Implementation and measurement uncertainty of a handheld moisture meter in paperboard moisture measurement
Tolvanen, Antti (2023)
Diplomityö
Tolvanen, Antti
2023
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023053049906
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2023053049906
Tiivistelmä
This thesis aimed to study different methods for moisture measurement and determine their strengths and weaknesses. The suitability of these methods for polymer-coated paperboard was assessed. Measurement error and uncertainty, and different methods for their determination were familiarized. In the experimental part, a capacitive moisture meter was implemented on an extrusion coating line producing polymer-coated liquid packaging board and solid bleached board. A measuring procedure for the meter was created. Measurement error and uncertainty were determined from the experimental data at a 95 % confidence level and Gage Repeatability and Reproducibility measurement system analysis was performed for the meter to determine the main source of variation in the data. The performance of the new meter was compared to the old microwave-based meter. The results from both meters were compared to ISO 287 standardized oven-drying method to determine the absolute error.
The new meter performed well, and the results were generally accurate. A statistically significant difference between the results of the new meter and oven-drying was proven for two of the four product grades studied, but the meter still managed to meet the accuracy requirements that have been created for the old microwave-based meter. The Gage R&R analysis proved that variation in the data is mostly from the different measured reels and not the meter itself or the measuring operator.
Despite the uncertainty caused by an occasional small number of samples, the statistical analysis provided evident results that the new meter performs at least equally well as the older meter, with average absolute errors ranging from 0.04 % to 0.34 % for certain types of products. For the greater absolute errors, the standard deviation was also higher. Tämän diplomityön tarkoituksena oli tutkia erilaisia kosteusmittausmenetelmiä ja määrittää niiden vahvuudet ja heikkoudet. Työssä arvioitiin näiden menetelmien soveltuvuutta polymeeripäällysteiselle kartongille. Yhdessä kappaleessa perehdyttiin mittausvirheeseen ja -epävarmuuteen, sekä niiden määrittämisessä käytettäviin menetelmiin.
Kokeellisessa osassa ekstruusiopäällystyslinjalle otettiin käyttöön kapasitiivinen kosteusmittari. Laitteen mittausvirhe ja -epävarmuus määritettiin kokeellisen datan perusteella 95 %:n luottamusvälillä ja laitteelle suoritettiin Gage Repeatability & Reproducibility -mittausjärjestelmäanalyysi pääasiallisen vaihtelulähteen määrittämiseksi. Uuden mittarin suorituskykyä verrattiin vanhaan mittariin, jonka mittaukset perustuivat mikroaaltoenergian absorptioon. Mittareiden tuloksia verrattiin ISO 287 -standardoituun uunikosteusmenetelmään, jonka avulla määritettiin absoluuttinen virhe.
Uusi mittari toimi hyvin, ja tulokset olivat yleisesti ottaen tarkkoja. Tilastollisesti merkittävä ero uuden mittarin ja uunikuivauksen tulosten välillä todettiin kahdelle neljästä tutkitusta tuoteryhmästä, mutta mittari onnistui silti täyttämään vanhalle mikroaaltomittarille asetetut tarkkuusvaatimukset. Gage R&R-mittausjärjestelmäanalyysi osoitti, että vaihtelu tuloksissa johtuu pääasiassa eri mitattujen rullien välisistä eroista, eikä itse mittarista tai mittauksen suorittajasta.
Ajoittaisesta pienestä näytemäärästä johtuvasta epävarmuudesta huolimatta tilastollinen analyysi antoi selkeät tulokset siitä, että uusi kapasitanssipohjainen mittari suoriutuu vähintään yhtä hyvin tai paremmin kuin vanha mikroaaltopohjainen mittari. Keskimääräiset absoluuttiset virheet verrattuna uunikosteuteen vaihtelivat 0,04 %:sta 0,34 %:iin eri tuotteiden välillä. Virheen ollessa suurempi, myös keskimääräinen hajonta tuloksissa oli myös suurempaa.
The new meter performed well, and the results were generally accurate. A statistically significant difference between the results of the new meter and oven-drying was proven for two of the four product grades studied, but the meter still managed to meet the accuracy requirements that have been created for the old microwave-based meter. The Gage R&R analysis proved that variation in the data is mostly from the different measured reels and not the meter itself or the measuring operator.
Despite the uncertainty caused by an occasional small number of samples, the statistical analysis provided evident results that the new meter performs at least equally well as the older meter, with average absolute errors ranging from 0.04 % to 0.34 % for certain types of products. For the greater absolute errors, the standard deviation was also higher.
Kokeellisessa osassa ekstruusiopäällystyslinjalle otettiin käyttöön kapasitiivinen kosteusmittari. Laitteen mittausvirhe ja -epävarmuus määritettiin kokeellisen datan perusteella 95 %:n luottamusvälillä ja laitteelle suoritettiin Gage Repeatability & Reproducibility -mittausjärjestelmäanalyysi pääasiallisen vaihtelulähteen määrittämiseksi. Uuden mittarin suorituskykyä verrattiin vanhaan mittariin, jonka mittaukset perustuivat mikroaaltoenergian absorptioon. Mittareiden tuloksia verrattiin ISO 287 -standardoituun uunikosteusmenetelmään, jonka avulla määritettiin absoluuttinen virhe.
Uusi mittari toimi hyvin, ja tulokset olivat yleisesti ottaen tarkkoja. Tilastollisesti merkittävä ero uuden mittarin ja uunikuivauksen tulosten välillä todettiin kahdelle neljästä tutkitusta tuoteryhmästä, mutta mittari onnistui silti täyttämään vanhalle mikroaaltomittarille asetetut tarkkuusvaatimukset. Gage R&R-mittausjärjestelmäanalyysi osoitti, että vaihtelu tuloksissa johtuu pääasiassa eri mitattujen rullien välisistä eroista, eikä itse mittarista tai mittauksen suorittajasta.
Ajoittaisesta pienestä näytemäärästä johtuvasta epävarmuudesta huolimatta tilastollinen analyysi antoi selkeät tulokset siitä, että uusi kapasitanssipohjainen mittari suoriutuu vähintään yhtä hyvin tai paremmin kuin vanha mikroaaltopohjainen mittari. Keskimääräiset absoluuttiset virheet verrattuna uunikosteuteen vaihtelivat 0,04 %:sta 0,34 %:iin eri tuotteiden välillä. Virheen ollessa suurempi, myös keskimääräinen hajonta tuloksissa oli myös suurempaa.