способ непрерывного измерения концентрации целлюлозного волокна в суспензии и устройство для его осуществления

Формула изобретения

1. Способ непрерывного измерения концентрации целлюлозного волокна в суспензии путем пропускания линейно-поляризованного оптического излучения от источника оптического излучения через часть потока суспензии и его частичной деполяризации целлюлозными волокнами с последующим пространственным разделением оптического излучения на два пучка в соответствии с их поляризацией, преобразованием световой интенсивности этих пучков в электрические сигналы, получением сигнала, пропорционального отношению этих интенсивностей, и индикацией результата, отличающийся тем, что производят регулирование интенсивности излучения источника оптического излучения и при изменении концентрации целлюлозного волокна в части потока суспензии стабилизируют сигнал, пропорциональный световой интенсивности одного из пучков, а в качестве сигнала, пропорционального отношению световой интенсивности пучков, используют сигнал, пропорциональный световой интенсивности другого пучка и его выбирают в качестве меры концентрации целлюлозного волокна.

2. Устройство для непрерывного измерения концентрации целлюлозного волокна в суспензии, включающее источник тока, источник оптического излучения с установленными на его оптической оси линейным поляризатором, измерительной кюветой для потока суспензии и поляризационно-делительной призмой с двумя оптическими осями с поляризацией идентичной исходной и ортогональной ей, на которых установлены соответственно два фотодетектора, индикатор результата, отличающееся тем, что один из фотодетекторов, установленный на оптической оси поляризационно-делительной призмы с поляризацией, идентичной исходной, связан с источником оптического излучения через источник тока, в качестве которого использован управляемый источник тока, а источником оптического излучения выбран светодиод.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области целлюлозно-бумажной промышленности и может быть использовано для измерения и регулирования концентрации волокнистой целлюлозной суспензии в процессе производства бумаги.

Качество бумаги в значительной мере зависит от точности измерения концентрации волокнистой целлюлозной суспензии. В отличие от лабораторного анализа непосредственно этой суспензии, современные технические средства измерений концентрации используют косвенные методы концентрацию измеряют по вязкости, излучению электромагнитных колебаний и т.д.

Известны механические концентратомеры, надежно работающие при концентрациях бумажной массы выше 1% например, по принципу измерения сигналов, зависящих от сопротивления волокнистой суспензии вращающемуся элементу концентратомера (см. "Справочник по автоматизации целлюлозно-бумажных предприятий", ред. Э. В.Цешковский, М. Лесная промышленность, 1989). Точность таких измерений невысока, т.е. на величину сопротивления влияют и другие параметры суспензии, в частности, температура, которая изменяет вязкость суспензии, скорость движения потока, наличие клеящих веществ и коагулянтов. Однако особенно сложно выдерживать равномерность бумажной массы при ее концентрациях менее 1% что авжно, например, при производстве тонких видов бумаг, анализа оборотной и сточной воды. В этих случаях используются оптические датчики, работающие по принципу измерения рассеяния света волокнами суспензии (см. В.М.Гладаревский и др. "Метрологическое обеспечение приборов деревообрабатывающей и целлюлозно-бумажной промышленности", М. Лесная промышленность, 1989, с.113). На точность измерений в таких приборах отрицательно влияют наполнители, окрашивающие вещества и т.п.

Свойства волокон целлюлозы деполяризовать линейно поляризованный свет, поскольку они имеют кристаллоподобную структуру, использованы в приборах иного класса (а.с. СССР N 415340, БИ 6/74; N 1509683, БИ 35/89; N 1538106, БИ 3/90; N 1617325, БИ 48/90).

В качестве прототипа выбран наиболее совершенный из указанного класса поляриметрических концентратометов датчик низкой концентрации LC-100 финской фирмы Kajaani (см. проспект A/O Каяни Электроника п/я 55; 00131 Хельсинки), на точность измерений которого не влияют в том числе концентрация большинства наполнителей, вязкость суспензии, наличие красящих или клеящих вещества, а также изменение вида волокна, скорости движения потока и температуры суспензии. В датчике в качестве источника света использована лампа накаливания и к ней специальная оптика, создающая направленный квазимонохроматический световой поток и радиатор для отвода тепла. Принцип работы прибора основан: а/ на способности целлюлозного волокна деполяризовать линейно поляризованный свет в видимой и ближней инфракрасной области спектра; б/ на использовании поляризационно-делительной призмы, разделяющей световой поток на два с исходной и перпендикулярной ей (ортогональной) поляризациями; в/ на измерении отношения интенсивностей этих световых потоков с помощью прецизионного аналогового делителя, которое не изменяется при увеличении или уменьшении интенсивности излучения исходного светового потока. Именно отношение интенсивностей световых потоков служит мерой концентрации целлюлозного волокна в суспензии. Определение отношения двух переменных во времени величин требует наличия специального вычислительного устройства, что снижает надежность и отрицательно влияет на точность измерений, а наличие у лампы накаливания радиатора и дополнительной оптики значительно сказывается на весе и габаритах датчика.

Решаемой задачей является повышение точности измерений и надежности работы устройства.

Поставленная цель достигается тем, что в способе непрерывного измерения концентрации целлюлозного волокна в суспензии, включающем пропускание линейно-поляризованного оптического излучения через часть потока суспензии и его частичной деполяризации целлюлозными волокнами с последующим пространственным разделением оптического излучения на два пучка в соответствии с их поляризацией, преобразованием световой интенсивности этих пучков в электрические сигналы, получением сигнала, пропорционального отношению этих интенсивностей и индикацией результата, производят регулирование интенсивности излучения источника оптического излучения и при изменении концентрации целлюлозного волокна в части потока суспензии стабилизируют сигнал пропорциональный световой интенсивности одного из пучков, а в качестве сигнала, пропорционального отношению световой интенсивности пучков, используют сигнал, пропорциональный световой интенсивности другого пучка и его выбирают в качестве меры концентрации целлюлозного волокна.

В устройстве, реализующем способ и содержащем источник тока, источник оптического излучения и установленные на его оптической оси линейный поляризатор, измерительную кювету для потока суспензии, поляризационно-делительную призму с двумя оптическими осями разной поляризации на выходе, на которых установлены два фотодетектора, один из фотодетекторов, установленный на оптической оси призмы с поляризацией, идентичной исходной, связан с источником оптического излучения через источник тока, причем в качестве последнего использован управляемый источник тока, а в качестве источника оптического излучения использован светодиод.

Возможность решения поставленной задачи поясняется следующим образом. Использование в качестве источника света светодиода, имеющего близкую к линейной зависимость излучаемого светового потока от проходящего через светодиод тока в широком динамическом диапазоне и практически безынерционного, позволяет регулировать интенсивность светового потока, которая пропорциональна току питания светодиода. Действие введенной для регулирования обратной связи с выхода одного из фотодетекторов на управляющий вход источника тока направлено на стабилизацию переменного выходного параметра этого фотодетектора таким образом, чтобы фактически исключить измерение отношения интенсивностей двух разнонаправленных потоков, которое теперь стало пропорционально только переменному выходному параметру второго фотодедектора, и тем самым концентрации целлюлозного волокна в суспензии. Вышесказанное и позволяет повысить точность измерений и надежность работы устройства.

Сущность решения поясняется чертежом, на котором представлена блок-схема измерителя концентрации целлюлозного волокна. Устройство содержит светодиод 1, через который проходит ток от управляемого источника тока 2. На оптической оси светодиода 1 установлены линейный поляризатор 3, кювета 4 с суспензией, поляризационно-делительная призма 5 с разделением светового потока на два составляющую 6 потока с исходной поляризацией и составляющую 7 с ортогональной поляризацией. Далее по оси светодиода расположен один из фотодедекторов 8, электрический сигнал с которого поступает на индикатор 9 и систему автоматического контроля и управления 10. На второй оптической оси призмы 5 установлен второй фотодетектор 11.

Устройство работает следующим образом. Луч света от светодиода 1, прошедший через линейный поляризатор 3, частично деполяризуется в исследуемом объеме суспензии, протекающей непрерывно через кювету 4. Попадая в поляризационно-делительную призму, он разделяется на две составляющие. Составляющая 7 детектируется фотодетектором 8, электрический сигнал с выхода которого поступает на индикатор 9. Величина этого сигнала пропорциональна концентрации целлюлозы в суспензии, протекающей через кювету 4 в данный момент времени. Далее сигнал преобразуется в цифровой код в системе 10 для осуществления связи с управляющей ЭВМ и исполнительными органами. Другая составляющая 6 светового потока детектируется фотодетектором 11, электрический сигнал с выхода которого поступает на вход управляемого источника тока 2, который пропорционально этому сигналу регулирует ток через светодиод 1 и тем самым интенсивность его светового потока таким образом, чтобы стабилизировать (сделать постоянной) величину сигнала на выходе фотодетектора 11. Следовательно, изменение величины отношения интенсивностей световых потоков, которая является мерой концентрации целлюлозной суспензии, будет зависеть только от одной переменной напряжения на выходе фотодетектора 8 и не будет зависеть от абсолютного значения светового потока.

Дополнительно в подтверждение полезности предложенного решения можно отметить, что предложенный вариант измерителя концентрации проще и дешевле в связи с исключением из схемы прецизионного аналогового делителя. Отсутствие радиатора для отвода тепла от источника света уменьшает вес и габариты устройства.