CN112730181A - 环境可控的电子烟烟雾量测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种环境可控的电子烟烟雾量测量装置，包括：环境模拟仓和分别安装在所述环境模拟仓中的电子烟夹持模块、吸入烟雾测量腔、气路转换模块、排出烟雾测量腔和烟雾量抽吸模块。所述气路转换模块用于转换所述排出烟雾测量腔的状态，使所述排出烟雾测量腔在密闭状态、与所述吸入烟雾测量腔连通状态、与所述环境模拟仓连通状态三种状态之间转换，所以，上述测量装置能够实现分别模拟人体吸入及排出的烟雾量并进行烟雾量测量。所述吸入烟雾测量腔和排出烟雾测量腔安装在所述环境模拟仓中，使得电子烟烟雾产生环境的温度、湿度及大气压力可调，便于进行不同温度、湿度和大气压力下烟雾量检测结果的对比。
Description
技术领域
本发明属于烟雾浓度测量技术领域，尤其涉及一种环境可控的电子烟烟雾量测量装置。
背景技术
近年来，随着新型烟草制品的快速兴起，市场上各种品牌的电子烟产品层出不穷，但电子烟的性能参数的检测目前尚不完善，尤其是由于电子烟烟雾量受大气压、温度和湿度的影响，使得电子烟外在质量的烟雾量指标的检测尚没有统一的检测方法或标准。
目前检测烟雾量的方法较多，评价方法也不尽相同。现有的电子烟烟雾量的测量方法包括投射法和光散射法等。例如，云南中烟工业有限责任公司于2014年8月5日申请的、申请号CN 2014103802907的中国发明专利申请公开了一种评价电子烟烟雾量的方法，该方法主要通过粒径谱仪测量烟雾中的气溶胶颗粒粒径分布和数目实现电子烟烟雾量的评价。北京理工大学于2017年3月6日申请的、申请号CN2017101270054的中国发明专利申请中公开了一种气溶胶质量浓度场的非接触测力装置及方法，其主要通过将激光探测技术与图像处理技术相结合，得到图像采集视场内的气溶胶质量浓度分布。
但现有各种评价方法没有区分电子烟吸入和排出的烟雾量的不同，而且尚没有相应的测量装置。同时，烟雾量的产生受到温湿度及环境大气压力的影响，在测量烟雾量的大小时还应考虑上述环境条件的影响，目前测量烟雾量的方法也尚未对上述环境条件予以控制及规定。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种环境可控的电子烟烟雾量测量装置，以解决上述问题。
为此，本发明设计一种环境可控的电子烟烟雾量测量装置，包括：环境模拟仓和分别安装在所述环境模拟仓中的电子烟夹持模块、吸入烟雾测量腔、气路转换模块、排出烟雾测量腔和烟雾量抽吸模块；其中，所述电子烟夹持模块用于夹持电子烟并与所述吸入烟雾测量腔连接，向所述吸入烟雾测量腔提供电子烟产生的烟雾；所述气路转换模块用于转换所述排出烟雾测量腔的连接状态，使所述排出烟雾测量腔在密闭状态、与所述吸入烟雾测量腔连通状态、与所述环境模拟仓连通状态三种状态之间转换；所述烟雾量抽吸模块安装在所述吸入烟雾测量腔上，并控制所述电子烟产生的烟雾流入所述吸入烟雾测量腔中，以及控制所述吸入烟雾测量腔中的烟雾流向所述排出烟雾测量腔。
基于上述，所述气路转换模包括电机、安装在所述电机上的旋转轴、安装在所述旋转轴上的转盘和安装在所述转盘上的转盘夹持器，所述转盘夹持器安装在所述吸入烟雾测量腔和所述排出烟雾测量腔之间，所述转盘夹持器设置有烟雾通孔连通所述吸入烟雾测量腔和所述排出烟雾测量腔；所述转盘上设置有旋转孔、烟雾连通孔、排烟槽和模拟仓通气孔，所述旋转孔与所述旋转轴同心装配，所述烟雾连通孔、所述排烟槽和所述模拟仓通气孔围绕所述旋转孔设置，所述电机通过所述旋转轴控制所述转盘旋转，控制所述烟雾连通孔、所述排烟槽和所述模拟仓通气孔分别与所述烟雾通孔连通。
基于上述，所述吸入烟雾测量腔和所述排出烟雾测量腔的体积分别为所述烟雾抽吸模块的单次抽吸容量的1.5～4倍。其中，本文中的“单次抽吸容量”是指所述烟雾抽吸模块每一次模拟人体吸入或排出的烟雾容量。当所述吸入烟雾测量腔和所述排出烟雾测量腔的体积过小时，测得的烟雾量数据极非常不稳定，且无法有效分辨不同抽吸容量下烟雾浓度的大小；当所述吸入烟雾测量腔和所述排出烟雾测量腔的体积过大时，造成烟雾浓度过小，烟雾粒子分布极不均匀，也不利于烟雾浓度的检测，所以，能够有效分辨不同烟雾浓度的吸入烟雾测量腔和排出烟雾测量腔的体积优选为1.5～4倍单次抽吸容量大小，更优选地，所述吸入烟雾测量腔和所述排出烟雾测量腔的体积为2～4倍单次抽吸容量。
基于上述，所述环境模拟仓设置有环境条件监测模块、环境条件控制模块及排气模块。其中，所述环境条件监测模块用于监测所述环境模拟仓内的温度、湿度及大气压力，所述环境条件控制模块用于调节控制所述环境模拟仓的温度、湿度及大气压力，所述排气模块用于平衡所述环境模拟仓内外的大气压力。
基于上述，所述吸入烟雾测量腔可拆卸可更换，所述排出烟雾测量腔可拆卸可更换。如此，以便使用不同测量原理对所述吸入烟雾测量腔和所述排出烟雾测量腔中的烟雾量进行测量，使得本发明提供的上述测量装置能够实现同一温湿度、大气压力下不同烟雾量检测方法的对比；另外，通过更换不同体积的所述吸入烟雾测量腔和所述排出烟雾测量腔，能够实现对不同浓度的烟雾量进行有效测量。
基于上述，所述电子烟夹持模块包括电子烟夹具、烟雾抽吸管路和单向阀，所述烟雾抽吸管路分别与所述电子烟夹具和所述吸入烟雾测量腔连接，所述单向阀安装在所述烟雾抽吸管路上，用于控制所述电子烟产生的烟雾从所述电子烟端向所述吸入烟雾测量腔流动。
基于上述，所述电子烟夹具可更换。如此，便于夹持各种品牌的电子烟。
基于上述测量装置，还包括安装在所述烟雾抽吸模块和所述吸入烟雾测量腔之间的烟雾抽吸保护模块。所述烟雾抽吸保护模块用于过滤烟雾中的焦油及大颗粒分子，保护抽吸模块不受烟雾影响。基于上述测量装置，还包括安装在所述排出烟雾测量腔上的烟气过滤净化模块。所述烟气过滤净化模块用于对所述排出烟雾测量腔测量完后剩余的烟雾进行吸收和过滤，减小烟雾对周围环境的影响。
基于上述，所述排出烟雾测量腔和所述烟气过滤净化模块之间安装有烟气开关阀。
因此，本发明提供的上述测量装置包括吸入烟雾测量腔、排出烟雾测量腔和气路转换模块，所述气路转换模块用于转换所述排出烟雾测量腔的状态，使所述排出烟雾测量腔在密闭状态、与所述吸入烟雾测量腔连通状态、与所述环境模拟仓连通状态三种状态之间转换，所以，上述测量装置能够实现分别模拟人体吸入及排出的烟雾量并进行烟雾量测量。所述吸入烟雾测量腔和排出烟雾测量腔安装在所述环境模拟仓中，使得电子烟烟雾产生环境的温度、湿度及大气压力可调，便于进行不同温度、湿度和大气压力下烟雾量检测结果的对比。
附图说明
图1是本发明实施例提供的环境可控的电子烟烟雾量测量装置的结构示意图。
图2是图1中转盘的立体结构示意图。
图3是图2所示的转盘的俯视图。
图4是采用图1所示的测量装置测量电子烟1在相同抽吸容量不同体积的吸入烟雾测量腔下的烟雾浓度测试结果图，其中，图中的纵坐标为扩大1000倍的数据。
图5是采用图1所示的测量装置测量电子烟2在相同抽吸容量不同体积的吸入烟雾测量腔下的烟雾浓度测试结果图，其中，图中的纵坐标为扩大1000倍的数据。
图6是采用图1所示的测量装置测量电子烟3在相同抽吸容量不同体积的吸入烟雾测量腔下的烟雾浓度测试结果图，其中，图中的纵坐标为扩大1000倍的数据。
其中，各图中的元件符号代表：1 环境模拟仓，11 环境条件监测模块，12 环境条件控制模块，13 排气模块，2 烟雾抽吸模块，3 连接管路，4 烟雾抽吸保护模块，5 吸入烟雾测量腔，6 电子烟夹持模块，61 烟雾抽吸管路，62 电子烟夹具，63 电子烟，64 单向阀，7气路转换模块，71 电机，72 旋转轴，73 转盘，731 烟雾连通孔，732 排烟槽，733 旋转孔，734 模拟仓通气孔，74 转盘夹持器，8 排出烟雾测量腔，9 烟气开关阀，10 烟气过滤净化模块。
具体实施方式
下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
请参阅图1，本发明实施例提供一种环境可控的电子烟烟雾量测量装置，包括环境模拟仓1、烟雾抽吸模块2、烟雾抽吸保护模块4、吸入烟雾测量腔5、电子烟夹持模块6、气路转换模块7、排出烟雾测量腔8和烟气过滤净化模块10，其中，所述烟雾抽吸模块2、烟雾抽吸保护模块4、吸入烟雾测量腔5、电子烟夹持模块6、气路转换模块7、排出烟雾测量腔8和烟气过滤净化模块10均安装在所述环境模拟仓1内。
所述环境模拟仓1设置有安装在该环境模拟仓1壳体上的环境条件监测模块11、环境条件控制模块12及排气模块13，所述环境条件监测模块11用于监测所述环境模拟仓内1的温度、湿度及大气压力，所述环境条件控制模块12用于调节控制所述环境模拟仓1的温度、湿度及大气压力，所述排气模块13用于电子烟烟雾量测量完成后平衡所述环境模拟仓1内外的大气压力。
所述电子烟夹持模块6设置有烟雾抽吸管路61、电子烟夹具62和单向阀64。所述电子烟夹具62用于夹持电子烟63，可更换，以适用各种品牌的电子烟。所述烟雾抽吸管路61分别与所述电子烟夹具62和所述吸入烟雾测量腔5连接，并通过安装在所述烟雾抽吸管路61上所述单向阀64控制所述电子烟63产生的烟雾从所述电子烟端向所述吸入烟雾测量腔5流动。
所述气路转换模块7包括有电机71、旋转轴72、转盘73和转盘夹持器74。所述旋转轴72安装在所述电机71上。所述转盘73安装在所述旋转轴72。所述转盘夹持器74安装在所述转盘73上，并安装在所述吸入烟雾测量腔5和所述排出烟雾测量腔8之间，所述转盘夹持器74设置有用于连通所述吸入烟雾测量腔5和所述排出烟雾测量腔8的烟雾通孔。
请一并参阅图2和图3，所述转盘73上设置有旋转孔733、烟雾连通孔731、排烟槽732和模拟仓通气孔734。所述旋转孔733与所述旋转轴72同心装配。所述烟雾连通孔731、所述排烟槽732和所述模拟仓通气孔734围绕所述旋转孔733设置。所述烟雾连通孔731可用于连通所述排出烟雾测量腔8和所述吸入烟雾测量腔5，以便将所述吸入烟雾测量腔5中的烟雾排入所述排出烟雾测量腔8中。所述排烟槽732为盲孔，可与所述排出烟雾测量腔8连通使所述排出烟雾测量腔8处于密闭状态，以便实现单独测量所述吸入烟雾测量腔5和所述排出烟雾测量腔8中的烟雾量。所述模拟仓通气孔734可用于连通所述排出烟雾测量腔8与所述环境模拟仓1，以便所述排出烟雾测量腔8中的烟雾排入所述环境模拟仓1中。
所述电机71通过所述旋转轴72控制所述转盘73旋转，通过控制所述转盘73旋转实现控制所述烟雾连通孔731、所述排烟槽732和所述模拟仓通气孔734分别与所述烟雾通孔连通，从而实现转换所述排出烟雾测量腔8的三种连接状态，使所述排出烟雾测量腔8在与所述吸入烟雾测量腔5连通状态、密闭状态、与所述环境模拟仓1连通状态这三种连接状态之间转换。
所述吸入烟雾测量腔5通过所述气路转换模块7中的烟雾连通孔731可与所述排出烟雾测量腔8连接。所述吸入烟雾测量腔5和所述排出烟雾测量腔8的形状及体积相同。本实施例中，所述吸入烟雾测量腔5和所述排出烟雾测量腔8均为圆柱形，体积为所述抽吸模块2产生的单次抽吸容量的2～4倍。所述吸入烟雾测量腔5和所述排出烟雾测量腔8均可以拆卸，以便使用不同测量原理对烟雾量进行测量。
所述烟雾抽吸模块2、所述烟雾抽吸保护模块4和所述吸入烟雾测量腔5之间通过连接管路3连通。所述吸入烟雾测量腔5通过抽吸管路3与所述电子烟夹持模块6连通。所述吸入烟雾测量腔5通过所述转盘夹持器74并所述调节转盘73与所述排出烟雾测量腔8连通。所述排出烟雾测量腔8通过连接管路3与所述烟气过滤净化模块10连通，且该处的连接管路3上安装有烟气开关阀9，用于控制排出烟雾测量腔8和所述烟气过滤净化模块10的连接状态。
采用本发明实施例提供的上述测量装置测量烟雾量的过程如下：
调节所述环境模拟仓1的温度、湿度和大气压力满足测量需求；
通过所述电机71控制所述转盘73旋转，控制所述排烟槽732与转盘夹持器74的烟雾通孔连接，使所述吸入烟雾测量腔5的烟雾不能飘散至所述排出烟雾测量腔8中；
所述烟雾抽吸模块2模拟口腔抽吸速度控制所述烟雾抽吸模块2抽入电子烟63产生的烟雾，所述烟雾抽吸模块2的单次抽吸容量为35 mL或其他固定容量，此时烟雾被抽吸至所述吸入烟雾测量腔5，通过所述吸入烟雾测量腔5对烟雾量进行测量；
待所述吸入烟雾测量腔5中的吸入烟雾量测量完成后，保持所述烟气开关阀9关闭状态，通过所述电机71控制所述转盘73旋转，控制所述烟雾连通孔731与所述转盘夹持器74上的烟雾通孔连通；
所述控制抽吸模块2模拟口腔、鼻腔的呼出烟雾状态排放烟雾，单次呼出容量为35mL或其他固定容量，使烟雾从所述吸入烟雾测量腔5流入所述排出烟雾测量腔8，之后通过所述电机71控制所述转盘73旋转，再次控制所述排烟槽732与所述转盘夹持器74上的烟雾通孔连接，通过所述排出烟雾测量腔8测量排出的烟雾量；
待所述排出烟雾测量腔8中的排出烟雾量测量完成，打开所述烟气开关阀9，控制所述烟气过滤净化模块10开始吸气，同时通过所述电机71控制所述转盘73旋转，控制所述模拟仓通气孔734与所述转盘夹持器74上的烟雾通孔连通，使所述排出烟雾测量腔8的一端连接大气，另一端连通所述烟气过滤净化模块10，对烟雾进行过滤净化。
测量腔的体积影响试验
所述吸入烟雾测量腔5和所述排出烟雾测量腔8的体积对本实施例提供的上述测量装置的测量结果的稳定性和有效性有重要影响。因本实施例中上述两个测量腔的形状及大小相同，下面以所述吸入烟雾测量腔5的体积为例，通过具体试验做进一步验证。
根据朗伯比尔定律A=lg(I0/It)=kbc；其中A：吸光度，I0：入射光强度，It：透射光强度，k：吸光系数，b：烟雾厚度，c：烟雾浓度。因此，吸光系数稳定不变的情况下，A/b与浓度c成线性关系。本测试模型也建立在烟雾气溶胶吸光系数稳定不变的前提下，且上述朗伯比尔定律中的参数b烟雾厚度为11 cm，即所述吸入烟雾测量腔5的长度为11 cm。
试验选取了三款烟雾量不同的电子烟，并在相同抽吸容量不同吸入烟雾测量腔5大小的情况下进行烟雾浓度的测试，测试结果分别如图4、图5和图6所示。
图4为烟雾量较大的电子烟的烟雾量测试结果，从图4中可以看出：在测量腔体积小于2倍单次抽吸容量的情况下，测得的数据极不稳定，且无法有效分辨不同容量下烟雾浓度的大小。
图5为烟雾量中等的电子烟的烟雾量测试结果，从图5中可以看出：在测量腔体积为1倍单次抽吸容量下，烟雾浓度测试结果极其不稳定；当测量腔体积为4倍单次抽吸容量下，由于烟雾浓度过小，烟雾粒子分布极不均匀，也不利于烟雾浓度的检测。
图6为烟雾量较小的电子烟的烟雾量测试结果，从图6可以看出：当测量腔体积为1倍单次抽吸容量下，烟雾浓度测试结果极其不稳定；当测量腔体积大于1倍单次抽吸容量下可以有效检测烟雾浓度的大小。
所以，所述吸入烟雾测量腔5和所述排出烟雾测量腔8的体积不宜过小，也不宜过大，可根据电子烟产生烟雾量的多少来确定合适的测量腔体积，根据以上试验结果，能够有效分辨不同烟雾浓度的测量腔体积为1.5倍至4倍单次抽吸容量大小，测量腔体积优选为2倍至4倍单次抽吸容量大小。
因此，本发明实施例提供的环境可控的电子烟烟雾量测量装置能模拟人体吸入的烟雾量和排出的烟雾量，并对这两项指标进行测量，此外，通过环境模拟仓对试验环境的温度、湿度和大气压力进行控制，可以模拟在不同温湿度和不同地域下对烟雾量进行测量。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。
Claims (10)
1.一种环境可控的电子烟烟雾量测量装置，其特征在于：包括环境模拟仓和分别安装在所述环境模拟仓中的电子烟夹持模块、吸入烟雾测量腔、气路转换模块、排出烟雾测量腔和烟雾量抽吸模块；
其中，所述电子烟夹持模块用于夹持电子烟并与所述吸入烟雾测量腔连接，向所述吸入烟雾测量腔提供电子烟产生的烟雾；
所述气路转换模块用于转换所述排出烟雾测量腔的连接状态，使所述排出烟雾测量腔在密闭状态、与所述吸入烟雾测量腔连通状态、与所述环境模拟仓连通状态三种状态之间转换；
所述烟雾量抽吸模块安装在所述吸入烟雾测量腔上，并控制所述电子烟产生的烟雾流入所述吸入烟雾测量腔中，以及控制所述吸入烟雾测量腔中的烟雾流向所述排出烟雾测量腔。
2.根据权利要求1所述的测量装置，其特征在于：所述气路转换模包括电机、安装在所述电机上的旋转轴、安装在所述旋转轴上的转盘和安装在所述转盘上的转盘夹持器，所述转盘夹持器安装在所述吸入烟雾测量腔和所述排出烟雾测量腔之间，所述转盘夹持器设置有烟雾通孔连通所述吸入烟雾测量腔和所述排出烟雾测量腔；其中，所述转盘上设置有旋转孔、烟雾连通孔、排烟槽和模拟仓通气孔，所述旋转孔与所述旋转轴同心装配，所述烟雾连通孔、所述排烟槽和所述模拟仓通气孔围绕所述旋转孔设置，所述电机通过所述旋转轴控制所述转盘旋转，控制所述烟雾连通孔、所述排烟槽和所述模拟仓通气孔分别与所述烟雾通孔连通。
3.根据权利要求1或2所述的测量装置，其特征在于：所述吸入烟雾测量腔和所述排出烟雾测量腔的体积分别为所述烟雾抽吸模块的单次抽吸容量的1.5～4倍。
4.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于：所述环境模拟仓设置有环境条件监测模块、环境条件控制模块及排气模块。
5.根据权利要求4所述的测量装置，其特征在于：所述吸入烟雾测量腔可拆卸可更换，所述排出烟雾测量腔可拆卸可更换。
6.根据权利要求5所述的测量装置，其特征在于：所述电子烟夹持模块包括电子烟夹具、烟雾抽吸管路和单向阀，所述烟雾抽吸管路分别与所述电子烟夹具和所述吸入烟雾测量腔连接，所述单向阀安装在所述烟雾抽吸管路上。
7.根据权利要求6所述的测量装置，其特征在于：还包括安装在所述烟雾抽吸模块和所述吸入烟雾测量腔之间的烟雾抽吸保护模块。
8.根据权利要求7所述的测量装置，其特征在于：还包括安装在所述排出烟雾测量腔上的烟气过滤净化模块。
9.根据权利要求8所述的测量装置，其特征在于：所述排出烟雾测量腔和所述烟气过滤净化模块之间安装有烟气开关阀。
10.根据权利要求3所述的测量装置，其特征在于：所述电子烟夹具可更换。
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