SE443236B - Forfarande for metning och reglering av koncentrationen foretredesvis hos en fibersuspension, medelst en i suspensionen upphengd, svengbar fena samt anordning for genomforande av forfarandet - Google Patents

Description

8401950-4 en tätning mot mediet. På grund av flödeshastigheten i rörledningen uppstår ett.skärkraftsmoment på fenan, vil- ket omvandlas till en standardiserad utsignal, pneuma- tisk eller elektrisk. Momentomvandlarna arbetar antingen 5 enligt vägbalansprincipen eller enligt kraftbalansprin- cipen. Det är alltså fenans mot flödet exponerade fram- kant som skär genom fiberflödet och ger skärkraftsmo- mentet. Eftersom arbetsprincipen kräver att mediet är i rörelse är det lätt att inse att en viss, oönskad flödes- l0 känslighet uppträder. Tillverkarna har försökt lösa detta problem genom tillgripande av mer eller mindre sofistike- rade utformningar av fenan. Resultatet av dessa ansträng- ningar varierar men den allmänna uppfattningen är.att flö- desberoendet hos statiska givare är ett av tre dominerande 15 problemområden för gruppen som helhet. Följden har blivit att tillverkarna anger relativt snäva flödesområden, 0,5- 3 m/s förekommer och i något fall så snävt som 0,3-1,5 m/s, inom vilka givarna kan användas. För att erhålla ett flöde inom dessa gränser måste i vissa fall uppkoning eller ned- 20 koning av rörledningen göras, vilket avsevärt fördyrar in- stallationen. Nästa problemområde är också betingat av mätprincipen då fenorna i regel är relativt utrymmeskrä- vande och upptar i en rörledning med 100 mm diameter 80- 9S% av denna. Pluggbildning i rörledningen eller större 25 fasta föremål som rör sig med fiberflödet skadar alltsom- oftast fenan och dess upphängning. Fenans framkant kan ju icke skyddas med avbärare placerade för nära fenan, efter- som mätresultatet då äventyras. En mindre avbärare, som skyddar fenans upphängningsaxel, brukar dock finnas integ- 30 rerad i konstruktionen. Effektiva dämpsystem gör vissa fabrikat mindre vibrationskänsliga än andra.

Inledningsvis anges att roterande givare ger högre käns- lighet för koncentrationsändringar. Detta är ett allmännt accepterat faktum och den viktigaste orsaken till att nâ- 35 gon större konkurrens mellan grupperna ej förekommer. Den l0 15 20 25 30 8401950-4 högre relativa hastighetsskillnaden mellan sensor och fi- bernätverk hos roterande givare ger trots sensorns ringa storlek en högre momentnivå som i sin tur resulterar i högre känslighet och bättre signal/brusförhâllande. Speci- ellt märkbart blir detta vid låga koncentrationer. Medan statiska givare kan användas ned till l,S-1,75% koncentra- tion kan de roterande ofta mäta nere i koncentrationsområ- det 0,8-1%. För att en jämförelse mellan roterande tiska givare skall bli rättvis bör även nämnas att priset för en statisk givare är 3-4 gånger lägre än för en rote- rande. x Ändamålet med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett nytt förfarande och en ny anordning för mätning av inled-- ningsvis nämnt slag medelst en i suspensionen ledbart upp- hängd, svängbar fena, vilken med sin fria ände eller bakre kant bringas att pivotera mellan två ändlägen i suspension- en för åstadkommande av ett förutbestämt vinkelutslag. Det för förfarandet enligt uppfinningen väsentligen utmärkande är härvid att fenan svänger intermittent och med en konstant kraft åtminstone i mätriktingen i suspensionen mellan de bägge ändlägena med en slaglängd som medför att fenans fria ände genombryter i suspensionen befintligt fibernätverk och tidmätning görs då fenans fria ände tillryggalägger sträckan från dess första ändläge eller viloläge till dess andra änd- läge, vilken tid utgör en funktion av koncentrationen och varierar i beroende av fenans skärkraftsmotstånd genom fiber- suspensionen under dess vinkelutslag och således i beroende av koncentrationen fasta ämnen i suspensionen. Anordningen för genomförande av förfarandet enligt uppfinningen innefatt- ar förutom fenan organ för aktivering av denna via en upp- hängningsaxel kring en lagring samt en tidmätningsanordning.

Det för anordningen enligt uppfinningen väsentligen utmärk- ande är härvid att fenans aktiveringsorgan består av ett magnetsystem beläget vid upphängningsaxelns fria ände och anordnat att pivotera fenan med dess fria ände eller bakre 8401950-4 10 15 20 25 30 35 kant med en frekvens av l,0 - 0,2 Hz mellan de bägge änd- lägena i suspensionen och åstadkomma ett förutbestämt vink- elutslag samt att tidmätningsanordningen är anordnad att mäta tiden under en förutbestämd del av vinkelutslaget vid fenans rörelse från dess första ändläge eller viloläge till dess andra ändläge, vilken tid utgör en funktion av koncen- trationen och varierar i beroende av fenans skärkraftsmot- stånd genom fibersuspensionen under dess vinkelutslag och således i beroende av koncentrationen fasta ämnen i suspen- sionen.

Tack vare uppfinningen åstadkommes nu ett förfarande och en anordning, som eliminerar de begränsningar och nackdelar kon- ventionella statiska givare uppvisar. Fenan enligt uppfinn- ingen täcker endast en inre del av det rörtvärsnitt den är monterad och är helt skyddad av en framför densamma anordnad avbärare. Enligt uppfinningen är vidare flödesberoendet min- dre tack vare en heltäckande avbärare och genom att fenan svänger intermittent, varför inga s k "hålrum" efter fenan kan uppstå i suspensionen. Fenans slaglängd i suspensionen är så stor att dess fria ände genombryter i suspensionen be- fintligt fibernätverk och således det vattenskikt som alltid finns mellan fibernätverket och fenan varigenom fêñêfl Vid sin rörelse mäter de skärkrafter som uppstår då den slår ge- nom fibernätverket i suspensionen. Genom användning av ett dykspolesystem som kraftkälla för fenan slår denna alltid med konstant kraft över hela sitt slag under mätningen så att bara själva skärkraften registreras. Fenans egen relativarör- else gentemot fibernätverket gör attflödeshastighetsområdet kan ökas nedåt, flödesområdet blir i vissa koncentrationsom- råden 0,l5 - 5 m/s (vid fenlängd 0,15). åstadkommer högre känslighet för koncentrationsändringar in- om koncentrationsområdet 1,5 - 3 %. Slutligen ärävibrations- Den aktiva fenan känslighetenlåg tack vare att fenan är aktiv under en mycket kort tid, 0,04 - 2,0 % av totaltiden samt är i sitt ändläge eller vilolägelåst aven magnetkraft samtidigtscm antalet 10 15 20 25 30 8401950-4 rörliga delar är färre än hos andra givare.

Uppfinningen beskrives närmare nedan under hänvisning till bifogade ritning, på vilken Fig. l visar delvis i snitt en-anordning enligt föreliggan- de uppfinning monterad i en rörledning, Fig. 2 visar en schematisk sidovy av den i Fig. l visade optiska läsgaffeln, Fig. 3 visar en sidovy av en fena, Fig. 4 visar en vy underifrån av den i Fig. 3 visade fenan, Fig. 5 visar ett snitt längs linjen A-A genom den i Fig. 3 visade fenan, - Fig. 6 visar en sidovy av en alternativ utföringsform av fena enligt uppfinningen, Fig. 7 visar en vy underifrån av den i Fig. 6 visade fenan, Fig. 8 visar ett snitt längs linjen B-B genom den i Fig. 6 visade fenan, Fig. 9 visar en sidovy av en alternativ utföringsform av fenan enligt föreliggande uppfinning, Fig. l0visar ett snitt längs linjen C-C genom den i Fig. 9 visade fenan, Fig. llvisar en sidovy av en alternativ utföringsform av fenan enligt föreliggande uppfinning samt _ Fig. l2visar en vy underifrån av den i Fig. ll visade fe- nan .

I Fig. l visas en givaranordning enligt föreliggande upp- finning delvis i snitt,monterad i en rörledning, vilken anordning innefattar en i suspensionen ledbart upphängd, svängbar fena- Fenan 1 är mindre än hos statiska givare och upptar endast 30-40% av fördiametern i en ledning med diametern 100 mm. Hela fenans l främre ände 16 skyddas av en strömlinjeformad avbärare 2, vilken är belägen framför fenan l sett i flödesriktningen. Ett kraftsystem i form av ett magnetsystem 3 är anordnat att aktivera fenan 1 via en upphängningsaxel 6, så att fenan l kan pivotera kring en 8401950-4 10 l5 20 25 30 lagring 4. Fenans l fria ände eller bakre kant 8 tillryg-- _ galägger en sträcka A-B under en viss tid- Tiden för fe- nan l att göra detta vinkelutslag A. , är en parabolisk funktion av koncentrationen hos mediet. Givaranordningen enligt föreliggande uppfinning arbetar som synes enligt skärkraftsprincipen men fenan l har en egen rörelse och är ej beroende av flödet i rörledningen för att skärkrafter skall uppstå. Efter avslutat vinkelutslag A-B, polvändes' strömmen till magnetsystemet 3 och fenans l fria ände el- ler bakre kant 8 tillryggalägger sträckan B-A, dvs åter- går till utgångsläget.

Fenan l gör från ett slag per sekund (1,0 Hz) till ett slag var femte sekund (0,2 Hz).

En på ritningen icke visad elektronisk förstärkarenhet mäter tiden för utslaget A-B med hjälp av en optisk läs- gaffel 5 innehållande en IR-lysdiod 9 och en detektor 10, vars gap llpasserasav en på upphängningsaxeln 6 fäst strâlbrytare 7. Förstärkarens utvärderingsenhet summerar t ex fem tider och medelvärdesbildar dessa till en för de fem utförda slagen representativ tid. För varje nytt slag subtraheras den första tiden av de fem och adderas den nya tiden, vilket ger en flytande medelvärdesbildning av tiden för ett slag. Magnetsystemet 3 är beläget vid upphängningsaxelns 6 fria ände 12 och består av ett i mät- anordningens hölje 13 fixerat magnethus 14 för samverkan med en i upphängningsaxeln 6 fria ände 12 anordnad dyk- spole 15 för âstadkommande av fenans l svängningsrörelse kring lagringen 4, Den optiska läsgaffeln 5 är även den fixerad vid höljet 13 i området för upphängningsaxelns 6 fria ände 12. Fenans l lagring 4 är belägen strax intill fenans l främre ände 16 på upphängningsaxeln 6 och mellan lagringen 4 och upphängníngsaxelns É fria ände 12 finns mekaniska slaglängdsbegränsningsorgan l7, 18 anordnade för uppstannande av upphängningsaxelns 6 svängningsrörelse. 10 l5 20 25 30 8401950-4 Det nämnda tidsmedelvärdet presenteras av förstärkaren- heten som en standardiserad utsignal, t ex 0-20 mA eller 4-20 mA.

Tidmätningen görs i verkligheten under en del av slaget, varvid strålbrytaren 7 bryter ljusstrâlen mellan läsgaf- felns 5 skänklar. Strålbrytaren 7 har en bredd som mot- svarar en del 50-80% av det totala slaget. Detta är be- tingat av det faktum att en eventuell studs när magnet- systemet når sitt ändläge, skulle kunna ge en falsk sig- nal om strâlbrytaren 7 motsvarar eller ligger för nära den totala slaglängden. Den totala slaglängden hos magnet- systemet 3 är ca 4 mm. Magnetsystemet 3 ligger ca 100 mm från lagringen 4. Följaktligen blir vägen A-B som fenansl fria ände eller bakre kant 8 tillryggalägger ca 8 mm om avståndet till lagringen 4 är ca 200 mm. Mättiden varie- rar naturligtvis kraftigt med fenans l utformning, typ av mätmedia,strålbrytareetc.Typiska mättider är 2-20 m/S.

Fenan l kan såsom framgår av Fig. 3-12 utformas på flera olika sätt för att passa olika typer av mätmedia. Grund- typen för lângfibriga suspensioner med hög nätverksstyr- ka är en enkelfena (ett blad) med längsgående spår 19 på bägge sidor, Fig. 3-5. Spåren 19 ökar bladets totala yta och minskar vikten hos detta. Dessutom ökar antalet eggar och kanter som skall skära genom fibernätverket i takt med antalet spår. Detta ger en förhållandevis hög skär- kraftsnivà.

Kortfibriga suspensioner med låg nätverksstyrka kräver ibland andra konstruktioner, t ex en dubbelfena med längs- gående spâr 19 på fenornas l utsidor, Fig. 6-8. Vid extremt låga nätverksstyrkor kan både enkelfenan och dubbelfenan förses med skâlformade undersidor 20 i mät- riktningen, Pig. 9-10. Detta ger en viss avvattning av suspensionen framför fenan l i mätriktningen och bidrar 8401950-4 l0 15 till att höja skärkraftsnivån. Gemensamt för samtliga utföranden av fenan l är att dess form ansluter väl till formen hos avbäraren 2, så att bägge tillsammans bildar en profil som ger minsta möjliga störning av flödesbilden, Fig. ll-12. Detta bidrar till lågt flödesberoende. Ovan anges att givaren enligt föreliggande uppfinning ej är be- roende av flödet hos mätmediet för att skärkrafter skall uppstå. Dock finns ett minsta flöde som kan accepteras.

Detta minflöde är 0,15 m/s om fenan l aktiveras en gång per sekund (0,l5 m=fenlängd), 0,4 m/s om fenan l aktiveras tvâ gånger per sekund etc. Eftersom snabbare aktivering än en gång per sekund ej är nödvändig är 0,15 m/s en lämpf lig minhastighet hos flödet. Pâ detta sätt garanteras att fenan.alltid skär genom ett representativt prov av mät- mediet. Om fenan l aktiveras snabbare samtidigt som flö- deshastigheten är låg kan följden bli att fiberflockar i suspensionen slås undan och ersättes av ren vätska, vil- ket sänker utsignalen.

Claims (11)

1. 0 15 20 25 30 8401950-4 Patentkrav l. Förfarande för mätning och reglering av koncentra- tionen företrädesvis hos en fibersuspension, medelst en i suspensionen ledbart upphängd, svängbar fena (l), vil- ken med sin fria ände eller bakre kant (8) bringas att pi- votera mellan två ändlägen (A-B) i suspensionen för åstad- kommande av ett förutbestämt vinkelutslag (J), k ä n n e- t e c k n a t a v att fenan (1) svänger intermittent och med en konstant kraft åtminstone i mätriktningen i suspen- sionen mellanídebägge ändlägena.(A och B) med en slaglängd som medför att fenans.(l) fria ände (8) genombryter i sus- pensionen befintligt fibernätverk och tidmätning görs då fenans (l) fria ände (8) tillryggalägger sträckan från dess första ändläge, viloläge (A),till dess andra ändläge (B), vilken.tid utgör en funktion av koncentrationen och varierar i beroende av fenans skärkraftsmotstànd genom fibersuspensionen.under dess vinkelutslag och således i beroende av koncentrationen fasta ämnen i suspensionen.

2. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k- n a t a v att tidmätningen utföres under en del, 50-80%, av vinkelutslaget (¿) för fenans (1) fria ände (8) och vilken del är belägen företrädesvis mitt emellan ändlägena (A, B).

3. Förfarande enligt patentkrav l, k ä n n e t e c k- n a t a v att fenan (l) bringas att pivotera med hjälp av ett magnetsystem (3) via en upphängningsaxel (6) med en frekvens som ligger-mellan 1,0-0,2 Hz.

4. Förfarande enligt något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t a v att fenans(l)fria ände el- ler bakre kant (8) bibringas en största amplitud av stor- leksordningen 8 mm, om avståndet till fenans (1) lagring (4) är ca 200 mm. s4o19s0f4 w 10 15 20 25 30 10

5.' Förfarande enligt_något av föregående patentkrav, k ä n n e t e c k n a t á V att fenan (l) bringas att pivotera i ett plan i fibersuspensionen, vilket i huvud- sak sammanfaller med fenans (l):huvudplan.

6.- Anordning för mätning och reglering av koncentratio- nen hos företrädesvis en fibersuspension medelst förfa- I randet enligt patentkrav l och innefattande en i suspensio- nen ledbart upphängd, svängbar fena (1), organ (3) för ak- tivering av fenan (l) via en upphängningsaxel (6) kring en lagring (4) samt en tidmätningsanordning, k ä n n e- tre c k n a d a v att organet för aktivering av fenan (l) består av ett magnetsystem (3), som är beläget vid\_ upphängningsaxelns (6) fria ände (12) och anordnat att i“pivotera fenan (l)_med dess fria ände eller bakre kant (8) med en frekvens av l,0-0,2 Hz mellan två ändlägen (A-B) i 'suspensionen och åstadkomma ett förutbestämt vinkelutslag (w) samt att tidmätningsanordningen är anordnad att mäta tiden under en förutbestämd del av vinkelutslaget (w) vid fenans (1) rörelse från dess första ändläge, viloläge (A) .till dess andra ändläge (B), vilken tid utgör en funktion av koncentrationen och varierar i beroende av fenans (1) skärkraftsmotstånd genom fibersuspensionen under dess vin- kelutslag (d) och således i beroende av koncentrationen' fasta ämnen i suspensionen.

7._ Anordning enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k- n a d a v att magnetsystemet (3) består av ett i mätan- ordningens hölje (13) fixerat magnethus (14) för samver- kan med en i upphängningsaxelns (6) fria ände (12) anord- nad dykspole (15) i och för åstadkommande av fenans (l) svängningsrörelse kring lagringen (4).

8. Anordning enligt patentkrav 6, k ä n n e t e c k- n a t a v att tidmätningsanordningen utgöres av en I elektronisk förstärkarenhet för mätning av tiden med hjälp 10 15 20 8401950-4 11 av en i mätanordningens hölje (13) fixerad läsgaffel (5), innefattande IR-lysdiod (9) och detektor (10)) i vilken läsgaffels (13) gap (ll) en i upphängningsaxelns (6) fria ände (12) fäst strålbrytare (7) är anordnad att vid än- dens (12) svängning bryta lysdiodens (9) ljusflöde.

9. Anordning enligt patentkrav_6, -k ä n n e t e c k- n a d a v att lagringen (4) för fenan (1) är belägen strax intill fenans (1) främre ände (16) pä upphängnings- axeln (6), och att en avbärare (2) är belägen framför fe- nans (1) främre ände (16) för att skydda denna och bidra till lågt flödesberóende.

10. Anordning enligt patentkrav 6, k ä-n n e t e cçk- n a*d, a v att fenan (1) har formen av en làngsträckt platta med längsgående spår (19) på bägge sidor, vilken platta företrädesvis är försedd med en skålformation (20) på dess underkant, sett i mätriktningen för höjning av skärkraftsnivân.

11. ll. Anordning enligt patentkrav 10, k_ä n n e t e c k- n a d a v att fenan (1) är delad i sitt huvudplan, vil- ken dubbelfena på sina respektive motstâende utsidor upp- visar längsgående spår (19).