NO325731B1 - Raffinorkraftsensor - Google Patents

Abstract

This invention relates to a refiner force sensor for refiners used in the pulp and paper industry, to a refining apparatus, and to a method of measuring force acting on a refiner bar in a refiner.

Description

Den foreliggende oppfinnelse relaterer seg til en raffinørkraftsensor for raffinører som anvendes i tremasse og papirindustrien, en raffinøranordning og en fremgangsmåte for å måle krefter som virker på en raffinørribbe i en raffinør. The present invention relates to a refiner force sensor for refiners used in the pulp and paper industry, a refiner device and a method for measuring forces acting on a refiner rib in a refiner.

Raffinører eller valsemøller blir brukt for å produsere masse av treflis eller å modifisere de mekaniske egenskapene til trefibre ved gjentagende ganger å påtrykke krefter på materialet som behandles ved hjelp av ribber montert på to motstående overflater som beveger seg i forhold til hverandre. Refiners or roller mills are used to produce wood chip pulp or to modify the mechanical properties of wood fibers by repeatedly applying forces to the material being processed by means of ribs mounted on two opposing surfaces that move relative to each other.

Raffinører er i vanlig bruk i masse- og papirindustrien for gjentagende ganger å utsette trefibre eller treflis for spenninger og deformasjoner. I tilfellet der treflis blir behandlet er formålet vanligvis å reparere trefibre fra hverandre for å frembringe tremasse som senere skal benyttes til papirfremstilling eller fremstilling av sammensatte treprodukter slik som harde trefiberplater. Denne prosessen blir generelt utført ved høy temperatur og trykk i et dampmiljø siden det produseres en stor mengde damp i raffinøren av varmen som sprer seg under behandling av materialet. Grove masser produsert på en slik måte kan også bearbeides ytterligere på en tilsvarende måte for å forbedre noen av egenskapene til fibrene. Eksempler på dette er den vanlig brukte praksisen å utsette masse for et andre male- eller raffineringstrinn, eller siling etterfulgt av avvisningsmaling. Lavkonsistens- eller gjennomstrømningsraffinører blir også brukt for å behandle massevellinger ved konsistenser opptil omtrent 5%. I dette tilfellet er siktemålet generelt å påvirke og deformere trefibre for å forbedre noen av deres egenskaper. Refiners are in common use in the pulp and paper industry to repeatedly subject wood fibers or wood chips to stresses and deformations. In the case where wood chips are processed, the purpose is usually to repair wood fibers from each other to produce wood pulp that will later be used for paper production or the production of composite wood products such as hard wood fiber boards. This process is generally carried out at high temperature and pressure in a steam environment since a large amount of steam is produced in the refiner by the heat dissipated during processing of the material. Coarse pulps produced in such a way can also be further processed in a similar way to improve some of the properties of the fibres. Examples of this are the commonly used practice of subjecting pulp to a second grinding or refining step, or screening followed by reject grinding. Low-consistency or flow-through refiners are also used to process pulp slurries at consistencies up to about 5%. In this case, the aim is generally to influence and deform wood fibers to improve some of their properties.

En rekke forskjellige driftsforhold benyttes i industrielle raffinørsystemer, men et antall designtrekk er felles for alle raffinører. Raffinørskiver er utstyrt med plater som har vekslende mønstere av ribber og spor. Ribbene til motstående plater er separert av et lite gap som kan justeres, og i det minste en av skivene roterer. Masse forflytter seg gjennom en raffinør i formen av fiberagglomerater som gjentagende ganger blir komprimert og kuttet mellom ribbene til motstående plater når disse passerer forbi hverandre. Alle raffinører bruker således energi på fibre ved en gjentatt påføring av kompresjon og skjærkrefter som virker på fiberagglomeratene. A number of different operating conditions are used in industrial refining systems, but a number of design features are common to all refiners. Refinery discs are equipped with plates that have alternating patterns of ribs and grooves. The ribs of opposing discs are separated by a small adjustable gap, and at least one of the discs rotates. Mass moves through a refiner in the form of fiber agglomerates that are repeatedly compressed and cut between the ribs of opposing plates as they pass each other. All refiners thus use energy on fibers through repeated application of compression and shear forces acting on the fiber agglomerates.

For å kvantisere virkningene som disse kreftene har på de individuelle massene, må det foretas en måling av malingsgraden. Tradisjonelt har denne målingen eller måleverdien ganske enkelt vært den spesifikke energien, som er den totale energien matet inn i massen per ovntørket masse av fiber. Det er imidlertid vidt kjent at denne parameteren ikke er tilstrekkelig til fullstendig å karakterisere malevirkningen, siden svært forskjellige masseegenskaper kan tilveiebringes ved det samme nivået av spesifikk energi under forskjellige maleforhold. En rekke fremgangsmåter er foreslått for å bruke en ytterligere parameter for å karakterisere virkningen av raffinørene. Den ytterligere parameteren tar vanligvis sikte på å kvantisere i hvor stor grad ribbene støter. Dette oppnås på forskjellig måter med hver fremgangsmåte, men virkningen av ribbestøt blir generelt uttrykt som en spesifikk energi per støt. Energibaserte karakteriseringer har imidlertid ulemper eller mangler når det gjelder identifisering av mekanismene hvorved maling finner sted. Energi kan brukes på massefibre på en rekke måter og fremgangsmåten for energipåføring, dvs. kreftene, kan ha en vesentlig innvirkning på massens sluttegenskaper. Giertz, H.W. ("A new way to look at the beating process", Norske Skogindustri 18(7):239-248,1964) foreslo at forskjellige malevirkninger kunne forklares av den relative størrelsen til de påtrykte kreftene. På tilsvarende måte har, Page, D.H. ("The beating of chemical pulps - The action and effects", i Fundamentals of Papermaking: Transactions of theFundamental Research Symposium held at Cambridge, F. Bolam redaktør, Fundamental Research Committee, British Paper and Board Makers' Association, Volum 1, pp. 1-38,1989), foreslått at en fullstendig forståelse av maleprosessen vil kreve kunnskap om den gjennomsnittlige spennings-deformasjonshistorien til individuelle fibre. In order to quantify the effects that these forces have on the individual masses, a measurement of the grinding degree must be made. Traditionally, this measurement or measurement value has simply been the specific energy, which is the total energy fed into the pulp per oven-dried mass of fiber. However, it is widely known that this parameter is not sufficient to fully characterize the grinding action, since very different pulp properties can be provided at the same level of specific energy under different grinding conditions. A number of methods have been proposed to use an additional parameter to characterize the effect of the refiners. The additional parameter usually aims to quantify the extent to which the ribs collide. This is achieved in different ways with each method, but the impact of rib impact is generally expressed as a specific energy per impact. However, energy-based characterizations have disadvantages or deficiencies in identifying the mechanisms by which grinding takes place. Energy can be applied to pulp fibers in a number of ways and the method of energy application, i.e. the forces, can have a significant impact on the final properties of the pulp. Giertz, H.W. ("A new way to look at the beating process", Norske Skogindustri 18(7):239-248,1964) suggested that different grinding effects could be explained by the relative size of the applied forces. In a similar way, Page, D.H. ("The beating of chemical pulps - The action and effects", in Fundamentals of Papermaking: Transactions of theFundamental Research Symposium held at Cambridge, F. Bolam editor, Fundamental Research Committee, British Paper and Board Makers' Association, Volume 1, pp. 1-38,1989), proposed that a complete understanding of the milling process would require knowledge of the average stress-strain history of individual fibers.

Tidlige arbeidsstudier på krefter fokusertepå måling av trykket på raffinørribbeoverflater. To av disse studiene var i lavkonsistensapplikasjoner (Goncharov, V.N., "Force factors in a disk refiner and their effect on the beating process", English translation, Bum. Promst. 12(5):12-14,1971; og Nordman, L., Levlin, J.-E., Makkonen, T., og Jokisalo, H., "Conditions in an LC-refiner as observed by physical measurements", Paperija Puu 63 (4):169-180,1981), mens én var på høykonsistens (Atack, D., "Towards a theory of refiner mechanical pulping", Appita Journal 34(3): 223-227,1980). De grove eller skjærende forhold som er til stede i malesonen til kommersielle raffinører har vist seg å være for alvorlige for standard trykksensorer. Generelt feiler disse i løpet av noen driftsminutter under disse forholdene. Early work studies on forces focused on measuring the pressure on refiner rib surfaces. Two of these studies were in low consistency applications (Goncharov, V.N., "Force factors in a disk refiner and their effect on the beating process", English translation, Bum. Promst. 12(5):12-14,1971; and Nordman, L ., Levlin, J.-E., Makkonen, T., and Jokisalo, H., "Conditions in an LC-refiner as observed by physical measurements", Paperija Puu 63 (4):169-180,1981), while one was at high consistency (Atack, D., "Towards a theory of refiner mechanical pulping", Appita Journal 34(3): 223-227, 1980). The rough or cutting conditions present in the grinding zone of commercial refiners have proven too severe for standard pressure sensors. Generally these fail within a few minutes of operation under these conditions.

Til tross for manglene ved standard trykt sensorer er den foreslåtte fremgangsmåte av kaldstrøm (International Patent Publication No. W097/38792) å bruke dem i tilknytning til temperatursensorer, for å regulere driften av høykonsistensflisraffinører. I den foreslåtte kontroll- eller styreprosedyren blir massestrømningshastigheten av flis og fortynningsvannstrømningsmengden til raffinøren, så vel som trykket som påføres for å regulere gapet mellom raffinørskivene, justert som respons på målte trykkverdier og temperatur i male eller raffinørsonen. Hensikten med fremgangsmåten er å kontrollere eller styre temperaturen og trykkprofilen over malesonen for å opprettholde ønskede verdier på disse parameterne. WO 97/38792 vedrører også en fremgangsmåte for å kontrollere eller styre spesifikke masseegenskaper ved å heve eller senke temperaturen i malesonen. I den internasjonale patentpublikasjonen WO 98/48936, foreslår Karlstrom et arrangement av slike temperatur og trykksensorer for installasjon i en raffinør. WO 97/38792 og WO 98/48936 vedrører bare flismaleprosessen. Despite the shortcomings of standard printed sensors, the proposed method of cold current (International Patent Publication No. W097/38792) is to use them in conjunction with temperature sensors, to regulate the operation of high consistency chip refiners. In the proposed control procedure, the chip mass flow rate and dilution water flow rate to the refiner, as well as the pressure applied to regulate the gap between the refiner discs, are adjusted in response to measured pressure values and temperature in the mill or refiner zone. The purpose of the method is to control or control the temperature and pressure profile over the painting zone in order to maintain desired values of these parameters. WO 97/38792 also relates to a method for controlling or controlling specific mass properties by raising or lowering the temperature in the melting zone. In the international patent publication WO 98/48936, Karlstrom proposes an arrangement of such temperature and pressure sensors for installation in a refinery. WO 97/38792 and WO 98/48936 relate only to the tile grinding process.

Trykket målt på måten beskrevet i fremgangsmåten ovenfor skyldes ikke direkte mekaniske krefter påført massen i raffinørsonen. Den skyldes snarere til stedeværelsen av damp produsert som et resultat av den store mengden mekanisk energi som brukes i raffinøren og som blir spredt som varme. Mens damptrykket avhenger av mengden energi spredt lokalt i malesonen, er det også sterkt avhengig av hvor lett dampen kan unnslippe raffinøren langs den radiale retningen. The pressure measured in the manner described in the method above is not due to direct mechanical forces applied to the mass in the refiner zone. Rather, it is due to the presence of steam produced as a result of the large amount of mechanical energy used in the refiner that is dissipated as heat. While the vapor pressure depends on the amount of energy dissipated locally in the grinding zone, it is also strongly dependent on how easily the vapor can escape the refiner along the radial direction.

US patent nr. 5747707 til Johansson og Kjellqvist foreslo bruken av en eller flere sensorribber i en raffinør. Sensorribbene er utstyrt med deformasjonsmålere for å måle belastningen på et antall punkter langs deres lengde. Ved å montere flere deformasjonsmålere i hvert punkt foreslår forfatterne at spenningene på en ribbe kan inndeles i belastningskomponenter som virker i forskjellige retninger. Anordningen kan også innbefatte temperaturmålere som kan brukes for å kompensere for termisk ekspansjon på ribben i de målte spenningene. I en annen utførelse innbefatter anordningen innretninger for å kontrollere maling som respons på belastningen bestemt av sensorene. US patent no. 5747707 to Johansson and Kjellqvist proposed the use of one or more sensor ribs in a refiner. The sensor ribs are equipped with strain gauges to measure the strain at a number of points along their length. By mounting several strain gauges at each point, the authors propose that the stresses on a rib can be divided into load components that act in different directions. The device can also include temperature gauges that can be used to compensate for thermal expansion of the rib in the measured voltages. In another embodiment, the device includes means for controlling paint in response to the load determined by the sensors.

En sensorribbe med en design tilsvarende det som er beskrevet i US-patentet ovenfor ble brukt av Gradin et al. (Gradin, P.A., Johansson, O., Berg, J.-E., og Nystrom, S., "Measurement of the power distribution in a singledisc refiner", J. Pulp Paper Sei., 25(11):384-387,1999) for å måle fordelingen av den brukte effekten i malesonen til en enkeltskiveraffinør. Forfatterne fant at effekten brukt per arealenhet var omtrent konstant over radiusen til malesonen. Dette bekreftet et tidligere funn av Atack, D., og May, W.D. ("Mechanical reduction of chips by double-disc refining", Pulp Paper Mag. Can. 64 (Conv.issue): T75-T83, Tl 15, 1963). For å kunne forbedre sensitiviteten til sensorribben ble denne fremstilt av aluminium. Dette materialvalget er ikke adekvat for langtidsdrift i en industriell raffinør siden sensorribben ville slites mye hurtigere enn de andre raffinørribbene laget av herdet materiale. A sensor rib with a design similar to that described in the US patent above was used by Gradin et al. (Gradin, P.A., Johansson, O., Berg, J.-E., and Nystrom, S., "Measurement of the power distribution in a singledisc refiner", J. Pulp Paper Sei., 25(11):384- 387,1999) to measure the distribution of the applied power in the grinding zone of a single disc refiner. The authors found that the power used per unit area was approximately constant over the radius of the male zone. This confirmed an earlier finding by Atack, D., and May, W.D. ("Mechanical reduction of chips by double-disc refining", Pulp Paper Mag. Can. 64 (Conv.issue): T75-T83, Tl 15, 1963). In order to improve the sensitivity of the sensor rib, it was made of aluminium. This choice of material is not adequate for long-term operation in an industrial refiner since the sensor rib would wear much faster than the other refiner ribs made of hardened material.

Internasjonal patentpublikasjon nr WO 00/78458, som bare utgjør kjent teknikk i forhold til artikkel 54 (3) EPC, beskriver en annen fremgangsmåte og anordning for måling av spenningskrefter i raffinører. Målingen blir i dette tilfellet utført over en måleoverflate som utgjør en del av en referanseskive som benytter en måleinnretning innbefattende en enkelt kraftsensor og et legeme som forbinder sensoren med måleoverflaten. International patent publication no WO 00/78458, which only constitutes prior art in relation to Article 54 (3) EPC, describes another method and device for measuring tension forces in refiners. In this case, the measurement is carried out over a measuring surface that forms part of a reference disk that uses a measuring device including a single force sensor and a body that connects the sensor to the measuring surface.

I henhold til den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebragt en kraftsensor for måling av kraft som virker på raffinørstangen til en raffinør, og en fremgangsmåte for måling av slike krefter, som definert i vedlagte krav. Det er også tilveiebragt en raffinøranordning inkludert en slik kraftsensor. According to the present invention, a force sensor is provided for measuring force acting on the refiner rod of a refiner, and a method for measuring such forces, as defined in the attached claims. A refiner device including such a force sensor is also provided.

Ifølge et bredt aspekt ved en utførelsesform av den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebragt en kraftsensor for å måle kraft som virker på en raffinørribbe i en raffinør for å produsere eller behandle tremasse, hvilken kraftsensor omfatter: et sensorlegeme som har et sensorhode; og minst to sensorelementer i krafttransmisjonskontakt med, og understøttende, sensorlegemet, hvor sensorelementene produserer et signal som er indikerende for størrelsen på kraften som virker på en raffinørribbe (refiner bar) i en raffinør for å produsere eller behandle tremasse. According to a broad aspect of an embodiment of the present invention, there is provided a force sensor for measuring force acting on a refiner rib in a refiner for producing or treating wood pulp, which force sensor comprises: a sensor body having a sensor head; and at least two sensor elements in power transmission contact with, and supporting, the sensor body, where the sensor elements produce a signal indicative of the magnitude of the force acting on a refiner rib (refiner bar) in a refiner to produce or process wood pulp.

I noen utførelser er raffinørribben en raffinørplate eller -skive. Raffinørskiven omfatter en raffinøroverflate som har raffinørribber, og en ikke-raffinøroverflate motstående til raffinøroverflaten. Oppfinnelsen er imidlertid også anvendbar på raffinører hvor raffinørribbene ikke er på en raffinørplate eller skive. In some embodiments, the refiner rib is a refiner plate or disc. The refiner disc comprises a refiner surface having refiner ribs, and a non-refiner surface opposite the refiner surface. However, the invention is also applicable to refiners where the refiner ribs are not on a refiner plate or disc.

I noen utførelser erstatter sensorhodet en del av raffinørribben. I andre utførelser erstatter sensorhodet alle raffinørribbene. I slik utførelser er sensorlegemet av det samme materialet som raffinørribben, og sensorhodet har en profil som passer med profilen til raffinørribben. In some embodiments, the sensor head replaces part of the refiner rib. In other designs, the sensor head replaces all the refiner fins. In such embodiments, the sensor body is of the same material as the refiner rib, and the sensor head has a profile that matches the profile of the refiner rib.

Sensorlegemet kan være festet til raffinør- eller slipeoverflaten til raffinørskiven. I noen utførelser er sensorlegemet tilpasset til å passe inn i en utsparing i raffinøroverflaten til raffinørskiven. I andre utførelser kan sensorlegemet være festet til den ikke slipende overflaten til raffinørskiven. I andre utførelser kan sensorlegemet være tilpasset til å passe inn i en uttagning eller utsparing i den ikke slipende overflaten til raffinørskiven. I en foretrukket utførelse flyter sensorlegemet på sensorelementene. I noen utførelser flyter sensorlegemene på sensorelementene slik at det eneste leddet mellom sensorlegemet og raffinørskiven er via sensorelementene. I nok andre utførelser omfatter kraftsensoren videre en holder, og og sensorlegemet flyter på sensorelementene slik at den eneste forbindelsen mellom sensorlegemet og minst en av raffinørskiven og holderen er via sensorelementene. The sensor body may be attached to the refiner or grinding surface of the refiner disc. In some embodiments, the sensor body is adapted to fit into a recess in the refiner surface of the refiner disc. In other embodiments, the sensor body may be attached to the non-abrasive surface of the refiner disc. In other embodiments, the sensor body may be adapted to fit into a recess or recess in the non-abrasive surface of the refiner disc. In a preferred embodiment, the sensor body floats on the sensor elements. In some embodiments, the sensor bodies float on the sensor elements so that the only link between the sensor body and the refiner disc is via the sensor elements. In quite other embodiments, the force sensor further comprises a holder, and the sensor body floats on the sensor elements so that the only connection between the sensor body and at least one of the refiner disc and the holder is via the sensor elements.

I noen utførelser er det minst ene sensorelementet piezoelektrisk eller piezokeramisk. In some embodiments, the at least one sensor element is piezoelectric or piezoceramic.

I samsvar med et annet aspekt ved oppfinnelsen er det tilveiebragt en fremgangsmåte for å måle krefter som virker på en raffinørribbe i en raffinør for å produsere eller behandle tremasse, hvilken fremgangsmåte omfatter: å tilveiebringe et sensorlegeme som har et sensorhode slik at sensorhodet erstatter hele eller en del av raffinørribben; å anordne minst to sensorelementer i krafttransmisjonskontakt med, og understøttende, sensorlegemet; å slipe trepartikler eller tremasse i raffinøren for å produsere tremasse eller malt tremasse, slik at kraften blir påtrykt sensorhodet og et signal som er indikerende for kraften blir utviklet i sensorelementene; og evaluere signalet som et mål på kraften som påtrykkes sensorlegemet. In accordance with another aspect of the invention, there is provided a method for measuring forces acting on a refiner rib in a refiner for producing or treating wood pulp, which method comprises: providing a sensor body having a sensor head such that the sensor head replaces the entire or part of the refiner rib; arranging at least two sensor elements in power transmission contact with, and supporting, the sensor body; grinding wood particles or wood pulp in the refiner to produce wood pulp or ground wood pulp so that the force is applied to the sensor head and a signal indicative of the force is developed in the sensor elements; and evaluating the signal as a measure of the force applied to the sensor body.

I samsvar med en foretrukket utførelse av oppfinnelsen er raffinørribben på en raffinørplate eller skive, og raffinørskiven omfatter en raffinør eller slipeoverflate som har raffinørribber, og en ikke slipende overflate motstående til raffinøroverflaten. I slike utførelser kan sensorlegemet være festet til raffinør eller slipeoverflaten til raffinørskiven, mens i andre utførelser kan sensorlegemet være festet til den ikke slipende overflaten til raffinørskiven. In accordance with a preferred embodiment of the invention, the refiner rib is on a refiner plate or disc, and the refiner disc comprises a refiner or grinding surface which has refiner ribs, and a non-abrasive surface opposite the refiner surface. In such embodiments, the sensor body can be attached to the refiner or the grinding surface of the refiner disc, while in other embodiments, the sensor body can be attached to the non-abrasive surface of the refiner disc.

I noen utførelser flyter sensorlegemet på sensorelementene. I andre utførelser flyter sensorlegemet på sensorelementene slik at den eneste forbindelsen mellom sensorlegemet og raffinørplaten er via sensorelementene. In some embodiments, the sensor body floats on the sensor elements. In other embodiments, the sensor body floats on the sensor elements so that the only connection between the sensor body and the refiner plate is via the sensor elements.

I nok ytterligere utførelser omfatter fremgangsmåten videre å tilveiebringe en holder for sensorlegemet og sensorelementer, og hvor sensorlegemet flyter på sensorelementene slik at den eneste forbindelsen mellom sensorlegemet og minst en av raffinørskiven og holderen er via sensorelementene. In still further embodiments, the method further comprises providing a holder for the sensor body and sensor elements, and where the sensor body floats on the sensor elements so that the only connection between the sensor body and at least one of the refiner disc and the holder is via the sensor elements.

I noen utførelser er det minst ene sensorelementet piezoelektrisk, eller piezokeramisk. Den målte kraften er fortrinnsvis minst en kraft valgt fra skjærkraft eller spenning og normalkraft eller spenning. In some embodiments, the at least one sensor element is piezoelectric, or piezoceramic. The measured force is preferably at least one force selected from shear force or stress and normal force or stress.

I en ytterligere utførelse av fremgangsmåten i henhold til oppfinnelsen blir skjærkraft og normalkraft målt, og de målte kreftene blir brukt til å regulere driften til en raffinør ved å manipulere en eller flere variabler valgt fra materialmatehastighet, massekonsistens, raffinørmotorbelasatning, innløpstrykk, utløpstrykk, plategap og rotasjonshastighet, slik at forholdet mellom den målte normal- og skjærkraften opprettholdes konstant eller innenfor en forutbestemt område. In a further embodiment of the method according to the invention, shear force and normal force are measured, and the measured forces are used to regulate the operation of a refiner by manipulating one or more variables selected from material feed rate, pulp consistency, refiner motor load, inlet pressure, outlet pressure, plate gap and rotation speed, so that the ratio between the measured normal and shear force is maintained constant or within a predetermined range.

I nok en annen utførelse blir den målte kraften brukt til å detektere kontakt mellom motstående skiver i en raffinør. Kontakt mellom motstående skiver blir korrigert ved å trekke tilbake en aksialt bevegbar plate eller skive i raffinøren. In yet another embodiment, the measured force is used to detect contact between opposing discs in a refiner. Contact between opposing discs is corrected by retracting an axially movable plate or disc in the refiner.

I utførelsene ovenfor kan det anvendes en enkelt kraftsensor eller en rekke kraftsensorer. In the above embodiments, a single force sensor or a number of force sensors can be used.

I en annen bestemt utførelse er det tilveiebragt i en raffinøranordning for tremasse som har avfølingsinnretninger for å bestemme paramterer, en forbedring hvor avfølingsinnretningene omfatter kraftsensor som omfatter minst ett piezoelektrisk sensorelement, hvor på hensiktsmessig måte det minst ene piezoelektriske sensorelementet er et piezoelektrisk eller piezokeramisk sensorelement. In another particular embodiment, an improvement is provided in a refiner device for wood pulp which has sensing devices for determining parameters, an improvement where the sensing devices comprise a force sensor comprising at least one piezoelectric sensor element, where suitably the at least one piezoelectric sensor element is a piezoelectric or piezoceramic sensor element.

I nok en annen spesiell utførelse er det tilveiebragt en raffinøranordning som omfatter minst en raffinørskive, raffinørribber på raffinørskiven og minst et sensorelement i minst en av raffinørribbene, hvor det minst ene sensorelementet er i krafttransmisjonskontakt med, og understøttet av, minst to piezoelektriske sensorelementer; i en spesifikk utførelse er sensorelementet av det samme materialet som raffinørribben som det er montert, og de minst to sensorelementene er piezokeramiske sensorelementer. På egnet måte har sensorelementet sensorlegeme og et sensorhode, og sensorhodet kan ha en profil som passer med profilen til den minst ene raffinørribben, slik at minst en raffinørribbe har en langsgående lengde avbrutt av sensorhodet. I spesifikke utførelser springer raffinørribbene frem fra en første raffinør eller slipeflate til raffinørskiven, og raffinørskiven har en andre, ikke slipende flate motstående til raffinørflaten, og raffinørskiven har et hulrom som strekker seg innover fra den andre flaten, og sensorlegemet er montert i hulrommet. In yet another particular embodiment, a refiner device is provided which comprises at least one refiner disc, refiner ribs on the refiner disc and at least one sensor element in at least one of the refiner ribs, where the at least one sensor element is in power transmission contact with, and supported by, at least two piezoelectric sensor elements; in a specific embodiment, the sensing element is of the same material as the refiner rib on which it is mounted, and the at least two sensing elements are piezoceramic sensing elements. Suitably, the sensor element has a sensor body and a sensor head, and the sensor head may have a profile that matches the profile of the at least one refiner rib, so that at least one refiner rib has a longitudinal length interrupted by the sensor head. In specific embodiments, the refiner ribs project from a first refiner or grinding surface to the refiner disc, and the refiner disc has a second, non-abrasive surface opposite the refiner surface, and the refiner disc has a cavity extending inwardly from the second surface, and the sensor body is mounted in the cavity.

I nok en annen bestemt eller spesifikk utførelse er det tilveiebragt en fremgangsmåte for å måle krefter på overflaten til raffinørribber i en raffinør for å produsere eller behandle tremasse, omfattende: å tilveiebringe minst ett sensorelement i minst en raffinørribbe av raffinøren, hvor det minst ene sensorelementet er i krafttransmisjonskontakt med, og understøttet av, minst to piezoelektriske sensorelementer, å slipe eller male trepartikler eller tremasse i raffinøren for å produsere tremasse eller malt tremasse, slik at krefter blir påtrykt sensorelementet og en reaksjonskraft blir utviklet ved de piezoelektriske sensorelementer som utvikler en elektrisk ladning proporsjonal med reaksjonskraften, og evaluering av den elektriske ladningen som mål på kreftene påtrykt det minst ene sensorelementet, og hvor sensorelementene på egnet måte er piezokeramiske sensorelementer, og sensorelementet har et sensorhode, hvor sensorhodet kan ha en profil som passer sammen med profilen til den minst ene raffinørribben har en langsgående lengde avbrutt av sensorhodet. In yet another particular or specific embodiment, there is provided a method for measuring forces on the surface of refiner ribs in a refiner for producing or treating wood pulp, comprising: providing at least one sensor element in at least one refiner rib of the refiner, wherein the at least one sensor element is in power transmission contact with, and supported by, at least two piezoelectric sensor elements, to grind or grind wood particles or wood pulp in the refiner to produce wood pulp or ground wood pulp, so that forces are applied to the sensor element and a reaction force is developed at the piezoelectric sensor elements that develop an electrical charge proportional to the reaction force, and evaluation of the electric charge as a measure of the forces exerted on the at least one sensor element, and where the sensor elements are suitably piezoceramic sensor elements, and the sensor element has a sensor head, where the sensor head may have a profile that matches the profile of the my st ene refiner rib has a longitudinal length interrupted by the sensor head.

For øvrig er oppfinnelsen definert ved de i patentkravene angitte trekkene. Otherwise, the invention is defined by the features specified in the patent claims.

Utførelser av oppfinnelsen skal nå beskrives som eksempel, med henvisning til tegningene, hvor: Fig. 1 viser et tverrsnitt av en raffinørkraftsensor i samsvar med en utførelse av oppfinnelsen; Fig. 2 viser utførelsen på fig. 1 mer detaljert; Fig. 3A og 3B er adskilte perspektivtegninger av utførelsen vist på fig. 2; Fig. 4,5 og 6 viser tverrsnitt av alternative utførelser av en raffinørkraftsensor i samsvar med oppfinnelsen; Fig. 7 viser et sensorlegeme og et piezoelektrisk element i samsvar med en annen utførelse av oppfinnelsen; Fig. 8 til 15 viser et tverrsnitt av alterantive utførelser av en raffinørkraftsensor i samsvar med oppfinnelsen; Fig. 16 er en adskilt perspektivtegning av utførelsen vist på fig. 15; Fig. 17A, 17B, 18A og 18B er kurver som viser normal og skjærkrefter målt i en raffinør ved bruk av en kraftsensor i samsvar med utførelsen på fig. 2; Fig. 19 er et blokkskjema over et system som brukes til å måle krefter innenfor en enkeltskiveraffinør; og Fig. 20 er et blokkskjema over et system som brukes til å måle krefter innenfor en dobbeltskiveraffinør. Embodiments of the invention will now be described by way of example, with reference to the drawings, where: Fig. 1 shows a cross-section of a refiner power sensor in accordance with an embodiment of the invention; Fig. 2 shows the embodiment in fig. 1 more detailed; Fig. 3A and 3B are separate perspective drawings of the embodiment shown in Fig. 2; Figs. 4, 5 and 6 show cross-sections of alternative embodiments of a refiner power sensor in accordance with the invention; Fig. 7 shows a sensor body and a piezoelectric element in accordance with another embodiment of the invention; Fig. 8 to 15 show a cross-section of alternative embodiments of a refiner force sensor in accordance with the invention; Fig. 16 is a detached perspective drawing of the embodiment shown in fig. 15; Figs. 17A, 17B, 18A and 18B are curves showing normal and shear forces measured in a refiner using a force sensor in accordance with the embodiment of Figs. 2; Fig. 19 is a block diagram of a system used to measure forces within a single disc refiner; and Fig. 20 is a block diagram of a system used to measure forces within a twin disc refiner.

Den foreliggende oppfinnelsen relaterer seg til en kraftsensor for å måle krefter som virker på en raffinørribbe i en raffinør under drift. En raffinørkraftsensor i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen kan anvendes i en hvilken som helst type mekanisk raffinør som brukes til å påtrykke kraft på tremasse eller treflis. Eksempler på slike raffinører er flisraffinører og lavkonsistensmasseraffinører. Disse kan for eksempel være enkeltskive, dobbeltskive eller koniskskive raffinører. En enkelt kraftsensor, eller en rekke kraftsensorer, kan brukes i forskjellige applikasjoner, som det er beskrevet eksempler på her, for å styre eller kontrollere eller overvåke forskjellige aspekter ved raffinør eller slipe/maleprosessen. The present invention relates to a force sensor for measuring forces acting on a refiner rib in a refiner during operation. A refiner force sensor in accordance with the present invention can be used in any type of mechanical refiner used to apply force to wood pulp or wood chips. Examples of such refiners are chip refiners and low-consistency pulp refiners. These can be, for example, single disc, double disc or conical disc refiners. A single force sensor, or a series of force sensors, can be used in various applications, examples of which are described herein, to control or control or monitor various aspects of the refiner or grinding/grinding process.

Oppfinnelsen skal beskrives primært med hensyn til enkel og dobbeltskiveraffinører, og den generelle strukturen til slike raffinører er kjent. For eksempel er en typisk raffinør beskrevet i US-patent nr. 5747707, Johansson et al., som består av et par roterbare raffinørskiver som kan roteres i forhold til hverandre, som har radiale raffinørribber som strekker seg langs minst en del av raffinørgapet mellom skivene. Læren til alle de nevnte patentene og publikasjonene er i sin helhet innlemmet her som referanse. The invention will be described primarily with regard to single and double disc refiners, and the general structure of such refiners is known. For example, a typical refiner is described in US Patent No. 5,747,707, Johansson et al., which consists of a pair of rotatable refiner discs rotatable relative to each other, having radial refiner ribs extending along at least a portion of the refiner gap between the discs . The teachings of all of the aforementioned patents and publications are incorporated herein by reference in their entirety.

Designen av den foreliggende oppfinnelsen innbefatter flere forbedringer sammenlignet med de tidligere kjente anordninger og fremgangsmåter. For eksempel resulterer bruken av et piezoelektrisk sensorelement (for eksempel et piezokeramisk sensorelement) i en kraftsensor med høy utgangsspenning, mindre sensitivitet overfor elektrisk støy, og større dynamisk område, i forhold til tidligere designer slik som den i Johansson et al., i US-patent nr. 5747707, hvor deformasjonsmålere ble brukt som sensorelementer. Videre er designen foreslått i US-patent nr. 5747707 upraktisk av flere grunner. For eksempel må det være tilstrekkelig deformasjon av raffinørribben tilknyttet sensorelementet for å oppnå et pålitelig signal fra sensorelementet. Samtidig må raffinørribben tilordnet sensorelementet ha svært like mekaniske egenskaper sammenlignet med andel raffinørribber på raffinørskiven. Slik deformasjon oppnås ved bruk av passende materialer og design på raffinørribben. Dersom raffinørribben er for stiv, er de involverte deformasjonene for små til å måles på pålitelig måte når deformasjonsmålere blir brukt som sensorelementer. En analyse utført av noen av oppfinnerne av den foreliggende oppfinnelsen har vist at en sensordesign basert på deformasjonsmålere og bruk av stål som raffinørribbemateriale i sannhet er upraktisk utfra dette standpunktet. The design of the present invention includes several improvements compared to the previously known devices and methods. For example, the use of a piezoelectric sensing element (such as a piezoceramic sensing element) results in a force sensor with high output voltage, less sensitivity to electrical noise, and greater dynamic range, compared to previous designs such as that of Johansson et al., in the US- patent no. 5747707, where strain gauges were used as sensor elements. Furthermore, the design proposed in US Patent No. 5,747,707 is impractical for several reasons. For example, there must be sufficient deformation of the refiner rib associated with the sensor element to obtain a reliable signal from the sensor element. At the same time, the refiner ribs assigned to the sensor element must have very similar mechanical properties compared to the proportion of refiner ribs on the refiner disc. Such deformation is achieved by the use of suitable materials and design of the refiner rib. If the refiner rib is too stiff, the deformations involved are too small to be reliably measured when strain gauges are used as sensing elements. An analysis carried out by some of the inventors of the present invention has shown that a sensor design based on strain gauges and the use of steel as refiner rib material is indeed impractical from this point of view.

For å overkomme problemer med designen foreslått i US-patent nr. 5747707, kan raffinørribben gjøres mer ettergivende ved å benytte et materiale med en lavere elastisitetsmodul, slik det blir av Gradin et al. (ovenfor), eller ved å modifisere formen eller dimensjonene til noen komponenter i raffinørribben. Deformasjon ved tuppen av raffinørribben må imidlertid forbli liten i forhold til avstanden mellom ribbene på den motstående raffinørskiven, ellers vil ikke de målte kreftene på sensorribben være representative for de virkelige kreftene mellom raffinørribbene. Bruken av forskjellige materialer i raffinørribben innfører også feil siden forskjellig materiale har forskjellige fysiske egenskaper (for eksempel hardhet, slitasjemotstand, termisk utvidelseskoeffisient) i forhold til materialet som brukes i andre raffinørribber på raffinørskivene. Å øke ettergivenheten til raffinørribben kan videre ha en negativ sideeffekt ved å redusere den første resonnansfrekvensen til kraftsensoren. Som beskrevet nedenfor, må denne resonnansfrekvensen være mye høyere enn ribbepassasjefrekvensen i raffinøren ellers vil vibrasjoner av raffinørribben påvirke de målte kreftene. Oppfinnerne har også vist at det i praksis er umulig å inkorporere alle disse kravene i en design basert på deformasjonsmålere som avfølingselementer. To overcome problems with the design proposed in US Patent No. 5,747,707, the refiner rib can be made more compliant by using a material with a lower modulus of elasticity, as done by Gradin et al. (above), or by modifying the shape or dimensions of some components of the refiner rib. However, deformation at the tip of the refiner rib must remain small relative to the distance between the ribs on the opposing refiner disc, otherwise the measured forces on the sensor rib will not be representative of the real forces between the refiner ribs. The use of different materials in the refiner fins also introduces errors since different materials have different physical properties (eg hardness, wear resistance, coefficient of thermal expansion) compared to the material used in other refiner fins on the refiner discs. Increasing the compliance of the refiner rib can further have a negative side effect by reducing the first resonance frequency of the force sensor. As described below, this resonance frequency must be much higher than the rib passage frequency in the refiner otherwise vibrations of the refiner rib will affect the measured forces. The inventors have also shown that it is practically impossible to incorporate all these requirements in a design based on deformation gauges as sensing elements.

I samsvar med et bredt aspekt ved den foreliggende oppfinnelsen er det tilveiebragt en kraftsensor for å måle krefter på en raffinørribbe i en raffinør, slik som en raffinør som brukes for å produsere og/eller behandle tremasse. En kraftsensor i samsvar med oppfinnelsen omfatter et sensorlegeme som har et sensorhode, og ett eller flere sensorelementer i krafttransmisjonskontakt med sensorlegemet. Som beskrevet detaljert nedenfor, er sensorlegemet eller ett eller flere sensorelementer festet til en raffinørskive, slik at sensorhodet erstatter hele eller en del av en raffinørribbe på raffinøroverflaten til en raffinørplate eller -skive. In accordance with a broad aspect of the present invention, there is provided a force sensor for measuring forces on a refiner rib in a refiner, such as a refiner used to produce and/or process wood pulp. A force sensor in accordance with the invention comprises a sensor body which has a sensor head, and one or more sensor elements in power transmission contact with the sensor body. As described in detail below, the sensor body or one or more sensor elements is attached to a refiner disk, such that the sensor head replaces all or part of a refiner rib on the refiner surface of a refiner plate or disk.

Slik det benyttes her er uttrykket "krafttransmisjonskontakt" ment å bety kontakt mellom sensorlegemet og sensorelementer som besørger transmisjon av en hvilken som helst kraft mottatt av sensorlegemet til sensorelementene. Krafttransmisjonskontakten tilveiebringer fortrinnsvis transmisjon av krefter til sensorelementene uten noen dempning eller forstyrrelse av egenskapene til kreftene (for eksempel amplitude, frekvens og fase). I de fleste tilfellene er imidlertid noe demping eller forstyrrelse uunngåelig. As used herein, the term "force transmission contact" is intended to mean contact between the sensor body and sensor elements which provides transmission of any force received by the sensor body to the sensor elements. The power transmission contact preferably provides transmission of forces to the sensor elements without any attenuation or disturbance of the characteristics of the forces (eg amplitude, frequency and phase). In most cases, however, some attenuation or interference is unavoidable.

Slik det benyttes her er uttrykket "sensorelement" ment å omfatte en hvilke som helst transduser som kan frembringe et signal (for eksempel en elektrisk ladning eller et elektrisk signal slik som en spenning eller en strøm) som respons på belastning (for eksempel kompresjon). Et eksempel på et sensorelement er et piezoelektrisk element, slik som et piezokeramisk element. Mens oppfinnelsen beskrevet nedenfor primært med hensyn på piezoelektrisk elementer, må det forstås at oppfinnelsen ikke er begrenset til dette. Egnede piezoelektriske elementer er tilgjengelige fra BM Hi-Tech/sensor Technology Ltd., Collingwood, Ontario. Det foretrekkes piezoelektriske elementer valgt med relativt høy Curie-temperatur (360°C), laget av blyzirconat titanat (keramisk, for eksempel BM500), og med dimensjoner på omtrent 1 mm x 1 mm x 7 mm. Polingsretningen er normal på den langsgående aksen og en av de korte aksene. Elektrodene befinner seg på motstående overflater normalt på polingsretningen. Generelt er en tynn ledning festet (for eksempel loddet) til hver av de to elektrodene til de piezoelektriske elementene, og disse ledningene er forbundet med en ladningsforsterker, som beskrevet nedenfor. En alternativ leverandør av piezoelektriske elementer er Piezo Kinetics Incorporated, Bellefonte, PA. Piezoelektriske elementer laget av PKI#502 som har en Curie-temperatur på 350°C er egnet. Bruk av minst to sensorelementer vil gjøre det mulig å avlede både skjær og normalkrefter. Under visse omstendigheter kan imidlertid begge kreftene avledes med bare ett enkelt sensorelement. As used herein, the term "sensing element" is intended to include any transducer capable of producing a signal (for example, an electrical charge or an electrical signal such as a voltage or a current) in response to loading (for example, compression). An example of a sensor element is a piezoelectric element, such as a piezoceramic element. While the invention described below primarily with regard to piezoelectric elements, it must be understood that the invention is not limited to this. Suitable piezoelectric elements are available from BM Hi-Tech/sensor Technology Ltd., Collingwood, Ontario. Preference is given to piezoelectric elements selected with a relatively high Curie temperature (360°C), made of lead zirconate titanate (ceramic, for example BM500), and with dimensions of approximately 1 mm x 1 mm x 7 mm. The direction of poling is normal to the longitudinal axis and one of the short axes. The electrodes are located on opposite surfaces normally in the direction of poling. Generally, a thin wire is attached (eg soldered) to each of the two electrodes of the piezoelectric elements, and these wires are connected to a charge amplifier, as described below. An alternative supplier of piezoelectric elements is Piezo Kinetics Incorporated, Bellefonte, PA. Piezoelectric elements made of PKI#502 having a Curie temperature of 350°C are suitable. The use of at least two sensor elements will make it possible to derive both shear and normal forces. However, under certain circumstances both forces can be dissipated with just a single sensor element.

Sensorelementene er installert i raffinørkraftsensoren slik at krefter som skal måles blir påtrykt over to motstående overflater av elementene. I tilfeller der elektrodene til de piezoelektriske elementene også er på de samme motstående overflatene, bør et isolerende lag eller sjikt (dvs. et dielektrisk materiale slik som mica, cellofantape, Mylar (varemerke for en polyesterfilm), papir) være anordnet mellom de motstående overflatene og sensorkomponentene som kontakter de motstående overflatene. Alternativt kan sensorlegemet og holderen og/eller raffinørskiveoverflaten være belagt med et tynt isolerende sjikt slik som pådampet alumina. Piezoelektriske elementer er fortrinnsvis installert i kraftsensoren slik at krefter blir påtrykt normalt på polingsretningen til sensorelementene. Polingsretningen til piezoelektriske elementer i utførelsene beskrevet her, er normalt på de to motstående, overflatene som kontakter kraftsensorkomponentene. Bruk av alternativ orientering på polingsretningen og elektroder med hensyn til overflater som kontakter sensorlegemet og holderen og/eller raffinørskiver, kan imidlertid vurderes brukt. The sensor elements are installed in the refiner force sensor so that forces to be measured are applied over two opposite surfaces of the elements. In cases where the electrodes of the piezoelectric elements are also on the same opposing surfaces, an insulating layer or layer (ie, a dielectric material such as mica, cellophane tape, Mylar (trademark for a polyester film), paper) should be provided between the opposing surfaces and the sensor components that contact the opposing surfaces. Alternatively, the sensor body and the holder and/or the refiner disc surface can be coated with a thin insulating layer such as vaporized alumina. Piezoelectric elements are preferably installed in the force sensor so that forces are applied normally to the direction of polarity of the sensor elements. The direction of poling of piezoelectric elements in the embodiments described here is normally on the two opposite surfaces that contact the force sensor components. However, the use of alternative orientation of the poling direction and electrodes with respect to surfaces contacting the sensor body and holder and/or refiner discs may be considered used.

Krefter som utøves på raffinørribbene til raffinørskiven opptas av sensorlegemet via sensorhodet og blir sendt til sensorelementet eller elementene. Som nevnt ovenfor, er sensorlegemet festet til en raffinørskive slik at sensorhodet erstatter hele eller en del av en raffinørribbe. Følgelig har sensorhodet en form eller profil som korresponderer i hovedsaken med profilen til en raffinørribbe. Videre er sensorhodet og/eller legemet laget av det samme eller tilsvarende materialet som i raffinørribben for å sikre konsistens av mekaniske egenskaper (for eksempel hardhet, slitasjemotstand, termisk utvidelseskoeffisient, etc) over raffinørribbene og sensorhodet. Forces exerted on the refiner ribs of the refiner disk are absorbed by the sensor body via the sensor head and are sent to the sensor element or elements. As mentioned above, the sensor body is attached to a refiner disc so that the sensor head replaces all or part of a refiner rib. Accordingly, the sensor head has a shape or profile that corresponds substantially to the profile of a refiner rib. Furthermore, the sensor head and/or body is made of the same or similar material as in the refiner ribs to ensure consistency of mechanical properties (eg hardness, wear resistance, thermal expansion coefficient, etc) across the refiner ribs and the sensor head.

Sensorenheten omfatter sensorlegemet og to eller flere sensorelementer. I slike utførelser er sensorenheten fastklemt til en raffinørplate ved hjelp av et hvilket som helst egnet festemiddel slik som skruer. Spesielt er sensorelementene fastklemt mellom sensorlegemet og raffinørplaten. Slik fastklemming kan oppnås, for eksempel ved en skrue som trenger direkte gjennom sensorlegemet. The sensor unit comprises the sensor body and two or more sensor elements. In such embodiments, the sensor assembly is clamped to a refiner plate using any suitable fastening means such as screws. In particular, the sensor elements are clamped between the sensor body and the refiner plate. Such clamping can be achieved, for example, by a screw that penetrates directly through the sensor body.

I andre utførelser omfatter sensorenheten sensorlegemet, to eller flere sensorelementer og en holder. Sensorenheten er festet til en raffinørskive via holderen ved bruk av en hvilken som helst egnet festeinnretning. Fastklemming av sensorlegemet i krafttransmisjonskontakt med sensorelementene oppnås for eksempel ved å skru sensorlegemet til holderen slik at sensorelementene blir fastklemt mellom sensorlegemet og holderen. Det foretrekkes imidlertid at sensorlegemet er fastklemt til holderen uten direkte å skru sensorlegemet til holderen. For eksempel kan holderen omfatte to eller flere partier mellom hvilke sensorlegemet og sensorelementene er fastklemt, idet holderpartiene er fastklemt via festeinnretninger slik som skruer. I slike utførelser er den eneste fysiske/mekaniske forbindelsen mellom sensorlegemet og raffinørskiven og/eller holderen via sensorelementene, slik at sensorlegemet "flyter" på sensorelementene (se for eksempel utførelsene vist på fig. 2,4,11,14,15 og 16 nedenfor). In other embodiments, the sensor unit comprises the sensor body, two or more sensor elements and a holder. The sensor assembly is attached to a refiner disc via the holder using any suitable attachment device. Clamping the sensor body in power transmission contact with the sensor elements is achieved, for example, by screwing the sensor body to the holder so that the sensor elements are clamped between the sensor body and the holder. However, it is preferred that the sensor body is clamped to the holder without directly screwing the sensor body to the holder. For example, the holder may comprise two or more parts between which the sensor body and the sensor elements are clamped, the holder parts being clamped via fastening devices such as screws. In such embodiments, the only physical/mechanical connection between the sensor body and the refiner disc and/or holder is via the sensor elements, so that the sensor body "floats" on the sensor elements (see for example the embodiments shown in Figs. 2,4,11,14,15 and 16 below ).

Fastklemming av sensorelementene mellom sensorlegemet og raffinørplaten eller skiven og/eller holderen trykker sensorelementene sammen, og på fordelaktig måte tilveiebringer en forbelastning av sensorelementene. Forbelastningen hjelper til å sikre et stabilt signal (for eksempel reduseres støy) fra sensorelementene under drift av kraftsensoren. Videre gir fastklemming sensorenheten strukturell integritet og sikrer at en endring (for eksempel en økning eller minskning) av belastningen ikke resulterer i tap av kontakt mellom sensorlegemet og sensorelementet eller -elementene. Clamping the sensor elements between the sensor body and the refiner plate or disc and/or holder compresses the sensor elements together, advantageously providing a preload of the sensor elements. The preload helps to ensure a stable signal (for example noise is reduced) from the sensor elements during operation of the force sensor. Furthermore, clamping provides the sensor assembly with structural integrity and ensures that a change (eg, an increase or decrease) in the load does not result in a loss of contact between the sensor body and the sensor element or elements.

For optimal drift i en raffinør gjør kraftsensorenheten (dvs. enheten omfattende sensorlegemer, sensorelementer, holder, dersom den er til stede, og maskinelementer slik som skruer) ha en vibrasjonsoppførsel (frekvensrespons) slik at den har en første resonnansfrekvens som er mye høyere enn ribbepassasjefrekvensen til ribbene i raffinøren (dvs. frekvensen hvorved ribbene på en raffinørskive passeres av ribbene på den andre skiven). Slik det brukes her er uttrykket "optimal drift" ment å bety drift som produserer kraftdata som kan brukes til å avlede kreftene produsert på en raffinørribbe under hver ribbepassasje. I avhengighet av faktorer slik som designen til raffinøren, designen til raffinørskivene og posisjonen til skivene, varierer ribbepassasjefrekvensen i en typisk kommersiell raffinør mellom omtrent 20 kHz og omtrent 50 kHz. Mens den første resonnansfrekvensen til kraftsensorenheten teoretisk bør være så høy som mulig i forhold til ribbepassasjefrekvensen, kan fysiske begrensninger redusere hvor høy den første resonnansfrekvensen kan være. En første resonnansfrekvens som er omtrent ti ganger ribbepassasjefrekvensen forventes å være den øvre grensen for de fleste kraftsensordesigner, og slik første resonnansfrekvens forventes å fungere fullstendig tilfredsstillende. På den annen side vil en første resonnansfrekvens som er omtrent 1.5 ganger ribbepassasjefrekvensen produsere nyttbare data, men den vil også produsere noe støy på grunn av vibrasjon i sensorlegemet. Generelt er det fire designprinsipper som kan følges for å øke den første resonnansfrekvensen: 1. Reduksjon av massen til sensorlegemet; 2. Reduksjon av avstanden fra sensorelementene til massesenteret til sensorlegemet; 3. Valg av et materiale som sensorlegemet fremstilles av, som har et høyere forhold mellom elastisitetsmodul (stivhet) og tetthett (for eksempel har karbonfiber/epoxykompositt et mye høyere forhold mellom elastisitetsmodul og tetthet enn stål); 4. Reduksjon av ettergivenheten til sensorelementene (for eksempel piezoelektrisk) ved å redusere deres tykkelse til det minimalt tillate ved produksjon og montasj ebegrensninger. For optimal operation in a refiner, cause the force sensor assembly (i.e., the assembly comprising sensor bodies, sensor elements, holder, if present, and machine elements such as screws) to have a vibration behavior (frequency response) such that it has a first resonance frequency that is much higher than the rib passage frequency to the fins in the refiner (ie the frequency at which the fins on one refiner disc are passed by the fins on the other disc). As used herein, the term "optimal operation" is intended to mean operation that produces force data that can be used to derive the forces produced on a refiner rib during each rib passage. Depending on factors such as the design of the refiner, the design of the refiner discs, and the position of the discs, the rib passage frequency in a typical commercial refiner varies between about 20 kHz and about 50 kHz. While the first resonant frequency of the force sensor unit should theoretically be as high as possible relative to the rib passage frequency, physical limitations can reduce how high the first resonant frequency can be. A first resonance frequency approximately ten times the rib passage frequency is expected to be the upper limit for most force sensor designs, and such first resonance frequency is expected to perform completely satisfactorily. On the other hand, a first resonance frequency that is about 1.5 times the rib passage frequency will produce usable data, but it will also produce some noise due to vibration in the sensor body. In general, there are four design principles that can be followed to increase the first resonance frequency: 1. Reduction of the mass of the sensor body; 2. Reduction of the distance from the sensor elements to the center of mass of the sensor body; 3. Selection of a material from which the sensor body is made, which has a higher ratio of modulus of elasticity (stiffness) to density (for example, carbon fiber/epoxy composite has a much higher ratio of modulus of elasticity to density than steel); 4. Reduction of the compliance of the sensor elements (eg piezoelectric) by reducing their thickness to the minimum allowed by manufacturing and assembly constraints.

Teoretiske prosedyrer slik som begrenset elementanalyse kan anvendes for å bestemme resonnansrfekvensen til kraftsensorenheter. De teoretiske verdiene kan måles og bekreftes eksperimentelt. Theoretical procedures such as finite element analysis can be used to determine the resonant frequency of force sensing devices. The theoretical values can be measured and confirmed experimentally.

Forskjellige utførelser av en kraftsensor i henhold til den foreliggende oppfinnelsen er beskrevet nedenfor. På fig. 1 til 16 refererer felles henvisningstall seg til de samme eller tilsvarende komponenter i de beskrevne utførelsene. Various embodiments of a force sensor according to the present invention are described below. In fig. 1 to 16 common reference numbers refer to the same or corresponding components in the described embodiments.

Med henvisning til utførelsene på fig. 1 og 2 er det i tverrsnitt vist en raffinørskive 10 omfattende en kraftsensorenhet 14. Raffinørplaten 10 har en raffinør- eller slipeflate 16, en ikke-slipende flate 18 motstående til flaten 16 og et hulrom eller utsparing 20 som strekker seg innover fra flaten 18. Raffinørflaten 16 har et mangfold raffinørribber 22. With reference to the embodiments in fig. 1 and 2, there is shown in cross-section a refiner disk 10 comprising a force sensor unit 14. The refiner plate 10 has a refiner or grinding surface 16, a non-abrasive surface 18 opposite to the surface 16 and a cavity or recess 20 which extends inwards from the surface 18. The refiner surface 16 has a plurality of refiner ribs 22.

Sensorenheten 14 omfatter et sensorlegeme 30 og fire piezoelektriske sensorelementer 26 anordnet i en sensorholder 28. Sensorenheten 14 er anordnet i utsparingen eller hulrommet 20. The sensor unit 14 comprises a sensor body 30 and four piezoelectric sensor elements 26 arranged in a sensor holder 28. The sensor unit 14 is arranged in the recess or cavity 20.

Sensorlegemet 30 har et sensorhode 32; sensorhodet 32 har en profil som passer med profilen til delen av raffinørribben hvori den er innført. Dvs. at topp- og sideflatene til sensorhodet 32 i hovedsaken flukter med den tilstøtende toppen og sideflatene til raffinørribben hvori den er innført. Sensorhodet 32 erstatter således en kort lengde (for eksempel 5 mm) av raffinørribben hvori den er innført og er fortrinnsvis laget av det samme materialet, slik at det har de samme mekaniske egenskapene. The sensor body 30 has a sensor head 32; the sensor head 32 has a profile that matches the profile of the part of the refiner rib in which it is inserted. That is that the top and side surfaces of the sensor head 32 are essentially flush with the adjacent top and side surfaces of the refiner rib into which it is inserted. The sensor head 32 thus replaces a short length (for example 5 mm) of the refiner rib in which it is inserted and is preferably made of the same material, so that it has the same mechanical properties.

Et klebefyllelement 52 (for eksempel et silikonklebemiddel) opptar gapet mellom sernsorlegemet 30, raffinørplaten 10 og sensorholderen 28 for å forhindre forurensning av sensorelementene 26 av vann, damp og/eller masse. An adhesive filler element 52 (for example a silicone adhesive) occupies the gap between the sensor body 30, the refiner plate 10 and the sensor holder 28 to prevent contamination of the sensor elements 26 by water, steam and/or pulp.

De piezoelektriske sensorelementene 26 er anordnet mellom sensorlegemet 30 og sensorholderen 28. For å forenkle montasjen kan de piezoelektriske sensorene være festet til sensorlegemet ved bruk av et klebemiddel slik som for eksempel epoxy, men festing av sensorene til sensorlegemet er imidlertid ellers unødvendig siden fastklemming av sensorenheten holder sensorelementene på plass. Fire piezoelektriske elementer 26 er brukt i utførelsen vist på fig. 1, men designer som innbefatter et hvilket som helst antall sensorelementer 26 må forstås å være en del av den foreliggende oppfinnelsen. The piezoelectric sensor elements 26 are arranged between the sensor body 30 and the sensor holder 28. To simplify assembly, the piezoelectric sensors can be attached to the sensor body using an adhesive such as, for example, epoxy, but attaching the sensors to the sensor body is however otherwise unnecessary since the sensor unit is clamped holds the sensor elements in place. Four piezoelectric elements 26 are used in the embodiment shown in fig. 1, but designs that include any number of sensor elements 26 must be understood to be part of the present invention.

Som vist mer detaljert på fig. 2, er sensorholderen 28 laget av to deler 28a,28b holdt sammen av festeinnretninger 65. Ved å stramme festeinnretningen påføres en forbelastning på de piezoelektriske sensorelementene 26 for å sikre at under drift er de piezoelektriske elementene 26 alltid sammentrykt. I tillegg sikrer dette at sensorelementene 26 er i krafttransmisjonskontakt i holderen 28. Sensorholderen 28 er festet inne i rommet 20 i den ikke-slipende overflaten 18 til raffinørskiven 10 ved hjelp av skruer 60. As shown in more detail in fig. 2, the sensor holder 28 is made of two parts 28a, 28b held together by fastening devices 65. By tightening the fastening device, a preload is applied to the piezoelectric sensor elements 26 to ensure that during operation the piezoelectric elements 26 are always compressed. In addition, this ensures that the sensor elements 26 are in power transmission contact in the holder 28. The sensor holder 28 is fixed inside the space 20 in the non-abrasive surface 18 of the refiner disc 10 by means of screws 60.

Ved å bruke begrenset elementanalyse ved den første naturlige frekvensen til utførelsen vist på fig. 2 funnet å være 30 kHz. Using finite element analysis at the first natural frequency of the embodiment shown in Fig. 2 found to be 30 kHz.

Fig. 3 A og 3B er adskilte perspektivtegninger av en kraftsensorenhet slik som utførelsen vist på fig. 2. Som vist, er tynne sjikt av isolerende materiale 72 slik som for eksempel mica anordnet mellom hver av de to motstående overflatene av piezoelektriske elementer 26, og overflatene til holderen 28a, 28b som de er i kontakt med. Dersom det er nødvendig, kan de isolerende sjiktene eller lagene være festet til de piezoelektriske elementene 26 og/eller overflatene til sensorlegemet 30 og/eller holderen 28a, 28b ved bruk av et egnet klebemiddel. De isolerende sjiktene 72 forhindrer elektrisk kontakt mellom elektroder på overflaten til de piezoelektriske elementene 26 og sensorlegemet 30 og holderen 28. Sensorlegemet 30 og de piezoelektriske elementene 26 er klemt mellom de to delene 28a, 28b til holderen 28 med skruer 65. Ledninger (ikke vist) fra hvert av de piezoelektriske elementene 26 passerer gjennom en åpning 76 i holderen 28a. Fig. 3 A and 3B are separate perspective drawings of a force sensor unit such as the embodiment shown in fig. 2. As shown, thin layers of insulating material 72 such as, for example, mica are arranged between each of the two opposing surfaces of piezoelectric elements 26, and the surfaces of the holder 28a, 28b with which they are in contact. If necessary, the insulating layers or layers can be attached to the piezoelectric elements 26 and/or the surfaces of the sensor body 30 and/or the holder 28a, 28b using a suitable adhesive. The insulating layers 72 prevent electrical contact between electrodes on the surface of the piezoelectric elements 26 and the sensor body 30 and the holder 28. The sensor body 30 and the piezoelectric elements 26 are clamped between the two parts 28a, 28b of the holder 28 with screws 65. Wires (not shown ) from each of the piezoelectric elements 26 passes through an opening 76 in the holder 28a.

Kraftsensorenheten er sikret i en uttagning 20 i den ikke-slipende overflaten 18 til raffinørskiven 10 ved bruk av skruer 60. Uttagningen eller hulrommet 20 i raffinørskiven 10, kan dersom den er fremstilt etter varmebehandling av raffinørplaten, være fremstilt ved bruk av en hvilken som helst egnet prosess, slik som elektroutladningsmaskinering (EDM). Ikke-varmebehandlet innsatser 78 kan være presset inn i hull laget ved hjelp av EDM og disse innsatsene kan så tappes for å motta skruene 60. The force sensor unit is secured in a recess 20 in the non-abrasive surface 18 of the refiner disc 10 using screws 60. The recess or cavity 20 in the refiner disc 10, if made after heat treatment of the refiner plate, can be made using any suitable process, such as electrical discharge machining (EDM). Non-heat treated inserts 78 may be pressed into holes made by EDM and these inserts may then be tapped to receive the screws 60.

Som vist på fig. 3B, mottar en åpning 80 i en raffinørribbe 22a sensorhodet 32 slik at sensorhodet 32 erstatter en del av raffinørribben 22a, og de eksponerte flatene til sensorhodet 32 flukter med de tilstøtende flatene til raffinørribben 22a. As shown in fig. 3B, an opening 80 in a refiner rib 22a receives the sensor head 32 so that the sensor head 32 replaces a portion of the refiner rib 22a, and the exposed surfaces of the sensor head 32 are flush with the adjacent surfaces of the refiner rib 22a.

De følgende alternative utførelsene av raffinørkraftsensoren trekker fordel av det første og det andre designprinsippet ovenfor hvilket resulterer i høyere første resonnansfrekvens enn utførelsen på fig. 2. Videre kan det oppnås økning av den første resonnansrfekvensen til en hvilke som helst av disse utførelsene ved å benytte tredje og fjerde designprinsippet beskrevet ovenfor. The following alternative embodiments of the refiner force sensor take advantage of the first and second design principles above resulting in a higher first resonance frequency than the embodiment of FIG. 2. Furthermore, an increase in the first resonant frequency of any of these embodiments can be achieved by using the third and fourth design principles described above.

I utførelsen vist på fig. 4 er sensorlegemet 30 T-formet som i utførelsene på fig. 1 til 3B. Til forskjell fra disse utførelsene omgir imidlertid ikke lenger sensorholderen 28 en del av sensorlegemet 30 og har isteden blitt redusert til en enkelt plate eller skive. Som beskrevet ovenfor, er det nødvendig med bare to piezoelektriske elementer for å avlede skjær og normalkraften som påtrykker sensorhodet 32.1 denne og de forutgående utførelsene kan således to av de fire sensorelementene etter valg erstattes med ikke-aktive elementer (dvs. elementer av det samme eller forskjellig materiale som sensorelementene, som har en effektiv ettergivenhet som er omtrent den samme som for sensorelementene). I den foreliggende utførelsen er for eksempel de to elementene 46 slike ikke-aktive elementer. En forbelastning påtrykkes de piezoelektriske elementene 26 ved hjelp av skruer 64 som også sikrer sensorholderen 28 i uttagningen 20 i raffinørskiven 10. De ikke-aktive elementene 46 har tilstrekkelig ettergivenhet til at når sensorhodet 32 blir utsatt for normale skjærkrefter vil disse kreftene bæres hovedsakelig av de piezoelektriske elementene 26. Forenklingen av sensorholderen 28 tillater redusert lengde og masse av sensorlegemet 30 og således avstanden fra piezoelementene 26 til massesenteret til sensorlegemet 30. Disse modifikasjonene bidrar alle til en reduksjon av den første resonnansrfekvensen til kraftsensorenheten. In the embodiment shown in fig. 4, the sensor body 30 is T-shaped as in the embodiments in fig. 1 to 3B. Unlike these embodiments, however, the sensor holder 28 no longer surrounds part of the sensor body 30 and has instead been reduced to a single plate or disk. As described above, only two piezoelectric elements are required to deflect shear and the normal force that acts on the sensor head 32.1 this and the previous embodiments, two of the four sensor elements can thus optionally be replaced with non-active elements (i.e. elements of the same or different material as the sensor elements, which has an effective compliance approximately the same as that of the sensor elements). In the present embodiment, for example, the two elements 46 are such non-active elements. A preload is applied to the piezoelectric elements 26 by means of screws 64 which also secure the sensor holder 28 in the recess 20 in the refiner disc 10. The non-active elements 46 have sufficient compliance that when the sensor head 32 is subjected to normal shear forces these forces will be carried mainly by the the piezoelectric elements 26. The simplification of the sensor holder 28 allows a reduced length and mass of the sensor body 30 and thus the distance from the piezoelectric elements 26 to the center of mass of the sensor body 30. These modifications all contribute to a reduction of the first resonance frequency of the force sensor unit.

Utførelsen vist på fig. 5 er tilsvarende den som er vist på fig. 4 unntatt for at de ikke-aktive komponentene 46 er eliminert, og sensorlegemet 30 er innfanget av en skrue 62, ved hjelp av hvilken en forbelastning blir påtrykt piezosensorelementene 26. Skruen befinner seg på den langsgående aksen til sensorlegemet 30 (dvs. innrettet med den lange aksen til raffinørribbene 22). Skruer 60 fester kraftsensorenheten i uttagningen 20 i raffinørskiven 10, men påtrykker ikke noen forbelastning på sensorelementene 26. Noe av skjær- og normalkreftene som blir opptatt av sensorhodet 32 vil bli overført til sensorholderen 28 via skruen 62 snarere enn via de piezoelektriske elementene 26. Det er derfor vesentlig at skruen 62 er vesentlig mer etterføyende (dvs. mindre stiv) enn piezoelementene 26 slik at tilstrekkelig belastning blir overført gjennom de piezoelektriske elementene 26 for å sikre at målbare signaler blir generert. The embodiment shown in fig. 5 is similar to that shown in fig. 4 except that the non-active components 46 are eliminated, and the sensor body 30 is captured by a screw 62, by means of which a preload is applied to the piezo sensor elements 26. The screw is located on the longitudinal axis of the sensor body 30 (ie aligned with the long axis of the refiner ribs 22). Screws 60 secure the force sensor unit in the recess 20 in the refiner disc 10, but do not apply any preload to the sensor elements 26. Some of the shear and normal forces absorbed by the sensor head 32 will be transferred to the sensor holder 28 via the screw 62 rather than via the piezoelectric elements 26. it is therefore essential that the screw 62 is substantially more compliant (ie less rigid) than the piezoelectric elements 26 so that sufficient load is transmitted through the piezoelectric elements 26 to ensure that measurable signals are generated.

Utførelsen vist på fig. 6 er tilsvarende den som er vist på fig. 5 unntatt for at skulderen 34 til sensorlegemet 20 flukter med overflaten til raffinørskiven ved basisen 24 av sporene mellom raffinørribbene 22. Dette reduserer ytterligere lengden og massen til sensorlegemet 30 som i sin tur reduserer avstanden fra piezoelementene 26 til massesenteret til sensorlegemet 30, hvilket resulterer i en høyere første resonnansrfekvens. Denne utførelsen har imidlertid den ulempen at feil i skruen 62 vil forårsake at sensorlegemet 30 faller inn i raffinørsonen mellom raffinørskivene, med vesentlig ødeleggelse av raffinøren. I de tidligere utførelsene er sensorlegemet 30 innfanget i raffinørskiven 10 for å forhindre bevegelse av sensorlegemet 30 inn i raffinørsonen i tilfelle feil. The embodiment shown in fig. 6 is similar to that shown in fig. 5 except that the shoulder 34 of the sensor body 20 is flush with the surface of the refiner disk at the base 24 of the grooves between the refiner ribs 22. This further reduces the length and mass of the sensor body 30 which in turn reduces the distance from the piezo elements 26 to the center of mass of the sensor body 30, resulting in a higher first resonance frequency. However, this design has the disadvantage that failure of the screw 62 will cause the sensor body 30 to fall into the refiner zone between the refiner disks, with substantial destruction of the refiner. In the previous embodiments, the sensor body 30 is captured in the refiner disk 10 to prevent movement of the sensor body 30 into the refiner zone in the event of a failure.

Med henvisning til fig. 6 kan denne utførelsen modifiseres ved å eliminere holderen 28 og uttagningen 20 i den ike-slipende overflaten 18 til raffinørskiven 10. Isteden er en liten uttagning tilveiebragt i raffinøroverflaten 16 for å akseptere sensorlegemet 30 og piezoelementer 26. En åpning gjennom raffinørskiven 10 er tilveiebragt for å oppta en skrue 62 for å sikre raffinørlegemet 30 i uttagningen i raffinøroverflaten 16.1 en slik modifisert utførelse holdes sensorlegemet 30 i posisjon i raffinøroverflaten 16 av raffinørskiven 10 uten behovet for en holder 28. En slik utførelse har imidlertid den samme ulempen som nevnt ovenfor med hensyn til utførelsen i fig. 6. With reference to fig. 6, this embodiment may be modified by eliminating the retainer 28 and the recess 20 in the ike-abrasive surface 18 of the refiner disc 10. Instead, a small recess is provided in the refiner surface 16 to accept the sensor body 30 and piezo elements 26. An opening through the refiner disc 10 is provided for to receive a screw 62 to secure the refiner body 30 in the recess in the refiner surface 16.1 such a modified embodiment, the sensor body 30 is held in position in the refiner surface 16 by the refiner disk 10 without the need for a holder 28. However, such an embodiment has the same disadvantage as mentioned above with respect to the embodiment in fig. 6.

Fig. 7 viser en utførelse av sensorlegemet 30 med piezoelementet 26 som er egnet for bruk i en kraftsensor tilsvarende den som er vist i en hvilken som helst av de Fig. 7 shows an embodiment of the sensor body 30 with the piezo element 26 which is suitable for use in a force sensor corresponding to that shown in any of the

forutgående utførelsene. Slik det kan ses på fig. 7 har sensorlegemet 30 blitt modifisert for å oppta sensorelementene 26 i en vinkel i forhold til overflaten til raffinørskiven 10. Korresponderende modifikasjon av holderen 28 og/eller raffinørskiven 10 i de tidligere utførelsene vil derfor være nødvendig for å oppta det foreliggende sensorlegemet. previous executions. As can be seen in fig. 7, the sensor body 30 has been modified to receive the sensor elements 26 at an angle in relation to the surface of the refiner disc 10. Corresponding modification of the holder 28 and/or the refiner disc 10 in the previous embodiments will therefore be necessary to receive the present sensor body.

Som angitt ovenfor, er piezoelektriske elementer mer sensitive for belastning som opptrer normalt på deres polingsretning. Siden polingsretningen til de piezoelektriske elementene 27 er normal på de to motstående overflatene som kontakter sensorkomponentene, tilveiebringer den vinklede orienteringen av de piezoelektriske elementene 27 i denne utførelsen utmerket oppløsning av en skjærkraft påtrykt sensorhodet 32. As indicated above, piezoelectric elements are more sensitive to stress acting normal to their direction of poling. Since the poling direction of the piezoelectric elements 27 is normal to the two opposing surfaces contacting the sensor components, the angled orientation of the piezoelectric elements 27 in this embodiment provides excellent resolution of a shear force applied to the sensor head 32.

I utførelsen vist på fig. 8 Har massen til sensorlegemet 30 blitt redusert i forhold til de forutgående utførelsene. Sensorlegemet 30 er montert på to piezoelektriske elementer 26 som er anordnet i en vinkel i forhold til overflaten til raffinørskiven 10. Som i den tidligere utførelsen, sikrer denne orientering av de piezoelektriske elementene 26 utmerket oppløsning av en skjærkraft påtrykt sensorhodet 32. Sensorlegemet 30 er innfanget og forbelastning påtrykkes piezoelementene 26 med en skrue 62 anordnet sentralt i sensorlegemet 30 og holderen 28. Sensorlegemet 30 innbefatter også tapper 40 som strekker seg under raffinøroverflaten til raffinørskiven 10. Tappene 40 forhindrer sensorlegemet 30 i å falle inn i raffinør- eller slipesonen i tilfelle feil i skruen 62. In the embodiment shown in fig. 8 Has the mass of the sensor body 30 been reduced compared to the previous designs. The sensor body 30 is mounted on two piezoelectric elements 26 which are arranged at an angle to the surface of the refiner disc 10. As in the previous embodiment, this orientation of the piezoelectric elements 26 ensures excellent resolution of a shear force applied to the sensor head 32. The sensor body 30 is captured and preload is applied to the piezo elements 26 with a screw 62 arranged centrally in the sensor body 30 and the holder 28. The sensor body 30 also includes pins 40 that extend below the refiner surface of the refiner disc 10. The pins 40 prevent the sensor body 30 from falling into the refiner or grinding zone in the event of failure in screw 62.

I utførelsen vist på fig. 9 har massen til sensorlegemet 30 blitt ytterligere redusert i forhold til den forutgående utførelsen, ved at det er tilveiebragt en holder 28 som erstatter en del av en raffinørribbe. Sensorlegemet 30 er montert på to piezoelektriske elementer 26 som, til forskjell fra tidligere utførelser, befinner seg over basisen til sporene mellom raffinørribber 22 i raffinørskiven 10. Sensorlegemet 30 er innfanget og forbelastning blir påtrykt de piezoelektriske elementene 26 av en skrue 62 som befinner seg sentralt i sensorlegemet 30. Sensorlegemet 30 innbefatter også tapper 40 som strekker seg under den øvre overflaten til raffinørskiven 10. Tappene 40 forhindrer sensorlegemet 30 i å falle inn i raffinørsonen i tilfelle feil i skruen 62. In the embodiment shown in fig. 9, the mass of the sensor body 30 has been further reduced compared to the previous embodiment, in that a holder 28 has been provided which replaces part of a refiner rib. The sensor body 30 is mounted on two piezoelectric elements 26 which, unlike previous designs, are located above the base of the grooves between refiner ribs 22 in the refiner disc 10. The sensor body 30 is captured and preload is applied to the piezoelectric elements 26 by a screw 62 which is located centrally in the sensor body 30. The sensor body 30 also includes tabs 40 that extend below the upper surface of the refiner disc 10. The tabs 40 prevent the sensor body 30 from falling into the refiner zone in the event of a screw 62 failure.

I utførelsen vist på fig. 10 er sensorlegemet 30 opplagret lateralt på fire piezoelektriske elementer 26 og opplagret vertikalt på et piezoelektrisk element 29. Holderen 28 omfatter en vertikal forlengelse 54 og en holdeplate 56. Sensorlegemet 30 og piezoelektriske elementer 26 er klemt mellom den vertikale forlengelsen 54 og holdeplaten 56 med en eller flere skruer 65, som også påtrykker en forbelastning på sensorelementene. In the embodiment shown in fig. 10, the sensor body 30 is supported laterally on four piezoelectric elements 26 and supported vertically on a piezoelectric element 29. The holder 28 comprises a vertical extension 54 and a holding plate 56. The sensor body 30 and piezoelectric elements 26 are clamped between the vertical extension 54 and the holding plate 56 with a or several screws 65, which also impose a preload on the sensor elements.

Utførelsen på fig. 11 er tilsvarende den som er vist på fig. 10 unntatt for at sensorlegemet 30 blir opplagret lateralt på to snarere enn fire piezoelektriske elementer 26. The embodiment in fig. 11 is similar to that shown in fig. 10 except that the sensor body 30 is supported laterally on two rather than four piezoelectric elements 26.

Utførelsen på fig. 12 er tilsvarende den som er vist på fig. 10 unntatt for at de fire The embodiment in fig. 12 is similar to that shown in fig. 10 except that the four

piezoelektriske elementene 26 er anordnet i en vinkel i forhold til den sentrale aksen til sensorlegemet 30, og det piezoelektriske elementet 29 ved basisen av sensorlegemet 30 er eliminert. Den vertikale forlengelsen 54 av sensorholderen 28 og holdeplaten 56 har motstående kilelignende profiler. Skruer 65 klemmer sensorlegemet 30 mellom den vertikale forlengelsen 54 og holdeplaten 56 og påtrykker forbelastning på sensorelementene 26. Når klemmeskruene 65 blir strammet, vil også kileprofilene sikre at sensorlegemet 30 og piezoelementene 26 blir riktig lokalisert i både den vertikale og horisontale retningen. the piezoelectric elements 26 are arranged at an angle to the central axis of the sensor body 30, and the piezoelectric element 29 at the base of the sensor body 30 is eliminated. The vertical extension 54 of the sensor holder 28 and the holding plate 56 have opposing wedge-like profiles. Screws 65 clamp the sensor body 30 between the vertical extension 54 and the holding plate 56 and apply preload to the sensor elements 26. When the clamping screws 65 are tightened, the wedge profiles will also ensure that the sensor body 30 and the piezo elements 26 are correctly located in both the vertical and horizontal directions.

Utførelsen på fig. 13 er tilsvarende den som er vist på fig. 12, unntatt for at to av de piezoelektriske elementene 26 har blitt eliminert og det sentrale spennet til sensorlegemet 30 har blitt redusert til en tynn bane. Sensorholderen omfatter også to partier 28a, 28b. Ved klemming av sensorlegemet 30 og piezoelektriske elementer 26 mellom holdepartiene 28a, 28b, overfører denne banen forbelastning til det øvre partiet av sensorlegemet 30 og således til sensorelementene 26, samtidig som den er tilstrekkelig fleksibel til at krefter som påtrykker sensorhodet 32 blir overført til de piezoelektriske elementene 26. The embodiment in fig. 13 is similar to that shown in fig. 12, except that two of the piezoelectric elements 26 have been eliminated and the central span of the sensor body 30 has been reduced to a thin web. The sensor holder also comprises two parts 28a, 28b. When clamping the sensor body 30 and piezoelectric elements 26 between the holding parts 28a, 28b, this path transfers preload to the upper part of the sensor body 30 and thus to the sensor elements 26, at the same time that it is sufficiently flexible so that forces pressing on the sensor head 32 are transferred to the piezoelectric the elements 26.

I utførelsen på fig. 14, som bare viser en raffinørkraftsensorenhet, er sensorlegemet 30 trekantet ved dets basis. Sensorlegemet 30 blir opplagret på tre piezoelektriske elementer 26. Sensorlegemet 30 og piezoelektriske elementer 26 er innfanget i en trekantformet uttagning i holderen 28, som er til stede mellom den vertikale forlengelsen 54 til holderen 28 og holdeplaten 56. Forbelastning påtrykkes sensorelementene 26 lateralt av en eller flere skruer 65. In the embodiment in fig. 14, which only shows a refiner force sensor assembly, the sensor body 30 is triangular at its base. The sensor body 30 is supported on three piezoelectric elements 26. The sensor body 30 and piezoelectric elements 26 are captured in a triangular recess in the holder 28, which is present between the vertical extension 54 of the holder 28 and the holding plate 56. Preload is applied to the sensor elements 26 laterally by one or several screws 65.

I utførelsen vist på fig. 15 har sensorlegemet 30 et trekantformet basisparti tilsvarende det som er vist på fig. 14. Sensorholderen 28 har en korresponderende spaltet uttagning for å oppta sensorlegemet 28 og tre piezoelementer 26. Til forskjell fra utførelsen på fig. 14, omfatter ikke sensorholderen 30 i denne utførelsen en vertikal forlengelse 54 eller holdeplate 56. Isteden blir en settskrue 70 og plate 58 brukt til å klemme sensorlegemet 30 inn i sensorholderen 28, og påtrykke forbelastning på sensorelementer 26. Det vil si at stramming av settskruen 70 tvinger platene 58 mot sensorelementene 26 og sensorlegemet 30. Platen 58 er tappet for å forhindre den fra å rotere når settskruen 70 blir rotert. Holderen 28 er festet i uttagningen 20 i raffinørplaten 10 med skruer 64. In the embodiment shown in fig. 15, the sensor body 30 has a triangular base portion corresponding to that shown in fig. 14. The sensor holder 28 has a corresponding slotted recess to accommodate the sensor body 28 and three piezo elements 26. Unlike the embodiment in fig. 14, the sensor holder 30 in this embodiment does not include a vertical extension 54 or holding plate 56. Instead, a set screw 70 and plate 58 are used to clamp the sensor body 30 into the sensor holder 28, and apply preload to sensor elements 26. That is, tightening the set screw 70 forces the plates 58 against the sensor elements 26 and the sensor body 30. The plate 58 is tapped to prevent it from rotating when the set screw 70 is rotated. The holder 28 is fixed in the recess 20 in the refiner plate 10 with screws 64.

I utførelsen vist på fig. 14 og 15 kan det piezoelektriske elementet 26 nedenfor basisen av sensorlegemet 30 være erstattet med et ikke-aktivt element som beskrevet ovenfor. Den ikke-aktive komponenten må ha tilstrekkelig ettergivenhet til at når sensorhodet 32 blir utsatt for normale skjærkrefter, blir disse kreftene hovedsakelig båret av de gjenværende to piezoelektriske elementene 26. In the embodiment shown in fig. 14 and 15, the piezoelectric element 26 below the base of the sensor body 30 can be replaced with a non-active element as described above. The non-active component must have sufficient compliance so that when the sensor head 32 is subjected to normal shear forces, these forces are mainly carried by the remaining two piezoelectric elements 26.

Som nevnt ovenfor, er i noen utførelser (for eksempel de som er vist på fig. 2,4,11,14,15 og 16), den eneste fysiske/mekaniske koplingen mellom sensorlegemet og As mentioned above, in some embodiments (for example those shown in Figs. 2,4,11,14,15 and 16), the only physical/mechanical connection between the sensor body and

raffiniørskiven og/eller holderen via sensorelementene, slik at sensorlegemet "flyter" på sensorelementene. Det er å merke seg at i utførelsene på fig. 10 og 12 kan slik flyting av sensorlegemet 30 oppnås dersom skruen eller skruene 65 ikke kontakter sensorlegemet 30. Dvs., for å oppnå flyting av sensorlegemet 30, må åpningen i sensorlegemet 30 ha tilstrekkelig diameter til at skruen 65 ikke kontakter sensorlegemet 30. the refiner disc and/or holder via the sensor elements, so that the sensor body "floats" on the sensor elements. It is to be noted that in the embodiments of fig. 10 and 12, such floating of the sensor body 30 can be achieved if the screw or screws 65 do not contact the sensor body 30. That is, in order to achieve floating of the sensor body 30, the opening in the sensor body 30 must have a sufficient diameter so that the screw 65 does not contact the sensor body 30.

Virkemåten til sensordriften skal nå beskrives. The operation of the sensor operation will now be described.

Det refereres da til utførelsen på fig. 1 til 16, og når normal og skjærkrefter påtrykkes sensorhodet 32, utvikles reaksjonskrefter ved hver av piezosensorelementenes lokaliseringer. En elektrisk ladning, proporsjonal med størrelsen på reaksjonskraften, utvikles av hvert piezosensorelement 26. Den påtrykte normal og skjærkraften kan bestemmes ved å måle og behandle de elektriske signalene fra hvert av piezosensorelementene 26 ved bruk av passende signalbehandlingsutstyr og dataanalyse. Reference is then made to the embodiment in fig. 1 to 16, and when normal and shear forces are applied to the sensor head 32, reaction forces are developed at each of the piezo sensor element locations. An electrical charge, proportional to the magnitude of the reaction force, is developed by each piezo sensor element 26. The applied normal and shear force can be determined by measuring and processing the electrical signals from each of the piezo sensor elements 26 using appropriate signal processing equipment and data analysis.

Eksempel. Example.

En kraftsensor i samsvar med utførelsen på fig. 2 ble installert i en laboratorieraffinør. Raffinøren hadde en diameter på 30 cm og ble drevet ved atmosfæretrykk. Raffinøren ble matet med kjemi-termomekanisk masse med en konsistens på omtrent 20%. Fig. 17A og B viser normal- og skjærkrefter beregnet ved bruk av signalene fra to piezokeramiske elementsensorer 26. På fig. 17A ble reffinøren drevet med 1260 omdreininger pr. min., korresponderende med en periode på omtrent 270 mikrosekunder mellom ribbepassasjer (en ribbepassasjefrekvens på omtrent 3,70 kHz). På fig. 17B ble raffinøren drevet i en høyere hastighet på 2594 omdreininger pr. min., som korresponderer med en ribbepassasjeperiode på 131 mikrosekunder (en ribbepassasjefrekvens på omtrent 7,63 kHz). Av disse resultatene kan det ses at normal-og skjærkreftene relatert til individuelle ribbekryssinger kan måles med en kraftsensor i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen. A force sensor in accordance with the embodiment of fig. 2 was installed in a laboratory refiner. The refiner had a diameter of 30 cm and was operated at atmospheric pressure. The refiner was fed with chemical-thermomechanical pulp with a consistency of approximately 20%. Fig. 17A and B show normal and shear forces calculated using the signals from two piezoceramic element sensors 26. In fig. 17A, the refiner was operated at 1260 revolutions per min., corresponding to a period of about 270 microseconds between rib passages (a rib passage frequency of about 3.70 kHz). In fig. 17B, the refiner was operated at a higher speed of 2594 rpm. min., which corresponds to a rib passage period of 131 microseconds (a rib passage frequency of approximately 7.63 kHz). From these results, it can be seen that the normal and shear forces related to individual rib crossings can be measured with a force sensor in accordance with the present invention.

De piezoelektriske elementene som ble brukt i den initielle testingen ovenfor ble funnet å ha dårlig dimensjonskontroll. Som et resultat, ble piezoelektriske elementer som har utmerket dimensjonskontroll (Piezo Kinetics Incorporated, Bellafonte, PA, PKI#502, Curie temperatur 350°C) innlemmet i kraftsensoren på fig. 2. Dette forbedrer toleranser under montasje og tilveiebragt en mer jevn fordeling av belastning til sensorelementene. I tillegg blir ladningsforsterkerne som blir brukt under den initielle testingen ovenfor, som var utviklet internt, erstattet med industriell kvalitetladningsforsterke (Kistler Type 5010). Disse to faktorene forbedret kvaliteten til signaler tilbveiebragt fra sensoren, som indikert på fig. 18A og B. The piezoelectric elements used in the initial testing above were found to have poor dimensional control. As a result, piezoelectric elements having excellent dimensional control (Piezo Kinetics Incorporated, Bellafonte, PA, PKI#502, Curie temperature 350°C) were incorporated into the force sensor of FIG. 2. This improves tolerances during assembly and provides a more even distribution of load to the sensor elements. In addition, the charge amplifiers used during the initial testing above, which were developed in-house, are replaced with industrial grade charge amplifiers (Kistler Type 5010). These two factors improved the quality of signals provided from the sensor, as indicated in Fig. 18A and B.

På fig. 18A ble raffinøren drevet med 700 omdreninger pr. min., som korresponderer med en ribbepassasjefrekvens på omtrent 2.06 kHz. På fig. 18B ble raffinøren drevet med en høyere hastighet på 2600 omdreininger pr. min., som korresponderer med en ribbepassasjefrekvens på omtrent 7,64 kHz. Av disse resultatene kan det ses at optimalisering av kraftsensoren tilveiebringer utmerket oppløsning av normal og skjærkrefter relatert til individuelle ribbekryssinger. In fig. 18A, the refiner was operated at 700 revolutions per min., which corresponds to a rib crossing frequency of approximately 2.06 kHz. In fig. 18B, the refiner was operated at a higher speed of 2600 rpm. min., which corresponds to a rib crossing frequency of approximately 7.64 kHz. From these results, it can be seen that optimization of the force sensor provides excellent resolution of normal and shear forces related to individual rib crossings.

Med henvisning til fig. 19 omfatter et raffinørsystem 200 en enkel skiveraffinør 202, ladningsforsterkere 204, en datasøkeenhet 206 og en datamaskin eller kontrollinnretning 208. With reference to fig. 19, a refiner system 200 comprises a single disc refiner 202, charge amplifiers 204, a data retrieval unit 206 and a computer or control device 208.

Enkeltskiveraffinøren 202 har en roterende skive 210 som omfatter raffinørplater eller skiver og en stasjonær skive 212 som omfatter raffinørplater og kraftsensorer 214 i samsvar med den foreliggende oppfinnelsen, slik som utførelsene vist på fig. 1 til 15. Hver kraftsensor 214 omfatter ett eller flere piezoelektriske sensorelementer som illustrert i utførelsene ovenfor. The single disc refiner 202 has a rotating disc 210 comprising refiner plates or discs and a stationary disc 212 comprising refiner plates and force sensors 214 in accordance with the present invention, such as the embodiments shown in fig. 1 to 15. Each force sensor 214 comprises one or more piezoelectric sensor elements as illustrated in the embodiments above.

Raffinøren 202 har en aksel 216 for å rotere skiven 210 og et mateinnløp 218 for treflis eller tremasse. Fig. 19 viser således de forskjellige komponentene til et system som anvendes for å måle krefter inne i en raffinør. Raffinøren illustrert på fig. 19 er en enkeltroterende skiveraffinør, vanligvis referert til som en enkeltskiveraffinør. Fire kraftsensorer er illustrert på fig. 19, men et hvilket som helst antall kan anvendes i avhengighet av applikasjonen. Hvert piezoelektrisk element til hver kraftsensor er tilkoplet en ladningsforsterker. Ladningsforsterkerne er tilkoplet datasøkeenheten. I den viste utførelsen kan den sistnevnte være et digitalt oscilloskop, analog til digitalkonverter, eller en hvilken som helst annen innretning for å sample og digitalisere signalene fra landingsforsterkerne. Analoge teknikker kan imidlertid også anvendes for å behandle kraftsensorsignalet eller signalene. Datasøkeenheten er tilkoplet datamaskinen via et digitalt grensesnitt, slik at de målte dataene kan overføres for behandling for å bestemme størrelsen på kreftene på raffinørribber til den stasjonære skiven eller platen. Fig. 20 viser et raffinørsystem 300 som omfatter en raffinør 302 som har et par roterende skiver 310 og 312, ladningsforsterke 304, en datasøkeenhet 306 og en datamaskin eller kontrollinnretning 308. The refiner 202 has a shaft 216 for rotating the disc 210 and a feed inlet 218 for wood chips or pulp. Fig. 19 thus shows the various components of a system used to measure forces inside a refiner. The refiner illustrated in fig. 19 is a single rotating disc refiner, commonly referred to as a single disc refiner. Four force sensors are illustrated in fig. 19, but any number may be used depending on the application. Each piezoelectric element of each force sensor is connected to a charge amplifier. The charge amplifiers are connected to the data search unit. In the embodiment shown, the latter can be a digital oscilloscope, analog to digital converter, or any other device for sampling and digitizing the signals from the landing amplifiers. However, analog techniques can also be used to process the force sensor signal or signals. The data acquisition unit is connected to the computer via a digital interface so that the measured data can be transmitted for processing to determine the magnitude of the forces on the refiner ribs to the stationary disc or plate. Fig. 20 shows a refiner system 300 comprising a refiner 302 having a pair of rotating discs 310 and 312, charge amplifier 304, a data retrieval unit 306 and a computer or control device 308.

Raffinørskiven 312 omfatter raffinørplaterog et mangfold sensorer 314 slik som illustrert i utførelsene ovenfor. Raffinøren 302 omfatter en aksel 316 for å rotere skiver 310 og 312, og et mateinnløp 318 for treflis eller tremasse. The refiner disc 312 comprises a refiner plate and a variety of sensors 314 as illustrated in the embodiments above. The refiner 302 includes a shaft 316 for rotating discs 310 and 312, and a feed inlet 318 for wood chips or pulp.

En sleperingenhet 319 tilveiebringer forbindelse mellom sensorene 314 og ladningsforsterkerne 304. A slip ring assembly 319 provides connection between the sensors 314 and the charge amplifiers 304.

Fig. 20 illustrerer således et arrangement for tilfelle hvor kreftene på raffinørribber blir målt på en roterende skive, slik som ville være tilfellet i en raffinør hvor begge skivene roterer (for eksempel en dobbelskiveraffinør). I dette tilfellet blir ledninger fra kraftsensorene brakt gjennom akselen til raffinøren til en sleperingenhet. Denne enheten muliggjør overføringen av elektriske signaler fra en roterende del til en ikkeroterende del, eller omvendt. Resten av målesystemet er tilsvarende det som er beskrevet på fig. 19.1 en variasjon av systemet illustrert på fig. 20 er ladningsforsterkere montert på den roterende akselen til raffinøren og de forsterkede signalene blir matet til datasøkeenheten via sleperingenheten. I det sistnevnte tilfellet kan sleperingenheten også elimineres ved å overføre de forsterkede signalene ved bruk av et ikke-kontakt sender/mottakersystem. Fig. 20 thus illustrates an arrangement for the case where the forces on refiner ribs are measured on a rotating disc, as would be the case in a refiner where both discs rotate (for example a double disc refiner). In this case, wires from the force sensors are brought through the shaft of the refiner to a drag ring unit. This device enables the transmission of electrical signals from a rotating part to a non-rotating part, or vice versa. The rest of the measuring system is similar to what is described in fig. 19.1 a variation of the system illustrated in fig. 20, charge amplifiers are mounted on the rotating shaft of the refiner and the amplified signals are fed to the data search unit via the slip ring unit. In the latter case, the slip ring device can also be eliminated by transmitting the amplified signals using a non-contact transmitter/receiver system.

Et antall applikasjoner av den foreliggende oppfinnelsen er identifisert og er kort beskrevet i det ettrfølgende. En hvilken som helst av disse applikasjonene kan kreve en enkelt ktaftsensor eller en rekke kraftsensorer i et antall av lokaliseringer innenfor raffinør eller slipesonen til en raffinør. Unntatt der annet er spesifisert refererer disse applikasjonene seg til både sliping av treflis eller trefragmenter for produksjon av masse ved bruk av mekaniske innretninger eller bruken av en raffinør for å modifisere noen egenskaper av trefiber eller masse. A number of applications of the present invention have been identified and are briefly described below. Any of these applications may require a single draft sensor or an array of force sensors in a number of locations within the refiner or the grinding zone of a refiner. Except where otherwise specified, these applications refer to both the grinding of wood chips or wood fragments for the production of pulp using mechanical devices or the use of a refiner to modify some properties of wood fiber or pulp.

a) En enkelt kraftsensor eller en rekke kraftsensorer kan benyttes til å måle størrelsen på normalkraften som virker perpendikulært på planet til raffinørribbeoverflatene, og a) A single force sensor or a series of force sensors can be used to measure the magnitude of the normal force acting perpendicular to the plane of the refiner rib surfaces, and

skjærkraften som virker i planet til raffinørribbeoverflatene. Den relative størrelsen til normal og skjærkraften påvirker virkningen av raffinøren på materialet som blir behandlet og kan justeres ved å endre matehastigheten til materialet til raffinøren, faststoffinneholdet i det innmatede materialet, plategapet i raffinøren, eller rotasjonshastigheten til raffinøren. Ved å manipulere raffinørdritfsforholdene for å opprettholde konstant forhold mellom skjær og normalkreftene som respons på endringer forårsaket av prosessforhold, kan en mer jevn raffinørvirkning opprettholdes. the shear force acting in the plane of the refiner rib surfaces. The relative magnitude of the normal and shear forces affect the effect of the refiner on the material being processed and can be adjusted by changing the feed rate of the material to the refiner, the solids content of the feed material, the plate gap in the refiner, or the rotational speed of the refiner. By manipulating the refiner operating conditions to maintain a constant ratio of shear to normal forces in response to changes caused by process conditions, a more uniform refiner action can be maintained.

b) En enkelt kraftsensor, eller en rekke kraftsensorer, kan brukes til å detektere kontakt mellom to motstående raffinørplate (platesammenstøt). Spesifikke trekk ved b) A single force sensor, or a series of force sensors, can be used to detect contact between two opposing refiner plates (plate collision). Specific features of

kraftsignalene kan overvåkes for å detektere slik kontakt, og korrigerende handling kan the power signals can be monitored to detect such contact and corrective action can be taken

foretas for å bevare integriteten til raffinørplatene og unngå for tidlig slitasje, slik som for eksempel å trekke tilbake den aksialt bevegbare platen til raffinøren. performed to preserve the integrity of the refiner plates and avoid premature wear, such as for example retracting the axially movable plate of the refiner.

c) Størrelsen til de målte kreftene i en raffinør avhenger blant annet av mengden materiale som er til stede mellom raffinørribbene og avstanden mellom flatene til de c) The magnitude of the measured forces in a refiner depends, among other things, on the amount of material present between the refiner fins and the distance between the surfaces of the

kryssende platene (plategap). Når massestrømningshastigheten til materialet matet til en raffinør endrer seg, for eksempel på grunn av prosessforhold eller ujevn kvalitet på matematerialet, kan mengden materiale til stede mellom raffinørribbene også endre seg. En enkelt kraftsensor, eller en rekke kraftsensorer i forbindelse med egnede innretninger for å måle plategap i raffinøren kan benyttes for å detektere slike endringer og foreta korrigerende handling. crossing the plates (plate gap). When the mass flow rate of the material fed to a refiner changes, for example due to process conditions or uneven quality of the feed material, the amount of material present between the refiner fins may also change. A single force sensor, or a number of force sensors in connection with suitable devices for measuring plate gaps in the refiner can be used to detect such changes and take corrective action.

d) I raffinører som har multiple koaksiale raffinørsoner, slik som for eksempel tvillingraffinører, koniske skiveraffinører, multiskiveraffinører, Duoflo raffinører og d) In refiners that have multiple coaxial refiner zones, such as for example twin refiners, conical disc refiners, multi disc refiners, Duoflo refiners and

lignende, kan det benyttes et arrangement av sensorer til å måle den relative størrelsen til krefter mellom forskjellige raffinørsoner. Sensorene kan brukes som del av et kontrollsystem for å regulere strømningen av materialet eller plategapet i hver raffinørsone for å opprettholde forutbestemte optimale driftsforhold. similarly, an arrangement of sensors can be used to measure the relative magnitude of forces between different refiner zones. The sensors can be used as part of a control system to regulate the flow of the material or plate gap in each refiner zone to maintain predetermined optimum operating conditions.

Fagkyndige på området vil gjenkjenne varianter av utførelsene som er beskrevet her. Slike varianter ligger innenfor rammen av den foreliggende oppfinnelsen og er dekket av de medfølgende patentkravene. Those skilled in the art will recognize variations of the embodiments described herein. Such variants are within the scope of the present invention and are covered by the accompanying patent claims.

Claims (41)

1. Kraftsensor (14) for å måle kraft som virker på en raffinørribbe (22) i en raffinør for å produsere eller behandle tremasse, hvilken kraftsensor (14) omfatter: et sensorlegeme (30) som har et sensorhode (32); og minst to sensorelementer (26) i krafttransmisjonskontakt med, og som understøtter, sensorlegemet (30), karakterisert ved at de minst to sensorelementer (26) produserer et signal som er indikerende for størrelsen på kraft som virker på en raffinørribbe (22) i en raffinør for å produsere eller behandle tremasse.1. Force sensor (14) for measuring force acting on a refiner rib (22) in a refiner for producing or treating wood pulp, which force sensor (14) comprises: a sensor body (30) having a sensor head (32); and at least two sensor elements (26) in power transmission contact with, and supporting, the sensor body (30), characterized in that the at least two sensor elements (26) produce a signal indicative of the magnitude of force acting on a refiner rib (22) in a refiner to produce or process wood pulp. 2. Kraftsensor (14) ifølge krav 1, karakterisert ved at raffinørribben (22) er på en raffinørplate eller -skive (10).2. Force sensor (14) according to claim 1, characterized in that the refiner rib (22) is on a refiner plate or disc (10). 3. Kraftsensor (14) ifølge krav 2, karakterisert ved at raffinørplaten (10) omfatter en raffinøroverflate (16) som har raffinørribber (22), og en ikke-raffinør eller ikke-slipende overflate (18) motstående til raffinøroverflaten (16).3. Force sensor (14) according to claim 2, characterized in that the refiner plate (10) comprises a refiner surface (16) which has refiner ribs (22), and a non-refiner or non-abrasive surface (18) opposite the refiner surface (16). 4. Kraftsensor (14) ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert v e d at sensorhodet (32) er tilpasset til å erstatte en del eller et parti av raffinørribben (22).4. Force sensor (14) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the sensor head (32) is adapted to replace a part or part of the refiner rib (22). 5. Kraftsensor (14) ifølge krav 1,2 eller 3, karakterisert ved at sensorhodet er tilpasset til å erstatte hele raffinørribben (22).5. Force sensor (14) according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the sensor head is adapted to replace the entire refiner rib (22). 6. Kraftsensor (14) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at sensorlegemet (30) er av det samme materialet som raffinørribben (22).6. Force sensor (14) according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor body (30) is of the same material as the refiner rib (22). 7. Kraftsensor (14) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at sensorhodet (32) har en profil som passer med profilen til raffinørribben (22).7. Force sensor (14) according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor head (32) has a profile that matches the profile of the refiner rib (22). 8. Kraftsensor (14) ifølge krav 3, karakterisert ved at sensorlegemet er festet til raffinør- eller slipeoverflaten (16) til raffinørplaten eller - skiven (10).8. Force sensor (14) according to claim 3, characterized in that the sensor body is attached to the refiner or grinding surface (16) of the refiner plate or disc (10). 9. Kraftsensor (14) ifølge krav 3, karakterisert ved at sensorlegemet (30) er tilpasset til å passe inn i en uttagning i raffinøroverflaten (16) til raffinørplaten (10).9. Force sensor (14) according to claim 3, characterized in that the sensor body (30) is adapted to fit into a recess in the refiner surface (16) of the refiner plate (10). 10. Kraftsensor (14) ifølge krav 3, karakterisert ved at sensorlegemet (30) er festet til den ikke-slipende overflaten (18) til raffinørplaten (10).10. Force sensor (14) according to claim 3, characterized in that the sensor body (30) is attached to the non-abrasive surface (18) of the refiner plate (10). 11. Kraftsensor (14) ifølge krav 3, karakterisert ved at sensorlegemet (30) er tilpasset til å passe inn i en uttagning (20) i den ikke-slipende overflaten (18) til raffinørplaten (20).11. Force sensor (14) according to claim 3, characterized in that the sensor body (30) is adapted to fit into a recess (20) in the non-abrasive surface (18) of the refiner plate (20). 12. Kraftsensor (14) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at sensorlegemet (30) flyter på sensorelementene (26).12. Force sensor (14) according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor body (30) floats on the sensor elements (26). 13. Kraftsensor (14) ifølge krav 12, karakterisert ved at sensorlegemet (30) flyter på sensorelementene (26) slik at den eneste koplingen mellom sensorlegemet (30) og raffinørplaten (10) skjer gjennom sensorelementene (26).13. Force sensor (14) according to claim 12, characterized in that the sensor body (30) floats on the sensor elements (26) so that the only connection between the sensor body (30) and the refiner plate (10) occurs through the sensor elements (26). 14. Kraftsensor (14) ifølge krav 12, karakterisert ved at den videre omfatter en holder (28), hvor sensorlegemet (30) flyter på sensorelementene (26) slik at den eneste koplingen mellom sensorlegemet (30) og minst en av raffinørplatene (10) og holderen (28) skjer gjennom sensorelementene (26).14. Force sensor (14) according to claim 12, characterized in that it further comprises a holder (28), where the sensor body (30) floats on the sensor elements (26) so that the only connection between the sensor body (30) and at least one of the refiner plates (10) and the holder (28) passes through the sensor elements (26). 15. Kraftsensor (14) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 11, karakterisert ved at å innbefatte en festeinnretning (65, 64, 60,62) for festing av sensorlegemet (30) til raffinøren.15. Force sensor (14) according to any one of claims 1 to 11, characterized in that including a fastening device (65, 64, 60, 62) for fastening the sensor body (30) to the refiner. 16. Kraftsensor (14) ifølge krav 15, karakterisert ved at festeinnretningen (62) påfører en forbelasting til sensorelementene (26).16. Force sensor (14) according to claim 15, characterized in that the fastening device (62) applies a preload to the sensor elements (26). 17. Kraftsensor (14) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at sensorelementene (26) er fastklemt mellom sensorlegemet (30) og et feste for sensorelementene (26) for å forbelaste sensorelementene (26).17. Force sensor (14) according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor elements (26) are clamped between the sensor body (30) and an attachment for the sensor elements (26) in order to preload the sensor elements (26). 18. Kraftsensor (14) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at sensorlegemet (30) og sensorelementene (26) er slik anordnet at sensorelementene (26) er i en vinkel i forhold til en slipeoverflate (16) hos raffinøren.18. Force sensor (14) according to any one of the preceding claims, characterized in that the sensor body (30) and the sensor elements (26) are arranged such that the sensor elements (26) are at an angle in relation to a grinding surface (16) at the refiner. 19. Kraftsensor (14) ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at det minst ene sensorelementene (26) er piezoelektriske.19. Force sensor (14) according to any one of the preceding claims, characterized in that at least one sensor element (26) is piezoelectric. 20. Kraftsensor (14) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 18, karakterisert ved at sensorelementene (26) er piezokjeramiske.20. Force sensor (14) according to any one of claims 1 to 18, characterized in that the sensor elements (26) are piezoceramic. 21. Kraftsensor (14) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 20, karakterisert ved at den målte kraften er minst en kraft valgt fra skjærkraft og normalkraft.21. Force sensor (14) according to any one of claims 1 to 20, characterized in that the measured force is at least one force selected from shear force and normal force. 22. Kraftsensor (14) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 17, karakterisert ved at sensorelementene (26) er tilpasset for tilkopling til signalbehandlingsutstyr.22. Force sensor (14) according to any one of claims 1 to 17, characterized in that the sensor elements (26) are adapted for connection to signal processing equipment. 23. Kraftsensor (14) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 22, karakterisert ved at kraftsensoren (14) har en første resonnansfrekvens som er minst 1.5 ganger ribbepassasjefrekvensen til raffinøren.23. Force sensor (14) according to any one of claims 1 to 22, characterized in that the force sensor (14) has a first resonance frequency that is at least 1.5 times the rib passage frequency of the refiner. 24. Fremgangsmåte for å måle kraft som virker på en raffinørstang (22) i en raffinør for å produsere eller behandle tremasse, karakterisert ved at den omfatter: å tilveiebringe et sensorlegeme (30) som har et sensorhode (32), hvor sensorhodet (32) er tilpasset til å erstatte hele eller et parti av raffinørstangen (22); å anordne minst to sensorelementer (26) i krafttransmisjonskontakt med, og understøttende sensorlegemet; å slipe trepartikler eller tremasse i raffinøren for å produsere tremasse eller raffinert tremasse, slik at kraften blir påtrykt sensorhodet (32) og et signal som er indikerende for kraften blir utviklet i de minst to sensorelementene (26), og evaluere signalet som et mål på kraften som påtrykkes sensorlegemet (30).24. Method for measuring force acting on a refiner rod (22) in a refiner for producing or treating wood pulp, characterized in that it comprises: providing a sensor body (30) having a sensor head (32), wherein the sensor head (32) is adapted to replace all or part of the refiner rod (22); arranging at least two sensor elements (26) in power transmission contact with, and supporting the sensor body; grinding wood particles or wood pulp in the refiner to produce wood pulp or refined wood pulp, such that the force is applied to the sensor head (32) and a signal indicative of the force is developed in the at least two sensor elements (26), and evaluating the signal as a measure of the force applied to the sensor body (30). 25. Fremgangsmåte ifølge krav 24, karakterisert ved at raffinørstangen (22) er på en raffinørplate eller -skive (10), hvor raffinørplaten (10) omfatter en slipende eller raffinør-overflate (16) som har raffinørstenger (22), og en ikke-slipende overflate (18) motstående til raffinøroverflaten (16).25. Method according to claim 24, characterized in that the refiner rod (22) is on a refiner plate or disc (10), where the refiner plate (10) comprises an abrasive or refiner surface (16) which has refiner rods (22), and a non-abrasive surface (18) opposite the refiner surface (16). 26. Fremgangsmåte ifølge krav 25, karakterisert ved at sensorlegemet (30) er festet til raffinøroverflaten (16) til raffinørplaten (10).26. Method according to claim 25, characterized in that the sensor body (30) is attached to the refiner surface (16) of the refiner plate (10). 27. Fremgangsmåte ifølge krav 25, karakterisert ved at sensorlegemet (30) er festet til den ikke-slipende overflaten (18) til raffinørplaten (10).27. Method according to claim 25, characterized in that the sensor body (30) is attached to the non-abrasive surface (18) of the refiner plate (10). 28. Fremgangsmåte ifølge krav 24 eller 27, karakterisert v e d at sensorlegemet (30) flyter på sensorelementene (26).28. Method according to claim 24 or 27, characterized in that the sensor body (30) floats on the sensor elements (26). 29. Fremgangsmåte ifølge krav 25, karakterisert ved at sensorlegemet (30) flyter på sensorelementene (26) slik at den eneste koplingen mellom sensorlegemet (30) og raffinørplaten (10) skjer gjennom sensorelementene (26).29. Method according to claim 25, characterized in that the sensor body (30) floats on the sensor elements (26) so that the only connection between the sensor body (30) and the refiner plate (10) occurs through the sensor elements (26). 30. Fremgangsmåte ifølge krav 28, karakterisert ved at den videre omfatter å tilveiebringe en holder (28) for sensorlegemet (30) og sensorelementer (26), hvor sensorlegemet (30) flyter på sensorelementene (26) slik at den eneste koplingen mellom sensorlegemet (30) og minst en av raffinørplaten (10) og holderen (28) skjer gjennom sensorelementene (26).30. Method according to claim 28, characterized in that it further comprises providing a holder (28) for the sensor body (30) and sensor elements (26), where the sensor body (30) floats on the sensor elements (26) so that the only connection between the sensor body (30) and at least one of the refiner plate (10) and the holder (28) passes through the sensor elements (26). 31. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 24 til 30, karakterisert ved å innbefatte påføring av en forbelastning til sensorelementene (26).31. Method according to any one of claims 24 to 30, characterized by including applying a preload to the sensor elements (26). 32. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 24 til 31, karakterisert ved å innbefatte fastspenning av sensorelementene (26) mellom sensorlegemet (30) og et feste for sensorelementene (26) for forbelastning av sensorelementene (26).32. Method according to any one of claims 24 to 31, characterized by including clamping of the sensor elements (26) between the sensor body (30) and an attachment for the sensor elements (26) for preloading the sensor elements (26). 33. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 24 til 31, karakterisert ved å anbringe sensorelementene (26) i en vinkel i forhold til en slipeoverflate (16) hos raffinøren.33. Method according to any one of claims 24 to 31, characterized by placing the sensor elements (26) at an angle in relation to a grinding surface (16) at the refiner. 34. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 24 til 33, karakterisert ved at sensorelementene (26) er piezoelektriske.34. Method according to any one of claims 24 to 33, characterized in that the sensor elements (26) are piezoelectric. 35. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 24 til 33, karakterisert ved at sensorelementene er piezokeramiske.35. Method according to any one of claims 24 to 33, characterized in that the sensor elements are piezoceramic. 36. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 24 til 34, karakterisert ved at den målte kraften er minst en kraft valgt fra skjærkraft og normalkraft.36. Method according to any one of claims 24 to 34, characterized in that the measured force is at least one force selected from shear force and normal force. 37. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 24 til 36, karakterisert ved at skjærkraften og normalkraften blir målt, hvor de målte kreftene blir brukt til å regulere driften til en raffinør ved å manipulere en eller flere variabler valgt fra materialmatehastighet, massekonsistens, raffinørmotorbelastning, innløpstrykk, utløpstrykk, plategap og rotasjonshastighet, slik at forholdet mellom den målte normal og skjærkraften opprettholdes konstant eller innenfor et forutbestemt område.37. A method according to any one of claims 24 to 36, characterized in that the shear force and the normal force are measured, wherein the measured forces are used to regulate the operation of a refiner by manipulating one or more variables selected from material feed rate, pulp consistency, refiner motor load, inlet pressure , outlet pressure, plate gap and rotation speed, so that the ratio between the measured normal and shear force is maintained constant or within a predetermined range. 38. Fremgangsmåte ifølge et hvilket som helst av kravene 24 til 37, karakterisert ved at den målte kraften brukes til å detektere kontakt mellom motstående skiver i en raffinør.38. Method according to any one of claims 24 to 37, characterized in that the measured force is used to detect contact between opposing discs in a refiner. 39. Fremgangsmåte ifølge krav 38, karakterisert ved at kontakt mellom motstående skiver blir korrigert ved å trekke tilbake en aksialt bevegbar plate i raffinøren.39. Method according to claim 38, characterized in that contact between opposing disks is corrected by withdrawing an axially movable plate in the refiner. 40. Fremgangsmåte ifølge krav 38 eller 39, karakterisert ved at en rekke kraftsensorer (14) benyttes.40. Method according to claim 38 or 39, characterized in that a number of force sensors (14) are used. 41. Raffinøranordning for tremasse med en avfølingsinnretning for bestemmelse av en parameter, karakterisert ved at avfølingsinnretningen innbefatter kraftsensoren (14) ifølge et hvilket som helst av kravene 1 til 23.41. Refinery device for wood pulp with a sensing device for determining a parameter, characterized in that the sensing device includes the force sensor (14) according to any one of claims 1 to 23.