CN201749074U

CN201749074U - 可实现卷烟烟气气溶胶实时测量的装置

Info

Publication number: CN201749074U
Application number: CN2010201311700U
Authority: CN
Inventors: 鲁端峰; 刘朝贤; 王兵; 常纪恒; 贾伟萍; 堵劲松; 金跃平
Original assignee: Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC
Current assignee: Zhengzhou Tobacco Research Institute of CNTC
Priority date: 2010-03-16
Filing date: 2010-03-16
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2020-03-16

Abstract

一种可实现卷烟烟气气溶胶实时测量的装置，特征是：包括样气发生单元、烟气稀释单元和气溶胶颗粒物检测单元，各单元之间通过气路连接。本装置的优点是：1)能实现卷烟烟气气溶胶颗粒粒径大小、浓度、分布状态的实时测量；2)响应时间快，烟气产生后立即被稀释和检测，避免了吸烟机采样时管路长、停留时间长造成的测试误差；3)可通过添加滤膜的方式将卷烟烟气颗粒物分级收集，用于后续分级颗粒物的化学成分分析；4)各单元之间连接管路短，并且连接管均内衬防吸附材料，减弱了因管壁吸附造成的测试误差；5)结构紧凑、体积小，便于移动；6)可实现烟气采样时间、流量等参数调节，满足标准抽吸模式和非标准抽吸模式下的测量。

Description

可实现卷烟烟气气溶胶实时测量的装置

技术领域

本实用新型涉及烟草领域中的烟气测试，具体涉及一种可实现卷烟烟气气溶胶实时测试的装置，利用该装置能实现新鲜烟气气溶胶颗粒粒径大小、浓度、分布状态的实时测量。

背景技术

卷烟烟气是一种气、液、固并存的复杂的多相气溶胶，气溶胶中分散着浓度极高的细小颗粒物，颗粒粒径介于0.1μm～1.0μm之间。颗粒物在滤嘴或人体呼吸系统的捕获几率，与这些小颗粒的分布特征密切相关。不同的卷烟烟气气溶胶特征(颗粒粒径大小、浓度和分布状态等)对人体健康的影响程度也不同。同时，烟气粒相中的化学组成也会随颗粒大小和分布而变化，从而影响吸烟者的抽吸感受(香气、谐调性、口腔残留等)。研究卷烟烟气气溶胶颗粒大小，浓度、分布状态等不仅对提高卷烟安全性有重要作用，对提高卷烟质量也具有重要意义。

现有技术中，卷烟烟气气溶胶的采样需要与吸烟机结合。吸烟机采用间歇式抽吸方式(即抽吸持续2s，抽吸间隔58s)，模拟人们抽烟的一般方式。但这种抽吸方式无法满足气溶胶检测仪器连续进样的要求；二是烟气产生后先通过定量管收集再进行稀释和检测，高浓度烟气从滤嘴末端流经定量管过程中，管路长，易在管壁吸附，同时颗粒浓度极高易相互作用使烟气颗粒物大小和分布状态发生变化。另外，烟气气溶胶颗粒浓度极高，远远超过现有气溶胶颗粒物测量仪器的检测范围，这也为直接利用现有仪器测量卷烟烟气气溶胶颗粒物特征增加了难度。

中国专利200820044389.X、200820044817.9和200820044816.4公开的卷烟烟气气溶胶检测系统和中国专利200910094549.0公开的卷烟烟气气溶胶粒径分布的检测方法，在一定程度上能解决烟气气溶胶浓度过高无法直接利用现有气溶胶仪器检测和仪器连续进样的问题，但它们均是利用吸烟机来采集烟气气溶胶样本，会造成高浓度的烟气在被稀释前的输送过程中因管路长造成管壁吸附，以及在定量管中停留时间长造成新鲜烟气的颗粒物大小和分布状态已发生变化，使分析检测结果出现较大误差。

发明内容

本实用新型的目的正是针对上述现有技术中所存在的问题而专门设计的一种结构紧凑、体积小、可实现卷烟烟气气溶胶实时测量的装置，利用该装置能实时测量新鲜烟气气溶胶颗粒粒径大小、颗粒浓度以及分布状态。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：本实用新型的可实现卷烟烟气气溶胶实时测量的装置，包括样气发生单元、烟气稀释单元和气溶胶颗粒物检测单元，各单元之间通过气路连接，样气发生单元包括卷烟夹持器、纯净气体以及自动调控器；烟气稀释单元包括稀释器和与稀释器连接的空压机，在稀释器与空压机之间的气路上设有调压阀、空气净化器及压力表；气溶胶颗粒物检测单元包括测试主机、数据监测系统和作为整个装置抽吸源的真空泵，样气发生单元的出气气路与稀释器上的样气入口直接相连，稀释器上的稀释气体入口通过空气净化器与空压机相连，稀释器上的稀释样气出口与气溶胶颗粒物检测单元的样气入口相连接。

在本实用新型中，自动调控器由可编程序控制器和电磁阀组成，自动调控器的操作响应时间≤10ms。预先输入抽吸条件的单口抽吸持续时间和抽吸间隔时间，使得在抽吸持续时，气体通路通向烟气气路，纯净气体气路处于关闭状态，抽吸间隔时气体通路通向纯净气体气路，烟气气路处于关闭状态。

本实用新型各单元、部件的主要功能及工作过程如下：

样气发生单元主要功能一是产生分析用卷烟烟气，并在抽吸时间及抽吸容量上符合现有吸烟机抽吸标准条件的要求；二是要解决在正常的间歇式的抽吸方式下气溶胶颗粒物测试仪器无法连续采样的问题；三是要避免高浓度的新鲜烟气产生后，在稀释前因管路长和停留时间长造成的测试误差。

气体通路包括两个进气口和一个出气口，两个进气口分别与烟气气路和纯净气体气路连通，出气口通向稀释器的样气入口，通过自动调控装置控制电磁阀切换，控制两个气路的开启和关闭；自动调控装置为可编程序控制器(PLC)，预先输入抽吸条件的单口抽吸持续时间和抽吸间隔时间，使得在抽吸持续时，气体通路通向烟气气路，纯净气体气路处于关闭状态，抽吸间隔时气体通路通向纯净气体气路，烟气气路处于关闭状态。

真空泵抽吸产生的负压使卷烟被抽吸，调节稀释器中稀释气体入口压力可调节每次抽吸的烟气吸入量。

烟气稀释单元的主要功能一是为了使高浓度的烟气进入仪器分析之前达到仪器可承受的浓度检测范围；二是为了防止烟气浓度过高，颗粒间发生碰撞、团聚、凝结等现象，影响测量结果的准确性。该单元中的空气净化器可过滤掉油、水、细颗粒，以确保进入稀释器的气体无尘并且干燥，不对待稀释样气产生影响。

所述气溶胶颗粒物检测单元的主要功能是对经气路控制和稀释后的样气颗粒物特征进行实时测量，从而了解卷烟抽吸过程中烟气颗粒物的瞬态变化情况。

测试主机采用的是一种冲击器(一种专门的测试仪器，市场上有销售)，它能够将0.01μm～10μm的颗粒物按粒径大小进行分级，并对每级颗粒物粒径、浓度进行瞬态测量；同时，通过在冲击器冲击分离单元中加入滤膜，收集到的分级颗粒物还可用于后续化学成分的分析。真空泵提供吸力源使被测样气进入测试主机。

本实用新型相比现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，主要表现在：1)能实现卷烟烟气气溶胶颗粒粒径大小、浓度、分布状态的实时测量；2)响应时间快，烟气产生后立即被稀释和检测，避免了吸烟机采样时管路长、停留时间长造成的测试误差；3)可通过添加滤膜的方式将卷烟烟气颗粒物分级收集，用于后续分级颗粒物的化学成分分析；4)各单元之间连接管路短，并且连接管均内衬防吸附材料，减弱了因管壁吸附造成的测试误差；5)结构紧凑、体积小，便于移动；6)可实现烟气采样时间、流量等参数调节，满足标准抽吸模式和非标准抽吸模式下的测量。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图中：按区域划分为I、样气发生单元，II、烟气稀释单元，III、气溶胶颗粒物检测单元。

各部件标号如下：1、卷烟样品，2、卷烟夹持器，3、自动调控器，4、气体通路，4-1、烟气气路，4-2、纯净气体气路，5、纯净气体钢瓶，6、稀释器，7、调压阀，8、空气净化器，9、压力表，10、空压机，11、真空泵，12、数据监测系统，13、测试主机。

图2为卷烟烟气气溶胶颗粒粒数浓度随时间变化图。

具体实施方式

本实用新型结合附图作进一步描述：

如图1所示：本实用新型的可实现卷烟烟气气溶胶实时测试的装置包括样气发生单元I、烟气稀释单元II和气溶胶颗粒物检测单元III。所述样气发生单元I设置有烟气气路4-1和纯净气体气路4-2，通过自动调控器3自动完成两气路间的切换，并与稀释器6上的样气入口直接相连接；所述烟气稀释单元II包括纯净空气供气部分和稀释器6，纯净空气供气部分(包括空压机10、压力表9、空气净化器8和调压阀7)通过管路依次连接并与设置在稀释器上的稀释气体入口相通；真空泵11、数据监测系统12与测试主机13上的相应端口连接组成了气溶胶颗粒物检测单元III，测试主机13上的样气入口与设置在稀释器6上的稀释样气出口相连接。

测试前先在自动调控器3中设定好抽吸持续时间和抽吸间隔时间。真空泵抽吸产生的负压可使卷烟被抽吸，通过调节调压阀7控制稀释气体入口压力，从而控制烟气吸入量及稀释倍率，以满足卷烟抽吸规范和测试仪器检测限。开始测试时，点燃卷烟的同时开启气路控制元件，自动调控器3控制电磁阀切换，使得在抽吸持续时，气体通路4通向烟气气路4-1，纯净气体气路4-2关闭；抽吸间隔时，气体通路4通向纯净气体气路4-2，烟气气路4-1关闭。抽吸产生的卷烟烟气直接进入稀释器6并在其中与净化后的压缩空气汇合进行稀释；稀释后的烟气进入测试主机13进行测试，同时，外部电脑的数据监测系统12实时显示所测量的气溶胶特征。

为防止管壁沉积，尽可能保持烟气采样过程气溶胶系统的稳定性，采样管选用内衬高光滑不粘性材料，如内衬有聚四氟乙烯材料的软管。

整个测试过程中，烟气气溶胶的采样、稀释和分析均为连续过程，烟气在管路中的停留时间小于1s，同时，抽吸时间、抽吸容量、稀释倍率可根据需要进行调整，以满足不同研究目的的需要。

图2为一种卷烟样品的测试结果。

Claims

1.一种可实现卷烟烟气气溶胶实时测量的装置，其特征在于：包括样气发生单元、烟气稀释单元和气溶胶颗粒物检测单元，各单元之间通过气路连接，样气发生单元包括卷烟夹持器、纯净气体以及自动调控器；烟气稀释单元包括稀释器和与稀释器连接的空压机，在稀释器与空压机之间的气路上设有调压阀、空气净化器及压力表；气溶胶颗粒物检测单元包括测试主机、数据监测系统和作为整个装置抽吸源的真空泵，样气发生单元的出气气路与稀释器上的样气入口直接相连，稀释器上的稀释气体入口通过空气净化器与空压机相连，稀释器上的稀释样气出口与气溶胶颗粒物检测单元的样气入口相连接。

2.根据权利要求1所述的可实现卷烟烟气气溶胶实时测量的装置，其特征在于：自动调控器由可编程序控制器和电磁阀组成。

3.根据权利要求1或2所述的可实现卷烟烟气气溶胶实时测量的装置，其特征在于：自动调控器的操作响应时间≤10ms。