Способ измерения содержания наполнителей в бумажном полотне Советский патент 1980 года по МПК G01N23/223 

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, прощедшего через измеряемое полотно, и сравнение с эталонами, дополнительно измеряют интенсивность рассеянного излучения полотна с подложкой и суммируют с измеренпой интенсивностью характеристического излучения элемента подложки, причем для выбора подлолски предварительно измеряют интенсивность /ф характеристического излучения одного из элементов подложки, прощедшего через эталон измеряемого материала, интенсивность /р„ рассеянного излучения от того же эталонного образца с подложкой и интенсивность /р1„ рассеянного излучения от насыщенного слоя образцов измеряемого вида бумаги, при этом измеряют прощедшее через полотно характеристическое излучение того элемента, содержание которого определяется из условия

°M(/,,.w

1 +

81пф

/

Ф

IJ.2 sin f jj., Slnii

где |j,i - массовый коэффициент ослабления измеряемым полотном первичного излучения;

- массовый коэффициент ослабления измеряемым полотном характеристического излучения элемента подложки;

Ф - 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 7, рассеянного излучения измеряемым материалом от его поверхностной плотности di; на фиг. 3- график зависимостей интенсивности /ф вторичного характеристического излучения элемента подложки и интенсивности /„

рассеянного излучения материалом подложки, прошедшие сквозь измеряемый материал, от его поверхностной плотности di; на фиг. 4 - зависимость суммы интенсивностей Ip,+I -i-Ip, от поверхностной плотности di.

Пучок первичного излучения, интенсивность которого /ь поступает под углом ф к поверхности образца с концентрацией

легкого наполнителя в нем. Оно частично ноглощается измеряемым полотном бумаги 1 и частично им же рассеивается, интенсивность последнего составляет I р,. Прощедшее 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 /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 Ip,, . Таким образом, в сторону детектора поступит излучение под углом if), интенсивность которого /ж составляет

/ж /Р. + /Ф + /Р..(1)

Значения интенсивностей 1р, /ф, /р, могут быть получены и записаны в виде следующих уравнений:

/Р. А(,(2)

,1

/ф /((+v,)1. - (1 ), (3)

2

/р, f, (1 - ,(4)

N

где ар, - массовый коэффициент рассеяния первичного излучения от измеряемого полотна;

(Х - приведенный массовый коэффициент ослабления измеряемым полотном первичного и рассеянного излучений; К - коэффициент пропорциональности (атомные константы);

12 - массовый коэффициент ослабления измеряемым материалом вторичного характеристического излучения элемента подложки;

Cz-концентрация флуоресцирующего элемента в подложке;

р,1 - массовый коэффициент ослабления измеряемым материалом первичного излу ™

CTPJ -массовый коэффициент рассеяния

пе вичного излучения подложкой;

|Яз - приведенный массовый коэффициент ослабления материалом подложки первичного излучения; (i2 - приведенный массовый коэффициент ослабления материалом подложки первичного и вторичного излучения; di - поверхностная плотность измеряемого материала (масса 1 м); 2 - поверхностная плотность материала подложки (масса 1 м). Из уравнения (2) видно, что с ростом di функция /р, f(di) возрастает (фиг. 2). В то же время из уравнений (3) и (4) сле. дует, что с ростом di функции (d) и /р., f(di) убывают (фиг. 3). Следовательно, можно выбрать такую поверхностную плотность подложки dz и концентрацию элемента в подложке, при которых суммарная функция /ж / р, + +/Ф /(i) останется постоянной и независящей от изменений величины ndi (фиг. 4). Указанные условия могут быть найдены путем дифференцирования уравнения (1) по di. Условия инвариантности 1х по di могут быть записаны -- 0. ddi После подстановки /р,, /ф и /р из уравнений (2), (3) и (4) в (I) и дифференцирования по di может быть получено: /,{ap,e-,V,/(f. + j.)e-(.+) .X X (1 - - 2v., X Р21 -3,- Х())0.(5) Подставляя значения /ф и /р., из уравнений (3) и (4) в уравнение (5), получим: /р,ар,е-М -( + р,) /ф - , 0. (6) Так как /,ар.й-М. ,Г./р.„-/р,.(7) где /р1„ - интенсивность рассеянного излучения от измеряемого материала, толщина которой больше толщины насыщения. Подставив (7) в (6) с учетом углов падения первичного излучения ф н отбора флуоресценции и рещив относительно /ф, получим: / ,(1+0(/р.,-/р„) фа.а, l + t Р-1 Ро - Р Т PIПри выполнении условий, соответствующих уравнению (8), величина /« становится слабо зависимой от непостоянства поверхностной плотности материала di. При этом величина / сохраняет свою зависимость от содержания Ci легкого налолнителя. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 Пример. Измеряемый материал - типографская бумага с содержанием каолина А12Оз-25Ю2-2Н2О 10-15%. Поверхностная плотность бумаги 100 г/м. Использовали радиоизотопный источник Fe 55. Подложка изготавливалась, из бумажного волокна с двуокисью титана TiO2. Масса 1 м подложки составляла 50 г/м. Изготовили ряд подложек с концентрацией двуокиси титана - с шагом 1%. Выбор необходимой концентрации Т102 в подложке осуществляется в следующей последовательности. Измеряют /р,„ - интенсивность рассеянного излучения от насыщенного слоя измеряемого материала,практически пропорциональную интенсивности скорость счета. Размещают под измеряемый материал подложку с Сг : 2%. Измеряют в дифференциальном режиме значения /р„ и /ф. Подставляют в уравнение (8) значение fj-i и fi2, которые определяют одним из из: вестных способов, например пользуясь таблицами, а также значения ф и . Последние характеризуют выбранную рентгенооптическую схему. Одновременно подставляют в уравнение (8) полученные в результате замеров значения /р,„ и /р„ и вычисляют значение /ф. Вычисляют разность между значениями /фд полученными в результате расчета и в результате измерений в дифференциальном режиме значений /р„ и /ф. Повторяют измерения в дифференциальном режиме значений /р и /ф, подставляют в уравнение (8) значения /р„ и /р„, вычисляют значение /ф и разность между значениями /ф с подложками , 4%, БО/О и 6%. Выбор подложки из приготовленного ряда осуществляют по .минимальному значению вычисленной разности. Подложка, удовлетворяющая указанным условиям, содержит TiO2 3%. 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. Расчеты и замеры показали, что при измерении предлагаемым способом указанных типографских бумаг погрешность от колебаний поверхностной плотности на ±5% не превышает ±0,5%. При наиболее распространенном рентгеноабсорбционном методе измерения для тех же бумаг погрешность от колебаний поверхностной плотности на ±5% составляет ±4%.