CN108333292A - 一种实时测定卷烟燃烧期间内部压降变化的装置及其方法 - Google Patents

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张媛
何红梅
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Abstract

本发明公开了一种实时测定卷烟燃烧期间内部压降变化的装置及其方法，包括：卷烟夹持器，管状压力探头，压力测定系统，管状接头，卷烟抽吸系统，以及数据处理系统。卷烟抽吸系统具有一抽吸管，抽吸管与卷烟夹持器密封相连；数据处理系统的输入端与压力测定系统的输出端相连；管状压力探头的内径为0.5～1.0mm，外径为0.6～1.1mm。搭建了一套测定卷烟燃烧期间内部压降变化情况的测定装置及测试方法，该装置与卷烟抽吸系统连接，能够实现对卷烟燃烧过程中内部压降的变化情况进行实时监测，实现了对卷烟抽吸过程中燃烧情况的动态检测，具有重要的研究意义，填补了行业空白。

Description

一种实时测定卷烟燃烧期间内部压降变化的装置及其方法
技术领域
本发明属于烟草行业滤嘴材料质量控制技术领域，具体涉及一种实时测定卷烟燃烧期间内部压降变化的装置及其方法。
背景技术
卷烟吸阻是影响卷烟内在质量以及烟气形成与分布的重要参数，也是卷烟工业企业控制的重要质量指标之一。对于消费者而言，感受的卷烟吸阻是抽吸燃烧过程中的阻力大小(压降)，他们会依据压降的变化情况调整抽吸行为。同时，卷烟燃烧期间的压降变化也直接影响卷烟的燃烧状态，因此对卷烟抽吸燃烧过程中的压降及其变化进行研究十分必要。
Colard等搭建了一种用于测定卷烟燃烧过程中压降变化的实验装置，并对采用模型预测之数值和实验测定数值进行了比较分析。为探讨卷烟抽吸期间，卷烟压降和燃烧温度之间的关系，国内有研究者设计了一套能够实时测定卷烟燃烧期间压降变化的系统，测定了卷烟抽吸燃烧期间的区带压降和区带温度，考察了区带压降和区带温度的逐口变化趋势及二者之间的关系，测定了常规烟气检测成分焦油、烟碱以及水分的逐口释放量，分析了区带压降和区带温度对卷烟烟气常规成分逐口释放量的影响。
Baker博士采用一种压力传感器测定了以2cm-3/s的抽吸容量对卷烟抽吸时，卷烟压降的变化情况，并通过将卷烟燃烧一定长度后立即将其浸入但其气氛中熄灭，研究了卷烟阻抗的变化，试验结果表明卷烟刚被点燃时，卷烟的压降急剧升高，而燃烧7mm后，开始降低，随后又开始升高，Baker博士认为卷烟在抽吸时压降的变化并不是卷烟炭化形成的阻抗引起的，而是烟气气流在卷烟内部的形成与扩散所导致。在研究的基础上，通过与Darcy’s法则相结合，Baker博士还进一步描绘出了卷烟在第三口抽吸期间内部的压力分布。时至如今，对于卷烟压降变化的研究成果仍仅限于此，尚未有更进一步的研究报道。正如Baker博士的报道所述，其研究结果是在系列假设的基础上(如假设卷烟燃烧期间，其内部烟气的粘度随温度的变化规律与空气相似)得到的，对于卷烟抽吸期间压降的连续变化行为，也没有更深入的研究。而且，卷烟抽吸期间抽吸参数的变化、烟气捕集方式的变化带来的系统死体积的改变等因素对于卷烟的压降都有较大的影响，也都需要更为系统、深入地研究。
CN105571980A公开了一种用于实时测定卷烟燃烧期间系统压降变化的装置及方法，该装置包括卷烟夹持器、三通调节阀、压力传感器、信号处理模块、控制器、卷烟抽吸系统、用于捕捉抽吸信号的同步触发装置，卷烟夹持器的出口通过软管一与三通调节阀的端口一相连接；压力传感器的输入端通过软管二与三通调节阀的端口三相连；能够实现对卷烟燃烧过程中系统压降的变化情况进行实时监测。但是相对卷烟燃烧期间的系统压降变化，烟支内部的压降直接与烟气运动方式、温度变化密切相关，能够更直接反映卷烟抽吸燃烧状态，因此，内部压降的测定具有更重要的现实和理论意义。有鉴于此，有必要构建一套能够实时测定卷烟抽吸燃烧期间内部压降变化情况的测定装置和方法。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种实时测定卷烟燃烧期间内部压降变化的装置及其方法，能够更加便捷的对不同类型的卷烟进行测量评价。
为解决现有技术问题，本发明公开了一种实时测定卷烟燃烧期间内部压降变化的装置，包括：
卷烟夹持器，用于固定待测卷烟；
管状压力探头，用于插入待测卷烟的过滤嘴中；
压力测定系统，用于检测待测卷烟的过滤嘴中的压降；
管状接头，用于连接管状压力探头和压力测定系统的压力传感器；
卷烟抽吸系统，用于抽吸待测卷烟的过滤嘴；以及
数据处理系统，用于处理接收压力测定系统检测到的压降数据；
卷烟抽吸系统具有一抽吸管，抽吸管与卷烟夹持器密封相连；数据处理系统的输入端与压力测定系统的输出端相连；管状压力探头的内径为0.5～1.0mm，外径为0.6～1.1mm。
作为优选方案，管状压力探头为中空不锈钢管或中空玻璃管，长度40～80mm。
作为优选方案，管状接头为软管，其一端套在管状压力探头的端部，另一端套在压力传感器。
作为优选方案，管状接头为具有螺纹的不锈钢套管，其一端焊接会密封胶接在管状压力探头的端部，另一端螺纹旋接在压力传感器。
作为优选方案，管状接头的内径为0.7～1.2mm，长度为20～80mm。
本发明还公开了一种实时测定卷烟燃烧期间内部压降变化的方法，包括如下步骤：
步骤1、按照设定抽吸参数，利用卷烟抽吸系统抽吸卷烟，确定该品牌卷烟燃烧炭线的位置；
步骤2、将连接压力测定系统的管状压力探头沿径向插入烟支内部，并对管状压力探头与烟支接触表面进行密封处理；
步骤3、启动卷烟抽吸系统，按照设定条件进行卷烟抽吸，压力测定系统记录该支卷烟在此位置和深度处的内部压降数值。
作为优选方案，在步骤1之前还需要对卷烟抽吸系统进行漏气检验和抽吸容量校正。
作为优选方案，管状压力探头与烟支接触表面通过水基胶密封。
作为优选方案，步骤2中，压力测定系统的响应频率为1～3KHz、量程为0～-5KPa，数据采集频率不小于20Hz。
本发明具有的有益效果：
1、本发明首次搭建了一套测定卷烟燃烧期间内部压降变化情况的测定装置及测试方法，该装置与卷烟抽吸系统连接，能够实现对卷烟燃烧过程中内部压降的变化情况进行实时监测，实现了对卷烟抽吸过程中燃烧情况的动态检测，具有重要的研究意义，填补了行业空白。
2、本发明的测试结果不仅可以测定卷烟任何抽吸口内烟支内部压降的变化情况，还可以监测未燃烧烟支段内部的压降变化情况，有助于进一步深化对卷烟烟气在烟支内部的运动方式的认知，一次测试可以同时获得多组数据数据，工作效率高。
3、本发明不需做任何调整，即可适用于各种尺寸、各种规格卷烟烟支燃烧时内部压降变化情况的测试，同时能够满足不同卷烟抽吸参数以及溶剂捕集、冷阱捕集、滤片捕集等不同烟气捕集方式下，卷烟抽吸燃烧时烟支内部压降变化情况的监测和测量，测量装置以及方法的适用范围广。
4、本发明中数据处理系统和压力传感器的采集频率和响应频率、压力探头尺寸、接头均可以按照卷烟规格独立配备，发明装置易于操作，测试结果具有较好的重复性，数据测定实现了自动化控制，避免了人为操作的误差，测试结果更加准确。
附图说明
图1为本发明一个优选实施例中装置的结构示意图；
图2为应用图1所示装置进行某常规卷烟第3口抽吸燃烧期间内部压降分布图；
图3为应用图1所示装置进行某细支卷烟第4口抽吸燃烧期间内部压降分布图；
图4为应用图1所示装置某常规卷烟抽吸燃烧期间，距离燃烧端25mm时烟支内部压降分布图。
附图标记
1卷烟夹持器；2卷烟；3管状压力探头；4管状接头；5压力测定系统；6卷烟抽吸系统；7数据处理系统。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
如图1所示，一种实时测定卷烟2燃烧期间内部压降变化的装置，包括：用于固定待测卷烟2的卷烟夹持器1，用于插入待测卷烟2中的管状压力探头3，用于检测待测卷烟2内部压降的压力测定系统5，用于连接管状压力探头3和压力测定系统5的压力传感器的管状接头4，用于抽吸待测卷烟2的卷烟抽吸系统6，以及用于处理接收压力测定系统5检测到的压降数据的数据处理系统7。
卷烟抽吸系统6具有一抽吸管，抽吸管与卷烟夹持器1密封相连；数据处理系统7的输入端与压力测定系统5的输出端相连；管状压力探头3的内径为0.5～1.0mm，外径为0.6～1.1mm。管状压力探头3为中空不锈钢管或中空玻璃管，长度40～80mm。当管状接头4为软管时，其一端套在管状压力探头3的端部，另一端套在压力传感器。当管状接头4为具有螺纹的不锈钢套管，其一端焊接会密封胶接在管状压力探头3的端部，另一端螺纹旋接在压力传感器。管状接头4的内径为0.7～1.2mm，长度为20～80mm。
实施例一
本实施例中，管状压力探头3为中空不锈钢管，长度为40mm，内径为1.0mm，外径为1.1mm。管状接头4为带有螺纹的不锈钢套管，其内径为1.1mm，长度为30mm。管状接头4的一端通过螺纹旋接在压力测定系统5的压力传感器上，具体是与压力传感器的检测端相连，压力测定系统5的响应频率为3KHz、量程为-6KPa，数据采集频率100Hz。
采用上述装置进行测量和评定，过程如下：
选取某品牌常规卷烟2进行检测，先按照国家标准GB/T16450-2004规定的条件对卷烟抽吸系统6进行漏气检验和抽吸容量校正；按照每口抽吸35ml、持续时间为2s、间隔58s抽吸一次的抽吸参数抽吸卷烟2，确定该品牌卷烟2燃烧炭线的位置；依据卷烟2燃烧炭线位置，在该位置处，将压力探头垂直于卷烟2轴向插入烟支内部，采用水基胶对压力探头与烟支接触表面密封处理；启动卷烟抽吸系统6，按照设定条件进行卷烟2抽吸，压力测定系统5记录该支卷烟2第3口抽吸时在此位置和深度处的内部压降数值。如图2所示，可以看出内部压降随着抽吸时间的持续，其内部压降呈现一定的规律分布，对该品牌卷烟2每口均进行测试后可以发现，在每口抽吸期间内部压降的变化不同，而卷烟2烟气的焦油及有害成分逐口释放量之间也存在明显差异，因此，本实施例的测试结果能够为这些成分逐口之间差异性的进一步研究提供理论依据。
实施例二
与实施例一不同之处在于，本实施例中，管状压力探头3为中空不锈钢管，长度为50mm，内径为0.5mm，外径为0.6mm；管状接头4为带有螺纹的不锈钢管，其内径为0.6mm，长度为40mm；管状接头4的一端通过螺纹旋接在压力测定系统5的压力传感器上，具体是与压力传感器的检测端相连，压力测定系统5的响应频率为1KHz、量程为-5KPa，数据采集频率100Hz。
采用上述装置进行测量和评定，过程如下：
选取某品牌细支卷烟2进行检测，先按照国家标准GB/T16450-2004规定的条件对卷烟抽吸系统6进行漏气检验和抽吸容量校正；按照设定抽吸参数抽吸卷烟2，确定该品牌卷烟2燃烧炭线的位置；依据卷烟2燃烧炭线位置，在该位置处，将压力探头垂直于卷烟2轴向插入烟支内部，采用水基胶对压力探头与烟支接触表面密封处理；启动卷烟抽吸系统6，按照设定条件进行卷烟2抽吸，压力测定系统5记录该支卷烟2第4口抽吸时在此位置和深度处的内部压降数值。如图3所示，可以看出内部压降随着抽吸时间的持续，其内部压降呈现一定的规律分布，与实施例1中的常规卷烟2相比，细支卷烟2内部的压降变化呈现出独特特性，这与细支卷烟2自身的烟支参数有关，同时，相关研究显示，细支卷烟2的烟气释放量与常规卷烟2相比，亦有一定的变化，采用本发明的装置和方法，对于研究细支卷烟2与常规卷烟2烟气释放量的差异性可以提供一定的理论依据和技术支撑。
实施例三
与实施例一不同之处在于，本实施例中，管状压力探头3为中空玻璃管，长度为60mm，内径为0.7mm，外径为0.8mm；管状接头4为软管，其内径为0.8mm，长度为60mm；管状接头4的一端套在管状压力探头3的端部，另一端套在压力传感器上。压力测定系统5的响应频率为1KHz、量程为-3KPa，数据采集频率100Hz。
采用上述装置进行测量和评定，过程如下：
选取某品牌细支卷烟2进行检测，先按照国家标准GB/T16450-2004规定的条件对卷烟抽吸系统6进行漏气检验和抽吸容量校正；按照设定抽吸参数抽吸卷烟2，确定该品牌卷烟2燃烧炭线的位置；依据卷烟2燃烧炭线位置距离燃烧端25mm，在该位置处，将压力探头垂直于卷烟2轴向插入烟支内部，采用水基胶对压力探头与烟支接触表面密封处理；启动卷烟抽吸系统6，按照设定条件进行卷烟2抽吸，压力测定系统5记录该支卷烟2在此位置和深度处的内部压降数值。如图4所示，可以距离燃烧端一定距离后，测定的压降数值较小，反映了烟支内部对烟气具有一定的截留效应，测定结果可为进一步深化对烟气在烟支内部运动方式的认知，具有较为重要的理论研究价值。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种实时测定卷烟(2)燃烧期间内部压降变化的装置，其特征在于：包括：
卷烟夹持器(1)，用于固定待测卷烟(2)；
管状压力探头(3)，用于插入待测卷烟(2)的过滤嘴中；
压力测定系统(5)，用于检测待测卷烟(2)的过滤嘴中的压降；
管状接头(4)，用于连接所述管状压力探头(3)和所述压力测定系统(5)的压力传感器；
卷烟抽吸系统(6)，用于抽吸待测卷烟(2)的过滤嘴；以及
数据处理系统(7)，用于处理接收所述压力测定系统(5)检测到的压降数据；
所述卷烟抽吸系统(6)具有一抽吸管，所述抽吸管与所述卷烟夹持器(1)密封相连；所述数据处理系统(7)的输入端与所述压力测定系统(5)的输出端相连；所述管状压力探头(3)的内径为0.5～1.0mm，外径为0.6～1.1mm。
2.根据权利要求1所述的一种实时测定卷烟(2)燃烧期间内部压降变化的装置，其特征在于：所述管状压力探头(3)为中空不锈钢管或中空玻璃管，长度40～80mm。
3.根据权利要求1所述的一种实时测定卷烟(2)燃烧期间内部压降变化的装置，其特征在于：所述管状接头(4)为软管，其一端套在所述管状压力探头(3)的端部，另一端套在所述压力传感器。
4.根据权利要求1所述的一种实时测定卷烟(2)燃烧期间内部压降变化的装置，其特征在于：所述管状接头(4)为具有螺纹的不锈钢套管，其一端焊接会密封胶接在所述管状压力探头(3)的端部，另一端螺纹旋接在所述压力传感器。
5.根据权利要求1所述的一种实时测定卷烟(2)燃烧期间内部压降变化的装置，其特征在于：所述管状接头(4)的内径为0.7～1.2mm，长度为20～80mm。
6.一种实时测定卷烟(2)燃烧期间内部压降变化的方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤1、按照设定抽吸参数，利用卷烟抽吸系统(6)抽吸卷烟(2)，确定该品牌卷烟(2)燃烧炭线的位置；
步骤2、将连接压力测定系统(5)的管状压力探头(3)沿径向插入烟支内部，并对管状压力探头(3)与烟支接触表面进行密封处理；
步骤3、启动卷烟抽吸系统(6)，按照设定条件进行卷烟(2)抽吸，压力测定系统(5)记录该支卷烟(2)在此位置和深度处的内部压降数值。
7.根据权利要求6所述的一种实时测定卷烟(2)燃烧期间内部压降变化的方法，其特征在于：在步骤1之前还需要对卷烟抽吸系统(6)进行漏气检验和抽吸容量校正。
8.根据权利要求6所述的一种实时测定卷烟(2)燃烧期间内部压降变化的方法，其特征在于：管状压力探头(3)与烟支接触表面通过水基胶密封。
9.根据权利要求6所述的一种实时测定卷烟(2)燃烧期间内部压降变化的方法，其特征在于：步骤2中，压力测定系统(5)的响应频率为1～3KHz、量程为0～-5KPa，数据采集频率不小于20Hz。
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