卷烟吸阻与通风度仪器的测量原理和使用维护

2015-06-09戴昕

计量技术 2015年11期

关键词：滤嘴风度卷烟

戴昕

(湖南中烟工业有限责任公司长沙卷烟厂，长沙 410007)

卷烟吸阻与通风度仪器的测量原理和使用维护

戴昕

(湖南中烟工业有限责任公司长沙卷烟厂，长沙 410007)

吸阻和通风度是卷烟最重要的两个质量指标，文章针对卷烟吸阻与通风度仪器的测量原理、仪器维护和常见故障的排除方法进行了论述。

卷烟；吸阻；通风度；恒定流量；校准；维护保养；故障排除

0 引言

在烟草行业，吸阻(也称为压降)和通风度是卷烟最重要的两个质量指标，它们直接影响卷烟的抽吸口感和烟气成份的含量(包括一氧化碳、烟碱、尼古丁等)，因此，检测吸阻和通风度对保证卷烟质量非常重要。

目前烟草行业检测卷烟吸阻和通风度的仪器有国内外生产的各种型号的综合测试台及吸阻通风度仪，这些仪器的测量原理基本相同、结构组成相似，都符合IS06565(烟草及烟草制品-卷烟吸阻和滤棒压降的标准条件及测量)和ISO9512(卷烟通风的测定-定义及测量原理)的要求，其中，使用最广泛的仪器就是英国斯茹林公司的QTM5U吸阻通风度仪和C2综合测试台。本文以英国斯茹林公司的C2为例，阐述卷烟吸阻与通风度仪器的测量原理、仪器使用维护注意事项和常见故障的排除方法。

1 卷烟吸阻和通风度仪器的测量原理

仪器的基本测量过程：如图1所示，在进行卷烟吸阻和通风度测量时，卷烟要密封于样品测量设备(即样品测量头)中，卷烟滤嘴端插入深度为9mm的乳胶管中，让负压环境空气流先后经过卷烟样品和流量控制器(CFO)，由于CFO的恒流作用，保证卷烟样品的滤嘴输出端的气流体积流量为恒定值17.5ml/s，然后测量与卷烟样品的吸阻和通风度分别相关的不同压力传感器信号，经过计算处理后得出卷烟样品的吸阻和通风度。其中，吸阻包括开吸阻和闭吸阻，通风度包括滤嘴通风度、烟纸通风度、总通风度。

图1 吸阻和通风度测量整体示意图

1.1 开吸阻的测量原理

在图1中,当只有固定乳胶管紧紧包裹住样品的滤嘴端的一部分，样品(样品即是卷烟样品)的其他部分与大气相通时，负压环境空气流同时从样品的烟丝端、烟纸部分及滤嘴部分进入卷烟样品，从滤嘴端流出，由传感器2的测量信号得出样品的开吸阻PDO，PDO=P1-P2。式中，P1是大气压力；P2是样品出口端的气流压力；压力及吸阻的单位均为kPa。

1.2 闭吸阻的测量原理

在图1中，当样品的滤嘴部分被封闭与大气环境完全隔绝，样品的烟纸部分和烟丝端与大气环境相通，负压环境空气流同时从样品的烟丝端及烟纸部分进入样品，从滤嘴端流出，由传感器2的测量信号得出样品的闭吸阻PDC，PDC=P1-P2。

1.3 烟纸通风度测量原理

在图1中，当样品被三个乳胶管紧紧包裹住，且样品的滤嘴部分被封闭与大气环境完全隔绝，样品的烟纸部分通过层流元件1(laminar flow element)与大气环境相通，负压环境空气流通过层流元件1后进入样品的烟纸部分，从滤嘴端流出，根据层流元件的特性可知：

ΔP1=K×Q1

则样品的实际烟纸通风度：

式中，Q为样品输出端的流量，是一个恒量17.5ml/s。

1.4 滤嘴通风度测量原理

在图1中，当样品被三个乳胶管紧紧包裹住，且样品的烟纸部分被封闭与大气环境隔绝，样品的滤嘴部分通过层流元件2与大气环境相通，负压环境空气流通过层流元件2后进入样品的滤嘴部分(此时的层流元件2两端的压降为ΔP2)，从滤嘴端流出，参照上述1.3，得出样品的实际滤嘴通风度：

1.5 总通风度测量原理

在图1中，当样品的上下两端被乳胶管紧紧包裹住，中间的可调位置乳胶管2张开，样品的滤嘴部分和烟纸部分一起通过层流元件2与大气环境相通，负压环境空气流通过层流元件2后进入样品的烟纸部分和滤嘴部分(此时的层流元件2两端的压降为ΔP3)，从滤嘴端流出，参照上述1.3，得出样品的实际总通风度：

2 吸阻通风度仪器的使用维护、故障排除

2.1 仪器在使用过程中的注意事项

2.1.1 仪器校准

由于不同的环境温湿度及大气压会影响测量时进入样品的空气气流的体积流量、粘度和密度，所以，同一样品在不同的环境温湿度和大气压下测量出的吸阻是不一样的。一般情况下，环境温度每变化1℃，样品的吸阻变化约0.23%；环境相对湿度每变化10%，样品的吸阻变化约0.03%；环境大气压每变化5kPa，样品吸阻就大约变化0.34%，其中影响最大的是环境温度，因为在同一地区，大气压的变化是很小的。

为保证仪器的测量精度，必须要用标准吸阻棒和通风度棒对仪器进行校准，但是要注意，标准吸阻棒和通风度棒的校准值是在温度(22±2)℃、相对湿度(60±5)%和1个标准大气压的标准环境下测得的，所以在用标准棒校准仪器时，如果所处环境不是标准环境，就要先把标准棒在该环境下充分平衡2小时以上，然后跟标准环境相比，环境温度每增加1℃，标准棒的吸阻校准值就增加0.23%，环境相对湿度每增加10%，标准棒的吸阻校准值就增加0.03%，反之类推，然后再用修正了校准值的标准棒来校准仪器。

对于带有吸阻自动校准功能的仪器，可以选择自动校准或手动校准，如果仪器的使用环境是恒温恒湿实验室，实验室空气环境能够满足温度(22±2)℃，相对湿度(60±5)%，建议选择手动校准，每天校准一次，且手动校准所用标准吸阻棒必须一直暴露在实验室空气环境中，使得标准吸阻棒与环境之间充分平衡，保证标准吸阻棒的吸阻值稳定；如果仪器的使用环境是生产现场，因为生产现场的环境温湿度一般不是很稳定，所以建议选择自动校准，这时要调整好仪器内置标准吸阻棒的的修正参数，保证仪器在对外置标准吸阻棒做校准检查时的仪器示值与该外置标准吸阻棒在该生产环境下的修正后校准值之间的误差在1%以下。

2.1.2 流量检查

根据IS06565和ISO9512的要求，测量时从样品出口端流出的空气体积流量必须满足(17.5±0.3)ml/s，否则会造成吸阻和通风度的检测不稳定，因此，定期(一般是半年)检查流量的准确性是很有必要的，检查的方法就是把精度为0.5%的气体流量计的测量杆插入测量头中模拟样品，然后开始测量流量。

如果流量计的测量示值超出允差范围的下限，即流量小于17.2ml/s，原因可能有两个，一是流量控制器(CFO)的流量孔脏污或损坏，解决办法就是先用电子清洗剂喷洒到流量孔上进行清洗，然后再测量流量，如果清洗无效就更换CFO；二是经过CFO两端的负压气流的压力差过小，因为只有当CFO两端的气压差大于一定值后，流经CFO的流量才会保持在(17.5±0.3)ml/s内的某个恒定值，解决办法就是检查CFO入口端的空气过滤芯是否脏污、负压发生器产生的负压值是否在-70kPa以上、压缩空气的压力是否在400～450kPa之间、压缩空气的过滤芯是否有脏污。

如果流量计的测量示值超出允差范围的上限，即流量大于17.8ml/s，原因很可能就是流量控制器(CFO)损坏，更换CFO即可。

2.2 仪器的维护保养和故障排除

2.2.1 易损件的检查和更换

仪器的易损件主要包括测量头里面的三个乳胶管和测量头底部的密封圈，如果乳胶管有细微破损或密封圈有裂纹，就会导致测量卷烟样品时吸阻值和通风度值明显异常，虽然有些仪器带有乳胶管的泄漏检测功能，但是，每月检查乳胶管和每半年检查密封圈还是很有必要的，这能较早地发现和预防吸阻和通风度的检测问题。

2.2.2 常见故障的排除方法

吸阻通风度仪器的故障主要有两类，一类是软件故障，一类是硬件故障。软件故障主要是操作程序和仪器控制程序的问题，只需要按照仪器说明操作仪器和安装控制程序即可，下面主要讲讲硬件故障。

硬件故障主要包括电磁阀、压力传感器和负压发生器等问题，其中，电磁阀的问题居多。解决电磁阀的问题，一般根据仪器气路图上三类气流的作用及通过路径就可以找到故障电磁阀，这三类气流分别是正压气流、负压气流、恒定流量气流。正压气流用于驱动气缸、清洁碎屑、驱动负压发生器形成负压。负压气流用于张开测量头里面的乳胶管以及驱动流量控制器(CFO)形成17.5ml/s的恒定流量气流。恒定流量气流用于通过被测样品，保证通过样品出口端的气流的流量恒定为17.5ml/s。

压力传感器的输出端信号是一个直流模拟电压信号，在仪器准备状态下用数字万用表测量该输出端信号，应该是一个mV级的直流模拟电压信号(即零位信号)，如果达不到要求就调整压力传感器的零位电位器，如果调整无效就说明该压力传感器损坏。另外，在校准过程中压力传感器的输出端信号的大小应该与校准用的标准棒的吸阻值成正比，在测量样品过程中该信号的大小应该与被测样品的吸阻值成正比，否则说明该压力传感器损坏。

判断负压发生器是否有问题，只要用数字压力表测量负压发生器的输出负压值是否大于-70kPa，在进入负压发生器的压缩空气压力足够大(在400～450kPa之间)的情况下，负压发生器的输出负压必须大于-70kPa，否则必须更换负压发生器。