CN109085111B - 一种主动双活塞式通风率标准棒校准装置及其校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种主动双活塞式通风率标准棒校准装置及校准方法，包括夹持标准棒的夹具、第一活塞机构、第二活塞机构、第一压差传感器、第二压差传感器，夹具的两端部分别设有第一进气口和出气口，其侧面设有第二进气口，第一进气口与外界相连接，第二进气口与第二活塞机构相连接，夹具的出气口与第一活塞机构相连接，第一压差传感器连接在夹具的出气口和第一活塞机构之间，第二压差传感器连接在第二活塞机构和第二进气口之间。采用步进电机驱动的双活塞式流量标准装置，第一活塞和第二活塞同步协调运行，即可实现通风率标准棒的校准。

Description

一种主动双活塞式通风率标准棒校准装置及其校准方法

技术领域

本发明属于卷烟检测仪器标准件校准技术领域，具体涉及一种主动双活塞式通风率标准棒校准装置及校准方法。

背景技术

滤嘴通风技术是目前国内外卷烟工业企业普遍采用的降焦减害手段，通风率与卷烟主流烟气释放量、感官质量品质有直接关系。一般来说，卷烟通风率越大，焦油释放量越低，卷烟通风率是卷烟厂严格控制的物理参数之一。

通风率标准棒是卷烟通风率测量仪器上配套使用的标准件。通风率标准棒将准确量值传递给通风率测量仪器，通风率测量仪器再将量值传递给卷烟，通风率标准棒量值的准确与否直接决定着卷烟通风率测量数据的可靠与否。卷烟检测部门在使用通风率标准棒的过程中，环境因素、人为因素、标定因素、材料因素等会使通风率标准棒量值发生偏移，导致卷烟通风率参数测量数据可靠性变差。因此，烟草行业规定通风率标准棒每年定期检定一次。

烟草行业目前主要采用皂膜流量计对通风率标准棒进行校准。皂膜流量计一般采用人眼读数，存在测量重复性差、随机误差大的缺点；皂膜流量计需分两步分别测量通风率标准棒总流量和通风流量，工作效率较低；皂膜流量计为湿式测量方式，皂膜会将测试空气浸湿，与通风率标准棒实际工况不符。因此，有必要研制一套可靠性强、效率高、准确度大的通风率标准棒校准装置，并建立相应的通风率标准棒校准方法。

发明内容

基于现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种主动双活塞式通风率标准棒校准装置及校准方法。

一种主动双活塞式通风率标准棒校准装置，包括夹持标准棒的夹具、第一活塞机构、第二活塞机构、第一压差传感器、第二压差传感器，所述夹具的两端部分别设有第一进气口和出气口，其侧面设有第二进气口，第一进气口与外界相连接，第二进气口与所述第二活塞机构相连接，所述夹具的出气口与第一活塞机构相连接，所述第一压差传感器连接在夹具的出气口和第一活塞机构之间，所述第二压差传感器连接在第二活塞机构和第二进气口之间。

所述第一活塞机构包括第一步进电机、第一滚珠丝杠、第一导向槽、第一导向板、第一活塞杆、第一活塞、第一缸体以及第一电磁阀，所述第一步进电机固定在第一导向槽的端部，并通过联轴器与第一滚珠丝杠连接，所述第一滚珠丝杠通过第一螺母与第一导向板连接，所述第一活塞杆固定在第一导向板上，所述第一活塞内嵌于第一缸体中，所述第一缸体与第一导向槽前后衔接，所述第一电磁阀串接在第一缸体与夹具的出气口之间，所述第一压差传感器并联于第一缸体与夹具的出气口之间，所述第二活塞机构包括第二步进电机、第二滚珠丝杠、第二导向槽、第二导向板、第二活塞杆、第二活塞、第二缸体以及第二电磁阀，所述第二电磁阀串接在第二缸体与夹具的第二进气口之间，所述第二压差传感器并联于第二缸体与夹具的第二进气口之间。

所述标准棒为圆柱体结构，其包括进气端面、出气端面、侧端面，标准棒内部的总毛细管孔贯穿于出气端面和进气端面之间，侧端面靠近出气端面部位设有通风毛细管孔，通风毛细管孔与总毛细管孔相贯通。

所述滚珠丝杠准确度等级不低于P5。

所述电磁阀为两位三通式。

所述第一缸体与第二缸体均为圆柱形，且内径相同，二者的容积均不小于600mL。

一种标准棒通风率校准方法，包括以下步骤：

S1：将标准棒安装入夹具中，通风毛细管孔对应夹具的第二进气口，夹具的靠近的第一进气口处的内壁与标准棒的侧端面密封；

S2：校准，第一步进电机正向旋转带动联轴器、第一滚珠丝杠转动，第一滚珠丝杠通过第一螺母与第一导向板传动配合，第一导向板带动第一活塞杆、第一活塞向左运动，第一缸体内空气变为负压，第一电磁阀打开，大气流经标准棒、第一电磁阀进入第一缸体内，第一压差传感器用于测量标准棒的压降；调节第一步进电机的转速，使第一缸体内空气流量为恒定流量，恒定流量为17.5mL/s。

在恒定流量的抽吸下，标准棒的通风毛细管孔有空气不断流入，第二电磁阀打开，第二缸体内变为负压，此时控制第二步进电机反向旋转带动联轴器、第二滚珠丝杠转动，第二滚珠丝杠通过第二螺母与第二导向板传动配合，第二导向板带动第二活塞杆、第二活塞向上运动，第二缸体内压力逐渐回升，第二压差传感器用于实时监测通风毛细管孔的压力；当第二压差传感器示值为零时，表明第二活塞的运行速度与通风毛细管孔空气流量相平衡；待第一活塞匀速运行后，调节第二活塞的运行速度，使第二压差传感器示值为零，运行一段时间t后，分别记录第一活塞、第二活塞的运行位移为s₁、s₂，第一缸体、第二缸体的半径分别为r₁、r₂，第一压差传感器的示值为P_D，大气压力为P；

标准棒总流量如下，

标准棒通风流量如下，

假设第一缸体、第二缸体的半径相等，修正前的标准棒通风率值如下，

修正后的标准棒通风率值如下，

如不考虑标准棒引入的压降，标准棒通风率值为第二活塞运行位移s₂与第一活塞运行位移s₁的比值；

S3：校准完成后，如果第一活塞与第二活塞运行至极限位置附近，控制第一电磁阀与b24关闭，与大气相通，第一活塞向右运动、第二活塞向下运动可实现校准装置的复位。

本发明相对于现有技术具有以下有益效果：本发明采用步进电机驱动的双活塞式流量标准装置，第一活塞和第二活塞同步协调运行，即可实现通风率标准棒的校准，具有可靠性强、效率高、准确性大的优点。

附图说明

图1是本发明的实施例的结构示意图；

图2是本发明的标准棒结构示意图；

图3是本发明的标准棒截面放大示意图；

图中：1、第一步进电机，2、第一联轴器，3、第一滚珠丝杠，4、第一螺母，5、第一导向板，6、第一导向槽，7、第一活塞杆，8、第一活塞，9、第一缸体，10、第一电磁阀，11、第一压差传感器，12、夹具，13、标准棒，14、第二压差传感器，15、第二步进电机，16、第二联轴器，17、第二滚珠丝杠，18、第二螺母，19、第二导向板，20、第二导向槽，21、第二活塞杆，22、第二活塞，23、第二缸体，24、第二电磁阀，25、侧端面，26、出气端面，27、进气端面，28、总毛细管孔，29、通风毛细管孔。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1。本说明书所附图所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

如图1所示，一种主动双活塞式通风率标准棒校准装置，包括夹持标准棒13的夹具12、第一活塞8机构、第二活塞22机构、第一压差传感器11、第二压差传感器14，所述夹具12的两端部分别设有第一进气口121和出气口，其侧面设有第二进气口122，第一进气口121与外界相连接，第二进气口122与所述第二活塞22机构相连接，所述夹具12的出气口与第一活塞8机构相连接，所述第一压差传感器11连接在夹具12的出气口和第一活塞8机构之间，所述第二压差传感器14连接在第二活塞22机构和第二进气口122之间。

所述第一活塞8机构包括第一步进电机1、第一滚珠丝杠3、第一导向槽6、第一导向板5、第一活塞杆7、第一活塞8、第一缸体9以及第一电磁阀10，所述第一步进电机1固定在第一导向槽6的端部，并通过第一联轴器2与第一滚珠丝杠3连接，所述第一滚珠丝杠3通过第一螺母4与第一导向板5连接，所述第一活塞杆7固定在第一导向板5上，所述第一活塞8内嵌于第一缸体9中，所述第一缸体9与第一导向槽6前后衔接，所述第一电磁阀10串接在第一缸体9与夹具12的出气口之间，第一压差传感器11并联于第一缸体9与夹具12的出气口之间，所述第二活塞22机构包括第二步进电机15、第二滚珠丝杠17、第二导向槽20、第二导向板19、第二螺母18、第二活塞杆21、第二活塞22、第二缸体23以及第二电磁阀24，所述第二电磁阀24串接在第二缸体23与夹具12的第二进气口122之间，第二压差传感器14并联于第二缸体23与夹具12的第二进气口122之间。

所述标准棒13内插于夹具12内，所述第一压差传感器11用于测量标准棒13的压降值，所述第二压差传感器14在校准装置工作过程中示值保持为零。

如图2、图3所示，所述标准棒13为圆柱体结构，其包括进气端面27、出气端面26、侧端面25，标准棒13内部的总毛细管孔28贯穿于出气端面26和进气端面27之间，侧端面25靠近出气端面26部位设有通风毛细管孔29，通风毛细管孔29与总毛细管孔28相贯通。

通风率标准棒13工作过程中，测试空气从通风毛细管孔29与进气端面27流入，两路空气汇聚后从出气端面26的总毛细管孔28流出。通风毛细管孔29流入的空气流量与总毛细管孔28流出的空气流量之比即为标准棒13的通风率。标准棒13通风率量值范围为0～100％，通常使用的量值为20％、50％、80％。

所述滚珠丝杠准确度等级不低于P5。

所述电磁阀为两位三通式。

所述第一缸体9与第二缸体23均为圆柱形，且内径相同，二者的容积均不小于600mL。

一种标准棒通风率校准方法，包括以下步骤：

S1：将标准棒13安装入夹具12中，通风毛细管孔29对应夹具12的第二进气口122，夹具12的靠近的第一进气口121处的内壁与标准棒13的侧端面25密封；

S2：校准，如图1所示，第一步进电机1正向旋转带动第一联轴器2、第一滚珠丝杠3转动，第一滚珠丝杠3通过第一螺母4与第一导向板5传动配合，第一导向板5带动第一活塞杆7、第一活塞8向左运动，第一缸体9内空气变为负压，第一电磁阀10打开，大气流经标准棒13、第一电磁阀10进入第一缸体9内，第一压差传感器11用于测量标准棒13的压降；调节第一步进电机1的转速，使第一缸体9内空气流量为恒定流量，恒定流量为17.5mL/s。

在恒定流量的抽吸下，标准棒13的通风毛细管孔29有空气不断流入，第二电磁阀24打开，第二缸体23内变为负压；此时，控制第二步进电机15反向旋转带动第二联轴器、第二滚珠丝杠17转动，第二滚珠丝杠17通过第二螺母与第二导向板19传动配合，第二导向板19带动第二活塞杆21、第二活塞22向上运动，第二缸体23内压力逐渐回升，第二压差传感器14用于实时监测通风毛细管孔29的压力；当第二压差传感器14示值为零时，表明第二活塞22的运行速度与通风毛细管孔29空气流量相平衡；待第一活塞8匀速运行后，调节第二活塞22的运行速度，使第二压差传感器14示值为零，运行一段时间t后，分别记录第一活塞8、第二活塞22的运行位移为s₁、s₂，第一缸体9、第二缸体23的半径分别为r₁、r₂，第一压差传感器11的示值为P_D，大气压力为P；

标准棒13总流量如下，

标准棒13通风流量如下，

假设第一缸体9、第二缸体23的半径相等，修正前的标准棒13通风率值如下，

修正后的标准棒13通风率值如下，

如不考虑标准棒13引入的压降，标准棒13通风率值为第二活塞22运行位移s₂与第一活塞8运行位移s₁的比值；

S3：校准完成后，如果第一活塞8与第二活塞22运行至极限位置附近，控制第一电磁阀10与b24关闭，与大气相通，第一活塞8向右运动、第二活塞22向下运动可实现校准装置的复位。

该校准装置采用步进电机驱动的双活塞式流量标准装置，第一活塞8和第二活塞22同步协调运行，即可实现通风率标准棒13的校准，具有可靠性强、效率高、准确性大的优点。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (6)

1.一种主动双活塞式通风率标准棒校准装置，其特征在于：包括夹持标准棒的夹具、第一活塞机构、第二活塞机构、第一压差传感器、第二压差传感器，所述夹具的两端部分别设有第一进气口和出气口，其侧面设有第二进气口，第一进气口与外界相连接，第二进气口与所述第二活塞机构相连接，所述夹具的出气口与第一活塞机构相连接，所述第一压差传感器连接在夹具的出气口和第一活塞机构之间，所述第二压差传感器连接在第二活塞机构和第二进气口之间；

所述第一活塞机构包括第一步进电机、第一滚珠丝杠、第一导向槽、第一导向板、第一活塞杆、第一活塞、第一缸体以及第一电磁阀，所述第一步进电机固定在第一导向槽的端部，并通过联轴器与第一滚珠丝杠连接，所述第一滚珠丝杠通过第一螺母与第一导向板连接，所述第一活塞杆固定在第一导向板上，所述第一活塞内嵌于第一缸体中，所述第一缸体与第一导向槽前后衔接，所述第一电磁阀串接在第一缸体与夹具的出气口之间，所述第一压差传感器并联于第一缸体与夹具的出气口之间，所述第二活塞机构包括第二步进电机、第二滚珠丝杠、第二导向槽、第二导向板、第二活塞杆、第二活塞、第二缸体以及第二电磁阀，所述第二电磁阀串接在第二缸体与夹具的第二进气口之间，所述第二压差传感器并联于第二缸体与夹具的第二进气口之间；

所述标准棒为圆柱体结构，其包括进气端面、出气端面、侧端面，标准棒内部的总毛细管孔贯穿于出气端面和进气端面之间，侧端面靠近出气端面部位设有通风毛细管孔，通风毛细管孔与总毛细管孔相贯通。

2.根据权利求1所述主动双活塞式通风率标准棒校准装置，其特征在于：所述滚珠丝杠准确度等级不低于P5。

3.根据权利求1所述主动双活塞式通风率标准棒校准装置，其特征在于：所述电磁阀为两位三通式。

4.根据权利求1所述主动双活塞式通风率标准棒校准装置，其特征在于：所述第一缸体与第二缸体均为圆柱形，且内径相同，二者的容积均不小于600mL。

5.一种基于权利要求1至4任一所述校准装置的标准棒通风率校准方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将标准棒安装入夹具中，通风毛细管孔对应夹具的第二进气口，夹具的靠近的第一进气口处的内壁与标准棒的侧端面密封；

S2：校准，第一步进电机正向旋转带动联轴器、第一滚珠丝杠转动，第一滚珠丝杠通过第一螺母与第一导向板传动配合，第一导向板带动第一活塞杆、第一活塞向左运动，第一缸体内空气变为负压，第一电磁阀打开，大气流经标准棒、第一电磁阀进入第一缸体内，第一压差传感器用于测量标准棒的压降；调节第一步进电机的转速，使第一缸体内空气流量为恒定流量，在恒定流量的抽吸下，标准棒的通风毛细管孔有空气不断流入，第二电磁阀打开，第二缸体内变为负压，此时控制第二步进电机反向旋转带动联轴器、第二滚珠丝杠转动，第二滚珠丝杠通过第二螺母与第二导向板传动配合，第二导向板带动第二活塞杆、第二活塞向上运动，第二缸体内压力逐渐回升，第二压差传感器用于实时监测通风毛细管孔的压力；当第二压差传感器示值为零时，表明第二活塞的运行速度与通风毛细管孔空气流量相平衡；待第一活塞匀速运行后，调节第二活塞的运行速度，使第二压差传感器示值为零，运行一段时间t后，分别记录第一活塞、第二活塞的运行位移为s1、s2，第一缸体、第二缸体的半径分别为r1、r2，第一压差传感器的示值为P_D，大气压力为P；标准棒总流量如下，

标准棒通风流量如下，

假设第一缸体、第二缸体的半径相等，修正前的标准棒通风率值如下，

修正后的标准棒通风率值如下，

如不考虑标准棒引入的压降，标准棒通风率值为第二活塞运行位移s2与第一活塞运行位移s1的比值；

S3：校准完成后，如果第一活塞与第二活塞运行至极限位置附近，控制第一电磁阀与b24关闭，与大气相通，第一活塞向右运动、第二活塞向下运动可实现校准装置的复位。

6.根据权利要求5所述标准棒通风率校准方法，其特征在于：S2中所述的恒定流量为17.5mL/s。