CN109527646A - 一种无损快速测量卷烟分段吸阻的方法 - Google Patents

Abstract

一种无损快速测量卷烟分段吸阻的方法，是在不多于三个状态下的总压降与气体流量的测量以及卷烟滤嘴通风孔位置测量的基础上，基于卷烟烟支气流流过时所形成的流量守恒和“拟串联”的基本特点，在不对卷烟滤嘴段和烟支段进行机械分离情况下，实现卷烟烟支各分段吸阻的无损快速测量，其理论基础是流体通过卷烟形成的压降与流体流过卷烟流量成正比，两者比值即为卷烟渗透阻，通过多个状态下“拟串联”方式形成的流量守恒关系获得卷烟烟支各分段吸阻。本方法操作简便，同时不同状态下卷烟各分段气流分配比例变化较小，具有更好线性度，因此得到的测量结果更为科学、合理、准确，可为卷烟产品质量追溯、产品设计及工艺优化提供有效支持。

Description

一种无损快速测量卷烟分段吸阻的方法

技术领域：

本发明涉及卷烟质量检测技术领域，具体涉及一种无损快速测量卷烟分段吸阻的方法。

背景技术：

卷烟吸阻是卷烟产品物理质量的重要指标之一，它的大小对卷烟产品感官质量及抽吸难易程度具有重要影响。卷烟烟支吸阻的测量通常采用GB/T 22838.5-2009《卷烟和滤棒物理性能的测定_第5部分：卷烟吸阻和滤棒压降》，能够实现对卷烟吸阻测量的全自动化操作与控制，上述方法实现了卷烟开放吸阻与封闭吸阻的测量。通过该卷烟吸阻的测量，可以了解卷烟质量和卷烟加工制造水平，卷烟吸阻的形成主要有六个部分：烟丝填充部分（卷烟纸包裹）、卷烟纸部分、烟丝填充（接装纸包裹）、通风滤嘴前段部分（从滤嘴与烟丝段接触端面至滤嘴通风口位置为界）、通风滤嘴后段部分（从滤嘴通风口位置至滤嘴气流出口端面为界）和滤嘴通风（打孔技术或通风透气技术）等，简单分解主要是滤嘴段、烟支段、卷烟纸和滤嘴通风四个部分。卷烟各部分吸阻大小的测量，尤其是滤嘴段和烟支段两部分，是实现卷烟吸阻稳定性的质量追溯（对两个吸阻及吸阻稳定性成因）、产品设计（如何吸阻设计进行调控）及制丝和卷接工艺加工过程参数优化（如何获得更稳定的卷烟吸阻等）的关键技术。

通过GB/T 22838.5-2009标准方法获知的卷烟吸阻是整体性的，如果测得的卷烟吸阻不稳定，无法通过整体性吸阻的波动程度快速获知卷烟烟支各个部分吸阻稳定性的程度，如果希望获知滤嘴段、烟支段、卷烟纸和滤嘴通风等四个部分，尤其是滤嘴段和烟支段吸阻的稳定性（因为两个部分的加工工艺是完全不同的）性质，需要将卷烟切割成两段进行分别测量，这种方法不仅测量周期长、费时费力，更会带来测试的误差。

中国专利（公开号：CN107024409A）描述了一种卷烟烟支分段吸阻的测量方法（也为本案申请人前期申请），该测量方法基于线性网络模型获知形成吸阻六个部分在滤嘴搭配条件下的吸阻测试方法。但在实现时，由于假设了卷烟纸与烟丝段是并联关系（该关系只适用于一定范围使用），检测时，易出现某段吸阻呈现负值的情况。基于此，需要开发新的卷烟分段吸阻测试方法。

发明内容：

本发明的目的正是基于上述文献中未涉及的方法和专利中所存在的问题，基于卷烟烟支气流流过时所形成的流量守恒和“拟串联”的基本特点，发明一种无损检测卷烟分段吸阻的方法，是在卷烟吸阻与气体流量测量方法基础上，实现卷烟烟支各部分吸阻的测量，尤其是在不对卷烟滤嘴段和烟支段进行机械分离情况下，分别独立获得滤嘴段和烟支段的封闭吸阻数据，用以满足为卷烟产品质量追溯、产品设计及工艺优化提供基础支撑的实际工程需求。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种无损快速测量卷烟分段吸阻的方法，依据卷烟吸阻形成的理论基础是流体通过卷烟形成的压降（Pa）与流体流过卷烟流量（单位：mL/s）成正比，两者的比值即为卷烟渗透阻（单位：Pa·s/mL），卷烟渗透阻是物性参数，确定具有滤嘴激光打孔的卷烟烟支渗透阻主要是由以下5个部分的渗透阻形成的：

第1部分：包括卷烟烟丝段（有烟丝填充的部分）的渗透阻（即为卷烟纸包覆的烟丝段渗透阻μ₁+接装纸包覆的烟丝段渗透阻μ₃），

第2部分：从卷烟纸段进入烟丝段的渗透阻（记为μ₂），

第3部分：气流通过滤嘴前段（以激光打孔的孔线为分界）的渗透阻（记为μ₄），

第4部分：气流通过滤嘴后段（以激光打孔的孔线为分界）的渗透阻（记为μ₅），

第5部分：气流从通风孔进入滤嘴段的渗透阻（记为μ₆），

具体分布如附图1所示，该方法是通过对被测参数间形成多个状态下，通过“拟串联”方式形成的流量守恒关系获得的，其中包括了3个状态下的总压降与气体流量的测量以及卷烟滤嘴通风孔位置的测量，具体为：

状态1是将卷烟样品封闭卷烟纸，封闭滤嘴通风孔的吸阻测试，其方法是，卷烟纸部分利用3M-透明胶带进行包覆或者将卷烟纸部分用合适尺寸的乳胶管进行包覆，同时滤嘴通风孔采用3M-透明胶带或合适尺寸乳胶管包覆，在一定的流量下进行（GB/T 22838.5-2009中要求17.5mL/s）记为Q，得到相应条件下卷烟吸阻值，记为△P₁，此时，形成了流量平衡方程，如式1所示

其中令

得到

状态2是对卷烟样品在一定流量下（同上）进行封闭卷烟纸，开放滤嘴通风孔的吸阻测试，其方法是卷烟纸部分利用3M-透明胶带进行包覆或者将卷烟纸部分用合适尺寸的乳胶管进行包覆，得到相应条件下的卷烟吸阻值，记为△P₂，同时检测在该状态下通过滤嘴通风孔的总流量，记为Q₆，此时，形成了流量平衡方程，如式3所示

状态3是将卷烟样品在一定流量下（同上）进行封闭滤嘴通风孔，开放卷烟纸段的吸阻测试，其方法是滤嘴通风孔采用3M-透明胶带或合适尺寸乳胶管包覆，得到相应条件下的卷烟吸阻值，记为△P₃，同时检测在该状态下通过卷烟纸的总流量，记为Q₂，此时，形成了流量平衡方程，如式4所示

状态4是测量卷烟滤嘴前段与滤嘴后段的渗透阻值之比，其渗透阻值之比等于其长度之比k，记为 （5），其方法是利用直尺或光学法对滤嘴通孔所在位置进行测量，从而确定滤嘴前段与后段渗透阻的比值，具体界限如附图1所示。

根据4个不同状态的方程条件，列出方程组，求解相应的μ₁+μ₃、μ₂、μ₄、μ₅、μ₆的渗透阻值，根据上述方程组求出的渗透阻值，分别计算获得烟丝段、滤嘴段的压降值，即各部分的分段吸阻。

另外，对于无滤嘴通风的情况，整个滤嘴段渗透阻值记为μ₄₅，只需进行状态1和状态3的测量，上述测量步骤可化简为：

状态1是将卷烟样品封闭卷烟纸的吸阻测试，其方法是，卷烟纸部分利用3M-透明胶带进行包覆或者将卷烟纸部分用合适尺寸的乳胶管进行包覆，在一定的流量下进行（GB/T22838.5-2009中要求17.5mL/s）记为Q，得到相应条件下的卷烟吸阻值，记为△P₁，此时，形成了流量平衡方程，如式6所示

状态3是将卷烟样品在一定流量下（同上），开放卷烟纸段的吸阻测试，其方法是在卷烟纸开放条件下得到卷烟吸阻值，记为△P_3，同时检测在该状态下通过卷烟纸的总流量，记为Q₂，此时，形成了流量平衡方程，如式7所示

根据(6)(7)组成的方程组，求解相应的μ₁以及μ₃+μ₄₅的渗透阻值，根据上述方程组求出的渗透阻值，分别计算获得烟丝段、滤嘴段与被接装纸包覆烟丝段的压降值，即各部分的分段吸阻。

本发明相比现有技术的突出优点在于：基于卷烟烟支气流流过时所形成的流量守恒和“拟串联”的基本特点，在卷烟吸阻测量方法基础上，实现卷烟烟支各部分吸阻的测量，且在不对卷烟滤嘴段和烟支段进行机械分离情况下，分别独立获得滤嘴段和烟支段的封闭吸阻数据，本发明的检测方法可用以满足为卷烟产品质量追溯、产品设计及工艺优化提供基础支撑的实际工程需求，特别是相比之前的专利公开号CN107024409A的测定方法，大大减少了烟支测试状态（从六个测试状态减小为四个测试状态），操作更为简便，降低了单个烟支在多次测试状态时发生吸阻改变的可能性，同时本方法采用的数值求解方法更加容易，克服了其由于过多采用并联关系，微小压力测量误差某些情况下可能导致某段吸阻计算结果呈现负值的情况，且由于没有封闭烟支的端面，烟支中的气流分配比例变化不大，在吸阻与流量呈现线性范围区间之内，检测方法及测定数据更加科学、合理、准确。

附图说明

图1 卷烟各部分μ值分布图。

具体实施方式：

本发明结合以下实施案例，做进一步描述：

实施案例1

某牌号细支卷烟（17mm）分段吸阻的测量结果如下（测量方法为将烟丝段和滤嘴段分离后分别测量）：此样品平行10次试验，其烟丝段的开放吸阻为758 Pa，标偏为40Pa，滤嘴段的开放吸阻为829Pa，标偏为33Pa。本发明所述方法实施例的具体操作步骤如下所示：

步骤1：是将卷烟样品:17.5mL/s进行封闭卷烟纸部分，封闭滤嘴通风孔的吸阻测试，其方法是利用3M-透明胶带进行包覆卷烟纸和滤嘴通风孔，得到相应平行10次测试条件下的卷烟吸阻值为2147Pa，标偏为24Pa，同时检测在该状态下通过烟支的总流量为17.5mL/s，标偏为0.4mL/s，此时形成流量平衡方程，如式2所示

其中，

步骤2：是对卷烟样品在17.5mL/s进行封闭卷烟纸，开放滤嘴段的吸阻测试，其方法是利用3M-透明胶带进行包覆卷烟纸，得到相应平行10次测试条件下的吸阻值为1179Pa，其标偏为17Pa，同时检测在该状态下通过烟支的总流量为17.5mL/s，在该状态下通过滤嘴通风孔的气流量Q₆为10.7mL/s，其标偏为0.5mL/s，此时，形成了流量平衡方程，如式3所示

步骤3：是将卷烟样品在17.5mL/s进行封闭滤嘴通风孔，开放卷烟段的吸阻测试，其方法是利用3M-透明胶带将包覆滤嘴通风孔得到相应平行10次测试条件下的卷烟吸阻值1761Pa_，标偏为21Pa，同时检测在该状态下通过烟支的总流量为17.5mL/s，在该状态下通过卷烟纸的流量为4.4mL/s,其标偏为0.4mL/s,此时，形成了流量平衡方程，如式4所示

步骤4：是测量卷烟滤嘴前段与滤嘴后段的渗透阻值之比，其渗透阻值之比等于其长度之比，其方法是利用直尺对滤嘴通孔的所在位置进行平行10次测量，从而确定其滤嘴前段与后端的比值为0.85，标偏0.03，即 (5)，具体界限如附图1所示。

根据上述4个不同状态的方程条件，列出方程组，求解相应的μ₁+μ₃、μ₂、

μ₄、μ₅、μ₆的渗透阻值，根据上述方程组求出的渗透阻值，依据阻值和流量间的关系，分别获得开放烟丝段和滤嘴段的压降值为分别获得烟丝段、滤嘴段的压降值为775 Pa和814Pa。依据步骤1-4，依次获得其他9支卷烟的烟丝段和滤嘴段的封闭吸阻值。通过计算，该10支样品烟丝段和滤嘴段开放吸阻值分别为762 Pa和824 Pa，其相应标偏分别为26Pa和32Pa，与分割法测量数据对比，平均值的误差小于5%。说明该方法能够准确反映各分段吸阻值和产品质量的波动。

实施案例2

某牌号无滤嘴通风细支卷烟（17mm）分段吸阻的测量结果如下（测量方法为将烟丝段和滤嘴段分离后分别测量）：此样品平行10次试验，其烟丝段的开放吸阻为781 Pa，标偏为35Pa，滤嘴段与被接装纸包覆的烟丝段总吸阻为949Pa，标偏为32Pa。本发明所述方法实施例的具体操作步骤如下所示：

步骤1：是将卷烟样品:17.5mL/s进行封闭卷烟纸部分的吸阻测试，其方法是利用3M-透明胶带进行包覆卷烟纸，得到相应平行10次测试条件下的卷烟吸阻值为1885Pa，标偏为22Pa，同时检测在该状态下通过烟支的总流量为17.5mL/s，标偏为0.3mL/s，此时形成流量平衡方程，如式2所示

步骤2：是将卷烟样品在17.5mL/s进行开放卷烟段的吸阻测试，其方法是在卷烟纸开放条件下平行10次测试得到卷烟吸阻值1728Pa，标偏为18Pa，同时检测在该状态下通过烟支的总流量为17.5mL/s，标偏0.2mL/s，在该状态下通过卷烟纸的流量为2.9mL/s,其标偏为0.2mL/s，此时形成了流量平衡方程，如式4所示

根据(6)(7)组成的方程组，求解相应的μ₁以及μ₃+μ₄₅的渗透阻值，根据上述方程组求出的渗透阻值，分别计算获得烟丝段、滤嘴段与被接装纸包覆烟丝段的压降值为780 Pa和948 Pa，即各部分的分段吸阻。依据步骤1-2，依次获得其他9支卷烟的烟丝段、滤嘴段与被接装纸包覆烟丝段的封闭吸阻值。通过计算，该10支样品烟丝段、滤嘴段与被接装纸包覆烟丝段吸阻值分别为772 Pa和953 Pa ，其标偏分别为25Pa和30Pa。与分割法测量数据对比，本测量方法得到的吸阻平均值误差小于5%，说明本方法能够准确反映各分段吸阻值和产品质量的波动。

Claims (2)

1.一种无损快速测量卷烟分段吸阻的方法，其特征在于：是基于卷烟烟支气流流过时所形成的流量守恒和“拟串联”的基本特点，在卷烟吸阻与气体流量测量方法基础上，实现卷烟烟支各部分吸阻的测量，尤其是在不对卷烟滤嘴段和烟支段进行机械分离情况下，分别独立获得滤嘴段和烟支段的封闭吸阻数据，依据卷烟吸阻形成的理论基础是流体通过卷烟形成的压降与流体流过卷烟流量成正比，两者的比值即为卷烟渗透阻，卷烟渗透阻是物性参数，确定具有滤嘴激光打孔的卷烟烟支渗透阻主要是由以下5个部分的渗透阻形成的：

第1部分：气流通过卷烟烟丝段的渗透阻，即为卷烟纸包覆的烟丝段渗透阻μ₁+接装纸包覆的烟丝段渗透阻μ₃；

第2部分：气流从卷烟纸段进入烟丝段的渗透阻记为μ₂；

第3部分：以激光打孔的孔线为分界，气流通过滤嘴前段的渗透阻记为μ₄；

第4部分：以激光打孔的孔线为分界，气流通过滤嘴后段的渗透阻记

为μ₄₅；

第5部分：气流从通风孔进入滤嘴段的渗透阻记为μ₆；

该方法是通过对被测参数间形成多个状态下，通过“拟串联”方式形成的流量守恒关系获得的，其中包括了3个状态下的总压降与气体流量的测量以及卷烟滤嘴通风孔位置的测量，具体为：

状态1是将卷烟样品封闭卷烟纸，封闭滤嘴通风孔的吸阻测试，其方法是，卷烟纸部分利用3M-透明胶带进行包覆或者将卷烟纸部分用合适尺寸的乳胶管进行包覆，同时滤嘴通风孔采用3M-透明胶带或合适尺寸乳胶管包覆，在一定的流量即GB/T 22838.5-2009中要求17.5mL/s下进行，该流量记为Q，得到相应条件下卷烟吸阻值，记为△P₁，此时，形成了流量平衡方程，如式1所示

其中令

得到

状态2是对卷烟样品在上述一定流量下进行封闭卷烟纸，开放滤嘴通风孔的吸阻测试，其方法是卷烟纸部分利用3M-透明胶带进行包覆或者将卷烟纸部分用合适尺寸的乳胶管进行包覆，得到相应条件下的卷烟吸阻值，记为△P₂，同时检测在该状态下通过滤嘴通风孔的总流量，记为Q₆，此时，形成了流量平衡方程，如式3所示

状态3是将卷烟样品在上述一定流量下进行封闭滤嘴通风孔，开放卷烟纸段的吸阻测试，其方法是滤嘴通风孔采用3M-透明胶带或合适尺寸乳胶管包覆，得到相应条件下的卷烟吸阻值，记为△P₃，同时检测在该状态下通过卷烟纸的总流量，记为Q₂，此时，形成了流量平衡方程，如式4所示

状态4是测量卷烟滤嘴前段与滤嘴后段的渗透阻值之比，其渗透阻值之比等于其长度之比k，记为 （5），其方法是利用直尺或光学法对滤嘴通孔所在位置进行测量，从而确定滤嘴前段与后段渗透阻的比值；

根据4个不同状态的方程条件，列出方程组，求解相应的μ₁+μ₃、μ₂、μ₄、μ₅、μ₆的渗透阻值，根据上述方程组求出的渗透阻值，分别计算获得烟丝段、滤嘴段的压降值，即各部分的分段吸阻。

2.根据权利要求1所述的无损快速测量卷烟分段吸阻的方法，其特征在于：对于无滤嘴通风的情况，整个滤嘴段渗透阻值记为μ₄₅，只需进行状态1和状态3的测量，上述测量步骤可化简为：

状态1是将卷烟样品封闭卷烟纸的吸阻测试，其方法是，卷烟纸部分利用3M-透明胶带进行包覆或者将卷烟纸部分用合适尺寸的乳胶管进行包覆，在一定的流量即GB/T22838.5-2009中要求17.5mL/s下进行，该流量记为Q，得到相应条件下的卷烟吸阻值，记为△P₁，此时，形成了流量平衡方程，如式6所示

状态3是将卷烟样品在上述一定流量下，开放卷烟纸段的吸阻测试，其方法是在卷烟纸开放条件下得到卷烟吸阻值，记为△P_3，同时检测在该状态下通过卷烟纸的总流量，记为Q₂，此时，形成了流量平衡方程，如式7所示

根据(6)(7)组成的方程组，求解相应的μ₁以及μ₃+μ₄₅的渗透阻值，根据上述方程组求出的渗透阻值，分别计算获得烟丝段、滤嘴段与被接装纸包覆烟丝段的压降值，即各部分的分段吸阻。