FI95841C - Paperirainan kosteusanturi sekä menetelmä paperirainan kosteuden säätämiseksi - Google Patents

Paperirainan kosteusanturi sekä menetelmä paperirainan kosteuden säätämiseksi Download PDF

Info

Publication number
FI95841C
FI95841C FI880728A FI880728A FI95841C FI 95841 C FI95841 C FI 95841C FI 880728 A FI880728 A FI 880728A FI 880728 A FI880728 A FI 880728A FI 95841 C FI95841 C FI 95841C
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
infrared
paper web
region
moisture
spectrum
Prior art date
Application number
FI880728A
Other languages
English (en)
Swedish (sv)
Other versions
FI880728A (fi
FI95841B (fi
FI880728A0 (fi
Inventor
John Howarth
Leonard M Anderson
Original Assignee
Measurex Corp
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 Measurex Corp filed Critical Measurex Corp
Publication of FI880728A0 publication Critical patent/FI880728A0/fi
Publication of FI880728A publication Critical patent/FI880728A/fi
Priority to FI945745A priority Critical patent/FI97571C/fi
Publication of FI95841B publication Critical patent/FI95841B/fi
Application granted granted Critical
Publication of FI95841C publication Critical patent/FI95841C/fi

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • DTEXTILES; PAPER
    • D21PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21FPAPER-MAKING MACHINES; METHODS OF PRODUCING PAPER THEREON
    • D21F7/00Other details of machines for making continuous webs of paper
    • D21F7/003Indicating or regulating the moisture content of the layer
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/35Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light
    • G01N21/3554Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for determining moisture content
    • G01N21/3559Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry using infrared light for determining moisture content in sheets, e.g. in paper
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/314Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
    • G01N2021/3148Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths using three or more wavelengths
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/25Colour; Spectral properties, i.e. comparison of effect of material on the light at two or more different wavelengths or wavelength bands
    • G01N21/31Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry
    • G01N21/314Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths
    • G01N2021/3166Investigating relative effect of material at wavelengths characteristic of specific elements or molecules, e.g. atomic absorption spectrometry with comparison of measurements at specific and non-specific wavelengths using separate detectors and filters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Paper (AREA)

Description

! 95841
Paperirainan kosteusanturi sekä menetelmä paperirainan kosteuden säätämiseksi 5 Tämä keksintö koskee paperirainan kosteusanturia sekä menetelmää paperirainan kosteuden säätämiseksi mittaamalla rai-naan kohdistettujen, eri aallonpituutta olevien infrapunasäteiden läpäisevyyttä. Rainan kosteuden mittausta kompensoidaan rainan lämpötilavaihtelujen aiheuttamien veden in-10 frapuna-absorptio-ominaisuuksien muutosten suhteen.
Kaupallisessa paperinvalmistuksessa tuotetaan paperi jatkuvasti liikkuvana rainana. Koska paperiraina valmistetaan nestemäisestä suspensiosta, joka sisältää puumassakuituja, 15 puuvillakuituja ja erilaisia kemikaaleja, sisältää paperiraina alunperin huomattavan määrän kosteutta. Suuri osa tästä kosteudesta poistetaan paperinvalmistusprosessin aikana. Monesta syystä on kuitenkin toivottavaa, että paperirainaan jää ainakin jonkin verran kosteutta. Esimerkiksi, mikäli pa-20 periraina on liian kuiva, on paperin reunoilla taipumus käpristyä.
Paperiraina kuivataan normaalisti johtamalla kuumien kui-vausrumpujen läpi. Tämän tekniikan avulla kuivattu paperi-25 raina kuivuu kuitenkin epätasaisesti. Tällainen epätasainen kuivuminen johtaa epätasaiseen paperin laatuun. Erilaisia laitteita on siksi kehitetty tiettyjen paperirainan osien hallittuun kostuttamiseen tai kuivaamiseen sen jälkeen, kun paperiraina on kulkenut kuivausrumpujen läpi, jotta voitai-30 siin valmistaa paperiraina, jonka kosteus on tasainen. Paperitehtaan operaattorin tai paperitehtaan prosessinvalvonta-tietokoneen on selvästikin tunnettava paperirainan kosteus-profiili ennen kuin tällaisia kostuttavia ja kuivaavia laitteita voidaan käyttää tehokkaasti. Tämän vuoksi on kehitetty 35 paperirainan kosteusantureita, jotka pyyhkäisevät edestakaisin paperirainan leveyssuunnassa määrittäen rainan kosteuden eri kohdissa.
2 95841
Vesi absorboi infrapunasäteilyä. Tietyn tyyppiset kosteus-anturit käyttävät hyväkseen tätä ilmiötä suuntaamalla infra-punasädekimpun paperirainaa kohden ja mittaamalla infrapuna-sädekimpun intensiteetin paperirainan läpäisyn jälkeen. Mitä 5 enemmän paperirainassa on kosteutta, sitä suurempi on infra-punasäteilyn absorptio.
Tietyt infrapunakosteusanturit käyttävät hyväkseen infrapu-nailmaisimia, joissa kunkin ilmaisimen edessä on infrapuna-10 kaistanpäästösuodatin. Kunkin suodattimen kaistanpäästö on valittu siten, että kukin ilmaisin vastaanottaa energiaa vain pienen infrapunaspektrin alueen osalta. Yksi suodatin valitaan siten, että se läpäisee infrapunasäteilyä alueella, jossa paperirainan veden absorptio on suuri. Tähän suodatti-15 meen liittyvä ilmaisin on siksi pääosin herkkä paperirainassa olevalle vedelle. Ensimmäinen ilmaisin vastaanottaa enemmän infrapunasäteilyä, kun paperiraina on kuiva, ja vähemmän infrapunasäteilyä, kun paperiraina on kostea.
20 Toiseen ilmaisimeen liittyvä kaistanpäästösuodatin valitaan siten, että se läpäisee infrapunasäteilyä sellaisella infra-punaspektrin alueella, jossa kosteuden aiheuttamaa absorptiota on melko vähän. Suurin osa tällä toisella infrapunaspektrin alueella esiintyvästä infrapuna-absorptiosta johtuu 25 paperirainan kuiduista, ei paperirainan kosteudesta. Tästä • seuraa, että kun kuitupaino pintayksikköä kohden (ts. "pin- tapaino") kasvaa, vastaanottaa tämä toinen ilmaisin vähemmän infrapunasäteilyä. Tämän toisen ilmaisimen tulostusta voidaan käyttää kompensoimaan ensimmäisen ilmaisimen kosteus-30 mittauksia paperiarkin pintapainossa esiintyvien muutosten suhteen. Kun näiden kahden ilmaisimen tulostukset yhdiste-: tään oikein, voidaan tämän tyyppisten kosteusanturien avulla mitata paperirainan kosteusmäärä tai paperirainan prosentuaalinen kosteus siten, etteivät arkin pintapainomuutokset 35 vaikuta kosteuden mittaamiseen.
Läpäisseen infrapunasädekimpun intensiteetti ei kuitenkaan ole pelkästään riippuvainen paperirainan kosteudesta ja pin- li 3 95841 tapainosta. Kostean paperirainan infrapunasäteilyabsorptio vaihtelee myös infrapunasäteiden aallonpituuksien mukaan.
Vesi ja paperirainan kuidut absorboivat infrapunaspektrin tiettyjä aallonpituuksia tehokkaammin kuin muita aallonpi-5 tuuksia, joten infrapunasäteiden absorptiospektrissä esiintyy absorptiohuippuja ja -laaksoja eri aallonpituuksien kohdalla. Nämä huiput ja laskut siirtyvät lyhyille aallonpituuksille paperirainan lämpötilan noustessa ja pidemmille aallonpituuksille paperirainan lämpötilan laskiessa. Yllä 10 kuvatut infrapunakosteusanturit eivät kuitenkaan kykene kompensoimaan paperirainan lämpötilamuutosten aiheuttamia in-frapuna-absorptiospektrin vaihteluja. Näiden laitteiden kos-teusmittauksiin sisältyy tämän vuoksi merkittävä virhe.
15 Tämä keksintö käsittää anturin paperirainan kosteuden määrittämiseksi sekä menetelmän paperirainan kosteuden säätämiseksi, joka perustuu paperirainan infrapunasäteilyn läpäisevyyden mittaamiseen infrapunataajuusalueen kolmella eri aallonpituusalueella. Näiden oleelliset tunnusmerkit on esi-20 tetty oheisissa patenttivaatimuksissa. Anturi ja säätömenetelmä on pääosin, mutta ei ainoastaan, tarkoitettu paperikoneen liikkuvan paperirainan jatkuvaan kosteuden mittaamiseen. Tämän keksinnön kosteusanturin voidaan tässä tapauksessa antaa pyyhkäistä edestakaisin liikkuvan paperirainan 25 leveyssuunnassa (ts. paperirainan poikittaissuunnassa), jot-ta paperirainan kosteus voitaisiin mitata paperirainan leveys- ja pituussuunnassa olevissa eri kohdissa. Tähän anturiin liittyvät viestien prosessikytkennät ja tietokoneohjelmat kompensoivat automaattisesti paperirainan infrapunalä-30 päisevyyteen perustuvaan kosteuden mittaukseen liittyvät vaikutukset, sekä pintapainosssa että paperirainan lämpöti-ί lassa esiintyvät muutokset.
Tämän keksinnön infrapunasäteilykosteusanturi sisältää in-35 frapunasäteilylähteen. Tästä infrapunasäteilylähteestä lähetetään infrapunasädekimppu liikkuvan paperirainan läpi. Kun sädekimppu läpäisee paperirainan, absorboivat paperirainan vesi ja kuidut osan infrapunasäteiden energiasta. Infrapuna- 4 95841 sädekimppu sisältää laajan aallonpituusvalikoiman. Kosteuspitoinen paperiraina absorboi kuitenkin ensisijaisesti tiettyjen aallonpituuksien infrapunasäteitä.
5 Kosteusanturi sisältää myös infrapunavastaanottimen. Tämä vastaanotin sijaitsee infrapunalähteestä katsottuna paperi-rainan vastakkaisella puolella ja mittaa läpäisseen infrapu-nakimpun infrapunaspektrin kolmella erillisellä aallonpituusalueella. Vastaanotin käsittää sädekimpun jakajan ja kolme 10 infrapunailmaisinta. Sädekimpun jakaja ohjaa osan infrapu- nasädekimpusta kaikkiin kolmeen ilmaisimeen. Erillinen kais-tanpäästösuodatin sijaitsee ennen ilmaisinta. Kukin infra-punailmaisin mittaa täten vain osan läpäisseestä sädekimpus-ta, joka kuuluu kyseisen suodattimen kaistanpäästöalueeseen.
15
Yksi kolmesta infrapunakaistanpäästösuodattimesta läpäisee ainoastaan infrapunasäteilyä, jonka aallonpituudet ovat ve-siabsorptiohuipun jälkeisessä absorptiospektrin laskukohdas-sa, esim. noin 1,90 mikronin alueella. Vesi absorboi helpos-20 ti tätä aallonpituutta vastaavaa infrapunasäteilyä ja antaa voimakkaamman viestin mitattaessa raskaan, kostean arkin kosteutta verrattuna siihen, että kaistanpäästösuodatin keskitetään suoraan absorptiohuipun kohdalle, joka on noin 1,93 mikronia. Tähän ensimmäiseen suodattimeen liittyvän ilmaisi-25 men tulostus riippuu sen vuoksi ensisijaisesti paperirainan kosteudesta ja lämpötilasta.
Toinen kaistanpäästösuodatin läpäisee ainoastaan aallonpituuksia alueella, joka vastaa ensisijaisesti paperikuitujen 30 absorptioaluetta. Tämän toisen suodattimen takana olevan ilmaisimen mittaama infrapunasädekimppu antaa ensisijaisesti ·· viitteen paperirainan pintapainosta. Tämän toisen suodatti men kaistanpäästöalue voi olla paperikuitujen infrapunasä-teilyn läpäisevyyttä vastaavalla alueella, esim. 1,85 mikro-35 nia. Asettamalla tämän suodattimen kaistanpäästöalue tälle läpäisevyysalueelle voidaan lämpötilavaihtelujen aiheuttamat infrapunasäteiden intensiteettimittausten vaihtelut minimoi-’· da. Kuten alla todetaan, käytetään tämän ilmaisimen tulos-
II
95841 5 tusta korjaamaan ensimmäisen ilmaisimen kosteusmittauksia arkin pintapainossa esiintyvien vaihtelujen suhteen. Tämän keksinnön avulla voidaan siis saada viesti, jonka avulla saadaan tietoa paperirainan kosteudesta pintapainosssa 5 esiintyvistä muutoksista huolimatta.
Kolmas sädekimppu suodatetaan kaistanpäästösuodattimellä, jonka edullisesti tulee läpäistä vain jonkin infrapunaspekt-rin alueen aallonpituuksia. Tämän kolmannen kaistanpäästö-10 suodattimen kaistanpäästöalueen tulisi kuitenkin sijaita absorptiospektrin alueella, jossa kosteuspitoisen paperirainan infrapunasäteilyn absorptio vaihtelee nopeasti aallonpituuden mukaan. Kolmannen suodattimen kaistanpäästöalueen tulee toisin sanoen sijaita absorptiohuipun ja -laakson vä-15 lisen absorptiospektrin laskun kohdalla. Kuten yllä mainittiin, siirtyy veden infrapuna-absorptiospektri lyhyemmille aallonpituuksille, kun lämpötila nousee. Paperirainan kuitujen (ts. paperirainan muodostavan puumassan) infrapuna-absorptiospektri siirtyy myös samalla tavoin lyhyemmille aal-20 lonpituuksille, kun lämpötila nousee. Tämän kolmannen suodattimen yhteydessä oleva ilmaisin on siis herkkä arkin läm-pötilavaihteluille. Mutta koska tämän kolmannen suodattimen kaistanpäästöalue sijaitsee absorptiospektrin eri kohdassa ensimmäiseen kaistanpäästösuodattimeen nähden, tulee tämän 25 ilmaisimen tulostuksen lämpötilakerroin poikkeamaan ensim-: mäisen ilmaisimen tulostuksen lämpötilakertoimesta. Tämän kolmannen ilmaisimen tulostusta voidaan tämän vuoksi käyttää korjaamaan ensimmäisen ilmaisimen kosteusmittauksia lämpöti-lamuutosten aiheuttamien veden infrapuna-absorptio-ominai-30 suuksien vaihtelujen suhteen.
Kolmen ilmaisimen tulostukset yhdistetään tämän keksinnön mukaan empiirisesti määritetyn kaavan avulla siten, että saadaan tulostus, joka antaa viitteen paperirainan kosteu-35 desta. Kuten yllä on kuvattu, tulee yhden tämän keksinnön vastaanottimen kolmesta ilmaisimesta tulostus riippumaan ensisijaisesti ifrapunasädekimppulähteen ja vastaanottimen välissä olevan paperirainan kosteuden määrästä ja lämpöti- 6 95841 lasta. Tämä ilmaisin ei sen vuoksi yksinään voi antaa oikeaa tietoa paperirainan prosentuaalisesta kosteudesta, sillä ilmaisin vastaanottaa vähemmän infrapunasäteilyä, kun (1) prosentuaalinen kosteus lisääntyy tai (2) kun paperirainan 5 prosentuaalinen kosteus pysyy muuttumattomana mutta paperirainan pintapaino kasvaa. Ensimmäisen ilmaisimen vastaanottaman infrapunasäteilyn määrää riippuu myös paperirainan lämpötilavaihtelujen aiheuttamista absorptiospektrin muutoksista. Seuraamalla vain tämän yhden ilmaisimen tulostusta, 10 ei paperitehtaan operaattori (tai paperitehtaan prosessin- valvontatietokone) kykene erottamaan arkin kosteuden lisääntymistä, pintapainon kasvua ja paperirainan lämpötilavaihte-luja toisistaan. Toiseen ja kolmanteen ilmaisimeen kuuluvat suodattimet valitaan kuitenkin siten, että vastaanottimen 15 toisen ilmaisimen tulostus vaihtelee pääosin pintapainovaih-telujen mukaan ja kolmannen ilmaisimen tulostus vaihtelee pääosin paperirainan lämpötilavaihtelujen mukaan. Kolmannen suodattimen läpäisevästä absorptiospektristä riippuen, voi kolmannen ilmaisimen tulostus olla myös herkkä arkin kosteu-20 den suhteen. Yhdistämällä ensimmäisen ilmaisimen tulostus painotetun keskiarvon mukaan toisen ja kolmannen ilmaisimen tulostuksiin, voidaan tuloksena saatua yhdistelmää käyttää paperirainan kosteuden arvioimiseen siten, että tämä arvio on riippumaton sekä paperirainan lämpötila- että pintapaino-25 vaihteluista.
« Näiden kolmen ilmaisimen tulostusten yhdistämiseen käytetyn kaavan kertoimet riippuvat esim. kaistanpäästösuodattimien tarkoista sijainneista absorptiospektrissä sekä näiden kais-30 tanpäästöalueiden leveydestä. Näiden kertoimien tarkat arvot voidaan määrittää empiirisesti mittaamalla kunkin kolmen ilmaisimen tulostukset lukuisissa lämpötiloissa ja pintapaineilla, jonka jälkeen valitaan kertoimet kaavaan, joka yhdistää nämä tulostukset siten, että tuloksena saadun tulos-35 tusten painotetun keskiarvon lämpötilaherkkyys minimoidaan.
Sen sijaan, että käytetään hyväksi kolmea erillistä infra-punailmaisintä ja sädekimpun jakajaa, voi kosteusanturin 7 95841 vastaanotinpuoli koostua yhdestä infrapunailmaisimesta ja mekanismista, jonka avulla kukin yllä kuvatusta kolmesta kaistanpäästöanturista vuorollaan sijoitetaan yksittäisen ilmaisimen eteen. Tällä kokoonpanolla määritetään ilmaisimen 5 tulostus eri aikoina, jotka vastaavat aikoja, jolloin kukin kolmesta suodattimesta on infrapunasädekimpun kulkuväylässä. Ilmaisimen tulostukset, jotka vastaavat aikoja, jolloin kukin kolmesta suodattimesta sijaitsee ilmaisimen edessä, yhdistetään yllä kuvattua, kolmesta ilmaisimesta koostuvaa 10 suoritusmuotoa vastaavalla tavalla, jotta saataisiin kos- teudenmittausmenetelmä, joka ei ole herkkä paperirainan läm-pötilamuutoksille.
Kuvio 1 esittää tämän keksinnön mukaisen lämpötilakompen-15 soidun kosteusanturin.
Kuvio 2 esittää kosteuspitoisen, keskivertopainoisen paperirainan infrapunaläpäisyspektrin.
20 Kuvio 3 esittää kostean, raskaan paperirainan infrapunalä-päisyspektrin.
Seuraavassa kuvataan tähän mennessä parhaiten tarkasteltua tapaa käyttää keksintöä. Kuvauksen tarkoituksena on valaista 25 keksinnön yleisiä periaatteita samanaikaisesti kuitenkin : keksintöä rajoittamatta. Keksinnön tarkoitus käy parhaiten ilmi oheisista patenttivaatimuksista.
Tämä keksintö käsittää kuviossa 1 esitetyn infrapunakosteus-30 anturin 10. Tätä laitetta käytetään mittaamaan paperirainan 12 kosteus ja kompensoimaan tätä mittausta automaattisesti ; sekä paperirainan 12 pintapaino- että lämpötilavaihtelujen suhteen. Kuviossa 1 esitetty laite käyttää mittauksen toteuttamiseen anturia 14, jonka voidaan kuvitella koostuvan 35 kahdesta osasta, lähetinosasta 16 ja vastaanotinosasta 18, jotka sijaitsevat paperirainan 12 vastakkaisilla puolilla.
„ 95841
Infrapunalähde 16 käyttää hehkulamppua 20 ja soikeaa heijastinta 22 johtaakseen infrapunasädekimpun 24 liikkuvan pape-rirainan 12 läpi. On edullista, mutta ei keksinnön puolesta välttämätöntä, että lähteestä 16 lähtevä infrapunasäteilyn 5 määrä ja säteily paperirainaan 12 moduloidaan tiettyyn taa-juteen. Tämä modulointi voidaan toteuttaa millä tahansa käytettävissä olevalla laitteella. Esimerkiksi, kuten kuviossa 1 on esitetty, voidaan ääniraudan 26 kärjet 28 sijoittaa infrapunasädekimpun 24 kulkuväylään. Värähtelevät kärjet 28 10 moduloivat infrapunasädekimpun 24, kun kärjet 28 liikkuvat joko sädekimpun 24 kulkuväylän eteen tai pois siitä. Vaihtoehtoisesti voidaan käyttää läpinäkyvää levyä (ei kuviossa) , jossa on lukuisia tasaisesti jakautuneita säteensuun-taisia rakoja ja jonka annetaan pyöriä sädekimpun kulku-15 väylässä siten, että sädekimppu joko kulkeutuu rakojen läpi tai törmää levyn läpinäkyvään osaan. Kummankin laitteen tapauksessa moduloidaan sädekimppu 24 tunnetulla taajuudella.
Syy sädekimpun moduloimiseen selostetaan alla.
20 Kuviossa 1 esitetyssä suoritusmuodossa on edullista, mutta ei keksinnön suhteen välttämätöntä, että sädekimppu voidaan heijastaa edestakaisin anturin 14 lähdepuolen 16 ja vastaan-otinpuolen 18 välillä ennenkuin se saapuu vastaanottimeen 18. Infrapunasädekimpun 24 toistuva heijastaminen lähteen 16 25 ja vastaanottimen 18 välillä siten, että sädekimppu kulkeu-: tuu lukuisia kertoja paperirainan 12 läpi, antaa tiettyjä etuja erittäin kevyiden paperien, kuten silkkipaperin, ja erittäin raskaiden paperilaatujen kosteuden mittaamisessa. Moninkertaisen heijastamisen etuja käsitellään tarkemmin US-30 patentissa 3,793,524, johon tässä viitataan ja jonka hakija on sama kuin tämän keksinnön. Sädekimppu 24 voidaan vaih-* toehtoisesti ohjata suoraan yhtenä sädekimppuna lähteestä 16 vastaanottimeen 18 siten, että sädekimppu 24 läpäisee paperirainan 12 vain yhden kerran.
Tämän keksinnön vastaanotinosa 18 käsittää sädekimpun jakajan 30, joka jakaa infrapunalähteesta 16 tulevan sädekimpun 24 kahdeksi sädekimpuksi, 32 ja 34. Kumpikin sädekimppu koh- I! 35 Q 95841 y distetaan erillisiin kaistanpäästösuodattimiin 40 ja 42, jotka sijaitsevat kunkin kahden sädekimpun kulkuväylässä välittömästi ennen lyijysulfidi-ilmaisimia 36 ja 38. Kukin suodatin 40 ja 42 valitaan siten, että se läpäisee tietyn 5 osan infrapunakaista-alueen infrapunasäteilystä. Suodattimien 40 ja 42 kaistanpäästöalueen ulkopuolelle jäävä säteily heijastuu näiden suodattimien kautta takaisin sädekimpun jakajaan 30 (esitetty kuviossa viitenumeroilla 44 ja 45) eikä täten saavuta näitä vertaus-tai mittausantureita 36 ja 10 38. Heijastettu sädekimppu 44 törmää kuitenkin sädekimpun jakajaan 30, joka ohjaa osan sädekimppua 44 kolmanteen suo-dattimeen 48. Osa infrapunasädekimpusta 32 heijastuu lisäksi suodattimesta 40 (kuten on esitetty kohdassa 45), jossa se kulkeutuu sädekimpun jakajan läpi yhdistyäkseen sädekimpun 15 44 osaan, jonka sädekimpun jakaja heijastaa suodatinta 48 kohden. Tämän keksinnön mukaisessa kosteusanturissa kohdistetaan siis yksittäinen sädekimppu vastaanottimeen 18, mutta vastaanottimen optiikka jakaa sädekimpun kolmeksi erilliseksi sädekimpuksi 32, 34 ja 44, jotka kukin mitataan eri in-20 frapunailmaisimissa 36, 38 ja 46.
Kunkin kolmen suodattimen 40, 42 ja 48 kaistanpäästöalue valitaan siten, että kuhunkin kolmeen ilmaisimeen 36, 38 ja 46 saapuvan säteilyn aallonpituudet ja sen myötä myös kunkin 25 ilmaisimen viesti, riippuu paperirainan pintapainosta, pape-rirainan kosteudesta ja paperirainan lämpötilasta. Käyttämällä näitä kolmea viestiä ja alla kuvattuja yhtälöjä laskee prosessinvalvontatietokone 50 jaksottain paperirainan 12 kosteuden. Kun anturin 14 lisäksi annetaan pyyhkäistä pape-30 ritehtaassa valmistettavan liikkuvan paperirainan 12 yli edestakaisin, voi tämän keksinnön mukainen laite muodostaa viestejä, jotka antavat viitteen paperirainan 12 kosteudesta sen eri pituus- ja leveyssuuntaisissa kohdissa. Näitä kos-teusmittauksia voidaan käyttää hyväksi erilaisten tunnettu-35 jen laitteiden 51 selektiivisessä valvonnassa lisäämään ja vähentämään paperirainan 12 eri osien kosteutta, jolloin saadaan paperiraina 12, jonka kosteus on tasainen sekä leveys- että pituussuunnassa.
ίο 95841
Kosteusmittausten tulosten perusteella voidaan kosteuden korjaus toteuttaa manuaalisesti. Useat nykyaikaiset paperitehtaat ovat kuitenkin hyvin pitkälle automatisoituja. Näissä tehtaissa syötetään tämän keksinnön anturista 18 saadut 5 viestit keskitettyyn prosessinvalvontatietokoneeseen 50, joka laskee paperirainan kosteusprofiilin kolmesta infra-punailmaisimesta 36, 38 ja 46 saatujen viestien perusteella, ja tuloksesta riippuen, aktivoi selektiivisesti jonkin lukuisista tunnetuista laitteista 51, jonka tehtävänä on muut-10 taa paperirainan 12 tiettyjen osien kosteuspitoisuutta. Paperirainan kosteusprofiilin muuttamiseen voidaan käyttää useita laitteita, käsittäen laitteet, kuten selektiivisesti hallittavat vesisuihkut paperirainan 12 tiettyjen osien kosteuden lisäämiseksi ja infrapunalämmittimet paperirainan 12 15 tiettyjen osien selektiiviseen kuivaamiseen.
Kuviossa 2-3 esitetään kosteuspitoisten keski- ja raskaspai-noisten paperirainojen infrapunaläpäisyspektrit 101. Kuten kuviossa 2 esitetään parhaiten, on infrapunasäteilyn absorp-20 tio tietyillä aallonpituuksilla tehokkaampaa kuin toisilla aallonpituuksilla. Spektrin lyhyemmillä aallonpituuksilla, ts. alle noin 1,9 mikronia, tapahtuva absorptio riippuu pääosin paperirainan kuitujen absorptiosta. Spektrin pidemmillä aallonpituuksilla, yli noin 1,9 mikronia, absorboi vesi si-25 tävastoin tehokkaammin infrapunasäteilyä kuin paperirainan kuidut. Paperirainan kosteuspitoisuus vaikuttaa siis pääosin spektrin pidemmistä aallonpituuksista koostuvaan osaan. Esimerkiksi veden absorptiohuippu (joka vastaa pienintä in-frapunaläpäisyä) saavutetaan noin 1,93 mikronin aallonpituu-30 della. Paperirainassa oleva vesi absorboi kuitenkin koko . infrapunaspektrin alueella, ainakin jossakin määrin.
Veden ja paperin infrapuna-absorptiospektri on erikoinen siinä suhteessa, että koko spektrin absorptio-ominaisuudet 35 siirtyvät lyhyemmille aallonpituuksille paperirainan lämpötilan noustessa ja pidemmille aallonpituuksille paperirainan lämpötilan laskiessa. Kostean paperiarkin infrapunaspektri korkeissa lämpötiloissa on kuvattu katkoviivalla 102 kuvi- J: li 95841 oissa 1 ja 2. Näissä kuvioissa oleva jatkuva viiva kuvaa samoja absorptio-ominaisuuksia, mutta pidemmillä aallonpituuksilla, sillä paperirainan lämpötila on alempi kuin katkoviivalla 102 kuvatun spektrin.
5 Tämän keksinnön tekniikalla, infrapunakaistanpäästösuodatti-mella 42 (kuvio 1) ja ilmaisimella 38 on kaistanpäästöalue 112 absorptiohuipun 106 jälkeisessä läpäisyspektrin lasku-kohdassa. Koska tämän suodattimen kaistanpäästöalue 112 on 10 lähellä absorptiohuippua 116, riippuu mittausilmaisimen 38 viesti suurissa määrin paperirainan 12 kosteudesta. Ilmaisimen viesti (jota tämän jälkeen kututaan MES-viestiksi) antaa karkean arvion paperirainan kosteudesta.
15 Etuna mittausilmaisimen 38 yhteydessä olevan suodattimen 42 kaistanpäästöalueen sijoittamisesta laskukohtaan on, että tällä aallonpituudella absorboituu vähemmän infrapunasätei-lyä kuin absorptiohuipun 116 kohdalla ja mittausilmaisin 38 vastaanottaa täten voimakkaamman infrapunaviestin. Koska 20 kaistanpäästöalue 112 samanaikaisesti kuitenkin sijaitsee läpäisyspektrin laskevassa osassa, on mittausilmaisimen viesti herkempi paperirainan lämpötilamuutoksille kuin siinä tapauksessa, että suodattimen 42 kaistanpäästöalue olisi keskitetty absorptiohuipun 106 kohdalle. Kaistanpäästöalueen 25 112 tulee edullisesti sijaita noin 1,85 ja 1,93 mikronin .· välillä.
Koska mittausilmaisimen 38 tulostus tulee olemaan herkkä paperirainan lämpötilavaihteluille, sisältyy tähän keksin-30 töön myös toinen infrapunailmaisin 46, johon kuuluu infra-punakaistanpäästösuodatin 48. Tästä ilmaisimesta 46 (jota ! tämän jälkeen kutsutaan lämpötilankorjausilmaisimeksi) saa tua viestiä käytetään korjaamaan mittausilmaisimen 38 kos-teusmittauksia paperirainan lämpötilavaihtelujen suhteen.
35 Tämän toisen kaistanpäästösuodattimen 48 kaistanpäästöalue voi olla jokin useasta vaihtoehdosta. Tämän lämpötilankor-jausilmaisimen 46 kaistanpäästösuodattimen 48 kaistanpäästöalue 108 sijoitetaan läpäisyspektrin 101 laskukohtaan siten, 12 95841 että lämpötilankorjausilmaisimen 46 viestin amplitudi on erittäin riippuvainen paperirainan lämpötilavaihteluista. Lämpötilankorjausilmaisimesta saadun viestin (jota tämän jälkeen kutustaan MCORR"-viestiksi) muutoksia käytetään kom-5 pensoimaan lämpötilasta aiheutuneita MES-viestin muutoksia. Joitakin mahdollisia tämän suodattimen kaistanpäästöalueita 108 esitetään kuviossa 2. Esimerkiksi CORR-kaistanpäästöalu-eet välillä 1,55 ja 1,67 mikronia esitetään vasemmalla kuviossa 2 ja CORR-kaistanpäästöalueet välillä 1,94 ja 1,98 10 mikronia esitetään oikealla kuviossa 2. Tässä kuviossa olevat varjostetut alueet esittävät näiden aallonpituusalueiden mahdolliset kaistanpäästöalueiden sijainnit.
Kun paperiraina 12 tulee painavammaksi, on CORR-viestin 15 kaistanpäästöaallonpituuksien valinta kuitenkin rajoitettua, kunnes kuviossa 3 esitetty tila saavutetaan. Kuviossa 3 esitetään kostean, raskaan paperiarkin läpäisyspektri 101. Tämän arkin suhteen muodostuu 1,6 mikronin ympärillä oleva läpäisyspektrin laskukohta edulliseksi suodattimen 48 kais-20 tanpäästöalueeksi 108.
Kuten yllä on mainittu, vaikuttaa paperirainan 12 pintapaino myös infrapuna-absorptiospektriin. Jotta saataisiin viesti, joka on pääosin riippuvainen paperirainan 12 pintapainosta, 25 sijoitetaan kaistanpäästösuodatin 40 ennen vertausviesti-ilmaisinta 36. Tämän suodattimen 40 kaistanpäästöalue 110 (kuviot 2 ja 3) sijaitsee infrapunaläpäisyspektrin 101 sellaisella alueella, jolla paperirainan kuidut pääosin absorboituvat. Esimerkiksi tässä edullisessa suoritusmuodossa on 30 kaistanpäästösuodattimen 40 kaistanpäästöalue aallonpituuksien noin 1, 7 ja 1,9 mikronin välillä. Tähän suodattimeen ‘1 40 liittyvä ilmaisin 36, jota kutsutaan vertausviesti-il maisimeksi, antaa tulostuksen, jonka amplitudi riippuu pääosin paperirainan 12, jonka läpi infrapunasädekimppu 24 kul-35 keutuu, paperikuitujen massasta pintayksikköä kohden. Kun paperirainan pintapaino kasvaa, vähenee paperirainan 12 läpäisevän infrapunasäteilyn määrä. Tästä vertausilmaisimesta 36 saatua viestiä (jota tämän jälkeen kutsutaan "REF"-vies-
II
13 95841 tiksi), kuten alla on kuvattu, käytetään kompensoimaan mitattua kosteusarvoa paperirainan 12 pintapainomuutosten suhteen. On erityisen suositeltavaa, että suodattimen 40 kais-tanpäästöalue sijaitsee sellaisessa infrapuna-absorptio-5 spektrin osassa, johon paperirainan kuidut pääosin vaikuttavat (ts. alle 1,9 mikronia), mutta joka ei myöskään ole herkkä paperirainan lämpötilavaihteluille, esimerkiksi lähellä kuviossa 2-3 esitettyä läpäisyhuippua 107, noin 1,83-1,85 mikronia.
10
Kuten aiemmin on mainittu, moduloivat ääniraudan 26 kärjet 28 infrapunalähteen 16 infrapunaenergian sinimuotoiseksi.
Kunkin infrapunailmaisimen 36, 38 ja 46 tulostus moduloidaan siis sinimuotoiseksi samalla taajuudella ja samassa vaihees-15 sa kuin mitatut infrapunasädekimput 32, 34 ja 44. Paperirai-nasta 12 itsestään ja muista ulkopuolisista lähteistä (ei kuviossa) tulee myös infrapunaenergiaa ilmaisimiin 36, 38 ja 42. Kukin ilmaisinviesti sisältää siis myös DC-komponentin.
20 Kunkin kolmen ilmaisimen 36, 38 ja 46 tulostukset siirretään viestinprosessointipiiriin 52. Tämä piiri on suunniteltu siten, että se suodattaa pois DC-komponentin ilmaisinviesteistä. Suodatetut ilmaisinviestit johdetaan vaihesynkronoivaan demodulointipiiriin, joka sisältyy viestinprosessointipii-25 riin 52. Vaihesynkronoivan demodu1aattorin tarkoituksena on Λ suodattaa pois ilmaisimien 36, 38 ja 46 viestien muutokset, jotka eivät johdu paperirainan 12 vaihtelevasta infrapuna-absorptiosta. Esimerkiksi 60 Hz:n linjahurina ilmaisinvies-teissä suodatetaan pois demodulaattoripiirissä, kuten alla 30 kuvataan.
·; Merkkiaalto-oskillaattori 54 käyttää ääniraudan 26 kärkiä 28 ääniraudan resonanssitaajuudella. Tämän merkkiaalto-oskillaattorin 54 tulostus konvertoidaan ensin suorakulmaiseksi 35 aalloksi, jonka taajuus ja vaihe ovat samat kuin äänirautaa 26 käyttävien merkkiaaltojen. Suorakulmaisen aallon tulostus 53 syötetään viestiprosessointipiirin 52 vaihesynkronisoi-vaan demodulaattoriosaan yhdessä kustakin kolmesta infrapu- 14 95841 nailmaisimesta 36, 38 ja 46 saatujen viestien kanssa. Infra-punailmaisimien 36, 38 ja 46 viestit moduloidaan tietenkin samalla taajuudella ja samassa vaiheessa kuin oskillaattorin 54 tulostus. Demoduloimalla kunkin ilmaisimen 36, 38 ja 46 5 tulostukset suorakulmaisella aallolla, jonka taajuus ja vaihe ovat samat kuin äänirautaoskillaattorin 54 tulostus, ja laskemalla useamman demoludoidun tulostuksen keskiarvo, suodattaa tämän keksinnön mukainen kosteusanturi 10 pois il-maisinviesteissä esiintyvät muutokset, jotka johtuvat ulko-10 puolisten infrapunasädelähteiden intensiteetin muutoksista tai ulkopuolisista viesteistä, kuten 60 Hz:n verkkojännit-teestä. Tämä suodatustekniikka, jossa käytetään vaihesyn-kronisoivaa demodulointipiiriä, on hyvin tunnettu. Ulkopuolisista lähteistä tai verkkojännitteestä ilmaisimiin 36, 38 15 ja 46 tulevan infrapunaenergian intensiteetin muutokset aikaansaisi tietenkin virheellisen kosteusmittauksen.
Kustakin ilmaisimesta tulevan kunkin demoduloidun viestin keskimääräinen amplitudi antaa viitteen paperirainan läpäis-20 seen infrapunasäteilyn määrästä kuhunkin ilmaisimeen liittyvän suodattimen kaistanpäästöalueen puitteissa. Keskimääräisten amplitudien ja demoduloitujen ilmaisinviestien amplitudi mitataan viestinprosessointipiirissä, digitalisoidaan ja syötetään prosessinvalvontatietokoneeseen 50. Tämä tieto-25 kone 50 laskee paperirainan 12 kosteuden käyttäen hyväksi *: alla kuvattuja yhtälöitä ja menetelmiä. Laskennan tuloksena saatu paperirainan kosteusarvo antaa viitteen paperirainan 12 kosteudesta paperirainan lämpötilasta ja pintapainosta riippumatta.
30
Tietokone yhdistää digitalisoidut ilmaisinamplitudiviestit, ·; jotta saataisiin paperirainan 12 kosteutta indikoiva, jonkin usean yhtälön mukainen tulostus. Nämä yhtälöt yhdistävät kunkin ilmaisinviestin amplitudeja indikoivat arvot, jotta 35 saataisiin näiden kolmen arvon painotettu keskiarvo. Näiden yhtälöiden painottavat kertoimet ovat riippuvaisia kunkin suodattimen kaistanpäästöalueen leveydestä ja sijainnista absorptiospektrissä 101. Kertoimien arvot valitaan empiiri- li ib 95841 sesti, jotta saataisiin ilmaisinviestiarvojen painotettu keskiarvo, joka on mahdollisimman epäherkkä lämpötilan ja pintapainon vaihteluille. Eräs tämänhetkinen edullinen kosteuden laskenta tehdään seuraavasti: 5
Veden suhdeluku Rl, joka on karkea arvio veden painosta pa-perirainan pintayksikköä kohden, saadaan kaavasta Rl = REF/MES. Toinen suhdeluku R2, johon paperirainan lämpötila vaikuttaa, lasketaan seuraavasti: R2 = REF/CORR. REF- tai 10 vertausarvo, kuten yllä on mainittu, on pääosin herkkä paperirainan pintapainon suhteen, kun sen sijaan MES- tai mittausarvo on pääosin herkkä paperirainan kosteuden suhteen.
CORR- tai korjausarvo riippuu paperirainan lämpötilasta.
15 Suhdeluvut Rl ja R2 yhdistetään kolmanneksi suhdeluvuksi RT, joka indikoi paperirainan kosteusmäärän, mutta joka ei lainkaan ole herkkä paperirainan lämpötilan suhteen. Kuten yllä on mainittu, riippuu arvojen Rl ja R2 yhdistämiseen käytetty tarkka kaava ilmaisinviestejä tuottamaan valituista aallon-20 pituuksista. Mikäli valittu CORR-aallonpituus on erittäin herkkä paperiarkin kosteuden suhteen, esimerkiksi mikäli CORR-aallonpituus valitaan, kuten kuviossa 2 on esitetty, noin 1,97 mikronin paikkeilla, on RT = Rl + C1MR2-C2). Tämä kaava kuvaa RT-arvoa, vesipitoisuusindikaattoria, joka on 25 yhtä kuin Rl, lämpötilaherkkä veden suhdeluku, ynnä termi .* C1*(R2-C2), joka on lämpötilakompensointisuhdeluvun R2 funk tio. Toisin sanoen, RT on yhtä kuin kahden lämpötilaherkän suhdeluvun Rl ja R2 painotettu keskiarvo, joka muuttuu eri tavoin lämpötilan mukaan. Kuviossa 2 esitetyssä tapauksessa, 30 jossa REF-suodatin sijaitsee lähellä 1,85 mikronia, MES-suo-datin lähellä 1,9 mikronia ja CORR-suodatin lähellä 1,97 .· mikronia, vaihtelevat suhdeluvut Rl ja R2 vastakkaisin etu merkein. Tämä tarkoittaa sitä, että toinen suhdeluku kasvaa, kun toinen pienenee.
Ylläolevassa RT-arvon yhtälössä ovat Cl ja C2 kertoimia, jotka valitaan siten, että RT-arvon lämpötilariippuvuus minimoidaan. Rl on arvoltaan noin 1, kun paperiraina on täysin 35 ie 95841 kuiva. Samalla tavoin on R2 arvoltaan noin 1, kun paperirai-na on täysin kuiva. Kuivan paperirainan R2-arvo voi kuitenkin jonkin verran poiketa arvosta 1, sillä REF- ja CORR-aal-lonpituudet voivat olla niin erillään aallonpituusspektris-5 sä, että kuivan paperin absorbointi näillä aallonpituuksilla poikkeavat toisistaan. Asettamalla kuitenkin C2-arvo täysin kuivan paperiarkin R2-arvon mukaan, tulee RT-arvo olemaan yhtä kuin Rl-arvo paperiarkin ollessa kuiva.
10 Cl- ja C2-arvojen optimaaliset arvot määritetään MES-, REF-ja CORR-viestien lukemista käyttämällä kosteuspitoisia pape-rinäytteitä, jotka suljetaan kahden lasilevyn väliin. Lasin tehtävänä ei pelkästään ole ylläpitää vakiota kosteutta paperiarkeissa mittauksen aikana, vaan toimia termisenä massa-15 na, joka ylläpitää arkkien lämpötilan tarpeeksi kauan, jotta olisi mahdollista suorittaa useampia mittauksia huonelämpötilan ylittävissä laskevissa lämpötiloissa. Jotta tämä voitaisiin toteuttaa, lämmitetään lasiin suljettuja arkkeja ensin. Lasiin suljettujen arkkien infrapunaläpäisymittauksia 20 tehdään tämän jälkeen jaksottain lasiin suljettujen arkkien lämpötilan laskiessa. Kun Rl- ja R2-suhdelukujen arvot eri lämpötiloissa on saatu, voidaan Cl- ja C2-arvot valita siten, että RT-arvon herkkyys lämpötilavaihtelujen suhteen minimoidaan.
25 ’·' Toinen tällä hetkellä edullinen yhtälö vesipitoisuusindi- kaattoria varten, jota käytetään, kun CORR-arvo on herkkä paperirainan kosteuden suhteen, on: RT = 1/2(Cl(Rl-Dl)+C2-(R2-D2)). Tässä yhtälössä ovat Dl ja D2 vakioita, joiden 30 arvot ovat yhtä kuin kuivan arkin Rl- ja R2-arvot anturin sijaintikohdan keskilämpötilassa tai keskilämpötilan paikkeilla. Kaupallisessa paperinvalmistuksessa toteutetaan monet paperirainan prosessivaiheet korotetuissa lämpötiloissa. Arkin lämpötilan keskiarvo anturin sijaintikohdassa on usein 35 yli huonelämpötilan. Kuten yllä käsitellyn kaavan mukaan, valitaan Cl ja C2 siten, että RT-arvon herkkyys paperirainan lämpötilavaihtelujen suhteen minimoidaan.
Il 17 95841
Mikäli CORR-aallonpituus ei ole kovin herkkä arkin vesipitoisuuden suhteen, suositellaan yllä kuvatuista yhtälöistä poikkeavaa yhtälöä. Esimerkiksi mikäli CORR-kaistanpäästö-alue sijaitsee 1,6 mikronin kohdalla, on RT = Rl*(l + 5 Cl*(R2-C2)). Kuten ensimmäiseksi kuvatussa kaavassa, laskee tämä kolmas kaava RT-arvon, vesipitoisuusarvon, joka on yhtä kuin Rl, lämpötilaherkkä veden suhdeluku, ynnä termi C1*(R2-C2), joka on lämpötilakompensoivan suhdeluvun R2 funktio.
Mutta koska CORR-viesti tässä tapauksessa ei ole herkkä palo perirainan kosteuden suhteen, kertoo tämä toinen kaava termin Cl*(R2-C2) arvolla Rl painottaakseen Cl*(R2-C2)-korjaus-kertoimen paperirainan vesimäärän mukaan. Lisäksi, kuten yllä kuvatuissa kaavoissa, valitaan Cl ja C2 empiirisesti siten, että RT-arvon herkkyys paperirainan lämpötilavaihte-15 luiden suhteen minimoidaan.
Prosessinvalvontatietokone 50 voi laskea veden painon pin-tayksikköä kohden minkä tahansa yllä mainitun kaavan mukaan käyttämällä lineaarista yhtälöä WW = A*RT + D, jossa A ja D 20 ovat lineaarisen yhtälön määrittämän käyrän kaltevuus ja korkeuserotus ja WW on arkin veden paino pintayksikköä kohden. Paperiarkin prosentuaalinen kosteus voidaan laske tästä viimeisestä yhtälöstä käyttämällä paperirainan pintayksikkö-kohtaisen painon apumittausta, BW. Paperirainan prosentuaa-25 linen kosteus lasketaan siis prosessinvalvontatietokoneen 50 avulla kertomalla 100*WW/BW.
Tämän keksinnön laitteen kolme suoritusmuotoa on kuvattu.
Nykyaikaisen automatisoidun paperitehtaan prosessinvalvonta-30 tietokone voi näiden kolmen suoritusmuodon avulla mitata liikkuvan paperirainan kosteuden lukuisissa kohdissa paperi -• rainan pituus- ja leveyssuunnassa. Kosteusmittaukset kompen soidaan paperirainan lämpötila- ja pintapainovaihtelujen suhteen. Paperitehtaan prosessinvalvontatietokone voi näiden 35 lämpötila- ja pintapainokompensoitujen mittausten avulla selektiivisesti aktivoida erilaisia ennestään tunnettuja laitteita paperirainan eri osien kosteuden lisäämiseksi tai vähentämiseksi, jotta voitaisiin tuottaa korkealaatuista 1β 95841 paperia, jonka kosteus on tasainen. Kuten yllä on mainittu, voidaan esimerkiksi vesisuihkuja ja infrapunalamppuja käyttää paperirainan kosteuden valvomiseen.
5 Alalla toimiva henkilö ymmärtää yllä mainitusta, että optisesta järjestelmästä ja tässä kuvatuista prosesseista voidaan tehdä useita muunnelmia keksinnön sisällöstä ja tarkoituksesta kuitenkaan poikkeamatta. Esimerkiksi anturin vas-taanotinpuolen suodattimien kaistanpäästöalueiksi voidaan 10 valita muut kuin kuvioissa 2-3 esitetyt. Yhtälöitä voidaan myös muuttaa tai modifioida. Esimerkiksi yhtälössä RT = Rl + Cl*(R2-C2), voidaan termi C1*C2, joka saadaan kertomalla nämä kaksi vakiota, poistaa. Täysin kuivan arkin RT-arvo ei siinä tapauksessa ole 1, mutta RT-arvo on kuitenkin yhtä 15 epäherkkä paperirainan lämpötilavaihtelujen suhteen. Lisäksi voidaan tehdä infrapunaläpäisymittauksia neljässä tai useammassa infrapunaläpäisyspektrin erillisessä aallonpituusjaksossa ja yhdistää nämä mittaukset painotetuksi keskiarvoksi, jolloin saadaan arvo, joka antaa viitteen paperirainan kos-20 teudesta, joka yhdistelmä on erpäherkkä paperirainan lämpötila- ja pintapainovaihtelujen suhteen. Keksintöä ei siis ole rajoitettu tässä kuvattuihin erityisiin suoritusmuotoihin.

Claims (9)

95841 19
1. Paperirainan kosteusanturi, joka käsittää infrapunasä-teilylähteen (16), josta johdetaan infrapunasädekimppu (24) paperirainan (12) läpi, sekä ilmaisimen (18; 30, 40, 42, 48; 5 36j 38, 46) rainan läpäisevän sädekimpun infrapunasäteilyn määrän ilmaisemiseksi ensimmäisellä (112) ja toisella (110) infrapunaspektrin (101) aallonpituusalueella, jossa mainittu ensimmäinen alue (112) on infrapunasäteilyä, joka on pääosin herkkä infrapunasädekimpun kulkuväylällä olevalle kosteudel-10 le, ja toinen alue (110) on infrapunasäteilyä, joka on pääosin herkkä infrapunasädekimpun kulkuväylällä olevalle pape-rikuidun määrälle, tunnettu siitä, että ilmaisin on lisäksi järjestetty ilmaisemaan rainan (12) läpäisevän säteen (24) infrapunasäteilyn määrä kolmannella infrapunaspektrin (101) 15 aallonpituusalueella (108), jossa säteilyn määrä riippuu paperirainan lämpötilasta, ja että anturi käsittää elimet (50) rainan kosteuden määrittämiseksi käyttäen kustakin infrapunaspektrin (101) mainituista ensimmäisestä (112), toisesta (110) ja kolmannesta (108) alueesta ilmaistua infra-20 punasäteilyn määrää.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen paperirainan kosteusanturi, tunnettu siitä, että ensimmäinen alue (112) sijaitsee absorptiospektrin (101) alueella noin 1,85-1,93 mikronia, 25 toinen alue (110) sijaitsee aallonpituusalueella noin 1,83-·. 1,85 mikronia ja kolmas alue (108) sijaitsee alueella noin 1,94-1,98 mikronia.
3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen paperirainan kosteusan-30 turi, tunnettu siitä, että ensimmäinen alue (112) sijaitsee absorptiospektrissä (101) aallonpituusalueella noin 1,85-·. 1,93 mikronia, toinen alue (110) sijaitsee aallonpituusalu eella noin 1,83-1,85 mikronia ja kolmas alue (108) sijaitsee alueella noin 1,55-1,67 mikronia. 35
4. Menetelmä paperirainan kosteuden säätämiseksi, jossa (a) johdetaan infrapunasädekimppu (24) paperirainan (12) läpi; 20 9 5 8 41 (b) siirretään sädekimppua (24) paperirainan (12) suhteen; (c) mitataan paperirainan (12) läpäisevän sädekimpun (24) infrapunasäteilyn määrä ensimmäisellä (112) ja toisella (110) erillisellä infrapunaspektrin (101) alueella, joista 5 mainittu ensimmäinen alue (112) sijaitsee infrapunaläpäisy-spektrin (101) veden absorptiohuipun (107) viereisellä kaltevalla alueella, ja toinen alue (110) sijaitsee infrapuna-läpäisyspektrin (101) sellaisessa osassa, jonka pääosin pa-perikuidut absorboivat, 10 tunnettu siitä, että (d) mitataan paperirainan (12) läpäisevän sädekimpun (24) infrapunasäteilyn määrä infrapunaspektrin (101) kolmannella alueella (108), joka sijaitsee läpäisyspektrin kaltevalla alueella, joka on erillään mainituista ensimmäisestä (112) 15 ja toisesta (110) alueesta ja jossa rainan (12) läpäisseen infrapunasäteilyn määrä riippuu rainan lämpötilasta; (e) lasketaan, tietokoneen (50) avulla, paperirainan (12) eri osien kosteus käyttämällä hyväksi infrapunaspektrin (101) ensimmäisen (112), toisen (110) ja kolmannen (108) 20 alueen infrapunaläpäisymittauksia; ja (f) muutetaan ainakin yhden paperirainan (12) osan kosteutta (51) kosteuspitoisuuslaskennan perusteella.
5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu sii-25 tä, että tietokone (50) laskee kosteuden seuraavan kaavan ·-' mukaan: RT = Rl + Cl*(R2-C2), jossa Rl = REF/MES, R2 = REF/CORR,
30 Cl ja C2 ovat vakioita, ja MES-arvo viittaa ensimmäisen alueen (112) infrapunamit-V . taukseen, REF-arvo viittaa toisen alueen (110) infrapunamit- taukseen ja CORR-arvo viittaa kolmannen alueen (108) infra-punamittaukseen. 35
6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tietokone (50) laskee kosteuden seuraavan kaavan mukaan: 21 95841 RT = Rl*(1 + Cl(R2-C2)), jossa Rl = REF/MES, R2 = REF/CORR, Cl ja C2 ovat vakioita, ja MES-arvo viittaa ensimmäisen alu-5 een (112) infrapunamittaukseen, REF-arvo viittaa toisen alueen (110) infrapunamittaukseen ja CORR-arvo viittaa kolmannen alueen (108) infrapunamittaukseen.
7. Patenttivaatimuksen 5 mukainen menetelmä, tunnettu siilo tä, että se käsittää lisäksi Vaiheen, jossa, tietokoneen (50) avulla, lasketaan paperirainan (12) veden paino käyttämällä lineaarista yhtälöä WW = A*RT+D, jossa A ja D ovat lineaarisen yhtälön kulmakerroin ja korkeuserotus ja WW on paperirainan (12) veden paino pintayksikköä kohden. 15
8. Patenttivaatimuksen 6 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että se käsittää lisäksi vaiheen, jossa lasketaan, tietokoneen (50) avulla, paperirainan (12) veden paino käyttämällä lineaarista yhtälöä WW = A*RT+D, jossa A ja D ovat 20 lineaarisen yhtälön kulmakerroin ja korkeuserotus ja WW on paperirainan (12) veden paino pintayksikköä kohden.
9. Patenttivaatimuksen 4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että tietokone (50) laskee kosteuden seuraavan kaavan 2. mukaan: RT = 1/2 (Cl(Rl-Dl)+C2 (R2-D2) ) , jossa Rl = REF/MES, R2 = REF/CORR, Cl, C2, Dl ja D2 ovat vakioita, ja MES-arvo viittaa ensim-30 mäisen alueen (112) infrapunamittaukseen, REF-arvo viittaa toisen alueen (110) infrapunamittaukseen ja CORR-arvo viit-·; taa kolmannen alueen (108) infrapunamittaukseen.
FI880728A 1987-02-17 1988-02-16 Paperirainan kosteusanturi sekä menetelmä paperirainan kosteuden säätämiseksi FI95841C (fi)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FI945745A FI97571C (fi) 1987-02-17 1994-12-07 Paperirainan kosteusanturi ja menetelmä rainan kosteuden säätämiseksi

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US1487087 1987-02-17
US07/014,870 US4928013A (en) 1987-02-17 1987-02-17 Temperature insensitive moisture sensor

Publications (4)

Publication Number Publication Date
FI880728A0 FI880728A0 (fi) 1988-02-16
FI880728A FI880728A (fi) 1988-08-18
FI95841B FI95841B (fi) 1995-12-15
FI95841C true FI95841C (fi) 1996-03-25

Family

ID=21768252

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI880728A FI95841C (fi) 1987-02-17 1988-02-16 Paperirainan kosteusanturi sekä menetelmä paperirainan kosteuden säätämiseksi

Country Status (7)

Country Link
US (1) US4928013A (fi)
EP (1) EP0279743B1 (fi)
JP (1) JP2595283B2 (fi)
KR (1) KR880010326A (fi)
CA (1) CA1289219C (fi)
DE (1) DE3854164T2 (fi)
FI (1) FI95841C (fi)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4823008A (en) * 1987-11-05 1989-04-18 Process Automation Business, Inc. Apparatus and methods employing infrared absorption means to measure the moisture content of heavy grades of paper
US5124552A (en) * 1991-01-28 1992-06-23 Measurex Corporation Sensor and method for measuring web moisture with optimal temperature insensitivity over a wide basis weight range
JP2967888B2 (ja) * 1991-09-03 1999-10-25 井関農機株式会社 近赤外分光分析による温度推定法
US5338361A (en) * 1991-11-04 1994-08-16 Measurex Corporation Multiple coat measurement and control apparatus and method
US5276327A (en) * 1991-12-09 1994-01-04 Measurex Corporation Sensor and method for mesaurement of select components of a material
DE69232697T2 (de) * 1991-12-09 2003-02-06 Measurex Corp., Cupertino Sensor und methode zur messung ausgewählter bestandteile eines materials
US5270546A (en) * 1992-04-29 1993-12-14 Mpb Technologies Inc. Method and apparatus for non-contact, rapid and continuous moisture measurements
DE4314046C2 (de) * 1993-04-29 1995-02-23 Claus G Dipl Ing Wandres Verfahren und Vorrichtung zum Entfernen von an Oberflächen anhaftenden Partikeln durch ein Wischelement
AUPM533094A0 (en) 1994-04-27 1994-05-19 Commonwealth Scientific And Industrial Research Organisation Methods and apparatus for determining a first parameter(s) of an object
US6104987A (en) * 1997-10-03 2000-08-15 The Nash Engineering Company System for monitoring dryer drum temperatures
GB2395784B (en) * 1999-06-23 2004-07-28 Patrick Toomey Water detection and source identification methods for structures using electromagnetic radiation spectroscopy
WO2000079235A1 (en) * 1999-06-23 2000-12-28 Patrick Toomey Water detection and source identification methods for structures using electromagnetic radiation spectroscopy
US6452679B1 (en) 1999-12-29 2002-09-17 Kimberly-Clark Worldwide, Inc. Method and apparatus for controlling the manufacturing quality of a moving web
DE10108517A1 (de) * 2001-02-22 2002-08-29 Voith Paper Patent Gmbh Feuchtequerprofil
DE10305598A1 (de) * 2003-02-11 2004-08-19 Voith Paper Patent Gmbh Messverfahren und Messeinrichtung zur Bestimmung des Feuchtigkeitsgehaltes einer Materialbahn
US7265351B2 (en) * 2003-12-02 2007-09-04 Mpb Communications Inc. Method and apparatus for non-contact and rapid determination of liquid content
US7088456B2 (en) * 2004-04-24 2006-08-08 Honeywell International Inc. Thin film thickness measurement using multichannel infrared sensor
US7291856B2 (en) * 2005-04-28 2007-11-06 Honeywell International Inc. Sensor and methods for measuring select components in moving sheet products
US7494567B2 (en) 2005-12-15 2009-02-24 Honeywell Asca Inc. Combined paper sheet temperature and moisture sensor
US7859668B2 (en) 2005-12-15 2010-12-28 Honeywell International Inc. Apparatus and method for illuminator-independent color measurements
US8017927B2 (en) * 2005-12-16 2011-09-13 Honeywell International Inc. Apparatus, system, and method for print quality measurements using multiple adjustable sensors
US7688447B2 (en) 2005-12-29 2010-03-30 Honeywell International Inc. Color sensor
US7573575B2 (en) 2005-12-29 2009-08-11 Honeywell International Inc. System and method for color measurements or other spectral measurements of a material
US7592608B2 (en) * 2008-01-22 2009-09-22 Honeywell International Inc. Apparatus and method for measuring and/or controlling ultraviolet-activated materials in a paper-making process
US8049892B2 (en) * 2008-01-22 2011-11-01 Honeywell International Inc. Apparatus and method for camera-based color measurements
US8401809B2 (en) 2010-07-12 2013-03-19 Honeywell International Inc. System and method for adjusting an on-line appearance sensor system
US9481777B2 (en) 2012-03-30 2016-11-01 The Procter & Gamble Company Method of dewatering in a continuous high internal phase emulsion foam forming process
US9201018B2 (en) 2013-12-23 2015-12-01 Honeywell Asca Inc. Optimized spatial resolution for a spectroscopic sensor
US9891164B2 (en) * 2015-08-27 2018-02-13 Honeywell Limited Holmium oxide glasses as calibration standards for near infrared moisture sensors
US10422742B2 (en) * 2017-10-18 2019-09-24 The Boeing Company Moisture detection system
US10656081B2 (en) 2017-10-18 2020-05-19 The Boeing Company Synchronized phased array and infrared detector system for moisture detection
CN114960262A (zh) * 2022-07-27 2022-08-30 启东亦大通自动化设备有限公司 基于光学检测的风干机智能调节方法

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1498895B1 (de) * 1964-02-03 1970-01-22 Mahlo Heinz Dr Ing Anordnung zur Regelung der Feuchtigkeit von laufendem Gut,insbesondere einer Textilbahn
US3405268A (en) * 1965-03-12 1968-10-08 Brun Sensor Systems Inc Radiant energy absorption gage for measuring the weight of a base material and the content of a material sorbed by the base material
US3641349A (en) * 1969-09-29 1972-02-08 Measurex Corp Method for measuring the amount of substance associated with a base material
US3662170A (en) * 1970-05-21 1972-05-09 Beloit Corp Method and apparatus for measuring the thickness moisture profile of fibrous webs
IT982680B (it) * 1972-04-10 1974-10-21 Infra Systems Inc Sistema di misura mediante radia zione infrarossa
US3793524A (en) * 1972-09-05 1974-02-19 Measurex Corp Apparatus for measuring a characteristic of sheet materials
US3851175A (en) * 1972-10-27 1974-11-26 Measurex Corp Moisture gauge with opacity type compensation
US3879607A (en) * 1973-03-28 1975-04-22 Measurex Corp Method of measuring the amount of substance associated with a base material
GB1601578A (en) * 1977-10-25 1981-10-28 Reed International Ltd Moisture profile control
DE2910673C2 (de) * 1979-03-19 1985-08-08 Paul Lippke Gmbh & Co Kg, 5450 Neuwied Verfahren zum berührungslosen Messen des absoluten Gehaltes eines Stoffes(Beisubstanz) in einer die Form eines dünnen Filmes aufweisenden Mischung(Hauptsubstanz und Beisubstanz) mehrerer Stoffe, insbesondere zum Messen des absoluten Gehaltes von Wasser in Papier
JPS60620B2 (ja) * 1979-05-21 1985-01-09 横河電機株式会社 紙の水分量を測定する方法および装置
PH25720A (en) * 1982-09-30 1991-09-18 Beloit Corp Method, apparatus for controlling the moisture profile of a paper web in paper-making machine
DE3336659C2 (de) * 1982-10-12 1993-10-07 Sentrol Systems Ltd Meßgerät zum Bestimmen des Profils des Feuchtigkeitsgehalts einer Materialbahn quer zu ihrer Laufrichtung
SU1182353A1 (ru) * 1983-12-16 1985-09-30 Центральный научно-исследовательский институт хлопчатобумажной промышленности Способ определени влажности листового материала
JPS60135752A (ja) * 1983-12-23 1985-07-19 Yokogawa Hokushin Electric Corp マイクロ波水分計
US4577104A (en) * 1984-01-20 1986-03-18 Accuray Corporation Measuring the percentage or fractional moisture content of paper having a variable infrared radiation scattering characteristic and containing a variable amount of a broadband infrared radiation absorber
US4769544A (en) * 1984-06-01 1988-09-06 Measurex Corporation System and process for measuring fiberglass
JPS6153549A (ja) * 1984-08-23 1986-03-17 Chino Works Ltd 光学的測定装置
US4766315A (en) * 1986-07-14 1988-08-23 Accuray Corporation Apparatus and process for measuring physical parameters of sheet material

Also Published As

Publication number Publication date
DE3854164T2 (de) 1996-03-07
FI880728A (fi) 1988-08-18
JPS63298030A (ja) 1988-12-05
EP0279743B1 (en) 1995-07-19
JP2595283B2 (ja) 1997-04-02
FI95841B (fi) 1995-12-15
KR880010326A (ko) 1988-10-08
DE3854164D1 (de) 1995-08-24
EP0279743A2 (en) 1988-08-24
CA1289219C (en) 1991-09-17
FI880728A0 (fi) 1988-02-16
EP0279743A3 (en) 1990-05-23
US4928013A (en) 1990-05-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FI95841C (fi) Paperirainan kosteusanturi sekä menetelmä paperirainan kosteuden säätämiseksi
US5124552A (en) Sensor and method for measuring web moisture with optimal temperature insensitivity over a wide basis weight range
CA2007275C (en) Coating weight measuring and control apparatus and method
FI81203B (fi) Foerfarande och anordning foer maetning av vattenhalt.
US5276327A (en) Sensor and method for mesaurement of select components of a material
US5235192A (en) Sensor and method for measurment of select components of a material based on detection of radiation after interaction with the material
US4879471A (en) Rapid-scanning infrared sensor
CA1313774C (en) System and method for measurement of traveling webs
US6074483A (en) Coating weight measuring and control apparatus and method
WO1993008925A1 (en) Multiple coat measurement and control
CA2633236A1 (en) Combined paper sheet temperature and moisture sensor
JP6771498B2 (ja) 近赤外線水分センサのための較正基準としての酸化ホルミウムガラス
US6183561B1 (en) Coat weight measuring and control apparatus
FI97571C (fi) Paperirainan kosteusanturi ja menetelmä rainan kosteuden säätämiseksi
CA2125578C (en) Sensor and method for measurement of select components of a material
SU1004878A1 (ru) Способ определени влажности волокнистого листового материала

Legal Events

Date Code Title Description
BB Publication of examined application
FG Patent granted

Owner name: MEASUREX CORPORATION