JP2009516166A - 濃度測定用振動伝送器 - Google Patents

Abstract

本発明は振動製造装置から吊下された、ブレード等の形状を有する測定体（１）を備えた、パルプ懸濁液の濃度を直接的に測定するための伝送器に関する。ブレード（１’）等の形状を有する該測定体（１）は、その両側面（９、10）が横方向に波形の形状を有し、＋−２〜８ｍｍの所定の振幅を有して20〜80 Hzの振動数で振動することができ、剪断力と、繊維網を通る液体の流れへの抵抗力とを組み合わせて測定することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明はあらゆるパルプ懸濁液の繊維濃度測定用振動伝送器に関する。

繊維の濃度を測定するのに、現在では、多数の異なる測定原理が採用されている。最も頻繁に用いられるのが、回転する剪断力測定器（回転する測定体）、伝送測定用及び反射測定用光学伝送器、マイクロ波測定器、並びに剪断力測定用の静ブレード及び動ブレード伝送器（処理管路の長手方向に配置されるブレード（刃）の形状をした測定体）である。最初の３つの型の測定器は、より要求の多い測定に使用され、要求の少ない測定に従来から使用されている最後のブレード伝送器よりも高価である。

例えば、世界的に近年需要が増しているリサイクル繊維の取り扱いにおいて、新しい問題が起こっており、その結果として、測定伝送器に新しい要求がなされている。原繊維、リサイクル繊維、微細繊維片、充填剤等の懸濁液の含有量が大きく変化しており、最も明らかであるのが、多くの場合において回収されている懸濁液の剪断力が比較的小さいことである。しかしながら、リサイクル繊維が存在しない処理工程におけるように、高い価格帯の伝送器を配設するための必要条件をあまり満たしていないと考えられ、そのような伝送器を配設することが適切ではない使用環境も数多くある。剪断力のレベルが低いことに係る問題は、当然のことながら、低濃度領域で最も顕在化する。この結果として、静ブレードを用いるのであれ、動ブレードを用いるのであれ、ブレード伝送器の配設は、濃度が１〜４％の範囲では、時にはより濃度が高い範囲でも、感度に関して明らかな問題を有している。濃度が１％未満では、ブレード伝送器は、通常、全く感度を有さないか、極めて小さな感度しか有さず、この場合は光学伝送器が使用される。より濃度が高い領域、即ち、４％以上の領域では、実際の測定装置使用目的に応じた測定の感度と正確さとに対する要求に基づいて、伝送器が選択される。そして、測定装置の選択はかなり多岐に亘り、原理的には、先に示した全部の型の測定装置が使用可能になる場合がある。

振動測定伝送器は、それ自体、新しいものではない。単なる粘度測定のためには、何年にも亘って、数多くのこのような装置が設計されて特許出願されてきた。粘度測定の場合においては、この測定原理は良好な結果を与えてきており、処理業界において一定の地位を獲得してきた。しかしながら、７０年代に、この良好な結果を紙パルプ業界におけるブレード伝送器型の剪断力測定器に用いようとしたところ、予想していなかった問題が起こり、現在では、繊維の濃度測定器においてこの測定原理は採用されていない。前記問題の１つは、使用された高振動周波数に起因し、他の問題の１つは測定体（ブレード）の設計に起因するものであった。

測定周波数が比較的高いとブレードの動き（振幅）が大きく制限される。前記試みにおいては、振幅を0.1〜１ｍｍに設定したが、この値は、ブレード表面に形成される水膜を考慮すると十分ではない。ある状況下では、水膜は何倍にも大きくなることがある。この時の技術者には水膜を形成し得る要因についての知識があり、ブレードの両側面が長手方向に延在する境界を有して設計されていたが、ある状況下では、この境界が依然として水膜の形成に寄与してしまい、測定結果を狂わせてしまっていた。

８０年代には、また別の動ブレード伝送器原理が導入され、この方法においては、測定体が２〜３秒の間隔で繊維の網を通る動きを与えた。この方法は現在に至っても成功裡に使用されている。しかしながら、特にリサイクル繊維を取り扱う場合において、濃度の低い領域における先に記載した問題がある。

本発明の目的は、比較的高い値段とすることなく、１〜４％の範囲のリサイクル繊維での使用において、満足の行く方法で濃度測定を行う伝送器を市場に提供することである。リサイクル繊維以外の繊維及び前記濃度の範囲外での使用においても、本発明の伝送器が優れた性能を示すのは明らかである。

本発明の別の目的は、部分的に未知である様々な組成を有する懸濁液における任意のパルプ濃度について、出力信号の相違を最小限にすることである。

本発明の特徴は添付の請求項に記載されている。

添付の図面を参照しながら、好ましい態様の助けを借りて、本発明をより詳細に記載する。

本発明は、懸濁液中で測定体が高い振動数で振動し、懸濁液の繊維の濃度に応じて振動の振幅が変化することに基づいている。振幅は繊維の濃度に反比例し、信号処理の後に計算されて測定された濃度の出力信号として示される。

図１に示されているように、懸濁液に導入された測定体１は、支持機構２と弾性シール部材３に吊下支持されたブレード１’の形状をしており、対向する位置にあるバネシステム４と、コイル及び磁石５を有する励起システムとによって位置を定められている。この測定体は、電子操作機器６から固定的に印加される正弦電流によって、その装置にとって通常の自己共振範囲である、30〜60 Hzの振動数で発振する。測定体の振幅は線形位置検出センサ７によって測定され、計算されて、電子ユニット８において電気出力信号として示される。この測定体の振動動作は、純水中で＋−５ｍｍ、最大＋−８ｍｍであり、パルプの濃度の増大と共に減少する。ある濃度では、振動動作は非常に小さくなり、生じた水膜が破れることが保証できなくなる。このような事態を避けるために、伝送器には異なる濃度領域用に大きさの異なる複数のブレードを備えることができる。測定体として使用するブレードの態様例が図２と図３とに示されている。波形の側面９、10が液体を脈動させて懸濁液を通して流すのに効果的な結果を与えている。第一の態様によるブレード１’が示す波形は図２から明らかであり、これによると、ブレードは、角が取れて十分に丸くなった波頭と波谷とを有する正弦波状の断面を有している。一方、図３の態様に示されるものは、その断面が、ほんのわずかだけ丸めた波頭と波谷とを有する鋸歯形の先端形状をしている。

本発明における振動測定体１の形状と振幅とによって、剪断力測定と繊維網を通る液体の流れに対する抵抗力の測定とを組み合わせることが可能になる。振幅が比較的大きい場合は、測定体の上方及び下方の境界が、測定体を覆うことがよくある水膜のみならず、繊維網を常に切り開くことを保証する。図２及び３に示されている測定体１の波形側面９及び10は、液体を脈動させて繊維網及び懸濁液を通して流す。測定に影響を与える他の力もあるが、前記２つの力が最も大きな影響力を持つものである。

繊維が長い純パルプの品質については、剪断力は大きいが、繊維網を通る液体の流れに対しては比較的小さな抵抗を発生する。一方、例えば、リサイクル繊維の懸濁液の場合、状況は逆である。充填剤、微細断片、リサイクル繊維、及び少量の原繊維は、低剪断力であるが、繊維網を通り抜ける水の流れに対しては大きな抵抗を示す。測定によると、ある任意の濃度と様々なパルプの品質に対して、出力信号の相違は、他のブレード伝送器を用いた場合に比べてかなり小さくなる。品質が変化した時に伝送器を再較正する必要が少なくなるので、使用者にとって、これは明らかな利点である。しかしながら、原材料と季節とに応じてパルプの組成が未知の方法で変化することがあるので、これすら可能ではない場合がある。

本発明によると、測定体１は、継続的に供給される力と発振振動数とによって、その測定体に特有の振動数で振動するようになる。振動の振幅を測定すると、繊維濃度が低い場合に感度が最高で、繊維濃度が高い場合に感度が最低であるという利点があることがわかる。剪断力が濃度とは逆の感度曲線を有しているので、その結果、曲線の形状を数学的に調節することなく、より直線的な測定信号を得ることができる。図４を参照されたい。通常、適切な振動数は30〜60 Hzであり、振動の振幅は＋−５ｍｍである。圧力の脈動的低下に起因して、測定体１の表面に集まってくる酸素を放出する泡を生成することなく、繊維網を通して液体を最大限に輸送するために、振幅と振動数とを正しく選択することは非常に重要である。極端な場合には、振動数は20〜80 Hzにも亘る場合があり、また、水中での振幅初期値が＋−８ｍｍになる場合もある。

図４のグラフには、一例として、繊維濃度の関数として振幅が逆比例することが示されている。最も高い感度は繊維の濃度が約１％〜約４％である場合である。図示されている例において、水中での振幅の値が＋−５ｍｍであれば、濃度１％での振幅が約＋−4.5ｍｍになり、濃度４％での振幅が約＋−0.5ｍｍになる。この例においては、濃度が４％を越える場合は水膜によって測定がうまくいかず、また、濃度が１％未満である場合は感度が低くなってしまうので、より大きな測定範囲を伝送器に持たせることは適切ではない。

ブレードの形状をした測定体を有する、本発明による伝送器の断面図である。 ブレードの形状をした測定体であって、両側面が角を取って丸くした波頭と波谷とを有する波形である第一の態様の横断面図である。 ブレードの形状をした測定体であって、尖った形状の波頭と波谷とを有する波形を示す別の態様の横断面図である。 測定体の振動の振幅が被測定懸濁液の繊維濃度とがどのような関係を有するかを示すグラフである。

Claims (5)

1. 振動製造装置から吊下された、ブレード等の形状を有する測定体（１）を備えた、パルプ懸濁液の濃度を直接的に測定するための伝送器であって、ブレード（１’）等の形状を有する該測定体（１）の両側面（９、10）が横方向に波形の形状を有し、＋−２〜８ｍｍの所定の振幅を有して20〜80 Hzの振動数で振動することができ、剪断力と、繊維網を通る液体の流れへの抵抗力とを組み合わせて測定することのできる伝送器。
2. 前記波形の形状を有する両側面（９、10）の断面が、角を取って丸くした波頭と波谷とを長手方向に有する正弦波形であること特徴とする、請求項１に記載の伝送器。
3. 前記波形の形状を有する両側面（９、10）の断面が、わずかに丸めた波頭と波谷とを有する鋸歯形の波形であること特徴とする、請求項１に記載の伝送器。
4. 前記測定体（１）が、30〜60 Hzの好ましい振動数、及び＋−５ｍｍの振幅で振動乃至発振することを特徴とする、請求項１に記載の伝送器。
5. 前記伝送器が、支持機構（２）と弾性シール部材（３）に吊下支持され、同時に、対向する位置にあるバネシステム（４）と、コイル及び磁石（５）を有する励起システムとによって位置を定められる測定体（１）を有し、電子操作機器（６）から固定的に印加される正弦電流によって、通常の自己共振範囲である 30〜60 Hzの振動数で発振することを特徴とする、請求項１又は２に記載の伝送器。

Images