2.6紙漿濃度檢測(cè)PPT

1、紙漿濃度檢測(cè),紙漿濃度對(duì)造紙過程來說，是一個(gè)重要參數(shù)，它不僅影響各個(gè)生產(chǎn)過程中漿料的質(zhì)量，而且直接影響到紙張成品質(zhì)量的物理標(biāo)準(zhǔn)。因此控制好各個(gè)環(huán)節(jié)的紙漿濃度，對(duì)保證漿料和紙張的質(zhì)量以及減小原材料的消耗都極其重要。由于紙漿流體的特殊性，一般把紙漿分為中濃（一般大于2）和低濃（低于2）。,中濃紙漿測(cè)量?jī)x表一般是利用紙漿流動(dòng)時(shí)對(duì)感測(cè)元件所表現(xiàn)出來的壓力損失與濃度有一定的關(guān)系來測(cè)量的 低濃紙漿濃度測(cè)量?jī)x多是利用紙漿對(duì)光的吸收、散射和透射能力與紙漿濃度有關(guān)的特性來工作的。,一、中濃紙漿濃度的測(cè)量,為了深刻了解紙漿濃度測(cè)量的原理和在使用時(shí)應(yīng)注意的問題，以便在不同工藝條件下正確選擇紙漿濃度測(cè)量?jī)x表，保證測(cè)量

2、精度。下面首先簡(jiǎn)介紙漿的流動(dòng)特性與濃度的關(guān)系，然后給出幾種常用中濃紙漿濃度測(cè)量?jī)x表。,由于紙漿是液態(tài)水、固態(tài)纖維和氣態(tài)空氣組成的三相非均勻懸浮液。其流動(dòng)特性受到諸如濃度、纖維種類、打漿度、填料量、流速、溫度等多種因素影響，比較復(fù)雜。從大量的實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，紙漿的流動(dòng)特性可定性描述如下： 由于紙漿特有的網(wǎng)狀物性質(zhì)， 當(dāng)紙漿運(yùn)動(dòng)流經(jīng)固體物質(zhì)（如管壁、轉(zhuǎn)子、攪拌器等）表面時(shí)，固體表面對(duì)紙漿運(yùn)動(dòng)會(huì)產(chǎn)生明顯的阻力使紙漿產(chǎn)生壓力損失。例如，下圖所示的是四種不同濃度的未漂硫酸鹽漿，在100m管道中流動(dòng)實(shí)驗(yàn)所得的壓力損失曲線。,大量實(shí)驗(yàn)證明，盡管不同漿料的壓力損失不同，但曲線的形狀有近似性。從圖中曲線可見，在一

3、定的流速范圍內(nèi)，存在壓力損失的最大值D，最小值F，與水在同一流動(dòng)條件下的壓力損失相比，又有交點(diǎn)H和壓力衰減點(diǎn)I。為了研究方便，根據(jù)紙漿流速可分成四個(gè)區(qū)域：,（1）局部環(huán)栓流區(qū)（a區(qū)） 當(dāng)紙漿流速比較低，即在臨界速度（約0.30.6m/s）以下，見圖中D線左側(cè)段，紙漿沿管道運(yùn)動(dòng)時(shí)的壓力損失，主要是由紙漿與管壁接觸時(shí)紙漿纖維對(duì)管壁產(chǎn)生的摩擦力和紙漿纖維層之間的摩擦力決定，并且紙漿纖維對(duì)管壁的摩擦力比纖維各層之間的摩擦力大。在其它條件不變的情況下，紙漿濃度越大，壓力損失也越大。,例如，對(duì)于化學(xué)漿，壓力損失與濃度的關(guān)系可由下面經(jīng)驗(yàn) 公式表示： 或 式中 P 壓力損失（mmH2O/100m）； C 紙漿

4、濃度（）； V 紙漿流速（m/s）； D 管道直徑（mm）； K 常數(shù)； F 取決于紙漿種類、pH值、溫度的常數(shù)。 顯然，如果紙漿種類、pH值、溫度、流速和管道直徑一定，可通過測(cè)量紙漿在管道中的壓力損失P來測(cè)量濃度C。,（2）層流水環(huán)栓流區(qū)（b區(qū)） 當(dāng)紙漿速度提高時(shí)，各纖維之間的摩擦（連結(jié)）力增加，當(dāng)高于臨界速度時(shí)，見圖中DF段，這時(shí)，各纖維之間的摩擦力就比纖維對(duì)管壁的摩擦力大，并且當(dāng)紙漿沿管壁滑動(dòng)時(shí)，其各層纖維沒有相對(duì)移動(dòng)而開始成為“活塞”。同時(shí)在內(nèi)摩擦力的作用下，在管壁液體分界面處發(fā)生了纖維的分離，并沿流束中心線的方向發(fā)生放射型的壓縮而形成層流狀態(tài)的水環(huán)，該水環(huán)減小了管壁液體之間的摩擦力，

5、因而使得總壓力損失減小，當(dāng)然，壓力減小的程度與纖維的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度密切相關(guān)。,（3）湍流和減阻區(qū)（c、d區(qū)） 在通常紙漿流速（約2m/s以下）時(shí)，水環(huán)運(yùn)動(dòng)具有分層特征，但當(dāng)紙漿流速繼續(xù)提高時(shí)，其運(yùn)動(dòng)就成為湍流，壓力損失增大，見圖中FH段。尤其到了HI段，紙漿變?yōu)榛炝骰蛲耆牧鳡顟B(tài)，其壓力損失更為增大。,由上述紙漿的流動(dòng)特性可以看出，當(dāng)紙漿與固體（管道或測(cè)量元件）之間的相對(duì)流速小于臨界速度時(shí)，它們之間產(chǎn)生的摩擦力（壓力損失）主要由紙漿濃度決定，同時(shí)與紙漿流速、漿種、pH值和溫度等因素有關(guān)。 但當(dāng)它們之間的相對(duì)速度大于臨界速度時(shí)，由于水環(huán)和湍流的產(chǎn)生，摩擦力與濃度之間的關(guān)系較為復(fù)雜，具有不確定性。,因此

6、在利用紙漿在流動(dòng)過程中產(chǎn)生摩擦力來測(cè)量紙漿濃度時(shí)，要把紙漿與測(cè)量元件之間的相對(duì)流速限制在臨界速度之下，并要穩(wěn)定或補(bǔ)償紙漿流速、溫度、漿種等因素的影響，只有這樣，才能保證紙漿濃度和摩擦力之間的單值對(duì)應(yīng)關(guān)系。這是在設(shè)計(jì)和使用這種變送器中必須注意的問題。,2刀式紙漿濃度變送器,在紙漿管道上設(shè)置一個(gè)固定物體（如圓鐵棒）作為感測(cè)元件，如圖（a）所示，當(dāng)紙漿流動(dòng)時(shí)，速度為V0的紙漿在碰到固定物體時(shí)，前緣部分的紙漿速度將降為零，而管道內(nèi)其余的紙漿則繼續(xù)以V0速度流動(dòng)。由于紙漿特殊的纖維結(jié)構(gòu)，這些繼續(xù)以V0速度流動(dòng)著的紙漿將帶動(dòng)前緣速度為零的纖維沿物體表面流動(dòng)，并且使得這部分纖維流速由零逐漸增大。,這種流線型

7、是伴隨著纖維對(duì)物體表面及其纖維層之間的摩擦而發(fā)生的。當(dāng)纖維離開固定物體時(shí)，它們混入到總的紙漿流中，且速度恢復(fù)為V0。因此紙漿纖維對(duì)檢測(cè)元件表面產(chǎn)生摩擦力，該摩擦力的大小取決于紙漿濃度，紙漿濃度越高，摩擦力越大。因此，可通過測(cè)量該摩擦力的大小來間接測(cè)量濃度。,采用上述原理組成變送器時(shí)，還要解決好兩個(gè)問題： 一是上述感測(cè)元件除了受到紙漿纖維的摩擦力以外，還有紙漿對(duì)其產(chǎn)生的沖擊力和它切斷運(yùn)動(dòng)著的紙漿纖維結(jié)構(gòu)所需的剪切力，這兩種力顯然與紙漿流速和纖維結(jié)構(gòu)有關(guān)，因此在測(cè)量摩擦力時(shí)要補(bǔ)償?shù)暨@兩種力的影響； 二是要限制相對(duì)流速在臨界速度（0.30.6m/s）以下，以保證紙漿濃度與摩擦力間的一定關(guān)系。,刀式紙

8、漿濃度變送器就屬于這種流線型變送器，它由感測(cè)元件彎刀、力氣（或力電）轉(zhuǎn)換裝置組成，氣動(dòng)刀式紙漿濃度變送器的結(jié)構(gòu)原理如圖3所示。 彎刀的作用就是將紙漿濃度轉(zhuǎn)換成與之成比例的摩擦力F，并傳送給力氣轉(zhuǎn)換器的杠桿系統(tǒng)。這里要求彎刀要處理好上述兩個(gè)問題。,第一個(gè)問題是靠刀片形狀的合理設(shè)計(jì)來解決的。如圖3所示的彎刀，其特點(diǎn)是尾部為一刀翅。這樣上述兩種力（沖擊力和剪切力）的合力在前緣為F1，在尾翅為F2，該彎刀形狀使F1和F2對(duì)主杠桿支點(diǎn)H所形成的力矩大小相等而方向相反，這樣這兩種力對(duì)主杠桿的作用相互抵消，從而補(bǔ)償了流速變化和纖維結(jié)構(gòu)不同對(duì)濃度測(cè)量的影響。,圖3 氣動(dòng)刀式紙漿濃度變送器 1 彎刀 2 主杠桿

9、 3 副杠桿 VC -臨界速度（0.3-0.6m/s） 4 擋板 5 噴嘴 6 氣動(dòng)放大器 S - 彎刀表面纖維層面積 7反饋波紋管 8 調(diào)零彈簧,第二個(gè)問題是通過彎刀兩側(cè)漿層和水層面積的變化來自動(dòng)補(bǔ)償紙漿流速過高對(duì)測(cè)量結(jié)果帶來的影響。如圖（b）所示，當(dāng)速度為零的紙漿在流動(dòng)著的紙漿帶動(dòng)下，速度逐漸增大，流速在到達(dá)臨界速度VC（約0.30.4m/s）以前，纖維與彎刀兩側(cè)直接接觸形成纖維層S，這時(shí)，紙漿對(duì)彎刀的摩擦力主要由纖維對(duì)刀面的摩擦力和纖維層之間的摩擦力來決定，符合測(cè)量要求。但當(dāng)彎刀表面紙漿流速超過臨界速度以后，則在彎刀表面形成水層W，顯然水層對(duì)彎刀的摩擦力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于纖維層對(duì)彎刀的摩擦力。,S

10、 - 彎刀表面纖維層面積 W -彎刀表面水層面積,纖維層和水層區(qū)域大小與漿速V0有關(guān)，V0越大，水層W越大，纖維層越小。當(dāng)V0超過1.5m/s時(shí)，幾乎在彎刀前緣就形成水層，顯然這時(shí)已不能通過摩擦力來感測(cè)濃度了。但是漿速在0.51.5m/s范圍內(nèi)，纖維層和水層面積的變化會(huì)自動(dòng)補(bǔ)償紙漿流速V0變化對(duì)測(cè)量的影響。,例如，流速增加時(shí)，雖然會(huì)增大纖維對(duì)彎刀的摩擦力，但水層同時(shí)向前移動(dòng)，摩擦力較大的纖維層S減小，而摩擦力較小的水層W增大即摩擦力減小，結(jié)果使彎刀受到的總摩擦力F近乎不受漿速V0的影響，而與紙漿濃度幾乎成單值函數(shù)關(guān)系。因此刀式紙漿濃度變送器可允許紙漿在管道中的流速達(dá)到0.51.5m/s。,力氣

11、轉(zhuǎn)換器包括力平衡轉(zhuǎn)換、位移檢測(cè)、氣動(dòng)放大器和反饋裝置等部分組成。彎刀上受到的摩擦力F作用在主杠桿上，并進(jìn)一步傳遞給副杠桿帶動(dòng)擋板移動(dòng)，從而改變擋板與噴嘴之間的位移，該位移通過噴嘴擋板機(jī)構(gòu)轉(zhuǎn)換成氣動(dòng)信號(hào)，通過氣動(dòng)放大器放大輸出PO，同時(shí)該信號(hào)通過反饋波紋管轉(zhuǎn)換成反饋力作用在副杠桿上，當(dāng)反饋力和輸入力所產(chǎn)生的力矩平衡時(shí)，變送器便達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。此時(shí)變送器的輸出PO便反映了紙漿濃度的大小。,3旋轉(zhuǎn)式紙漿濃度變送器,旋轉(zhuǎn)式濃度變送器是依據(jù)紙漿對(duì)感測(cè)元件產(chǎn)生的摩擦力或剪切力與紙漿濃度有一定關(guān)系進(jìn)行測(cè)量的。根據(jù)安裝位置的不同主要有兩種形式，即旁路取樣式和管道全通式。,如下圖為電動(dòng)旋轉(zhuǎn)式濃度變送器的結(jié)構(gòu)原理圖

12、。變送器主要由轉(zhuǎn)子、伺服電機(jī)、光電頻率發(fā)送器和頻率信號(hào)轉(zhuǎn)換器組成。轉(zhuǎn)子是由有機(jī)玻璃制成的表面光滑的圓錐體，作為感測(cè)元件，由具有軟特性的恒力矩電機(jī)帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)。被測(cè)紙漿引進(jìn)取樣筒上，并形成穩(wěn)定的溢流，轉(zhuǎn)子插入取樣筒并以一定的轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速要求不能過高，一般為75100轉(zhuǎn)/分，從而保證轉(zhuǎn)子與紙漿的相對(duì)轉(zhuǎn)速在臨界速度之下。,轉(zhuǎn)子與紙漿產(chǎn)生摩擦力使轉(zhuǎn)子受到制動(dòng)力矩，制動(dòng)力矩大小由紙漿濃度決定，紙漿濃度越高，制動(dòng)力矩就越大。而該制動(dòng)力矩即是電機(jī)的負(fù)載力矩。因此，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就隨著負(fù)載力矩的變化而變化。可通過測(cè)量電機(jī)轉(zhuǎn)速來間接測(cè)知紙漿濃度的大小。,光電頻率發(fā)送器將電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)換成脈沖頻率信號(hào)，再通過頻率電

13、壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)作為變送器的輸出。光電頻率發(fā)送器由信號(hào)盤、光源、和光敏三極管組成。光信號(hào)盤是鉆有等分透光孔的圓盤，由光敏三極管接受光源透過信號(hào)盤的光脈沖信號(hào)，并將其轉(zhuǎn)換為電脈沖信號(hào)。當(dāng)然也可直接選擇旋轉(zhuǎn)編碼器測(cè)量電機(jī)的轉(zhuǎn)速。 代表轉(zhuǎn)速的電脈沖信號(hào)再通過頻率電壓轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)輸出，該輸出信號(hào)的大小即反映了濃度高低。 旋轉(zhuǎn)式濃度變送器，條件容易穩(wěn)定，并且可以更換轉(zhuǎn)子的大小以適應(yīng)不同性質(zhì)的漿料，但由于采用旁路取樣測(cè)量，因此安裝較麻煩，并且取樣筒內(nèi)溢流面波動(dòng)（即轉(zhuǎn)子插入的深度的波動(dòng)）對(duì)測(cè)量的影響沒有補(bǔ)償，在使用時(shí)要注意保證穩(wěn)定的溢流。,二、低濃紙漿濃度的測(cè)量,當(dāng)紙漿濃度在1.5%以

14、下時(shí)，這時(shí)就不能采用測(cè)量摩擦力或剪力的方法來測(cè)量濃度。對(duì)于1.0%以下的低濃紙漿，一般采用紙漿的光學(xué)特性與濃度有關(guān)的原理進(jìn)行測(cè)量。需要注意的是紙漿的光學(xué)特性除了與濃度有關(guān)外，還與紙漿的種類、打漿度、pH值、填料量、紙漿中氣泡等多種因素有關(guān)，因此，在測(cè)量過程中也要考慮消除或補(bǔ)償這些干擾因素。,1光電式低濃紙漿濃度變送器 （1）測(cè)量原理 當(dāng)光線通過含有纖維、填料、膠料、白水等的低濃紙漿（或稱紙料）時(shí)，紙漿對(duì)光線會(huì)產(chǎn)生吸收和部分散射，其中散射光通量與紙漿濃度有關(guān)。 根據(jù)拉姆貝爾塔貝拉定律，穿過紙漿的光通量強(qiáng)度I可由下式表示： 式中 I0 光源強(qiáng)度； x 單位物質(zhì)濃度上吸收光線的指數(shù)，它取決于紙漿 纖

15、維種類、打漿度和光線的波長(zhǎng)等等； C 紙漿濃度； 光線穿過紙漿的厚度。 因此，紙漿濃度為：,當(dāng) I0 、和x 為常數(shù)時(shí)，紙漿濃度可以通過紙漿的光通量強(qiáng)度來測(cè)定。其測(cè)量原理如下圖（a）所示，由光源D發(fā)出的光線經(jīng)聚光透鏡B后形成平行光束，照射到流經(jīng)玻璃管T的紙漿上。通過紙漿散射的光通量，分別被光電池P1（置于散射角約30處）和P2（置于散射角約45處）接收，并被轉(zhuǎn)換成光電流i1和i2，光電流i1和i2的大小隨紙漿濃度變化而改變，其關(guān)系見下圖（b），即i1隨濃度的增大而減小，i2則隨濃度的增大而提高。,同時(shí)，由光源D發(fā)出的光線經(jīng)可變光柵G照到一塊毛玻璃H上，通過毛玻璃散射的光通量被光電池P3所接收，

16、并被轉(zhuǎn)換成光電流i3 ，作為測(cè)量（i1i2）的參比電流。對(duì)兩塊光電池電流進(jìn)行差動(dòng)測(cè)量的目的是補(bǔ)償漿種、填料、打漿度等因素對(duì)濃度測(cè)量的影響。,2偏振光式低濃紙漿濃度測(cè)量?jī)x,利用紙漿纖維具有消偏振特性可以制作偏振光式濃度變送器。其基本組成原理如圖所示。光源1發(fā)出的光通過垂直偏振鏡2后，成為平行于入射面的偏振光束，并透過紙漿纖維流經(jīng)的玻璃管。,由于紙漿纖維的消偏振特性，使透過紙漿懸浮液的部分偏振光發(fā)生偏轉(zhuǎn)而成非偏振光，這種消偏振的強(qiáng)度是隨漿料濃度的增大而增加的。透過紙漿后的光束再通過平行偏振片5（檢偏器）。由于垂直偏振光不能通過平行偏振片， 只有消偏振后的那部分光透過平行偏振片，因此透過平行偏振片的光強(qiáng)度便與紙漿纖維濃度有關(guān)，它通過透鏡3聚焦后在光電池4上產(chǎn)生光電流，從而測(cè)知纖維濃度的大小。,在偏振光式濃度變送器中，由于紙料中其它物質(zhì)（例如水、多數(shù)填料、氣泡等）沒有消偏振特性，