DE3236261A1 - Verfahren zum ermitteln des durchschnittlichen radius und/oder der durchschnittlichen laenge von in einem stroemungsmittel befoerderten teilchen - Google Patents
Verfahren zum ermitteln des durchschnittlichen radius und/oder der durchschnittlichen laenge von in einem stroemungsmittel befoerderten teilchenInfo
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Description
Verfahren zum Ermitteln des durchschnittlichen Radius
und/oder der durchschnittlichen Länge
von in einem "Strömungsmittel beförderten Teilcn en
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln des durchschnittlichen Radius und/oder der durchschnittlichen
Länge von in einem Strömungsmittel beförderten Teilchen;
im einzelnen betrifft die Erfindung ein Verfahren,
bei dem mindestens eine Meßeinheit πη sich he kann her Art
verwendet wird, die jeweils eine Strahlungsquelle, welche auf das Strömungsmittel in einer Richtung mit- einem von
Null Grad verschiedenen Winkel zur Strömungnrichtung des
Strömungsmittels Strahlung abgibt, deren Stärke zumindest
während eines Meßvorganqs im wesentlichen konstant und fesiqelegt
ist, einen Licht- bzw. Strahlungsdetektor, der die
von der Strahlungsquelle abgegebene und durch das Strömungsmittel geradlinig hindurchgetretene Strahlung aufnimmt und
die aufgenommene Strahlung in ein sich in Abhängigkeit von der Strahlungsstärke änderndes elektrisches Signal umsetzt,
eine optische Vorrichtung, die den Querschnitt der von der Strahlungsquelle abgegebenen-, durch das" Strömungsmittel
hindurchgetretenen und von dem Detektor aufgenommenen Strah-
Dresdner Banl
IK (München)
Kto. 3 939 844
Bayer. Vereinsbank (München) Kto. 508941
Postscheck (München) Kto. 670-43-804
-4- · DE 2485
lung begrenzt, und eine Recheneinheit aufweist, die zwei
Signal DC und AC gemäß Berechnungen
DC = In (V'DC/VD[.) · und
2 AC = In (W
+ Ί) oder AC = In. ( V RHf1 . W DC + 1)
2
bildet, wobei V'nr und Vn„ jeweils Gleichspannungs-Sigηalanteile
aus dem Detektor bei einer Messung an dem Strömungsmittel
mit. den Teilchen bzw. bei einer Messung an
2 dem Strömungsmittel ohne Teilchen sind. \l n..r das Qu a -
' RMS
drat des echten Effektivwerts eines Wechselspannungs-Siqna
lan-1'.ei] s" aus dem Detektor bei der Messung an dem
Strömungsmittel, mit den Teilchen ist und c„ und c-. Konstanten
sind.
Einrichtungen dieser Art werden als Teilchengehalt-Meßvorrichtung
eingesetzt. In der US-PS 4110 044 ist eine
Einrichtung dieser Art beschrieben, die einen Meßkopf enthält, mit dem der Teilchengehalt in einem Strömungsmittel
bestimmt wird. In der US-PS 4 318 180 wird eine
Einrichtung beschrieben, bei der zur Messung der Teilen
henqrößen verteilung von Teilchen in einem Strömungsmittel
eine Meßeinrichtung mit drei Meßköpfen der vorstehend genannten Art verwendet wird, die jeweils ein
υηterschiedliches AuflÖRunqsvermögen haben. Diese Mefl-30
einrichtungen werden für Messunqen an Faseraufschlämmungen
gen und insbesondere an solchen Aufschlärnmungen eingesetzt,
die als Ausgangsmaterial für die Papierherstellung
verwendet werden.
·
-5>~ DE. 2485
Normalerweise besteht für die fasern in einer derartigen
Faseraufschlnmmung ein ziem.1 ich'Test 1 legender Zu.nnmmenhang
zwischen ihrer Dicke und ihrer Länge. Auf diesem Zusammenhang beruhen die Ergebnisse von gemäß den Lehren
der US-PS 4 318 180 vorgenommenen Messungen an den Faserau
f sch lämmungen.
Zur Erzielung unterschiedlicher Pppiergualita ten werden
jedoch die Fasern in den Faseraufschlämmungen manchmal
in einer bestimmten Weise vorbehandelt. Beispielsweise können die .Fasern flnhl- bzw. Quetschvorgänge durchlaufen.
ic Durch diese Mahlvorgänge werden die Fasern gequetscht und
zu Bändern verseilt, so daß nach dieser Behandlung zwischen dem Faserradius und der Faserlänge kein bestimmter
Zusammenhang mehr besteht. Es wurde augenscheinlich, daß eine Information insbesondere über den durchschnittlichen
Radius, aber auch über die durchschnittliche Länge der
Fasern nach dem Mahlen eine grundlegende Angabe für die Wirksamkeit der Mahlvorrichtung ergibt.
Bei einer aus fü ti rl ichen Untersuchung der Fasere iyenscha Γ-ten,
die durch die verschiedenen Ausgangesiqna Ie in den
Fasergehalt-Meßeinrichtungen gemäß den.vorangehend genannten
US-Pntentschriften wirklich angegeben werden,
wurde festgestellt, daß das in der Meßeinrichtung gebildete
logarithmische Gleichspannungs-Signal DC zu den Radien der Teilchen in einer Aufschlämmung reziprok ist, während
das logarithmische Wechselspannungs-Signal AC bis zu
einer durch das Auflösungsvermögen der Fasergehalt-Meßeinrichtung bestimmten festgelegten Länge ein bestimmtes
Verhältnis zur 1eilchenlänge hat. Über die bestimmte Länge
gg hinaus ist das Signal von der Länge unabhängig. Der Wert
-6- DE 2483
der beiden Signale: hängt jeweils linear von der. Konzentration der aufgeschlämmten Teilchen ab,
- -
Erfindungsgemäß erfolgt die Bestimmung des durchschnittlichen
Faserrädius dadurch, daß das Signal AC aus einer
Meßeinheit, die einen kleinen Querschnitt für die von
dem Strahlungsdetektor erfaßte Strahlung hat, durch das
Signal DC geteilt wird, das von der gleichen Meßeinheit
oder von einer Meßeinheit abgegeben wird, die für die
von dem Detektor erfaßte Strahlung den gleichen oder irgendeinen
anderen Querschnitt hat; ferner erfolgt die Bestimmung der durchschnittlichen Faserlänge dadurch,
daß das Signal AC aus einer Meßeinheit, die einen großen
Querschnitt für die von dem Strahlungsdetektor erfaßte Strahlung hat, durch das Signal AC aus einer Meßeinheit
geteilt wird, die einen kleinen Querschnitt für die von
dem Detektor erfaßte Strahlung hat. 20
Somit wird erfindungsgemäß zum Ermitteln des durchschnittlichen
Radius der aufgeschlämmten Fasern eine FaserqehaIt-Meßeinrichtung mit einer derart hohen Auflösung
eingesetzt, daß das auf der Wechselspannung beruhende Signal AC aus der Meßeinrichtung nicht von auftretenden
Änderungen der Länge der Fasern bzw. Teilchen beeinflußt wird und daher eine Division des Signals
AC durch das Signal DC aus der Fasergehalt-Meßeinrichtung nine Anqabe üher den durchschnittlichen Radius der Teil-
chen ergibt, die in der Aufschlämmung verteilt sind, an
der eine Messung vorgenommen wird.
Zur Erzielung einer Angabe über die durchschnittliche
Länge der Teilchen wird eine weitere Fasergehalt-Meßein-
·
richtung verwendet. Diese Meßeinrichtung hat jedoch ein
-Ί- I)F"
derart geringes Auflösungsvermögen, daß die fasern bzw.
Teilchen in der Aufschlämmung mit. ihrer Länge in dem Sichtwinkel
des optischen bzw. Strahlungsdetektors erfaßt sind. Das Auflösungsvermögen einer Meßeinrichtung hängt von dem
Querschnitt des durch das Strömungsmittel bzw. die Aufschlämmung hindurchtretenden erfaßten Lichts in der Weise
ab, daß ein kleiner Querschnitt pin hohes Auflösungsver-10
mögen ergibt, während ein breiter Querschnitt: ein geringes
Auflösungsvermögen ergibt. Zum Er ziel en der
durchschnittlichen Länge der Fasern bzw. Toi.lohen wird
das Signal AC aus einer Fasergeha I t-Mßf3eiru'ichtung mil.
einem geringen Auflösungsvermögen durch das Signal AC
aus einer Fasergehalt-Meßeinricbtuhg mit hohem Auflösungsvermögen dividiert.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher
erläutert.
Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung,
mit der das Verfahren ausgeführt wird.
Fig. 2 zeigt grafische Darstellungen von Signalen AC und
DC, die für das Verfahren herangezogen werden.
In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung
gezeigt, mit der das Verfahren zum Ermitteln der 30
durchschnitt!ichen Teilchendimensionenausgeführt wird.
Diese Fig. 1 stellt einen Teil einer in der US-PS 4 31P-180
gezeigten Figur dar. Es sind zwei Fasergehalt-Meßköpfe
bzw. Meßeinheiten gezeigt, von denen die obere in der Fig. 1 ein hohes Auflösungsvermögen hat, während die
-8- DE 2485
untere ein geringes Auflösungsvermögen hat. Die beiden
Meßeinheiten arbeiten folgendermaßen: 5
Die Strahlung aus einer Strahlungsquelle 20 bzw. 20' wird
mittels eines Linsensystems 21 bzw. 21' p.arallel gerichtet,
das in Fig. 1 schemata sch als eine Linse dargestellt
1st. Eine Blende 24 bzw. 26 läßt ein Strahlenbündel des parallel gerichteten Lichts durch eine Küvette
. ,
\Ci durch, die eine strömende Faseraufschlämmung enthält,
in der' die Fasern enthalten sind, an denen die Messung vorzunehmen ist. Hierbei werden zwar Messungen an Fasern
in einer fasernufsehlämmuhg beschrieben, jedoch ist darauf hinzuweisen, daß das Verfahren sehr allgemein auch
·
zu Messungen an Teilchen in einem Strömungsmittel anwendbar ist, wobei das Strörnungsmi tt-e I eine Flüssigkeit oder
ein Gas sein kann. Vorzugsweise hat die Küvette 16 ebene Flächen, aη denen die Strahlung hindurchtritt. Ander
anderen Seite der Küvette ist eine weitere Blende 27 bzw.
■
29 und erforderlichenfalls auch eine Sammellinse 33 angeordnet.
Diese F.inheit mit der Blende 27 bzw. der Blende 29 und der Sammellinse 33 bestimmt; den Sichtwinkel für
einen Strahlungsdetektor 30 bzw. 32. Die in Fig. 1 obere Meßeinheit hat einen derart kleinen Sichtwinkel, daß
■""■-".
praktisch alle Fasern in dem Strömungsmittel langer als
die in der Küvette gelegene Grundlinie eines Dreiecks sind, welches als Scheitelwinkel den Sichtwinkei hat. Die in
Fig. 1 untere Meßeinheit hat: einen derart weiten Sichtwinkel, daß die Fasern mit ihren zu erwartenden Länqe.n
30
cjut innerhalb der Grundlinien-Länge liegen.
Die Ausgangssignale der Detektoren 30 und 32 liegen an
ßinnr Rechenr.cha ltung 34 an. Aufgrund des Signals aus dem
jeweiligen Detektor führt die Rechenschaltunq die Berech-35
-9- DC 248r;
nunq DC. = In (!/',.„/!/»J aus, wobei- V1»., und V.)(,
Gl eichspannunqs-Antei I θ der Signale' aus dem Detektor
bei einer Messung an einem Strömungsmittel mit darin fein verteilten Teilchen bzw. bei einer Messung an dem
Strömungsmittel ohne darin enthaltenen Teilchen sind.
Der Wert V^ wird somit bei einer vorherigen Messung
^q an dem reinen Strömungsmittel gewonnen und.in einem in
der Rechenschaltung 34 enthaltenen Speicher gespeichert.
Aus dem Signal aus jeweils einem der Detektoren 30 und
führt die Rechenschaltung 34 auch die rolgpnde Berechnung
aus:
AC = In (V RMS +1)
so daß das vorangehend genannte logarithmische Wechsel-
2 ■ spannunqs-Signal AC berechnet wird, wobei V „Μς der rjuadrat
i sehe Wert des echten E f f'ekfc iwwert 8 des Wechr.fi Ispann
u η g s - 5 i g η a J s aus dem Detektor xsl und c „ und c -, Konstanten
sind.
In der Fig. 2 ist für die beiden Meßeinheiten mit den
verschiedenen Abmessungen jeweils sowohl das berechnete logarithmische Wechselspannungs-Signal AC als Funktion
der durchschnittlichen Faserlänge im Faseranteil als auch
das berechnete Gleichspannungs-Siqnal DC als.Funktion des
durchschnittlichen Faserradius im Faseranteil dargestellt.
Bei einer Untersuchung dieser Signale wurde die Gültigkeit
| Γ | In | ( | C2 | U·2 DC |
|
| ode | 2 DC |
||||
| AC | V RMS . | ||||
| C3 | |||||
-10- DE 2485
der Beziehung DC = k.onc" . k/r
ermittelt, wobei k ein.ß Konstante ist, die von den geometrischen
Abmessungen der Fasergehalt-Meßeinheit abhängt,
konedie Faserkonzentration in dem Strömungsmittel ist und r der durchschnittliche Radius der Fasern ist.
Für das Signal AC wurde das Gelten der folgenden Be-10
7iehimrjen (!rmittR.lt: Für den geradlinig schräg verlaufenden
feil der Kurve gilt:
AC-. = k, . konc . s
wobei k, eine Konstante ist, konc die Faserkonzentration
in dem Strömunqsmi tttil ist und s die durchschnittliche
-
Länge der Fasern ist. Für denjenigen Teil der grafischen
Darstellung des 'Signals AC, an dem die Kurve insgesamt praktisch auf der gleichen Höhe verläuft, gilt
AC„ = k„ . konc ,·
d.h., an diesem Teil der Kurve hängt die Signalstärke 20
nur von der Konzentration ab.
Aus der Kurve für das Signal AC-30 für den Detektor 30.ist
ersichtlich,daß der Kurveηknick, nämlich der Wechsel von
dem schräg verlaufenden Teil zu dem praktisch auf gleicher 25
Höhe verlaufenden Teil bei einem derart niedrigen Faser-
längnn-Wert liegt, daß die Faserlänge praktisch keinen
f." L η ( I υ ί3 η π f dieses Signal hat. Da somit dieses Signal η u r
von der Γπserkonzent ration abhängig ist, kann der durchschnittliche
Faserradius dadurch abqeleitet werden, daß
30
dieses Signal durch das.Signal DC aus einer der MefieinhiilLon
dividiert wird, nämlich
r =. A.C2/OC
-11- DL 248r>
berechnet wird, wahrend- die du rch.schni Lt 1 irhe Länge s
dadurch abgf3 leitet werden kann, dai3 das Signal AC aus
der Fasergehalt-Meßeinheit mit dem niedrigen Auflösungsvermögen
durch das Signal AC aus der Faseryehalt-Meßeinheit
mit dem hohen Auflösungsvermögen dividiert wird,
nämlich
s = AC1ZAC2
berechnet wird.
berechnet wird.
Zur Erzielung einer Angabe über den durchschnittlichen
Radius der Teilchen in einem Strömungsmi11el. ist daher
j5 nur eine Fasergehalt-Meßeinheit mit hohem.Auflösungsvermögen
erforderlich. Zur Erzielung einer Angabe über die
durchschnittliche Lange der Teilchen sind zwei Fasergehalt-Meßeinheiten
erforderlich, von denen eine ein geringes
Auflösungsvermögen hat und die andere ein hohes
Auflösungsvermögen hat.
Es ist darauf hinzuweisen, daß die in Fig. 1 gezeigten
Fasergehalt-Meßköpfe bzw. Meßeinheiten nur ein Beispiel
für derartige Köpfe bzw. Einheiten darstellen und daß an den gezeigten Ausführungsbeispielen verschiedener Lei
Abänderungen insbesondere hinsichtlich der optischen Einrichtung vorgenommen werden können.
Es wird ein Verfahren angegeben, bei dem Fasergehalt-Meßeinrichtungen
dafür verwendet werden, den durchschnittlichen
Radius und/oder die durchschnittliche Länge von Teilchen in einem Strömungsmittel zu ermitteln. Zum Bestimmen
des durchschnittlichen Radius wird ein Signal,
das auf einem Wechselspannungsteil eines Signals aus einem Meßdetektor einer Meßeinheit mit hohem Auflösungsvermögen
-12- DE 2485
(17, 24, 27, 30) beruhl· , durch ein Signal dividiert, das
auf einem Gleichspannungsüei1 eines.Signals aus einem
MeOdetektor einer Meßeinheit mit dem gleichen oder einem
anderen Auflösungsvermögen beruht. Zum Bestimmen der
durchschnittlichen Länge wird ein Signal, das auf einem
WechseIspannunqsteil eines Signals aus einem Meßdetektor
einer Meßeinheit mit niedrigem Auflösungsvermögen (19, 26,
10
29, 33, 32) beruht, durch ein Signal dividiert, das auf
dem Wechselspannungsteil des Signals aus dem Meßdetektor der Meßeinheit mit dem hohen Auflösungsvermögen (17, 24,
27, H)) beruht.
Claims (2)
1. Verfahren zum Ermitteln des durchschnittlichen Radius und/oder der durchschnittlichen Länge von in
einem Strömungsmittel beförderten Teilchen unter Verwendung mindestens einer Meßeinheit, die eine Strahlungsquelle
(20: 20'), welche auf das Strnmunqsmittel
in einer Richtung mit einem von Null Grad verschiedenen Winkel zur Strömunqsrichtung des Strömungsmittels
Strahlung abgibt, deren Stärke zumindest während eines Meßvorgangs im wesentlichen konstant und festgelegt
ist, einen Strahlungsdetektor (30: 32), der die von der Strahlungsquelle abgegebene und geradlinig durch
das Strömungsmittel hindurchgetretene Strahlung aufnimmt
und die aufgenommene Strahlung in ein sich in Abhängigkeit von der Strahlunqsstärke änderndes elektrisches
Signal umsetzt, eine optische Vorrichtung (2&,
27: 26, 29, 33), die den Querschnitt der von der Strahlungsquelle
abgegebenen, durch das Strömungsmittel hindurchgetretenen und von dem Detektor aufgenommenen Strahlung
begrenzt, und eine Recheneinheit (34) aufweist, die zwei Signale DC und AC gemäß Rechenvorgängen
dc = m (vDC/vDC) und
AC = In O'
+ l,-)oder AC' = In (W RMS .
V0C
nc
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-2- DE 2485
bildet, wobei V ' „„ und V-^ Gleichspannungs-Signalanteile
aus dem Detektor bei einer · Messung an dem Strömungsmittel mit den Teilchen bzw. bei. einer Messung an dem StrÖmungs-
2
mittel ohne Teilchen sind, V η,,_ das Quadrat des echten Effektivwertes eines Wechselspannungs-Signalsnteils aus dem Detektor bei der Messung an dem.Strömungsmittel mit
mittel ohne Teilchen sind, V η,,_ das Quadrat des echten Effektivwertes eines Wechselspannungs-Signalsnteils aus dem Detektor bei der Messung an dem.Strömungsmittel mit
IQ den Teilchen ist und c„ und c» Konstanten sind, dadurch
gekennzeichnet, daß zur . Bestimmung des durchschnittlichen Teilchenradius das Signal AC aus einer Meßeinheit (17, 24,
27, 30), die einen kleinen Querschnitt der won dem Strahlungsdetektor
(30) aufgenommenen Strahlung hat, durch das
Signal DC geteilt wird, das won der gleichen Meßeinheit
oder einer Meßeinheit mit dem gleichen oder einem anderen Querschnitt der von dem Strahlungsdetektor aufgenommenen
Strahlung abgegeben wird, und daß zur Bestimmung der durchschnittlichen
Teilchenlänge das Signal AC aus einer Meßeinheit (19, 26, 29, 33, 32), die einen großen Querschnitt
der von dem Strahlungsdetektor (32) aufgenommenen Strahlung
hat, durch das Signal AC aus einer Meßeinheit (17, 24, 27, 30) geteilt wird, die einen kleinen Querschnitt der von dem
Strahlungsdetektor (30) aufgenommenen Strahlung hat.
·
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