用于實時測定卷煙燃燒期間系統壓降變化的裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種用于實時測定卷煙燃燒期間系統壓降變化的裝置及方法。
【背景技術】
[0002]煙支被點燃后，首端立即生成炭，從而形成了卷煙的燃燒系統，卷煙的燃燒過程極為復雜，伴隨著復雜的物理和化學變化，卷煙燃燒過程中釋放出的煙氣，目前已經鑒定出來的就有5000余種，在燃燒過程中存在兩種性質不同的燃燒方式，抽吸燃燒和自由燃燒(即陰燃)。燃燒部分的固體物質形成一個錐體一一燃燒錐，燃燒錐與未燃燒卷煙紙之間有一條黑色的炭線。抽吸時錐體底部外圍的煙草被燃燒掉，炭線后移，錐體變長，空氣通過燃燒區被吸入卷煙，由此產生的煙氣為主流煙氣(mainstream smoke)，暫停抽吸時，錐體陰燃而變短，直至與空氣達到熱平衡為止，此時圍繞燃燒區的空氣向上自然對流維持卷煙燃燒，并形成側流煙氣(sidestream smoke) ,Muramatsa綜述了涉及煙氣形成的主要過程。
[0003]卷煙燃燒的內部溫度及壓降的變化對于煙氣的形成有極為重要的影響。在19世紀50年代末期，煙草科學界就已經開始了對燃燒的卷煙在陰燃和抽吸時的最高溫度的測定。不過由于卷煙內部疏松的結構，溫度分布的不規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，卷煙燃燒溫度的測定己經成為一個比較活躍的研究領域。當時用裸露的熱電偶測量結果表明在卷煙的燃燒錐中心存在著最高溫度，不過這個報道的溫度值在不同的實驗中相差比較大，這可能和實驗的誤差、熱電偶的規格等都有關系。國內也有很多研究人員自行組建了燃燒卷煙的測溫系統，并利用此測溫系統對卷煙內部氣相溫度和卷煙外圍固相溫度的分布進行了動態測量，初步驗證了卷煙內部抽吸時空氣進入燃燒錐的過程機理。
[0004]相比較于對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報道。Baker博士 70年代采用一種壓力傳感器測定了以2cm-3/s的抽吸容量對卷煙抽吸時，卷煙的壓降及阻抗的變化情況。時至如今，對于卷煙壓降變化的研究成果仍僅限于此，尚未有更進一步的研究報道。正如Baker博士的報道所述，其研究結果是在系列假設的基礎上得到的，且與現在行業采用的標準抽吸模式相差較大，更無法對卷煙燃燒期間的壓降變化情況進行實時監測和記錄。而且，卷煙抽吸期間抽吸參數的變化、煙氣捕集方式的變化帶來的系統死體積的改變等因素對于卷煙的壓降都有較大的影響，也都需要更為系統、深入地研究。
[0005]為了進一步探索卷煙的燃燒過程，揭示卷煙煙氣的形成、擴散，有害成分的形成、釋放等過程，就必須對卷煙燃燒期間的壓降變化作更深入的研究。有鑒于此，有必要構建一套能夠用于實時監測卷煙燃燒期間系統壓降變化情況的裝置及方法。
【發明內容】
[0006]本發明要解決的第一個技術問題是提供一種能夠實時測定卷煙燃燒期間系統壓降變化的裝置。
[0007]本發明的技術解決方案是:
一種用于實時測定卷煙燃燒期間系統壓降變化的裝置，包括卷煙夾持器、三通調節閥、壓力傳感器、信號處理模塊、控制器、卷煙抽吸系統、用于捕捉抽吸信號的同步觸發裝置，卷煙夾持器的出口通過軟管一與三通調節閥的端口一相連接;壓力傳感器的輸入端通過軟管二與三通調節閥的端口三相連，壓力傳感器的輸出端與信號處理模塊的輸入端相接;卷煙抽吸系統的輸入端與三通調節閥的端口二連接，卷煙抽吸系統的的輸出端與同步觸發裝置的輸入端相連接，同步觸發裝置的輸出端與信號處理模塊相連接后通過信號線接入控制器。
[0008]進一步地，所述軟管一、三通調節閥和軟管二的體積之和為10?lOOmL。
[0009]進一步地，所述壓力傳感器為響應頻率為I?3 KHz、量程為O?-10 KPa的電流輸出型壓力傳感器。
[0010]進一步地，所述信號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轉換芯片相連接，A/D轉換芯片通過USB接口與控制器相連接。
[0011]進一步地，所述信號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、信號處理模塊記錄數據并保存。控制器并通過顯示電流數值X，單位為毫安培mA，通過方程y=2500-625x換算得到系統壓降y值，單位為帕斯卡Pa0
[0013]進一步地，所述壓力傳感器的響應頻率不小于信號處理模塊的數據采集頻率。
[0014]進一步地，所述同步觸發裝置是一種可在第一時間準確捕捉到抽吸信號的由光電耦合器和單片機組成的電路裝置，包括光電耦合器U1、單片機U2，光電耦合器Ul的輸入端通過插座與卷煙抽吸系統的抽吸信號指示輸出端相連接，光電耦合器Ul的輸出端與單片機U2的輸入/輸出端相連，單片機U2通過電平轉換芯片與控制器的串口相連接。
[0015]進一步地，信號處理模塊將采集到的測量信號轉換為4?20mA電流信號輸出給控制器，控制器進行實時記錄和顯示。
[0016]進一步地，卷煙抽吸系統開始抽吸的信號通過同步觸發裝置捕捉后傳輸給控制器，控制器命令信號處理模塊開始執行。
[0017]
本發明要解決的另一個技術問題是，提供一種能夠實時測定卷煙燃燒期間系統壓降變化的方法。
[0018]一種實時測定卷煙燃燒期間系統壓降變化的方法，按照以下步驟依次進行:
步驟1、對卷煙抽吸系統進行漏氣檢驗和抽吸容量校正；
步驟2、卷煙夾持器上的卷煙點燃后，控制器開始檢測同步觸發裝置，等待同步觸發裝置向控制器發送開始抽吸的信號；
步驟3、當控制器收到開始抽吸的信號后，啟動信號處理模塊開始采集，信號處理模塊若沒有收到開始抽吸的信號，則繼續等待；
步驟4、上述步驟3—直重復進行，直到操作員發出停止采集指令或者卷煙抽吸系統發出停止抽吸命令。
[0019]
本發明的有益效果是: 從行業推行的減害降焦重大科技專項的實施角度考慮，對卷煙抽吸期間的壓降做一系統的研究，有助于進一步深化對煙氣主要有害成分的形成及釋放的認識，進而為減害途徑的尋求提供有效的理論基礎。本發明同時具有以下優點:
I)本發明首次搭建了一套測定卷煙燃燒期間壓降變化情況的測定裝置及測試方法，該裝置與吸煙機連接，能夠實現對卷煙燃燒過程中系統壓降的變化情況進行實時監測，不僅可以測定卷煙陰燃時系統內的壓降數值，還可以監測抽吸燃燒時的變化情況，實現了對卷煙抽吸過程中燃燒情況的動態檢測，具有重要的研究意義，填補了行業空白。
[0020]2)本發明中控制系統接收吸煙機發送的抽吸開始/終止信號后向數據采集軟件發送采集開始/終止信號，實現了自動化控制，避免了人為操作的誤差，測試結果更加準確。
[0021]3)本發明中數據處理系統和壓力傳感器的采集頻率和響應頻率可以根據測試精度的要求獨立配備，發明裝置易于操作，測試精度高。
[0022]4)本發明的測試結果不僅可以顯示卷煙吸燃以及陰燃時系統內瞬時的壓降變化，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，一次測試可以同時獲得多個數據，工作效率高。
[0023]5)本發明不需做任何調整，即可適用于各種尺寸規格卷煙煙支燃燒時系統壓降的變化情況的測試，同時能夠滿足不同卷煙抽吸參數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，抽吸系統內的壓降變化情況的監測和測量，測量裝置以及方法的適用范圍廣。
【附圖說明】
[0024]圖1為本發明用于實時測定卷煙燃燒期間系統壓降變化的裝置的結構示意圖。
[0025]圖2為實施例用于實時測定卷煙燃燒期間系統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采用本發明的測試結果示意圖。
[0026]圖4為某品牌卷煙抽吸燃燒時其中一口采用本發明的測試結果。
[0027]圖5為某品牌卷煙測定數據示意圖。
[0028]其中:1-卷煙，2-卷煙夾持器，3-軟管一，4-三通調節閥，5-軟管二，6_壓力傳感器，7-信號處理模塊，8-控制器，9-卷煙抽吸系統，10-同步觸發裝置。
【具體實施方式】
[0029]下面結合附圖詳細說明本發明的優選實施例。
[0030]實施例1
一種用于實時測定卷煙燃燒期間系統壓降變化的裝置，如圖1，包括卷煙夾持器2、三通調節閥4、壓力傳感器6、信號處理模塊7、控制器8、卷煙抽吸系統9、用于捕捉抽吸信號的同步觸發裝置10，卷煙夾持器2的出口通過軟管一3與三通調節閥4的端口一相連接;壓力傳感器6的輸入端通過軟管二 5與三通調節閥4的端口三相連，壓力傳感器6的輸出端與信號處理模塊7的輸入端相接;卷煙抽吸系統9的輸