Optisen mittausmenetelmän suorituskyvyn arviointi kiintoainemäärityksessä
Heikkinen, Johannes (2026)
Diplomityö
2026
School of Energy Systems, Konetekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2026061066235
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2026061066235
Tiivistelmä
Paperi- ja selluteollisuudessa matalasakeuksisten prosessisuspensioiden kiintoainepitoisuuden mittaaminen on osa prosessinhallintaa ja tuotannon optimointia. Optisiin mittausmenetelmiin perustuvat mittaukset mahdollistavat prosessin jatkuvan seurannan kokonais- ja tuhkasakeuspitoisuuden reaaliaikaisen mittaamisen avulla.
Tutkimuksen kohteena on yksinkertaistettu optinen mittausjärjestely, joka perustuu samaan mittausperiaatteeseen kuin käytössä oleva referenssianturi, mutta poikkeaa rakenteeltaan ja asennustavaltaan. Tavoitteena on arvioida, saavutetaanko uudella optisella mittausjärjestelyllä referenssianturia vastaava mittaustarkkuus sekä lineaarinen vaste suhteessa vesiseoksen kiintoainepitoisuuteen.
Uudenlaisen optisen mittausmenetelmän soveltuvuutta sakeusmittauksiin tarkastellaan hyödyntäen lineaarista regressioanalyysiä, Passing–Bablok –regressiomenetelmää sekä jäännösvirheiden tarkastelua. Menetelmän mittaustarkkuuden arviointi perustuu optisen anturin depolarisaatio- ja vaimenemasignaalien sekä laboratoriomäärityksellä saadun kiintoainepitoisuuden välisen yhteyden tarkasteluun.
Tulosten perusteella uuden mittalaitteen suorituskyky on vertailukelpoinen referenssianturin kanssa, ja mittaustarkkuus sekä ennustevirheen käyttäytyminen ovat samankaltaisia laboratorioreferenssiin nähden. Tulokset korostavat laboratorionäytteenoton toistettavuuden merkitystä mittausmenetelmän arvioinnissa sekä tarvetta erottaa laitteesta johtuvat ilmiöt muista virhelähteistä. In the pulp and paper industry, measuring the solids content of low-consistency process suspensions is an important part of process control and production optimization. Measurements based on optical methods enable continuous process monitoring by providing real-time information on total and ash consistency.
This thesis investigates a simplified optical measurement arrangement based on the same measurement principle as an existing reference sensor but differing in mechanical structure and installation principle. The objective is to evaluate whether the new optical measurement arrangement can achieve measurement accuracy comparable to the reference sensor and produce a linear response in relation to the solids content of the water-based suspension.
The applicability of the new optical measurement method for solids content measurement is evaluated using linear regression analysis, Passing–Bablok regression and residual error analysis. The assessment of measurement accuracy is based on the relationship between the optical sensor’s depolarization and attenuation signals and the solids content determined by laboratory analysis.
The results indicate that the performance of the new measurement device is comparable to that of the reference sensor, and that its measurement accuracy and prediction error behavior are similar in relation to the laboratory reference. The results highlight the importance of laboratory sampling repeatability in the evaluation of the measurement method, as well as the need to distinguish device-related effects from other sources of error.
Tutkimuksen kohteena on yksinkertaistettu optinen mittausjärjestely, joka perustuu samaan mittausperiaatteeseen kuin käytössä oleva referenssianturi, mutta poikkeaa rakenteeltaan ja asennustavaltaan. Tavoitteena on arvioida, saavutetaanko uudella optisella mittausjärjestelyllä referenssianturia vastaava mittaustarkkuus sekä lineaarinen vaste suhteessa vesiseoksen kiintoainepitoisuuteen.
Uudenlaisen optisen mittausmenetelmän soveltuvuutta sakeusmittauksiin tarkastellaan hyödyntäen lineaarista regressioanalyysiä, Passing–Bablok –regressiomenetelmää sekä jäännösvirheiden tarkastelua. Menetelmän mittaustarkkuuden arviointi perustuu optisen anturin depolarisaatio- ja vaimenemasignaalien sekä laboratoriomäärityksellä saadun kiintoainepitoisuuden välisen yhteyden tarkasteluun.
Tulosten perusteella uuden mittalaitteen suorituskyky on vertailukelpoinen referenssianturin kanssa, ja mittaustarkkuus sekä ennustevirheen käyttäytyminen ovat samankaltaisia laboratorioreferenssiin nähden. Tulokset korostavat laboratorionäytteenoton toistettavuuden merkitystä mittausmenetelmän arvioinnissa sekä tarvetta erottaa laitteesta johtuvat ilmiöt muista virhelähteistä.
This thesis investigates a simplified optical measurement arrangement based on the same measurement principle as an existing reference sensor but differing in mechanical structure and installation principle. The objective is to evaluate whether the new optical measurement arrangement can achieve measurement accuracy comparable to the reference sensor and produce a linear response in relation to the solids content of the water-based suspension.
The applicability of the new optical measurement method for solids content measurement is evaluated using linear regression analysis, Passing–Bablok regression and residual error analysis. The assessment of measurement accuracy is based on the relationship between the optical sensor’s depolarization and attenuation signals and the solids content determined by laboratory analysis.
The results indicate that the performance of the new measurement device is comparable to that of the reference sensor, and that its measurement accuracy and prediction error behavior are similar in relation to the laboratory reference. The results highlight the importance of laboratory sampling repeatability in the evaluation of the measurement method, as well as the need to distinguish device-related effects from other sources of error.