Способ контроля влажности плоских волокносодержащих светопропускающих материалов Советский патент 1991 года по МПК G01N21/86 G01N21/59 

Изобретение относится к способам контроля влажности плоских волокно- содержащих светопропускающих материалов и может быть использовано для непрерывного неразрушающего кснтроля

качества таких материалов в ходе их производства.

Цепью изобретения является повышение точности контроля влажности плоских 1 олокносодержащпх светопропу3165

гк тощих материалов в процессе их производства ими возможном изменении их ТОЛРДИ::-,.

На фиг.1 представлена принципиаль- пая схема установки, осуществляющая (,погоб; па фиг.2 - зависимость логарифма напряжения 1, пропорционального енотовому потоку . от толщины d контролируемого материала при раз- личных значегиях влажности СО; на фиг,.3 - номограммы для определения платности по известным величинам напряжения U, пропорционального Ф и ТОЛШ1НЫ cl материала, построенные по данным па фиг,2; на фиг.4 - зависимость коэффициента рассеяния К

Р

от влажности СО,

осуществляется с помощью установки (фиг.1) следующим образом. Свет от Не-Пе-лачера 1 модулируется диском с отверстиями, приводимым во вращение двигателем 2, и через телескопический объектив 3 и диафрагму i параллельным пучком падает нормап чо па поверхность образца исследуемого материала 5 (конденсаторная бумага кОН 2-8 ме ;у двумя плоскопарал- лельнымп гте)слами специального держателя). Размер снегового пятна на нсол .-дуемой бумаге выбирается много больше величины допустимых оптических неоднородноетен, определяемых геометрией нилокоч так, что освещается достаточное их количество (более 10 волокон). Прошедший сквозь бу- лгу сиот pel 1стрнруется фотоприем- 1ыком (ФЭУ), который может быть гтри- днинут вплотную к бумаге (положение 6) или находится на расстоянии от не (положение 7). В первом случае течее1

ним угол Q}. 2-и, во втором случае телесный угол С Q. В положении 7 ЛЭУ может перемещаться в направлер

пип Ср d пределах ±10 относительно оптической оси прибора, т.е. может изменяться угол t-f направления приема светового потока в угле С2 g относитешно оптической оси. Переменное напряжение l f (или 11) , про- порциональноо световому потоку Ф (или Og), измеряется вольтметром 8. Питание ФЭУ осуществляется от I-T.I- билизированного выпрямителя 9. С вланости судчт либо по известным чкспе

рит ентальным номограммам зависимости O от влажности при ра-зпнчных значениях толщины материала d, которую рассчитывают по формуле

d -1- (lnpnj - lnЈ )

К

0|

(1)

где К - коэффициент поглощения света первого пучка (т.е. в положении 6) исследуемым материалом, Ф0) - световой поток, попадающий на фотоприемник при отсутствии исследуемого материала, либо по известной экспериментальной зависимости от влажности коэффициента рассеяния Кр, который вычисляют по формуле

К - у 1пФг П m КР К« ) - 1пф 1) (2)

где OQ2 - световой поток, попадающий на фотоприемник в отсутствие исследуемого материала.

Спектральный состав первого светового пучка выбирается в области длин волн, где вода прозрачна: в этом случае зависимость YO от d может быть аппроксимирована формулой

0{-0

-Knd

01

(3)

Если вода в исследуемом материале не связывается химически, то коэффициент поглощения материала К не должен существенно зависеть от его влажности, т.к. спектральный состав света первого пучка выбран в области прозрачности воды; в этом случае, как следует из формулы (3), можно по величине потока независимо от влажности исследуемого образца судить о его толщине, рассчитывая его по формуле (1)0

Достаточным критерием применимости формулы (1) может служить линейный 1зид экспериментальной зависимости In Pt (d) , построенной по контрольным образцам исследуемого материала различной толщины.

Если спектральный состав обоих пуков света одинаков и зависимость a(d) для исследуемого материала может быть в допустимых пределах изменения d аппроксимирована функцией

(Г) (Г, -(Kh+kp) ,.ч 2 02 е )

где К р - коэффициент рассеяния света исследуемым материалом, то в этом случае о влажности можно судить по значению Кр, рассчитанному по формуле (2) и известной экспериментальной

1

зависимости Кр от влажности, построенной по нзмереьиям на контрольных образцах исследуемого материала известной влажности. Формула (2) получается из формулы (4) подстановкой в нее значения d из (1).

На фиг.2 приведены зависимости In U2 (d) для различных значений влажности СО, полученные для случая, когда ФЭУ находился в положении 7, а его оптическая ось совпадала с оптической осью установки. Влажность образцов имела следующие значения: 03, 0,6%; 7,5%; С05 14%; 21%;С05 32%. Она определялась весовым методом на аналитических весах по формуле

m ч. - пи га,

-.100%

1

где га - масса сухой бумаги; Шл 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 /v не выполняется. Это объясняется тем, что данная бумага содержит макроскопические целлюлозные волокна, толщина кото - рых соизмерима с толщиной бумаги и которые являются оптическими неод- нородностями, рассеивающими свет не так, как пространство между ними, заполненное мелкодисперсной целлюлозой.

На фиг.З приведены номограммы In U(CO) для различных d, построенные по данным фиг.2. Такие кривые могут быть построены для любых значений d в интересующей области. Определение влажности по номограммам такого типа происходит следующим образом: по формуле (1) определяется неизвестная толщина бумаги d; затем по номограмме, соответствующей этой толщине, и измеренному для исследуемого материала значению U2 определяют искомую влажность СО.

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

Оценка влажности по значениям U, и Ug значительно упрощается, если зависимость U2(d) может быть с достаточной точностью аппроксимирована экспонентой (4). На фиг.4

658047ft

изоГфажена зависимость от влажности

коэффициента рас.сеяния Кр(СО), построенная по значениям U 0(, UQ., U. (d) и U2(d() для d( 8 мкм, Расчет Кр 5 проводился по формуле (2) с учетом

U -

что для использованного ФЭУ

0

5

0

0

0

5

0

всегда выполняется.

В этом случае искомая влажность бумаги определяется из графика фиг.4 по рассчитанному на базе измеренных U4 и иа значению К р. Очевидно, что в этом случае для запоминания формулы (2) и одной кривой потребуется значительно меньший объем памяти

Для проверки предлагаемого способа на собранной установке были проведены измерения значений U4 и U2 для образца исследуемой бумаги неизвестной толщины и влажности. Получены следующие величины: U 165,7 мВ; U 11,6 мВ. По формуле (1) для толщины этого образца получена вели- 5 чина d 9 мкм. По номограммам на фиг.З и значению иг для этой толщины d получено искомое значение влажности (О 11%. Значение влажности этого образца, определенное ВРСОВЫМ методом, оказалось равным 10,8% (относительная ошибка около 2%).

По этим же значениям U« , U,-. и

Кп 225 см

-I

1

для этого же образца бумаги проведен расчет коэффициента по формуле (2). Получено значение Кр 3434 CMW|. Из графика на фиг.4 для этого значения Кр получается искомое значение влажности 10%. 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 In U2(d) нелинейна), что и должно приводить к некоторому занижению результата. Формула изобретения

Способ контроля влажности плоских волркносодержащих светопропускающих материалов, преимущественно конденсаторной бумаги, заключающийся в том, что освещают исследуемый материал первым и вторым пучками света нормально к его поверхности, регистрируют с помощью фотоприемника прошедшие сквозь материал световые потоки Ф и Ф соответственно и по указанным величинам судят о влажности материала, причем спектральный состав первого светового пучка выбирают в области прозрачности воды, отличающийся тем, что, с целью повышения точности контроля влажности исследуемого материала в процессе его производства при возможном изменении его толщины, измерения первого и второго световых потоков Ф и Ф2, прошедших сквозь исследуемый материал, производят в телесных углах и Q- « 2 соответственно, выводят из световых потоков исследуемый материал, измеряют при неизменной геометрии световой поток ФО( , падающий на фотоприемник от первого светового потока при отсутствии исследуемого материала, и световой поток Ф021 па дающий на фотоприемник от второго

светового потока при отсутствии исследуемого материала, а о влажности судят по известным экспериментальным номограммам зависимости светового потока $Ј от влажности, построенным по измерениям на контрольных образцах исследуемого материала известной толщины и влажности, причем толщину контролируемого материала определяют из выражения

d--i- (Ш0в(- Ш0.)

где

Kfl - коэффициент поглощения света первого пучка исследуемым материалом, или по известнойэкспериментальной зависимости отвлажности коэффициента рассеянияК., который вычисляют по формуле

„ „ ЛпРог- In 02..

кр к (ТпТ0Г 1п Г °

Изобретение решает задачу неразрушающего контроля влажности плоских золокносодержащих светопро- пускающих 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°рво- го 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, попа- г1аЪщин 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

1

f

да/г/

ср

«/. /«

ихигг ыхиог

ияыд/ W91 миЫ.

ИМИ HXUQI

W

I(дч)

л(9)гПЩ

08591

V«W;

10 20 30 W. /o Фи&Ч