Способ контроля влажности плоских волокносодержащих светопропускающих материалов

 

Изобретение решает задачу неразрушающего контроля влажности плоских золокносодержащих светопропускающих материалов, например конденсаторные бумаги, в процессе их производства лри возможных изменениях их толщины. Цель изобретения - повышение точности контроля (измерения) влажности. Исследуемый материал освещают двумя световыми пучками нормально к его поверхности и регистрируют световые потоки Ф и Ф , прошедшие сквозь исследуемый материал соответственно в двух телесных углах С2, -Ё 2 1Г и Qz 2 и, причем спектральный состав первого светового пучка выбирают в области прозрачности воды, а о влажности судят либо пп известным экспериментальным номограммам зависимости v. от влажности при различных значениях толщины J, соторую рассчитывают по формуле Л (1/Кп)(1п Ф0{ - 1пР, ), где Кп - коэффициент поглощелнч света п°рвого пучка исследуемым материалом, Р0| - световой поток, попадающий на фотоприемник в отсутствие исследуемого материала, либо по известной экспсфиментальной зависимости от влажности коэффициента рассеяния К«, который вычиспяют по формуле: Кр Кп.(1пРаг- )/(1пР0, - In P, )- - 1, где РО2 световой поток, попаг1аЪщин на фотоприемник в отсутствие исследуемого материала,, Способ позволяет компенсировать погрешности, связанные с неконтролируемыми изменениями толщины измеряемого материала и из-за возможного частичного перекрытия полос поглощения измеряемого материала и воды. 4 ил. а S3 (Л о ел оо о 4

СОЮЗ СОВЕТСКИХ социАлистичесних

РЕСПУБЛИК

С 1 (lQ> (1?( (51)5 G 01 N 21/86, 21/59

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

flPH ГКНТ СССР (21) 4387079/25 (22) 04.03.88 (46) 23.06.91. Бюл. Ф 23 (71) Ленинградский институт текстильной и легкой промышленности им. С.И.Кирова (72) П.Г.йляхтенко, О.И.Суриков, Д.Н.Громов, H.Н,.Труевцев, Л.С.Горбунов и И.В.Смаглий (53) 535.361(088.8) (56) Иухитдинов И., Мусаев Э.С. Оптические методы и устройства контроля влажности. — И.: Энергоатомиздат, 1986, с.10, Там же, с.16. 34. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ВЛАЖНОСТИ ПЛОСКИХ ВОЛОКНОСОДЕР1!(АЙ ИХ СВЕТОПРОПУСКАИЩИХ ИАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение решает задачу неразрушающего контроля влажности плоских эолокносодержащих снетопропускающих материалов, например конденсаторные бумаги, в процессе их производства при возможных изменениях их толщины. Цель изобретения — повышение точности контроля (измерения) влажности. Исследуемый материал освещают двумя световыми пучками нормально к его поверхности и регистриИзобретение относится к способам контроля влажности плоских волокносодержащих светопропускающих материалов и может быть использовано для непрерывного неразрушающего контроля

2 руют световые потоки Р и Р про2 шедшие сквозь исследуемый материал соответственно в двух телесных углах Q, = 2 Т и (< 2п, причем спектральный состав первого светового пучка выбирают в области прозрачности воды, а о влажности судят либо по известным экспериментальным номограммам зависимости Р от влажноg. сти при различных значениях толщины .1,:;оторую рассчитывают по формуле

i1 (1/",) (1n о(1n Pt ), где Ktt ко"..ÔÔ:.töèåttò поглоще;пгч света г". рво.о пучка исследуемым материалом, Рд, — световой поток, попадающий на фотоприемник в отсутствие исследуемого материала, либо по известной экспериментальной зависимости от влажности коэффициента рассеяния К который вычисляют по формуле: К р =

= K „ (1n az — 1n Р, )/(1n P, — 1п Р()1, где Pо — световой поток, попадающий на фотоприемник в отсутствие исследуемого материала. Способ позволяет компенсировать погрешности, связанные с неконтролируемыми изменениями толщины измеряемого материала и из-за возможного частичного перекрытия полос поглощения измеряемого материала и воды. 4 ил. качества таких материалов в ходе их производства.

Целью изобретения является повышение то ности контроля влажности плоских волокносодержащих светопропу1658041 7

r кающих мат».риалон в пр(цессе их производств 1>,»и нозможном измеHpí»»è

ИХ ТОЛЩ1»77., На фпг.1 представлена принципиальная схема установки, осуществляющая (.»»ос()б; на фиг,2 — зависимость логарифма напряжения 1», пропорционального снстоног»у потоку 5<, от тол»7»»шы (1 контролируемого материала при раз- 1ð личных значегиях влажности (О; на фиг,.3 — - номограммы для определения нлажности по и 7вестным величинам напряжения Ug, пропорционального Ф и толщи»н» «. мате>)пала, построенные по данным ll;I фиг,2; на фиг.4 — зависимость коэффициента pR сс еяния К, (>Т Вла)7(НO». . Tli »> >, Способ ()су»»естнляется с»lо:»ощью уст< (oBK»l (фпг . 1) следую»»П»г» образом. 2О

Свет от Не-Ле-лазера 1 модулируется диском с отнерст1»)»г»1», приводимым Во вращение двигателем 2, и через телес ко 71»ческ»»й объектив 3 и диафрагму пара,»лель»»чм пучком падает нор»»аль-25

»н па поверхность образца исс »едуемого материала 5 (конденсаторная бумага i(tl! "-8 меяду днумя плоскопараллель»»ь>7771 с."е»»лами специального дерясате)»)1) . 11»»зг»ер светового пятна lit»

1»сс> дуемо1» буг»аге выбирается много белы»»е нел»г»иль» допустимых оптических »еодцородностей, опр .де.»яемых

T еог»ет1)1»е1» волокон так, что освещается цо(.таточное их количество (более

1Г» волокон). Прошедший скнозь бу»»агу cU:= т p(г.».тр7»руется фотоприемн;п,сг» (ФЭУ), ко1орый может быть придвинут вплотную к бумаге (положение

6)) или наход»»тся на расстоянии от 1»er 40 (положение 7) . В первом случае телес> цый угол G = 2 >», но втором случае телесный угол 52> ((g . В»1(>:»ожении

7 "> )У t»o)í .» 1»ерем щаться ь 7»апранленип <) н пределах +10 относительно оптической ос. и при бора, т. е. 7»ожет изменяться угол g напранления приема светового пото -a H y».sl(Q g относител»:но оптической с>(..и. П(ременное напряжение 1; (или Б.>), пропорц1»о»»алы»о(световому по» оку Ф < (ипп Ф2), измеряется нольтметрсм 8, Питание ФЭУ осуществляется от -.т»билизированного выпрямителя 9. (нлажност » судят либо по изнест»»ьп» экспе

55 риментальным номог )аммам зависимости

Ф< от влажности при различных значения с толщины материала с1, кот(>pro рассчитывают по,>ормуле

d = --,— (1nP — 1nP ) (1)

К 1 где Кг) — коэффициент поглощения света первого пучка (т.е. н положении 6) исследуемым материалом, Фо» вЂ” световой поток, попадающий на фотоприемник при отсутствии исследуемого материала, либо по известной экспериментальной зависимости от влажности коэффициента рассеяния К который р> вычисляют по формуле (1п РО2 1п@2

Кп 1п р 1п «р, где Ф вЂ” световой поток, попадающий на фотоприемник в отсутствие исследуемого материала.

Спектральньп» состав первого светового пучка выбирается в области длин нолн, где вода прозрачна: в этом случае зависимость »» О< от »I может быть аппроксимирована формулой

p=p„< <" . (3) »7 С)

Если вода в исследуемом материале не связывается химически, то коэффициент поглощения материала К не должен

»> суцественно зависеть от его влажности, т.к. Спектральньп» состав света перього пучка выбран в области прозрачности ноды; в этом случае, как следует из формулы (3), можно по величине потока Р» независимо от влажности исследуемого образца судить о (ro толщине, рассчитывая его по формуле (1).

Достаточнь»г» критерием применимости формулы (1) может служить линейный нид экспериментальной зависимости

ln Р» (d), построенной по контрольным образцам исследуемого материала различной толщины.

Если спектральный состав обоих пуков снета одинаков и зависимость

Р„((7) для исследуемого материала может быль н допустимых пределах изменения с1 аппроксимиронана функцией

Р = Р е (4) (К„+1ср) где К вЂ” коэффициент расс еяния света исследуемым материалом, то в этом случае о влажности можно судить по значению K1), рассчитанному по формулс (2) и изнестной экспериментальной ша- n(Я вЂ” — — — .100X

la1

35

16580 зависимости К ст влажности, построенной по измерениям на контрольных образцах исследуемого материала и. вестной влажности. Формула (2) получается из формулы (4) подстановкой в нее значения а из (1).

На фиг.2 приведены зависимости 1п 0 (d) для различных значений влажности 6), полученные дпя случая, когда ФЭУ находился в положении 7, а

его оптическая ось совпадала с оптической осью установки. Влажность образцов имела следующие значения.

О 6,". (7 5"Д Яз 14Х; О4 = 21X-03 32Х. Она определялась весовым методом на аналитических весах по формуле где n(—; ш — масса того же образца увлажненной бумаги.

Из данных фиг.2 можно сделать вывод о том, что в общем случае для конденсаторной бумаги КОН 2-8 закон

Ламберта-Бугера для U< Р не выполняется. Это объясняется тем, что данная бумага содержит макроскопические целлюлозные волокна, толщина кото рых соизмерима с толщиной бумаги и которые являются оптическими неоднородностями, рассеивающими свет не так, как пространство между ними, заполненное мелкодисперсной целлюлозой.

На (яг.3 приведены номограммы

1п Ug(Q) для различных d, построенные по данным фиг.2. Такие кривые 40 могут быть построены для любых значений d в интересующей области. Определение влажности по номограммам такого типа происходит следующим образом: по формуле (1) определяется 45 неизвестная толщина бумаги d; затем по номограмме, соответствующей этой толщине, и измеренному для исследуемого материала. значению 11 определяют искомую вла1кность Я.

4/

6 изображена завис имость от влажности к эффипиента ра ;сеяния Kp(43), построенная п1 значениям U о(у 1)(77 у Ut (Йл) н Uz (d ) для d, = 8 мкм., Расчет К проиодился по формуле (2) с учетом

U Р, что для использованного ФЭУ всегда выполняется.

В этом случае искол(ая влажность бумаги определяется иэ графика фиг.4 по рассчитанному на базе измеренных U„n U< значению К . Очевидно, что в этом случае для запоминания формулы (2) и одной кривой потребуется значительно меньший объем памяти ЭВИ.

Для проверки предлагаемого способа на собранной установке были проведены измерения значений U, и U< для образца исследуемой бумаги неизвестной толщины и влажности. Получены следующие величины: V - 165,7 мВ;

U = 11,6 мВ. По формуле (1) для толщины этого образца получена величина d = 9 MKM. По номограммам на фиг.3 и значению U для этой толщины

d получено искомое значение влажности 63 = 11X. Значение влажности этого образца, определенное весовым методом, оказалось равным 10,8Х. (относительная ошибка около 2X).

По этим же значениям П(, U и

-(С

Kn = 225 см для этого же образца бу(лагп проведен расчет коэффициента по формуле (2). Получено значение

К = 3434 см . Иэ графика на фиг.4 для этого значения К получается исР комое значение влажности 10Х. Более низкое значение по сравнению с полученным весовым методом естественно, т.к. из графика фиг ° 4 видно, что необходимое условие правомочности использования формулы (2) для оценки влажности, а именно выполнение экспоненциальной зависимости (4), в данном случае нарушается (зависимость

1п U<(d) нелинейна), что и должно приводить к некоторому занижению результата.

Ф о р м у л а изобретения

Номограммы, изображенные на фиг.3, могут быть введены в память вычислительной машины.

Оценка влажности по значениям

U(и Ug значительно упрощается, если зависимость U<(d) может быть с достаточной точностью аппроксимирована экспонентой (4). На фиг.4

Способ контроля влажности плоских волокносодержащих светопропускающих. материалов, преимущественно конденсаторной бумаги, заключающийся в том, что освещают исследуемый мате" риал первым и вторым пучками света нормально к его поверхности, регистрируют с помощью фотоприемника про1 6580 i 7 шедшие сквозь материал световые потоки Р и Р соответственно и по ука2, занным % личинам судят о влажности материала, причем спектральный состав первого светового пучка выбирают в области прозрачности воды, о т л и-ч а ю шийся тем, что, с целью повьппения точности контроля влажности исследуемого материала в процессе его 1p производства при возможном изменении

его толщины, измерения первого и второго световых потоков Ф и Ф, прошедших сквозь исследуемый материал, производят в телесных углах Q, 2 о и 15

Q (< 2 соответственно, выводят иэ световых потоков исследуемый материал, измеряют при неизменной геометрии световой поток Ф,, падающий на фотоприемник от первого светового 2б потока при отсутствии исследуемого материала, и световой поток Фо, падающий на фотоприемник от второго светового потока при отсутствии исследуемого материала, а о влажности судят по известным экспериментальным номограммам зависимости светового потока Ф от влажности, построенным по измерениям на контрольных образцах исследуемого материала известной толщины и влажности, причем толщину контролируемого материала определяют из выражения

d=- — (1nP -1nP )

1 о< где К - коэффициент поглощения свеи та первого пучка исследуемым материалом, или по известной экспериментальной зависимости от влажности коэффициента рассеяния К, который вычисляют по формуле

1п Рщ — 1n Р2.

К=К(— - — - — — --1), 1п о, — 1n Щ

1658041

Фиг.2 ,%

1658047

8 lo

Редактор Е.Полионова

Закаэ 2431 Тираа 426 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Пронэводственно-издательскиЯ комбинат "Патент", г. Уагород, ул. Гагарина, 101

Мр(10 си

Составитель В.Калечиц

Техред JI.Cåðäþêîâà Корректор С.Шекмар