia ja paperituotteita, on hyvin toivottavaa tietää sen konsistenssi joka hetkellä. Edelleen, jotta saavutetaan luotettava ja korkealaatuinen paperinvalmistusmenetelmä, on tuntemattoman paperimassan konsistenssi voitava helposti arvioida. Tällainen konsistenssin määrittäminen on erityisen tärkeää, kun halutaan siirtyä paperinvalmistuslaittees-sa tuotteesta toiseen. Tällainen siirtyminen voi vaatia paperimassan käyttöä, jolla on eri konsistenssi.

Sanonta "konsistenssi", siten kuin sitä käytetään paperiteollisuudessa, kuvaa paperimassan pitoisuutta vedessä kuivassa perustassa. Konsistenssi ilmoitetaan prosentteina, ja lasketaan seuraavasti: 2 80341

Paperimassan kuivapaino - x 100 = konsistenssi(%)

Veden ja paperimassan paino

Massa- ja paperiteollisuudessa voi paperimassan konsistenssi vaihdella yli kolmen suuruusluokan, esimerkiksi 0,02 % - 20 %.

Tällä hetkellä suoritetaan konsistenssin määrittäminen monella eri tavalla. Yleensä voidaan konsistenssi arvioida subjektiivisesti silmämääräisesti. Vanha viskositeettimene-telmä konsistenssin määräämiseksi tunnetaan nimellä "kynä"-menetelmä. Kalibroitu kartiomainen noin 15 cm pitkä sauva tiputetaan pystysuoraan tietyltä etäisyydeltä paperimassaan. Luetaan, miten syvälle sauva uppoaa paperimassaan. Tämä menetelmä on käyttökelpoinen konsistenssin arvoilla 2,5 % -7 S.

Esimerkkejä muista menetelmistä konsistenssin määrittämiseksi löytyy patenttijulkaisuista US-3 110 172, 3 198 006, 4 062 226, 4 276 119 ja 4 301 675.

Käytetään myös sähköisiä konsistenssimittareita, jotka yleensä hyödyntävät paperimassan yli olevaa sähköistä vastusta massan konsistenssin määrittämiseksi. Tällaisia laitteita esitetään esimerkiksi patenttijulkaisuissa US-1 701 331 ja 2 083 074. Julkaisussa US-1 822 604 suoritetaan jauhautumisasteen määritys sekoittamalla massanäyttei-tä kondensaattorilevyjen väliin ja mittaamalla näytteiden dielektrisyysvakiota.

Tunnetaan myös konsistenssin mittaavia laitteita, jotka hyödyntävät massan optisia ominaisuuksia. Julkaisussa US-4 318 180 mitataan hiukkasten kokohajontaa suhteessa valittuihin osaluokkiin aineen virtaussuunnassa valaisemalla lä-

II

3 80341 pi aineen ja tutkimalla aineen läpi kulkeutunutta valoa. Patenteissa US-4 066 492 ja 4 225 385 selostetaan tikkujen (s.o. lastujen) tutkimista. Patentissa 4 066 492 käytetään useita säteitä ja useita valoilmaisimia tikun leveyden ja paksuuden mittaamisen mahdollistamiseksi. Molemmat patentin 4 066 492 valoilmaisimet ilmaisevat ainoastaan siirrettyä valoa.

Patenttijulkaisuissa US-3 518 003 ja 4 171 916 käytetään polarisoitua valoa paperimassan kuitupitoisuuden ja konsis-tenssin määrittämiseksi. Patentissa US-4 040 743 käytetään takaisinsiroutunutta, heijastunutta ja siirrettyä energiaa paperimassan parametrien määrittämiseksi. Mainitussa patentissa selostetaan optisen mittapään käyttöä, joka vie energian suspensioon, joka energia siirretään, takaisinsiroutuu ja heijastuu kohtisuoraan. Käytetään eri sähkösignaaleja, jotka vastaavat takaisinsiroutunutta, heijastunutta ja siirrettyä energiaa. Takaisinsiroutunutta energiaa vastaava anto jaetaan annon logaritmilla, joka vastaa heijastunutta energiaa konsistenssin määrittämiseksi, joka on riippumaton paperimassan kirkkaudesta.

Us-patenttijulkaisussa 3 498 719 selostetaan paperimassan fotosähköistä konsistenssin ilmaisinta. Säteilyenergia heijastuu virtaavasta näytteestä ja siirretyn energian määrä näytteeseen mitataan valoilmaisimella. Näyte kulkee läpikuultavan putken läpi, jossa on määrätyn polttovälin omaava linssi. Valoilmaisin sijaitsee pisteessä, joka ei ole sama kuin polttoväli epätarkan kuvan saamiseksi näytteestä. Toinen valoilmaisin on sovitettu antamaan ensimmäisen valoilmaisimen vasteeksi vertailuarvo. Molemmat valoilmaisimet on kytketty yhteen niin sanotuksi sähköiseksi sillaksi, siten että sähköinen poikkeama tasapainosta sillassa osoittaa paperimassan konsistenssin.

4 80341

Patenttijulkaisussa US-3 962 581 on selostettu infrapunainen konsistenssimittari, jossa pieni- ja vakiotehoisen valolähteen valo heijastuu suspensiovirtauksesta, suodatetaan siten, että pienemmät aallonpituudet kuin 0,70 mikronia estyvät, ja ilmaistaan valokennon avulla. Laite voi olla sovitettu antamaan suora riippuvuus valokennon annon suhteen ja konsistenssin muutoksien, tai käänteiseen vastaavuuteen mainittuihin suureisiin .

Kaikki yllä mainitut konsistenssimittarit tai menetelmät konsistenssin määrittämiseksi voivat antaa vääriä tuloksia tietyissä olosuhteissa. Esimerkkinä muuttujista, jotka voivat vaikuttaa tällaisten konsistenssimittareiden ja menetelmien tarkkuuteen, ovat paperimassan tyyppi (so. pitkäkuituinen valkaistu voimapaperi, lyhytkuituinen valkaistu voimapaperi, lyhytkuituinen ei-valkaistu hiokepaperi), suspension virtausnopeus, lämpötila, paperimassan jauhautumisaste, paine, tuhkapitoisuus ja pH. Olisi toivottavaa saada aikaan laite ja menetelmä konsistenssin mittaamiseksi, joka on lineaarinen suurella alueella, s.o. konsistenssin arvoilla pienempi kuin 0,01 % arvoon 15 %.

Esillä oleva keksintö tarjoaa tällaisen laitteen ja menetelmän käyttämällä hajasäteilyenergiaa ja ilmaisemalla eteenpäin si-routunutta ja takaisin siroutunutta energiaa mitattavassa suspensiossa.

Esillä oleva laite suspension kiinteiden hiukkasten osuuden määrittämiseksi käsittää kammion, joka on sovitettu sisältämään mitattavan suspension, säteilyenergialähteen, ensimmäisen anturielimen ja toisen anturielimen. Laitteelle on tunnusomaista, että siihen kuuluu elimet, jotka hajottavat säteily-lähteeltä tulevan energian ennen sen viemistä kammioon ja vievät hajotetun energian kammioon niin, että kammiossa oleva suspensio on pääosin täysin säteilyenergialähteen säteilyener-gian ympäröimänä, ja että ensimmäinen anturielin ilmaisee kammion hajaenergian, joka siroutuu eteenpäin, kun suspensio on siinä läsnä ja toinen anturielin ilmaisee kammion hajaener-gian, joka siroutuu taaksepäin, kun suspensio on siinä läsnä.

Il 5 80341

Edullisessa toteutuksessa on kammio lieriön muotoinen ja ensimmäinen ja toinen anturielin on sovitettu säteittäises-ti vastakkain lieriömäisen kammion kehälle. Säteilyenergia-lähde voi säteillä infrapunaista energiaa, jossa tapauksessa ensimmäinen ja toinen anturielin ilmaisee infrapunaista energiaa.

Laitteen yhteydessä käytettävä elektroninen säätöpiiri yhdistää ensimmäisen ja toisen anturielimen sähköiset annot ennaltamäärätyllä kertoimella yhdistetyn anturin antosig-naalin tuottamiseksi. Tämä yhdistetty anturin antosignaali verrataan referenssisignaaliin komparaattoripiirissä, joka tuottaa erotussignaalin, joka vastaa yhdistetyn anturin an-tosignaalin ja referenssisignaalin suuruuden eroa. Säädettävä teholähde säädetään erotussignaalin avulla, ja se on kytketty säteilylähteeseen lähteen syöttämiseksi energialla. Voidaan sovittaa myös elimet teholähteen säteilylähteelle antaman energian tarkkailemiseksi, jolloin valvontaelimet on kalibroitu siten, että ne osoittavat kammiossa olevan suspension kiinteiden hiukkasten osuutta prosenteissa valvotun energian suuruuden perusteella.

Esillä olevan keksinnön mukainen laite ja menetelmä mahdollistavat hyvin laajan lineaarisen toiminnan konsistens-seista, jotka ovat lähellä nollaa (0,01 %) konsistensseihin, jotka ylittävät 10 %. Konsistenssin mittaus on riippuvainen suspension (s.o. paperimassan) väristä tai kirkkaudesta. Laitteistoa voidaan käyttää joko reaaliajassa (paperikoneessa) tai irrallaan (s.o. jolloin esimerkiksi otetaan massanäytteitä laseihin tai muovipulloihin). Edelleen järjestelmä ei edellytä hyvin yhdensuuntaisia säteilynippuja eikä linssien, peilien, prismojen tai muiden optisesti ohjaavien komponenttien käyttöä, jotka vaativat periodista tai jatkuvaa puhdistamista. Edelleen laite ja menetelmä on hyvin luotettava ja taloudellinen.

-------- - - — I

6 80341

Kuvio 1 on järjestelmän lohkokaavio, jossa esitetään esillä olevan keksinnön laitetta; kuvio 2 on esillä olevan keksinnön säteilylähteen ja anturi järjestelyn halkileikkaus; kuvio 3 on elektronisen piirin kaaviomainen esitys, jota voidaan käyttää esillä olevan keksinnön yhteydessä; ja kuvio 4 on keksinnön mukaisen laitteen ja menetelmän avulla saavutettavan konsistenssimittauksen käyrä.

Esillä olevan keksinnön mukaisesti viedään hajasäteilyener-gia kammioon, joka sisältää mitattavan suspension. Suspensio aiheuttaa hajaenergian niin eteenpäin siroutumista kuin myös takaisin siroutumista. Anturit on sovitettu ilmaisemaan mainitut siroutuneet energiat. Elektroninen piiri saa takaisinkytketyn signaalin, joka perustuu ilmaistuihin eteenpäin siroutuneisiin ja taakse siroutuneisiin energioihin, jota takaisinkytkentäsignaalia käytetään säteilyener-gian intensiteetin säätämiseksi, joka viedään hajautetusti kammioon. Säteilyenergialähteen intensiteetti on siten eteenpäin siroutuneen ja taakse siroutuneen energian funktio, ja se on suoraan verrannollinen mitattavan suspension konsistenssiin. Mittaamalla säteilyenergialähteen voimakkuutta (s.o. sähkövirtaa), aikaansaadaan suspension konsis-tenssille arvo.

Paperimassassa säteilyenergia siroutuu paperimassan kuiduista ja kulkeutuu eteenpäin, taaksepäin ja osittain massan lävitse sitoutumattoman veden avulla, joka esiintyy yleensä 15 %:in konsistensseihin asti. Mekanismi, jolla säteilyenergia siroutuu massakuiduista, tunnetaan yleensä nimellä "moninkertainen sironta", joka tarkoittaa hiukkasen tai fotonin mitä tahansa sirontaa, jossa lopullinen siirtyminen on useiden, yleensä pienten, siirtymisien sumina. Säteilyener-gian heijastusten määrä massan kuitupinnoista, ja täten kulun pituus on ei-lineaarisessa suhteessa konsistenssiin.

7 80341 Säteilyenergia, joka heijastuksen kautta häviää massasta kammion seiniin, on myös konsistenssin suhteen ei-lineaari-nen; siksi on anturin, joka sijaitsee säteittäisesti vastapäätä energialähdettä, keräämä energia ei-lineaarisesti käänteisesti verrannollinen konsistenssiin. Vastaavasti on energia, joka siroutuu takaisin massan kuiduista ei-sitoutu-neen veden kautta takaisinsiroutuneeseen säteilyanturiin, joka on järjestetty säteilylähteen viereen ei-lineaarisessa suhteessa konsistenssiin. Yhdistämällä ilmaistun eteenpäin siroutuneen ja takaisin siroutuneen energian logaritmiset vastaavuudet, saadaan kuitenkin ennaltamäärätyllä kertoimella konsistenssin lineaarinen arvo.

Kuten näkyy kuviosta 1, sisältää esillä olevan keksinnön mukainen laite läpikuultavan lieriön 10, joka esimerkiksi voi olla muovia. Läpikuultava lieriö 10 muodostaa kammion 12, jonka kautta mitattava suspensio 11 (s.o. paperimassa) voi virrata. Vaihtoehtoisessa toteutuksessa on kammio 12 sovitettu vastaanottamaan lasi- tai muovipullon, joka sisältää mitattavan suspension. Edelleen toisessa toteutuksessa voi laite olla muodostettu siten, että kammio 12 voidaan upottaa paperimassaan sen konsistenssin määrittämiseksi .

Läpikuultavan lieriön 10 seinämän sisälle on sovitettu sä-teilyenergialähde, yleensä 14, joka, kuten näkyy kuviosta 2, voi koostua useasta energialähteistä 14a-14h. Edullisessa toteutuksessa koostuvat säteilyenergialähteet 14a-14h infra-punaisista valodiodeista (LED), jotka on järjestetty kuvion 2 osoittamalla tavalla ympyränmuotoisesti. Säteilyenergia-lähteiden 14a-14h muodostaman ympyrän keskelle on sovitettu säteilyanturi 16. Anturi 16 on sovitettu säteilyenergialäh-teiden 14a-14h tuottaman säteilyn akselille. Toinen säteilyanturi 18 on sovitettu säteittäisesti säteilyanturin 16 vastakkaiselle puolelle.

_ - - 8 80341 Säteilyenergialähteen 14 energia hajoaa läpikuultavassa lieriössä 10 siten, että kammiossa 12 oleva suspensio 11 on täysin lähteen 14 säteilyenergian ympäröimä. Alan ammattimiehet arvostavat sitä, että hajaenergian suuruus on suurin lähellä säteilyenergialähdettä 14, ja pienenee, kun etäisyys lähteestä 14 lisääntyy, kuten näkyy kuvion 1 nuolista, jotka lähtevät lieriöstä 10. Täten on läpikuultavasta lieriöstä 10 kammioon 12 tulevan hajasäteilyenergian intensiteetti suurin lähinnä säteilyanturia 16, ja vähenee, kun energia jatkaa matkaansa hajautetusti pitkin läpikuultavaa lieriötä 10 kohti säteilyanturia 18. Läpikuultavan lieriön 10 tärkeä ominaisuus, joka johtuu säteilyenergian hajautumisesta, on se, että kammion 12 koko tilavuus täyttyy energialähteen 14 energialla. Toisin sanoen leviää säteily läpikuultavan lieriön 10 koko kehälle, mutta säteilyn voimakkuus pienee jatkuvasti kun etäisyys säteilylähteestä 14 lisääntyy kehällä. Siksi mahdollistaa esillä oleva keksintö tunnettujen laitteiden vastakohtana, jotka käyttävät pis-telähdettä tai fokusoitua sädekimppua suspension hiukkasten mittaamiseen, koko näytteen mittaamisen. On huomattava, että kun käytetään infrapunaista säteilylähdettä, ei lieriön 10 tarvitse olla läpikuultava näyvälle valolle. Täten lieriö 10 voi olla ei-läpinäkyvä niin kauan, kuin se on valmistettu aineesta, jota läpäisee infrapunainen säteily.

Optiset suodattimet 20 ja 22 voivat olla sovitetut poistamaan aaltopituudet, jotka ovat pienemmät kuin ennalta määrätty raja, jolloin vältytään havaitsemasta suspensiossa olevia hiukkasia, jotka ovat alle määrätyn rajan. Esimerkiksi kun massakuitujen halkaisija paperimassassa on 20-35 ^um, aikaansaadaan esillä olevan keksinnön optimaalinen toiminta käyttämällä optisia suodattimia 20 ja 22, jotka poistavat aallonpituudet, jotka ovat lyhyemmät kuin 20 ^um.

9 80341

Kun mitattava suspensio 11 on kammion 12 sisällä, kohdistuu suspensioon eteenpäin siroutunut energiaosa lähteestä 14 ja takaisin siroutunut energiaosa lähteestä 14. Kun kiinteiden hiukkasten osuus prosenteissa suspensiossa lisääntyy (lisääntynyt konsistenssi), lisääntyy takaisin siroutuneen säteilyn määrä ja eteenpäin siroutuneen energian määrä pienenee. Kun suspensiossa olevien kiinteiden hiukkasten prosenttiosuus alenee, lisääntyy eteenpäin siroutuneen energian määrä ja takaisin siroutuneen energian määrä pienenee. Täten teoreettisilla raja-arvoilla takaisin siroutuu 100 prosentin kondistenssin omaavassa suspensiossa kaikki säteily ja nolla konsistenssin omaavassa suspensiossa ei esiinny lähteen 14 säteilyenergian takaisin siroutumista.

Takaisin siroutuneen säteilyn anturi 16 ja eteenpäin siroutuneen säteilyn anturi 18 voivat sisältää valoilmaisimia, jotka antavat antovirran, joka on suhteessa niihin vaikuttavaan säteilymäärään. Tällaiset valoilmaisimet ovat hyvinkin tunnettuja.

Kuten nähdään kuviosta 1, on takaisinsiroutuneen säteilyn anturin 16 anto kytketty logaritmiseen vahvistimeen 26. Samalla tavalla on eteenpäin siroutuneen säteilyn anturin 18 anto kytketty logaritmiseen vahvistimeen 24. Logaritmiset vahvistimet 24, 26 toimivat siten, että ne muuntavat antureiden 18 ja 16 sähköisiä antosignaaleja näiden logaritmisiksi vastineiksi ja toimivat myös näiden signaalien vahvistamiseksi. Muunnetut ja vahvistetut signaalit summataan ennalta määrätyssä suhteessa suhdeverkossa 30. Suhdeverkko 30 sisältää vastukset 32 ja 34. Edullisessa toteutuksessa 3 on vastuksen 32 suhde vastukseen 34 1:tt . Suhdeverkon 30 anto, joka on yhdistetty anturiantosignaali, joka on ai- 10 80341 kaansaatu laskemalla yhteen logaritmisten vahvistimien 24 ja 26 annot ennalta määrätyssä suhteessa, kytketään komparaattorin 28 ottoon. Komparaattorin 28 toinen otto on kytketty referenssijännitteeseen, joka saadaan potentiometriltä 36. Komparaattori 28 aikaansaa erotussignaalin, joka osoittaa yhdistetyn anturin antosignaalin suhdeverkosta 30 ja vertaussignaalin potentiometriltä 36 suuruuksien eroa. Tämä erotussignaali viedään takaisin säteilyenergialähteen 14 energian intensiteetin säätämiseksi. Kuviossa 1, jota on yksinkertaistettu keksinnön havainnollistamiseksi, käytetään komparaattorin 28 erotussignaalia ohjaamaan säteilyenergia-lähdettä 14. Erotussignaalin suuruus on suoraan verrannollinen kokonaissäteilyvirtaukseen lähteestä 145 kammioon 12. Komparaattorin 28 erotussignaalin suuruus on myös suoraan verrannollinen kammiossa 12 olevan suspension 11 konsis-tenssiin johtuen sähköisen piirin takaisinkytkentäsovitel-masta. Sen vuoksi voidaan, mittaamalla erotussignaalin suuruus, (joka kuviossa 1 on signaali, joka ohjaa lähdettä 14) kiinteiden hiukkasten osuus (konsistenssi) suspensiossa, joka sijaitsee kammiossa määrittää. Kuvion 1 mittari 38 on kalibroitu suoraan osoittamaan tämä konsistenssi. Potentiometriä 40 käytetään mittarin 38 nollaamiseksi vastaamaan kammiossa 12 olevaa nollakonsistenssia.

Järjestelmä on säädettävä aluksi näytön 38 lukemien kalib-roimiseksi. Edullisessa toteutuksessa on suotavaa, että näyttö 38 suoraan näyttää mitatun konsistenssin prosent-tiarvon. Alkusäätö tehdään viemällä tunnettu näyte (esimerkiksi 5 % konsistenssiä) kammiooon 12 ja säätämällä potentiometriä 36, joka säätää komparaattorin 28 referenssijännitettä, kunnes näyttö 38 näyttää 5.000. Mikäli käytetään analogista mittaria näytössä 38, säädetään potentiometri 36 kunnes mittari on mittausalueiden keskivaiheilla. Tämän jälkeen viedään nollaprosentin konsistenssin vesinäyte kammioon 12, ja potentiometriä 14 säädetään kunnes näyttö 38

II

U 80341 osoittaa nollaa. Potentiometri 40 toimii siten, että pientä jäännösvirtaa näytön 38 läpi ei huomioida lähteen 14 pienimmällä säteilyllä. Tämän kalibroinnin jälkeen on järjestelmä toimintakykyinen alueella 0,01 % - yli 10 % konsistenssia.

On ilmeistä alan ammattimiehelle, että, johtuen kammion 12 säteilyn hajanaisuudesta, joka esiintyy ainakin jossain määrin lieriön 10 koko kehällä, voi pieni määrä säteilyä siroutua takaisin eteenpäin siroutuneeseen anturiin 18. Vastaavasti voi pieni määrä säteilyä siroutua eteenpäin takaisin siroutuneeseen anturiin 16. Kaikki näiden ilmiöiden virheet eliminoituvat yllä selostetulla järjestelmän kalibroinnilla .

Kuviossa 3 on yksityiskohtainen kaaviomainen diagramma järjestelmästä, jota voidaan käyttää esillä olevan keksinnön yhteydessä. Järjestelmän, joka on rakennettu kuvioiden 1-3 mukaisesti, generoimat tiedot näkyvät graafisesti kuviossa 4.

Kuten nähden kuviossa 3, syöttävät teholähde 56 (15 volttia) ja teholähde 58 (5 volttia) elektronista piiriä. 5 voltin säädintä 60 käytetään yhdessä näytön 38 kanssa, joka on digitaalinen näyttömittari. Valodiodin 14 virta tulee teho-transistorista 50. Valodiodi 14 toimii säteilyenergialähtee-nä, ja edullisessa toteutuksessa on kahdeksan samanlaista valodiodia sarjassa, kuten näkyy kuviosta 2. Lähde 14 säteilee edullisesti infrapunaista valoa. Säteilyanturit 16 ja 18 ilmaisevat takaisin siroutunutta ja eteenpäin sirou-tunutta säteilyenergiaa vastaavasti, ja tuottavat sähköisiä signaaleja, jotka osoittavat ilmaistun energian suuruutta. Säteilyantureiden 16 ja 18 annot on kytketty olennaisesti samanlaisiin, mutta eri vahvistinpiireihin 48 ja 42 vastaavasti. Vahvistimien 48 ja 42 annot yhdistetään ennalta määrätyssä suhteessa, jonka määrää vastukset 49 ja 43 "yhdis- 12 80341 tetyn anturin antosignaalin" tuottamiseksi. Edullisessa toteutuksessa muodostavat vastukset 43 ja 49 suhdeverkon, 3 jossa suhde on 1:π . Täten, esimerkiksi mikäli vastus 43 on 10 000 ohmia, valitaan vastuksen 49 arvoksi 310 000 ohmia. Edullisessa toteutuksessa vahvistimet 42 ja 48 ovat logaritmisia vahvistimia.

Vastusten 43 ja 49 liitoksessa esiintyvä yhdistetty anturin lähtösignaali viedään komparaattorivahvistimeen 44. Kun vahvistimen 44 positiivisen oton jännite (yhdistetty anturin antosignaali) on negatiivisempi kuin referenssijännite (V ref.) vahvistimen 44 negatiivisessa liittimessä, alenee transistorin 50 antovirta (tämän emitteriliittimessä) lähteen 14 säteilemän energian pienentämiseksi. Täten vahvistin 46 ja transistori 50 yhdessä muodostavat säädettävän teholähteen, jota ohjaa komparaattorivahvistimen 44 erotus-signaali, säteilyenergialähteen 14 ohjaamiseksi. Vahvistimen 44 negatiiviseen ottoliittimeen tuotu referenssijännite on peräisin kalibrointipotentiometriltä 66 tavanomaisella tavalla. Kuvion 3 potentiometri 66 vastaa kuvion 1 potentiometriä 36. Vahvistin 46 kytketään vahvistimeen 44 ja antotransistorin 50 väliin transistorin 50 kannan ohjaamiseksi. j

Digitaalista antomittaria tai näyttöä 38 ohjaa vahvistin 52, joka valvoo säteilylähteen 14 läpi virtaavaa virtaa. Kalib-rointipotentiometri 64 on kytketty vahvistimen 52 positiiviseen ottoon digitaalisen mittarin 38 nollaamiseksi tavanomaisella tavalla. Potentiometri 64 vastaa kuvion 1 potentiometriä 40. Alan ammattimiehet huomaavat, että lähteen 14 katodiliitin on kytketty myös vahvistimen 52 positiiviseen ottoon.

Il 13 80341

Kytkennän mukaisesti kuvion 3 piiri aikaansaa negatiivisen takaisinkytkentäsilmukan, joka koostuu takaisin siroutuneen säteilyn anturista 16, eteenpäin siroutuneen säteilyn anturista 18, logaritmisista vahvistimista 42 ja 48, suhdever-kosta 43 ja 49, komparaattorista 44, vahvistimesta 46, ja transistorista 50, joka ohjaa säteilylähdettä 14. Tällaisen rakenteen käyttö aikaansaa virran säteilylähteen 14 läpi, joka on suorassa suhteessa konsistenssin prosenttiarvoon. Valvomalla säteilyenergialähteen 14 tehoa, antaa digitaalinen mittari 38 sopivalla kalibroinnilla suoraan mitattavan suspension kiinteiden hiukkasten osuuden (konsistenssin). Lähteen 14 säteilyenergia hajotetaan, viedään mitattavaan suspensioon ja siroutetaan sekä eteenpäin että taaksepäin suspensiossa riippuen sen konsistenssista. Ilmaistaan takaisin siroutunut ja eteenpäin siroutunut energia sätei-lyantureiden 16 ja 18 vastaavasti avulla.

Sekä eteenpäin siroutuneen että takaisin siroutuneen energian ilmaiseminen yhdessä hajasäteilyn kanssa mahdollistaa konsistenssimittarin, jolla on lineaarinen anto. Vastusten 43 ja 49 suhde mahdollistaa linearisoinnin ja määrää kon-sistenssiarvojen rajan, jolla laite on käytettävissä. Mikäli vastusten 43 ja 49 suhde on 1:π , voidaan konsistenssi-mittaus ilmaista matemaattisesti: 1 1

Konsistenssi = --—- — — , 3

Log S + (Log S /π) K

F B

jossa S edustaa eteenpäin siroutuneen säteilyn määrää,

F

S edustaa taakse siroutuneen säteilyn määrää, ja K on vahvistus negatiivisessa takaisinkytkentäsilmukassa.

14 80341 Käyttämällä esillä olevaa keksintöä paperimassan konsis-tenssin mittaamiseen, voidaan säteilylähde 14, takaisin si-routuneen säteilyn anturi 16 ja eteenpäin siroutuneen säteilyn anturi 18 valita infrapunaisille aallonpituuksille. Siinä tapauksessa on säteilylähteen 14 aallonpituuden huippu noin 0,96 mikronia, ja säteilyanturit 16 ja 18 ilmaisevat aallonpituuksia lähtien noin 0,8:sta mikronista. Alan ammattimiehet ymmärtävät, että voidaan myös käyttää muita aallonpituuksia ja säteilyä esillä olevan keksinnön mukaisessa järjestelmässä. Säteilyn tyyppi ja aallonpituus mää-räytyy osittain kiinteiden hiukkasten koon mukaan, jotka ovat läsnä mitattavassa suspensiossa.

Esillä olevan keksinnön laitteen mukainen lineaarisuus on esitetty kuviossa 4. Kuvio 4 edustaa konsistenssimittausten tosituloksia, jotka on tehty laitteistolla kolmelle eri pa-perimassatyypille. Vaakasuora asteikko ilmaisee logaritmisesti mitattujen otosten konsistenssin prosentteina. Pystysuora asteikko osoittaa logaritmisesti tutkitun näytteen todelliset mittarilukemat. Mittari kalibroitiin ennen testiä prosenttikonsistenssillä. Kuten nähdään, tutkittiin 14 valkaistun voimapaperin näytettä, 13 ei-valkaistun voimapaperin näytettä ja yhtä hiokepaperinäytettä. Kyseisen laitteen tarkkuus on sellainen, että lukema 0 vastaa +0,002 %:n konsistenssiä.

Esillä oleva keksintö määrittää suspension konsistenssin siten, että siihen on sovitettu lähde, joka lähettää pääsä-teilyenergiaa ja energia suunnataan lähteeltä mitattavaan suspensioon. Energian osa, joka eteenpäinsiroutuu suspensiossa ilmaistaan ja ensimmäinen signaali, joka vastaa eteenpäin siroutuneen energian suuruutta, tuotetaan. Energian osa, joka siroutuu taaksepäin suspensiosta, ilmaistaan ja tuotetaan toinen signaali, joka kuvaa takaisin siroutuneen energian määrää. Ensimmäinen ja toinen signaali yhdis-

(I

is 80 341 tetään ennalta määrätyssä suhteessa takaisin kytketyn signaalin tuottamiseksi, jota käytetään säteilyenergialähteen tuottaman energian intensiteetin säätämiseksi. Lähteen tuottaman energian intensiteetti on täten eteenpäin sirou-tuneen ja taakse siroutuneen energian funktio ja on suoraan verrannollinen mitattavan suspension konsistenssiin.

Claims (18)

1. Laite suspension kiinteiden hiukkasten osuuden määrittämiseksi käsittää kammion (12), joka on sovitettu sisältämään mitattavan suspension (11), säteilyenergialähteen (14), ensimmäisen anturielimen (18) ja toisen anturielimen (16), tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu elimet (10), jotka hajottavat säteilylähteeltä (14) tulevan energian ennen sen viemistä kammioon (12) ja vievät hajotetun energian kammioon (12) niin, että kammiossa (12) oleva suspensio (11) on pääosin täysin säteilyenergialähteen (14) säteilyenergian ympäröimänä, ja että ensimmäinen anturielin (18) ilmaisee kammion (12) hajaenergian, joka siroutuu eteenpäin, kun suspensio on siinä läsnä ja toinen anturielin ilmaisee kammion (12) ha-jaenergian, joka siroutuu taaksepäin, kun suspensio on siinä läsnä.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että kammio on lieriömäinen ja ensimmäinen ja toinen anturielin on sovitettu säteittäiseeti vastakkaisiin kohtiin lieriömäisen kammion kehälle.

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että se käsittää elimet, jotka on kytketty ensimmäiseen ja toiseen anturie1imeen kammiossa olevan suspension kiinteiden hiukkasten osuuden ilmaisemiseksi perustuen eteenpäin siroutuneen ja takaisin siroutuneen energian suhteellisiin suuruuksiin.

4. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että säteilyenergialähde lähettää infrapunaista energiaa ja ensimmäinen ja toinen anturi ilmaisee infrapu-naista energiaa.

5. Patenttivaatimuksen 1 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että se edelleen käsittää elimet, jotka on kytketty ensimmäisen ja toisen anturielimen väliin näiden annon II 17 80341 yhdietämieekei ennalta määrätyssä suhteessa yhdistetyn anturin antosignaalin tuottamiseksi, komparaattorielimet yhdistetyn anturin antosignaalin vertaamiseksi re ferenssisignaa-liin erotuesignaalin tuottamiseksi, joka osoittaa yhdistetyn anturin antosignaalin ja referenssieignaa1 in välisten suuruuksien erotuksen, säädettävän teholähteen, joka on kytketty komparaattorisiimeen säädettävän annon tuottamiseksi, jota ohjaa erotussignaali, elimet teholähteen annon kytkemiseksi säteilyenergialähteeseen, ja elimet tehon valvomiseksi, joka siirtyy säteilyenergialähteeseen teholähteestä, jotka valvontaelimet on kalibroitu tuottamaan osoituksen kammiossa olevan suspension kiinteiden hiukkasten osuudesta perustuen valvotun tehon suuruuteen.

6· Patenttivaatimuksen 5 mukainen laite, tunnet- t u siitä, että säteilyenergialähde tuottaa infrapunaista energiaa ja ensimmäinen ja toinen anturi ilmaisee infrapu-naista energiaa.

7. Laite suspension kiinteiden hiukkasten osuuden mää rittämiseksi käsittää kammion <12>, joka on sovitettu sisältämään mitattavan suspension (11), säteilyenergialähteen (14), ensimmäisen anturielimen (18) ja toisen anturielimen (16), tunnettu siitä, että laitteeseen kuuluu elimet (10), jotka hajottavat säteilylähteeltä (14) tulevan energian ennen sen viemistä kammioon (12) ja vievät hajotetun energian kammioon (12) niin, että kammiossa (12) oleva suspensio (11) on pääosin täysin säteilyenergialähteen (14) säteilyenergian ympäröimänä, ja että ensimmäinen anturielin (18) ilmaisee kammion (12) hajaenergian, joka siroutuu eteenpäin, kun suspensio on siinä läsnä ja toinen anturielin ilmaisee kammion (12) ha-jaenergian, joka siroutuu taaksepäin, kun suspensio on siinä läsnä, ja että laitteeseen kuuluu edelleen elektroniset sää-töe1 imet, jotka on kytketty ensimmäiseen ja toiseen sätei-lyanturiin ja säteilyenergialähteeseen sen tuottaman sätei-lyenergian suuruuden säätämiseksi, jolloin säätöelimet tuot- ie 80341 tavat ensimmäisen eähköeignaalin, joka on verrannollinen mainittuun suuruuteen, joka osoittaa konsistenssia.

8. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnet- t u siitä, että se edelleen käsittää näyttöelimet, jotka on kytketty vastaanottamaan ensimmäisen eähköeignaalin ja kalibroitu näyttämään kammiossa olevan suspension koneistenssin prosentteina.

9. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että säteilyenergialähde tuottaa energiaa pitkin ennalta määrätyn polun ja kammio on lieriö, joka on muodostettu aineesta, joka hajottaa eäteilyenergialähteen siihen viemän energian, ja jossa ensimmäinen ja toinen eäteilyanturi on kytketty ennalta määrätyn polun akselille säteittäisesti vastakkaisille pieteille lieriön kehälle.

10. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että säteilyenergialähde tuottaa infrapunaista säteilyä, ja laite edelleen käsittää ensimmäisen ja toisen optisen suodatine1 imen, joka toiminnallisesti liittyy ensimmäiseen ja toiseen eäteilyanturiin vastaavasti energian hylkäämiseksi, jonka aallonpituus on pienempi kuin ennalta määrätty arvo.

11. Patenttivaatimuksen 7 mukainen laite, tunnettu siitä, että ensimmäinen ja toinen eäteilyanturi tuottaa toisen ja kolmannen sähkösignaalin, joka osoittaa eteenpäin siroutu-neen ja takaisin siroutuneen energian suuruuden vastaavasti, ja jossa sähköinen säätöelin sisältää elimet toisen ja kolmannen eähköeignaalin yhdistämiseksi ennalta määrätyssä suhteessa yhdistetyn anturin antoaignaa1 in ottamiseksi, elimet yhdistetyn anturin antosignaalin vertaamiseksi referenssieig-naaliin erotussignaalin tuottamiseksi, elimet eäteilyenergialähteen syöttämiseksi, ja elimet erotussignaalin kytkemiseksi syöttöelimiin säteilyenergialähteen tuottaman säteilyenergian suuruuden säätämiseksi. Il 19 80341

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että ensimmäinen sähkösignaali tuotetaan syöttö-elimillä ja käytetään eäteilyenergialähteen syöttämiseksi, ja että laite edelleen käsittää näyttöe1 imet, jotka on kytketty vastaanottamaan ensimmäinen signaali ja kalibroitu mainitussa kammiossa olevan suspension konsiatenesin näyttämiseksi pro-sent t e ina.

13. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että summauselimet sisältävät elimet toisen ja kolmannen sähköäignaa1 in muuntamiseksi niiden logaritmisiksi vastineiksi ja elimet muunnetun toisen ja kolmannen sig- 3 naalin summaamiseksi suhteessa 1:(l/π ).

14. Patenttivaatimuksen 11 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että säteilyenergialähde sisältää useita infra-punalähteitä, jotka on järjestetty ympyrän muotoisesti.

15. Patenttivaatimuksen 14 mukainen laite, tunnet-t u siitä, että toinen säteilyanturi on asennettu ympyrän keskelle, ja että ensimmäiseen ja toiseen säteilyanturiin vaikuttaa infrapunainen energia.

16. Menetelmä suspension kiinteiden hiukkasten osuuden määrittämiseksi tunnettu siitä, että se käsittää ha-jasäteilyenergialähteen sovittamisen, lähteen energian suuntaamisen kohti mitattavaa suspensiota, suspension eteenpäin sirouttaman energian määrän mittaamisen, ensimmäisen signaalin tuottamisen, joka osoittaa eteenpäin siroutuneen energian suuruuden, suspension takaisin sirouttaman energian osan mittaamisen, toisen signaalin tuottaminen, joka osoittaa takaisin siroutuneen energian suuruuden, ensimmäisen ja toisen signaalin yhdistämisen ennalta määrätyssä suhteessa takaisinkytken-täsignaalin tuottamiseksi, ja takais inkytkentäsignaa1 in käyttämisen lähteen tuottaman energian intensiteetin säätämiseksi, jolloin lähteen tuottaman energian intensiteetti on eteenpäin 20 80341 eiroutuneen ja takaisin siroutunesn energian funktio ja on suorassa suhteessa mitattavan suspension konsistenssiin.

17. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että ennalta määrätty suhde, jolla ensimmäinen signaali yhdistetään toiseen signaaliin, on 1 : < 1 /TT >. 1Θ. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että hajasäteilyenergia on infrapunaista energiaa.

19. Patenttivaatimuksen 16 mukainen menetelmä, tun nettu siitä, että hajasäteilyenergialähdettä syöttää sähkövirta, ja että se edelleen käsittää mitatun suspension koneistense in näytön sähkömittari1la, joka on kytketty valvomaan lähteeseen syötettyä virtaa. tl 21 80341