DE3236261C2

DE3236261C2 -

Info

Publication number: DE3236261C2
Application number: DE3236261A
Authority: DE
Inventors: Thorulf Taeby Se Pettersson; Hakan Akersberga Se Karlsson
Original assignee: SVENSKA TRAEFORSKNINGSINSTITUTET STOCKHOLM SE
Current assignee: SVENSKA TRAEFORSKNINGSINSTITUTET STOCKHOLM SE
Priority date: 1981-10-01
Filing date: 1982-09-30
Publication date: 1991-10-10
Also published as: SE8105802L; GB2108265B; CA1187987A; FR2514137B1; FR2514137A1; FI75227C; FI823344L; JPS5877608A; GB2108265A; SE453128B; US4529309A; FI75227B; JPH0379643B2; FI823344A0; DE3236261A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ermitteln des durchschnittlichen Radius und/oder der durchschnittlichen Länge von in einem Strömungsmittel beförderten Teilchen.

Insbesondere betrifft die Erfindung ein Verfahren, bei dem eine eine Strahlungsquelle, einen die entsprechende Strahlung erfassenden Detektor, eine optische Vorrichtung und eine Recheneinheit aufweisende Meßeinheit als Teilchengehalt- Meßvorrichtung verwendet wird. Dabei strahlt die Strahlungsquelle ihre Strahlung mit zumindest während des Meßvorgangs und vorbestimmter konstanter Intensität in einem hinsichtlich der Strömungsrichtung von Null Grad verschiedenen Winkel auf das Strömungsmittel ab, wonach sie von dem Detektor aufgenommen und in entsprechende elektrische Signale umgesetzt wird. Die in dem Strahlengang befindliche optische Vorrichtung begrenzt den Querschnitt des Strahlungsweges, während die Recheneinrichtung anhand des gewonnenen Detektorsignals zwei Signale errechnet, mit denen auf die gewünschte Information rückgeschlossen werden kann.

Aus der US 41 10 044 ist ein einzelner Meßkopf bekannt, mit dem der prozentuale Teilchengehalt in einem Strömungsmittel bestimmt wird, indem ein durch das Strömungsmittel hindurchtretender Lichtstrahl erfaßt und intensitätsabhängig in ein elektrisches Signal umgewandelt wird, welches wiederum fre quenzabhängig quadriert ein Maß für den Teilchengehalt darstellt.

Bei manchen Herstellungsverfahren ist es aber wünschenswert, die Zusammensetzung des Teilchengehaltes in dem Strömungsmittel hinsichtllich der Größenverhältnisse der einzelnen Teilchen genauer bestimmen zu können. So sind beispielsweise bei der Herstellung von Papierpulpe Kenntnisse über den Gehalt von wenigstens drei Fraktionsklassen in der Pulpe, beispielsweise der feinen, der mittleren und der langen Fraktionsklassen wichtig.

In der DE 29 23 946 A1 ist eine Einrichtung beschrieben, bei der aus drei jeweils verschiedenen Meßeinrichtungen mit unterschiedlichen Auflösungsvermögen gewonnene Erfassungssignale zu einer Auswertung von drei Fraktionsklassen verwendet werden. Diese Meßeinrichtungen werden insbesondere zur Bestimmung von Aufschlämmungen eingesetzt, die als Ausgangsmaterial für die Papierherstellung verwendet werden.

Normalerweise besteht für die Fasern in einer derartigen Faseraufschlämmung ein ziemlich festliegender Zusammenhang zwischen ihrer Dicke und ihrer Länge. Zur Erzielung unterschiedlicher Papierqualitäten werden jedoch die Fasern in den Faseraufschlämmungen manchmal in einer bestimmten Weise vorbehandelt. Beispielsweise können die Fasern Mahl- bzw. Quetschvorgänge durchlaufen. 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. Eine Information insbesondere über den durchschnittlichen Radius, aber auch über die durchschnittliche Länge der Fasern nach dem Mahlen ergibt aber eine grundlegende Angabe für die Wirksamkeit einer Mahlvorrichtung.

Daher ist es Aufgabe der Erfindung, zuverlässige Informationen über die Zusammensetzung von in einem Strömungsmittel befindlichen Teilchen zu erhalten.

Die Aufgabe wird durch die im Patentanspruch angegebenen Maßnahmen gelöst.

So wurde bei einer ausführlichen Untersuchung der Fasereigenschaften, die durch die verschiedenen Ausgangssignale in den Meßeinrichtungen gemäß den vorangehend genannten Druckschriften angegeben werden, festgestellt, daß ein in der Meßeinrichtung gebildetes logarithmisches Gleichspannungs-Signal DC zu den Radien der Teilchen in einer Aufschlämmung reziprok ist, während ein logarithmisches Wechselspannungs-Signal AC bis zu einer durch das Auflösungsvermögen der Meßeinrichtung bestimmten festgelegten Länge ein bestimmtes Verhältnis zur Teilchenlänge hat. Über die bestimmte Länge hinaus ist das Signal von der Länge unabhängig. Der Wert der beiden Signale hängt jeweils linear von der Konzentration der aufgeschlämmten Teilchen ab.

Erfindungsgemäß erfolgt die Bestimmung des durchschnittlichen Faserradius dadurch, daß ein Signal AC aus einer Meßeinheit, die einen kleinen Querschnitt für die von einem Strahlungsdetektor erfaßte Strahlung hat, durch ein Signal DC geteilt wird, das von der gleichen Meßeinheit oder von einer Meßeinheit abgegeben wird, die für die von dem Strahlungsdetektor 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.

Somit wird erfindungsgemäß zum Ermitteln des durch schnittlichen Radius der aufgeschlämmten Fasern eine Meßeinrichtung mit einer derart hohen Auflösung eingesetzt, daß das auf der Wechselspannung beruhende Signal AC aus der Meßeinrichtung nicht von auf tretenden Änderungen der Länge der Fasern bzw. Teilchen beeinflußt wird und daher eine Division des Signals AC durch das Signal DC aus der Meßeinrichtung eine Angabe über den durchschnittlichen Radius der Teilchen 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 Meßeinrichtung verwendet. Diese Meßeinrichtung hat jedoch ein derart geringes Auflösungsvermögen, daß die Fasern bzw. Teilchen in der Aufschlämmung mit ihrer Länge in dem Sichtwinkel des Strahlungsdetektors erfaßt werden. Das Auflösungsvermögen einer Meßeinrichtung hängt nämlich von dem Querschnitt des durch das Strömungsmittel bzw. die Auf schlämmung hindurchtretenden erfaßten Lichts in der Weise ab, daß ein kleiner Querschnitt ein hohes und ein breiter Querschnitt ein geringes Auflösungsvermögen ergibt. Zur Bestimmung der durchschnittlichen Länge der Fasern bzw. Teilchen wird das Signal AC aus einer Meßeinrichtung mit einem geringen Auflösungsvermögen durch das Signal AC aus einer Meßeinrichtung mit hohem Auflösungsvermögen dividiert.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens und

Fig. 2 eine grafische Darstellung von für das Verfahren herangezogenen Signalen AC und DC.

In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung gezeigt, mit der das Verfahren zum Ermitteln der durchschnittlichen Teilchendimensionen ausgeführt wird. Es sind zwei Meßeinheiten gezeigt, von denen die obere in der Fig. 1 ein hohes und die untere ein geringes Auflösungsvermögen hat. Die beiden Meßeinheiten arbeiten folgendermaßen:

Die Strahlung aus einer Strahlungsquelle 20 bzw. 20′ wird mittels eines Linsensystems 21 bzw. 21′, das in Fig. 1 schematisch als eine Linse dargestellt ist, parallel ausgerichtet. Eine Blende 24 bzw. 26 läßt ein Strahlenbündel des parallelen Lichts durch eine Küvette 16, die eine strömende Faseraufschlämmung mit Fasern, an denen die Messung vorzunehmen ist, enthält. Hierbei werden zwar Messungen an Fasern in einer Faseraufschlämmung beschrieben, jedoch ist darauf hinzuweisen, daß das Verfahren auch allgemein zu Messungen an Teilchen in einem Strömungsmittel anwendbar ist, wobei das Strömungsmittel eine Flüssigkeit oder ein Gas sein kann. Vorzugsweise hat die Küvette 16 zumindest dort ebene Flächen, an denen die Strahlung hindurchtritt. An der gegenüberliegenden Seite der Küvette ist eine weitere Blende 27 bzw. 29 und erforderlichenfalls auch eine Sammellinse 33 angeordnet. Diese Einheit mit der Blende 27 bzw. der Blende 29 und der Sammellinse 33 bestimmt den Sichtwinkel für einen Stahlungsdetektor 30 bzw. 32. Die in Fig. 1 obere Meßeinheit hat einen derart kleinen Sichtwinkel, daß praktisch alle Fasern in dem Strömungsmittel länger als die in der Küvette gelegene Grundlinie eines Dreiecks sind. Das Dreieck hat dabei den Sichtwinkel als Scheitelwinkel. Die in Fig. 1 untere Meßeinheit hat einen derart weiten Sichtwinkel, daß die Fasern mit ihren zu erwartenden Längen gut innerhalb der Grundlinien-Länge liegen.

Die Ausgangssignale der Detektoren 30 und 32 liegen an einer Rechenschaltung 34 an. Aufgrund des Signals aus dem jeweiligen Detektor führt die Rechenschaltung die Berechnung

DC = ln (V′_DC/V_DC)

aus, wobei V′_DC und V_DC Gleichspannungs-Anteile 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_DC wird dazu bei einer vorherigen Messung 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 32 führt die Rechenschaltung 34 auch die folgende Berechnung aus:

oder

so daß das vorangehend genannte logarithmische Wechsel spannungs-Signal AC berechnet wird, wobei V²_RMS der qua dratische Wert des echten Effektivwerts des Wechselspannungs- Signals aus dem Detektor ist und c₂ und c₃ Konstanten sind.

In der Fig. 2 ist für beide Meßeinheiten mit den jeweils verschiedenen Abmessungen sowohl das berechnete logarithmische Wechselspannungs-Signal AC als Funktion der durchschnittlichen Faserlänge im Faseranteil als auch das berechnete Gleichspannungs-Signal DC als Funktion des durchschnittlichen Faserradius im Faseranteil dargestellt. Bei einer Untersuchung dieser Signale wurde die Gültigkeit der Beziehung

DC = konc · k/r

ermittelt, wobei k eine Konstante ist, die von den geometrischen Abmessungen der Meßeinheit abhängt, konc die Faserkonzentration in dem Strömungsmittel ist und r der durchschnittliche Radius der Fasern ist.

Für das Signal AC wurden folgende Beziehungen ermittelt:

Für den geradlinig schräg verlaufenden Teil der Kurve gilt:

AC₁ = k₁ · konc · s

wobei k₁ eine Konstante, konc die Faserkonzentration in dem Strömungsmittel 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:

AC₂ = k₂ · konc ;

d. h. an diesem Teil der Kurve hängt die Signalstärke nur von der Konzentration ab.

Aus der Kurve für das Signal AC-30 für den Detektor 30 ist ersichtlich, daß der Kurvenknick, also der Wechsel von dem schräg verlaufenden Teil zu dem praktisch auf gleicher Höhe verlaufenden Teil, bei einem derart niedrigen Faserlängen- Wert liegt, daß die Faserlänge praktisch keinen Einfluß auf dieses Signal hat. Da somit dieses Signal nur von der Faserkonzentration abhängig ist, kann der durchschnittliche Faserradius abgeleitet werden, indem dieses Signal durch das Signal DC aus einer der Meßeinheiten dividiert wird bzw. indem

r = AC₂/DC

berechnet wird, während die durchschnittliche Länge s dadurch abgeleitet werden kann, daß das Signal AC aus der Meßeinheit mit dem niedrigen Auflösungsvermögen durch das Signal AC aus der Meßeinheit mit dem hohen Auflösungsvermögen dividiert wird, indem nämlich

s = AC₁/AC₂

berechnet wird.

Zur Erzielung einer Angabe über den durchschnittlichen Radius der Teilchen in einem Strömungsmittel ist daher nur eine Meßeinheit mit hohem Auflösungsvermögen erforderlich. Zur Erzielung einer Angabe über die durchschnittliche Länge der Teilchen sind zwei 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 Meßeinheiten nur ein Beispiel für derartige Einheiten darstellen und daß an den gezeigten Ausführungsbeispielen verschiedenerlei Abänderungen insbesondere hinsichtlich der optischen Einrichtung vorgenommen werden können.

Claims

Verfahren zum Ermitteln des durchschnittlichen Radius und/oder der durchschnittlichen Länge von in einem Strömungsmittel beförderten Teilchen unter Verwendung mindestens zweier Meßeinheiten unterschiedlicher Auflösung, die folgendes enthalten:
eine Lichtquelle (20: 20′), welche auf das Strömungsmittel in einem von Null Grad zur Strömungsrichtung des Strömungsmittels verschiedenen Winkel Licht mit zumindest während eines Meßvorgangs konstanter und festgelegter Intensität abgibt,
einen Lichtdetektor (30: 32), der das von der Lichtquelle abgegebene und geradlinig durch das Strömungsmittel hin durchgetretene Licht aufnimmt und in ein sich in Abhängigkeit von der detektierten Lichtintensität änderndes elektrisches Signal umsetzt,
eine optische Vorrichtung (24, 27: 26, 29, 33), die den Querschnitt der von der Lichtquelle abgegebenen, durch das Strömungsmittel hindurchgetretenen und von dem Detektor auf genommenen Lichtstrahlung begrenzt, und
eine Recheneinheit (34), die jeweils zwei Signale DC und AC gemäß Rechenvorgängen bildet, wobei
V′_DC Gleichspannungs-Signalanteile aus dem Detektor bei einer Messung an dem Strömungsmittel mit den Teilchen und
V_DC Gleichspannungs-Signalanteile aus dem Detektor bei einer Messung an dem Strömungsmittel ohne Teilchen sind,
V²_RMS das Quadrat des echten Effektivwertes eines Wechselspannungs- Signalanteils aus dem Detektor bei der Messung an dem Strömungsmittel mit den Teilchen ist und
c₂ und c₃ Konstanten sind,
dadurch gekennzeichnet, daß
eine Meßeinheit (17, 24, 27, 30) einen kleinen Querschnitt der von dem Lichtdetektor (30) aufgenommenen Lichtstrahlung bezogen auf die Teilchengröße hat,
die andere Meßeinheit (19, 26, 29, 33, 32) einen großen Querschnitt der von dem Lichtdetektor (30) aufgenommenen Lichtstrahlung bezogen auf die Teilchengröße hat,
zur Bestimmung des durchschnittlichen Teilchenradius das Signal AC aus der einen Meßeinheit (17, 24, 27, 30) durch das Signal DC derselben oder der anderen Meßeinheit (19, 26, 29, 33, 32) geteilt wird, und
zur Bestimmung der durchschnittlichen Teilchenlänge das Signal AC aus der anderen Meßeinheit (19, 26, 29, 33, 32) durch das Signal AC aus der einen Meßeinheit (17, 24, 27, 30)
geteilt wird.