Способ измерения содержания наполнителей в бумажном полотне

(1 ц УУ 7563 Союз Советских Социалистических Реслузлик(45) Дата опубликования описания 07.11.80(51) М. Кл,б 01 Ы 23/223 Государственный комитет СССР по делам изооретений и открытий(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 ПОЛОТНЕЦель сти опр нителя 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 11.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 А 1, Ь 1, 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 оче редь, частично поглощается бумажным полотном и попадает в детектор 2. Подложка выполнена из материала, включающего элемент с Х (атомным номером), большим, чем у измеряемого материала, 10 Причем энергия вторичных квантов флуоресценции должна быть достаточной для регистрации на воздухе.Недостатком данного способа являетсято, что на результат измерения влияет не 1 ч постоянство поверхностной плотности бумаги, что требует обязательного учета путем измерения массы 1 м и последующего введения автоматической коррекции посредством решения уравнения связи между 20 измеряемыми содержанием наполнителя иповерхностной плотностью материала. Это приводит к усложнению аппаратуры, реализующей способ, причем на точность результата измерения влияют собственная погрешность измерителя массы и пересчет- ного устройства. изобретения - повышение точноеления содержания легкого наполапример каолина, за счет сниже(4) 45 50 55 60 65 3ния 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 1 ф характеристического излучения одного из элементов подложки, прошедшего через эталон измеряемого материала, интенсивность У рассеянного излучения от того же эталонного образца с подложкой и интенсивность 1 рассеянного излучения от насыщенного слоя образцов измеряемого вида бумаги, при этом измеряют прошедшее через полотно характеристическое излучение того элемента, содержание которого определяется из условия11 ( )ф= и 81 п уи, 81 П 6где р, - массовый коэффициент ослабления измеряемым полотном первичного излучения;р - 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 А 1, Я 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 1, рассеянного излучения измеряемым материалом от его поверхностной плотности А; на фиг. 3 - график зависимостей интенсивности 1 ф вторичного характеристического излучения элемента подложки и интенсивности 1 5 1 О 15 20 25 30 4рассеянного излучения материалом подложки, прошедшие сквозь измеряемый материал, от его поверхностной плотности 4; на фиг, 4 - зависимость суммы интенсивностей 1 р, +1 ф+1 р, от поверхностной плотности 4.Пучок первичного излучения, интенсивность которого 1 ь поступает под углом р к поверхности образца с концентрацией легкого наполнителя в нем. Оно частично поглощается измеряемым полотном бумаги 1 и частично им же рассеивается, интенсивность последнего составляет 1,. 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 1 ф, 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 составляету. = ур, + уф+ у,.Значения интенсивностей 1 Р Уф, 1, могут быть получены и записаны в виде следующих уравнений:У,=У, " (1 - е-"),Уф - КУ,е - Р + " . (1 - е - "), (3) цгде о, - массовый коэффициент рассеяния первичного излучения от измеряемого полотна;р, - приведенный массовый коэффициент ослабления измеряемым полотном первичного и рассеянного излучений;К - коэффициент пропорциональности (атомные константы);р - массовый коэффициент ослабления измеряемым материалом вторичного характеристического излучения элемента подложки;С - концентрация флуоресцирующего элемента в подложке;р, - массовый коэффициент ослабления измеряемым материалом первичного излучения;о р, - массовый коэффициент рассеяния первичного излучения подложкой;р, - приведенный массовый коэффициент ослабления материалом подложки первичного излучения;(8) где 55 5ц, - приведенный массовый коэффициент ослабления материалом подложки первичного и вторичного излучения;4 - поверхностная плотность измеряемого материала (масса 1 м);5Й - поверхностная плотность материала подложки (масса 1 м).Из уравнения (2) видно, что с ростом 4 функция 1 р, = 1(4) возрастает (фиг. 2). В то же время из уравнений (3) и (4) сле дует, что с ростом А функции 1 ф =1(А) и Ур, - (4) убывают (фиг. 3),Следовательно, можно выбрать такую поверхностную плотность подложки И и концентрацию элемента в подложке, при 15 которых суммарная функция 1, = 1 р, + +1 ф+ 1, =1(А) останется постоянной и независящей от изменений величины пА (фиг. 4).Указанные условия могут быть найдены 20 путем дифференцирования уравнения (1) по А.Условия инвариантности 1 по 4 могутдГбыть записаны " =О.Ид 25После подстановки 1 1 ф и 1 из уравнений (2), (3) и (4) в (1) и дифференцирования по 4 может быть получено:У, (ор,е - ф - К(р, + р,) е "+" Х 30С, - аХ - (1 - е - ф) - 2 р,е фф р ХР 2 РзХ (1 - е -) ) = О. (5)35Подставляя значения 1 ф и 1, из уравнений (3) и (4) в уравнение (5), получим;Ур,ар,е-рф - (р + р,) Уф - 2 Д, = О. (6) Так как40 У,юр,е - иф - р, Ур Ур (7) где 1, - интенсивность рассеянного излучения от измеряемого материала, тол щина которой больше толщины насыщения.Подставив (7) в (6) с учетом углов падения первичного излучения р и отбора флуоресценции ф и решив относительно 1 ф, получим: 50 6П р и м е р. Измеряемый материал - типографская бумага с содержанием каолина А 120 з 280 2 Н 20 10 - 15 ю/ю Поверхностная плотность бумаги 100 г/м, Использовали радиоизотопный источник Ре 55.Подложка изготавливалась из бумажноговолокна с двуокисью титана Т 10,. Масса1 м 2 подложки составляла 50 г/м. Изготовили ряд подложек с концентрацией двуокиси титана - С=2 - бю/ю с шагом 1 /ю,Выбор необходимой концентрации Т 10,в подложке осуществляется в следующейпоследовательности.Измеряют 1 р - интенсивность рассеянного излучения от насыщенного слоя измеряемого материала, практически пропорциональную интенсивности скорость счета.Размещают под измеряемый материалподложку с Сз = 2%.Измеряют в дифференциальном режимезначения 1, и 1 ф,Подставляют в уравнение (8) значениер, и р которые определяют одним из известных способов, например пользуясь таблицами, а также значения р и ф Последние характеризуют выбранную рентгенооптическую схему,Одновременно подставляют в уравнение(8) полученные в результате замеров значения 1 и 1, и вычисляют значение 1 ф.Вычисляют разность между значениями1 ф, полученными в результате расчета и врезультате измерений в дифференциальном режиме значений 1 р, и 1 ф.Повторяют измерения в дифференциальном режиме значений 1 р, и 1 ф, подставляют в уравнение (8) значения 1 ри 1 рвычисляют значение 1 ф и разность междузначениями Уф с подложками С 2 = 3%,4/ю 5 ю/ю и б/юВыбор подложки из приготовленного ряда осуществляют по минимальному значению вычисленной разности.Подложка, удовлетворяющая указаннымусловиям, содержит Т 1 О 2 3%.После размещения выбранной подложки .под измеряемую бумагу производятся замеры образцов бумаги с различным содержанием легкого наполнителя.Регистрировалась сумма интенсивностейрассеянного излучения от измеряемых образцов бумаги, характеристического излучения подложки и рассеянного подложкойпервичного излучения, прошедшего черезизмеряемые образцы.з 1 прПри выполнении условий, соответствующих уравнению (8), величина 1 становит ся слабо зависимой от непостоянства поверхностной плотности материала 4,При этом величина 1 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 +-5 ю/, не превышает 0,5%, При наиболее распространенном рентгеноабсорбционном методе измерения для тех же бумаг погрешность от колебаний поверхностной плотности на + 5% составляет 4% ./8 Йзд.5563 Подписноериск ГосударственногоССР по делам изобретенийи открытий35, Москва, Ж,шская наб., д. 4/5 аказ 2414ираж 103НПО Помитета С 7 Формула изобретенияСпособ 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 щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения содержания легкого наполнителя за счет снижения влияния непостоянства поверхностной плотносги 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 1 ф характеристического излучения одного из элементов подложки, прошедшего через эталон измеряемого материала, интенсивность 1 рассеянного излучения от того же эталонного образца с подложкой и интенсивность 1 ррассеянного излучения от насыщенного слоя образцов Типография, пр. Сапунова, 2 8измеряемого вида бумаги, при этом измеряют прошедшее через полотно характеристическое излучение того элемента, содержание которого определяется из условия: 5з 1 пуУ1+ (1 - 1 )ф р., зи у1+,р., з 1 п10где р 1 - массовый коэффициент ослабления измеряемым полотном первичного излучения;и - массовый коэффициент ослабле ния измеряемым полотном характеристического излучения элемента подложки;р - угол падения первичного излучения от источника;20- угол отбора вторичного излучения. Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 25 1. Авторское свидетельство СССР480294, кл, 6 011 Ч 23/02, 1973,2, Патент Финляндии40753, кл, 421 3/09, опублик, 1964 (прототип),