CN105116106A - 吸烟机综合检定仪 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种吸烟机综合检定仪，其主要部件包括底座、壳体、人机交互设备、气体流量检测部件及其附件、控制器。本发明应用于吸烟机抽吸性能指标检定，可以检定的指标包括抽吸容量、抽吸持续时间、抽吸频率；可以完成抽吸流量图的绘制、分析和保存；可以进行吸烟机抽吸机构的气密性检测；具有通讯和触发接口，可以连接计算机和吸烟机；可以方便的使用容量检测装置对其进行校准。本发明为吸烟机抽吸性能指标的检定提供了一种新的测量工具，它具有功能丰富、小巧便携、操作简单的特点。

Description

吸烟机综合检定仪

技术领域

本发明涉及吸烟机领域，具体是一种吸烟机综合检定仪。

背景技术

随着人们消费水平的提高，健康意识的增强，对于烟草中各种成分的检测分析要求也越来越高。卷烟化学成分的检测包括烟草成分和烟气成分两类。其中，通过吸烟机对卷烟烟气进行捕集并进行各种化学成分分析是所有烟气成分检测工作的必备环节。国家标准GB/T16450“常规分析用吸烟机定义和标准条件”中，规定了常规分析用吸烟机的标准条件、吸烟参数及符合标准条件的常规分析用吸烟机的技术要求。其中，对常规分析用吸烟机的抽吸持续时间、抽吸容量、抽吸频率、气密性、死体积、抽吸流量图等技术要求进行了明确的规定。

目前，国内使用的常规分析用吸烟机通常只使用皂膜流量计检测抽吸容量，而其它的指标由于缺乏相应的检测手段，基本不进行检测，这也是造成国内烟气分析测试的数据结果差距较大的原因之一。

发明内容本发明的目的是提供一种吸烟机综合检定仪，以解决现有技术存在的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

吸烟机综合检定仪，其特征在于：包括有外壳、气体流量检测部件，外壳设有壳口，且壳口上盖合连接有底座，外壳一侧设置有抽吸口、电源开关，另一侧设置有进气口、通讯接口、电源接口、触发接口，外壳上还安装有人机交互设备，外壳内设置有控制器，所述控制器包括微处理器、数据采集模块、电源管理模块、内置电源、扩展接口、通讯模块、差压传感器、气压传感器、温度传感器、存储模块，其中电源管理模块、数据采集模块、扩展接口、通讯模块、存储模块分别电接入微处理器，外壳上人机交互设备、触发接口亦分别电接入微处理器，所述差压传感器、气压传感器、温度传感器分别电接入数据采集模块，内置电源、外壳上电源接口分别电接入电源管理模块，外壳上通讯接口电接入通讯模块。

所述气体流量检测部件包括设置在外壳中的管式腔体，管式腔体连接在底座上，管式腔体内垂直于气流方向设置有片状的气阻元件，且气阻元件将管式腔体分隔成两个独立的腔体，其中一个独立腔体的腔口通过导气软管在外壳上进气口连接，另一个独立腔体的腔口通过导气软管与底座上抽吸口连接，所述差压传感器的检测部分别设置在两独立腔体中。

所述气体流量检测部件的附件包括堵头和一个带有软管接头的转接器，选择不同的附件与外壳上进气口连接用以实现不同的检测功能，堵头与外壳上进气口连接可以实现气密性检测功能；转接器与外壳上进气口连接，带有软管接头的一端通过软管连接计量设备，可以对仪器进行标定。

所述的吸烟机综合检定仪，其特征在于：所述壳体和底座通过螺纹方式进行机械连接。

所述的吸烟机综合检定仪，其特征在于：所述管式腔体由两段金属管采用法兰连接组合而成，法兰连接处使用O型圈进行密封处理。

所述的吸烟机综合检定仪，其特征在于：所述微处理器通过扩展接口可扩展连接蓝牙模块或WIFI模块。

本发明工作原理如下：

装置的抽吸口通过软管连接吸烟机的抽吸机构，启动吸烟机进行抽吸，气流由腔体一端的进气口进入腔体，经气阻元件从腔体另一端的抽吸口流出。在上述过程中，两侧腔体由于气阻元件的存在而形成压力差。两侧腔体内流体压差与流经的气流量成正比，且为线性关系。通过压差传感器对该压差进行精确测量，从而得到流体流量的数值。

触发接口与吸烟机的抽吸控制信号接口连接，控制器对这一控制信号持续时间和出现频率进行测量，从而得到抽吸持续时间和抽吸频率的性能参数。

本发明的优点在于集成了吸烟机的抽吸持续时间、抽吸容量、抽吸频率、气密性、死体积、抽吸流量图等多种技术指标检测功能，操作方便，通用性好，可以用于各种不同型号吸烟机的检测。

附图说明

图1为装置外部结构示意图。

图2为装置内部结构示意图。

图3为装置与吸烟机连接方式示意图。

图4为系统功能框图。

具体实施方式

如图1、图2所示，吸烟机综合检定仪，包括有外壳11、气体流量检测部件12，外壳11设有壳口，且壳口上盖合连接有底座1，外壳11一侧设置有抽吸口2、电源开关5，外壳11另一侧设置有进气口3、通讯接口6、电源接口7、触发接口8，外壳11上还安装有人机交互设备4，外壳11内设置有控制器13，控制器13包括微处理器26、数据采集模块20、电源管理模块21、内置电源19、扩展接口23、通讯模块24、差压传感器16、气压传感器17、温度传感器18、存储模块22，其中电源管理模块21、数据采集模块20、扩展接口23、通讯模块24、存储模块22分别电接入微处理器26，外壳11上人机交互设备4、触发接口8亦分别电接入微处理器26，差压传感器16、气压传感器17、温度传感器18分别电接入数据采集模块20，内置电源19、外壳11上电源接口7分别电接入电源管理模块21，外壳11上通讯接口6电接入通讯模块24；

气体流量检测部件12包括设置在外壳中的管式腔体14，管式腔体14连接在底座1上，管式腔体14内垂直于气流方向设置有片状的气阻元件15，且气阻元件15将管式腔体14分隔成两个独立的腔体，其中一个独立腔体的腔口通过导气软管27在外壳11上与进气口3连接，另一个独立腔体的腔口通过导气软管27与外壳11上抽吸口2连接，差压传感器16的检测部分28分别设置在两独立腔体中。

气体流量检测部件12还包括两个附件，堵头9和转接器10。使用不同的附件与进气口3进行密封连接，可以实现不同的测量功能。堵头9与进气口3进行连接，阻止气流进入管式腔体14，可以实现吸烟机气密性测量；转接器10与进气口3连接，带有软管接头的一端通过软管连接至计量设备，实现对吸烟机综合检定仪的标定。

管式腔体14由两段金属管采用法兰连接组合而成，法兰连接处使用O型圈进行密封处理。

微处理器26通过扩展接口23可扩展连接蓝牙模块或WIFI模块13。

本发明中，底座1下方安装有防滑防震垫脚，为其它部件提供稳固的机械支撑。所述壳体11和底座1通过螺纹方式进行机械连接，二者共同为其他部件提供保护、支撑和安装条件。壳体11优选采用硬质非金属材料加工成小巧、便携且具有人机工程学的形状，此处所述实施例中壳体11材质为工程塑料，其上还安装有人机交互设备4、电源开关5、通讯接口6、电源接口7和触发信号接口8，它们通过电缆线连接至控制器13。

人机交互设备4的功能为输入命令和参数并显示操作界面和测量数据。此处所述实施例中选用一块触摸式显示器作为人机交互设备，通过人机界面接受控制指令，运行完成后通过显示屏显示。

进气口3和抽吸口2安装在壳体两侧，它们在内部通过导气软管与气体流量检测部件连接。堵头9和带有软管接头的转接器10是所述气体流量检测部件12的附件。使用不同的附件与进气口3进行密封连接，可以实现不同的测量功能。此处所述实施例中，堵头9和转接器10都安装有O型圈作为密封元件，且转接器10包括一个宝塔形软管接头，方便与导气软管连接。

如图2，吸烟机综合检定仪的内部结构包括气体流量检测部件12和控制器13。

气体流量检测部件12通过固定装置连接至底座1。其包括一个用于导流气体的管式腔体14和置于其中的一个气阻元件15。气阻元件15为片状结构，垂直于气流方向置于上述管式腔体14中，并将其分隔为独立的两个腔体。此处实施例中，气阻元件15采用金属粉末冶金片加工而成；管式腔体14由两段金属管采用法兰连接组合而成，法兰连接处使用O型圈进行密封处理。安装在壳体11上的进气口3和抽吸口2通过导气软管27与气体流量检测部件12连接。工作时，气流由进气口3经过导气软管27进入一侧腔体，流经气阻元件15进入另一侧腔体，通过导气软管27连接的抽吸口2流出。

控制器13包括差压传感器16、气压传感器17、温度传感器18、内置电源19、数据采集模块20、电源管理模块21、存储模块22、扩展接口23、通讯模块24、微处理器26。控制器13具有电源管理，数据采集、处理、保存，通讯等功能。

差压传感器16的检测部28设置在管式腔体两独立腔体中，可以测量管式腔体14中两个独立腔体（由气阻元件15分隔而成）的气压差。气压传感器17和温度传感器18，用于测量仪器所处环境的温度和大气压强，为综合检定仪测量结果补偿提供环境数据依据。上述传感器由数据采集模块20完成数据转换，传输至微处理器26进行数据处理。

电源管理模块21是一个具有电源路径选择和充放电控制的电源管理单元，与电源接口7和内置电源19进行电缆连接。当设备采用外部供电时，电源接口7与外部供电设备连接，电源管理模块21选择外部电源为设备供电，同时对内置电源进行充电；当断开外部供电设备时，电源管理模块21迅速切换，选择内置电源为设备供电。从而充分实现综合检定仪的便携功能。在失去电源供电或者距离供电电源较远的情况下，综合检定仪依然可以使用内置电源19进行工作。

本发明的一个重要特征是使用内置电源19为便携式应用供电。所述内置电源19，由电源管理模块21进行充放电控制。优选使用电池供电，此处实施例中，充分考虑到安全性、便携性和充放电性能，使用聚合物锂离子电池作为内置电源19。

通讯模块24作为设备与外部设备（如计算机）进行有线通讯的功能模块，它在内部与通讯接口6进行电缆连接。通讯模块24可以采用各种通讯协议，如RS232、RS485、RS422、USB、CAN等。此处实施例中，通讯模块具备USB通讯功能，通讯接口为USB接口，使用USB电缆线与计算机进行通讯。所述扩展接口23为扩展设备的无线通讯方式预留接口。无线通讯模块25可选择使用蓝牙通讯模块或者WIFI通讯模块，可以极大提高设备通讯方式的灵活性。

微处理器26是控制器的核心部件，负责功能控制和数据处理。此处实施例中采用ARMCortex-M3内核的微控制器芯片。

存储模块22为测量结果、设备信息以及用户设置等数据提供存储空间。可以选择基于FLASH或FRAM技术的存储芯片，也可以采用类似SD卡这种存储介质作为解决方案。此处实施例采用了一片容量为128Kb的FRAM存储芯片作为数据存储介质。

如图3所示。吸烟机综合检定仪的抽吸口2通过软管32连接到卷烟夹持器31，卷烟夹持器与吸烟机29的抽吸机构30通过软管连接。装置的触发接口8通过触发信号线34连接至吸烟机的抽吸控制信号接口33。装置的通信接口6通过通讯电缆36连接计算机35。

图4为本发明的系统功能框图。本发明具有三个主要功能：

功能一是对常规分析用吸烟机的抽吸流量图进行记录和分析并计算出抽吸容量，功能包括绘制抽吸流量图；保存抽吸流量图数据；分析计算抽吸流量特征参数；通过通信接口6将抽吸流量数据和特征参数上传至计算机35。

上述功能还包含三种测量模式，实时、触发和窗口模式。

在实时测量模式下，以一定的采样速率对气体流量检测部件12中的流体流速进行数据采集、处理和显示。

触发测量模式需要将触发接口8与吸烟机信号输出接口进行连接，通过该接口获得触发信号，该信号用来控制测量过程的起始和结束。测量过程结束后，绘制和保存抽吸流量图、计算和分析数据，并将其进行显示。

窗口测量模式主要针对没有配备信号输出接口的吸烟机。在该模式下，每次测量将持续一定时间，测量结束后绘制这一时间段内的流量曲线图，并给出分析结果。

功能二是可以对吸烟机的抽吸机构30进行气密性检测，同时计算出抽吸机构的死体积。可以设置检测阈值和时间，设置完成后自动完成测量过程，给出测量结果。

功能三是可以测量吸烟机的持续抽吸时间和抽吸频率。这一功能的实现也需要将触发信号接口与吸烟机抽吸控制信号接口33进行连接。通过对该接口电信号的分析和测量，得到吸烟机的抽吸时间和抽吸频率参数。

本发明的工作过程如下：

1）抽吸流量图检测

如图3，分别使用软管连接装置抽吸口和吸烟机抽吸机构，连接吸烟机的抽吸控制信号接口和装置触发接口，连接装置的通信接口至计算机，打开电源。

实时模式：通过触摸显示屏选择抽吸流量测量功能，选择实时测量模式。启动测量，显示屏上会实时显示流量曲线。

触发模式：通过触摸显示屏选择抽吸流量测量功能，选择触发测量模式。启动吸烟机，使抽吸机构动作，装置自动记录抽吸流量图。测量结束后，检定仪自动保存并显示本次测量的抽吸流量曲线并分析性能参数，通过积分方法计算出抽吸机构的抽吸容量。

窗口模式：通过触摸显示屏选择抽吸流量测量功能，选择窗口测量模式。先启动测量，再启动吸烟机，使抽吸机构动作。装置会记录5秒内的抽吸流量图，显示本次测量的抽吸流量曲线并分析性能参数，通过积分方法计算出抽吸机构的抽吸容量。

抽吸容量校准：使用附件中带有软管接头的转接器10连至装置进气口3；附件另一端通过软管连接一种容量标定设备，如皂膜流量计等。启动吸烟机的抽吸机构，通过皂膜流量计的读数和测量结果中的抽吸容量进行对比，得出校准系数，对本发明进行抽吸容量校准。

数据上传：选择上传功能，可将曲线数据和性能参数结果通过通讯接口上传至计算机。

2）抽吸机构气密性检测

使用软管连接抽吸口和吸烟机抽吸机构，使用附件中的堵头9连至检定仪进气口3，连接电源并打开电源开关5，通过触摸显示屏选择气密性测量功能，设定测量阈值和测量时间。

启动吸烟机的抽吸机构，待装置显示的压力示数稳定后启动测量。检定仪根据设定的测量阈值和时间进行自动测量，并给出最终结果，同时根据理想气体状态方程计算出抽吸机构的死体积。

3）抽吸时间检测

连接吸烟机的抽吸控制信号接口和装置触发信号接口，通过触摸显示屏选择抽吸时间测量功能，选择测量模式，可以分别测量抽吸持续时间和抽吸频率。启动抽吸机构，在抽吸机构的运行过程中，检定仪通过外部设备接口的电平信号变化测量得出抽吸机构的抽吸持续时间和抽吸频率。

Claims (5)

1.吸烟机综合检定仪，其特征在于：包括有外壳、气体流量检测部件，外壳设有壳口，且壳口上盖合连接有底座，外壳一侧设置有抽吸口、电源开关，另一侧设置有进气口、通讯接口、电源接口、触发接口，外壳上还安装有人机交互设备，外壳内设置有控制器，所述控制器包括微处理器、数据采集模块、电源管理模块、内置电源、扩展接口、通讯模块、差压传感器、气压传感器、温度传感器、存储模块，其中电源管理模块、数据采集模块、扩展接口、通讯模块、存储模块分别电接入微处理器，外壳上人机交互设备、触发接口亦分别电接入微处理器，所述差压传感器、气压传感器、温度传感器分别电接入数据采集模块，内置电源、外壳上电源接口分别电接入电源管理模块，外壳上通讯接口电接入通讯模块；

所述气体流量检测部件包括设置在外壳中的管式腔体，管式腔体连接在底座上，管式腔体内垂直于气流方向设置有片状的气阻元件，且气阻元件将管式腔体分隔成两个独立的腔体，其中一个独立腔体的腔口通过导气软管与外壳上进气口连接，另一个独立腔体的腔口通过导气软管与外壳上抽吸口连接。

2.根据权利要求1所述的吸烟机综合检定仪，其特征在于：所述气体流量检测部件的附件包括堵头和一个带有软管接头的转接器，选择不同的附件与外壳上进气口连接用以实现不同的检测功能，堵头与外壳上进气口连接可以实现气密性检测功能；转接器与外壳上进气口连接，带有软管接头的一端通过软管连接计量设备，可以对仪器进行标定。

3.根据权利要求1所述的吸烟机综合检定仪，其特征在于：所述管式腔体由两段金属管采用法兰连接组合而成，法兰连接处使用O型圈进行密封处理。

4.根据权利要求1所述的吸烟机综合检定仪，其特征在于：所述微处理器通过扩展接口可扩展连接蓝牙模块或WIFI模块。

5.根据权利要求1所述的吸烟机综合检定仪，其特征在于：集成了吸烟机的抽吸持续时间、抽吸容量、抽吸频率、气密性、死体积、抽吸流量图等多种技术指标检测功能。