用于實(shí)時(shí)測(cè)定卷煙燃燒期間系統(tǒng)壓降變化的裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于實(shí)時(shí)測(cè)定卷煙燃燒期間系統(tǒng)壓降變化的裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]煙支被點(diǎn)燃后，首端立即生成炭，從而形成了卷煙的燃燒系統(tǒng)，卷煙的燃燒過程極為復(fù)雜，伴隨著復(fù)雜的物理和化學(xué)變化，卷煙燃燒過程中釋放出的煙氣，目前已經(jīng)鑒定出來的就有5000余種，在燃燒過程中存在兩種性質(zhì)不同的燃燒方式，抽吸燃燒和自由燃燒(即陰燃)。燃燒部分的固體物質(zhì)形成一個(gè)錐體一一燃燒錐，燃燒錐與未燃燒卷煙紙之間有一條黑色的炭線。抽吸時(shí)錐體底部外圍的煙草被燃燒掉，炭線后移，錐體變長(zhǎng)，空氣通過燃燒區(qū)被吸入卷煙，由此產(chǎn)生的煙氣為主流煙氣(mainstream smoke)，暫停抽吸時(shí)，錐體陰燃而變短，直至與空氣達(dá)到熱平衡為止，此時(shí)圍繞燃燒區(qū)的空氣向上自然對(duì)流維持卷煙燃燒，并形成側(cè)流煙氣(sidestream smoke) ,Muramatsa綜述了涉及煙氣形成的主要過程。
[0003]卷煙燃燒的內(nèi)部溫度及壓降的變化對(duì)于煙氣的形成有極為重要的影響。在19世紀(jì)50年代末期，煙草科學(xué)界就已經(jīng)開始了對(duì)燃燒的卷煙在陰燃和抽吸時(shí)的最高溫度的測(cè)定。不過由于卷煙內(nèi)部疏松的結(jié)構(gòu)，溫度分布的不規(guī)則以及快的氣體流速，使得這方面的工作有一定的難度。到了 60年代和70年代，卷煙燃燒溫度的測(cè)定己經(jīng)成為一個(gè)比較活躍的研究領(lǐng)域。當(dāng)時(shí)用裸露的熱電偶測(cè)量結(jié)果表明在卷煙的燃燒錐中心存在著最高溫度，不過這個(gè)報(bào)道的溫度值在不同的實(shí)驗(yàn)中相差比較大，這可能和實(shí)驗(yàn)的誤差、熱電偶的規(guī)格等都有關(guān)系。國(guó)內(nèi)也有很多研究人員自行組建了燃燒卷煙的測(cè)溫系統(tǒng)，并利用此測(cè)溫系統(tǒng)對(duì)卷煙內(nèi)部氣相溫度和卷煙外圍固相溫度的分布進(jìn)行了動(dòng)態(tài)測(cè)量，初步驗(yàn)證了卷煙內(nèi)部抽吸時(shí)空氣進(jìn)入燃燒錐的過程機(jī)理。
[0004]相比較于對(duì)卷煙燃燒溫度及其分布的研究，卷煙燃燒期間的壓降變化則鮮有文獻(xiàn)報(bào)道。Baker博士 70年代采用一種壓力傳感器測(cè)定了以2cm-3/s的抽吸容量對(duì)卷煙抽吸時(shí)，卷煙的壓降及阻抗的變化情況。時(shí)至如今，對(duì)于卷煙壓降變化的研究成果仍僅限于此，尚未有更進(jìn)一步的研究報(bào)道。正如Baker博士的報(bào)道所述，其研究結(jié)果是在系列假設(shè)的基礎(chǔ)上得到的，且與現(xiàn)在行業(yè)采用的標(biāo)準(zhǔn)抽吸模式相差較大，更無法對(duì)卷煙燃燒期間的壓降變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和記錄。而且，卷煙抽吸期間抽吸參數(shù)的變化、煙氣捕集方式的變化帶來的系統(tǒng)死體積的改變等因素對(duì)于卷煙的壓降都有較大的影響，也都需要更為系統(tǒng)、深入地研究。
[0005]為了進(jìn)一步探索卷煙的燃燒過程，揭示卷煙煙氣的形成、擴(kuò)散，有害成分的形成、釋放等過程，就必須對(duì)卷煙燃燒期間的壓降變化作更深入的研究。有鑒于此，有必要構(gòu)建一套能夠用于實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)卷煙燃燒期間系統(tǒng)壓降變化情況的裝置及方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明要解決的第一個(gè)技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)崟r(shí)測(cè)定卷煙燃燒期間系統(tǒng)壓降變化的裝置。
[0007]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
一種用于實(shí)時(shí)測(cè)定卷煙燃燒期間系統(tǒng)壓降變化的裝置，包括卷煙夾持器、三通調(diào)節(jié)閥、壓力傳感器、信號(hào)處理模塊、控制器、卷煙抽吸系統(tǒng)、用于捕捉抽吸信號(hào)的同步觸發(fā)裝置，卷煙夾持器的出口通過軟管一與三通調(diào)節(jié)閥的端口一相連接;壓力傳感器的輸入端通過軟管二與三通調(diào)節(jié)閥的端口三相連，壓力傳感器的輸出端與信號(hào)處理模塊的輸入端相接;卷煙抽吸系統(tǒng)的輸入端與三通調(diào)節(jié)閥的端口二連接，卷煙抽吸系統(tǒng)的的輸出端與同步觸發(fā)裝置的輸入端相連接，同步觸發(fā)裝置的輸出端與信號(hào)處理模塊相連接后通過信號(hào)線接入控制器。
[0008]進(jìn)一步地，所述軟管一、三通調(diào)節(jié)閥和軟管二的體積之和為10?lOOmL。
[0009]進(jìn)一步地，所述壓力傳感器為響應(yīng)頻率為I?3 KHz、量程為O?-10 KPa的電流輸出型壓力傳感器。
[0010]進(jìn)一步地，所述信號(hào)處理模塊包括放大電路和濾波處理電路，濾波處理電路與A/D轉(zhuǎn)換芯片相連接，A/D轉(zhuǎn)換芯片通過USB接口與控制器相連接。
[0011]進(jìn)一步地，所述信號(hào)處理模塊的采集頻率不小于10Hz。
[0012]其中，控制器通過壓力傳感器、信號(hào)處理模塊記錄數(shù)據(jù)并保存?？刂破鞑⑼ㄟ^顯示電流數(shù)值X，單位為毫安培mA，通過方程y=2500-625x換算得到系統(tǒng)壓降y值，單位為帕斯卡Pa0
[0013]進(jìn)一步地，所述壓力傳感器的響應(yīng)頻率不小于信號(hào)處理模塊的數(shù)據(jù)采集頻率。
[0014]進(jìn)一步地，所述同步觸發(fā)裝置是一種可在第一時(shí)間準(zhǔn)確捕捉到抽吸信號(hào)的由光電耦合器和單片機(jī)組成的電路裝置，包括光電耦合器U1、單片機(jī)U2，光電耦合器Ul的輸入端通過插座與卷煙抽吸系統(tǒng)的抽吸信號(hào)指示輸出端相連接，光電耦合器Ul的輸出端與單片機(jī)U2的輸入/輸出端相連，單片機(jī)U2通過電平轉(zhuǎn)換芯片與控制器的串口相連接。
[0015]進(jìn)一步地，信號(hào)處理模塊將采集到的測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為4?20mA電流信號(hào)輸出給控制器，控制器進(jìn)行實(shí)時(shí)記錄和顯示。
[0016]進(jìn)一步地，卷煙抽吸系統(tǒng)開始抽吸的信號(hào)通過同步觸發(fā)裝置捕捉后傳輸給控制器，控制器命令信號(hào)處理模塊開始執(zhí)行。
[0017]
本發(fā)明要解決的另一個(gè)技術(shù)問題是，提供一種能夠?qū)崟r(shí)測(cè)定卷煙燃燒期間系統(tǒng)壓降變化的方法。
[0018]一種實(shí)時(shí)測(cè)定卷煙燃燒期間系統(tǒng)壓降變化的方法，按照以下步驟依次進(jìn)行:
步驟1、對(duì)卷煙抽吸系統(tǒng)進(jìn)行漏氣檢驗(yàn)和抽吸容量校正；
步驟2、卷煙夾持器上的卷煙點(diǎn)燃后，控制器開始檢測(cè)同步觸發(fā)裝置，等待同步觸發(fā)裝置向控制器發(fā)送開始抽吸的信號(hào)；
步驟3、當(dāng)控制器收到開始抽吸的信號(hào)后，啟動(dòng)信號(hào)處理模塊開始采集，信號(hào)處理模塊若沒有收到開始抽吸的信號(hào)，則繼續(xù)等待；
步驟4、上述步驟3—直重復(fù)進(jìn)行，直到操作員發(fā)出停止采集指令或者卷煙抽吸系統(tǒng)發(fā)出停止抽吸命令。
[0019]
本發(fā)明的有益效果是: 從行業(yè)推行的減害降焦重大科技專項(xiàng)的實(shí)施角度考慮，對(duì)卷煙抽吸期間的壓降做一系統(tǒng)的研究，有助于進(jìn)一步深化對(duì)煙氣主要有害成分的形成及釋放的認(rèn)識(shí)，進(jìn)而為減害途徑的尋求提供有效的理論基礎(chǔ)。本發(fā)明同時(shí)具有以下優(yōu)點(diǎn):
I)本發(fā)明首次搭建了一套測(cè)定卷煙燃燒期間壓降變化情況的測(cè)定裝置及測(cè)試方法，該裝置與吸煙機(jī)連接，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)卷煙燃燒過程中系統(tǒng)壓降的變化情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，不僅可以測(cè)定卷煙陰燃時(shí)系統(tǒng)內(nèi)的壓降數(shù)值，還可以監(jiān)測(cè)抽吸燃燒時(shí)的變化情況，實(shí)現(xiàn)了對(duì)卷煙抽吸過程中燃燒情況的動(dòng)態(tài)檢測(cè)，具有重要的研究意義，填補(bǔ)了行業(yè)空白。
[0020]2)本發(fā)明中控制系統(tǒng)接收吸煙機(jī)發(fā)送的抽吸開始/終止信號(hào)后向數(shù)據(jù)采集軟件發(fā)送采集開始/終止信號(hào)，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化控制，避免了人為操作的誤差，測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0021]3)本發(fā)明中數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和壓力傳感器的采集頻率和響應(yīng)頻率可以根據(jù)測(cè)試精度的要求獨(dú)立配備，發(fā)明裝置易于操作，測(cè)試精度高。
[0022]4)本發(fā)明的測(cè)試結(jié)果不僅可以顯示卷煙吸燃以及陰燃時(shí)系統(tǒng)內(nèi)瞬時(shí)的壓降變化，還可輸出卷煙每一口抽吸以及整支煙抽吸的平均壓降變化情況，一次測(cè)試可以同時(shí)獲得多個(gè)數(shù)據(jù)，工作效率高。
[0023]5)本發(fā)明不需做任何調(diào)整，即可適用于各種尺寸規(guī)格卷煙煙支燃燒時(shí)系統(tǒng)壓降的變化情況的測(cè)試，同時(shí)能夠滿足不同卷煙抽吸參數(shù)以及不同煙氣捕集方式下，包括溶劑捕集、冷阱捕集、濾片捕集，抽吸系統(tǒng)內(nèi)的壓降變化情況的監(jiān)測(cè)和測(cè)量，測(cè)量裝置以及方法的適用范圍廣。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發(fā)明用于實(shí)時(shí)測(cè)定卷煙燃燒期間系統(tǒng)壓降變化的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖2為實(shí)施例用于實(shí)時(shí)測(cè)定卷煙燃燒期間系統(tǒng)壓降變化的方法的流程說明示意圖；
圖3為某品牌卷煙燃燒時(shí)采用本發(fā)明的測(cè)試結(jié)果示意圖。
[0026]圖4為某品牌卷煙抽吸燃燒時(shí)其中一口采用本發(fā)明的測(cè)試結(jié)果。
[0027]圖5為某品牌卷煙測(cè)定數(shù)據(jù)示意圖。
[0028]其中:1-卷煙，2-卷煙夾持器，3-軟管一，4-三通調(diào)節(jié)閥，5-軟管二，6_壓力傳感器，7-信號(hào)處理模塊，8-控制器，9-卷煙抽吸系統(tǒng)，10-同步觸發(fā)裝置。
【具體實(shí)施方式】
[0029]下面結(jié)合附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
[0030]實(shí)施例1
一種用于實(shí)時(shí)測(cè)定卷煙燃燒期間系統(tǒng)壓降變化的裝置，如圖1，包括卷煙夾持器2、三通調(diào)節(jié)閥4、壓力傳感器6、信號(hào)處理模塊7、控制器8、卷煙抽吸系統(tǒng)9、用于捕捉抽吸信號(hào)的同步觸發(fā)裝置10，卷煙夾持器2的出口通過軟管一3與三通調(diào)節(jié)閥4的端口一相連接;壓力傳感器6的輸入端通過軟管二 5與三通調(diào)節(jié)閥4的端口三相連，壓力傳感器6的輸出端與信號(hào)處理模塊7的輸入端相接;卷煙抽吸系統(tǒng)9的輸