Stand der Technik In vielen industriellen Herstellungsprozessen ist es wichtig, den Feststoffan- teil in Suspensionen laufend, also online, zu messen. Ein wichtiges Beispiel hierfür ist die Papierindustrie, bei der der aktuelle Feststoffgehalt von Papier- oder Zellulosebrei eine wichtige Regelungsgröße ist.

Es sind eine Reihe von Verfahren zur Bestimmung des Feststoffgehaltes in Suspensionen bekannt, von denen die wichtigsten im folgenden kurz darge- stellt werden : Eine erste Möglichkeit besteht in der Dichtemessung der Suspension. Zum einen sind hier mechanische Verfahren bekannt, die beispielsweise auf der Messung von Scherkräften, einer Ulraschallmessung oder dem Coriolis- Prinzip beruhen. Weiterhin sind hier auch radiometrische Verfahren bekannt, bei denen in der Regel eine Absorptionsmessung von Röntgen-oder Gammastrahlen durchgeführt wird.

Die auf einer Dichtemessung beruhenden Verfahren haben zwei grundsätzli- che Nachteile. Zum einen sind diese Verfahren sehr empfindlich gegenüber sich in der Suspension befindliche Luftblasen, da diese das Messergebnis in Richtung eines zu niedrigen Feststoffgehaltes verschieben. Zur Lösung die- ses Problems sind verschiedene Verfahren bekannt, beispielsweise das Entlüften der Suspension, Messung unter hohem Druck, Entfernen der Luft- blasen durch Vakuumeinwirkung oder auch Kompensation der Fehlmessung durch eine zusätzliche Neutronenmessung. Eine Zusammenfassung dieser Methoden findet sich beispielsweise im"On-Line Analyses of Coal"von Andrew T. Kirchner in IEA Coal research, September 1991. Diese Kompen- sations-bzw. Korrekturverfahren führen zwar grundsätzlich zu guten Ergeb- nissen, sind jedoch sehr aufwendig.

Ein grundsätzliches Problem beim Einsatz von Dichtemessungen bei der Konzentrationsbestimmung von Suspensionen ist, dass sie nicht bei Sus- pensionen eingesetzt werden können, bei denen die Dichte des Feststoffes im wesentlichen der Dichte des flüssigen Mediums-in der Regel Wasser- entspricht. Dies ist beispielsweise bei Papier-oder Zellulosepulpen der Fall.

Ein anderes Bestimmungsprinzip basiert auf der Messung der dielektrischen Eigenschaften der Suspension. Diese Methode ist insbesondere dann geeig- net, wenn die Flüssigkeit polar, also beispielsweise Wasser ist. Diese Verfah- ren basieren darauf, dass die meisten Feststoffe unpolar sind und eine ent- sprechend niedrigere Dielektrizitätskonstante als Wasser haben. Durch die Bestimmung einer oder mehrerer dielektrischer Kerngrößen, beispielsweise durch Bestimmung der Phasenverschiebung oder der Dämpfung einer Mi- krowelle, kann somit auf den Feststoffgehalt in einer Suspension geschlos- sen werden.

Diese Messmethode ist beispielsweise auch bei der Feststoffgehaltbestim- mung von Papier-oder Zellulosebrei geeignet. Auch hier tritt jedoch das Pro- blem auf, dass die Messung durch das Vorhandensein von Luftblasen erheb-

lich verfälscht wird, nämlich dahingehend, dass Luftblasen aufgrund ihrer niedrigen Dielektrizitätszahl als Feststoff"interpretiert"werden, das Messer- gebnis also in Richtung einer zu hohen Konzentration verfälscht wird. Die Entfernung der Luftblasen ist, wie oben bereits gesagt, aufwendig und kann im Hauptstrom oft überhaupt nicht erreicht werden, so dass eine Messung nur in einem extra hierfür zu schaffenden Nebenstrom durchgeführt werden muss, was natürlich zu einem entsprechend erhöhten apparativen Aufwand führt.

Darstellung der Erfindung Ausgehend von diesem Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Bestimmung der Feststoffkonzentration in einer Suspension zu schaffen, das auch bei Suspensionen eingesetzt werden kann, bei denen das spezifische Gewicht der Feststoffe im wesentlichen dem der Trägerflüs- sigkeit entspricht, das im On-line-Verfahren eingesetzt werden kann und mit verhältnismäßig geringem apparativen Aufwand auskommt.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Zunächst wird in bekannter Art und Weise mittels der Bestimmung wenig- stens einer dielektrischen Kenngröße der Feststoffgehalt der Suspension bestimmt. Im allgemeinen ist die Trägerflüssigkeit der Suspension Wasser und es wird hierbei der Umstand ausgenutzt, dass die im Wasser oder einer anderen polaren Flüssigkeit suspendierten Feststoffe ein wesentliches klei- neres E aufweisen.

Wie bereits oben dargestellt, verschieben Luftblasen, die sich in der Suspen- sion befinden, das Meßergebnis derart, dass ohne entsprechende Korrektur ein zu hoher Feststoffgehalt gemessen würde. Es wird deshalb eine zweite Messung zur Korrektur dieses Fehlers durchgeführt. Diese Messung ist er-

findungsgemäß eine Messung der mittleren Dichte. Die sich in der Suspensi- on befindende Luftblasen führen zu einer geringeren Dichte der Suspension, so dass diese Messung zur Korrektur der dielektrischen Messung herange- zogen werden kann. Da die Dichte der Feststoffe häufig im wesentlichen gleich der Dichte des flüssigen Mediums, beispielsweise des Wassers ist, ist die Dichtemessung als solche für die Bestimmung des Festgehaltes unge- eignet und kann lediglich in Verbindung mit dem ersten Verfahrensschritt zur Korrektur des dort erzielten Messwertes dienen. Häufig wird es sinnvoll sein, weiterhin eine Temperaturmessung durchzuführen, da die dielektrischen Ei- genschaften der Suspension in der Regel stark temperaturabhängig sind.

Die dielektrischen Eigenschaften der Suspension werden vorzugsweise mit- tels einer Mikrowellenmessung bestimmt, wobei hier zum Beispiel entweder die Dämpfung, die Phasenverschiebung oder beides gemessen wird. Es können je nach Messverfahren aber auch andere Messgrößen bestimmt werden, die durch die dielektrischen Eigenschaften des Messgutes beein- flusst werden, zum Beispiel die Laufzeit oder Güte und Resonanzverschie- bung eines Resonators.

Zur Dichtemessung wird vorzugsweise eine Gammaabsorptionsmessung im Energiebereich oberhalb 60 keV oder eine Röntgenabsorptionsmessung ein- gesetzt. Diese Messverfahren haben insbesondere den Vorteil, dass sie oh- ne mechanische Bauteile auskommen und damit sehr wartungsfreundlich sind. Das erfindungsgemäße Verfahren hat insbesondere auch den Vorteil, dass es online an einem strömenden Medium durchgeführt werden kann. Es ist insbesondere auch möglich, am Haupt-Produktionsstrom zu messen, das Verlegen von Bypassleitungen ist nicht notwendig. Auch wenn in der online- Messung an strömenden Medien das Haupteinsatzgebiet der Erfindung ge- sehen wird, ist zu betonen, dass es natürlich auch offtine und an stehenden Suspensionen angewendet werden kann.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens ist in Anspruch 7 ange- geben.

Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen Bevorzugte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der erfindungsgemäßen Vorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus dem nun mit Bezug auf die Figur näher erläuterten Ausführungs- beispiel.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Messung des Feststoffgehalts in einer Suspension.

Durch den Rohrabschnitt 10 fließt die zu messende Suspension. Im Rohrab- schnitt 10 befindet sich als erste Messsonde eine aus dem Mikrowellensen- der 22 und dem Mikrowellenempfänger 24 bestehende Mikrowellen- Messstrecke. Eine solche Messstrecke ist beispielsweise aus der DE 42 11 362 bekannt. Mikrowellensender 22 und Mikrowellenempfänger 24 sind mit der Auswerteeinheit 50 verbunden, so dass die Dämpfung und/oder die Pha- senverschiebung der Mikrowelle bestimmt werden kann. Entsprechende Auswerteverfahren sind in der Technik bekannt.

Die zweite Messsonde wird aus der Gammaquelle 32 und dem Strahlungs- detektor 34 gebildet, die sich jeweils außerhalb des Rohrabschnitts befinden.

Um eine zu starke Gammaabsorption zu verhindern, besteht der Rohrab- schnitt 10 vorzugsweise aus Kunststoff. Als Gammaquelle ist beispielsweise eine C60-, eine CS-137-oder eine Am-241-Quelle geeignet. Soll bei niedri- geren Phtonenenergien gemessen werden, wird vorzugsweise eine Röntgen- röhre als Strahlungsquelle eingesetzt. Über diese Messstrecke kann die Dämpfung der Strahlung und damit über bekannte Verfahren bei gegebener Geometrie die durchschnittliche Dichte des durchstrahlten Mediums be- stimmt werden. Auch der Strahlungsdetektor 34 ist mit der Auswerteeinheit

50 verbunden, wo ihre Messwerte zur Korrektur der Mikrowellenmessungen verwendet werden.

Vorzugsweise befinden sich die Mikrowellen-Messstrecke und die Röntgen- Messstrecke in unmittelbarer Nachbarschaft, so dass der Luftblasengehalt der Suspension bei beiden Messstrecken im Mittel gleich ist. Weiterhin weist der Rohrabschnitt 10 zwischen den beiden Messstrecken vorzugsweise kei- ne Krümmung auf, da eine Änderung der Geometrie zu einer Änderung des Luftblasengehaltes führen könnte, wodurch die Messung ungenauer würde.

Weiterhin ist im Rohrabschnitt 10 ein mit der Auswerteeinheit 50 verbunde- ner Temperaturfühler 40 angeordnet, um die Temperaturabhängig der die- lektrischen Eigenschaften kompensieren zu können.

Im folgenden wird ein einfaches mathematisches Modell angegeben, das dann verwendet werden kann, wenn die Änderung der dielektrischen Eigen- schaften des flüssigen Trägermediums durch das Vorhandensein des sus- pendierten Feststoffes und der Luftblasen nur verhältnismäßig wenig verän- dert wird. In diesem Fall kann man den Einfluss des Feststoffes und den Ein- fluss der Luftblasen auf die Dämpfung der Mikrowelle als kleine Störung be- trachten und einen linearisierten Ansatz wie folgt wählen : DMW = D MW + AipL + Ä2PF mit : DMW = Dämpfung der Mikrowelle D°Mw = Grunddämpfung Ai = erster Koeffizient A2 = zweiter Koeffizient pv= Luftblasenkonzentration PF = Feststoffkonzentration

Die durch das Wasser erzeugte Grunddämpfung kann bei verschiedenen Temperaturen durch eine Kalibrationsmessreihe bestimmt werden. Dieser Ansatz lässt sich bei der Einführung der Phasenverschiebung analog erwei- tern.

Die Abweichung von dieser Grunddämpfung wird von zwei Thermen verur- sacht, die linear von der Feststoffkonzentration und von der Luftblasenkon- zentration abhängen. Die entsprechenden Koeffizienten kann man entweder durch Kalibrationsmessungen oder theoretisch bestimmen.

Man erhält also zunächst eine lineare Gleichung mit zwei Unbekannten, nämlich der Feststoffkonzentration und der Luftblasenkonzentration.

Die Dämpfung von Gamma-bzw. Röntgenstrahlen ist innerhalb des vorge- sehenen Energiebereiches bei gegebener Geometrie ein Maß für die mittlere Dichte des durchstrahlten Mediums. Auch bei der Dämpfung der Strahlen kann man in den meisten Anwendungsfällen einen linearen Ansatz wählen, wobei hier die Grunddämpfung die Dämpfung durch die Rohrwandungen und von feststoff-und luftfreier Trägerflüssigkeit bestimmt wird. Mit diesem An- satz kann man die Dämpfung der Strahlung wie folgt darstellen : DR = DUR + A3PL + A4PF mit : DR = Dämpfung der Strahlung D°R = Grunddämpfung A3 = dritter Koeffizient A4 = vierter Koeffizient pL = Luftblasenkonzentration PF = Feststoffkonzentration

Die Abweichung von der Grunddämpfung ergibt sich auch hier aus zwei li- nearen Thermen, die, wie oben auch, jeweils von der Feststoff-und der Luft- blasenkonzentration abhängen. Die Koeffizienten können durch Kalibration oder theoretisch bestimmt werden.

Somit erhält man zwei lineare Gleichungen mit jeweils zwei Unbekannten, die sich selbstverständlich lösen lassen.

Auch wenn dieser linearisierte Ansatz in vielen Fällen ausreichend genaue Ergebnisse liefern wird, ist es klar, dass auch andere mathematische Be- handlungen, wie beispielsweise Störungsansätze höherer Ordnung verwen- det werden können. Zur Erhöhung der Messgenauigkeit ist es weiterhin denkbar, zusätzlich zur Dämpfung der Mikrowelle auch deren Phasenver- schiebung zu messen.

Auch wenn das erfindungsgemäße Meßprinzip in erster Linie anhand der Bestimmung der Feststoffkonzentration in einer Papier-oder Zellulosepulpe erläutert wurde, ist klar, dass diese Meßprinzip auch bei anderen Suspensio- nen angewendet werden kann.