第03章制浆造纸过程特殊参数的检测及仪表

1、第3章 制浆造纸过程特殊参数的检测及仪表在造纸工业生产过程中，除了第二章介绍的常规过程参数的检测外，还有一些特殊参 数同样需要检测，如浆液的浓度、黑液的波美度、pH值等。本章介绍纸浆浓度等参数的测量方法及仪表。3.1纸浆浓度的测量及仪表在生产过程中使用的纸浆浓度测量仪表，目前均是根据纸浆的流动特性或光学特性与纸浆浓度有关的原理进行测量的。由于纸浆流动特性的影响因素较多，虽然已经发展了许多种类的浓度测量仪；但是每一种仪表都有其使用条件和测量范围。纸浆中浓度测量仪是利用纸浆流动时对感测元件所表现出来的阻力损失或摩擦力与浓度有一定关系这个特性进行工作的。纸浆低浓度测量仪则是利用纸浆对光的吸收、散射、

2、透射能力与纸浆浓度有一 定关系这个特性进行工作的。3.1.1中浓纸浆的浓度测量（1）纸浆浓度与流动特性的关系（测量原理）纸浆是液（水）、固（纤维）、气（空气泡）三相非均匀悬浮液。其流动特性受浓度、 纤维种类、打浆度、填料量、pH值、流速、温度等许多因素的影响，比较复杂。大量研究和实验的结果表明，纸浆的流动特性可以定性地描述如下：纸浆流过固体表面时，由于纸浆具有较明显的网状物性质，在纸浆与固体表面之间形成的边界层中会产生摩擦力而出现较明显的阻力损失。图3-1-1所示是四种不同浓度的未漂硫酸盐浆在管道中流动时的阻力损失曲线。从曲线中可见，在一定流速范围内，存在阻力损失的最大值D,最小值 F与水在同

3、一流动条件下的阻力损失相比，有交点H和阻力衰减点I。实验证明，尽管不同浆料的阻力损失不同，但曲线的形状是类似的，即可分为四个区域：I ）局部环栓流区（a区）我们称 D点对应的流速为临界速度。在临界速度以下（a区）纤维与管壁直接接触，阻力损失主要由纸浆与管壁之间的摩擦力和纸浆纤维层之间的摩擦力决定。纸浆浓度越大，阻力损失也越大，同时还与纸浆流速有关。对化学浆，它们之间的关系可用下述经验公式表示：夕二KFV0.15C2.5dAPd0.4C =(0.15 )KFV(3-1-1)式中AhL阻力损失；V纸浆平均流速(m/ s)；c纸浆浓度（% ；d管道直径（mm ；K常数；F 二f F!,F2,F3 ；

4、F1 取决于纸浆种类的常数；F2 取决于纸浆PH值的常数；F3 取决于纸浆温度的常数。如果纸浆种类、pH值、温度、流速和管径一定，则测出纸浆的阻力损失：P便知其浓度C的大小。2）层流水环栓流区（ b区）图3-1-1中DF段阻力损失下降。这是由于纸浆流动过程中纸浆与管壁的摩擦力使纸浆栓体表面的部分纤维产生弯曲变形和对纸浆柱体产生挤压作用，从而在管壁与栓体之间形 成了以层流状态流动的稳定的水环。水环在纸浆栓体与管壁之间起到润滑作用，因而减少 了阻力损失。3）湍流和减阻区（ c, d区）10/5 2 -X3 2 1 -o O7-如亘三耳看"引*卑|7迎图3-1-1 纸浆流速与摩擦损失曲线a

5、区-管壁与纤维接触的拴流区；b区-具有连续水环的拴流区；c区-水环湍流区；d区-混合流区图3-1-1中FH段称为湍流区，即水环变的湍流， 因而阻力损失增大，到HI段，纸浆变为混流或完全湍流状态，其阻力损失增大，但比水的阻力损失小，这 种现象称为减阻作用。从上述纸浆流动特性可见：当纸浆与管道（或测量元件）之间的相对流速小于临界速度（约为0.3、0.6m / s）时，它们之间产生的摩擦力（阻力损失）主 要由纸浆浓度决定，同时与纸浆流速、浆种、PH值、温度等因素有关。但当它们之间的相对流速大于临界 速度时，由于水环和湍流的产生，摩擦力与浓度之间的 关系变得更加复杂而无法确定关系式。因此，在利用纸 浆

6、流动过程中产生的摩擦力去间接测量纸浆浓度时，必 须把纸浆与感测元件间的相对速度限制在临界速度以 下，并要稳定或补偿纸浆流速、温度、浆种等因素的影响。只有满足了这些条件，摩擦力 与浓度之间才有较好的单值函数关系。这是在设计和使用这种浓度变送器时必须注意的问 题。（2）管道阻力式纸浆浓度变送器春拜式纸浆浓度变送器的原理图如图3-1-2所示。用旁路管把纸浆从泵后的工艺管道引至变送器的溢流箱1,箱内的浆位保持稳定。纸浆通过可调节的孔口2以一定流速（流量）流进测量室3，使测量室有一定的浆位，再经安装在测量室下端的感测元件一一摩擦弯管5回流到浆池中。由于纸浆从溢流箱流入测量室的流量一定，如果纸浆经摩擦弯管

7、的 流速一定，使进出浆量相等，则测量室中的浆位一定。当纸浆浓度增大时，流过摩擦弯管 的阻力损失增大因而流速减慢，结果是测量室中的浆位升高，直到由于浆位升高使纸浆流 经摩擦弯管的流速重新达到平衡时，浆位才不再升高。测量室中的浆位用吹气法测量，经转换后变为标准气信号输出，该信号与纸浆浓度成比例。因此，测量室中的浆位与纸浆浓 度有关。这种浓度变送器结构简单，适于2.03.5%浓度范围的测量，但体积较大，受温度、打浆度、浆种的影响较大，因而限制了它的用途。（3）旋转式纸浆浓度变送器旋转式浓度变送器的感测元件是由电机带动的旋转元件（转子），常见的转子有锥体、圆盘或桨叶数种。当旋转元件插入被测纸浆中时，纸

8、浆浓度增大，转子表面受到的摩擦力即剪切力增大，因而转子受到的制动力矩增大，转子的转速变慢。故转子的转速可作为纸浆浓度的量度。1）旁路取样式测量仪国产旋转式浓度变送器及浓度调节系统如图3-1-3所示。变送器由转子、伺服电机、光电频率发送装置和频率转换器组成。转子是用有机玻璃制成的表面光滑的空心圆锥体（大端直径为 70mm）。由具有软特性的交流伺服电机带动其旋转。被测纸浆用分路管从泵后的 工艺管道引入取样筒内，适当调节旁路管阀门可以使浆流在取样筒上形成稳定的溢流。把转子插入取样筒并以一定转速旋转。转子的设计转速为100150rmp切，从而保证了转子与纸浆之间的相对速度在临界速度以下。转子与纸浆之间

9、的摩擦力即转子受到的制动力矩随纸浆的浓度变化而变化。转子的制动力矩也就是伺服电机的负载力矩。对于一定的浆种，维持其它参数稳定，电机的负载力矩将由纸浆浓度决定。O'231电气转换器记录调节仪3泵控制信号93图3-1-3 旋转式纸浆浓度调节系统1-转子；2-光电频率发送和转换装置；3-取样筒；4-纸浆；5-稀释水；6-调节阀图3-1-2 春拜（摩擦管）式浆 浓度调节系统1-溢流箱；2-调节孔口； 3-测量室；4- 吹气室液位测量装置；5- 摩擦弯管；6-记录调节仪；7-稳流器；8-调节阀图3-1-4 光电频 率发送 和转换装 置1-转子；2-转轴；3-伺服电机；具有软特性的交流伺服电机，当

10、维特励 磁电压和控制电压恒定肘，其转速将决定于 负载力矩的大小。当纸浆浓度增大，转子受 到的制动力矩增大时，电机负载力矩增大， 则其转速降低。因此通过电机转速的检测， 便可测量出纸浆浓度。电机的转速由光电转换装置测量。如图3-1-4 所示，它由光源、编码盘、光敏三极 管和频率-电压转换器组成。编码盘是钻有等 分的透光孔的圆盘，安装在伺服电机转轴的 另一端。通过编码盘，能把转速转变为光脉 冲频率信号。光脉冲的信号由光敏三极管检 测，把光脉冲信号转变为电脉冲信号，其信 号频率为A4-编码盘；5-光源；6-光敏三极管；f n（ 3-1-2 ）607-频率-电压转换装置；8-透光孔式中f频率信号（Hz

11、）；信号盘的等分透光孔数；n电机（信号盘）的转速（ r / min ）。代表转速的电脉冲频率信号送至频率-电压转换器转换为420m的电流信号，此信号反映了纸浆浓度。采用旁路测量的旋转式纸浆浓度变送器，条件比较容易稳定，但安装较麻烦，测量滞 后较大，同时测量筒溢流面波动（即转子插入浆内的深度的波动）对测量的影响没有补偿 措施。这种测量仪适于测量 24%的纸浆浓度。2）管道全通式测量仪管道全通式测量仪是指把测量元件直接安装在工艺管道里。图3-1-5 所示MEK-2200型纸浆浓度变送器是EUR-CONTROL公司生产的一种内旋式变送器。它具有一个转动的测量元件和纸浆推进器。推进器的传动轴由电机通过

12、皮带带动恒速旋转，即以恒定的速度推动 被测纸浆。在空心的推进器传动轴里面套有一条与测量元件相连接的测量轴。两轴之间用弹性橡胶件连接。当测量室中的流体是水时，两轴是同速转动的。通过调零装置可使变送 器的输出信号为4mA当测量室流过纸浆时，纸浆与测量元件之间产生剪切力，并且剪切力随着纸浆浓度的增大而增大。这时，测量元件受到由剪切力产生的制动力矩而速度变慢，两轴之间便产生转速差（角位移）。纸浆浓度越大，角位移越大。角位移通过电测装置变换为420mA标准信号输出。同时经反馈装置使两轴重新同速转动。由干这种浓度变送器直接安装在管道中。而且安装有纸浆推进器，使流过测量元件的纸浆流速恒定，因而克服了浆管中的

13、纸浆流速对测量的影响。测量范围为18%,精度小于0.1%的纸浆浓度。并有不同结构形式的测量元件以适应不同的纸浆浓度和浆种。工艺管道内浆料流速最好控制在23m/s ;最小不得小于0.5m/s。3-1-6 所（4）刀式纸浆浓度变送器刀式纸浆浓度变送器由传感器（刀）和力气转换或力电转换部分组成，如图示。456因因因987测 量 室123'-纸浆图3-1-5 MEK-2200 型纸浆浓度变送器1-旋转感测元件；2-弹性橡胶连接件；3-推进器；4-测量轴；5-传动轴；6-相位检测装置；7-传动皮带；8-电机；9-电测装置420mA生产过程中纸浆在管道的流速通常为0.61.5m/s ,并且随着工艺

14、条件的不同而变化。因此用弯刀传感器直接在工艺管道里测量纸浆浓度碰到三个问题：（I ）传感器如何将纸浆浓度的变化转变为摩擦力；（2）如何限制相对流速在临界速度（0.30.6m / s）以下；（3）如何补偿速度变化的影响。以通常流速在管道中流动的纸浆形成了具有一定强度的纤维网状物结构,道中的弯刀碰到流速为V）的纸浆时，会受到两种力的作用，如图当安装在管3-1-6所示。第一种力是由于纸浆流动时以速度V0碰撞在弯刀前缘和尾翅部位产生的碰撞力，同时弯刀切断纤维网状 物结构还受到了剪切力。此两种力的合力在前 缘为F1,在尾翅为 F2。显然F和F2随浆速而变 化，是浓度测量的干扰因素。设计出合适的弯 刀形状

15、，能使F1和F2对主杠杆支点所形成的力 矩大小相等而方向相反。这样，F1和F2对主杠杆的作用便相互抵消，从而补偿了流速和网状 物结构的不同对浓度测量的影响。第二种力是纸浆与弯刀两侧表面的摩擦 力F。当速度为 V）的纸浆碰到弯刀前缘时，前 缘部分的纸浆速度将变为零。但管道内其余的 纸浆则继续以 乂的速度流动，如图3-1-7所示。 由于纸浆纤维具有网状物结构，这些继续以V。图3-1-6 刀式纸浆浓度变送器1-传感器（弯刀）；2-主杠杆；3-喷嘴挡板机构;4-气动放大器；5-反馈波纹管；P-测量信号流动的纸浆纤维便带动弯刀前缘的速度为零的纤 维沿着弯刀两侧表面流动，并且流速由零逐渐增 大。在弯刀两侧

16、表面的纸浆流速达到临界速度以前，纤维与弯刀两侧表面直接接触，形成了纤维层S,此时纸浆对弯刀两侧表面的摩擦力主要由纸浆纤维层之间的摩擦力和纤维对弯刀表面的摩擦力来决定。纸 力越大。当弯刀表面的纸浆流速超过临界速度以后，则在弯刀表面形成水层浆浓度越高，摩擦W，水层对弯刀的摩擦力远远小于纤维层对弯刀的摩擦力。弯刀表面上形成纤维层和水层的界限位置与浆速Vo有关，浆速 V越大，水层区域W越大，纤维层区域S则越小。当Vo=1.5m/S时,几乎在大刀前缘附近就形成了水层。此时是不能感测纸浆浓度的，而 弯刀表面几乎没有水层。根据纸浆的上述流动状况，当管道中纸浆的流速在V°= 0.3 0.4 m/s

17、时,0.3 1.5 m/s范围内时，在弯刀部分表面上的浆速会低于临界速度，并且可以通过浆层和水层面积的变化自动补偿管道中纸浆流速Vo的变化对浆浓测量的影响。例如，流速增加时，虽然会增大纤维对弯刀的摩擦力，但水层同时向前移动，摩擦力较大的纤维层面积S减小，而摩擦力较小的水层面积W增大即摩擦力减小，这就补偿了速度变化对测量的影响，使弯刀表面受到的摩擦力 F几乎与纸浆浓度是单值函数关系，如图3-1-8所示。V =0图3-1-7 弯刀表面纤维层和水层的形成Vo -管道中纸浆流速；Vc-临界速度（0.30.6m / s）S-弯刀表面纤维层面积 W-弯刀表面水层面积图3-1-8 纸浆浓度与其流速和 摩擦力

18、矩的关系M-主杠杆摩擦力F受到的力矩；Vo-浆管中的浆速（m/s ）弯刀上受到的摩擦力F作用在主杠杆上，并通过位移检测机构、放大器和反馈环节组成的转换器变换为统一气信号或电信号输出，信号的大小便是纸浆浓度的量度。（5）根据浆池搅拌装置的负荷测量纸浆浓度在喷放锅和高浓立式浆池的稀释区，常常要把纸浆浓度由810%稀释到34%。这时可以利用搅拌装置的电机负荷作为测量信号去调节纸浆浓度，因为搅拌器在纸浆中作低速运转（搅拌）时，搅拌器受到的摩擦力随纸浆浓度的增加而增大，如图3-1-9中的曲线 1所示。图3-1-10是喷放锅纸浆浓度测量和调节系统。在该系统中采用电流互感器将电机负荷转变为测量电流，经转换器

19、转换成010V直流电压，通过电-气转换器转换成20100kPa的标准气信号送至气动调节器。调节器根据送来信号的大小控制稀释水调节阀开大或关小，以保持稀释后纸浆的浓度一定。在使用这种方法调节纸浆浓度时，要注意如下三点：（1）搅拌器必须是低速的。因为在高速搅拌器中，纸浆形成了涡流流动，电机消耗的功率与被搅拌的纸浆浓度的关系不太明显如图3-1-9中曲线2所示；(2)搅拌器的电机功率应与实际要求的功率相应。如果搅拌器电机的容量太大，工作电流接近于空载电流，则无法测量；(3)浓度测量和调节的精确度较差。对于要求较高的调节环要求采用其他形式的浓度变送器去补充调节浓度。纸浆喷放锅稀释水1234纸浆浓度(%泵

20、图3-1-9 浆池搅拌器功率与纸浆浓度的关系1-立式低速搅拌器2-高速搅拌器图3-1-10 喷放锅 纸浆浓度测量和调节系统1-搅拌器；2-电机；3-电流互感器；4-转换器;5-电气转换；6-调节器；7-调节阀3.1.2低浓纸浆的浓度测量纸浆中浓度变送器一般只能用于测量1.56.0%的纸浆浓度。对于1.0%以下的低浓纸浆要利用其光学特性与浓度有关的原理进行测量。由于低浓度纸浆的光学特性除了与浓度有关外，还与纸浆的种类、打浆度、pH值、加填施胶量、浆中气泡等许多因素有关，因此在测量过程中消除或补偿这些干扰因素的影响是十分重要的。(1)光电式低浓纸浆浓度变送器1 )测量原理如图3-1-11所示，含有

21、纸浆纤维、填科、胶料、白水等成分的低浓纸浆流过玻璃管， 有一稳定光源 Eo平行光来入射到纸浆。由于纸浆的散射作用，在玻璃管背光半圆的各个角 度都会有程度不同的散射光照度Ee,并可用下式表示：E 厂Eoe4A "说 c)l(mp3c)sin2e( 3-1-3 )式中E e在散射角为$处的光照度；Eo 入射平行光束的光照度；A纸浆中白水的吸收系数；a纸浆的吸收系数；3纸浆的散射系数；c 纸浆浓度；l 等效厚度；$散射角（在OF线上护0 ）;m 与玻璃管的直径及光栅大小有关的系数;c有关，而且与纸浆的吸收e自然对数的底（e=2.718 ）。式（3-1-3 ）说明利用光照度E $测量纸浆浓度

22、不仅与纸浆浓度P-光电池；$ -散射角；C-纸浆浓度能力 a散射能力3等因素有关。如果假设测量的光学装置一定，并且被测纸浆性质稳定，即m , a, 3, A值一定，则E $就是浓度 c和散射角$的函数，可以得出如图3-1-12 所示的光照度 E $与纸浆浓度 c和散射角 $之间的关系曲 线。从图中可以看出，在纸浆浓度为0.20.8%范围内，散射角$<45。时，散射光照度E$与纸浆浓度C是单调衰减的。如杲在散射角为30 °处置一光电池Pi，把E ©变成光电流ii，则ii是纸浆浓度 c的 测量信号。从图3-1-11 ，3-1-12中可见，当散射角在60105 S埶<

23、超匿耒左右时，散射光照度E $不随纸浆浓度而变化。在此处放置光电池P2,所产生的光电流i2不受纸浆浓度变化的影响。把i = i1 - i2作为测量信号。当由于纸64J-0.2Q. 4 0.6 0.899#浆种类、打浆度等发生变化，纸浆的吸收系数a和散射系数B相应发生变化时，在光电池P1和P2上的光照度都发生相应的变化。这时P1上的光电流为h + A i1,图3-1-12 纸浆浓度与散射光照度的关系#P2上的光电流为i2+A i2，测量信号则为:E* -散射光照度；c-纸浆浓度；$ -散射角浆散射的光能量，并分别转换成光电流i1和i2。光电流的大小和光电池接受到的光照度i= ( i1+ A i

24、1)-( i2+ A i2) = (i1 i2)-( A i1- A i2)式中末项（A i 1 A i2）是由a、3值变化、即干扰出素引起的。如果 A i1与A i2数值相近，则在测量信号中补偿（减小）了干扰因素的影响。2）光电式低浓纸浆浓度变送器的组成光电式低浓度变送器由浓度传感部分（光电转换）和变送部分（毫伏转换器）组成。光电转换装置如图3-1-13 所示，由稳压供电的灯泡提供的光源通过凸透镜B形成平行光束，照到流过玻璃管中的纸浆上，光栅A用于限制光束的宽度。光电池P1、P2接受纸#成正比。P3是平衡光电池，接受经毛玻璃散射的光照度并转换为光电流i3；调节光栅 G,可改变i3的大小。i1

25、 , i2 , i3通过一个电阻网络综合成的电压（毫伏）输出信号，再经毫伏#转换器转换为 420mA的统一电信号输出。T-透明玻璃管；S-纸浆；Pi，P2，P3-光电池；H-毛玻璃；R-电阻网络；V-毫伏转换器；I-标准电流信号使用平衡光电池P3产生i3的目的是为了提高测量精度。最佳值时，il，i2，i3三者在电阻网络中综合输出的信号为零，而毫 当纸浆浓度高于最佳值时，lo>12mA，而浓度低于最佳值时，当纸浆浓度正好在生产要求的 伏转换器输出lo=12mA，lo< 12 mA。（2）偏振光式低浓纸浆浓度测量装置虽然光电式低浓度变送器容易受纤维种类、打浆度、pH值、填料、空气泡等许

26、多因素#图3-1-14 偏振光式低浓纸浆浓度测量原理1-稳压电源；2-垂直偏振片；3， 6-透镜；4， 7-光电池；5-平行偏振片；8-分光片；参比信号；i 2-测量信号的干扰，且采取了一些补偿措施，但外来干扰的影响仍不可避免。图3-1-14 （ a）所示是采取偏振光作为光源，利用纤维素纤维有消偏振特性测量纤维浓度的装置。由于在纸料中除 纤维具有消偏振特性外，其他物质（如水、填料、气泡等）都没有消偏振的特性，所以大 大地减少了其他干扰的影响。光源灯泡发生的白色光通过垂直偏振片后，成为平行于入射面的偏振光束，并直接透射进流过纤维悬浮液的玻璃管。由于纤维具有消偏振特性，透过纤维悬浮液的部分偏振光

27、发生了旋转，因而有部分偏振光变为非偏振光，并且消偏振的程度随纤维浓度的增大而增 大。透过纸浆后的光束再通过平行偏振片，由于垂直偏振光不能透过平行偏振片，只有消偏振后的那部分光才能透过平行偏振片，所以透过平行偏振片的光强度便是纤维浓度的量度，它通过透镜聚焦后在光电池上）产生了电流信号i。为了消除其他干扰因素，EUR-CONTRO公司生产了具有参比光束的偏振光式低浓变送器如图3-1-14 （ b）所示，透过纸浆后的光束经过分光片后分二路，一路直接聚焦于1号光电池产生光电流 ,作为参比信号，另一路经垂直偏振片后再聚焦于2号光电池产生i2作为测量信号，以i1和i2的比值作为纤维浓度的量度。这样，可以抵

28、消外来干扰因素（例如光源的波动），提高测量精度。3.1.3SMART-PULP智能浓度变送器简介SMART-PULP智能浓度变送器（美卓自动化公司生产）应用于制浆及造纸工业的纸浆浓 度的测量。它是基于剪切力原理进行测量的，并直接安装在工艺管道上。主要技术指标为：浓度范围0.716%CS输出信号 420mA,过程压力（最大） 25bar,环境温度-2060 C,湿度 0100%,工艺介质 0120 C,供电电源 1835V DC,负载容量（18 23V） /250 Q、30V/500 Q、35V/1050 Q。通信协议有HART（二线）和 MODBUS三线）两种。不同的浆种对应不同的传感器类型（

29、刀）与浓度范围，见表3-1-1 。表 3-1-1浆种浆种 配方 编号传感器适用范围/%CSULLLLSGLRLWSHLJLSW未漂白 软木浆SWU0.7 31.5 6（1.7 7）（1.5 6）4161.5 6SW已漂白 软木浆SWB0.7 31.5 6（1.7 7）（1.5 6）4161.5 6HW未漂白 硬木浆HWU13（1.8 5）1.87.51.76.55161.8 6HW已漂白 硬木浆HWB13（1.8 5）1.87.51.76.55161.8 6磨木浆GW141.87.5516热化学浆（CSF<200ml ）RMPL,TMPL0.7 31.56.5热化学浆（CSF>20

30、0ml ）RMPH,TMPH0.7 31.55.536（1.56 ）1.76.5416未经过滤OCC浆ROCCU1.76.528未经过滤回收 浆RCFU28经过滤OCC浆ROCCS131.7 81.5 7416经过滤浆RCFS151.881.7 85-16化学热机械浆CTMP0.731.55.536(1.5 5.5 )4-16注：选用传感器时表中括号内所列的浓度并是该传感器对于该浆种最佳的方案此浓度变送器最好安装于垂直管线上。测量时要对其进行标定，标定方法有单点校正曲线和二点校正曲线，可以通过现场操作单元，也可利用智能终端机型标定。3.2纸浆打浆度的测量打浆度是纸浆性质的重要指标之一，打浆过程

31、需要控制的指标是打浆度和按一定比例组成的平均纤维长度。打浆度反映了纸浆在纸机网部的滤水性能，并且与纸页强度等质量指标有密切关系。打浆度是影响纸浆滤水性能的多种因素的综合，是经验指标。而打浆是比较复杂的过程，打浆的质量与许多因素有关，如纸浆的浓度、压力、温度水质等，打浆度是影响纸浆滤水性能的多种因素的综合，属经验指标。它不仅与纸浆纤维的切断和帚化程度有关，而且受纸浆的浓度、温度、PH值、填料和气泡等因素的影响。目前在线测量的打浆度仪主要有断续式和连续式两类。3.2.1断续式打继度测量仪断续式打浆度测量仪能在线自动地定期（24min ）取样测量纸浆的打浆度。由测量部分和电路部分组成。测量部分是模拟

32、实验室肖氏打浆度仪设计的。由取样装置、过滤室和液位测量装置组成。取样装置能定期地从工艺管道中取出被测纸浆，过滤室是底部装有滤网或滤板的圆筒，是打浆度的传感元件。由于滤板的过滤作用纸浆在滤板上将形成滤饼，纸浆中的水透过滤饼进入液位测量装置。水透过滤饼的过滤速率与纸浆的打浆度、纸浆浓度、温度、pH值等因素有关。如图3-2-1 （ a）所示，在开始过滤阶段，纸浆浓度对过滤速率有明显的影响。但过一段时间（称为预脱水时间）后，在滤板上形成滤饼，则过滤速率不受纸浆浓度的影响。这时，如果纸浆的温度、pH值稳定，过滤速率仅受纸浆打浆度的影响，打浆度越高，过滤速率越慢，反之则越快。过滤速率用滤过固定体积的滤液所

33、需要的时间长短去表示，如图3-2-1 （ b）所示。滤液的固定体积用两根电极之间的距离（液位）表示，时间用电子 线路中的计时装置测量。其中始点电极的高度决定了预脱水时间。预脱水时间P测量时间tm率速水脱Q = H 2t2 =常数t(s)F游离浆 S粘状浆Hi(b)率速水脱(a)101#图3-2-1 打浆度测量原理（a）纸浆浓度对测量的影响；（b）测量原理#图3-2-2 开口式 打浆度 测量仪1测量电极；2始点电极；3 进浆槽；4 取样筒；5 测量筒；6滤网；7 气动阀；8 开关电路；9 时标；10 喷水头发门；11 计数器；12 计数切换开关；13 控制器图3-2-2为国产打浆度测量仪的原理图

34、。它由测量部分的进浆槽、取样筒、测量筒和电 路部分（控制器、时标、计数器、D/A转换、电极开关电路及稳压电源）组成。测量筒的底部装有滤网（100目铜网），并悬置于开口的取样筒内。取样筒下部设有可以开启或关闭的气动阀门，由控制器控制交替开启64秒钟和关闭64秒钟。气动阀门关闭时,纸浆经进浆槽进入取样筒内，取样筒盛满后，多余的纸浆由边缘溢出筒外。此时置于取样 筒中的过滤室被纸浆所包围，底部的滤网处于纸浆液面之下，由于液位的静压力作用，使 纸浆中的水分渗透过滤网进入测量筒内。测量筒内装有三支电极。随着水分渗透时间的增加，过滤液液面逐渐上升，液面首先接触长短一样的两支始点电极，使之导电而触发开关 电路

35、，计数器开始计数。当液面继续上升，接触到测量电极时，又一次触发开关电路，使 测量部分转换部分计数器停止计数。滤液先后两次接触电极的时间间隔，由计数器计以数字值，再由数模转换电路转换为电流信号输出，作为打浆度的量度。以上动作在64秒内全部完成后开始清洗动作：由控制器打开气动阀门，取样筒放出测量过的纸浆，测量筒悬空，过滤水流出，喷水头在控制器控制下喷水15秒钟，清洗滤网。清洗完毕后，重复了一次测量。这种型式的打浆度测量仪有两个缺点：一是因采用旁路取样，测量滞后较大；安装麻烦。二是开口式测量纸浆靠压差不大的浆位差在滤网上游滤水，不能测量较高打浆度的纸浆。3.2.2连续式打浆度测量仪图3-2-3 连续

36、式打浆度测量仪1- 浆槽；2-圆网筒；3-液位调节器；4-调节阀；5-纸浆流量计；6-纪录仪103打浆过 备所消耗的 帚化，大部 浆温度升高程中纸浆温度的升 功率只有 分消耗在。打浆过似计算GC甘曰冋是少部分用于纤摩擦发热、变程纸浆的温升由于打浆设维的切断和为热能使纸可用下式近(3-2-1 )式中T打浆前后纸浆的温度差；W打浆消耗的功率（kW ）;3P纸浆密度（km / m ）;3G纸浆流量（ m /min ）;14.33 换算因子；C纸浆的比热。2图3-2-4 打浆度与纸浆温度的关系1纸浆进口温度1522 C 2 纸浆进口温度3036 C连续式打浆度测量仪是以测量 纸浆在回转的小圆网筒上的脱

37、水速 度为基础的。如图3-2-3所示，是美国“贝里”型连续打浆度测量仪。 圆网筒装在浆槽内，浆槽内的浆位 用液位调节系统保持恒定。0.8%浓 度的纸浆在圆网筒上脱水时，若脱 水速度快（打浆度低），要保持浆 槽液位恒定所需加入的纸浆流量则 增大。因此测量进浆量便可作为打 浆度的量度。在国外，有的工厂直接用纸机真空箱或真空伏辊的真空度作为打浆度的量度。如果纸 机的其它运行条件（例如纸页定量、真空系统运行状态等）比较稳定，这是纸浆滤水性能 最直接的反映。3.2.3温差法测量打浆度纸浆经打浆后，温度会上升。温度的高低与打浆程度成比例。图3-2-4所示是打浆条件（纸浆浓度、流量等）相等时，连续打浆的温度

38、与打浆度几乎呈线性关系。纸浆在打浆机 中停留的时间越长，温度越高，打浆度越高。3.2.4.打浆度的软测量打浆度的软测量技术是基于现代打浆理论比边缘负荷（Specific Edge Load ）、比表面负荷（Specific Surface Load ），对打浆度用多变量智能软测量技术进行在线测量，用 实际打浆度的化验数据进行指导性修正。如前所述，影响打浆度的因素很多，归纳起来有：设备的种类不同（如双盘磨机、大锥度精浆机等）用Ksb表示；（1）浆板的种类不同（如木浆、草浆、苇浆等）用Kjz表示；（2） 打浆设备数量不同，用n表示；Ksh表示;（3）打浆用水种类不同（如清水、白水等）用（4） 进浆

39、流量大小不同，用F表示；（5） 进浆浓度高低不同，用C表示；（6） 进浆压力高低不同，用P表示；（7） 循环打浆与连续打浆的不同，用K<h表示；（8） 打浆设备前后的温差不同，用 T表示。因此，我们把测量打浆度SR的关系式表示为nSR =f（F,C,P, AT,、W,Kjz,Ksh,Kxh,Ksb,SF0）（ 3-2-2 ）i 土在实际测量中，当水温、浆温恒定时，影响打浆度的主要因素有进打浆设备浆的绝干浆量、打浆设备的数量、消耗的电功率等，因此打浆度关系式（3-2-2 ）可用下式表示n瓦WiSR =K僅SRd（ 3-2-3F XC式中SR 打浆后浆的打浆度；SF0 打浆前浆的打浆度；F

40、进浆流量；P 进浆压力；K 与其它因素有关的系数（在线进行调整）；n、Wj 打浆过程消耗的电功率；i =1n打浆设备的台数。由（3-2-3 ）式我们得到了打浆度的测量值，即软测量。可见，只要测得纸浆的流量、浓度和打浆设备消耗的电功率即可知打浆度。通过控制盘磨的进退刀就可控制打浆度，这种方法称为比能量控制。3.3纸浆白度的测量衡量纸浆性质的另一主要指标是白度。白度是纸浆的光学性质，以纸浆对波长为457 nm蓝光的吸收特性作为白度的量度。纸浆白度是漂白过程的质量指标。从光谱分析中发现：纸浆的颜 色变化 对457 nm波长的 蓝色光 的吸收 特别敏感，颜色 越深（白度越低）对457 nm蓝光的吸收量

41、越多，反射量越少，而且反射系数与纸浆的白度成线性关系。因此测量出纸浆对457 nm波长蓝光的反射量使作为纸浆白度的量度。105Ri图3-3-1 蓝光法 白度测 量仪Vi、V2-光电池；Bi、B2-稳压电池；F-457nm滤光片用在漂白过程真空洗浆机上测量浆层白度的白度测量仪原理如图3-3-1所示。其原理与实验室用的 GE白度计类似。由测量光电池度Vi，补偿光电池 V2,滑线电阻 R2和零点调节电阻Ri组成一个测量电桥。稳定光源Bi和B2的光束投射到浆层上，由浆层反射的光线经过 457 nm滤光 片后进入 光电池Vi，当 纸浆白度变 化时，Vi的光电流随之变化，同此在 电阻Ri 上的电压降发生变

42、化，破坏了电桥的平衡。输出的不平衡电信号经放大器放大后，驱动可逆电机带动电桥内滑线电阻R2触点移动，改变R2的阻值，直到电桥重新平衡为止。与此同时,电机带动变送器内的滑线电阻R3的触点移动。图3-3-2 蓝光红 光对比 法白度测 量仪i-光源；2-光学系统；3-调节光栅；4-积分球；5-457nm蓝色滤光片；6、8-光 电池；7-600650nm红光滤光片；9-差动放大器；iO-纪录仪R3上触点的位置与纸浆白度有关，经变送器图3-3-3 TB-i型纸浆白 度变送器原理图i 测量头；2 光源；3 敏感元件；2 4测量电路交换后，得到 iO50 mA的测量信号。桥路中的补偿光电池 V2得到的光能量

43、与纸浆白度无关，是从光源的部分光束经457 nm滤光片后得到的，用以补偿光源波动对测量的影响。利用蓝光与红光对比的白度测量仪如图3-3-2所示。由光源（碘钨灯）射出的白光照在纸页或浆层上， 反射光通过光学系统2和光栅3进入到积分球 4中，积分球内表面有很高的反射特性，使进入的光线沿球内表面均匀分布。平均光线通过装在积分球“窝口”上的红色滤光片和蓝色滤光片分别进入光电池6和8。由于纸浆对红光的吸收很少，即白度对红光强度的影响很小，而白度的变化引起蓝光强度的变化较大，由此二个光电池产生的光电流之差随白度的变化而变化，用差动放大器 9放大后的输出信号便是白度的量度。这种白度计多用作漂白过程的白度测量

44、和调节。TB-1型白度变送器如图3-3-3所示。它可以装在纸浆管道上或漂白塔上测量白度。光源系统发出的光线通过光通道射入流动着的纸浆中，由于纸浆的多路反射特性，纸浆白度高，反射强度大。反射光通过多通道检测器（光电池）变为电信号，电信号送数据处理单 元处理。这是装有微处理机的测量系统。能自动补偿纸浆流速、温度、浓度和残余氯化物 含量等干扰因素对测量的影响，精度较高。3.4pH值的测量根据电化学知识，酸、碱、盐水溶液的酸碱度，可用氢离子浓度H+表示。由于水溶液中氢离子浓度很少，例如纯水的H为10-7 : mol/l L因此，常用 pH值来表示 H+浓度：pH -ogH （3-4-1）pH =7的为

45、中性，pH > 7的为碱性 pH V 7的为酸性。测量出 pH值便知氢离子的浓度:mol/l o3.4.1 工业pH计的组成图3-4-1 7651/2 型工 业pH计的组成l 玻璃电极；2甘汞电极；3温度补偿铂电阻；F pH发送器；T pH转换器；R-记录议工业pH计（又称酸度计）由发送器、 转换器和计录仪组成，如图3-4-1所示。发送器内装有玻璃电极（测量电极）、甘汞电极（参比电极） 和温度补偿铂电阻。 当发送器浸入被测溶液时，溶液中pH值的变化通过两个电极转化成两个电极电位 的变化。ABB公司pH发送器有下述四种型号可供不同场合选用：7651型（流通型）7652 （在线型）7654/

46、5/6 （浸入型）。有机械清洗装置的420mA统一电信号送至记浸入式结构适用于一般开口容器，流通式结构适用于压力管道。附 发送器适用于容易在测量电极上结垢的溶液。转换器把具有高阻抗的电极电位通过电子放大电路转换成 录仪。3.4.2pH发送器的电极结构及工作原理（1 ）测量电极3-4-2 所示。0.2伽）制成的，球内装有 O.1NHC1pH发送器中的测量电极常用玻璃电极，其结构如图 球泡是对 pH变化十分敏感的特殊玻璃薄膜（厚度约为缓冲液，内插一根银-氯化银内参比电极，并用电极导线引出。玻璃电极的优点是对氢离子具有高度的选择性，测量精度高，不受溶液中的氧化剂、还原剂存在的影响，达到平衡快，操作简

47、便。其缺点是容易损坏。由于存在“酸性和碱性 误差”，故测量范围一般限定在pH= 110,同时电阻高，需要用高输入阻抗的转换器进行测量。在造纸工业中，在测量漂白pH值和上网纸浆的pH值时，容易引起结垢。玻璃电极的正常工作范围为355 C。另一种pH测量电极是锑电极。锑电极是在金属锑上覆盖一层难溶性氯化物构成的。当锑（Sb）电极插入含有H+的溶液中时，有如下电极反应式：2SQ固）3H2O=St2O3（固）6H &6e电极电位是：Esb 二Esb° RT ln H = ESb° -0.198TpH式中 EsJ = 144.5mV图3-4-3 甘汞电极1-电极导线；2-汞；

48、3-甘汞糊；4-棉花塞；图3-4-2 pH 玻璃电极l-玻璃膜球泡；2-内部溶液HCI ;3- 内参比电极；4-电极导线5-盐桥溶液；6-陶瓷砂芯（2）参比电极一甘汞电极甘汞电极由金属汞（ Hg）、汞的难溶盐（Hg2Cl2）以及与该盐有相同阴离子的饱和溶液（KCI ）三者构成的电极，如图3-4-3所示。当甘汞电极插入溶液中时，氯化钾通过磨口玻璃塞渗出构成“盐桥”，因此，其电极电位不随溶液浓度而变化。25 C时，饱和甘汞电极电位为 Eo "24 38V。甘汞电极具有结构简单，电位稳定的优点，是常用的参比电极，其缺点是其电极电位 随温度而变化。在温度较高时，宜用银-氯化银电极作参比电极。

49、（3 ）测量原理当由玻璃电极和甘汞电极组成的发送器浸入被测溶液时，根据奈恩斯特电极电位方程和式（3-4-1） 有：E =K 0.198T log H （3-4-2）n式中K由电极特性确定。由于电极特性受电极材质、加工条件的不同而变化，因此， 实际使用中，测量值（电极电位）与被测的pH值之间的关系须在实际中标定。当温度一定时，电极电位的变化值与pH值的变化值成比例。但是在生产中，温度是在变化的，为了补偿温度变化对测量的影响，在发送器中装有测量温度的铂热电阻。3.4.3转换器的电路原理pH转换器的作用是把发送器测得的电极电位转换成统一的420mA电信号。当 pH值由014间变化时，电极电位的变化为

50、826mV,这是个变化缓慢的直流电压信号。同时玻璃电极的内阻很高（达109 Q）。电极电位的这两个特点决定了pH转换器必须采用调制式放大，以解决缓慢直流信号的放大和转换，同时必须采用有前置放大级和深度负反馈电路，以增大转换电器的输入阻抗和稳定性。电极电极图3-4-4 PHG-21 型pH计的转换器电路原理图3-4-4所示是国产 PHG-21型pH计转换器的电路原理，它由参数振荡放大器、中间放大器，整流和功率放大器，反馈环节和定位补偿电路组成。参量振荡器起前置放大、阻抗变换和自激振荡调制的作用。高阻抗的变电容二极管D1和D2及电感L1和L2组成一个桥路的四个桥臂。变电容二极管的极间电容随外加电压

51、的变化而变化。当pH发送器的电极电位E加到D1 , D2时，其电容量都相应变化，引起桥路不平衡度的变化。桥路输出端（AB端）便有信号输出并经过Ci， L电路输入至放大器Ai，经Ai放大后的信号又通过L3，Li和L2送回至桥路，产生自激振荡。因此参量振荡放大器把具有内阻很高的变化缓慢的电极电位E变成了交流信号。此交流信号经变压器耦合到中间放大器 A2，放大后的交流信号，经二极管桥式整流器变成直流信号，再经放大器A3 （功率放大）送至显示仪表和反馈电位器W2。由 W2得到的电压 Ef经R23和R3，R4反馈至变电容二极管上。由于电路总的放大倍数很高，输入与输出的关系只由反馈电路的特性来决定，而反馈

52、电路只由电阻网络组成，所以整个放大器的线性和稳定性较好。温度补偿的铂电阻并联在反馈电位器W2上。当溶液温度增加时，铂电阻值随之增加，使反馈电阻值也跟着增加，即反电压Ef增加。进而指示值减少，以达到补偿的目的。定位调校是用调节电位器Wi,得到一个外加电位Ua，以抵消发送器电极电位的“不对称电位”。“不对称电位”是由于电极本身或外界沾污等因素引起的，使测量值与真实值产 生较大的误差。所以定位调校实际上是转换器零点的调校。由于转换器的输入阻抗很大，因此在发送器与转换器之间的联接导线要尽量短，必须有良好的绝缘和屏蔽，发送器和转换器应有良好的接地。3.5溶液电导率的检测在造纸工业中利用电导分析法连续地检

53、测水的质量，例如检测蒸煮液加热器和碱回收黑液蒸发器中的冷凝水是否污染从而决定是否把它送回锅炉使用；连续地检测洗浆机滤液（黑液）的电导率进而控制洗涤水的用量，使洗涤效果达到最佳；连续地检测和控制药液制备（例如碱液和明矶液的稀释）过程中的药液浓度；另外，禾U用电导滴定法，连续地测量蒸煮液的浓度为蒸煮过程中H -因子的控制提供重要参数。3.5.1电导分析法的基本原理（1 ）溶液浓度与溶液电导率的关系由于在电解质溶液中，存在带正电荷和带负电荷的离子，当插入两个电极时，类似于 金属导体的溶液可以导电，因此均匀导体的导电公式也适用于溶液。也就是说，溶液的电 导能力可以用电导或电导率表示，电解质溶液的电导率与其含有正负离子的性质和数量有 关S =10001000 5(3-5-1)式中S 溶液的电导率（S/cm）;A溶液的当量电导，在很稀的溶液中，各种离子的