FI124628B - Huokoisuusmittaus - Google Patents

Description

Huokoisuusmittaus

Ala

Keksinnön kohteena on huokoisuusmittalaite ja -menetelmä ja niihin perustuvat ohjausjärjestely ja -menetelmä.

5 Tausta

Paperi sisältää kuituja ja erilaisia hieno- ja täyteainehiukkasia, jotka paperia valmistettaessa puristuvat tiiviisti yhteen. Partikkeleiden välissä ja usein myös kuitujen sisällä on kuitenkin vielä pieniä ilmakanavia ja -onkalolta, jotka tekevät paperista huokoista.

10 Paperin huokoisuus voidaan määrittää esimerkiksi mittaamalla pa perin ilmanläpäisevyyttä, johon on olemassa useita standardoituja mittausmenetelmiä kuten ISO 5636-1, ISO 5636-2, ISO 5636-3 ja ISO 5636-4. Mittaus voidaan tehdä on-line-mittauksena liikkuvalle paperirainalle paperia valmistettaessa tai off-line-mittauksena liikkumattomalle paperinäytteelle laboratoriossa.

15 Mittaus suoritetaan paperialan standardeissa alipaineen avulla si ten, että alipainegeneraattori tuottaa alipaineen mittapään ja paperin välille. Alipainetta mitataan anturilla, ja mittauksessa on tärkeää, että painemittauksen avulla alipainegeneraattori saadaan ohjattua tuottamaan mittapään ja paperin välille ennalta määrätty vakioalipaine, joka on standardissa tarkasti määritelty.

20 Kun mainittu ennalta määrätty alipaine on saavutettu, mitataan kaasun virtausnopeus paperin läpi kohti alipainegeneraattoria. Koska kaasun paine on vakioitu, muutos paperin huokoisuudessa muuttaa myös kaasun virtausmäärää (ml/min). Täten paperin huokoisuus voidaan määrittää mitatulla kaasun vir-tausmäärällä.

^ 25 Standardin mukaiseen mittaukseen liittyy kuitenkin ongelmia. Ennal- o ™ ta määrätty vakioitu paine ilman virtausmäärän määrittämiseksi on vaikea tuot- o taa ja pitää yllä tarkasti varsinkin on-line-mittauksessa, jossa sekä paperi että o mittapää ovat jatkuvassa liikkeessä. Painesäädön epätarkkuus ja alipaineen g hallitsematon vaihtelu vähentävät mittaustarkkuutta. Ennalta määrätyn paineen

CL

30 aikaansaaminen vaatii jatkuvaa säätöä, mikä aiheuttaa viivettä mittaukseen.

O) ^ Mittauspaineen jatkuva säätäminen kuluttaa alipainegeneraattoria ohjaavaa m ^ säädintä, joka pitää vaihtaa kulumisen ja rikkoutumisen takia uuteen usein, ° esimerkiksi noin puolen vuoden välein. Lisäksi tavallinen virtausmittari, joka perustuu hehkulangan resistanssiin, on herkkä kosteudelle ja pölylle. Muun 35 muassa tästä syystä mittalaitteessa on mittapään ja virtausmittauksen välissä 2 suodatin, joka pyrkii estämään kosteuden ja pölyn pääsyn virtausmittariin. Suodatus ei kuitenkaan ole täysin pitävä, ja virtausmittareita rikkoutuu kosteuden ja lian takia. Sen lisäksi, että suodatin haittaa ilman virtausta ja heikentää siten mittaustarkkuutta, suodatin likaantuu erittäin nopeasti, koska huokoisuut-5 ta halutaan mitata ennen päällystystä kosteissa olosuhteissa. Suodatin pitääkin vaihtaa tavallisesti kerran päivässä, mikä keskeyttää huokoisuusmittauk-sen. Lopuksi voidaan vielä todeta, että erittäin tiiviitä papereita mitattaessa vir-tausmäärä on niin pieni, että sen mittaaminen tuottaa vaikeuksia. Muun muassa näistä syistä on olemassa tarve kehittää huokoisuusmittausta.

10 Lyhyt selostus

Keksinnön tavoitteena on toteuttaa parannettu ratkaisu. Tämän saavuttaa vaatimuksen 1 mukainen mittalaite.

Keksinnön kohteena on myös vaatimuksen 11 mukainen mittausmenetelmä.

15 Keksinnön kohteena on lisäksi vaatimuksen 21 mukainen ohjausjär- jestely.

Keksinnön kohteen on vielä vaatimuksen 23 mukainen ohjausmenetelmä.

Keksinnön edullisia suoritusmuotoja kuvataan epäitsenäisissä pa-20 tenttivaatimuksissa.

Keksinnön mukaisessa mittauslaitteessa ei tarvita virtausmittaria, mikä tarkentaa ja yksinkertaistaa huokoisuusmittausta.

Kuvioluettelo

Keksintöä selostetaan nyt lähemmin edullisten suoritusmuotojen yh- ^ 25 teydessä viitaten oheisiin piirroksiin, joissa o ™ kuvio 1A esittää mittauksen periaatetta, o kuvio 1B esittää useasta eri virtauskanavasta suoritettavaa erillistä o mittausta, g kuvio 2 esittää useasta virtauskanavasta suoritettavaa yhteistä mit-

CL

30 tausta, o £3 kuvio 3 esittää mittalaitetta, jossa on ejektori, LT) ^ kuvio 4 esittää mittalaitetta, joka voidaan kalibroida mittaamalla ° huokoisuusreferenssiä, kuvio 5A esittää mittalaitetta, jossa on kontaktivälineet mittauskoh-35 teen pitämiseksi kiinni mittapäässä mittauksen aikana, 3 kuvio 5B esittää mitattavassa kohteessa kiinni olevaa ejektoria, kuvio 6 esittää painegeneraattorin toimintaa, kuvio 7 esittää mittalaitteen erästä esimerkkirakennetta, 5 kuvio 8 esittää mittalaitteella mitattua huokoisuutta ja standardin mukaisesti mitattua huokoisuutta, kuvio 9 esittää paperikonetta, kuvio 10 esittää mittausmenetelmän vuokaaviota ja kuvio 11 esittää ohjausmenetelmän vuokaaviota.

10 Suoritusmuotojen kuvaus

Tarkastellaan aluksi on-line-huokoisuusmittausta kuvion 1A avulla. Mittalaite voi määrittää mittauskohteena 116 olevan paperin tai kartongin huokoisuuden kohdistamalla paperiin tai kartonkiin tunnettu ja/tai ennalta määrätty imuteho ja mittaamalla imutehon tuottama alipaine, jonka arvo perustuu huo-15 koisuuteen. Ennalta määrätyllä imuteholla I tarkoitetaan tässä sellaista suuretta, joka voi noudattaa virtausmäärästä q ja alipaineesta P riippuvaa ennalta määrättyä funktiota F siten, että I = F(q, P). Yksinkertaisessa tapauksessa ennalta määrätty funktio F voi olla virtausmäärän ja paineen tulo F(q, P) = aqP, missä a on vakio, joka voidaan määrittää esimerkiksi kokeellisesti.

20 Mittalaite voi käsittää painegeneraattorin 102 ja anturin 104. Mittalai te voi tällöin määrittää mittauskohteena 116 olevan paperin tai kartongin huokoisuuden kohdistamalla painegeneraattorilla 102 mittauskohteeseen 116 ennalta määrätyllä voimakkuudella imun ja mittaamalla mainitun imun tuottama alipaine anturilla 104.

^ 25 Alipaine P voidaan määrittää mitattavan kohteen 116 yli olevan pai- ° ne-eron avulla. Tällöin mittauskohteen 116 ympäristössä 118, jossa vallitsee o monesti normaali ilmanpaine, on suurempi paine kuin sillä puolella mittaus- g kohdetta 116, josta alipainetta anturilla 104 mitataan. Alipaine tässä hakemuk- x sessa voi tarkoittaa mittauskohteen 116 yli olevaa paine-eroa tai painetta, joka 30 mitataan anturilla 104. Alipaineen määrittämiseksi voidaan myös ympäristön o 118 paine mitata tai se voidaan olettaa tunnetuksi.

Mittalaite voi käsittää yleisessä tapauksessa ainakin yhden mitta-^ pään 100, ainakin yhden painegeneraattorin 102 ja ainakin yhden anturin 104.

Mittapää 100, jonka kontaktiosa 110 on ulkopinnallaan tarkoitettu olemaan 35 kontaktissa mittauskohteen 116 kanssa, voi sulkea sisäänsä mittaustilan 106, 4 mutta varsinkaan erillinen mittaustila 106 ei ole välttämätön. Erillistä mittausti-laa 106 ei erityisesti ole, jos esimerkiksi painegeneraattori 102 on suorassa yhteydessä kontaktiosan 110 ainakin yhteen virtausaukkoon 112. Tällöin painegeneraattori 102 voi olla liitetty ainakin yhteen virtausaukkoon 112 suoraan 5 tai esimerkiksi ainakin yhden kaasujohtimen 150 kautta.

Mittapään 100 pinta 114 on valmistettu materiaalista, joka ei läpäise kaasua. Materiaalina voi olla esimerkiksi metalli. Kontaktiosa 110 voi olla esimerkiksi terästä, keräämiä, timanttia, safiiria tai jokin näiden yhdistelmä. Kontaktiosan 110 materiaali voi olla esimerkiksi metallin ja keraamin yhdistelmää, 10 jolloin teräs voi olla runkona ja keraami voi olla ulkopintana kulumisen vähentämiseksi. Mittauskohde 116 voi olla paperia, kartonkia tai jokin näiden yhdistelmä.

Mittapään 100 käsittäessä mittaustilan 106 pinta 114 käsittää pai-neaukon 108 painegeneraattorin 102 ja mittaustilan 106 välistä kaasun virtaus-15 ta varten. Mittapää 100 ja painegeneraattori 102 voidaan kytkeä suoraan toisiinsa, mutta mittapään 100 ja painegeneraattorin 102 välillä voi olla kaasun virtausta varten myös kaasujohdin 150 (esitetty esimerkiksi kuviossa 2), jonka yksi pää kiinnitetään mittapään paineaukkoon 108 ja toinen pää paine-generaattoriin 102. Kaasujohdin 150 voi olla putki ja sen materiaali voi olla 20 esimerkiksi metallia tai muovia. Kaasujohtimen 150 pinta voidaan päällystää materiaaleilla, jotka hylkivät likaa. Paineaukon 108 tai virtausaukon 112 ja painegeneraattorin 102 voidaan ajatella käsittävän myös sopivan liittimen kutakin kaasujohtoa varten.

Mittapää 100 käsittää kontaktiosassaan 110 ainakin yhden vir-25 tausaukon 112, jonka läpi kaasu voi virrata läpäistyään mittauskohteen 116. Yhden tai useamman virtausaukon 112 kokonaispinta-ala voi olla ennalta mää-5 rätty esimerkiksi jonkun halutun standardin mukaista mittausta varten. Yhden

C\J

^ tai useamman virtausaukon 112 pinta-ala voi olla myös säädettävä.

° Painegeneraattori 102 on tarkoitettu toimimaan ennalta määrätyllä

\J

° 30 toimintateholla. Painegeneraattori 102 on kaasupumppu, joka pystyy saamaan | aikaan ennalta määrätyn suuruisen kaasuvirran tunnettua virtausvastusta vas- o) taan muuttumattomalla teholla toimiessaan. Tunnettu paine voi olla alipaine, o joka syntyy suhteessa mittauskohteen 116 vastakkaisella puolella 118 olevaan ^ paineeseen. Mitä suuremman virtausvastuksen läpi painegeneraattori 102 00 35 pumppaa kaasua, sitä pienemmän kaasuvirran painegeneraattori saa aikaan, mutta kaasunvirtauksen ja paineen välinen riippuvuus on kuitenkin koko ajan 5 ennalta määrätty. Voidaan ajatella, että painegeneraattorin vakioteho P voidaan ilmaista muodossa P = Apq, missä Δρ on paine-ero vastuksena toimivan mittauskohteen 116 yli ja q on kaasun virtausmäärä. Tällöin virtausmääräksi q saadaan q = Ρ/Δρ. Tämä puolestaan voidaan ilmaista muodossa q = P/(po -5 pm), koska Δρ = po - pm, missä pm on mitattu paine, p0 on tunnettu paine (esim. ilmakehän paine tai kaasusäiliön paine mittauskohteen 116 vastakkaisella puolella 118). Virtausmäärän käyräksi tulisi näin hyperbeli, mutta esimerkiksi ejek-torilla on olemassa suurin mahdollinen virtausmäärä Qmax. Lisäksi esimerkiksi ejektorilla virtausmäärä käyttäytyy lähinnä lineaarisesti suhteessa paine-eroon 10 Δρ esim. q = a(P)Ap, missä a(P) on kerroin, joka riippuu paineesta P. Yleisesti virtausmäärä q voidaan ilmaista ennalta määrätyllä kaavalla q = ί(Δρ), missä f on tunnettu funktio. Funktio f voi perustua teoriaan, simulaatioon tai mittauksiin. Jos siis painegeneraattorin 102 aikaansaama paine pm mitataan, voidaan määrittää myös painegeneraattorin 102 aikaansaama kaasuvirran määrä 15 (esim. yksikössä cm3/min), kun painegeneraattorissa 102 on käytetty ennalta määrättyä toimintatehoa P. Toimintateho tarkoittaa tässä painegeneraattorin kykyä siirtää tai imeä kaasua pois kustakin virtauskanavasta 112. Paine-generaattori 102 siis vetää kaasua ennalta määrätyllä imuvoimakkuudella mit-tauskohteesta poispäin, jolloin huokoisen mittauskohteen 116 läpi virtaa kaa-20 sua sitä enemmän, mitä huokoisempi mittauskohde 116 on.

Esitetyssä ratkaisussa painegeneraattorin 102 pumppausta vastustaa mittauskohde 116, jonka läpi kulkevan kaasuvirran määrä on suhteessa mittauskohteen huokoisuuteen. Kaasuvirtaus mittauskohteen 116 läpi ja painegeneraattorin 102 ennalta määrätty toimintateho saavat siis aikaan tasopai-25 notilan, jossa kontaktiosan 110 ja painegeneraattorin 102 välillä vallitsee mitta-uskohteen 116 huokoisuudesta riippuva alipaine. Alipaine tarkoittaa sitä, että 5 kussakin virtauskanavassa 112 on pienempi paine kuin muualla mittauskoh-

C\J

^ teen 116 ympärillä 118, jossa voi olla esimerkiksi normaali ilmakehän paine, ^ joka on noin 101 kPa.

° 30 Eräässä suoritusmuodossa painegeneraattori 102, joka voi olla | esimerkiksi ejektori tai sähkömekaaninen alipainepumppu, imee kaasua kohti en itseään ja siten kohdistaa ennalta määrätyllä toimintateholla mittapään 100 o $ kuhunkin virtauskanavaan 112 alipaineen. Alipaine vaikuttaa mittapään 100 ^ kontaktiosaa 110 vasten sijoitettuun mittauskohteeseen 116. Jos mittauskohde 00 35 116 ei ole kovin huokoinen vaan vastustaa kaasun virtausta lävitseen voimak kaasti, alipaine on suuri. Jos mittauskohde 116 on hyvinkin huokoinen ja pääs- 6 tää kaasua lävitseen helposti, alipaine jää pieneksi. Täten alipaineen suuruus riippuu mittauskohteen 116 ja virtausaukon 112 läpi tapahtuvasta kaasun virtauksesta.

Mittauskohteen huokoisuus voidaan määrittää anturilla 104 mittaa-5 maila ainakin yhdessä virtausaukossa 112 vallitseva paine mittapäässä 100. Paineen mittaus voidaan suorittaa esimerkiksi mittaustilasta 106. Anturi 104 voi olla elektroninen anturi 104. Laskentayksikkö 206 (mm. kuvio 2) voi olla osa esimerkiksi prosessoripohjaista järjestelmäohjainta. Esimerkiksi MEMS-anturi (MicroElectroMechanical System) muuntaa paineen sähköiseksi signaa-10 liksi. MEMS-anturi on kuin kondensaattori, jonka kapasitanssi muuttuu siihen kohdistuvan paineen mukaan. Kapasitanssiin perustuva sähköinen signaali voidaan syöttää laskentayksikölle 206 signaalinkäsittelyyn ja/tai näytölle. Sähköinen analoginen signaali voidaan muuntaa digitaaliseksi ennen signaalin käsittelyä ja/tai näyttöä. Laskentayksikkö 206 puolestaan voi olla esimerkiksi 15 tietokone, jossa on sopiva tietokoneohjelma. Paperikoneessa laskentayksikkö 206 voi olla myös osa paperikoneen toimintaa ohjaavasta järjestelmäohjaimes-ta (ks. kuvio 7).

Suoritettaessa huokoisuusmittaus painetta mittaamalla voidaan välttää tunnetun tekniikan mukaisissa huokoisuusmittauksissa vaikeuksia aiheut-20 tava kaasun virtauksen suora mittaus. Samalla voidaan välttää ongelmat, jotka johtuvat virtausmittarien herkkyydestä pölylle ja kosteudelle. Koska pölystä ja kosteudesta vikaantuvia virtausmittareita ei enää tarvita, ei tarvita myöskään pöly-ja kosteussuodattimia. Mittauksissa, joissa ei pyritä standardin mukaisessa paineessa tehtävään mittaukseen, ei ole tarvetta paineen jatkuvaan sää-25 töön, joten painetta säätävää venttiiliä ei tarvita tai paineen säätöä tarvitaan harvoin, joten paineensäätöventtiilin vaihto on tarpeellista vain harvoin tai sitä 5 ei tarvita ollenkaan. Monien osien vähentymisen takia mittalaitteen koko ja

C\J

^ massa ovat pienempiä kuin tunnetussa tekniikassa. Tämä vaikuttaa myös val- ° mistuskustannuksiin alentavasti.

° 30 Kuviossa 1B on esitetty eräs suoritusmuoto, jossa on esimerkiksi | kaksi virtauskanavaa 112, joihin kumpaankin painegeneraattori 102 on kytketty o) erikseen esimerkiksi kaasujohtimilla 150. Kummassakin virtauskanavassa 112 o on oma anturi 104, jonka painesignaalia laskentayksikkö 206 ottaa vastaan.

^ Mittalaite voi eräässä toimintamuodossa käsittää ainakin yhden vuo- 00 35 toreiän 200, joka voi olla kytketty ainakin yhteen virtausaukkoon 112 tai ainakin yhteen virtausaukkoa 112 ja painegeneraattoria 102 yhdistävään kaasujohti- 7 meen 150. Kukin vuotoreikä 200 voi vuotaa kaasua kuhunkin virtausaukkoon 112. Reiän 200 koko voi olla säädettävä. Kun kunkin reiän 200 koko (pinta-ala) tiedetään ja kun paine mittaustilassa 106 tunnetaan, tiedetään myös mainitun ainakin yhden reiän 200 kautta kulkeva virtausmäärä. Mittalaite voi käsittää 5 myös venttiilin 202, jolla vuotoreikä 200 voidaan avata ja sulkea, mutta vuoto-venttiili 202 ei ole välttämätön. Kutakin vuotoreikää 200 voidaan käyttää tällä tavalla halutun alipaineen aikaansaamiseksi kuhunkin virtauskanavaan 112. Eri virtausaukoissa 112 voi olla eri alipaine. Lisäksi kullakin vuotoreiän 200 kautta tuotettavalla ohivirtauksella voidaan vaikuttaa mittalaitteen 100 ja sen 10 komponenttien puhtaana pysymiseen. Ohivirtauksen avulla voidaan saavuttaa myös riittävän suuri puhtaan kaasun virtausmäärä painegeneraattoriin 112 (esimerkiksi kuviossa 3 esitettyyn ejektoriin) sen puhtaana pitämiseksi. Kussakin virtausaukossa oleva anturi 104 voi mitata painetta, ja laskentayksikkö 206 voi ottaa vastaan anturin 104 tuottamaa signaalia ja määrittää mittauskohteen 15 116 huokoisuuden kunkin virtausaukon 112 painetiedon perusteella.

Kuvio 2 esittää hieman tarkemmin mittausjärjestelyä. Myös tässä kuvion mukaisessa suoritusmuodossa mittalaite voi käsittää ainakin yhden vuotoreiän 200, joka voi olla kytketty mittaustilaan 106, paineaukkoon 108 tai ainakin yhtä virtausaukkoa 112 ja painegeneraattoria 102 yhdistävään kaasu-20 johtimeen 150. Anturi 104 voi mitata painetta kaasujohtimesta 150 varsinaisen mittaustilan 106 sijaan, koska paine kaasujohtimessa 150 on sama tai verrannollinen mittaustilassa 106 olevaan paineeseen. Mittausanturi 104 tuottaa signaalia, joka sisältää painetiedon. Laskentayksikkö 206 voi ottaa vastaan anturin 104 tuottamaa signaalia ja määrittää mittauskohteen 116 huokoisuuden 25 painetiedon perusteella.

^ Tasaisen paineen sijaan paine mittaustilassa 106 voidaan saattaa o vaihtelemaan ennalta määrätyllä tavalla. Paineen vaihtelu voidaan tuottaa

C\J

^ esimerkiksi avaamalla ja sulkemalla venttiiliä 202, tai painegeneraattorin 102 ^ ennalta määrätty toimintateho voidaan toteuttaa muuttamalla painegeneraatto- ° 30 rin 102 toimintatehokkuutta ennalta määrätysti. Paine voi vaihdella esimerkiksi | ennalta määrätyn funktion mukaan. Ennalta määrätty funktio voi olla esimer- o kiksi sinifunktio. Laskentayksikkö 206 ottaa vastaan mittausanturin 104 tuotta en maa signaalia ja määrittää mittauskohteen 116 huokoisuuden muuttuvan ali-^ paineen perusteella. Koska käytettävissä on ennalta määrätysti käyttäytyvä, 00 35 muuttuva painealue, mittaus on tarkempi kuin vakiopaineella mitattaessa. Voi- 8 daan esimerkiksi havaita se, muuttuuko huokoisuus lineaarisesti vai epälineaa-risesti suhteessa alipaineeseen.

Kuvio 3 esittää erästä toimintamuotoa, jossa painegeneraattori 102 voi käsittää elektropneumaattisen muuntimen 302, ja painegeneraattori 102 voi 5 käsittää ejektorin 300. Elektropneumaattisia muuntimia ja ejektoreita voi olla myös useita, ja yksi elektropneumaattinen muunnin voi syöttää painetta useampaankin kuin yhteen ejektoriin. Yleisesti määriteltynä ejektorissa on läpivir-tausputki, jonka kanssa sisäkkäisesti on T-haaraan erottuva putki. Kun ejektorin läpi juoksutetaan kaasua, T-haaraan muodostuu imu. Elektropneumaattinen 10 muunnin 302 voi syöttää kaasua ennalta määrätyllä paineella ejektoriin 300, jotta ejektori 300 saadaan toimimaan ennalta määrätyllä toimintateholla. Elektropneumaattinen muunnin 302 voi ottaa vastaan kaasua paineella, jonka suuruus on esimerkiksi 600 kPa, ja elektropneumaattinen muunnin 302 voi syöttää kaasua ejektoriin 300 paineella, joka voi olla jokin vakiopaine esimerkiksi väliltä 15 110 kPa - 600 kPa. Lisäksi elektropneumaattinen muunnin 302 voi säätää en nalta määrättyä kaasun painetta ejektorin 300 ennalta määrätyn toimintatehon säätämiseksi. Elektropneumaattisen muuntimen 302 tuottamaa painetta voidaan mitata painemittarilla 304 ja siten säätää paine halutuksi. Elektropneumaattisen muuntimen 302 sijaan voidaan käyttää myös elektrohydraulista 20 muunninta, jolloin kaasun sijaan ejektorin 300 läpi juoksutetaan nestettä.

Eräässä toimintamuodossa elektropneumaattinen muunnin 302 voi ohjata ennalta määrättyä kaasun painetta ejektorin 300 tuottaman alipaineen säätämiseksi mittaustilassa 106 halutun suuruiseksi, mikä mahdollistaa standardin mukaisessa paineessa suoritettavan huokoisuuden mittauksen. Näin 25 mittaustilan 106 paineeksi voidaan asettaa esimerkiksi 1,47 kPa alempi paine kuin mittauskohteen 116 toisella puolella 118, kuten Bendtsenin huokoisuus-5 mittauksessa on määritelty. Mittaamalla tällöin virtausmittarilla 130 kaasun vir-

C\J

^ taus voidaan huokoisuusmittaus suorittaa standardin mukaisesti. Mutta huo- ° koisuusarvon määrittämiseen ei tarvita virtausmittaria 130 eikä virtausmittaus- ° 30 tulosta, koska mittaustilan 106 paineen mittaus riittää määrittämään huokoi- | suuden ja kaasun virtausmääränkin, koska virtausmäärä riippuu mittausken- o) non 106 paineesta (mitattavissa) ja painegeneraattorin 300 toimintatehokkuu- o $ desta (ennalta määrätty/tunnettu). Tällaisessa mittauksessa voidaan ejektorin ^ 300 tuottamaa painetta muuttaa säätämällä elektropneumaattisen muuntimen ™ 35 302 syöttöpainetta ejektoriin 300.

9

Ejektori 300 voidaan saattaa tuottamaan ennalta määrätysti vaihte-leva paine mittaustilaan 106 muuttamalla elektropneumaattisen muuntimen 302 lähtöpainetta ennalta määrätyllä tavalla. Näin voidaan tuottaa esimerkiksi sinimuotoisesti vaihteleva paine mittaustilaan 106.

5 Kuvio 4 esittää erästä toimintamuotoa, jossa mittalaite voi suorittaa haluttuina hetkinä kalibrointimittauksen. Tätä varten mittalaite voi käsittää ainakin kaksi sulkuvälinettä 400 ja 402, jotka voivat olla esimerkiksi palloventtiile-jä. Sulkuväline 400 voi pienentää painegeneraattorin 102 tuottamaa kaasun virtausta ainakin yhden virtausaukon 112 läpi ennalta määrätylle tasolle kalib-10 roinnin suorittamiseksi. Sulkuväline 400 voi esimerkiksi sulkea kaasun virtauksen mittapään 110 kultakin virtausaukolta 112 painegeneraattoriin 102. Kalib-rointiventtiili 402 puolestaan voi avata yhteyden ainakin yhdelle referenssiau-kolle 404, jonka suuruus on ennalta määrätty, kaasun virtauksen mahdollistamiseksi referenssiaukosta 404 kohti painegeneraattoria 102. Koska referenssi-15 aukon 404 koko on ennalta määrätty, sen kautta kulkevan kaasuvirtauksen suuruus suhteessa referenssiaukon 404 yli vallitsevaan paine-eroon (paine-generaattorin 102 toimintatehoon) on tunnettu. Kalibrointiventtiilin 402 ja painegeneraattorin 102 välillä vallitseva paine voidaan mitata anturilla 104. Laskentayksikkö 206 voi korjata muunnosta, jolla huokoisuusmittaustulos saadaan 20 paineesta, mikäli mitattu paine poikkeaa tunnetusta paineesta ennalta määrättyä määrää enemmän. Vuotoreikä 200 ja ainakin yksi venttiili 202 voivat tässä toimintamuodossa kuulua mittalaitteeseen tai olla kuulumatta.

Eräässä suoritusmuodossa sekä kalibrointi että vuotovirtaus toteutetaan samalla rakenteella. Tällöin kun sulkuvälineellä 400 pienennetään paine-25 generaattorin 102 tuottama kaasun virtaus ainakin yhden virtausaukon 112 läpi ennalta määrätylle tasolle, kalibroinnissa tarvittava ennalta määrätty kaasun 5 virtaus voi tulla ainakin yhden reiän 202 kautta, jonka koko on ennalta määrätty

C\J

^ ja joka toimii ainakin yhtenä referenssiaukkona 404. Mittalaitteen kalibrointia ^ on selostettu tarkemmin kuvion 6 yhteydessä.

° 30 Ainakin yhden referenssiaukon 404 koko voi olla säädettävissä. Ai- | nakin yksi referenssiaukko 404 voi olla pyöreä, ja sen halkaisija voi olla esi- o) merkiksi 1 mm tähän kuitenkaan rajoittumatta. Ainakin yksi referenssiaukko o 404 voi olla myös muun muotoinen kuin pyöreä. Ainakin yksi referenssiaukko ^ 404 voi olla esimerkiksi monikulmionmuotoinen.

00 35 Kuvio 5A esittää erästä toimintamuotoa, jossa mittapää 106 käsittää kontaktiosan 110 mittauskohteen 116 saattamiseksi kontaktiin mittapään 100 10 kanssa mittausta varten. Kontaktiosa 110 käsittää suutinraon 502, raon 504 ja ohjausrakenteen 506. Suutinrako 502 voi ottaa vastaan ulkopuolisesta pai-nesäiliöstä tai kaasupumpusta tulevan kaasuvirtauksen, joka purkautuu suutin-raosta 502 kaasuillaan 508 aiheuttaen alipaineen. Ohjausrakenne 506 voi oh-5 jata kaasun pintansa mukaisesti ja päästää kaasun purkautumaan raosta 504 ulos, mikä myös osaltaan vaikuttaa mittauskohteen 116 ja mittapään 100 välille syntyvään alipaineeseen, joka vetää mittauskohdetta 116 kohti mittapäätä 100 ainakin yhden imureiän 512 kautta.

Tarkastellaan kontaktiosaa 500 vielä hiukan tarkemmin. Rako 504 ja 10 ainakin yksi imureikä 512 voivat näyttää päältä päin katsottuna esimerkiksi renkaanmuotoiselta uralta mainitun ainakin yhden virtausaukon 112 ympärillä. Vaihtoehtoisesti rako 504 ja ainakin yksi imureikä 512 voivat muodostaa esimerkiksi kaksi suoraa uraa kontaktiosan 110 mainittujen ainakin yhden virtausaukon 112 eri puolille. Suutinrako 502 voi muodostaa eräänlaisen pintavir-15 tasuuttimen. Suutinraosta 502 kaasu voi purkautua kohti mittauskohdetta 116, ja suutinraon 502 välittömässä läheisyydessä sijaitseva kaareva ohjausrakenne 506 voi kääntää kaasun virtauksen pois mittapäästä 100. Tällöin kaasu virtaa nuolten mukaisesti. Pintavirtasuuttimen vaikutuksesta muodostuva alipaine vaikuttaa kaasuillaan 508 kontaktiosan 110 alapuolelle. Lisäksi pintavirtasuut-20 timen alipaine vaikuttaa kontaktiosassa 110 olevien imureikien 512 kautta, jotka eivät ole mittaustilaan 106 johtavia virtausaukkoja 112, mittauskohteeseen 116 siten, että mittauskohde 116 tukeutuu tämän alipaineen vaikutuksesta kontaktiosaan 110. Kaasun paine ja sen mukaan myös kaasun virtausnopeus voidaan sovittaa halutun suuruiseksi siten, että kaasun virtaus tuottaa halutun 25 alipaineen, joka vetää mittauskohdetta 116 mittapäätä 100 kohti. Kaareva ohjausrakenne 506 voi sijaita ja olla osana rakoa 504 ympäröivässä mittapään 5 100 runkorakenteessa tai raon 504 ympärillä olevassa muotoelementissä.

CNJ

^ Kontaktiosan 110 mainittu ainakin yksi virtausaukko 112 voi sijaita ° kontaktiosassa 110 siten, että liikkuva mittauskohde 116 voi asettautua suora ni ° 30 na ja tasaisena kontaktiosaa 110 ja mainittua ainakin yhtä virtausaukkoa 112 £ vasten. Virtausaukkojen 112 reikäkuviointi kontaktiosassa 110 voi vaihdella cd monella tavalla. Virtausaukkojen 112 avoimen osuuden suhde suljettuun osuu- o teen voi vaihdella samoin kuin virtausaukkojen poikkileikkauksen koko. Vir-^ tausaukot 112 voidaan mitoittaa siten, että ne ovat riittävän suuria päästämään ^ 35 lävitseen mittauskohteen 116 tuottaman pölyn tai muut epäpuhtaudet, mutta kuitenkin riittävän pieniä siten, että kontaktiosaan 110 tukeutuva mittauskohde 11 116 ei pääse kupruilemaan tai rypistymään, vaan että se asettuu tasaisesti kontaktiosaa 110 vasten. Nämä samat ominaisuudet pätevät myös kontak-tiosan 110 imurei’ille 512.

Kuten kuviossa 5A on esitetty, mittalaitteeseen voi kuulua ainakin 5 yksi vuotoreikä 200 venttiileineen 202 tai olla kuulumatta.

Kuvio 5B esittää erästä toimintamuotoa, jossa kaasua syötetään paineaukon 108 kautta mittaustilaan 106. Kaasu voi tulla paineilmalaitteistosta. Paineaukko 108 toimii pienenä suutinrakona, jonka läpimitta voi olla esimerkiksi kymmenistä satoihin mikrometreihin. Mittaustilassa 106 kaasu pääosin ete-10 nee pitkin ohjausrakennetta 506 ja poistuu mittauskohteen ja ohjausrakenteen välisestä raosta 504 aiheuttaen alipaineen virtausaukkoihin 112. Osat 106, 108, 112, 504 ja 506 muodostavat itse asiassa painegeneraattorin 102, joka toimii kuten ejektori. Alipaine vetää mittauskohdetta 116 kohti mittapäätä 100, ja alipaine voidaan mitata anturilla 104 ja huokoisuus voidaan määrittää las-15 kentayksiköllä 206. Tällöin mittausta varten käytetty alipaine toimii myös mittauskohdetta 116 mittapäätä 100 vasten pitävänä alipaineena.

Kuvio 6 esittää painegeneraattorin 102 toimintaa. Paine on esitetty y-akselilla vapaasti valitulla asteikolla, ja kaasun virtausmäärä on esitetty x-akselilla vapaasti valitulla asteikolla. Jos kontaktiosan 110 päälle asetetaan 20 kaasua täysin läpäisemätön mittauskohde 116, kuten lasi- tai metallilevy, tai sulkuvälineet 400 suljetaan täysin, paineeksi mittaustilassa 106 mitataan kuvion 6 käyrää noudatellen Pmax, joka on suurin paine, jonka painegeneraattori 102 tuottaa ennalta määrätyllä toimintatehokkuudella. Tällöin virtaus Q on noin 0 (tai jokin pieni minimivirtaus Qmin)· Jos sulkuvälineet 400 ovat täysin kiinni ja 25 kalibrointiventtiili 402 avataan ainakin yhdelle referenssiaukolle 404, saadaan kaasun virtaus asetetuksi ennalta määrätylle tasolle Qref. Tällöin myös paineen 5 pitäisi asettua ennalta tunnettuun paineeseen Pref. Tämä perustuu siihen, että

C\J

^ koska referenssiaukon 404 koko on tunnettu ja alipaine mitataan, voidaan ali- ^ paineen ja referenssiaukon 404 koon perusteella määrittää kaasun virtaus- ° 30 määrä Qref. Näiden kahden pisteen 600, 602 välille voidaan määrittää esimer- | kiksi lineaarinen riippuvuus, joka vastaa kuviossa 6 olevaa suoraa. Yleisemmin o) sulkuvälineet 400 voivat pienentää painegeneraattorin 102 aikaansaamaa o kaasuvirtausta ainakin yhden virtausaukon 112 läpi ennalta määrätylle tasolle, ^ jolloin yksi kalibrointipiste 602 voidaan määrittää painetta ja virtausta kuvaaval- 00 35 ta halutulta funktion käyrältä. Ennalta määrättyjä tunnettuja aukkoja voi olla useita, jolloin saadaan useita kalibrointipisteitä.

12

Lisäksi voidaan suorittaa mittaus, jossa kontaktiosan 110 päälle ei aseteta mitään näytettä. Tällöin mittaustilan 106 paineeksi mitataan käyrän toisen pään arvo, joka vastaa paine-eroa noin 0. Kaasun virtausmääräksi saadaan suurin mahdollinen arvo Qmax, joka voidaan mitata esimerkiksi kuutiomil-5 limetreinä sekunnissa. Mikä tahansa arvo näiden väliltä viittaa jonkin asteiseen huokoisuuteen mittauskohteessa 116. Käyrä on ejektorille lähes suora eli mitattu paine ja kaasun virtausmäärä, joka vastaa huokoisuutta, ovat lineaarisessa tai lähes lineaarisessa riippuvuudessa keskenään. Näin laskentayksikkö 206 voi määrittää ainakin yhden parametrin (Qref, Pref) huokoisuuden mittausta 10 varten mitatun paineen perusteella. Laskentayksikkö 206 siis määrittää kalib-rointipisteet mitattujen paineiden ja tunnettujen virtausaukkojen perusteella.

Laskentayksikkö 206 voi määrittää yleisessä tapauksessa virtaus-määrän Q paineesta p esimerkiksi seuraavan kaavan mukaisesti: Q = f(P, Pmax, Pref, Qmax), 15 missä f on ennalta määrätty funktio, p on mitattu paine, Pmax on suurin mahdollinen paine, pref on pelkällä kaasun referenssivirtauksella mitattu paineen arvo, Qref on referenssivirtausmäärä, ja Q on määritettävä kaasun virtausmäärä, joka vastaa mittauskohteen 116 huokoisuutta. Kun paineen ja virtausmäärän välillä on ainakin likimain lineaarinen riippuvuus, laskentayksikkö 206 voi määrittää 20 virtausmäärän Q paineesta p esimerkiksi kaavalla: Q - 'Max _ — Q te f P ref PMax

Eräässä toimintamuodossa mittalaite voi syöttää painekaasua mit-taussuuntaan nähden vastakkaisessa suunnassa mittausjärjestelyn läpi. Pai-nekaasun paine voi olla esimerkiksi sama kuin elektropneumaattiseen muunsi 25 timeen 302 tuleva paine eli 600 kPa. Tällöin painekaasu voidaan syöttää pai- o c\j negeneraattoriin 102, josta painekaasu etenee kohti mittaustilaa 106 ja lopulta o virtausaukon 112 läpi ulos mittauslaitteesta. Näin saadaan mittausjärjestel- g mään mahdollisesti tarttunut lika ja pöly irrotettua ja puhallettua pois mittaus- x laitteesta. Tällainen puhdistava puhallus voi kestää esimerkiksi vain alle se- 30 kunnista muutamaan sekuntiin, ja se voidaan toistaa esimerkiksi tunneittain, o 0 päivittäin tai viikoittain, jos puhdistus on tarpeen. Joka tapauksessa puhdistus 1 on niin nopea, ettei se juuri häiritse jatkuvaa mittausta, ja se voidaan tehdä £3 esimerkiksi radan sivussa.

Kuvio 7 esittää mittalaitteen rakenteellista periaatetta. Mittapäähän 35 1 00 on merkitty kaksi virtausaukkoa 112 ja niiden molemmin puolin kaksi imu- 13 reikää 512. Mittalaite voi käsittää runkorakenteen 700 ja tangon 702. Mittapää 100 voi olla tangon 702 päässä. Tankoa 702 voidaan nostaa ja laskea mittaus-kohteen 116 alapuolelle sopivalle korkeudelle. Runkorakenne 700 voi käsittää nostolaitteen, jolla tankoa 702 voidaan nostaa ja laskea. Nostolaite voi olla 5 hydraulinen, pneumaattinen tai sähkömekaaninen. Myös painegeneraattori 102 voi sijaita runkorakenteessa 700, jolloin alipaine voidaan tuottaa mittausti-laan 106 kaasujohtimen 150 välityksellä. Esimerkiksi paperikoneessa mittalaite voi olla joko koko radan leveydellä traversoiva, minitraversoiva tai kiinteä rakenne. Alan ammattimiehelle on selvää, että kuviossa 7 esitetty mittalaitteen 10 rakenteellinen periaate on vain esimerkki, jota voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten puitteissa. Esimerkiksi mittalaitteen ja mittapään koko ja mittasuhteet voivat vaihdella suuresti. Voi olla esimerkiksi mahdollista, että mittapää 100 ulottuu koko mittauskohteen leveydelle. Mittalaitteen rakenteen komponenttien edullisuudesta johtuen on myös mahdollista, että mittalaite 15 käsittää useita mittapäitä, jolloin mittalaite voidaan sovittaa niin ikään mittaamaan mittauskohteen huokoisuus samanaikaisesti oleellisesti koko mittaus-kohteen leveydeltä.

Kuvio 8 esittää esillä olevan ratkaisun mukaisia mittauksia 802 verrattuna laboratoriossa tehtyihin standardin mukaisiin mittauksiin 800. Huokoi-20 suus (ml/min) on y-akselilla, ja aika T tunteina on x-akselilla. Esillä olevaa paineeseen perustuvaa huokoisuusmittalaitetta ei puhdistettu eikä huollettu koko mittausaikana millään tavalla, mutta siitä huolimatta laite toimi moitteettomasti, vaikka yli 30 % massasta oli kierrätyskuitua suurimman osan aikaa. Kuten kuviosta 8 nähdään, on-line-mittalaite antaa huokoisuudelle hyvin tarkasti samat 25 arvot kuin laboratoriomittauskin. Esitetyllä ratkaisulla on mahdollista päästä on-line-mittausten toistettavuudessa samaan tarkkuuteen kuin tunnetulla tekniikal- 't 5 la laboratoriomittauksissa. Huokoisuuden toistettavuuden standardipoikkeama

C\J

^ voi olla esimerkiksi 0,2 %.

° Kuviossa 9 on esitetty paperikoneen periaatteellinen rakenne. Täs-

\J

° 30 sä ratkaisussa mittauskohteena 116 on paperiraina 10. Yksi tai useampi mas- | sa syötetään paperikoneeseen viirakaivon 900 kautta, jota ennen tavallisesti o) on osamassojen sekoitussäiliö 932 ja konesäiliö 934. Konemassa annostellaan o lyhyeen kiertoon esimerkiksi neliöpainosäädön tai lajinvaihto-ohjelman ohjaa-^ mana. Sekoitussäiliö 932 ja konesäiliö 934 voidaan myös korvata erillisellä 00 35 sekoitusreaktorilla (ei esitetty kuviossa 9), ja konemassan annostusta ohjataan kunkin osamassan syötöllä erikseen venttiilien tai muun virtaussäätöelimen 14 930 avulla. Viirakaivossa 900 konemassaan sekoitetaan vettä, jotta saataisiin haluttu sakeus lyhyeen kiertoon (katkoviiva formerista 910 viira-kaivoon 900). Näin syntyneestä massasta voidaan poistaa hiekka (pyörrepuhdistimet), ilma (ilmanpoistosäiliö) ja muu karkea materiaali (painesihti) puhdistuslaitteistoilla 5 902, ja massaa pumpataan pumpulla 904 perälaatikkoon 906. Ennen perälaa- tikkoa 906 massaan voidaan lisätä halutusti täyteainetta TA, joita ovat esimerkiksi kipsi, kaoliini, kalsiumkarbonaatti, talkki, liitu, titaanioksidi ja piimää jne., ja/tai retentioainetta RA, jollaisia ovat epäorgaaniset, luonnolliset orgaaniset tai synteettiset vesiliukoiset orgaaniset polymeerit. Täyteaineilla voidaan pienen-10 tää paperirainan huokoisuutta, mikä johtuu esimerkiksi siitä, että hienojakoinen täyteaine pyrkii täyttämään ilmakanavat ja onkalot. Tämä on havaittavissa for-maatiossa ja pintaominaisuuksissa, opasiteetissa, vaaleudessa ja painetta-vuudessa. Retentioaineet RA puolestaan lisäävät hienoaineksen ja täyteaineiden retentiota ja samalla nopeuttavat veden poistoa sinänsä tunnetulla tavalla. 15 Sekä täyteaineet että retentioaineet vaikuttavat siis paperin rakenneominaisuuksiin kuten huokoisuuteen, mikä on havaittavissa optisissa ominaisuuksissa ja pinnan sileydessä sekä topografiassa.

Perälaatikosta 906 massa syötetään perälaatikon huuliaukon 908 kautta formeriin 910, joka voi olla tasoviira tai kitaformeri. Formerissa 910 rai-20 nasta 10 poistuu vettä, ja lisäksi poistuu lyhyeen kiertoon tuhkaa, hienoaineita ja kuituja. Formerissa 910 massa syötetään rainaksi 10 viiralle, ja alustavasti rainaa 10 kuivataan ja puristetaan puristimessa 912, mikä vaikuttaa huokoisuuteen. Rainaa 10 kuivataan varsinaisesti kuivauslaitteissa 914. Tavallisesti paperikone käsittää ainakin yhden mittalaitekomponentin 920-926, joka käsittää 25 mittapään 100 ja anturin 104. Rainan 10 poikkisuunnassa voi olla rivissä useita mittalaitekomponentteja rainan 10 poikkisuuntaisen huokoisuusprofiilin mit-5 taamiseksi. Mittalaitekomponenteilla 916 ja 918 voidaan suorittaa muita sinän-

C\J

^ sä tunnettuja mittauksia. Anturilla 104 mitataan rainan 10 huokoisuuteen liitty- ^ vää painetta. Lisäksi ainakin yksi mittalaitekomponentti 920-926 voi käsittää ° 30 yhteisen tai kaikille erillisen painegeneraattorin 102. Järjestelmäohjain 928 voi | suoraan ottaa vastaan mittalaitekomponenttien 920-926 painemittaukseen o liittyviä signaaleja, jotka edustavat huokoisuutta, ja ohjata eri toimilaitteita pai-

O

$ nemittauksen perusteella. Vaihtoehtoisesti järjestelmäohjain 928 voi käsittää ^ laskentayksikön 206, jolloin mittalaitekomponenttien 920-926 signaalit voivat 00 35 mennä ensin laskentayksikölle 206, jonka muodostaman huokoisuustiedon perusteella järjestelmäohjain 928 voi ohjata paperikonetta.

15

Kukin mittalaitekomponentti 920 - 926 voi käsittää useita mittapäitä 100 ja antureita 104, jotka ovat rivissä rainan 10 poikkisuunnassa, jotta rainan 10 huokoisuusprofiili voidaan mitata. Mittapäärivi voi saada alipaineensa yhdeltä painegeneraattorilta, tai painegeneraattoreita voi olla ainakin kaksi, jolloin 5 ainakin kaksi mittapäärivin mittapäätä voi olla kytketty eri alipainegeneraatto-riin. Mitattaessa yhdellä mittapäällä 100 rainan 10 huokoisuusprofiilia mittapää 100 voi traversoida poikittaissuunnassa rainan 10 laidalta laidalle.

Paperikoneeseen, jolla tämän hakemuksen yhteydessä tarkoitetaan paperi- tai kartonkikoneita, voi kuulua vielä esimerkiksi esikalanteri 940, pääl-10 lystysosa 942 ja/tai jälkikalanteri 944, joiden toiminta vaikuttaa huokoisuuteen. Päällystysosaa 942 ei välttämättä kuitenkaan ole, jolloin kalantereitakaan 940, 944 ei välttämättä ole kuin yksi. Päällystysosassa 942 paperin pinnalle voidaan levittää päällystyspastaa, joka voi sisältää esimerkiksi kipsiä, kaoliinia, talkkia tai karbonaattia, tärkkelystä ja/tai lateksia. Päällystepasta tarttuu sitä paremmin 15 paperirainaan 10, mitä huokoisempaa se on. Toisaalta päällystetyn paperirai-nan 10 huokoisuus on pienempi kuin päällystämättömän paperirainan. Huokoisuuden poikkiprofiilin tasaisuus on oleellista päällysteaineen tasaiselle jakautumiselle.

Kalantereissa 940, 944, joissa päällystämätön tai päällystetty pape-20 ri- tai kartonkiraina kulkee halutulla voimalla puristavien telojen välistä, voidaan muuttaa paperin huokoisuutta. Kalantereissa 940, 944 paperirainan ominaisuuksia voidaan muuttaa rainan kostutuksen, lämpötilan ja telojen välisen nip-pikuormituksen avulla siten, että mitä suurempi puristus rainaan kohdistuu, sitä pienemmäksi huokoisuus tulee ja sitä sileämpää ja kiiltävämpää paperista tu-25 lee. Kostutus ja lämpötilan nosto edelleen voivat vähentää huokoisuutta. Tä-män lisäksi on selvää, että paperikoneen toiminta sinänsä on alan ammatti-5 miehelle tunnettua eikä sitä sen vuoksi tässä yhteydessä tämän tarkemmin

(M

^ esitetä.

° Järjestelmäohjain 928, joka voi suorittaa signaalinkäsittelyä, voi mi-

\J

° 30 tatun paineen perusteella ohjata paperikoneen eri prosesseja siten, että val- | mistuvan paperin huokoisuus yhdessä muiden ominaisuuksien kanssa täyttää o asetetut vaatimukset. Järjestelmäohjain 928 voi myös esittää mitatun huokoi- o suusarvon graafisesti ja/tai numeerisesti halutulla asteikolla ja halutun stan-^ dardin mukaisesti esimerkiksi näytöllä.

^ 35 Eräässä suoritusmuodossa voidaan mittauskohteen 116, 10 pak suus määrittää mitatun huokoisuuden perusteella. Tällöin laskentayksiköllä 16 206 voi olla ennalta tiedossa mittauskohteen 116, 10 neliöpaino tai laskentayksikkö 206 voi ottaa vastaan tiedon mittauskohteen 116, 10 neliöpainosta. Ne-liömassaa voidaan mitata esimerkiksi β-säteilyn tai optisen säteilyn vaimentumisen avulla. Kun samalla laskentayksikkö 206 ottaa vastaan myös tiedon mi-5 tatusta paineesta, joka riippuu mittauskohteen 116, 10 huokoisuudesta, voidaan mittauskohteen 116, 10 paksuus määrittää neliöpainon ja mitatun paineen tai määritetyn huokoisuuden funktiona. Paksuuden mittaus perustuu siihen, että mittauskohteen 116, 10 tiheys vastaa neliöpainoa jaettuna paksuudella. Bulkki on puolestaan tiheyden käänteisluku, ja tietyissä olosuhteissa 10 bulkki ja huokoisuus korreloivat erinomaisesti. Näinpä mittauskohteen paksuus on periaatteessa neliöpainon ja huokoisuuden tulo. Yleisesti mittauskohteen 116, 10 paksuus voidaan määrittää ennalta määrätyllä funktiolla, jonka argumentteina ovat neliöpaino ja huokoisuus (tai mitattu paine). Ennalta määrätty funktio voidaan määrittää esimerkiksi kokeellisesti. Tehdyissä koemittauksissa 15 mittauskohteen 116, 10 paksuus voitiin mitata hyvin tarkasti.

Eräässä suoritusmuodossa määritetyn paksuuden perusteella voidaan määrittää myös paperin opasiteetti, koska lähtökohtaisesti opasiteetti ja paksuus ovat toisiinsa nähden vastakohtaisia siten, että kun paksuus kasvaa, opasiteetti heikkenee, ja päinvastoin. Opasiteetin mittausta voidaan tarkentaa, 20 jos lisäksi mitataan paperin kosteus ja/tai tuhkajakauma, koska paperin kosteus ja tuhkajakauma vaikuttavat opasiteettiin.

Eräässä suoritusmuodossa voidaan paperin paksuus mitata opasiteetin avulla. Myös näin suoritettua paksuuden mittausta voidaan tarkentaa, jos lisäksi mitataan paperin kosteus ja/tai tuhkajakauma.

25 Kuviossa 9 on esitetty myös paperikoneen säätöjärjestely. Paperin huokoisuuteen vaikuttavia tekijöitä ovat muun muassa osamassojen määrä ja 5 suhde toisiinsa, täyteaineen määrä, retentioaineen määrä, konenopeus, viira-

C\J

^ veden määrä ja kuivausteho. Järjestelmäohjain 928 voi ohjata painetiedon tai ^ määritetyn huokoisuuden perusteella eri toimilaitteita, mihin voi kuulua esimer- ° 30 kiksi osamassojen annostelu venttiilien 930 avulla, kunkin täyteaineen TA an- | nostelu venttiilien 938A-938B avulla, retentioaineen RA annostelu venttiilin o) 936 avulla, huuliaukon 908 suuruuden säätö, konenopeuden säätö, viiraveden o $ määrän ja kuivausprosessien ohjaus lohkossa 914. Järjestelmäohjain 928 voi ^ ottaa vastaan mittalaitekomponenttien 916-926 signaalia rainan 10 huokoi- 00 35 suuden mittaamiseksi. Järjestelmäohjain 928 voi mitata myös muualta rainan 10 ominaisuuksia (esim. samoista kohdista, joissa säätöjä suoritetaan).

17

Jos mittauksen mukaan paperi on liian huokoista (paine liian iso), järjestelmäohjain 928 voi esimerkiksi lisätä hienojakoisen aineen (hienoaine, täyteaine, retentioaine) määrää, lisätä telojen välistä puristusta (nippikuormi-tusta), lisätä kuivaustehoa, lisätä kostutusta tai suorittaa jonkin edellä mainittu-5 jen toimenpiteiden yhdistelmän.

Jos mittauksen mukaan paperi on liian vähän huokoista (paine liian pieni), järjestelmäohjain 928 voi esimerkiksi pienentää hienojakoisen aineen (hienoaine, täyteaine, retentioaine) määrää, vähentää telojen välistä puristusta (nippikuormitusta), vähentää kuivaustehoa, vähentää kostutusta tai suorittaa 10 jonkin edellä mainittujen toimenpiteiden yhdistelmän.

Järjestelmäohjain 928 voidaan ajatella paperikoneen automaattiseen tietojenkäsittelyyn perustuvaksi ohjausjärjestelyksi tai osaksi sitä. Järjestelmäohjain 928 voi ottaa vastaan digitaalisia signaaleja tai muuntaa vastaanottamansa analogiset signaalit digitaalisiksi. Järjestelmäohjain 928 voi käsittää 15 mikroprosessorin ja muistia ja suorittaa signaalin käsittelyn ja paperikoneen ohjauksen sopivien tietokoneohjelmien mukaisesti. Järjestelmäohjain 928 voi olla periaatteeltaan esimerkiksi PID- (Proportional-Integral-Derivative), MPC-(Model Predictive Control) tai GPC-ohjaus (General Predictive Control).

Kuvio 10 esittää mittausmenetelmän vuokaaviota. Askeleessa 1000 20 kohdistetaan paperiin tai kartonkiin tunnettu imuteho. Askeleessa 1002 mitataan imutehon tuottama alipaine huokoisuuden määrittämistä varten.

Kuvio 11 esittää ohjausmenetelmän vuokaaviota. Ohjausmenetelmässä mittausmenetelmän mukaisesti askeleessa 1100 kohdistetaan paperiin tai kartonkiin tunnettu imuteho ja mitataan imutehon tuottama alipaine huokoi-25 suuden määrittämistä varten. Askeleessa 1102 järjestelmäohjaimella 928 ohja-taan mitatun painetiedon perusteella mittauskohdetta 10, 116 valmistavan ko-5 neen ainakin yhtä toimielintä säätämään mittauskohteen huokoisuutta.

C\J

^ Kuvioissa 10 ja 11 esitetyt menetelmät voidaan toteuttaa logiikkapiiri riratkaisuna tai tietokoneohjelmana. Tietokoneohjelma voidaan sijoittaa tieto- ° 30 koneohjelman jakeluvälineelle sen jakelua varten. Tietokoneohjelman jakeluvä- | line on luettavissa tietojenkäsittelylaitteella, ja se voi koodata tietokoneohjel- o) makäskyt ohjata mittalaitteen toimintaa, o $ Jakeluväline puolestaan voi olla sinänsä tunnettu ratkaisu tietoko- ^ neohjelman jakelemiseksi, esimerkiksi tietojenkäsittelylaitteella luettavissa ole- 00 35 va media, ohjelmantallennusmedia, tietojenkäsittelylaitteella luettavissa oleva muisti, tietojenkäsittelylaitteella luettavissa oleva ohjelmiston jakelupakkaus, 18 tietojenkäsittelylaitteella luettavissa oleva signaali, tietojenkäsittelylaitteella luettavissa oleva tietoliikennesignaali tai tietojenkäsittelylaitteella luettavissa oleva kompressoitu ohjelmistopakkaus.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten oheisten piirustusten 5 mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut niihin, vaan sitä voidaan muunnella monin tavoin oheisten patenttivaatimusten puitteissa.

't δ c\j O) o o

X

CC

CL

CD

O

C\l

LO

O

CM

Claims (24)

1. Mittalaite mitata liikkuvan mittauskohteen huokoisuutta, tunnettu siitä, että mittalaite käsittää ainakin yhden ejektorin (300) ilman pöly-suodatusta; ja mittalaite on sovitettu kohdistamaan mittauskohteena (10, 116) 5 olevaan paperiin tai kartonkiin mainitulla ainakin yhdellä ejektorilla (300) muodostettu tunnettu imuteho ja mittaamaan imutehon tuottama alipaine, ja määrittämään huokoisuusarvo käyttämättä kaasun virtauksen mittausta.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, että mittalaite käsittää ainakin yhden anturin (104); ja mittalaite on sovitettu mit- 10 taamaan mainitun imun tuottama alipaine anturilla (104).

3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, että mittalaite käsittää ainakin yhden mittapään (100); mainittu ainakin yksi mittapää (100) käsittää ainakin yhden kontak-tiosan (110), joka on tarkoitettu kontaktiin mittapään (100) suhteen liikkuvan 15 mittauskohteen (116) kanssa ja joka käsittää ainakin yhden virtausaukon (112); mainittu ainakin yksi painegeneraattori (102) on sovitettu toimimaan ennalta määrätyllä toimintateholla ja mainittu ainakin yksi ejektori (300) on sovitettu kohdistamaan mainitulla toimintateholla mainittuun ainakin yhteen vir-20 tausaukkoon (112) alipaineen, jonka suuruus riippuu mittauskohteen (116) huokoisuudesta; ainakin yksi anturi (104) on sovitettu mittaamaan mainitussa ainakin yhdessä virtausaukossa (112) vallitseva alipaine ja tuottamaan alipainetiedon sisältävä signaali mittauskohteen (116) huokoisuusarvon määrittämistä varten. O ^ 25

4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, βίο tä kukin mittapää (100) sulkee sisäänsä ainakin yhden mittaustilan (106), ja o mittapää (100) käsittää ainakin yhden paineaukon (108) kunkin painegeneraat- £ torin (102) ja kunkin mittaustilan (106) välistä kaasun virtausta varten; CL mainittu ainakin yksi painegeneraattori (102) on sovitettu tuottaen £3 30 maan mainitulla toimintateholla ainakin yhden paineaukon (108) kautta ainakin ID ^ yhteen mittaustilaan (106) alipaineen, jonka suuruus riippuu mittauskohteen ^ (116) ja virtausaukon (112) läpi kulkevasta kaasuvirrasta.

5. Patenttivaatimuksen 3 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, että ainakin yksi anturi (104) on sovitettu mittaamaan paine mittalaitteessa kon-taktiosan (110) ja painegeneraattorin (102) väliltä.

6. Patenttivaatimuksen 3 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, et-5 tä mittalaite käsittää ainakin yhden vuotoreiän (200), joka on sovitettu päästämään kaasua kontaktiosan (110) ja painegeneraattorin (102) välille.

7. Patenttivaatimuksen 3 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, että mittalaite käsittää ainakin yhden elektropneumaattisen muuntimen (302), joka on sovitettu syöttämään kaasua ennalta määrätyllä paineella ainakin yh- 10 teen ejektoriin (300) sen saattamiseksi toimimaan ennalta määrätyllä toiminta-teholla.

8. Patenttivaatimuksen 3 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, että mittalaite käsittää lisäksi laskentayksikön (206), joka on sovitettu ottamaan vastaan painetiedon sisältävän signaalin ja määrittämään mittauskohteen 15 (116) huokoisuusarvo painetiedon perusteella.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, että mittalaite sovitettu suorittamaan haluttuina hetkinä kalibrointimittaus, jota varten mittalaite käsittää ainakin yhdet sulkuvälineet (400) ja laskentayksikön (206); ja 20 kukin sulkuvälineet (400) on sovitettu pienentämään kunkin ejektorin (300) aikaansaama kaasuvirtaus ainakin yhden virtausaukon (112) läpi ennalta määrätylle tasolle; ja ainakin yksi anturi (104) on sovitettu mittaamaan paine mittalait- ^ teessä sulkuvälineen (400) ja painegeneraattorin (102) väliltä; ja o ^ 25 laskentayksikkö (206) on sovitettu määrittämään ainakin yhden pa- o rametrin huokoisuusarvon mitatun paineen perusteella, o

10. Patenttivaatimuksen 3 mukainen mittalaite, tunnettu siitä, CC että mittapää (100) käsittää ainakin yhden mittaustilan (106), joka käsittää ai-o nakin yhden ohjausrakenteen (506); CVJ ^ 30 ainakin yksi paineaukko (108) on sovitettu ottamaan vastaan ainakin o yhdeltä ejektorilta (300) kaasuvirtaus, joka suuntautuu kohti ainakin yhtä mitta- ustilaa (106); kukin ohjausrakenne (506) on sovitettu ohjaamaan kaasu pintansa mukaisesti ja syöttämään kaasu ulos mittaustilasta (106) ohjausrakenteen (506) ja mittauskohteen (116) välistä, ja anturi (104) on sovitettu mittaamaan näin muodostettua alipainetta, joka vetää mittauskohdetta (116) kohti mittapää-5 tä (100).

11. Menetelmä mitata liikkuvan mittauskohteen huokoisuutta, tunnettu siitä, että kohdistetaan (1000) mittauskohteena (116) olevaan paperiin tai kartonkiin ainakin yhden ejektorin (300) tuottama tunnettu imuteho käyttämättä pölysuodatusta ja mitataan (1002) imutehon tuottama alipaine; ja 10 määritetään huokoisuusarvo ilman kaasun virtauksen mittausta.

12. Patenttivaatimuksen 11 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kohdistetaan (1000) kullakin ejektorilla (300) mittauskohteeseen (116) ennalta määrätyllä voimakkuudella imu ja mitataan (1002) mainitun imun tuottama alipaine anturilla (104).

13. Patenttivaatimuksen 12 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että suoritetaan mittaus käyttäen ainakin yhtä mittapäätä (100), joka käsittää ainakin yhden kontaktiosan (110), joka on tarkoitettu kontaktiin mittapään (100) suhteen liikkuvan mittauskohteen (116) kanssa ja joka käsittää ainakin yhden virtausaukon (112), missä 20 kohdistetaan (1000) ainakin yhden ejektorin (300) tuottama mainit tuun ainakin yhteen virtausaukkoon (112) alipaine, joka vaikuttaa mittapään (100) kontaktiosaa (110) vasten olevaan mittauskohteeseen (116) ja jonka suuruus riippuu mittauskohteen (116) ja mittapään (100) virtausaukon (112) läpi virtaavasta kaasusta; 5 25 mitataan (1002) ainakin yhdellä anturilla (104) kussakin vir- C\J ^ tausaukossa (112) vallitseva paine ja tuotetaan kullakin mittausanturilla (104) ° painetiedon sisältävä signaali mittauskohteen (116) huokoisuusarvon mittausta ° varten. CC CL

14. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu sii- cn ^ 30 tä, että suoritetaan mittaus käyttäen ainakin yhtä mittapäätä (100), joista kukin m ^ käsittää ainakin yhden mittaustilan (106) sisäänsä sulkevan pinnan (114), joka ° käsittää ainakin yhden paineaukon (108) kunkin painegeneraattorin (102) ja kunkin mittaustilan (106) välistä kaasun virtausta; tuotetaan mainitulla ainakin yhdellä painegeneraattorilla (102) mainitulla toimintateholla ainakin yhden paineaukon (108) kautta ainakin yhteen mit-taustilaan (106) alipaine, jonka suuruus riippuu mittauskohteen (116) ja vir-tausaukon (112) läpi kulkevasta kaasuvirrasta.

15. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että mitataan alipaine ainakin yhdellä anturilla (104) kontaktiosan (110) ja painegeneraattorin (102) väliltä.

16. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että päästetään ainakin yhdestä vuotoreiästä (200) kaasua kontaktiosan 10 (110) ja painegeneraattorin (102) välille.

17. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että mittalaitteen käsittäessä ainakin yhden elektropneumaattisen muunti-men (302), syötetään kullakin elektropneumaattisella muuntimella (302) kaasua ennalta määrätyllä paineella ainakin yhteen ejektoriin (300) sen saattami- 15 seksi toimimaan ennalta määrätyllä toimintateholla.

18. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että otetaan vastaan laskentayksiköllä (206) painetiedon sisältävä signaali ja määritetään laskentayksiköllä (206) mittauskohteen (116) huokoisuusarvo painetiedon perusteella.

19. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu sii tä, että suoritetaan haluttuina hetkinä kalibrointi pienentämällä sulkuvälineillä (400) ainakin yhden ejektorin (300) ai-kaansaamaa virtausta ainakin yhden virtausaukon (112) läpi ennalta määrätyl-^ le tasolle; g 25 mittaamalla anturilla (104) paine mittalaitteessa sulkuvälineen (400) 4· ja mainitun ainakin yhden ejektorin (300) väliltä; ja o x määrittämällä laskentayksiköllä (206) ainakin yksi parametri huokoi- CC suusarvon mittausta varten mitatun paineen perusteella. CD O

$ 20. Patenttivaatimuksen 13 mukainen menetelmä, tunnettu sii- ^ 30 tä, että ainakin yksi mittapää (100) käsittää ainakin yhden mittaustilan (106), 00 joka käsittää ainakin yhden ohjausrakenteen (506); otetaan ainakin yhdellä paineaukolla (108) vastaan ainakin yhden ejektorin (300) tuottama kaasuvirtaus, joka suuntautuu kohti ainakin yhtä mit-taustilaa (106); ohjataan kullakin ohjausrakenteella (506) kaasu ohjausrakenteen 5 pinnan mukaisesti ja syötetään kaasu ulos kustakin mittaustilasta (106) ohjausrakenteen (506) ja mittauskohteen (116) välistä, ja mitataan anturilla (104) näin muodostettu alipaine, joka vetää mittauskohdetta (116) kohti mittapäätä (100).

21. Mittauskohdetta valmistavan koneen ohjausjärjestely säätää mittauskohteen huokoisuutta, tunnettu siitä, että ohjausjärjestely käsittää 10 vaatimuksen 1,2 tai 3 mukaisen mittalaitteen; ja järjestelmäohjaimen (928), joka on sovitettu säätämään mitatun pai-netiedon perusteella mittauskohdetta (116, 10) valmistavan koneen ainakin yhtä toimilaitetta.

22. Patenttivaatimuksen 21 mukainen ohjausjärjestely, tunnet-15 tu siitä, että järjestelmäohjain (928) käsittää laskentayksikön (206), joka on sovitettu ottamaan vastaan mittalaitteesta mittauskohteen (10, 116) painetie-don sisältävä signaali, joka edustaa huokoisuutta, ja muodostamaan mittaus-kohteen (10, 116) huokoisuustieto painetiedon perusteella; ja järjestelmäohjain (928) on sovitettu ohjaamaan huokoisuustiedon perusteella mittauskohdetta 20 (10, 116) valmistavan koneen ainakin yhtä toimilaitetta säätämään mittauskoh teen (10, 116) huokoisuutta.

23. Mittauskohdetta valmistavan koneen ohjausmenetelmä säätää mittauskohteen huokoisuutta, tunnettu siitä, että ohjausmenetelmä käsittää 't 5 25 vaatimuksen 11, 12 tai 13 mukaisen menetelmän; C\J ^ ja askeleen, jossa ohjataan (1102) järjestelmäohjaimella (928) mita- ° tun painetiedon perusteella mittauskohdetta (10, 116) valmistavan koneen ai- \J ° nakin yhtä toimielintä säätämään mittauskohteen huokoisuutta. CC CL

24. Patenttivaatimuksen 23 mukainen ohjausmenetelmä, t u n - O) ^ 30 nettu siitä, että määritetään (1100) järjestelmäohjaimen (928) laskentayksi- m ^ köliä (206) huokoisuustieto painetiedon perusteella; ja ° ohjataan (1102) järjestelmäohjaimella (928) mittauskohdetta (10, 116. valmistavan koneen ainakin yhtä toimilaitetta säätämään mittauskohteen (10, 116) huokoisuutta määritetyn huokoisuustiedon perusteella.