Improving the Metrological Traceability of Online Dry Grammage Measurement Used in the Paper Industry

Loading...
Thumbnail Image
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Electrical Engineering | Doctoral thesis (article-based) | Defence date: 2013-12-20
Checking the digitized thesis and permission for publishing
Instructions for the author
Date
2013
Department
Signaalinkäsittelyn ja akustiikan laitos
Department of Signal Processing and Acoustics
Major/Subject
Mcode
Degree programme
Language
en
Pages
77 + app.
Series
Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS, 207/2013
Abstract
In the paper industry, the automatic control of raw material consumption and product quality relies upon online grammage (total mass per unit product area) and moisture measurement. The optimisation of raw material consumption is vital to the profitability of production, and the even quality is essential for satisfying customer needs. It was shown in this work that the basic errors of radioisotope Kr-85 based grammage and IR based moisture measurements, which are commonly used in the paper industry, can be decreased on average approximately 85% with traceable calibration methods. Moreover, a novel method was created for the simultaneous grade specific calibration of these measurements by applying machine reel sampling and traceable sample area measurement. It was demonstrated that a relative uncertainty of 0.5%, at the 95% confidence level, can be achieved in dry grammage calibration. The calibrations were performed according the EN ISO 536 (grammage) and the EN ISO 287 (moisture) standards. The uncertainties of existing measurement systems can be reduced usually over 50% with the created methods. The decrease of measurement uncertainty offers an opportunity for significant economic savings since one per cent change in the dry raw material consumption of a typical production line affects several hundreds of thousands euros in the annual raw material costs. The presented calibration methods can basically be applied to all paper and board production lines.

Paperiteollisuudessa tuotannon raaka-ainekulutuksen ja laadun automaattinen säätö tukeutuu tuotannonaikaiseen neliömassan (massa pinta-alayksikköä kohti) ja kosteuden mittaukseen. Raaka-ainekäytön optimointi on tärkeää tuotannon kannattavuuden kannalta ja asiakastarpeet voidaan täyttää vain tasalaatuisella tuotannolla. Työssä osoitettiin, että paperiteollisuudessa yleisesti käytettyjen radioisotooppi Kr-85:een pohjautuvien neliömassamittausten ja infrapunasäteilyyn perustuvien kosteusmittausten virheitä voidaan pienentää keskimäärin noin 85 % jäljitettävien kalibrointimenetelmien avulla. Lisäksi kehitettiin menetelmä neliömassa- ja kosteusmittausten samanaikaiseen tuotekohtaiseen kalibrointiin. Menetelmä perustuu konerullista tehtävään näytteenottoon ja näytteiden pinta-alojen jäljitettävään mittaukseen. Tehtyjen kalibrointien avulla osoitettiin, että kuivan neliömassan kalibroinnissa voidaan saavuttaa 0,5 %:n suhteellinen epävarmuus 95 %:n luotettavuustasolla. Kalibroinnit tehtiin soveltaen standardeja EN ISO 536 (neliömassa) ja EN ISO 287 (kosteus). Käytössä olevien mittauslaitteiden mittausepävarmuutta voidaan pienentää yleensä yli 50 % kehitetyillä menetelmillä. Mittausepävarmuuden pienentäminen avaa mahdollisuuden merkittäviin taloudellisiin saastoihin, koska tyypillisesti yhden prosenttiyksikön muutos tuotantolinjan kuivaraaka- aineen käytössä vaikuttaa satoja tuhansia euroja tehtaan vuotuisiin raaka-ainekustannuksiin. Tässä työssä käytettyjä kalibrointimenetelmiä voidaan periaatteessa hyödyntää kaikilla paperin ja kartongin valmistuslinjoilla.
Description
Supervising professor
Ikonen, Erkki, Prof., Aalto University, Metrology Research Institute, Finland
Thesis advisor
Ikonen, Erkki, Prof., Aalto University, Metrology Research Institute, Finland
Keywords
automatic process control, online measurement, grammage, moisture, calibration, traceability, automaattinen prosessin säätö, online-mittaus, neliömassa, kosteus, kalibrointi, jäljitettävyys, paper industry, measuring methods
Other note
Parts
  • [Publication 1]: Kangasrääsiö J and Hemming B, Calibration of a flatbed scanner for traceable paper area measurement, Measurement Science and Technology 2009 20 107003 4 pages
  • [Publication 2]: Kangasrääsiö J, Improving integrity of on-line grammage measurement with traceable basic calibration, ISA Transactions 2010 49 257-263
  • [Publication 3]: Kangasrääsiö J, Improving the integrity of IR based online moisture measurement used in the paper and board industry, Measurement 2011 44 1937-1944
  • [Publication 4]: Kangasrääsiö J, Application of a traceable area measurement in the calibration of online dry grammage measurement used in board production, Measurement 2013 46 1585-1591
Citation