CN113686722A - 一种卷烟燃吸过程烟支重量动态监控测试方法 - Google Patents
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Abstract
一种卷烟燃吸过程烟支重量动态监控测试方法，包括1)动态监控测试装置的搭建：该装置包括吸烟机、夹持器、烟支、称重装置和计算机数据采集处理器，烟支通过带有底座的夹持器坐放在称重装置上，烟支与吸烟机之间通过管路连接，管路分为两段，一段为水平管，一段为轻质软管，两管间连接点a设有支架，并使水平管能以a点为支点上下自由旋转；数据采集器与称重装置的数据接口相接，实时获取数据；2)基于力矩平衡原理，依据公式推导，通过称重装置显示的烟支燃吸时实时失重量得到烟支端真实的失重量，本发明首次采用直接称重的方法，基于力矩平衡原理可实时监控卷烟抽吸过程中烟支重量，由数据采集器记录数据，方法简单、测量准确、数据可靠。
Description
技术领域
本发明涉及一种卷烟燃吸过程烟支重量动态监控测试方法，通过直接称重法实时监控卷烟燃吸过程中烟支的重量变化。
背景技术
众所周知，卷烟烟气的产生是一个逐口抽吸的过程，烟支在抽吸过程中重量不断发生变化，该变化与烟支材料的燃烧特性及烟气的释放量直接相关。实时监控卷烟抽吸过程中烟支的重量变化，不仅可获得逐口燃吸的烟丝消耗量及烟气释放量，从而建立更准确的烟气释放量预测模型；还可以通过卷烟抽吸过程中烟支的重量变化曲线获得卷烟的阴燃失重速率和吸燃失重速度，直接反映卷烟的燃烧特性。
发明专利CN201310281024.4《一种用于测定卷烟燃烧速度的装置及其应用》利用相机连续记录吸烟过程，测定了卷烟在抽吸过程中的燃烧速度，但该方法测定的为卷烟的线性燃烧速度，其结果易受燃烧线形状影响。发明专利CN201310335749.7《一种卷烟燃烧速率的检测方法》中通过实时监控卷烟阴燃过程中烟支的重量变化测定了卷烟的质量阴燃速度，但卷烟在实际抽吸中存在阴燃和吸燃两个交替过程，该方法没有和吸烟机连接，无法对卷烟抽吸过程中烟支重量动态进行监控，也无法测定卷烟抽吸过程中的质量阴燃和吸燃速度。
发明内容
本发明正是基于上述背景技术的不足，设计研发的一种卷烟燃吸过程烟支重量动态监控测试方法，该方法是通过相关测试装置的搭建，基于力矩平衡原理，通过测试装置中的称重器具最终计算得出烟支端真实的失重量。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种卷烟燃吸过程烟支重量动态监控测试方法，包括
1)动态监控测试装置的搭建：
该装置包括吸烟机、夹持器、烟支、称重装置和计算机数据采集处理器，烟支通过带有底座的夹持器坐放在称重装置上，烟支与吸烟机之间通过管路连接，管路分为两段，一段为与烟支端连接的水平管，一段为与吸烟机端连接的轻质软管，水平管与轻质软管的连接点a设有支架以保证水平管与烟支处于相同的水平高度状态，并使得水平管能够以a点为支点上下自由旋转；所述数据采集器与称重装置的数据接口相接，实时获取数据；
2)基于力矩平衡原理，依据公式推导，通过称重装置显示的烟支燃吸时实时显示的失重量得到烟支端真实的失重量，具体方法如下：
假设初始状态下，烟丝端到连接点a的距离为L，单位长度的卷烟质量为ρ，称重装置的作用点到支点a的距离为L0，未点燃烟支时称重装置指示读数为0。卷烟抽吸过程中，烟支瞬时长度变化为dl，累计变化长度l＝∫dl，则卷烟的瞬时失重dM＝dl×ρ，其累计失重M＝ρ×l，此时烟支失重点到支点a的距离为L-l；称重装置瞬时指示质量变化为dN，累计指示质量变化N＝∫dN。由于玻璃管能够以a点为支点上下自由旋转，根据力矩平衡原理可知，烟支未点燃时，水平管、卷烟夹持器和烟支的重量产生的力矩之和与称重装置的支撑力产生的力矩相等；而烟支点然后，卷烟烟支失重微元产生的力矩和称重装置产生的力矩变化相等，故可得：
dN×L0＝dM×(L-∫dl) (1)
由于dM＝dl×ρ，可得：
dN×L0＝ρ×dl×(L-∫dl) (2)
方程(2)两边同时除以dl*L0得：
等式(3)两边同时对l进行积分得：
其中C为常数，又由于M＝ρ×l，因此得到方程(5)：
根据边界条件可知，M＝0时，N＝0，因此C＝0，其中
和
均为已知常数，因此可以通过称重装置指示的失重量得到卷烟端真实的失重量，说明此装置设置可以用来监控卷烟抽吸过程烟支重量。
本发明的具体测试步骤如下：点击称重装置的开始按钮，点燃烟支，同时启动吸烟机抽吸，称重装置自动显示读数变化，并将数据实时传送到数据采集器中；称重装置所测得的数据为卷烟燃吸过程中称重装置的实时指示烟支失重质量，数据采集器实时接收称重装置传递的测量数据并存储，进而通过公式5可计算得到卷烟阴燃和吸燃过程的实际失重量及相应的失重速度。
本发明方法既适于测试烟支阴燃和抽吸状态下的实际失重状态情况，也适于测试烟支阴燃和抽吸状态下的实际失重速率。
在本发明中，所述水平管为硬质管，优选玻璃管。
所述称重装置为电子天平，优选万分之一感量的电子天平。
所述吸烟机为单通道吸烟机或多通道吸烟机的任意一种。
本方法的发明机理在于：本发明将卷烟和吸烟机之间的连接管路分为两段，并将第一段管路设计为能以其与第二段管路的连接点a为支点上下自由旋转。卷烟抽吸过程中，以a为支点，烟支瞬时失重量产生的力矩和称重装置瞬时支撑力变化量产生的力矩相等，而称重装置瞬时支撑力(即称重装置指示示数)由数据采集器实时记录，且各力臂长度均能测量，因此根据力矩平衡原理可获得烟支抽吸过程中的实际失重量。
本发明相比现有技术的优点在于：首次采用直接称重的方法，基于力矩平衡原理可实时监控卷烟抽吸过程中烟支重量，由数据采集器记录数据，方法简单、测量准确、数据可靠，并最终通过测试装置中的称重器具显示数据最终计算得出烟支端真实的失重量。
附图说明
图1为本发明搭建测试设备构成示意图，
图1中：吸烟机1、轻质软管2、固定装置3、水平管4、卷烟夹持器5、称重装置6、计算机数据采集处理器7。
图2为本发明基于力矩平衡的原理示意图，
图3为本发明卷烟烟气抽吸过程烟支重量失重曲线图。
具体实施方式
本发明以下结合附图及应用实施例做进一步描述：
首先搭建动态监控测试装置
如图1所示：该装置包括吸烟机1、夹持器5、烟支、称重装置6和计算机数据采集处理器7，烟支通过带有底座的夹持器5坐放在称重装置6上，烟支与吸烟机1之间通过管路连接，管路分为两段，一段为与烟支端连接的水平管4，一段为与吸烟机端连接的轻质软管2，水平管4与轻质软管2的连接点a设有支架(即固定装置3)以保证水平管与烟支处于相同的水平高度状态，并使得水平管4能够以a点为支点上下自由旋转；所述数据采集处理器7与称重装置6的数据接口相接，实时获取数据；
2)基于力矩平衡原理，依据公式推导，通过称重装置显示的烟支燃吸时实时显示的失重量得到烟支端真实的失重量，方法及步骤同发明内容部分。
具体测试步骤包括：打开数据采集处理器7，手动点燃卷烟样品，依次点击称重装置6和吸烟机1的开始按钮，称重装置6实时显示燃吸过程中烟支重量，数据采集处理器7接收称重装置6传递的测量数据并存储，直至设定抽吸口数完成后停止。烟支抽吸过程中，可随时在计算机显示器上观察烟支质量，由采集的质量点和抽吸速率可得到抽吸过程中的烟支失重曲线，结果如图3所示，其中质量突降的区间(实线方框)代表燃吸过程烟支重量变化，而平稳下降的区间(虚线方框)代表阴燃过程的烟支重量变化。
应用实施例1
采用上述装置和方法，选用某一品牌卷烟样品进行测试，采用ISO标准抽吸方法抽吸，即：抽吸频率60s，抽吸时间2s，抽吸容量35ml。抽吸测试前，测试烟支样品应在在温度为22±2℃，相对湿度为60±5％的环境下平衡48小时。由抽吸过程的烟支指示失重曲线(图3)和装置参数(L0＝50cm，L＝58cm，C＝0,ρ＝0.1g/cm)，经公式(5)可以计算得到烟支实际失重曲线，从而得到卷烟阴燃和吸燃的实际失重量及相应的失重速度，结果如表1和表2所示。
表1吸燃过程
| 抽吸口序 | 燃吸失重量(mg) | 燃吸失重速率(mg/s) |
| 第2puff | 15.6 | 7.80 |
| 第3puff | 17.1 | 8.55 |
| 第4puff | 18.7 | 9.35 |
| 第5puff | 18.3 | 9.15 |
| 第6puff | 18.5 | 9.25 |
| 第7puff | 19.3 | 9.65 |
| 平均/puff | 17.9 | 8.95 |
表2阴燃过程
| 测量区间 | 阴燃失重量(mg) | 阴燃失重速率(mg/s) |
| 第2puff～第3puff | 49.09 | 0.8464 |
| 第3puff～第4puff | 53.29 | 0.9188 |
| 第4puff～第5puff | 55.23 | 0.9522 |
| 第5puff～第6puff | 53.32 | 0.9193 |
| 第6puff～第7puff | 55.20 | 0.9517 |
| 平均阴燃速率 | 53.23 | 0.9178 |
应用实施例2
采用上述装置和方法，选用与实施例1中同一品牌卷烟样品，采用HCI抽吸模式抽吸，即：抽吸频率30s，抽吸时间2s，抽吸容量55ml。由抽吸过程的烟支指示失重曲线和装置参数(L0＝50cm，L＝58cm，C＝0,ρ＝0.1g/cm)，经公式(5)可以计算得到烟支实际失重曲线，从而得到卷烟吸燃和阴燃过程的实际失重量及相应的失重速度，结果如表3和表4所示。
表3吸燃过程
| 抽吸口序 | 燃吸失重量(mg) | 燃吸失重速率(mg/s) |
| 第2puff | 19.9 | 9.95 |
| 第3puff | 21.5 | 10.75 |
| 第4puff | 23.7 | 11.85 |
| 第5puff | 23.5 | 11.75 |
| 第6puff | 23.8 | 11.90 |
| 第7puff | 24.5 | 12.25 |
| 平均/puff | 22.8 | 11.40 |
表4阴燃过程
| 测量区间 | 阴燃失重量(mg) | 阴燃失重速率(mg/s) |
| 第2puff～第3puff | 23.21 | 0.8289 |
| 第3puff～第4puff | 26.85 | 0.9589 |
| 第4puff～第5puff | 25.73 | 0.9189 |
| 第5puff～第6puff | 25.34 | 0.9050 |
| 第6puff～第7puff | 24.98 | 0.8921 |
| 平均阴燃速率 | 25.22 | 0.9007 |
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本专利揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种卷烟燃吸过程烟支重量动态监控测试方法，其特征在于：包括
1)动态监控测试装置的搭建：
该装置包括吸烟机、夹持器、烟支、称重装置和计算机数据采集处理器，烟支通过带有底座的夹持器坐放在称重装置上，烟支与吸烟机之间通过管路连接，管路分为两段，一段为与烟支端连接的水平管，一段为与吸烟机端连接的轻质软管，水平管与轻质软管的连接点a设有支架以保证水平管与烟支处于相同的水平高度状态，并使得水平管能够以a点为支点上下自由旋转；所述数据采集器与称重装置的数据接口相接，实时获取数据；
2)基于力矩平衡原理，依据公式推导，通过称重装置显示的烟支燃吸时实时显示的失重量得到烟支端真实的失重量，具体方法如下：
假设初始状态下，烟丝端到连接点a的距离为L，单位长度的卷烟质量为ρ，称重装置的作用支点到连接点a的距离为L0，未点燃烟支时称重装置指示读数为0；卷烟抽吸过程中，烟支瞬时长度变化为dl，累计变化长度l＝∫dl，则卷烟的瞬时失重dM＝dl×ρ，其累计失重M＝ρ×l，此时烟支失重点到固定点a的距离为L-l；称重装置瞬时指示质量变化为dN，累计指示质量变化N＝∫dN；由于水平管能够以a点为支点上下自由旋转，根据力矩平衡原理可知，烟支未点燃时，水平管、卷烟夹持器和烟支重量产生的力矩之和与称重装置的支撑力产生的力矩相等；而烟支点然后，卷烟烟支失重微元产生的力矩和称重装置产生的力矩变化相等，故可得：
dN×L0＝dM×(L-∫dl) (1)
由于dM＝dl×ρ，可得：
dN×L0＝ρ×dl×(L-∫dl) (2)
方程(2)两边同时除以dl*L0得：
等式(3)两边同时对l进行积分得：
其中C为常数，又由于M＝ρ×l，因此得到方程(5)：
根据边界条件可知，M＝0时，N＝0，因此C＝0，其中
和
均为已知常数，因此可以通过称重装置指示的失重量得到卷烟端真实的失重量，说明此装置设置可以用来监控卷烟抽吸过程烟支重量。
2.根据权利要求1所述的卷烟燃吸过程烟支重量动态监控测试方法，其特征在于：具体测试步骤如下：点击称重装置的开始按钮，点燃烟支，同时启动吸烟机抽吸，称重装置自动显示读数变化，并将数据实时传送到数据采集器中；称重装置所测得的数据为卷烟燃吸过程中称重装置的实时指示烟支失重质量，数据采集器实时接收称重装置传递的测量数据并存储，进而通过公式(5)可计算得到卷烟阴燃和吸燃过程的实际失重量及相应的失重速度。
3.根据权利要求1所述的卷烟燃吸过程烟支重量动态监控测试方法，其特征在于：本方法适于测试烟支吸燃状态下的实际失重状态情况。
4.根据权利要求1所述的卷烟燃吸过程烟支重量动态监控测试方法，其特征在于：本方法适于测试烟支阴燃状态下的实际失重速率。
5.根据权利要求1所述的卷烟燃吸过程烟支重量动态监控测试方法，其特征在于：所述水平管为硬质管。
6.根据权利要求5所述的卷烟燃吸过程烟支重量动态监控测试方法，其特征在于：所述硬质管为玻璃管。
7.根据权利要求1所述的卷烟燃吸过程烟支重量动态监控测试方法，其特征在于：所述称重装置为电子天平。
8.根据权利要求7所述的卷烟燃吸过程烟支重量动态监控测试方法，其特征在于：所述电子天平为万分之一感量的电子天平。
9.根据权利要求1所述的卷烟燃吸过程烟支重量动态监控测试方法，其特征在于：所述吸烟机为单通道吸烟机或多通道吸烟机的任意一种。
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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