CN112369654A - 一种卷烟通风率检测装置系统压差的消除方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及卷烟质量及物理性能检测领域，具体是一种卷烟通风率检测装置的压差补偿消除方法，其特征在于：该方法通过外接可调压降发生器能够有效消除流量计的压降而导致的检测结果偏差，通过使用的负压发生器装置能够有效消除在卷烟通风率检测装置中流量计所产生的压降，且该发明直接给出了负压发生器消除压降的调节方法，操作步骤简洁明了，使用方便，可自动控制实现，调节方法稳定快速，而且不会出现超调。

Description

一种卷烟通风率检测装置系统压差的消除方法
技术领域
本发明涉及卷烟质量及物理性能检测领域，具体涉及一种卷烟通风率检测装置的压差补偿消除方法。
背景技术
卷烟通风率是影响卷烟内在质量的重要指标，主要分为卷烟纸通风率、滤嘴通风率以及卷烟总通风率。卷烟通风率的大小直接影响卷烟产品的焦油、CO以及烟碱的释放量，进而影响卷烟的感官感受。卷烟通风率检测是卷烟的重要质量评价指标，因此卷烟通风率检测的准确性至关重要。
卷烟通风率检测需要使用流量计，通过卷烟不同部分的流量比计算卷烟通风率。常见的流量计主要分为质量流量计和体积流量计。无论哪种流量计，均存在小量压降。一般来讲，流量计产生压降可以忽略不计。但是对于吸阻只有1000Pa左右的卷烟气流结构，100Pa的流量计压差引起的系统误差都是不可接受的。更重要的是，流量计的压降随着流量的增大而增大，故卷烟通风率的检测过程引入的系统误差并不是随机不变的，卷烟通风率越大，造成的系统误差越大。
目前，中国专利一种补偿式通风率标准棒校准装置及其校准方法(CN109238936A)通过引入的针型阀，调节针型阀的阻值来平衡体积式流量传感器测量滤嘴通风量时引入的压降。测量过程中，需不断调节针型阀的开度大小，改变针型阀的阻值，直至标准棒进气端和通风毛细管孔之间的压差为0。该方法在测量过程中由于针型阀的开度与其阻值之间的关系不明确且操作不方便，所以容易超调，无法实现自动化。因此，需要发明一种自动化实现补偿通风率压降的装置和方法。
发明内容
针对上述问题，本发明提出了一种卷烟通风率检测装置的系统压差的消除方法。该方法通过外接可调压降发生器能够有效消除流量计的压降而导致的检测结果偏差。根据卷烟通风率检测标准，要求卷烟在温度22±2℃，湿度60±5％的环境中平衡48h，同时检测设备处于上述温湿度环境中。
本发明的技术方案如下：
一种卷烟通风率检测装置的压差补偿消除方法，是通过外接可调压降发生器能够有效消除流量计的压降而导致的检测结果偏差，具体方式如下：
(1)在0～30mL/s的不同流量下，采用压差传感器测量流量计两端的压强差，将压降拟合为流量的函数，记为h(Q)，用于插值计算不同流量下流量计的压降，如图1所示；
(2)将流量计V接到需要测量流量的端口，流量计V一端与大气环境相连，另一端与测量端相连；卷烟其他进气通道与可调负压发生器Δp的相连，可调负压发生器的另一端与大气环境相连；连接方式有以下三种方式：
第一种：当测量卷烟滤嘴通风率时，流量计V接到滤嘴通风孔处，可调负压发生器Δp接在卷烟进气端，连接示意图如图2(a)所示；
第二种：当测量卷烟纸通风率时，流量计V接在卷烟纸上，可调负压发生器Δp接在烟丝前段和滤嘴通风孔的气流通道前，连接示意图如图2(b)所示；
第三种：当测量卷烟总通风率时，流量计V同时接在卷烟纸上和滤嘴通风处，此时测量的是卷烟抽吸时通过卷烟纸和滤嘴通风处的气流量，可调负压发生器Δp是接烟丝前端，即卷烟燃烧端，连接示意图如图2(c)所示；
当按上述三种方式测量某一部分通风率时，需将测量部分与其他部分用密封圈分隔开。
(3)设置可调负压发生器不产生负压，对卷烟以标准流量17.5mL/s的速率恒速抽吸(采用负压抽吸，气流通道参考图2中显示)，读取流量计的测量流量为Q1，根据流量计流量与压降之间的关系h(Q)，可知流量计在该气流流动通道上产生了h(Q1)的负压(该负压是通过流量计的读数和具体实现方法(1)中拟合的函数计算得到)；将可调压降发生器的负压Δp设置为流量计的负压h(Q1)，读取流量计的测量流量为Q2，流量计在该气流通道上产生了h(Q2)的负压；将可调压降发生器的负压Δp设置为流量计的负压h(Q2)，读取流量计的测量流量Q3；不断重复以上过程，设置可调负压发生器的负压，当流量计的流量不再发生变化时，调节完毕，读取流量计的最终流量Q；可知此时卷烟通风率测量系统整体处于h(Q)的负压下，根据极限收敛定理，单调有界数列必有极限，流量计的流量必将达到稳定，流量计的压降得以消除；
(4)流量计的测量流量Q，通风率即为
Figure BDA0002750643790000031
如果流量计按照第一种方式(参见图2(a))与滤嘴通风连接，测量结果即为滤嘴通风率；如果流量计按照第二种方式(参见图2(b))与卷烟纸相连，测量结果即为卷烟纸通风率；如果流量计按照第三种方式(参见图2(c))与卷烟纸和滤嘴通风相连，测量结果即为卷烟总通风率。
该发明使用的负压发生器装置能够有效消除在卷烟通风率检测装置中流量计所产生的压降，且该发明直接给出了负压发生器消除压降的调节方法，操作步骤简洁明了，使用方便，可自动控制实现，调节方法稳定快速，而且不会出现超调。
附图说明
图1流量计压降与流量之间关系；
图2(a)卷烟滤嘴通风率测量示意图，
图2(b)卷烟纸通风率测量示意图，
图2(c)卷烟总通风率测量示意图；
图3(a)卷烟气流流动关系平面图，
图3(b)卷烟气流流动关系抽象图。
具体实施方案
以下结合附图对本发明的方法做进一步描述：
实例1：如图2(a)所示，卷烟滤嘴通风率测量装置及压降消除方法如下：1、某牌号常规卷烟样品的制备与挑选。在温度为22±2℃，相对湿度为60±5％的环境下，将卷烟样品平衡48小时，挑选若干支，控制平均质量差异在5mg范围内。
2、当卷烟烟支末端抽吸流量为17.5mL/s时，假设卷烟各部分的阻值如表1所示(参考申请人前期发明专利CN107024409A给出的阻值)，流量计的示数为Q，已测得流量计压降与流量的关系为Δp＝5Q。
表1卷烟各部分阻值
Figure BDA0002750643790000041
3、根据图3卷烟气流流动关系以及专利CN107024409A的计算方法，卷烟各部分间存在串并联关系，卷烟前端至滤嘴通风孔的吸阻与滤嘴通风孔吸阻和流量计产生的负压之和相等。定义卷烟前端至滤嘴通风孔的阻值为Rx，可得如下公式：(参考申请人前期发明专利CN108918382A，根据吸阻、流量与阻值的关系，卷烟前端至滤嘴通风孔的吸阻与滤嘴通风孔吸阻和流量计产生的负压之和相等)
Figure BDA0002750643790000042
Rx(17.5-Q)＝R6Q+5Q (2)
计算可得未调节负压发生器前流量计的流量Q1≈2.56mL/s。
4、根据流量计压降与流量的关系Δp＝5Q，流量计产生的压降为Δp＝5×2.56＝12.8Pa，将可调压降发生器的负压Δp设置为12.8Pa。
5、再根据卷烟各部分间的串并联关系，可得如下公式：
Rx×(17.5-Q)+Δp＝R6Q+5Q (3)
计算可得流量计的流量Q2≈2.58mL/s。
6、根据流量计压降与流量的关系Δp＝5Q，流量计产生的压降为Δp＝5×2.58＝12.9Pa，将可调压降发生器的负压Δp设置为12.9Pa。
7、重复公示(3)的计算得到此时流量计的流量Q3≈2.58mL/s，此时流量计的流量不再发生变化，表明流量计的压降已经消除。
实例2：
如图2(b)所示，卷烟纸通风率测量装置及压降消除方法如下：
1、某牌号常规卷烟样品的制备与挑选。在温度为22±2℃，相对湿度为60±5％的环境下，将卷烟样品平衡48小时，挑选若干支，控制平均质量差异在5mg范围内。
2、当卷烟烟支末端抽吸流量为17.5mL/s时，假设卷烟各部分的阻值如表1所示，流量计的示数为Q，已测得流量计压降与流量的关系为Δp＝5Q，烟丝前段的流量为
Figure BDA0002750643790000051
3、根据卷烟各部分间的串并联关系，流量计产生的负压和卷烟纸吸阻之和与烟丝前段吸阻相等，烟丝前段、烟丝后段和滤嘴前段的吸阻之和与滤嘴通风孔的吸阻相等，可得如下公式(参考申请人前期中国发明专利CN108918382A)：
Figure BDA0002750643790000052
Figure BDA0002750643790000053
计算可得未调节负压发生器前流量计的流量Q1≈1.34mL/s。
4、根据流量计压降与流量的关系Δp＝5Q，流量计产生的压降为Δp＝5×1.34＝6.7Pa，因此将可调压降发生器的负压Δp设置为6.7Pa。
5、再根据卷烟各部分间的串并联关系，可得如下公式：
Figure BDA0002750643790000054
Figure BDA0002750643790000055
计算可得流量计的流量Q2≈1.36mL/s。
6、根据流量计压降与流量的关系Δp＝5Q，流量计产生的压降为Δp＝5×1.36＝6.8Pa，将可调压降发生器的负压Δp设置为6.8Pa。
7、重复公示(6)和(7)的计算并调节压降发生器的负压，直至流量计的流量不再变化，表明流量计的压降已经消除。

Claims (2)

1.一种卷烟通风率检测装置系统压差的消除方法，其特征在于：该方法通过外接可调压降发生器能够有效消除流量计的压降而导致的检测结果偏差，具体方式如下：
(1)在0～30mL/s的不同流量下，采用压差传感器测量流量计两端的压强差，将压降拟合为流量的函数，记为h(Q)，用于插值计算不同流量下流量计的压降；
(2)将流量计V接到需要测量流量的端口，流量计V一端与大气环境相连，另一端与测量端相连；卷烟其他进气通道与可调负压发生器Δp的相连，可调负压发生器的另一端与大气环境相连；连接方式有以下三种方式：
第一种：当测量卷烟滤嘴通风率时，流量计V接到滤嘴通风孔处，可调负压发生器Δp接在卷烟进气端；
第二种：当测量卷烟纸通风率时，流量计V接在卷烟纸上，可调负压发生器Δp接在烟丝前段和滤嘴通风孔的气流通道前；
第三种：当测量卷烟总通风率时，流量计V同时接在卷烟纸上和滤嘴通风处，此时测量的是卷烟抽吸时通过卷烟纸和滤嘴通风处的气流量，可调负压发生器Δp是接烟丝前端，即卷烟燃烧端；
(3)设置可调负压发生器不产生负压，对卷烟以标准流量17.5mL/s的速率恒速抽吸，读取流量计的测量流量为Q1，根据流量计流量与压降之间的关系h(Q)，可知流量计在该气流流动通道上产生了h(Q1)的负压；将可调压降发生器的负压Δp设置为流量计的负压h(Q1)，读取流量计的测量流量为Q2，流量计在该气流通道上产生了h(Q2)的负压；将可调压降发生器的负压Δp设置为流量计的负压h(Q2)，读取流量计的测量流量Q3；不断重复以上过程，设置可调负压发生器的负压，当流量计的流量不再发生变化时，调节完毕，读取流量计的最终流量Q；可知此时卷烟通风率测量系统整体处于h(Q)的负压下，根据极限收敛定理，单调有界数列必有极限，流量计的流量必将达到稳定，流量计的压降得以消除；
(4)流量计的最终测量流量为Q，则通风率即为
Figure FDA0002750643780000021
如果流量计按照第一种方式与滤嘴通风连接，测量结果即为滤嘴通风率；如果流量计按照第二种方式与卷烟纸相连，测量结果即为卷烟纸通风率；如果流量计按照第三种方式与卷烟纸和滤嘴通风相连，测量结果即为卷烟总通风率。
2.根据权利要求1所述的卷烟通风率检测装置系统压差的消除方法，其特征在于：根据卷烟通风率检测标准，要求卷烟在温度22±2℃，湿度60±5％的环境中平衡48h，同时检测设备处于上述温湿度环境中。
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