CN114720529A - 燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法及系统，检测方法包括：启动吸烟机并预热完成；启动氧气温湿度测量采集系统并平衡；将卷烟样品插入卷烟夹持器；点燃卷烟样品，抽吸两口；等待卷烟阴燃形成一个完整的燃烧锥后，将测量模块放置在燃吸卷烟燃烧线的正下部，燃烧线的位置定为烟支横轴0点，从0点开始，抽吸第3口，停止抽吸；卷烟燃烧线在阴燃中向前推进，测量模块从0点开始同步检测燃烧锥周围的氧气浓度数据，等待氧气温湿度测量采集系统的氧气浓度显示值与与测试大气一致时，测试结束。本发明的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法及系统，有利于研究如何降低卷烟抽吸过程中生成的有害物质含量和评价烟支的燃烧状态。
Description
技术领域
本发明涉及卷烟燃烧性能测定技术领域，尤其涉及一种燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法及系统。
背景技术
卷烟点燃抽吸后，首端立即生成碳，从而形成了卷烟的燃烧系统。燃烧部分的固体物质形成一个锥体—燃烧锥，燃烧锥与未燃烧卷烟纸之间有一条黑色的碳线，也叫燃烧线。抽吸时锥体底部外围的烟草被燃烧掉，燃烧线后移，锥体变长。暂停抽吸后，卷烟呈阴燃状态，燃烧锥与空气达到热平衡为止。卷烟抽吸时，卷烟的燃烧速率受限于氧气到达烟草表面的传质速率，燃烧锥中部形成一个致密的不透气的碳化体，气流不易从这里通过，而卷烟纸在温度约为300℃时开始发生热降解，其边缘的空气透气度迅速增加，所以空气倾向于从燃烧线附近吸阻较低的燃烧锥底部进入卷烟。因而抽吸时主要是燃烧线在推进燃烧。抽吸结束时，因为到达燃烧区表面的氧气量大为减少，氧气通过扩散进入燃烧区后部。
卷烟在抽吸过程中，烟丝发生一系列的物理和化学反应，形成大量的产物，其中产生的有害物质大部分由烟草中的大分子化合物不完全燃烧和裂解生成，有害成分包括焦油、CO、亚硝胺、醛和硝基烃等。卷烟在燃烧过程中由于温度和氧气供应量的不同，其燃烧机制也有所不同，产生烟气的化学成分也不同。抽吸过程中氧气消耗的越多，产生的热量越大，反应地越充分，卷烟燃烧耗氧量的多少能反映烟支燃烧过程中反应的完全程度。因此，检测卷烟抽吸时燃烧锥周围氧气量变化，对研究如何降低卷烟抽吸过程中生成的有害物质含量和评价烟支的燃烧状态具有一定的意义。
因此，亟需一种燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法及系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法及系统，以解决上述现有技术中的问题，能够有利于研究如何降低卷烟抽吸过程中生成的有害物质含量和评价烟支的燃烧状态。
本发明提供了一种燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，其中，包括：
启动吸烟机并预热完成，调整抽吸参数；
启动氧气温湿度测量采集系统，平衡使其氧气示值、温度示值和湿度示值与所营造的实验环境一致，其中，所述氧气温湿度测量采集系统包括依次设置的氧气温湿度测量模块、无线主机和上位机；
将卷烟样品插入卷烟夹持器，其中，所述卷烟夹持器与所述吸烟机连接；
点燃卷烟样品，并按照调整好的抽吸参数抽吸两口；
等待卷烟阴燃形成一个完整的燃烧锥后，将氧气温湿度测量模块放置在燃吸卷烟燃烧线的正下部，燃烧线的位置定为烟支横轴0点，从0点开始，按照调整好的抽吸参数抽吸第3口，停止抽吸；
在停止抽吸后，卷烟燃烧线在阴燃中向前推进，利用所述氧气温湿度测量模块从0点开始同步检测并采集卷烟燃烧端形成燃烧锥的周围氧气浓度数据，等待氧气温湿度测量采集系统的氧气浓度显示值与所营造的实验环境中的氧气浓度一致时，测试结束。
如上所述的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，其中，优选的是，所述调整抽吸参数，具体包括：
每口抽吸体积35ml；抽吸时间2秒；抽吸间隔1分钟。
如上所述的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，其中，优选的是，所述氧气温湿度测量采集系统的平衡时间为大于20分钟，所述所营造的实验环境包括：温度为20℃-24℃，相对湿度为55％-65％，氧气浓度为20.9％。
如上所述的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，其中，优选的是，所述将卷烟样品插入卷烟夹持器，具体包括：
将卷烟样品插入卷烟夹持器后，调整卷烟与吸烟机的托盘平面呈水平；
将所述氧气温湿度测量模块放置在所述卷烟样品下部；
调整所述氧气温湿度测量模块与所述卷烟样品的中心横截面的距离为5mm；
水平移开所述氧气温湿度测量模块。
如上所述的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，其中，优选的是，所述氧气温湿度测量模块在检测卷烟燃烧端形成燃烧锥的周围氧气浓度数据时，所述氧气温湿度测量模块距离卷烟样品的中心横截面的距离为5mm。
如上所述的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，其中，优选的是，在所述启动吸烟机并预热完成之前，所述燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法还包括：
制备卷烟样品。
如上所述的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，其中，优选的是，所述制备卷烟样品，包括：
将卷烟样品在温度21℃-23℃，相对湿度57％-63％的条件下，调节平衡水分48小时以上。
如上所述的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，其中，优选的是，所述燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法还包括：
在测量结束后，在进行下一次测量之前，需要平衡所述氧气温湿度测量采集系统至其氧气示值温度示值和湿度示值与所营造的实验环境一致。
本发明还提供一种燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测系统，其中，包括：
氧气温湿度测量采集系统和与所述氧气温湿度测量采集系统相连接的烟气抽吸捕集系统，其中：
所述氧气温湿度测量采集系统包括依次设置的氧气温湿度测量模块、无线主机和上位机，所述无线主机通过UART串口与所述氧气温湿度测量模块连接，用于在读取所述氧气温湿度测量模块所测量的数据后，再将所读取的数据通过WIFI上传至所述上位机；
所述烟气抽吸捕集系统包括依次设置的卷烟夹持器和与所述卷烟夹持器连接的吸烟机。
如上所述的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测系统，其中，优选的是，所述氧气温湿度测量模块的形状为长方体，长度为42mm-46mm，宽度为32mm-36mm，高度为12mm-16mm。
本发明提供一种燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法及系统，依据电化学催化反应原理，检测不同气体的电化学反应输出信号，通过信号量准确测量燃吸卷烟一个抽吸周期燃烧锥周围的氧气浓度，检测结果准确可靠，重复性好，适用性强；通过检测卷烟燃吸时燃烧锥周围氧气浓度的变化，初步验证了卷烟抽吸时空气进入燃烧锥的过程机理，揭示了抽吸过程中燃烧锥周围氧气浓度随燃烧锥向前推进的变化情况；有利于研究如何降低卷烟抽吸过程中生成的有害物质含量和评价烟支的燃烧状态。
附图说明
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：
图1为本发明提供的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法的实施例的流程图；
图2为利用本发明的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法得到的常规卷烟燃烧锥周围氧气浓度变化曲线；
图3为利用本发明的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法得到的细支卷烟燃烧锥周围氧气浓度变化曲线；
图4为本发明提供的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测系统的实施例的流程图。
具体实施方式
现在将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。对示例性实施例的描述仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。本公开可以以许多不同的形式实现，不限于这里所述的实施例。提供这些实施例是为了使本公开透彻且完整，并且向本领域技术人员充分表达本公开的范围。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、材料的组分、数字表达式和数值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。
本公开中使用的“第一”、“第二”：以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指在该词前的要素涵盖在该词后列举的要素，并不排除也涵盖其他要素的可能。“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
在本公开中，当描述到特定部件位于第一部件和第二部件之间时，在该特定部件与第一部件或第二部件之间可以存在居间部件，也可以不存在居间部件。当描述到特定部件连接其它部件时，该特定部件可以与所述其它部件直接连接而不具有居间部件，也可以不与所述其它部件直接连接而具有居间部件。
本公开使用的所有术语(包括技术术语或者科学术语)与本公开所属领域的普通技术人员理解的含义相同，除非另外特别定义。还应当理解，在诸如通用字典中定义的术语应当被解释为具有与它们在相关技术的上下文中的含义相一致的含义，而不应用理想化或极度形式化的意义来解释，除非这里明确地这样定义。
对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为说明书的一部分。
如图1所示，本发明实施例提供了一种燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法在实际执行过程中，具体包括如下步骤：
步骤S1、启动吸烟机并预热完成，调整抽吸参数。
具体地，所述调整抽吸参数包括：每口抽吸体积35ml；抽吸时间2秒；抽吸间隔1分钟。需要说明的是，本发明对抽吸参数不作具体限定。
本发明在一些实施方式中，在步骤S1之前，所述燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法还包括：
步骤S0、制备卷烟样品。
具体地，将卷烟样品在温度21℃-23℃，相对湿度57％-63％的条件下，调节平衡水分48小时以上。需要说明的是，本发明对样品的制备条件不作具体限定。
步骤S2、启动氧气温湿度测量采集系统，平衡使其氧气示值、温度示值和湿度示值与所营造的实验环境一致，其中，所述氧气温湿度测量采集系统包括依次设置的氧气温湿度测量模块、无线主机和上位机。
其中，所述氧气温湿度测量采集系统的平衡时间为大于20分钟，所述所营造的实验环境包括：温度为20℃-24℃，相对湿度为55％-65％，氧气浓度为20.9％。需要说明的是，本发明对氧气温湿度测量采集系统的平衡时间以及所营造的实验环境不作具体限定。
步骤S3、将卷烟样品插入卷烟夹持器，其中，所述卷烟夹持器与所述吸烟机连接。
在本发明的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法的一种实施方式中，所述步骤S3具体可以包括：
步骤S31、将卷烟样品插入卷烟夹持器后，调整卷烟与吸烟机的托盘平面呈水平。
步骤S32、将所述氧气温湿度测量模块放置在所述卷烟样品下部。
步骤S33、调整所述氧气温湿度测量模块与所述卷烟样品的中心横截面的距离为5mm。
步骤S34、水平移开所述氧气温湿度测量模块。
步骤S4、点燃卷烟样品，并按照调整好的抽吸参数抽吸两口。
具体地，在抽吸的两口中，每口抽吸2s，抽吸体积为35ml，抽吸间隔1分钟。
步骤S5、等待卷烟阴燃形成一个完整的燃烧锥后，将氧气温湿度测量模块放置在燃吸卷烟燃烧线的正下部，燃烧线的位置定为烟支横轴0点，从0点开始，按照调整好的抽吸参数抽吸第3口，停止抽吸。
即从0点开始，抽吸一口2秒钟后停止。抽吸时间2秒，抽吸体积为35ml。
步骤S6、在停止抽吸后，卷烟燃烧线在阴燃中向前推进，利用所述氧气温湿度测量模块从0点开始同步检测并采集卷烟燃烧端形成燃烧锥的周围氧气浓度数据，等待氧气温湿度测量采集系统的氧气浓度显示值与所营造的实验环境中的氧气浓度一致时，测试结束。
在抽吸第三口后，抽吸结束，卷烟燃烧线在阴燃中缓慢向前推进，在推进过程中，氧气温湿度测量模块进行燃烧锥周围氧气浓度的检测。
其中，所述氧气温湿度测量模块在检测卷烟燃烧端形成燃烧锥的周围氧气浓度数据时，所述氧气温湿度测量模块距离卷烟样品的中心横截面的距离为5mm。
氧气温湿度测量采集系统的氧气浓度显示值重新达到20.9％，即与测试大气一致时结束。在本发明中，将从开始到结束约300s内定义为一个燃烧锥氧气浓度检测周期。需要说明的是，本发明对检测周期的长短不作具体限定。
在本发明中，所述氧气温湿度测量模块依据电化学催化反应原理，检测不同气体的电化学反应输出信号，通过信号量准确测量燃吸卷烟一个抽吸周期内的燃烧锥周围的氧气浓度，检测结果准确可靠，重复性好，适用性强。利用本发明的检测方法所得到的常规卷烟燃烧锥周围氧气浓度变化曲线和细支卷烟燃烧锥周围氧气浓度变化曲线分别如图2和图3所示。本发明通过检测卷烟燃吸时燃烧锥周围氧气浓度的变化，初步验证了卷烟抽吸时空气进入燃烧锥的过程机理，揭示了抽吸过程中燃烧锥周围氧气浓度随燃烧锥向前推进的变化情况。
进一步地，本发明在一些实施方式中，所述燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法还包括：
步骤S7、在测量结束后，在进行下一次测量之前，需要平衡所述氧气温湿度测量采集系统至其氧气示值温度示值和湿度示值与所营造的实验环境一致。
即，在氧气温湿度测量采集系统测量结束后，需要平衡至其氧气示值为20.9％、温度和湿度示值与所营造的实验环境一致时方可进行下一次测量。
本发明实施例提供的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，依据电化学催化反应原理，检测不同气体的电化学反应输出信号，通过信号量准确测量燃吸卷烟一个抽吸周期燃烧锥周围的氧气浓度，检测结果准确可靠，重复性好，适用性强；通过检测卷烟燃吸时燃烧锥周围氧气浓度的变化，初步验证了卷烟抽吸时空气进入燃烧锥的过程机理，揭示了抽吸过程中燃烧锥周围氧气浓度随燃烧锥向前推进的变化情况；有利于研究如何降低卷烟抽吸过程中生成的有害物质含量和评价烟支的燃烧状态。
相应地，如图4所示，本发明还提供一种燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测系统，包括：
氧气温湿度测量采集系统和与所述氧气温湿度测量采集系统相连接的烟气抽吸捕集系统，其中：
所述氧气温湿度测量采集系统包括依次设置的氧气温湿度测量模块1、无线主机2和上位机3，所述无线主机2通过UART串口与所述氧气温湿度测量模块1连接，用于在读取所述氧气温湿度测量模块1所测量的数据后，再将所读取的数据通过WIFI上传至所述上位机3；
所述烟气抽吸捕集系统包括依次设置的卷烟夹持器4和与所述卷烟夹持器连接的吸烟机5。
其中，所述上位机3用于显示所述氧气温湿度测量模块1所测量的数据，包括氧气浓度数据、温度数据和湿度数据。
进一步地，所述氧气温湿度测量模块的形状为长方体，长度为42mm-46mm，宽度为32mm-36mm，高度为12mm-16mm。
进一步地，所述氧气温湿度测量采集系统还包括与所述无线主2机连接的电源模块6。
本发明实施例提供的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测系统，依据电化学催化反应原理，检测不同气体的电化学反应输出信号，通过信号量准确测量燃吸卷烟一个抽吸周期燃烧锥周围的氧气浓度，检测结果准确可靠，重复性好，适用性强；通过检测卷烟燃吸时燃烧锥周围氧气浓度的变化，初步验证了卷烟抽吸时空气进入燃烧锥的过程机理，揭示了抽吸过程中燃烧锥周围氧气浓度随燃烧锥向前推进的变化情况；有利于研究如何降低卷烟抽吸过程中生成的有害物质含量和评价烟支的燃烧状态。
至此，已经详细描述了本公开的各实施例。为了避免遮蔽本公开的构思，没有描述本领域所公知的一些细节。本领域技术人员根据上面的描述，完全可以明白如何实施这里公开的技术方案。
虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。本领域的技术人员应该理解，可在不脱离本公开的范围和精神的情况下，对以上实施例进行修改或者对部分技术特征进行等同替换。本公开的范围由所附权利要求来限定。
Claims (10)
1.一种燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，其特征在于，包括：
启动吸烟机并预热完成，调整抽吸参数；
启动氧气温湿度测量采集系统，平衡使其氧气示值、温度示值和湿度示值与所营造的实验环境一致，其中，所述氧气温湿度测量采集系统包括依次设置的氧气温湿度测量模块、无线主机和上位机；
将卷烟样品插入卷烟夹持器，其中，所述卷烟夹持器与所述吸烟机连接；
点燃卷烟样品，并按照调整好的抽吸参数抽吸两口；
等待卷烟阴燃形成一个完整的燃烧锥后，将氧气温湿度测量模块放置在燃吸卷烟燃烧线的正下部，燃烧线的位置定为烟支横轴0点，从0点开始，按照调整好的抽吸参数抽吸第3口，停止抽吸；
在停止抽吸后，卷烟燃烧线在阴燃中向前推进，利用所述氧气温湿度测量模块从0点开始同步检测并采集卷烟燃烧端形成燃烧锥的周围氧气浓度数据，等待氧气温湿度测量采集系统的氧气浓度显示值与所营造的实验环境中的氧气浓度一致时，测试结束。
2.根据权利要求1所述的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，其特征在于，所述调整抽吸参数，具体包括：
每口抽吸体积35ml；抽吸时间2秒；抽吸间隔1分钟。
3.根据权利要求1所述的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，其特征在于，所述氧气温湿度测量采集系统的平衡时间为大于20分钟，所述所营造的实验环境包括：温度为20℃-24℃，相对湿度为55％-65％，氧气浓度为20.9％。
4.根据权利要求1所述的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，其特征在于，所述将卷烟样品插入卷烟夹持器，具体包括：
将卷烟样品插入卷烟夹持器后，调整卷烟与吸烟机的托盘平面呈水平；
将所述氧气温湿度测量模块放置在所述卷烟样品下部；
调整所述氧气温湿度测量模块与所述卷烟样品的中心横截面的距离为5mm；
水平移开所述氧气温湿度测量模块。
5.根据权利要求4所述的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，其特征在于，所述氧气温湿度测量模块在检测卷烟燃烧端形成燃烧锥的周围氧气浓度数据时，所述氧气温湿度测量模块距离卷烟样品的中心横截面的距离为5mm。
6.根据权利要求1所述的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，其特征在于，在所述启动吸烟机并预热完成之前，所述燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法还包括：
制备卷烟样品。
7.根据权利要求6所述的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，其特征在于，所述制备卷烟样品，包括：
将卷烟样品在温度21℃-23℃，相对湿度57％-63％的条件下，调节平衡水分48小时以上。
8.根据权利要求1所述的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法，其特征在于，所述燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法还包括：
在测量结束后，在进行下一次测量之前，需要平衡所述氧气温湿度测量采集系统至其氧气示值温度示值和湿度示值与所营造的实验环境一致。
9.一种燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测系统，其特征在于，包括：
氧气温湿度测量采集系统和与所述氧气温湿度测量采集系统相连接的烟气抽吸捕集系统，其中：
所述氧气温湿度测量采集系统包括依次设置的氧气温湿度测量模块、无线主机和上位机，所述无线主机通过UART串口与所述氧气温湿度测量模块连接，用于在读取所述氧气温湿度测量模块所测量的数据后，再将所读取的数据通过WIFI上传至所述上位机；
所述烟气抽吸捕集系统包括依次设置的卷烟夹持器和与所述卷烟夹持器连接的吸烟机。
10.根据权利要求9所述的燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测系统，其特征在于，所述氧气温湿度测量模块的形状为长方体，长度为42mm-46mm，宽度为32mm-36mm，高度为12mm-16mm。
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| CN202210463863.7A Pending CN114720529A (zh) | 2022-04-19 | 2022-04-19 | 燃吸卷烟燃烧锥周围氧气浓度的检测方法及系统 |
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Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
2022
- 2022-04-19 CN CN202210463863.7A patent/CN114720529A/zh active Pending
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