CN114264340A - 标准棒通风率校准装置及标准棒通风率校准方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种标准棒通风率校准装置和方法，所述标准棒通风率校准装置包括：检测腔体，所述检测腔体为具有在轴向方向上贯通的柱状空腔的柱体，并且具有进气口、抽吸口、密封组件、限位元件和检测气流通道，限位元件可在径向方向上移动以插入柱状空腔中；连接到检测气流通道的检测气路；一端连接到检测气路的流量计；负压控制器，所述负压控制器连接到检测腔体顶部的气压调制接口；连接到抽吸口的恒流抽吸模块；连接在恒流抽吸模块与抽吸口之间的抽吸气路上的压差传感器；和分别与流量计、负压控制器和压差传感器连接的处理系统。所述校准装置和方法能够有效地消除因流量计工作时所产生的压降而导致的检测结果偏差。

Description

标准棒通风率校准装置及标准棒通风率校准方法

技术领域

本发明涉及卷烟检测领域，更具体地，涉及一种用于校准标准棒通风率的装置和方法。

背景技术

卷烟通风是影响卷烟产品焦油、CO释放量的关键因素，通风对卷烟产品感官质量有较大影响。卷烟通风是指除进入未点燃卷烟前端外而通过卷烟其他外包纸或相关材料进入的空气流量。通风率是以百分率表示的通风气流量和抽吸端的总气流量之比。依据检测部位不同，通风率一般分为滤嘴通风率和卷烟纸通风率。

通风率标准棒是卷烟通风率测定仪和卷烟物理性能综合测试台上使用的标准件，其计量性能直接决定卷烟通风率测定的准确性。为保证通风率标准棒量值传递的准确可靠，需要对通风率标准棒进行校准。目前，烟草行业普遍采用皂膜流量计作为标准对通风率标准棒的总气流量和通风流量进行测量，该方法耗时、耗力且易引入较大人为误差，但由于皂膜流量计在测试流量时形成的压差较小而被广泛使用(压差一般小于10Pa)。

为解决使用其他流量测试装置所产生的压降影响，中国专利CN109085111A提出了一种主动活塞式通风率标准棒校准装置及其校准方法，该装置及方法能够在一定程度上提高标准棒校准的准确性，但是其装置结构复杂，实现难度较大，流量产生的压降问题并没有从根本上解决。

中国专利CN209014434U公开了一种一步式通风率标准棒期间核查装置，该装置采用两个流量传感器作为标准，一步式完成通风率标准棒量值的测定，但是其对于流量计和压差计等元器件的精度要求较高，流体产生的压降降低的问题依然存在。

中国专利CN209014432U提出了一种补偿式通风率标准棒校准装置，该装置采用针型阀补偿体积式流量传感器带来的压差，有效消除了流量计压降带来的测试偏差，尤其是在高通风标准棒的校准中，流量计压降带来的测试偏差更大，但是通过针型阀调节压力到平衡受到下游压降的影响，原因复杂，操作难度较大，测试时间和效率成为标定和测试中的主要问题，使得该方法难以广泛应用。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供一种标准棒通风率校准装置及校准方法，所述校准装置和校准方法能够有效地消除因流量计工作时由于气体通过时所产生的压降而导致的检测结果偏差，同时可以消除对昂贵的低吸阻流量计的需求。

根据本发明的一个方面，提供一种标准棒通风率校准装置，包括：检测腔体，所述检测腔体为具有在轴向方向上贯通的柱状空腔的柱体，并且具有靠近顶部的进气口、靠近底部的抽吸口、用于密封柱状空腔的密封组件、限位元件和连通柱状空腔与外部的检测气流通道，其中进气口与大气连通，限位元件在检测腔体的下部插入柱状空腔中，并且限位元件能够在径向方向上移动以对放置在柱状空腔内的标准棒进行定位；检测气路，所述检测气路设置在检测腔体外并连接到检测气流通道；流量计，所述流量计的一端连接到检测气路、另一端连接到大气；负压控制器，所述负压控制器连接到气压调制接口，所述气压调制接口设置在检测腔体的顶部且与柱状空腔连通；恒流抽吸模块，所述恒流抽吸模块连接到抽吸口；压差传感器，所述压差传感器连接在恒流抽吸模块与抽吸口之间的抽吸气路上；和处理系统，所述处理系统分别与流量计、负压控制器和压差传感器连接。

根据本发明的一个实施例，密封组件可以包括：第一夹管阀，所述第一夹管阀设置在柱状空腔的上端部处；第二夹管阀，所述第二夹管阀设置在柱状空腔的下端部处；和第一密封元件和第二密封元件，所述第一密封元件和所述第二密封元件围绕柱状空腔设置在第一夹管阀与第二夹管阀之间，其中在检测期间，第一密封元件位于标准棒的上端部，第二密封元件位于标准棒的下端部，并且第一密封元件和第二密封元件中的每一个均在开启时与标准棒的圆周表面贴合以使气流无法通过，其中限位元件相邻地设置在第二密封元件的下方。

根据另一个实施例，标准棒可以包括进气端面、出气端面、侧端面、在内部沿着轴向贯穿标准棒的总毛细管孔、和靠近出气端面沿着径向形成在侧端面上且与总毛细管孔连通的通风毛细管孔。检测气流通道可以设置在与通风毛细管孔相对应的位置处。

可选地，恒流抽吸模块可以包括顺序连通的抽吸流量控制计、真空发生器、电磁阀和气源，其中抽吸流量控制计与抽吸口相连接。

根据一个示例，限位元件在径向方向上移动的距离不小于柱状空腔的半径。

根据本发明的另一个方面，提供一种使用所述标准棒通风率校准装置来校准标准棒通风率的方法，包括：

步骤A：将限位元件沿着径向方向移动到伸入柱状空腔中的位置处，打开设置在柱状空腔的上端部处的第一夹管阀，并关闭设置在柱状空腔的下端部处的第二夹管阀，并且关闭设置在第一夹管阀与第二夹管阀之间的多个密封元件，以使柱状空腔保持畅通；

步骤B：将标准棒的出气端面朝下将标准棒插入柱状空腔内，以使标准棒在限位元件的作用下竖直位于柱状空腔内，并开启多个密封元件，从而使多个密封元件与标准棒的圆周表面贴合以使气流无法通过；

步骤C：关闭第一夹管阀以使检测腔体保持密封；

步骤D：启动恒流抽吸模块以恒定流量进行抽吸，并且打开检测气流通道、流量计、压差传感器和负压控制器，以使负压控制器实时调节检测腔体内的气压，流量计实时记录检测气路中的气体流量，并且将所述气体流量和所述压差传感器检测到的压差发送到处理系统；和

步骤E：通过处理系统对所述气体流量和所述压差进行处理以获得校准后的标准棒通风率。

根据一个示例性实施例，多个密封元件包括第一密封元件和第二密封元件，其中在检测期间，第一密封元件位于标准棒的上端部，第二密封元件位于标准棒的下端部，从而将检测腔体从上到下依次分为气压调制区、标准棒通风区和抽吸区。检测气流通道可以设置在与通风毛细管孔相对应的位置处。

此外，步骤D可以进一步包括：

D01：启动恒流抽吸模块和负压控制器，并开启流量计以实时检测检测气路；和

D02:通过负压控制器将气压调制区的气压P₀调节到与标准棒通风区的气压P₁保持变化一致，直到气压调制区的气压与标准棒通风区的气压相等或接近为止，此时记录流量计检测到的检测气路的流量Q₁、气压调制区的气压P₀₁和压差传感器检测到的抽吸气路的压差△P₁。

进一步地，步骤E可以包括：

E01：根据玻意耳定律获得压差与流量之间的函数关系：

P₀₁*Q₁＝(P-△P₁)*Q₁’；和

E02：根据所述函数关系通过以下计算公式获得标准棒的通风率：

V_s＝Q₁’/17.5＝P₀₁*Q₁/(P-△P₁)/17.5

其中，P为大气压，Q₁’为标准棒的通风流量，恒流抽吸模块以17.5mL/s的恒定体积流量进行抽吸。

另外，在步骤D02中，通过负压控制器调节后的气压调制区的气压与标准棒通风区的气压之差应小于10Pa。

附图说明

本发明的上述及其它方面和特征将从以下结合附图对实施例的说明清楚呈现，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的标准棒通风率校准装置的结构示意图；

图2是本发明的标准棒通风率校准装置所使用的标准棒的立体图；

图3是图2中所示的标准棒的从出气端面看到的放大结构示意图；以及

图4是根据本发明的一个可选实施例的恒流抽吸模块的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图详细描述本发明的说明性、非限制性实施例，对根据本发明的标准棒通风率校准装置及校准方法进行进一步说明。

根据本发明的标准棒通风率校准装置包括检测腔体1、检测气路2、流量计3、负压控制器4、恒流抽吸模块5、压差传感器6和处理系统7。参照图2和图3，标准棒8包括进气端面80、出气端面81、形成在所述进气端面与所述出气端面之间的侧端面82、在内部沿着轴向贯穿所述标准棒的总毛细管孔83、和靠近出气端面81沿着径向形成在侧端面82上且与总毛细管孔83连通的通风毛细管孔84。下面将参照图1详细说明根据本发明的所述标准棒通风率校准装置的结构。

检测腔体1为具有在轴向方向上贯通的柱状空腔10的柱体，所述柱状空腔的尺寸与标准棒的尺寸相匹配，以用于在检测期间插入标准棒。另外，检测腔体1还具有靠近顶部的进气口11、靠近底部的抽吸口12、用于密封柱状空腔10的密封组件、限位元件13和连通柱状空腔10与外部的检测气流通道14。进气口11和抽吸口12均与外部连通，其中进气口连通到大气中。限位元件13在检测腔体1的下部插入柱状空腔10中，并且可以在径向方向上伸缩移动，以便对放置在柱状空腔10内的标准棒进行定位以使该标准棒竖直立于所述柱状空腔内。根据一个示例，所述限位元件可以为针状结构、柱状结构或者其他可以阻挡的结构，并且所述限位元件的伸缩长度不小于柱状空腔10的半径。例如，检测气流通道可以设置在与通风毛细管孔84相对应的位置处。

检测气路2设置在检测腔体1外，并且连接到检测气流通道14。流量计3的一端连接到检测气路2、另一端连接到大气，以用于检测所述检测气路上的气流流量。负压控制器4连接到气压调制接口15，所述气压调制接口设置在检测腔体1的顶部且与柱状空腔10连通。恒流抽吸模块5通过例如气体管路连接到抽吸口12，以便产生恒定体积流量的抽吸气流。例如，所述恒流抽吸模块可以以17.5mL/s的恒定体积流量进行抽吸。压差传感器6连接在恒流抽吸模块5与抽吸口12之间的抽吸气路上。处理系统7分别与流量计3、负压控制器4和压差传感器6连接，以控制负压控制器4的调节并接收压差传感器6检测到的压差和流量计3检测到的气体流量，并对所述压差和所述气体流量进行处理以获得校准后的标准棒通风率。

根据本发明的标准棒通风率校准装置的检测气流通道在检测期间为通路状态时，任何流量通过时均几乎不会产生压降(即，压降不大于5Pa)，并且负压控制器产生的负压值可以根据流量计检测到的流量进行实时地快速调节，以控制检测腔体内的气压变化。因此，根据本发明的标准棒通风率校准装置能够有效地消除因流量计压降而导致的检测结果偏差，从而获得校准后的精确的标准棒通风率检测结果。

根据本发明的一个实施例，所述密封组件可以进一步包括设置在柱状空腔10的上端部处的第一夹管阀91、设置在柱状空腔10的下端部处的第二夹管阀92、第一密封元件93和第二密封元件94。第一夹管阀91和第二夹管阀92的打开和关闭可以实现检测腔体的敞开与密封。第一密封元件93和第二密封元件94围绕柱状空腔10设置在第一夹管阀91与第二夹管阀92之间。在检测期间，第一密封元件93位于标准棒8的上端部，第二密封元件94位于标准棒8的下端部，并且所述第一密封元件和所述第二密封元件中的每一个均在开启时与标准棒8的圆周表面贴合以使相应部位的气流无法通过。限位元件13相邻地设置在第二密封元件94的下方，以便能够在伸出时位于标准棒的底端以对其进行限位。根据所述实施例，第一密封元件93和第二密封元件94将检测腔体1分为三个区域，从上到下依次为气压调制区、标准棒通风区和抽吸区，如图1中所示。

根据一个可选实施例，恒流抽吸模块5可以进一步包括顺序连通的抽吸流量控制计50、真空发生器51、电磁阀52和气源53，其中流量控制计50与抽吸口12相连接，如图4中所示。

接下来，将说明使用所述标准棒通风率校准装置来校准标准棒通风率的方法。根据本发明的校准方法包括：

步骤A：将限位元件13沿着径向方向移动到伸入柱状空腔10中的位置处，打开第一夹管阀91并关闭第二夹管阀92，并且关闭设置在所述第一夹管阀与所述第二夹管阀之间的多个密封元件，以使柱状空腔10保持畅通；

步骤B：将标准棒8的出气端面81朝下插入柱状空腔10内，以使标准棒在限位元件13的作用下竖直位于柱状空腔10内，并开启所述多个密封元件，从而使所述多个密封元件与标准棒的圆周表面的相应位置贴合以使气流无法通过；

步骤C：关闭第一夹管阀91以使检测腔体1保持密封；

步骤D：启动恒流抽吸模块5以恒定流量进行抽吸，例如以17.5mL/s的恒定体积流量进行抽吸，并且打开检测气流通道14、流量计3、压差传感器6和负压控制器4，以使负压控制器4实时调节检测腔体1内的气压，流量计3实时记录检测气路2内的气体流量，并且将所述气体流量和所述压差传感器检测到的压差发送到处理系统7；和

步骤E：通过处理系统7对所述气体流量和所述压差进行处理以获得校准后的标准棒通风率。

当完成以上步骤A-E后，恒流抽吸模块5停止抽吸，第二夹管阀92开启并关闭所述多个密封元件，使得标准棒从第二夹管阀92中掉落。然后，重复以上步骤A-E进行下一次检测。

根据一个示例性实施例，所述多个密封元件包括第一密封元件93和第二密封元件94，从而将所述检测腔体从上到下依次分为气压调制区、标准棒通风区和抽吸区。检测气流通道14设置在与通风毛细管孔84相对应的位置处。根据本发明的校准方法的步骤D进一步包括：

D01：启动恒流抽吸模块5和负压控制器4，并开启流量计3以实时检测所述检测气路2；和

D02:通过负压控制器4将气压调制区的气压P₀调节到与标准棒通风区的气压P₁保持变化一致，直到气压调制区的气压与标准棒通风区的气压相等或接近为止，例如气压调制区的气压P₀与标准棒通风区的气压P₁之差小于10Pa，此时记录流量计3检测到的检测气路2的流量Q₁、气压调制区的气压P₀₁和压差传感器6检测到的抽吸气路的压差△P₁。

进一步地，步骤E可以进一步包括：

E01：根据玻意耳定律获得压差与流量之间的函数关系：

P₀₁*Q₁＝(P-△P₁)*Q₁’；和

E02：根据所述函数关系通过以下计算公式获得标准棒的通风率：

V_s＝Q₁’/17.5＝P₀₁*Q₁/(P-△P₁)/17.5

其中，P为大气压，Q₁’为标准棒的通风流量，恒流抽吸模块5以17.5mL/s的恒定体积流量进行抽吸。

尽管对本发明的示例性实施例进行了说明，但是显然本领域技术人员可以理解，在不背离本发明的精神和原理的情况下可以对这些实施例进行改变，本发明的保护范围在权利要求书及其等效形式中进行了限定。

Claims (10)

1.一种标准棒通风率校准装置，包括：

检测腔体，所述检测腔体为具有在轴向方向上贯通的柱状空腔的柱体，并且具有靠近顶部的进气口、靠近底部的抽吸口、用于密封所述柱状空腔的密封组件、限位元件和连通所述柱状空腔与外部的检测气流通道，其中所述进气口与大气连通，所述限位元件在所述检测腔体的下部插入所述柱状空腔中，并且所述限位元件能够在径向方向上移动以对放置在所述柱状空腔内的标准棒进行定位；

检测气路，所述检测气路设置在所述检测腔体外并连接到所述检测气流通道；

流量计，所述流量计的一端连接到所述检测气路、另一端连接到大气；

负压控制器，所述负压控制器连接到气压调制接口，所述气压调制接口设置在所述检测腔体的顶部且与所述柱状空腔连通；

恒流抽吸模块，所述恒流抽吸模块连接到所述抽吸口；

压差传感器，所述压差传感器连接在所述恒流抽吸模块与所述抽吸口之间的抽吸气路上；和

处理系统，所述处理系统分别与所述流量计、所述负压控制器和所述压差传感器连接。

2.根据权利要求1所述的标准棒通风率校准装置，其中，所述密封组件包括：

第一夹管阀，所述第一夹管阀设置在所述柱状空腔的上端部处；

第二夹管阀，所述第二夹管阀设置在所述柱状空腔的下端部处；和

第一密封元件和第二密封元件，所述第一密封元件和所述第二密封元件围绕所述柱状空腔设置在所述第一夹管阀与所述第二夹管阀之间，其中在检测期间，所述第一密封元件位于所述标准棒的上端部，所述第二密封元件位于所述标准棒的下端部，并且所述第一密封元件和所述第二密封元件中的每一个均在开启时与所述标准棒的圆周表面贴合以使气流无法通过，

其中，所述限位元件相邻地设置在所述第二密封元件的下方。

3.根据权利要求1所述的标准棒通风率校准装置，其中：

所述标准棒包括进气端面、出气端面、侧端面、在内部沿着轴向贯穿所述标准棒的总毛细管孔、和靠近所述出气端面沿着径向形成在所述侧端面上且与所述总毛细管孔连通的通风毛细管孔；以及

所述检测气流通道设置在与所述通风毛细管孔相对应的位置处。

4.根据权利要求1所述的标准棒通风率校准装置，其中，所述恒流抽吸模块包括顺序连通的抽吸流量控制计、真空发生器、电磁阀和气源，其中所述抽吸流量控制计与所述抽吸口相连接。

5.根据权利要求1所述的标准棒通风率校准装置，其中，所述限位元件在所述径向方向上移动的距离不小于所述柱状空腔的半径。

6.一种使用如权利要求1所述的标准棒通风率校准装置来校准标准棒通风率的方法，包括：

步骤A：将所述限位元件沿着所述径向方向移动到伸入所述柱状空腔中的位置处，打开设置在所述柱状空腔的上端部处的第一夹管阀，并关闭设置在所述柱状空腔的下端部处的第二夹管阀，并且关闭设置在所述第一夹管阀与所述第二夹管阀之间的多个密封元件，以使所述柱状空腔保持畅通；

步骤B：将所述标准棒的出气端面朝下将所述标准棒插入所述柱状空腔内，以使所述标准棒在所述限位元件的作用下竖直位于所述柱状空腔内，并开启所述多个密封元件，从而使所述多个密封元件与所述标准棒的圆周表面贴合以使气流无法通过；

步骤C：关闭所述第一夹管阀以使所述检测腔体保持密封；

步骤D：启动所述恒流抽吸模块以恒定流量进行抽吸，并且打开所述检测气流通道、所述流量计、所述压差传感器和所述负压控制器，以使所述负压控制器实时调节所述检测腔体内的气压，所述流量计实时记录所述检测气路中的气体流量，并且将所述气体流量和所述压差传感器检测到的压差发送到所述处理系统；和

步骤E：通过所述处理系统对所述气体流量和所述压差进行处理以获得校准后的标准棒通风率。

7.根据权利要求6所述的方法，其中：

所述多个密封元件包括第一密封元件和第二密封元件，其中在检测期间，所述第一密封元件位于所述标准棒的上端部，所述第二密封元件位于所述标准棒的下端部，从而将所述检测腔体从上到下依次分为气压调制区、标准棒通风区和抽吸区；以及

所述检测气流通道设置在与所述通风毛细管孔相对应的位置处。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述步骤D进一步包括：

D01：启动所述恒流抽吸模块和所述负压控制器，并开启所述流量计以实时检测所述检测气路；和

D02:通过所述负压控制器将所述气压调制区的气压(P₀)调节到与所述标准棒通风区的气压(P₁)保持变化一致，直到所述气压调制区的气压与所述标准棒通风区的气压相等或接近为止，此时记录所述流量计检测到的所述检测气路的流量(Q₁)、所述气压调制区的气压(P₀₁)和所述压差传感器检测到的所述抽吸气路的压差(△P₁)。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述步骤E进一步包括：

E01：根据玻意耳定律获得压差与流量之间的函数关系：

P₀₁*Q₁＝(P-△P₁)*Q₁’；和

E02：根据所述函数关系通过以下计算公式获得标准棒的通风率：

V_s＝Q₁’/17.5＝P₀₁*Q₁/(P-△P₁)/17.5

其中，P为大气压，Q₁’为标准棒的通风流量，所述恒流抽吸模块以17.5mL/s的恒定体积流量进行抽吸。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，在所述步骤D02中，通过所述负压控制器调节后的所述气压调制区的气压与所述标准棒通风区的气压之差小于10Pa。

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