DE2923946C2

DE2923946C2 - Vorrichtung zum Anzeigen der Teilchengrössenverteilung von strömenden Teilchenmengen in Fraktionsklassen

Info

Publication number: DE2923946C2
Application number: DE2923946A
Authority: DE
Inventors: Gerdt Heinrich Täby Fladda; Inge Jan Spaanga Lundqvist; Jan Gustav Thorulf Pettersson
Original assignee: SVENSKA TRAEFORSKNINGSINSTITUTET STOCKHOLM SE
Current assignee: SVENSKA TRAEFORSKNINGSINSTITUTET STOCKHOLM SE
Priority date: 1978-06-15
Filing date: 1979-06-13
Publication date: 1986-01-23
Also published as: SE7806922L; FI74144C; FI74144B; CA1127869A; JPS551600A; FI791892A; US4318180A; DE2923946A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anzeigen der Teilchengrößenverteilung von strömenden Teilchenmcngcn in Fraktionsklassen der im Oberbegriff des Patentanspruches I angegebenen Art, wie sie aus der DE-OS 25 34 266 bekannt ist.

Eine derartige Vorrichtung dient dazu, die Größenverteilung von Teilchen in strömenden Teilchenmengen, beispielsweise von Fasern in strömenden Medien anzuzeigen, wenn es erwünscht ist, die Verteilung der Teilchen in verschiedenen Größenfraktionen zu kennen. Ein spezielles Anwendungsgebiet einer derartigen

y5 Vorrichtung ist die Messung von Fasersuspensionen, die als Ausgangsmaterial für die Papierherstellung dienen.

Es trifit für Papierpulpen aller Art, beispielsweise für mechanische Pulpen oder chemische Pulpen zu, daß die

ίο fraktionelle Zusammensetzung der Pulpe von entscheidender Bedeutung für die Eigenschaften des herzustellenden Papiers ist. Beispielsweise führt ein höherer Anteil an langen Fasern zu einer größeren Festigkeit. Dieses Gesetz gilt jedoch nicht allgemein. Bei mechanisehen Pulpen ist beispielsweise nicht nur der Gehalt an langen Fasern, sqndern auch die Größenverteilung der Fasern von Bedeutung. Um eine Pulpe mit papierherstellungstechnischen Voraussetzungen zu erhalten, müssen alle Fraktionen der Pulpe gute Eigenschaften haben._Es hat sich oftmals gezeigt, daß bei mechanischen Pulpen ein sich ändernder Anteil des Fasermaie- , rials in der sog. Mittelfraktion der Pulpe Aniaß zu sich ', ändernden Eigenschaften des sich ergebenden Papiers gibt. Es ist daher wünschenswert, den Gehalt von wenigstens drei verschiedenen Fraktionsklassen in der Pulpe, beispielsweise den der feinen, Mittleren und langen Faserfraktion üestimmen zu können.

Dasselbe gilt entsprechend für viele chemische Pulpen, beispielsweise für Sulfit- und Sulfatpulpen. Pulpen dieser Art sollen einen hohen Anteil an flexiblen langen Fasern und ein feines Material mit Bindefähigkeit enthalten. Das wird beispielsweise automatisch bei vollständig gebleichter nichtzerfaserter Sulfatzellulose als Folge der natürlichen Eigenschaften von Holz erreicht, die fraktionelle Zusammensetzung von faserigen Suspensionen kann jedoch bei chemischen Pulpen mit höherer Ausbeute oder bei zerfaserten Pulpen mit niedrigerer Ausbeute weniger günstig sein. Diese Pulpen benötigen daher eine erhöhte Kontrolle der Fraktionszusammensetzung, um es möglich zu machen, frühzeitig eine mögliche Abweichung der Zusammensetzung von den gewünschten Werten festzustellen und schnell die notwendigen Korrekturmaßnahmen zu ergreifen.
Wenn bisher die Proportionen der verschiedenen gewünschten Fraktionen bestimmt werden mußten, wurde eine Probe der Suspension genommen und wurde die Probe gesiebt, um die verschiedenen Fraktionen voneinander zu trennen, worauf die Fraktionen getrocknet und gewogen wurden. Es ist ersichtlich, daß es sich dabei um ein teures und insbesondere langsames Verfahren handelt, das jedoch ein relativ genaues Ergebnis liefert.

Bei der aus der DE-OS 25 34 266 bekannten Vorrichtung zum Anzeigen der Teilchengrößenverteilung von strömenden Teilchenmengen wandern die Teilchenmengen zwischen einer Lichtquelleneinrichtung und einer gegenüber quer zur Strömungsricktung angeordneten Detektoreinrichtung aus mehreren Fühlern hindurch, wobei die Größe der jeweiligen ermittelten Teil-

M) chen über die Anzahl der Fühler bestimmt wird, die durch die Teilchen jeweils verdunkelt werden und die Anzahl der Teilchen in den verschiedenen Fraktionsklassen über Zähler gezählt wird, die mit der Detektoreinrichtung verbunden sind.

In der schwedischen Patentanmeldung 77 06 320-4 ist weiterhin ein Konzentrationsbestimmungsverfahrcn beschrieben, mit dem ein Maß für die Konzentration von in einer Flüssigkeit suspendierten Teilchen erhal-

ten werden kann, das unabhängig von der Teilchengrößenverteilung in der Suspension ist. Es wird außerdem ein Signal erzeugt, das sich linear mit der Konzentration ändert. Bei diesem Verfahren wird ein Signal linearisiert, das den Quadratwert des wirklichen effektiven Wertes des Wechselspannungsanteiles eines Signales von einem Detektcr enthält, der Licht aufnimmt, das durch die Suspension hindurchgegangen ist, wobei weiterhin ein Gleichspannungssignal linearisiert wird, das durch eine Kombination des Gleichspannungsanteiles der Signale von einem vorzugsweise unter 0° angeordneten Detektor und von zwei Detektoren erhalten wird, die unter verschiedenen Winkelstellungen relativ zum Weg des Lichtes in der Suspension angeordnet sind. Die Linearisierung erfolgt bezüglich der Konzentration. Den Änderungen in der Empfindlichkeit der beiden Signale, die im folgenden als Wechselspannungssignal und Glcichspannungssignal bezeichnet werden, wird bezüglich der Hauptfaserlänge entgegengewirkt. Um ein Maß für die Konzentration zu bekommen, das unabhängig von der fraktionellen Zusammensetzung ist, werden das Wechselspannungssignal und d^s GJeichspannungssignal einzeln linearisiert und wird diesen Signalen eine derartige Steigung gegeben, daß die linearisierten Signale dann, wenn sie addiert werden, den gleichen Empfindlichkeitskoeffizienten haben, was bedeutet, daß das Maß für die Konzentration unabhängig von derTeilchengrößenverteilung in der Suspension ist.

AusderDE-OS 15 98 873 ist schließlich ein Verfahren zum Bestimmen der mittleren Größe bestimmter Teilchen bekannt, bei dem das Medium mit elektromagnetischen Strahlen verschiedener Strahlungsenergie durchstrahlt wird, wobei dieses Verfahren die Tatsache ausnutzt, daß die Teilchen im Medium für die verschiedenen Strahlungsenergien unterschiedliche Absorptionen zeigen.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht demgegenüber darin, die aus der DE-OS 25 34 366 bekannte Vorrichtung so weiterzubilden, daß sie den prozentualen Wert der Fraktion, Abweichungen von gewünschten Verteilungen und Fraktionsverteilungstendcnzcn innerhalb juder Fraktionskiasse anzeigen kann.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruches 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird davon Gebrauch gemacht, daß die Empfindlichkeit einer Meßanordnung, d. h. da; Ausmaß, in dem sich das elektrische Signal mit der Anzahl der Teilchen bestimmter Größe in -,iner Fraktionsklasse ändert, einerseits von der Größe der Querschnittsfläche des Lichtstrahles der Lichtquelleneinrichtung und andererseits von der jeweiligen Fraktionsklasse abhängt. Der Grund dafür besteht darin, daß bei einer kleinen Querschnittsfläche des Lichtstrahles Teilchen mit einer Größe über dem Durchmesser des Lichtstrahles nicht mehr unterschieden werden können und somit die Empfindlichkeit ab einer bestimmten Teilchengröße konstant ist, während bei kleineren Teilehen die Meßanordnung je nach Große derTcilchen unterschiedlich anspricht. Bei einer großen Qiicrschnittsllächc des Lichtstrahles wird dementsprechend der konstante Wert erst sehr spül, niiinlich dann erreicht, wenn die Größe derTeilchen die Größe der Querschnittsfläche des Lichtstrahles übersteigt. Daher ist bei dr.r erfindungsgemäßen Vorrichtung eine Eicheinrichtung vorgesehen, mit der zunächst eine Eichmessung an Teilchenmengen erfolgt, die beispielsweise Teilchen nur in einer einzigen Fraktionsklasse und zwar in konstanter Konzentration jeweils enthalten oder die eine konstante Teilchengrößenverteilung in den Fraktionsklassen haben, um die Empfindlichkeit jeder Meßanordnung für die einzelnen Fraktionsklassen zu bestimmen. Mit den gemessenen Empfindlichkeiten lassen sich die Ausgangssignale der Detektoreinrichtung bei der eigentlichen Bestimmung

ίο unbekannter Teilchenmengen so auswerten, daß die gewünschten Werte angezeigt werden.

Im folgenden werden anhand der zugehörigen Zeichnung besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Vorrichtung näher erläutert. Es

is zeigt

Fig. 1 in einem Diagramm die verschiedenen Wechselspannungssignale,

Fig. 2 in einem Diagramm die verschiedenen Gleichspannungssignale,

Fig. 3 ein erstes Ausführungsbeisnicl der erfindungsgemäßen Vorrichtung, und

Fig. 4 ein zweites Ausführungsbeitpiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
In Fig. 1 ist die Empfindlichkeit des Wechseispannungssignals als Funktion der Hauptfaserlänge der Faserfi Aktion für drei verschiedene Meßgeometrien dargestellt, wobei natürlich die Konzentration der Suspension konstant gehalten wurde.

In Fig. 2 ist die Empfindlichkeit des Gleichspannungssignals als Funktion der Hauptfaserlänge der Faserfraktion für drei verschiedene Meßgeometrien gleichfalls bei konstanter Konzentration dargestellt. Die Kurven 1 sind mit einer hohen Auflösung, d. h. mit kleinen Membranabmessungen, einer kleinen Detektorfläche oder ähnlichem aufgezeichnet, während die Kurven 2 mit einer niedrigen Auflösung aufgezeichnet sind. Wenn die Ström-jng durch den Meßkoiben beschleunigt wird, wird die Fraktionsseiektion bei den Kurven 1 in Fig. 1 deutlicher, da die langen Fasern in Strötfiungsrichtung ausgerichtet werden. Es ist daher zweckmäßig, einen Kolben mit einer Querschnittfläche zu verwenden, die kleiner als die des Durchgangs ist, durch den die Suspension strömt, um eine beschleunigte Strömung durch den Kolben zu erhalten. Der Umstand, daß es gerade das Wechselspannungssignal ist, das sich in der in Fig. 1 dargestellten Weise ändert, wird verständlich, wenn berücksichtigt wird, daß bei einer feineren Auilösün⁰ dsr Detektor sins*¹ Tsi! dss ^s'suchtet⁰π Materials mit einem kleineren Querschnitt in der FIüssigkeit erfaßt. Um folglich den gesamten Meßflächenbereich in Längsrichtung abzudecken sind Fasern mit einer Länge erforderlich, die kleiner als die untere Ayflösung ist, d. h., daß d*,T Detektor eine größere Querschnktüfläche des erleuchteten Materials in der Flüssigkeit erfaßt. Die Kurve für ce hohe Auflösung geht daher schneller auf einen k.on kanten Wert Elit steigender Faserlänge als die Kurve für eine niedrige Auflösung. Der Wechselspannungsanteil des Signals vom Detektor liefert Keine zusätzliche Information über Fasern, die eine bestimmte Länge überschreiten. Das Wechselspannungssignal steht somit direkt mit der Faserlänge in Verbindung.

Wenn ein System erhalten werden soll, das den Gehalt in einer Anzahl von Fraktionsklassen, die gemessen werden rollen, äquivalent halten soll, kann somit die Abhängigkeit des Wechselspannungssignals von der Meßgeometrie ausgenutzt werden. Wenn die unten angegebenen Matrizen aufgestellt werde» und

das von ihnen wiedergegebene Gleichungssystem gelöst wird, geben die Elemente in K den äquivalenten Gehalt an Fasern ausgedrückt vorzugsweise in Milligramm pro Liter der bestimmten Längenfraktionsklassen wieder, d. h.

AK

(D

wobei die Elemente in der Matrix A die Empfindlichkeitskoeffizienten a„ für die verschiedenen Meßgeometrien (Reihen) und Längenfraktionen (Spalten) sind und wobei;' für die Geometrie und./ für die Längenfraktion stehen. Die Elemente in einer Reihe der Mairix A können möglicherweise aus den Empfindlichkeitskoeffizienten der Gleichspannungssignale bestehen. Die EIe- is mente in der Matrix K sind die gesuchten Konzentrationen der verschiedenen Längenfraktionsklassen. Die Matrix K ist ein Spaltenvektor. Die Elemente in der Matrix U sind die linearisierten Wechselspannungswerte von jeder Meßgeometrie bei den Messungen der Suspension, deren Gehalt in Klassen zu unterteilen ist. Die Matrix U ist ein Spaltenvektor.

Die in der Praxis aus den Messungen erhaltenen Eingangsdaten werden natürlich von gewissen Meßfehlem beeinträchtigt sein. Es ist daher außerordentlich wichtig. Gleichungen zu verwenden, die linear so unabhängig wie möglich sind. In der Praxis ist es daher nicht zweckmäßig, direkt ein System mit Meßfehlem nach Gleichung (1) zu lösen. Diese Gleichung soll nur zur Darstellung des Grundprinzipes dienen. Das inderPraxis verwandte Gleichungssystem sollte beispielsweise nach dem Verfahren der kleinsten Quadrate aufgebaut sein. Wenn die Matrix A nicht quadratisch gewählt ist (Redundanzsystem), kann das Verfahren der kleinsten Quadrate vorteilhaft angewandt werden. Die Gleichung (1) sollte daher nach bekannten mathematischen Verfahren umgewandelt werden in:

A⁷U(A⁷AV' = K

(2)

40

Im folgenden werden die Empfindlichkeitskoeffizienten a„ ermittelt. Ein genaues Verfahren dazu besteht darin, Fraktionen, die jeweils repräsentativ für jede Klasse sind und bekannte Konzentrationen haben, durch alle Meßanordnungen hindurchgehen zu lassen und dieses Verfahren zu wiederholen, bis Fraktionen für alle Klassen hindurchgegangen sind. Wenn nämlich eine Probe mit einem gemischten Fraktionsgehalt durch eine der Meßanordnungen, beispielsweise die /'-te Meßanordnung hindurchgeleitet wird, ergibt sich die folgende Gleichung für das erhaltene Signal:

U_t = cone ta ij + conc₂a_l2 + +

wobei cone· die Konzentration des Fasergehaltes in der ersten Kiasse und conc„ die Konzentration des Fasergehaltes in der letzten Klasse ist Die verschiedenen Koeffizienten a_u werden somit durch das obige Verfahren mit Fraktionen mit separaten bekannten Klassen und bekannten Konzentrationen erhalten. Aus dem obigen ergibt sich somit, daß der gesamte Fraktionsgehalt in eine Anzahl von Fraktionsklassen unterteilt wird, die gemessen werden sollen. Die gewählten Klassen grenzen aneinander und der Faserfraktionsgehalt wird zu 100% überdeckt.

Aus dem obigen ist ersichtlich, daß für ein Gleichungssystem, das den vollen Bereich mit η Fraktionsklassen abdeckt, η - 1 Bedingungen erforderlich sind.

Das soll anzeigen, daß es auch notwendig ist, eine Anzahl von η - 1 Meßanordnungen zu verwenden.

Es ist jedoch auch möglich, mit einer Meßanordnung weniger zu arbeiten, da das Gleichspannungssignal von einer Meßanordnung in Wirklichkeit eine zusätzliche Bedingung liefert und wie ein Wechselspannungssignal verwandt werden kann, das von einer Meßanordnung empfangen wird. Die Anzahl der Meßanordnungen, die verwandt wird, kann daher auf« - 2 herabgesetzt werden, selbst wenn bei Versuchen mit dem Verfahren vorzugsweise so viele Meßanordnungen verwandt wurden, wie gewählte Kiassen vorhanden sind. Unter dem Begriff tier verschiedenen Meßanordnungen sind verschiedene Meßkopfeinheiten mit verschiedener MeIJ-geometrie zu verstehen, was bedeutet, daß nicht alle Elemente in den verschiedenen Anordnungen verschieden sein müssen. Es kann ausreichen, wenn ein Element, beispielsweise eine Membran oder ein Detektor verändert wird. Mehrfache Detektoren können beispielsweise verwandt werden, wobei eine Bedingung von einem Signal von einem Teildetektor erhalten werden kann, während eine zweite Bedingung von einem Signal von dem gesamten Mehrfachdetektor erhalten werden kann. Wesentlich ist, daß in der oben beschriebenen Weise die verschiedenen Meßanordnungen verschiedene Auflösungen relativ zueinander liefern.

Es tibt natürlich auch andere Verfahren als das oben beschriebene Verfahren, mit denen die Koeffizienten der Matrix A erhalten werden können. Es ist beispielsweise möglich, mehrere verschiedene Proben mit bekanntem Fraktionsgehalt verteilt über verschiedene Klassen zu verwenden und in dieser Weise die verschiedenen Koeffizienten in der Matrix A zu ermitteln, obwohl dieser Weg beschwerlicher ist.

Es ist natürlich nicht notwendig, beim Aufbau der Meßvorrichtungen die relativ beschwerliche Messung aller Koeffizienten in der Matrix A individuell für jede Vorrichtung durchzuführen. Das würde diese Vorrichtungen viel zu kostspielig machen. Es kann ausreichend sein, die Koeffizienten zu verwenden, die bei Messungen an einem Prototyp erhalten wurden. Um sicherzustellen, daß die verschiedenen Vorrichtungen Meßergebnisse liefern, die in erlaubten Grenzen liegen, kann ein Medium oder können mehrere Medien mit einem geeigneten Fraktionsgehalt als Vergleich durch die Vorrichtungen laufengelassen werden und gemessen werden. Vorrichtungen, die den Erfordernissen nicht genügen, werden dadurch nachgestellt, daß insbesondere die mechanischen und optischen Teile der verschiedenen Meßanordnungen nachgestellt werden. Die Kc ..effizienten in der Matrix A werden vorzugsweise in einem Festspeicher, beispielsweise vom Typ ROM, PROM oder EPROM im Rechenteil der Vorrichtung gespeichert. Bei der Herstellung ist es in den meisten Fällen kostengünstiger, diese Speicher identisch auszubilden.

In vielen Fällen ist es nicht notwendig, die Vorrichtungen zu eichen, um genaue richtige Werte des Fraktionsgehaltes in jeder Klasse zu erhalten und sind Annäherungswerte ausreichend, da die Vorrichtungen oftmals dazu verwandt werden sollen, Änderungen in der fraktionellen Zusammensetzung eines Mediums zwischen verschiedenen Messungen anzuzeigen. Die Vorrichtung kann in diesem Fall als selbstbestimmend angesehen werden. Da es eine Frage der Vergleichsmessung ist, können die verschiedenen Koeffizienten daher relativ willkürlich gewählt werden.

Es ist gleichfalls ersichtlich, daß der Wert, den die Vorrichtung fürlede Fraktionsklasse bei einer Messung

anzeigt, nicht der Wert des genauen Anteils der Fraktion in diesen Klassen oderdergenaue prozentuale Wert der Fraktion in den fraglichen Klassen sein muß. Es kann stattdessen sehr zweckmäßig sein, darauf zu achten, daß die Werte eine bestimmte Ziffer, beispielsweise die Ziffer 0, anzeigen, wenn die Werte Pur die Klassen mit eimern gewünschten Wert übereinstimmen. Die Vorrw.'rtung zeigt daher Abweichungen von einer gewünschten Zusammensetzung an. Die Anordnung kann noch weiterentwickclt werden, indem die Skalen für die verschiedenen Klassen bezogen auf ihre Bedeutung für das Endergebnis verändert werden.

Hs ist auch möglich, ein Prozentualanzeigesystem zu erhalten, indem die Anteile zwischen den Wechselspannungssignalen und den Gleichspannungssignalen von den jeweiligen Meßgeometrien verwandt werden. Die Werte dieser Anteile ändern sich geiiau in derselben Weise, wie bei dem oben beschriebenen, die Konzentration anzeigenden iVlcGsysiciVi mit dsr LängcüfräNtiön und der Meßgeometrie, sind jedoch darüberhinaus von den Konzentrationen unabhängig. Durch di; Verwendung der konzentrationsunabhängigen Anteile als Empfindlichkeitskoeffizienten, d. h. als Elemente α₀ in der Matrix A, kann ein ähnliches Gleichungssystem gebildet: werden, das direkt den äquivalenten Gehalt in Prozent in den vorgewählten Längenfraktionsklassen liefert. Die Matrix U besteht in diesem Fall aus den Anteilssignalen, die für die jeweilige Meßgeometrie beim Messen der fraglichen Fasersuspension erhalten werden. In der Praxis werden natürlich die prozentualen ./erte addiert nicht genau 100% ergeben, es sei denn, daß spezielle Maßnahmen getroffen werden. Die Faserlängenverteilungskurve hat einen kontinuierlichen Verlauf und kann nur approximiert werden, indem der Gehalt in einer endlichen Anzahl von Kkssen angegeben wird. Es ist auch möglich, statt der Verwendung der reinen Anteilsinformatinn zwischen dem Wechselspannungssignal und dem Gleichspannungssignal mehr komplexere Anteilsinformationen zu verwenden, wie es in der schwedischen Palentanmeldung 11063 204-4 beschrieben wird, nämlich

αμ+βν

Vac

yvyv

wobei V_A( und V_Di das Wechselspannungssignal und das Gleichspannungssignal sind, μ ein Faktor ist, der für eine gegebene Fraktionsverteilung für den fraglichen Meßkopf konstant ist und sich daher nur in Abhängigkeit von der Fraktionsverteilung ändert, ν ein Faktor ist, der für eine gegebene Faserfraktion für den fraglichen Mcßkopf konstant ist und sich daher nur in Abhängig von der l^;raktionsverlcilung ändert und a,ß, y und δ Konstante sind.

Das komplexe Signal, das dabei von jedem Meßkopf erhalten wird, ist außerordentlich zweckmäßig, da zusätzlich zu seiner Verwendung im obigen Gleichungssystem zum direkten Bestimmen der Anteile des Fasermaterials in den gewählten FraktionskJassen dieses Signal auch dazu dienen kann, die Frakiionsverteilungstendenzen innerhalb jeder einzelnen Kasse anzuzeigen.

Versuche haben gezeigt, daß die Kurve für die Konzentration als Funktion der Fraktionsverteilung in den meisten Fällen eine stetige Verteilungsfunktion mit einer ausdrücklichen Schrägverteilung ähnlich einer /"-Verteilungskurve ist. Von besonderem Interesse beim Messen einer Papierpulpe sind die Änderungen in der Form dieser Kurve, d. h. ob und in welchem Maß das Maximum der Kurve zwischen den Fraktionsklassen verschoben wird und ob die Kurve aus irgendeinem Grund ihren Charakter allgemein ändert.

Die nach dem oben erwähnten Gleichungssystem K = A'^XU oder K = A^TU(A^TA) ' erhaltenen Werte können auch so verwandt werden, daß die Werte oder geeignete Bruchteile der Werte irgendwo in ihren jeweiligen Größenverteilungsintervallen markiert werden, wo sie sich mit der größten Wahrscheinlichkeit befinden, unabhängig ob nur die Wechselspannungswerte, die Wechselspannungswerte einfach durch ihre jeweiligen Gleichspannungswerte geteilt oder die Formel T₁-. verwandt werden. Durch eine Kennzeichnung der Höhe der markierten Werte an diesen Stellen kann eine angenäherte Kenntnis des Verlaufs der Kurve erhalten werden und wird ein« sehr genaue Kenntnis der Tendenzen der Änderungen in einer oder der anderen Richtung erhalten.

ng für

verwandt wird, kann noch eine bessere annähernde Kenntnis des Kurvenverlaufs erhalten werden, da zusätzlich zu der Größe der Signale von denen jedes den Anteil des Fasermaterials in einer bestimmten Fraktion angibt, auch eine Anzeige erhalten wird, wo innerhalb des jeweiligen Intervalls der Wert zu markieren ist. Aus der schwedischen Patentanmeldung 77 06 320-4 ist ersichtlich, daß die Gleichung 7> eine Anzeige der Fraktionsverteilung bezüglich der langen Fasern in Bezug auf die kurzen Fasern liefert. In diesem Fall ist es zweckmäßig, direkt die verschiedenen berechneten Werte für T_F, die von den verschiedenen Meßköpfen erhalten werden, in einen speziellen Rechner einzugeben, der über eine Kenntnis der Verteilungsfunktion direkt an seinem Ausgang die berechnete Kurvengleichung und möglicherweise auch ihre Tendenz bezogen auf die Kurvenformen liefert, die vorher erhalten wurden. Eine weitere Anwendungsvariante zum Berechnen des Fraktionsanteils in jedem Intervall wird dann erhalten, wenn die Wechselspannungssignale oder als Alternative die Wechselspannungssignale dividiert durch die Gleichspannungssignale verwandt werden und gleichzeitig die 7>-SignaIe berechnet werden. Durch Einsetzen der Wechselspannungssignale oder der einfach geteilten Wechselspannungssignale in das obige Gleichungssystem KA=U wird der Anteil des Fasermaterials in den gewählten Fraktionsklassen berechnet und durch Einsetzen der berechneten 77-Werte in ein ähnliches Gleichungssystem werden die Stellen längs der Fraktionsachse in jedem Intervall erhalten, an denen die verschiedenen Meßwerte am zweckmäßigsten zu markieren sind.

in Fig. 3 ist ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt. Die Strahlung von einer Lichtquelle 1 wird über ein Linsensystem 2 und eine Membran 3 auf die Mitte eines Kolbens 4 mit kreisförmigem Querschnitt fokussiert, der ein strömendes Medium enthält. Auf der der Lichtquelle gegenüberliegenden Kolbenseite befindet sich ein Detektor 5. Der Ausgang des Detektors 5 ist mit einer Rechen- und Linearisierungsschaltung 8 verbunden, die den Rechenvorgang

OC(O=)

ausführt, wobei dieser Rechenausdruck der oben erwähnte linearisierte Wechselspannungsanteil ist und V²IMS der Quadratwert des wahren Effektivwertes des

Wechselspannungssignals vom Lichtdetektor 5 ist, K₀₀₀O, der Glcichspannungsantei! des Signals vom Detektor 5 beim Messen des Mediums ohne suspendierte Substanzen ist und c₂ eine Konstante ist. Ein Beispiel für eine Schaltung, die diesen Rechenvorgang ausführt, ist aus der schwedischen Patentanmeldung 77 06 320-4 zu entnehmen.

In Fig. 3 ist weiterhin dargestellt, daß die Membran 3 an einer Drehscheibe 6 angebracht ist, die mit mehreren Membranen versehen ist, die über einen Ring auf der Scheibe verteilt sind. Wenn die Anzahl der gewünschten meßbaren Fraktionsklassen gleich π ist, kann die Anzahl der Membranen./' zwischen η - 2 und irgendeiner Zahl liegen. Das beruht darauf, daß in der bereits erwähnten Weise das Gleichspannungssignal von einer Meßanordnung an sich so benutzt werden kann, ah wäre es ein Wechselspannungssignal, da es eine Extrabedingung zum Bestimmen dei Fraktionszusammensetzung liefert. In dieser Weise wird eine Reihe der Matrix A erhalten. Eine weitere Meßanordnung ist nicht notwendig, da der gesamte Faserlängenbereich überdeckt wird. Das bedeutet, daß es möglich ist, mit π - 2 Meßanordnungen auszukommen. Die Scheibe wird über eine Antriebseinheit 7 betrieben, die gesteuert über eine Steuereinheil 9 die Scheibe 6 so dreht, daß eine neue Membran in den Weg des Strahls von der Lampe 1 gebracht wird. Die Steuereinheit 9 steuert auch die Schaltung 8. Statt einer Drehscheibe mit Membranen 3 fester Anordnung kann auch eine Irismembran beispielsweise verwandt werden, die auf verschiedene Stellungen eingestellt werden kann. Um die Koeffizienten in der Matrix A in passender Weise zu erhalten, wird zunächst eine Suspension mit bekannter Konzentration der Faserklasse 1, die beispielsweise eine Suspension von 200 mesh aus einer Bauer-McNett-Fraktionierung sein kann, durch den Kolben 4 geführt und wird der iinearisierte Wechselspsnnungswert für jede Membran 3 angezeigt. Diese Werte werden durch die Konzentration in einem Teiler 10 geteilt und in einem Speicher 11 über eine Steuerung durch die Steuereinheit 9 gespeichert, die dadurch den Speicher in geeigneter Weise addressiert. Die restlichen Suspensionen mit Fraktionen in den gewünschten Fraktionsklassen werden dann in der richtigen Reihenfolge durch den Kolben geleitet und die Ausgangssignale von der Schaltung 8 Tür jede Membran 3, die durch die bekannten Konzentrationengcteill.sind, werden im Speicher 11 in derselben Weise wie für die Fraktion in der Klasse 1 gespeichert. Wenn beispielsweise drei Fraktionsklassen für eine Papierpulpe zu wählen sind, wird die feine Fraktion, beispielsweise als Fraktion mit 200 mesh gewählt, wird die Mittelfraktion als Fraktion mit 200 bis 30 mesh gewählt und wird die Langfaserfraktion als Fraktion mit 30 mesh gewählt. Die Suspensionen, die mit bekanntem Fraktionsgehalt verwandt werden, müssen fiir ihre Klasse wirklich repräsentativ sein und somit eine Fraktionszusammensetzung enthalten, die gleichmäßig über die Klasse verteilt ist Bei diesem Verfahren werden somit die Werte in der oben erwähnten Matrix A im Speicher 11 gespeichert Das muß natürlich nicht bei jeder eigentlichen Messung erfolgen, sondern nur bei einer speziellen besonderen Anforderung. Der Speicher 11 kann daher ein nicht programmierbarer Festspeicher sein. Er muß nicht separat für jede Meßvorrichtung sondern nur als Prototyp ausgelegt werden. Die Eichung der Vorrichtungen kann erforderlichenfe?ls durch eine Einstellung der optischen Baueinheiten erfolgen.

Bsi der eigentlichen Messung für jede Membran 3 werden die A usgangssignale der Schaltung 8 über eine Steuerung von der Steuereinheit 9 in einem zweiten Speicher 12 gespeichert, der ein Zwischenspeicher sein kann. Wenn der Speicher 12 gefüllt ist, führt die Recheneinheit 13 die Berechnung der gewünschten Konzentrationen gleichfalls übei eine Steuerung der Steuereinheit 9 aus. Die Recheneinheit besieht vorzugsweise aus eine-n vorprogrammierten Mikrocomputer oder Kleinrechner, der die Berechnung des oben beschriebenen Gleichungssystems ausführt und die Ergebnisse an einer Anzeigeeinheit 14 anzeigt oder ein analoges oder digitales Steuersignal liefert, das in einer bestimmten Beziehung zu den erhaltenen Ergebnissen steht. Wenn eine Anzeige von prozentualen Werten erwünscht ist, wird das erhaltene Wechselspar·- nungssignal im vorliegenden Fall durch

In

dividiert.

In Fig. 3 ist ein zweiter Detektor 15 dargestellt, der unter einem Winkel relativ zur optischen Achse angeordnet ist, der sich von dem Anordnungswinkel des Detektors 5 unterscheidet. Der Detektor 15 wird dann verwandt, wenn ein System erwünscht ist, das von der Intensität und Farbe abhängt und stellt bei der Anteilsbildung des Wechselspannungssignals durch die Zuleitung der Gleichspannungsanteile von den beiden Detektoren gleichfalls eine Anzeige prozentualer Werte dar. Mit Hilfe des Gleichspannungsanteils des Signals vom Dr'ektor 15 bildet die Rechenschaltung das obige Gleichspannungssignal nach der Gleichung

In

'PC(O⁰)

DC(O')

+ 1

wobei K_BC(eo) das Gleichspannungssignal ist, das beim Messen der Suspension vom Detektor 1* erhalten wird, der unter einem Winkel 0° angeordnet ist, K₀₀₀O, das Gleichspannungssignal ist, das beim Messen der Suspension von dem Detektor 5 erhalten wird, der unter einem Winkel von 0° angeordnet ist, K'_0Oe°) und Ρ_ΟΠΟο, die Gleichspannungssignale von den Detektoren 15 und 5 beim Messen eines Mediums ohne Teilchensuspension sind und c\ eine Konstante ist.

Ein Beispiel dafür, wie die Recheneinheit zur Durchführung dieser Operation ausgebildet sein kann, ist in der schwedischen Patentanmeldung 77 06 320-4 dargestellt. Wie es oben beschrieben wurde, erfolgt eine Anteilsbildung zwischen den Wechselspannungssignalen und den Gleichspannungssignalen bei Anzeigesystemen für prozentuale Werte, wobei die Anteilsbildung auch in der Schaltung 8 erfolgt. In anderer Hinsicht arbeiten die in Fig. 3 dargestellten Schaltungen in genau der gleichen Weise für Anzeigesysteme zum Anzeigen von prozentualen Werten und für Konzentrationsanzeigesysteme.

In Fig. 4a ist ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung dargestellt, bei dem die Suspension durch einen im wesentlichen rechteckigen Kolben 16 geführt wird, der in Fig. 4a in einer Längsschnittansicht dargestellt ist Fig. 4b zeigt eine Querschnittsansicht des Kolbens, wenn die Vorrichtung als Konzentratinnsanzeigesystem verwandt wird, und Fig. 4c zeigt eine yuerschniUsansichldcs Kolbens, der

sich zur Verwendung bei einem Anzeigesystem für prozentuale Werte eignet, bei dem der zweite Detektor, der dem Detck-or 15 in Fig. 3 entspricht, unter einem Winkel θ° angeordnet ist. Die Ecke des Kolbens ist dabei abgerundet, so daß das Licht, das von der Suspension auf den Detektor 15 trifft, senkrecht auf die Glaswand des Kolbens auftiifft. Diese Ausbildung ist für diesen Fall zweckmäßig, jedoch nicht unbedingt notwendig, da gleichfalls eine Kompensation für einen gekrümmten Strahlengang erfolgen kann.

Wie es in Fig. 4a dargestellt ist, wird der Kolben 16 in diesem Fall durch drei Strahlungsquellen 17,18,19 mit kollimiertem Licht beleuchtet. Diese Strahlungsquellen sind vorzugsweise vom gleichen IVp, obwohl in Fig. 4a zwei Arten von Strahlungsquellen dargestellt is sind, um anzuzeigen, daß beide dieser Arten verwandt werden können. Die Strahlungsquellen 17 und 18 sind als Lampen 20,20' mit einem Linsensystem 21,21' dargestellt, das das Licht von der Lampe sammelt, während die Strahlungsquelle 19 als Laser 22 mit einem nachgeschalteten sr genannten Strahlendehner 23 dargestellt ist.

Im Strahlengang vor dem Kolben befindet sich eine Membran 24, und 26, um den Strahlengang von jeder Strahlungsquelle zu begrenzen. Im Strahlengang hinter dem Kolben sind zusätzliche Membranen 2, 28 und 29 jeweils vorgesehen. Diese letzteren Membranen bestimmen den optischen Winkel für die Detektoren 30, 31 und 32, von denen jeweils einer für jeden Strahlengang vorgesehen ist. In Fig. 4a ist dargestellt, daß die Membranen 24 bis 26 im Strahlengang vor dem Kolben und die Membranen 27 bis 29 tvnter dem Kolben dieselbe Öffnung für denselben Strahlengang haben. Das ist nicht unbedingt notwendig.

In Fig. 4a hat die oberste Meßanordnung 17,24,27,30 die größte Auflösung, d. h. haben die Membranen 24 und 27 die kleinsten Öffnungen, während die unterste Meßanordnung 19,26, 29,32 die niedrigste Auflösung hat, was bedeutet, daß die Membranen 26 und 29 die größte Öffnung haben, die so groß ist, daß eine °^mmellinse 23 hinter der Membran 29 angeord- erden muß, um die Strahlung auf den Detektor 32 zu noilimieren. Eine größere Detektorfläche kann natürlich statt dessen verwandt werden.

Die Signale von den Detektoren 30 bis 32 liegen parallel an einer Schaltung 34, die im wesentlichen dieselbe Ausbildung wie die in Fig. 3 dargestellte Schaltung oder wie die Rechenschaltungen gemäß schwedischer Patentanmeldung 77 06 320-4 oder wie beide Schaltungsarten zur Kooperation haben kann, mit der Ausnähme, daß die Detektorsignale zuerst gespeichert werden, so daß sie anschließend der Reihe nach durch die Rechenschaltung 8 verarbeitet werden können. Das Ausgangssignal der Schaltung 34 liegt an einer Schaltung 35, die die Kurvenform für die Verteilungsfunktion für die Fraktionsverteilung berechnet. Beide Schaltungen 34 und 35 können natürlich Teile derselben Baueinheit beispielsweise eines Kleinrechners sein, der an seinem Ausgang ein geeignetes Steuersignal auf das Aussehen der berechneten Hauptkurvenform ansprechend liefert.

Im obigen wurden lediglich Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Vieles von dem, was bei der in Fig. 3 dargestellten Schaltung, beispielsweise über eine Steuerung von einer Steuereinheit 9 automatisch ausgeführt wird, kann von Hand aus mit einem manuellen Lesen und Berechnen der erhaltenen Ergebnisse auseeführt werden. Das trifft insbesondere für die Eichung zu. Es ist sogar vorstellbar, dann, wenn Einzelelemente wie beispielsweise die Beleuchtung, die Niembrananordnung, die Detektoren und die mechanische Kopplung zwischen den Einzelelementen und dam Kolben ausreichend stabil sind, der Speicher 11 ein Ff stspeicher ist, der bei der Herstellung der Vorrichtung programmiert wird, wonach keine Neuprogrammierung zur Einstellung erforderlich ist.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung eignet sich dann besonders gut, wenn eine schnelle Beobachtung der Tendenzen einer aufgetretenen Änderung erwünscht ist. Es kann sehr wichtig sein zu wissen, welcher Faserlängenbereich den höchsten Wert hat und ob sich dieser spezielle Faserlängenbereich zur feineren Fraktion oder nir Langfaserfraktion verschiebt. Diese Tendenzen von Änderungen und ihre Schwankungen können eine w<rtvolle Information darüber liefern, welche Teile des Papierpulpenherstellungsverfahrens Korrekturmaßnahmen benötigen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat bei Testläufen ausgezeichnete Ergebnisse geliefert. Bei einem Vergleich mit einer gleichzeitig durchgeführten Messung mittels eines bekannten normalen Verfahrens, das einleitend beschrieben wurde, hat es sich herausgestellt, daß die erhaltenen Werte vollständig innerhalb der erwarteten Fehlergrenzen liegen, was darauf beruht, daß kein derartiges Verfahren vollständig absolute Ergebnisse liefern kann, da es extrem schwierig ist, eine Grenze zwischen zwei benachbarten Faserlängenbereichen zu erhalten, die vollständig scharf ist, und ein gewisses Überlappen unabhängig von dem verwandten Verfahren auftreten muß.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Anzeigen der Teilchengrößenverteilung von strömenden Teilchenmengen in Fraktionsklassen mit einer Lichtquelleneinrichtung, die die Teilchenmengen senkrecht zu ihrer Strömungsrichtung durchstrahlt, einer Detektoreinrichtung, die das durch die Teilchenmengen hindurchgegangene Licht aufnimmt und in ein elektrisches Signal umwandelt, das sich mit der Intensität des aufgenommenen Lichtes ändert, einer Einrichtung zum Bestimmen der Größe der erfaßten Teilchen und zum Erfassen der Teilchen in verschiedenen Größenklassen und einer Einrichtung, die die Teilchengrößenverteilung aus allen Signalen bestimmt, die für die verschiedenen Größenklassen erhalten wurden, dadurch ge kennzeichnet, daß füreine Aufteilung in η Fraktionsklassen wenigstens η — 2 Meßanordnungen mit Lichtblenden verschiedenen Öffnungsdurchmessers jeweils sowie eine Eichvorrichtung vorgesehen sind, die die Empfindlichkeit jeder Meßanordnung mit Eichteilchenmengen bekannter Zusammensetzung bestimmt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen ein« einzigen Lichtquelle (1) und einem einzigen Detektor (5) eine drehbare Blendenscheibe (6) angeordnet ist, deren wenigstens η - 2 Öffnungen (3) mit verschiedenen Durchmessern in den Weg des Lichtstrahles von der Lichtquelle (1) *.um Detektor (5) drehbar sind.

3. Vorrichtung nach Ansps-ich 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens η - 2 getrennte Meßanordnungen jeweils aus einer Lichtquelle (17,18,19) und einem Detektor (30, 31, 32) vorgesehen sind, zwisehen denen jeweils Blenden (24) mit verschiedenen Öffnungsdurchmessern angeordnet sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehendan Ansprüche, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Kolben (4) aus einem für das Licht der Lichtquelleneinrichtung durchlässigen Material, durch den die Teilchenmengen geleitet werden, und eiae Optik (2), die den Lichtstrahl von der Lichtquelleneinrichtung auf die Symmetrieachse des Kolbens (4) fokussiert.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen zylindrischen Kolben (16) aus einem für das Licht der Lichtquelleneinrichtung durchlässigen Material, durch den die Teilchenmengen geleitet werden, wobei der Kolben (16) mit kollimiertep. Licht durchstrahlt wird.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen weiteren Detektor (15), der auf Licht anspricht, das aus einer Richtung kommt, die von der optischen Achse der Lichtquellen- und Det 'Uoreinrichtung verschieden ist.