一种卷烟燃烧位置-烟气扩散-动态吸阻综合测试装置及方法与流程

一种卷烟燃烧位置
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烟气扩散
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动态吸阻综合测试装置及方法
技术领域
1.本发明属于烟支检测技术领域，尤其是涉及一种卷烟燃烧位置
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烟气扩散
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动态吸阻综合测试装置及方法。


背景技术：

2.卷烟烟气是一种很复杂的气溶胶，有1/3物质来自烟草本身，大部分烟气成分是卷烟燃烧过程中氧化、热解和蒸馏的产物，这些烟气成分的生成会随着烟气的形成温度范围(室温到950℃)，及不同位置氧气浓度的不同而发生变化，并且最终决定卷烟抽吸感官品质，然而烟气生成涉及的多种复杂物理化学过程很难通过实验方法进行实时监测。用数学和物理方法模拟和分析卷烟的燃烧过程，并建立计算模型具有重要意义。除参与燃烧的烟丝外，卷烟物性参数(三纸一棒)决定卷烟通风特征(吸阻，总通风率)，直接影响卷烟内部气体流动特性，最终影响卷烟的燃烧温度，和有害物质的生成与迁移规律。由于卷烟抽吸过程，烟支长度不断变短，卷烟通风特征和动态吸阻也不断变化。
3.吸烟者最直观需要通过点燃烟支进行消费，而影响香味与健康的化学物质主要存在于卷烟在燃烧过程中产生的烟气中。卷烟燃烧所产生的烟气中含多达上千种化合物。当烟支在高温条件下燃烧(或燃吸)时，烟支内部化学成分发生一系列复杂的变化，向外扩散形成烟气，烟气中大约有2/3的化学物质是经过燃烧后新产生的化合物。不同卷烟配方烟丝结构特征、滤嘴材料与通风特征、卷烟纸特性等因素会对卷烟燃烧状态具有不同的影响，卷烟燃吸过程中体相温度、卷烟轴向压力、轴向速度及轴向烟气稀释率等重要特征参数直接影响卷烟烟气感官质量、香味物质和有害成分的含释放量。
4.因此卷烟烟支在燃烧过程中各部分的通风和压降特征成为研究重点，如何能够精确获取烟支在燃烧时的数据，分析各数据之间的内在联系对卷烟烟气释放规律的研究显得非常重要。
5.目前行业内开展了动态吸阻、卷烟烟气扩散率、卷烟燃烧速率等的研究，但基本处于单独指标研究的状态，而没有展开这些相互影响到指标内在联系的研究。原因在于卷烟产品特性本身存在波动以及测试时抽吸状态的差异，导致即使相同原料配方，相同的卷接材料，同一批次的不同支的样品动态吸阻、烟气扩散率和卷烟燃烧速率测试数据也波动很大，所以如果不采用同一烟支同一抽吸状态的动态吸阻、卷烟烟气扩散率、卷烟燃烧速率测量数据就很难找到各指标之间的内在联系。而卷烟燃烧是不可逆的过程，一支烟不能重复测量动态吸阻、卷烟烟气扩散率、卷烟燃烧速率。


技术实现要素：

6.本发明提供了一种卷烟燃烧位置
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烟气扩散
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动态吸阻综合测试装置及方法，可以实现对卷烟烟气扩散、动态吸阻以及各燃烧节点的卷烟长度的精确测量。
7.一种卷烟燃烧位置
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烟气扩散
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动态吸阻综合测试装置，包括由中央隔板隔开的第一密封腔和第二密封腔，中央隔板的中间设有带第一密封环的第一通孔，所述第一密封腔
在与中央隔板相对的侧壁上设有带第二密封环的第二通孔；所述第二密封腔在与中央隔板相对的侧壁上设有点火口；
8.所述的第二密封环上贯穿有可移动捕集器座，所述可移动捕集器座的前端置于第一密封腔内部，与烟气捕集器连接；
9.所述的第二密封腔上部开有排烟口，排烟口与微泵相连接，用于排出烟支燃烧产生的烟气；所述的第一密封腔和第二密封腔上各设有一个开孔，分别连接第一流量计和第二流量计，两个流量计的信号连接到数据采集系统；
10.所述可移动捕集器座的后端连接气管，通过一个三通接头分别连接压力传感器和三通阀的入口端；压力传感器的信号连接到数据采集系统，三通阀的出口端分别连接抽吸机构和cfo装置，cfo装置的另一端连接真空发生器；
11.待测的烟支插入烟气捕集器后，烟支的前端穿过第一密封环进入第二密封腔；中央隔板在朝向第二密封腔的侧壁上设有用于探测待测烟支燃烧线位置的红外探测器。
12.优选地，所述的可移动捕集器座通过步进电机带动前后移动。
13.优选地，所述的真空发生器通过电磁阀控制，当真空发生器达到设定的负压时，cfo装置产生17.5ml/s的恒定空气流量。
14.优选地，所述的第一密封环为气垫式密封环，第一密封环通过气管延伸至第一密封腔和第二密封腔的外部，通过充气或抽气来控制第一密封环的闭合或打开。
15.本发明还提供了一种卷烟燃烧位置
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烟气扩散
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动态吸阻综合测试方法，采用上述的卷烟燃烧位置
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烟气扩散
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动态吸阻综合测试装置，包括以下步骤：
16.步骤1，设置参数，包括烟支长度、燃烧截止长度、烟支单次移动距离；
17.步骤2，打开第二密封腔和中央隔板，将可移动捕集器座移动至最前端，并打开第一密封环；
18.步骤3，将待测的烟支插入烟气捕集器，使烟支穿过第一密封环，盖上第二密封腔和中央隔板，烟支移动至预设位置，关闭第一密封环；
19.步骤4，将三通阀的出口端与抽吸机构连通，通过点火口对烟支进行点火；
20.步骤5，点燃烟支后闭合点火口，控制排烟口、微泵和第一密封环打开；重复进行步骤(5
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1)～(5
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3)直至测试结束命令；
21.(5
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1)根据红外探测器探测烟支的燃烧线位置，步进电机带动可移动捕集器座移动，保证烟支在燃烧过程中保持燃烧锥的相对位置；
22.(5
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2)根据抽吸开始信号闭合排烟口、微泵和第一密封环，在每口抽吸过程中可移动捕集器座不移动；
23.(5
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3)一口抽吸结束后，打开排烟口、微泵和第一密封环，根据红外探测器探测燃烧线位置，步进电机带动可移动捕集器座移动烟支追踪燃烧线；
24.步骤6，到达设定的燃烧截止长度时，迅速打开第一密封环，并将可移动捕集器座前移至最前端，用户打开第二密封腔拔除烟蒂；
25.步骤7，进行数据采集和计算，每口抽吸开始信号即为压力传感器、第一流量计和第二流量计数据采集的触发信号，抽吸终止信号即为压力传感器、第一流量计和第二流量计数据采集的停止信号；
26.每口抽吸开始信号时记录燃烧线位置，即为当口抽吸烟支抽吸前位置；每口抽吸
终止信号时记录燃烧线位置，即为当口抽吸烟支抽吸后位置；根据采集数据通过计算获得烟支逐口的前后端进气量、前后端扩散率、动态吸阻、抽吸前长度、抽吸后长度以及燃烧位置、吸燃速率、阴燃速率。
27.利用本发明的方法，每一口抽吸都可以得到一组相同测量状态的烟气扩散、动态吸阻以及各燃烧节点的卷烟长度数据组。通过大量样品测试得到大量实验数据组，进行大数据分析计算，对于卷烟产品定型生产前开发包括原料配方设计、材料设计、产品结构设计和卷烟质量判定都有指导意义。
28.优选地，在开始测试前还包括对第一密封腔和第二密封腔进行泄漏检测、对第一流量计和第二流量计进行流量校准以及对压力传感器进行压降校准操作。
29.具体的，对第一流量计和第二流量计进行流量校准的具体过程为：
30.对于第一流量计，切换三通阀，使其连接cfo装置一端，将一根前端密封、后端开口且后端管壁设有开孔的管插在烟气捕集器上，封闭第一密封环，拔掉第二流量计，打开真空发生器，采集第一流量计的压力换算校准流量；
31.对于第二流量计，切换三通阀，使其连接cfo装置一端，将一根两端开口的管插在烟气捕集器上，封闭第一密封环，拔掉第一流量计，打开真空发生器，采集第二流量计的压力换算校准流量。
32.对压力传感器进行压降校准操作的具体过程为：
33.切换三通阀，使其连接cfo装置一端，在烟气捕集器上插入一根吸阻棒，打开真空发生器，记录压力，利用吸阻棒值修正压降值；插入另一根吸阻棒，打开真空发生器，记录压力，利用吸阻棒值修正压降值，得到换算公式。
34.优选地，步骤(3)中，烟支移动至预设位置指的是烟支的最前端位于红外探测器的正下方。
35.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
36.1、本发明可以在一支烟的吸烟实验中直接测量获得每口抽吸，烟支燃烧前长度、烟支燃烧后长度、动态吸阻、烟支燃烧锥进气量和烟支非燃烧部进气量。通过数据处理运算可以获得抽吸燃烧长度，抽吸燃烧速率，抽吸总进气量。
37.2、卷烟燃烧是一种不可逆的过程，通过本发明从多维度对卷烟燃烧过程的物理特性进行测量。这些在完全一致样品状态下测量获得的数据组，消除了不同样品测量产生的系统误差，将为卷烟燃烧过程中的复杂的化学反应研究提供基础研究数据，对于卷烟产品定型生产前开发包括原料配方设计、材料设计、产品结构设计和卷烟质量判定都有指导意义。
附图说明
38.图1为本发明一种卷烟燃烧位置
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烟气扩散
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动态吸阻综合测试装置的结构示意图；
39.图2为本发明一种卷烟燃烧位置
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烟气扩散
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动态吸阻综合测试装置的测试流程图；
具体实施方式
40.下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述，需要指出的是，以下所述实施例旨在便于对本发明的理解，而对其不起任何限定作用。
41.如图1所示，一种卷烟燃烧位置
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烟气扩散
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动态吸阻综合测试装置，包括由中央隔板19隔开的第一密封腔11和第二密封腔12，中央隔板19的中间设有带第一密封环18的第一通孔，第一密封腔11在与中央隔板19相对的侧壁上设有带第二密封环20的第二通孔；中央隔板19在朝向第二密封腔12的侧壁上设有用于探测待测烟支燃烧线位置的红外探测器13。
42.烟气捕集器10安装在可移动捕集器座5上，可以通过手动或者利用电机带动前后移动，可移动捕集器座5通过第二密封环20进行密封，使其主体密封在第一密封腔11中。
43.第二密封腔12上开有排烟口14，排烟口14与微泵15相连接，用于排出烟支燃烧产生的烟气。第二密封腔12在与中央隔板19相对的侧壁上还设有点火口16，用于点燃烟支，点火口16在实验过程中可用密封塞进行密封。
44.烟气捕集器10中可插入烟支9，烟支9通过第一密封环18被分在两个密封腔里。第一密封腔11和第二密封腔12上面各有一个开口，分别连接第一流量计7和第二流量计8，两个流量计的信号分别连接到数据采集系统17，数据采集系统17具有控制软件，可对采集的数据进行分析和计算。
45.可移动捕集器座5后端连接气管，通过一个三通接头分别连接压力传感器6和三通阀4的入口端，压力传感器6的信号连接到数据采集系统17。三通阀4的出口端分别连接抽吸机构1和cfo装置3，通过切换三通阀4可以实现管路的切换。cfo装置3的另一端连接真空发生器2，真空发生器2可以通过电磁阀控制，当真空发生器2产生足够的负压时，cfo装置3可以产生17.5ml/s的恒定空气流量。
46.第一密封环18为气垫式密封环，第一密封环18通过气管延伸至第一密封腔11和第二密封腔12的外部，通过充气或抽气来控制第一密封环18的闭合或打开
47.下面对具体的测试过程进行介绍，在开始测试时，先进行参数设置、泄漏检测流程、流量校准流程及压降校准流程四部分。
48.设置参数：包括烟支长度、燃烧截止长度、点火预热时间、点火倒计时、烟支单次移动距离。
49.泄漏检测流程：
50.1)整体密封检测：用堵头分别堵住第一流量计7和第二流量计8，闭合排烟口14，抽吸后根据检测压力传感器6下降情况判断泄漏情况；
51.2)第二密封腔12密封检测：用堵头堵住第二流量计8，插一根两端开口的管到烟气捕集器10上，封闭第一密封环18，闭合排烟口14，抽吸后根据检测压力传感器6下降情况判断泄漏情况；
52.3)第二密封腔11密封检测：用堵头堵住第一流量计7，插一根前端密封后端开口、且后端管壁设有开孔的管到烟气捕集器10上，封闭第一密封环18，抽吸后根据检测压力传感器6下降情况判断泄漏情况。
53.流量校准流程：
54.1)第一流量计7：切换三通阀4，连接cfo装置3的一端，插一根前端密封、后端开口且后端管壁设有开孔的管到烟气捕集器10上，封闭第一密封环18，打开真空发生器2的电磁
阀，采集第一流量计7的电压信号换算校准流量。
55.2)第二流量计8：切换三通阀4，连接cfo装置3的一端，插一根两端开口的管到到烟气捕集器10上，封闭第一密封环18，，打开真空发生器2，采集第二流量计8的电压信号换算校准流量。
56.压降校准流程：
57.1)切换三通阀4，连接cfo装置3的一端，插入一根吸阻棒，打开真空发生器2，记录压力，利用吸阻棒值修正。
58.2)插入另一根吸阻棒，打开真空发生器，记录压力，利用吸阻棒值修正压降值，得到换算公式。
59.如图2所示，一种卷烟燃烧位置
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烟气扩散
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动态吸阻综合测试方法，用户在整个操作步骤过程中可通过操作界面进行控制，包括以下步骤：
60.1)上烟准备：点击“上烟准备”，打开第二密封腔12和中央隔板19，将可移动捕集器座5移动至最前端，并打开第一密封环18。
61.2)上烟：将待测的烟支9插入烟气捕集器10，使烟支穿过第一密封环18，盖上第二密封腔12和中央隔板19，点击“上烟完成”，烟支移动至设置位置，关闭第一密封环18。
62.3)三通阀阀4在正常位置，即连接在抽吸机构1上。
63.4)点火：先预热，预热完成后，倒计时，点火。
64.5)自动测量流程：
①
点燃烟支后闭合点火口16，打开排烟口14、微泵15和第一密封环18；
②
根据红外探测器13探测烟支的燃烧线位置，步进电机带动可移动捕集器座5移动，保证烟支在燃烧过程中保持燃烧锥的相对位置；
③
根据抽吸开始信号闭合排烟口14、微泵15和第一密封环18，在每口抽吸过程中可移动捕集器座5不移动；
④
一口抽吸结束后，打开排烟口14、微泵15和第一密封环18，根据红外探测器13探测燃烧线位置,步进电机带动可移动捕集器座5移动烟支追踪燃烧线；
⑤
重复步骤
②
、
③④
直至测试结束命令。
65.6)结束：到达燃烧设定截止长度时，迅速打开第一密封环18，并将可移动捕集器座5前移至最前端，提示用户拔烟，用户打开第二密封腔12拔除烟蒂。至此整个单支流程结束，用户可选择结束(复位)，或者下一支(直接装烟)。
66.7)数采及计算:
①
每口抽吸开始信号即为压力传感器6、第一流量计7和第二流量计8数采触发信号，抽吸终止信号即为压力传感器6、第一流量计7和第二流量计8数采停止信号，数采频率100hz。
②
每口抽吸开始信号时记录燃烧线位置，即为当口抽吸烟支抽吸前位置；每口抽吸终止信号时记录燃烧线位置，即为当口抽吸烟支抽吸后位置。
③
根据采集数据就可通过计算获得烟支逐口的前后端进气量、前后端扩散率、动态吸阻、抽吸前长度、抽吸后长度以及燃烧位置、吸燃速率、阴燃速率等指标。
67.如下表1所示，为选取的四根待测烟支的测试结果。数据获取及输出格式包括：抽吸口数、抽吸前烟支后端长度(密封位置到烟蒂末端)、抽吸后烟支后端长度、抽吸过程中前端第二密封腔12的流量值、抽吸过程中后端第一密封腔11的流量值、抽吸过程中烟蒂末端压力值等。
68.表1
[0069][0070]
本发明的装置和方法可同时实现烟支在第一密封腔11和第二密封腔12的进气流量测量；可移动捕集器座5可跟踪烟支的燃烧线，根据红外探测器13实时监控，动态调节烟支位置；同时燃烧线到密封端的距离可(根据不同烟支规格燃烧快慢)设置，并可实现每口抽吸前后烟支后端的剩余长度输出。
[0071]
以上所述的实施例对本发明的技术方案和有益效果进行了详细说明，应理解的是以上所述仅为本发明的具体实施例，并不用于限制本发明，凡在本发明的原则范围内所做的任何修改、补充和等同替换，均应包含在本发明的保护范围之内。