NO146451B

NO146451B - DEVICE FOR MEASURING THE MOISTURE CONTENT IN A MOVING PAPER

Info

Publication number: NO146451B
Application number: NO1609/72A
Authority: NO
Inventors: John Joseph Howarth
Original assignee: Measurex Corp
Priority date: 1971-05-06
Filing date: 1972-05-05
Publication date: 1982-06-21
Also published as: CA947106A; JPS587938B1; DE2221993A1; FI56078C; FI56078B; CH553977A; SU772499A3; NO146451C; DE2221993B2; GB1367193A

Description

Foreliggende oppfinnelse vedrører et apparat av den art som er angitt i kravets ingress. The present invention relates to an apparatus of the type specified in the preamble of the claim.

Instrumenter for måling av fuktighetsinnholdet i et banemateriale så som papir som fremstilles ved hjelp av en papirmaskin er vel kjent i teknikk. Normalt omfatter måleinstru-mentet en infrarød strålingskilde som sender ut stråling i to spektral-bånd. Referansebåndet, som f.eks. er 1,8 um rettes mot papiret og transmisjonen gjennom papiret eller refleksjonen fra papiret er en funksjon av visse parametre for papiret. Det er kjent at stråling med bølgelengden 1,8 p er relativt ufølsomt overfor papirets fuktighetsinnhold. Imidlertid produserer strålingskilden også stråling i spektralbåndet som omfatter 1,94 um hvilket ligger innenfor absorbsjonsbåndet for vannet som er tilstede i papiret. Således er den mengde av infrarødt lys eller stråling som passerer gjennom eller reflekteres ved en bølgelengde av 1,94 p en funksjon av både papiret og fuktighetsinnholdet i papiret. Instruments for measuring the moisture content of a web material such as paper produced by a paper machine are well known in the art. Normally, the measuring instrument comprises an infrared radiation source which emits radiation in two spectral bands. The reference band, such as is 1.8 µm directed at the paper and the transmission through the paper or the reflection from the paper is a function of certain parameters of the paper. It is known that radiation with a wavelength of 1.8p is relatively insensitive to the moisture content of the paper. However, the radiation source also produces radiation in the spectral band comprising 1.94 µm which lies within the absorption band for the water present in the paper. Thus, the amount of infrared light or radiation that passes through or is reflected at a wavelength of 1.94 p is a function of both the paper and the moisture content of the paper.

De spesielle detaljer ved et fuktighetsmålings-instrument The special details of a moisture measuring instrument

som anvender den foregående teknikk er omtalt nærmere i U.S. patent nr. 3.641.349.. which utilizes the foregoing technique is discussed in more detail in U.S. Pat. patent no. 3,641,349..

Selv om tidligere fuktighetsmålere gav nøyaktige målinger av fuktigheten.i tykkere papir, har det i praksis ikke vært mulig under drift' å måle fuktigheten i tynnere papir, slik som silkepapir e.l. Den eneste anvendbare teknikk har vært å ta en prøve fra produksjonen og bestemme fuktighetsinnholdet i laboratoriet. Denne teknikk muliggjør åpenbart nok ingen fast kontroll av fuktigheten i papiret under frem-stillingsprosessen. Måling av ekstremt tykt papir har også vært vanskelig p.g.a. den relative ugjennomtrengelighet som papiret utviser overfor stråling. Although previous moisture meters gave accurate measurements of the moisture in thicker paper, in practice it has not been possible during operation to measure the moisture in thinner paper, such as tissue paper etc. The only applicable technique has been to take a sample from production and determine the moisture content in the laboratory. Obviously, this technique enables no firm control of the moisture in the paper during the manufacturing process. Measuring extremely thick paper has also been difficult due to the relative impermeability of the paper to radiation.

Siden en papirmaskin er begrenset i produksjonshastighet Since a paper machine is limited in production speed

ved sin tørkekapasitet, kan det være ønskelig å begrense fuktigheten til et minimum. På den annen side er visse typer av papir mer økonomiske å fremstille med en maksimal by its drying capacity, it may be desirable to limit the humidity to a minimum. On the other hand, certain types of paper are more economical to produce with a maximum

fuktighet. moisture.

Andre problemer med måling av fuktighet inkluderer følsom-heten av måleapparatet overfor forskjellige papirtyper. Other problems with measuring moisture include the sensitivity of the measuring device to different types of paper.

Det ovenfor nevnte US-patent tilveiebringer.en løsning for 'dette problem. Målingen er også påvirket av fibersammensetning i papiret. For eksempel innvirker den kjemiske sam-mensetning eller mekaniske maling av fiberen på nåværende måleteknikk. The above-mentioned US patent provides a solution to this problem. The measurement is also influenced by the fiber composition in the paper. For example, the chemical composition or mechanical grinding of the fiber affects current measuring techniques.

Det er derfor et hovedformål ved den foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe et forbedret apparat for måling av fuktighet i banemateriale, særlig papir. It is therefore a main purpose of the present invention to provide an improved apparatus for measuring moisture in web material, especially paper.

Et annet formål ved oppfinnelsen er å tilveiebringe et apparat som angitt ovenfor som er svært følsomt overfor fuktighetsinnholdet i papir med lav flatevekt. Another object of the invention is to provide an apparatus as indicated above which is very sensitive to the moisture content of paper with a low basis weight.

Et annet formål ved oppfinnelsen er å tilveiebringe et apparat som angitt ovenfor og som er ufølsomt for varierende flatevekt og fibersammensetning ved måling av fuktighetsinnholdet. Another object of the invention is to provide an apparatus as stated above which is insensitive to varying basis weight and fiber composition when measuring the moisture content.

I samsvar med de ovenfor nevnte formål er det tilveiebragt et apparat for måling av en fuktighet i en papirbane, og som e r særpreget ved det som er angitt i kravets karakteriserende del. Fig. 1 viser et delvis perspektivbilde av et apparat for måling av fuktigheten i papiret, ifølge oppfinnelsen; In accordance with the above-mentioned purposes, an apparatus has been provided for measuring a humidity in a paper web, and which is characterized by what is stated in the characterizing part of the claim. Fig. 1 shows a partial perspective view of an apparatus for measuring the moisture in the paper, according to the invention;

Fig. 2 viser et forenklet tverrsnittsbilde langs linjen 2-2 Fig. 2 shows a simplified cross-sectional view along the line 2-2

i fig. 1; in fig. 1;

Fig. 3 viser et tverrsnittsbilde langs linjen 2-2 i fig. 2; Fig. 4 viser en alternativ utførelsesform av fig. 2; Fig. 5 og 6 viser diagrammer som illustrerer forbedringen, ifølge oppfinnelsen, overfor det som tidligere er kjent. Fig. 3 shows a cross-sectional view along the line 2-2 in fig. 2; Fig. 4 shows an alternative embodiment of fig. 2; Fig. 5 and 6 show diagrams illustrating the improvement, according to the invention, compared to what is previously known.

Som omtalt i det ovenfor nevnte US-patent, kan en karakteristikk av et banemateriale som fremstilles av en papirmaskin måles ved å plassere en strålingsdetektor og en strålings-' kilde på en vogn, en bærer el.l. Vognen avsøker, i en tverr-retning, mens banen beveges i en maskinretning. As discussed in the above-mentioned US patent, a characteristic of a web material produced by a paper machine can be measured by placing a radiation detector and a radiation source on a carriage, a carrier or the like. The carriage scans, in a transverse direction, while the web is moved in a machine direction.

Fig. 1 illustrerer en avsøkeranordning 10 som. omfatter et rammeverk 11 som har et par adskilte øvre og nedre parallelle bjelker 12, 13 som strekker seg på tvers av banematerialet eller papiret som er indikert med 14. Papiret 14 går gjennom avsøkeranordningen 10 i den retning som er vist ved hjelp av pilen 16. Øvre og nedre måleinstrumenthoder 17, 18 er tilveiebragt på rammeverket 11 og beveger seg i langs-gående retning i forhold til rammeverket og på tvers av papirarket 14. Fig. 1 illustrates a scanner device 10 which. comprises a frame 11 having a pair of separate upper and lower parallel beams 12, 13 which extend across the web material or paper indicated by 14. The paper 14 passes through the scanner device 10 in the direction shown by arrow 16. Upper and lower measuring instrument heads 17, 18 are provided on the framework 11 and move in the longitudinal direction in relation to the framework and across the paper sheet 14.

Papirhanen 14 går spesielt gjennom en åpning 19 som er dann-et av papirstyrerne 17a og 18a. " Det nedre målehodet 18 inne-holder en strålingskilde som" utsender stråling som fettes mot papiret 14. Intensiteten av denne stråling etter at den er blitt attenuert av papiret 14 avføles av en strålingsdetektor som er inkludert i måleinstrumenthbdet 17. The paper tap 14 passes in particular through an opening 19 which is formed by the paper guides 17a and 18a. The lower measuring head 18 contains a radiation source which emits radiation which is applied to the paper 14. The intensity of this radiation after it has been attenuated by the paper 14 is sensed by a radiation detector which is included in the measuring instrument head 17.

Det foregående er skjematisk illustrert i fig. 2, hvor i ett plan, papirstyreren 17a inkluderer en åpning 21 som er koblet til en detektor og papirstyreren 18a inkluderer en åpning 22 som er koblet til en strålingskilde. Når fuktighetsinnholdet i papiret måles, vil det anvendes en infrarød kilde som omfatter bølgelengdene 1,8 pm og 1,94 um. The foregoing is schematically illustrated in fig. 2, where in one plane, the paper guide 17a includes an opening 21 which is connected to a detector and the paper guide 18a includes an opening 22 which is connected to a radiation source. When the moisture content of the paper is measured, an infrared source will be used which includes the wavelengths 1.8 pm and 1.94 um.

Som omtalt ovenfor er anvendelsen av disse bølgelengder ved måling av fuktighetsinnhold i papir vel kjent innenfor tek-nikkens stand. En strålingskilde og detektor og deres med-følgende åpninger 21 og 22 er forskjøvet en distanse A fra hverandre på den måte som er indikert i retning av de i ett plan parallelle styrere 17a, 18a. As discussed above, the use of these wavelengths when measuring moisture content in paper is well known within the state of the art. A radiation source and detector and their accompanying apertures 21 and 22 are offset a distance A from each other in the manner indicated in the direction of the coplanar parallel guides 17a, 18a.

Hver an styrerne 17a og 18a omfatter et difust reflekterende belegg på sine planoverflater for å reflektere strålingen difust fra strålingskilden. Dette er indikert i fig. 3 hvor styreren 18a omfatter et reflekterende belegg 23, og like-ledes har styreren 17a et reflekterende belegg 24. Et slikt belegg er forstrinnsvis meget hardt, med god refleksjonsgrad og svært polert. Dette tilveiebringer - en lett rengjørbar overflate, og for noen anvendelser kan overflatene av papirstyrerne 17a og 18a være anodisert aluminium. Each of the guides 17a and 18a comprises a diffuse reflective coating on its plane surfaces to diffusely reflect the radiation from the radiation source. This is indicated in fig. 3 where the guide 18a comprises a reflective coating 23, and the guide 17a likewise has a reflective coating 24. Such a coating is preferably very hard, with a good degree of reflection and highly polished. This provides an easily cleanable surface, and for some applications the surfaces of the paper guides 17a and 18a may be anodized aluminum.

Stråling fra kilden når detektoren ved hjelp av et noe kompli-sert sett av baner 26, hvilket er delvis illustrert ved hjelp av de,prikkede linjene. Stråling støter i begynnelsen - mot papiret 14, hvor en del av strålingen passerer gjennom og en del reflekteres av papiret. Overflatene 23 og 24 re-flekterer igjen denne stråling tilbake til papiret hvor den gjennomgår den samme prosess av delvis transmisjon og reflek-sjon. Radiation from the source reaches the detector by means of a somewhat complicated set of paths 26, which is partially illustrated by means of the dotted lines. Radiation strikes at the beginning - against the paper 14, where part of the radiation passes through and part is reflected by the paper. The surfaces 23 and 24 in turn reflect this radiation back to the paper where it undergoes the same process of partial transmission and reflection.

Det gjennomsnittlige antall ganger strålingen passerer gjennom papiret i sine baner fra kilden til detektoren kan lett kontrolleres ved å justere geometrien av apparatet. På The average number of times the radiation passes through the paper in its paths from the source to the detector can be easily controlled by adjusting the geometry of the apparatus. On

denne måte kan papiret simuleres til å virke tykkere enn det er. In this way, the paper can be simulated to appear thicker than it is.

Det er blitt funnet at fuktighetsfølsomheten øker opp til en spesiell papir- eller flatevekt, og at over denne kri- It has been found that moisture sensitivity increases up to a particular paper or surface weight, and that above this critical

tiske verdi forblir følsomheten praktisk talt konstant. For således å tilveiebringe ufølsomhet overfor flatevekt, simuleres en flatevekt som er høyere enn den kritiske verdi. tical value, the sensitivity remains practically constant. In order to thus provide insensitivity to surface weight, a surface weight higher than the critical value is simulated.

Fig. 5 illustrerer forholdet mellom fuktigheten og det infra-røde strålingsforhold. Den opptrukne linjen viser den relativt store følsomhet som oppnås ved den foreliggende oppfinnelse, hvor, ved anvendelse av overflatene 23 og 24 og for-skyvningen av kilden og detektoren, strålingen bevirkes til å følge flere baner som krysser gjennom papiret 14 flere ganger for å tilveiebringe de<*>n større følsomheten som illustrert i fig. 5. Den større stigningen av den opptrukne linjen sammenlignet med de prikkede linjer indikerer graden av større følsomhet. De prikkede linjer i fig. 5 represen-terer et typisk tidligere kjent apparat som kun detekterer bare relativt store forandringer i fuktigheten. Denne relativt ufølsomme prikkede-linje-karakteristikk tilveiebringes i det normale fuktighetsmålingsapparat under forutsetning av tynne banematerialer slik som f.eks. silkepapir e.1., idet den store mengde av stråling fra kilden passerer gjennom banematerialet kun en gang på vei til den innstillede detektor (i motsetning til å være forskjøvet). Således blir strålingen ikke i tilstrekkelig grad attenuert eller påvirket av et slikt banemateriale. Fig. 5 illustrates the relationship between the humidity and the infrared radiation ratio. The solid line shows the relatively high sensitivity achieved by the present invention where, by the use of the surfaces 23 and 24 and the displacement of the source and detector, the radiation is caused to follow multiple paths that traverse the paper 14 multiple times to provide the<*>n greater sensitivity as illustrated in fig. 5. The greater slope of the solid line compared to the dotted lines indicates the degree of greater sensitivity. The dotted lines in fig. 5 represents a typical previously known device which only detects relatively large changes in humidity. This relatively insensitive dotted-line characteristic is provided in the normal moisture measuring apparatus under the assumption of thin web materials such as e.g. tissue paper e.1., as the large amount of radiation from the source passes through the path material only once on its way to the tuned detector (as opposed to being shifted). Thus, the radiation is not sufficiently attenuated or affected by such a track material.

For å gi en indikasjon på fuktighetsinnholdet er apparatet standardisert og kalibrert for å tilveiebringe det virkelige vanninnhold i papiret. En slik standardisering og kalibrer-ing er fullt omtalt i det tidligere omtalte U.S. patent nr. 3.641.349. Imidlertid omfatter den i korte trekk anvendelsen av et filter som simulerer et kjent fuktighetsinnhold for periodisk å oppdatere kalibreringen. To give an indication of the moisture content, the device is standardized and calibrated to provide the real water content of the paper. Such standardization and calibration is fully discussed in the previously mentioned U.S. Pat. patent No. 3,641,349. However, it briefly involves the application of a filter that simulates a known moisture content to periodically update the calibration.

Teknikken ifølge den foreliggende oppfinnelse i tillegg til The technique according to the present invention in addition to

å overvinne vanskelighetene som oppstår for tynne papirbaner, gjør måleapparatet mindre følsomt overfor andre parametre for papirbanen som måles slik som dets flatevekt og fibersammensetning. Dette er illustrert i fig. 6 hvor den opptrukne linjen igjen er den av den foreliggende oppfinnelse tilveiebragte karakteristikk av flatevekten i forhold til det mottatte forhold av 1,8 og 1,94 pm stråling. overcoming the difficulties encountered with thin paper webs makes the measuring apparatus less sensitive to other parameters of the paper web being measured such as its basis weight and fiber composition. This is illustrated in fig. 6 where the solid line is again the characteristic provided by the present invention of the surface weight in relation to the received ratio of 1.8 and 1.94 pm radiation.

De prikkede kurvene illustrerer tidligere kjente teknikker hvor enten flatevekten av papiret eller fibersammensetningen virket som en parameter som bevirket et uriktig resultat med mindre det ble tatt i betraktning. Således er den foreliggende oppfinnelse også fordelaktig ved måling av tykkere mat-erialer hvor hittil når fuktighetsinnholdet ble målt, flatevekten var en parameter i disse målinger. I den foreliggende oppfinnelse er flatevektparameteren eliminert. Det samme er tilfelle for fibertyper hvor, f.eks., massetypen ville innvirke på fuktighetsmålingen, enten massen er frem-stilt ad kjemisk vei eller ad mekanisk vei. Under henvis-ning til fig. 2 igjen er det også blitt funnet at både for-skyvningsdistansen A mellom kilden og detektoren og åpnings-bredden 19 mellom platestyrerne er relativt ukritiske, for-utsatt at den kritiske forøkning m.h.t. effektiv flatevekt er blitt overskredet. Foretrukkede avstander, for de fleste papir, er 5>08 cm med en åpning lik 1,27 cm. The dotted curves illustrate prior art techniques where either the basis weight of the paper or the fiber composition acted as a parameter causing an incorrect result unless taken into account. Thus, the present invention is also advantageous when measuring thicker materials where until now, when the moisture content was measured, the surface weight was a parameter in these measurements. In the present invention, the basis weight parameter is eliminated. The same is the case for fiber types where, for example, the pulp type would influence the moisture measurement, whether the pulp is produced chemically or mechanically. With reference to fig. 2 again, it has also been found that both the displacement distance A between the source and the detector and the opening width 19 between the plate guides are relatively uncritical, provided that the critical increase with respect to effective surface weight has been exceeded. Preferred distances, for most paper, are 5>08 cm with an opening equal to 1.27 cm.

Fig. 4 illustrerer alternative utførelsesformer av kilden og detektoren som er betegnet S og D, hvilke er koblet til åpninger 28 og 29 resp. i en papirstyrer 30. Åpningene er imidlertid på samme side av -banematerialet 14 sammenlignet med de motstående sider som i fig. 2. En forskyvning A er fremdeles tilstede. Hvis en difust reflekterende papirstyrer 31 tilveiebringes som illustrert med en difust reflekterende overflate 32, tilveiebringes det strålings-strålebaner 33 hvor de krysser og re-krysser gjennom papiret 14 for således begge å bli spredt og absorbert på samme måte som omtalt i forbindelse med utførelsesformen i fig. 2. Fig. 4 illustrates alternative embodiments of the source and detector designated S and D, which are connected to openings 28 and 29 respectively. in a paper guide 30. However, the openings are on the same side of the web material 14 compared to the opposite sides as in fig. 2. A displacement A is still present. If a diffuse reflective paper guide 31 is provided as illustrated with a diffuse reflective surface 32, radiation beam paths 33 are provided where they cross and re-cross through the paper 14 to thus both be scattered and absorbed in the same manner as discussed in connection with the embodiment in fig. 2.

Claims

1. Apparatus for measuring the moisture content of a moving (paper) web (14, 14'), comprising at least one radiation source (K), which emits radiation in two different spectral ranges towards the web material and where the beam in one spectral range is partially absorbed by water and the track material, while the beam in the other spectral range is partially absorbed by the track material alone, a radiation detector (D) which registers radiation in both spectral ranges and converts these into analogue electrical signals, the ratio of which is a function of the moisture content of the track material and where the detector (D) in relation to to the source (K) is arranged on the same or opposite side of the web material, characterized in that the detector (D) is offset by a distance (A) in relation to the radiation source (K), and that on each side of the paper tap in the area diffusely reflecting surfaces are arranged between the source (K) and the detector (D).