Способ измерения содержания наполнителей в бумажном полотне

Способ измерения содержания наполнителей в бумажном полотне

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

(i ц 777563

Союз Советских

Социалистических

Реслузлик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 30.03.78 (21) 2597238/18-25 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 07.11.80. Бюллетень № 41 (45) Дата опубликования описания 07.11.80 (51) М. Кл.

G 01N 23/223

Государственный комитет

СССР по делам изооретений и открытий (53) УДК 621.386 (088.8) (72) Авторы изобретения (71) Заявители

Х. А. Лиснянский и В. В, Лазовский

Центральный научно-исследовательский и проектноконструкторский институт по проектированию оборудования для целлюлозно-бумажной промышленности (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ НАПОЛНИТЕЛЕ

В БУМАЖНОМ ПОЛОТНЕ т А1Д

Изобретение относится к рентгенофлюоресцентному анализу вещества в области технологического контроля параметров движущегося бумажного полотна в процессе производства и предназначено для применения в целлюлозно-бумажной промышленности.

Известен способ измерения содержания наполнителей в бумажном полотне, основанный на регистрации характеристического излучения измеряемого компонента наполнителя, возбуждаемого радиоизотопным источником мягкого р-излучения (1).

С помощью подложки удается значительно снизить влияние непостоянства поверхностной плотности бумаги с сохранением высокой чувствительности к измеряемому компоненту наполнителя.

Однако регистрация характеристического излучения легких элементов, например

А1, Si, входящих в состав каолина (широко распространенного наполнителя бумажного полотна), вызывает определенные технические трудности из-за сильной поглощающей способности воздуха для мягкого рентгеновского излучения с энергией квантов менее 3 кэв.

Известен также способ, по которому первичное рентгеновское излучение от источника направляют на бумажное полотно, излучение частично поглощается им и поступает на подложку, в которой возбуждает вторичное характеристическое (флуоресцентное) излучение, последнее, в свою оче5 редь, частично поглощается бумажным полотном и попадает в детектор (2). Подложка выполнена из материала, включающего элемент с Z (атомным номером), большим, чем у измеряемого материала, 10 Причем энергия вторичных квантов флуоресценции должна быть достаточной для регистрации на воздухе.

Недостатком данного способа является то, что на результат измерения влияет не1ч постоянство поверхностной плотности бумаги, что требует обязательного учета путем измерения массы 1 м и последующего введения автоматической коррекции посредством решения уравнения связи между измеряемыми содержанием наполнителя и поверхностной плотностью материала. Это приводит к усложнению аппаратуры, реализующей способ, причем на точность результата измерения влияют собственная погрешность измерителя массы и пересчетного устройства.

Цель изобретения — повышение точности определения содержания легкого наполнителя, например каолина, за счет сниже777563 (2) 40 (4) 45

3 ния влияния непостоянства поверхностной плотности полотна.

Поставленная цель достигается тем, что в способе измерения содержания наполнителей в бумажном полотне, включающем выбор и размещение подложки под измеряемым бумажным полотном, последующее облучение их первичным излучением от источника, измерение интенсивности вторичного характеристического рентгеновского излучения одного из элементов подложки, прошедшего через измеряемое полотно, и сравнение с эталонами, дополнительно измеряют интенсивность рассеянного излучения полотна с подложкой и суммируют с измеренной интенсивностью характеристического излучения элемента подложки, причем для выбора подложки предварительно измеряют интенсивность Iф характеристического излучения одного из элементов подложки, прошедшего через эталон измеряемого материала, интенсивность

Ip, рассеянного излучения от того же эталонного образца с подложкой и интенсивность I ðàññåÿííîãî излучения от насыщенного слоя образцов измеряемого вида бумаги, при этом измеряют прошедшее через полотно характеристическое излучение того элемента, содержание которого определяется из условия

1 -1 (I I„) ф= ug о1п у

v.l Sill ф где pi — массовый коэффициент ослабления измеряемым полотном первичного излучения; цр — массовый коэффициент ослабления измеряемым полотном характеристического излучения элемента подложки; р — угол падения первичного излучения от источника; ф — угол отбора вторичного излучения.

Предлагаемый способ отличается от известного возможностью определения содержания легких элементов, например А1, Si и др., в бумаге без непрерывного измерения ее поверхностной плотности и введения автоматического пересчета. Это повышает точность измерения концентрации легкого наполнителя.

На фиг. 1 изображены измеряемый образец бумаги 1 и подложка 2 и углы падения потока первичного излучения и отбора вторичного излучения; на фиг, 2 — график зависимости интенсивности Iр, рассеянного излучения измеряемым материалом от его поверхностной плотности 4; на фиг. 3— график зависимостей интенсивности Iф вторичного характеристического излучения элемента подложки и интенсивности 1„

4 рассеянного излучения материалом подложки, прошедшие сквозь измеряемый материал, от его поверхностной плотности А; на фиг, 4 — зависимость суммы интенсивностей Iр, +Iф+I р., от поверхностной плотности

Пучок первичного излучения, интенсивность которого Iь поступает под углом ср к поверхности образца с концентрацией легкого наполнителя в нем. Оно частично поглощается измеряемым полотном бумаги

1 и частично им же рассеивается, интенсивность последнего составляет I,. Прошедшее через измеряемый материал излучение возбуждает в подложке 2 характеристическое излучение элемента подложки, которое, в свою очередь, частично поглощается полотном бумаги 1 и выходит под углом ф к полотну в направлении детектора с интенсивностью Iф. Часть излучения рассеивается подложкой, а затем поглощается полотном и под тем же углом поступает в сторону детектора.

Величина интенсивности рассеянного излучения подложки после прохождения через измеряемый материал составляет 1, .

Таким образом, в сторону детектора поступит излучение под углом ф, интенсивность которого 1„ составляет

1 = I p, + 1ф + 1..

Значения интенсивностей I p,, Iф, Ip, могут быть получены и записаны в виде следующих уравнений:

Ip> =1, (1 — е — " ), а>, / — f Š— 2p. d, Pz (1 р — Рз 4)

Рз где ор,— массовый коэффициент рассеяния первичного излучения от измеряемого полотна; ц — приведенный массовый коэффициент ослабления измеряемым полотном первичного и рассеянного излучений;

К вЂ” коэффициент пропорциональности (атомные константы);

p — массовый коэффициент ослабления измеряемым материалом вторичного характеристического излучения элемента подложки;

C> — концентрация флуоресцирующего элемента в подложке;

p, — массовый коэффициент ослабления измеряемым материалом первичного излучения;

o, — массовый коэффициент рассеяния первичного излучения подложкой;

ps — приведенный массовый коэффициент ослабления материалом подложки первичного излучения;

777563,(1+ 1)(1, — 1,)

Р2

1+ —

Pi (8) где

5

p2 — приведенный массовый коэффициент ослабления материалом подложки первичного и вторичного излучения;

dg — поверхностная плотность измеряемого материала (масса 1 м );

d2 — поверхностная плотность материала подложки (масса 1 м ).

Из уравнения (2) видно, что с ростом 4 функция 1 р, = / (4) возрастает (фиг. 2) .

В то же время из уравнений (3) и (4) сле- 10 дует, что с ростом d функции lф = f(d<) и

1р, — f(d<) убывают (фиг. 3).

Следовательно, можно выбрать такую поверхностную плотность подложки d2 и концентрацию элемента в подложке, при 15 которых суммарная функция I„= 1, +

+ 4+ 1р, = f(d>) останется постоянной и независящей от изменений величины nd (фиг. 4).

Указанные условия могут быть найдены 20 путем дифференцирования уравнения (1) по А.

Условия инвариантности 1„ по 4 могут

Of» быть записаны " =О. с1д 25

После подстановки l,, I@ и I„èç уравнений (2), (3) и (4) в (1) и дифференцирования по d> может быть получено:

I, (ор,е — i " — К (Р, + 1,) е 1" +" " Х 30 с, — о и

)С (1 — е — ) — 21,е "" " Р Х

I 2 Ра

)< (1 — е — ) ) =О. (5)

Подставляя значения 1@ и Iр, из уравнений (3) и (4) в уравнение (5), получим:

1p,àp,e-р " — (1, + 1,) 1ф — 2Р,1р, = О. (6)

Так как

l,î,e» = р, (1р„— Ур,1, (7) где I„, — интенсивность рассеянного излучения от измеряемого материала, тол- 45 щина которой больше толщины насыщения.

Подставив (7) в (6) с учетом углов падения первичного излучения <р и отбора флуоресценции ф и решив относительно Iф, получим: 50

Пример. Измеряемый материал — типографская бумага с содержанием каолина (А120з.2$10 2Н20) 10 — 15 /0. Поверхностная плотность бумаги 100 г/м . Использовали радиоизотопный источник Fe 55.

Подложка изготавливалась из бумажного волокна с двуокисью титана Ti02. Масса

1 м подложки составляла 50 г/м . Изготовили ряд подложек с концентрацией двуокиси титана — С вЂ” 2 — 6 /о с шагом 1 /о.

Выбор необходимой концентрации Ti02 в подложке осуществляется в следующей последовательности.

Измеряют I „интенсивность рассеянного излучения от насыщенного слоя измеряемого материала, практически пропорциональную интенсивности скорость счета.

Размещают под измеряемый материал подложку с С вЂ” 2 /о.

Измеряют в дифференциальном режиме значения 1„, и I@.

Подставляют в уравнение (8) значение

pi и р, которые определяют одним из известных способов, например пользуясь таблицами, а также значения и ф Последние характеризуют выбранную рентгенооптическую схему.

Одновременно подставляют в уравнение (8) полученные в результате замеров значения lр„и I р, и вычисляют значение Iф.

Вычисляют разность между значениями

lф, полученными в результате расчета и в результате измерений в дифференциальном режиме значений lp, и 14,.

Повторяют измерения в дифференциальном режиме значений Iр, и I@, подставляют в уравнение (8) значения lр„и 1 р„вычисляют значение 1ф и разность между значениями Iф с подложками C2 —— 3 /о, 4о/о 5о/о и 6о/о.

Выбор подложки из приготовленного ряда осуществляют по минимальному значению вычисленной разности.

Подложка, удовлетворяющая указанным условиям, содержит Ti02 3 /о.

После размещения выбранной подложки . под измеряемую бумагу производятся замеры образцов бумаги с различным содержанием легкого наполнителя.

Регистрировалась сумма интенсивностей рассеянного излучения от измеряемых образцов бумаги, характеристического излучения подложки и рассеянного подложкой первичного излучения, прошедшего через измеряемые образцы.

sin

При выполнении условий, соответствующих уравнению (8), величина I„становит- 50 ся слабо зависимой от непостоянства поверхностной плотности материала d<, При этом величина I„сохраняет свою зависимость от содержания С легкого наполнителя, 65

Расчеты и замеры показали, что при измерении предлагаемым способом указанных типографских бумаг погрешность от колебаний поверхностной плотности на

+-5о/, не пРевышает 0,5 /о, ПРи наиболее распространенном рентгеноабсорбционном методе измерения для тех же бумаг погрешность от колебаний поверхностной плотности на +-5 /о составляет 1-4 /о.

777563

Фиг. 2

Составитель В, Ромашко

Фиг. 1

Редактор М. Стрельникова

Техред В. Серякова

Корректор В. Петрова г

Формула изобретения

Способ измерения содержания наполнителей в бумажном йолотне, заключающийся в выборе и размещении подложки под измеряемым бумажным полотном, последующем облучении их первичным излучением от источника, измерении интенсивности вторичного характеристического рентгеновского излучения одного из элементов подложки, прошедшего через измеряемое полотно, и сравнении с эталонами, отл ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности определения содержания легкого наполнителя за счет снижения влияния непостоянства поверхностной плотнос ги полотна, дополнительно измеряют интенсивность рассеянного излучения полотна с подложкой и суммируют с измеренной интенсивностью характеристического излучения элемента подложки, причем для выбора подложки предварительно измеряют интенсивность 1ф характеристического излучения одного из элементов подложки, прошедшего через эталон измеряемого материала, интенсивность 1„ рассеянного излучения от того же эталонного образца с подложкой и интенсивность 1р„рассеянного излучения от насыщенного слоя образцов

Заказ 2414/8 Йзд. № 556

Тираж 1033 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4)5

Типография, пр. Сапунова, 2

8 измеряемого вида бумаги, при этом измеряют прошедшее через полотно характеристическое излучение того элемента, содержание которого определяется из условия:

sin p

I Р1о Ре1

Ф р2 81п

1+ ,р., s1n $

10 где p> — массовый коэффициент ослабления измеряемым полотном первичного излучения; пз — массовый коэффициент ослабле15 ния измеряемым полотном характеристического излучения элемента подложки; ш — угол падения первичного излучения от источника;

20 — угол отбора вторичного излучения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР № 480294, кл. G 01N 23/02, 1973.

2. Патент Финляндии № 40753, кл. 421

3/09, опублик. 1964 (прототип),