Автор: Гладышева Е.Н.

2. разрывная длина;

3. толщина полотна при заданной прочности;

4. сопротивление раздиранию;

5. влажность;

6. лоск;

7. белизна;

8. цвет;

9. прозрачность;

10. воздухопроницаемость;

11. зольность;

12. вес квадратного метра и т.д.

13. ИЗМЕРЕНИЕ КАЧЕСТВЕННЫХ ПАРАМЕТРОВ БУМАГИ Влага является обязательным компонентом капиллярно-пористых материалов, к которым относится древесина, целлюлоза, бумага и картон. Для количественной характеристики содержания влаги в материале применяют две величины: влагосодержание и влажность. Влагосодержанию соответствует также термин абсолютная влажность, а под влажностью часто подразумевают абсолютную влажность. Влагосодержанием U определяется отношение массы влаги тв, содержащейся в материале, к массе абсолютно сухого материала та.

14. Существуют многочисленные методы измерения влажности на основе косвенных измерений. Среди влагомеров широкое распространение получили: диэлькометрические, (индуктивные, емкостные), основанные на измерении диэлектрической проницаемости бумажного полотна в зависимости от его влажности; СВЧ-влагомеры, использующие изменение степени поглощения или отражения энергии электромагнитных волн сверхвысокой частоты в зависимости от влажности полотна; ИК-влагомеры, основанные на измерении степени поглощения или отражения энергии

15. инфракрасных волн в зависимости от влажности; кондуктометрические, построенные на связи влагосодержания с активным (омическим) сопротивлением отрезка бумажного полотна, находящегося между электродами в цепи постоянного или переменного тока промышленной частоты; емкостно-индуктивные, использующие связи влагосодержания бумажного полотна, перемещающегося в поле колебательного контура, и потерь мощности колебательного контура вследствие изменения активного и реактивного сопротивлений.

16. ИНФРАКРАСНЫЕ ВЛАГОМЕРЫ Структурная схема ИК-влагомера Работа ИК-влагомера

17. Измерение влажности инфракрасными влагомерами основано на двух методах: измерение инфракрасного излучения, отраженного влагосодержащим элементом; абсорбционный метод, основанный на измерении поглощения ИК-излучения при попадании на бумажное полотно. Рассмотрим устройство ИК-влагомера, измеряющего влажность по интенсивности поглощения ИК-излучения влажным бумажным полотном. Для измерения влажности бумажного полотна применяют специальные лампы накаливания1с нитью накала из вольфрама с иодным циклом. Длина волны ИК-излучения берется строго определенной. Известно, что вода наиболее полно поглощает (абсорбирует) энергию с длиной волны 1,94мкм,

18. поэтому перед накатом бумажного полотна устанавливают излучатель с длиной волны 1,94 мкм, а в прессовой части предпочтение отдается длине волны 1,45 мкм. Через ИК-светофильтр 2 лучи попадают на два зеркала 4 и рассеиваются ими в равномерный размытый световой поток. ИК-лучи попадают на движущееся бумажное полотно. Чем выше влажность бумажного полотна, тем интенсивнее поглощается ИК-излучение. В отраженном потоке интенсивность ИК-излучения снижается. Отраженные лучи фокусируются рефлектором 5на фоторезистор из сульфида свинца, включенный в плечи электронного моста с усилителем 8, сигнал с которого подается на измерительный прибор7. Более наглядное представление о работе ИК-влагомера дает цветной рисунок.

19. ДИЭЛЬКОМЕТРИЧЕСКИЕ ВЛАГОМЕРЫ Для бумажного полотна характерно влияние влажности на электрические свойства материала. Удельное сопротивление бумажного полотна в зависимости от влажности может изменяться на 12-18 порядков. Во избежание явления поляризации электродов для измерения влажности применяют переменный ток высокой частоты 100-400кГц. При этом принципиально могут быть применены два способа измерения влажности: 1) измерение «сквозного» сопротивления: электроды располагаются с противоположных сторон бумажного полотна. Сопротивление бумажного полотна на постоянном расстоянии имеет определенную величину при определенной влажности.

20. 2) измерение поверхностного сопротивления, при котором электроды располагаются с одной стороны бумажного полотна, но при этом значительно возрастает погрешность измерений. Чем толще бумажное полотно или картон, тем выше погрешность измерений, поскольку бумажная масса по своей влажности неоднородна. Погрешность измерения влажности составляет 1% при изменении температуры на каждые 10оС. При постоянной температуре погрешность измерения влажности бумажного полотна составляет 0,3-0,5%. Принцип действия влагомера основан на зависимости диэлектрической проницаемости бумажного полотна от его влажности. Для измерения влажности бумажного полотна собирают схему моста переменного тока. В плечах моста устанавливают два конденсатора, один из которых является конденсатором-датчиком, а второй подстроечным конденсатором, балансирующим мост переменного тока. Для повышения точности измерений частоту электронного моста повышают до 100-400МГц, поскольку емкость конденсатора изменяется в интервалах нескольких пикофарад.

21. Пусть ток первичной обмотки трансформатора пошел вниз, тогда в двух вторичных обмотках трансформатора токи пойдут вверх. При изменении влажности бумажного полотна изменяется емкость конденсатора-датчика, а, следовательно, изменяется его реактивное сопротивление. При настройке оба конденсатора имеют одинаковое реактивное сопротивление, поэтому оба встречных тока через резистор Rнагрузки компенсируют друг друга. При рассогласовании электронного моста возникает падение напряжения на резисторе Rнагр. а) б) а) Мостовая схема включения емкостного датчика; б) Схема кондуктометрического датчика

23. обратным рассеиванием излучения от материала;

24. обратным рассеиванием излучения от рефлектора, расположенного за материалом, эффективный атомный номер которого больше чем у контролируемого материала;

25. обратным рассеиванием излучения от воздушной среды, расположенной за материалом;

26. возбуждение в материале характеристического излучения каким- либо первичным излучением (флюоресцентный способ).Радиоактивный элемент, выбор которого зависит от свойств бумаги, устанавливается в капсулу, защищенную от внешней среды, но имеющую узкое отверстие, через которое излучение направляется через подвижное бумажное полотно. Поворотная турель с излучателем

27. Радиоактивный элемент имеет стабильный поток излучения в течение периода полураспада. Поток бета-частиц пронизывает бумажное полотно и достигает приемника. В качестве приемника может быть использована трубка счетчика Гейгера. Поток бета-частиц пронизывает тонкую стенку трубки, в которой находится разряженный газ. Между электродами трубки (анодом и катодом) создается высокое напряжение от нескольких сот вольт до 2-3кВ. При столь высоком напряжении электроны разгоняются до значительных скоростей и при ударе об атом ионизируют его. При этом возникает крайне малый импульс тока, который при прохождении через последовательно включенное большое сопротивление создает на нем импульс падения напряжения. Принцип действия радиационного измерителя зольности

28. Этот импульс регистрируется счетчиком импульсов. Чем выше масса квадратного метра бумажного полотна, тем выше интенсивность поглощения бета-частиц и меньшее число импульсов отсчитает счетчик. Рассмотрим устройство излучателя. Внутри барабана (поворотной турели) с комплектом радиоизотопных фильтров находится капсула с радиоактивным элементом. Для обеспечения высокой точности измерения радиационным методом применяются радиационные фильтры разной плотности. Фильтры калибруются по компьютерной программе, и имеют стандартную радиационную плотность с разными коэффициентом поглощения. При калибровке фильтров после проверки интенсивности излучения излучателя на данный момент времени происходит ввод его параметров в компьютер. По имеющейся в компьютере программе происходит автоматический просчет интенсивности радиоизотопа на любые последующие моменты времени и учет их при измерении во время работы. Поворотная турель с фильтрами управляется компьютером с помощью шагового двигателя. Компьютер, по заложенной в него программе, находит нужную группу фильтров и устанавливает их перед лучами, направленными на бумажное полотно.

29. Более наглядное представление о работе сканера дает цветной рисунок . Поток лучей периодически прерывается шторкой, имеющей пневмопривод. Пока шторка прикрывает источник излучения, бета-лучи не проходят к бумажному полотну, измерения не происходит. При открытии шторки бета-лучи проходят через бумажное полотно, счетчик импульсов считает число импульсов, прошедших к приемнику. Компьютерная программа обрабатывает информацию, по результатам которой компьютер принимает решение по изменению подачи массы, удержанию массы, изменению подачи наполнителя, давлению пара и т.д. Поскольку параметры бумаги - влажность, сухость, зольность взаимосвязаны между собой очень сложным соотношением, то управлять подачей выше названных компонентов может только компьютерная программа. Алгоритм программы управления этими параметрами составляется не только программистами, но и обязательно при участии технологов. Примерная взаимосвязь параметров бумаги и объектов регулирования в технологическом процессе показана на технологической схеме.

30. Управление зольностью в технологическом процессе

31. Выбор места контроля параметров бумаги – довольно сложная задача. Необходимо собрать все основные данные по текущим параметрам бумаги с минимальной погрешностью измерения, быстро обработать информацию и принять решение о подаче команд исполнительным механизмам, устраняющим те или иные возмущения в системе автоматического регулирования, вызывающие отклонения параметров бумажного полотна от заданного значения. На рисунке показана мнемосхема технологического процесса и узлы управления зольностью бумажного полотна. Схема наглядно демонстрирует сложность взаимосвязи параметров в системе технологического процесса. Расположение сканера на БДМ Контроль параметров бумажного полотна производится несколькими измерительными приборами, входящими в систему контроля конечной продукции, называемую сканером.

32. Сканирующее устройство перемещается по раме блока поперек направления движения бумажного полотна. При взаимно перпендикулярном движении полотна и сканера контроль параметров полотна происходит по синусоиде. Перемещение сканера из одного конца в конец другого и обратно занимает примерно 1,5 минуты. При этом сканирование производится на каждых 1,3см бумажного полотна. Следует отметить сложную взаимосвязь параметров бумажного полотна с параметрами объектов регулирования. Изменение одного из регулируемых параметров приводит к изменению нескольких выходных параметров. Вес квадратного метра бумажного полотна, его влажность и зольность можно поддерживать с определенной степенью точности.

33. Обеспечить абсолютную равномерность параметров по всей ширине бумажного полотна удается приблизительно. Если при этом учесть, что скорость бумажного полотна составляет 1000м/мин, и при этом надо поддерживать большое число параметров на заданном уровне, то обеспечить процесс управления производством может только компьютерная техника. Важнейшей особенностью источников радиоактивного излучения является то, что внешние условия: давление, температура, электрическое и магнитные поля не оказывают влияния на показания приборов. Это объясняется тем, что радиоактивность связана с явлениями, происходящими внутри атома, где энергия взаимодействия на 3-4 порядка выше энергии обычных физических явлений. В приемниках радиоактивного излучения, в основном, используются явления ионизации или люминесценции некоторых веществ. В качестве приемников применяют ионизационные камеры или сцинциляционные вещества с цифровыми пропорциональными счетчиками импульсов. Устройство ионизационной камеры показано на рисунке. В трубке находится инертный газ. Сама трубка представляет собой герметичный тонкостенный алюминиевый баллон с нейтральными молекулами газа. Счётчик Гейгера

34. К электродам ионизационной трубки прикладывается высокое напряжение от нескольких сот вольт до нескольких киловольт. Когда электромагнитное излучение отсутствует, то отсутствует и ток, т.к. у нейтральных атомов не возникает направленного движения. При возникновении ионизационного излучения  - частица бомбардирует нейтральный атом, возбуждает его, атом теряет электроны, которые под действием электрического поля разгоняются до скоростей, достаточных для ионизации других атомов. Возникает всплеск тока, создающего падение напряжения на резисторе, которое регистрирует счетчик импульсов. Для того, чтобы зарегистрировать такой ток, устанавливается сопротивление порядка 1010 – 1012Ом. Ток ионизационной камеры обычно достигает 10-12 – 10-8 А. Но существует и другой метод измерения массы квадратного метра бумажного полотна - метод двукратного прохождения излучения через бумагу. Поскольку  - частица представляет собой электрон с отрицательным зарядом, то можно воздействовать на подвижный электрон с помощью магнитного поля. Такое воздействие описывается формулой Лоренца. При двойном прохождении излучения через контролируемый материал чувствительность измерительного устройства повышается вдвое по сравнению с однократным прохождением излучения через бумажное полотно, а погрешность измерений снижается в 4 раза.

35. Недостатком данного способа является необходимость получения сильного магнитного поля, что затрудняет применение этого способа для бумаги массой выше 70 г/м2. Схема датчика-массомера с двойным прохождением излучения через бумажное полотно

36. ИЗМЕРЕНИЕ толщины БУМАГИ Принцип измерения толщины бумажного полотна основан на измерении зазора между сердечником электромагнита и ярмом. На сердечник электромагнита наматывается провод, подключенный к генератору высокой частоты. Если магнитным потоком сердечник не замкнут через ярмо, то индуктивность катушки будет небольшой. При замыкании магнитного потока (соприкосновение сердечника и ярма) увеличивается индуктивность катушки, включенной в колебательный контур. Чем тоньше бумажное полотно, тем больше индуктивность катушки, тем меньше резонансная частота колебательного контура. Схема электромагнитного толщиномера

37. Электронное устройство преобразовывает частоту колебательного контура в цифровой сигнал. Индуктивный метод измерения толщины бумажного полотна применяется на Сыктывкарском ЛПК. Индуктивный датчик толщины бумажного полотна с пневмоприводом

38. Над верхней частью бумажного полотна располагается эластичная мембрана в виде легкого сильфона. Незначительное избыточное давление сильфона, в который подается воздух, стабилизировано. К нижней части сильфона крепится мишень, представляющая собой металлическое ярмо, замыкающее магнитную цепь магнитопровода индуктивного датчика, описанного выше. Принцип действия схемы аналогичен предыдущему. При уменьшении толщины бумажного полотна металлическая мишень приближается к сердечнику и увеличивает индуктивность датчика, а, следовательно, его реактивное сопротивление. Переменный ток усиливается операционным усилителем, при этом обеспечивается точность измерений до 1 микрона.

39. ИЗМЕРЕНИЕ воздухопроницаемости БУМАГИ Для измерения воздухопроницаемости бумажного полотна применяют принцип высасывания воздуха через бумажное полотно и датчик, показанный на рисунке. Неподвижное бумажное полотно располагается по поверхности датчика, к которому подведены трубки, отсасывающие воздух через бумажное полотно. Внутренняя часть диска–датчика имеет широкие прорези, через которые хорошо прогоняется воздух, а по внешней кромке расположены мелкие отверстия, через которые воздух отсасывается несколько хуже, чем через центральную часть. Создается разность расходов воздуха в трубках, которая зависит от воздухопроницаемости бумаги. Измерительная головка датчика воздухопроницаемости

40. Зарегистрировать столь слабое перемещение воздуха может микрорасходомер. По разности расходов воздуха, отсасываемого от центральной и периферийной зоны датчика можно судить о воздухопроницаемости бумаги. При определении таких параметров, как зольность бумаги, используют различные изотопы элементов, таких как Cr137, Kr85, Fe55, имеющих разные длины волн излучения и отличие свойств прохождения лучей через бумажное полотно. Производя сканирование бумажного полотна двумя источниками излучения и сравнивая выходные характеристики компьютер определяет зольность полотна.

41. ИЗМЕРЕНИЕ шероховатости и гладкости Бумаги Шероховатостью по Бентсену является мера скорости, с которой воздух будет проходить между плоской кольцевой пластиной и листом бумаги или картона при испытании в заданных условиях и при рабочем давлении. Принцип действия Испытуемый образец зажимают между плоской пластиной и кольцевой металлической площадкой. В пространство, заключенное внутри площадки подается воздух под номинальным давлением 1,47 кПа . Измеряется расход воздуха, протекающего между площадкой и испытуемым образцом. Измерение шероховатости по Бентсену

42. Чем больше шероховатость поверхности бумаги, тем больше люфт между кольцом и бумагой, тем выше расход воздуха покажет расходомер. Гладкое кольцо должно прижиматься к испытуемому образцу стандартным постоянным давлением. Эту операцию выполняет моностат. Большая часть приборов Бентстена оснащена тремя моностатами, в которых создается стабилизированное давление в диапазонах 0,7 ± 0,01кПа; 1,74 ± 0,02кПа; 2,2 ± 0,03кПа. На каждом моностате маркируется номинальное воздушное давление. Ротаметр, измеряющий расход воздуха, должен иметь диапазон от 5мл/мин до 150мл/мин; от 50мл/мин до 500мл/мин и в некоторых приборах от 300 мл/мин до 3000 мл/мин. Для каждой испытуемой поверхности должно быть вырезано не менее 10 образцов. Минимальный размер каждого 7575мм, а их поверхности должны быть идентифицированы, например, верхняя и нижняя сторона. Испытуемая поверхность не должна иметь складок, трещин или дефектов, обычно не характерных для бумаги и картона.