专利名称：测量装置的制作方法
技术领域：
本发明 涉及一种测量阻挡层的扩散能力或通过阻挡层的扩散通量的装置以及一 种校准该装置的方法。
背景技术：
雪茄、香烟和小型雪茄(一般称为烟产品)通常包括由卷纸圆柱形包裹的烟草。 在使用中，烟产品在一端具有燃煤，并需要供氧以供给热煤。一些氧气从大气直接提供给热 媒，而一些氧气通过扩散透过卷纸提供给热煤。一些燃烧产物也可能透过卷纸离开热煤区 域。香烟卷纸通常设计成是可渗透空气的。有许多已知的用于确定卷纸渗透性的方 法。这些方法可包括在卷纸两侧施加压力差并测量结果引发的例如气体流速的效果。利用压力差确定卷纸渗透性的技术对确定香烟喷烟期间卷纸两侧的气体流速是 有效的(此时在卷纸两侧也具有压力差)。这些技术对确定香烟闷烧阶段期间卷纸两侧的 气体流速效果不够，此时卷纸两侧具有最小的压力差。另外，尽管使用压力差测量卷纸渗透性的技术可能当香烟卷纸的渗透性相对较高 时足够准确，然而这些技术在卷纸渗透性相对较低的情形下可能缺乏准确性。可能发生这 种情况的一个例子是在对顺应于防火标准的烟产品中所使用的卷纸的渗透性测量中。顺应于防火标准的烟产品使用具有不同渗透性的环形带的卷纸。标准渗透性的扩 展带是通过低渗透性的薄带刺孔而成。由于(没有喷烟动作时)通过扩散透过卷纸提供给 燃煤的氧量不足，因此当燃烧到达低渗透性带时，燃烧的香烟可能熄灭。测量跨卷纸阻挡层传送的气体的倾向的其它方法涉及对阻挡层的扩散能力的测 量。扩散能力类似于渗透性并以相同单位计量。在这些方法中，腔室被卷纸阻挡层分成两 个区域，并在阻挡层两侧施加零压力差。在卷纸阻挡层的任一侧提供不同类型的气体，并且 气体浓度计可测量透过卷纸扩散的速度。这些方法具有代表闷烧期间出现的行为的优点。 在US 2005/0087202中描述了一种测量透过香烟卷纸的气体扩散的装置。测量扩散能力或测量气体跨阻挡层的扩散通量的标准装置的问题是对测量准确 性和稳定性的验证。已知装置能确定不同样本的扩散能力之间的差异，但不具备提供对扩 散能力或扩散通量的可靠绝对度量的能力。
发明内容
本发明解决这个问题并旨在提供测量扩散通量的装置和用于校准该装置的方法。根据本发明的一个方面，提供一种测量装置，包括腔室；将腔室分成第一和第二 区域的阻挡层，其中阻挡层包括各自具有已知性质的一个或多个通孔；设置成测量与气体 透过阻挡层从一个区域至另一区域的扩散通量有关的参数的检测器；将源自测量的参数和 源自通孔的已知性质的参数联系起来的处理器；以及用于存储由处理器计算的校准参数的 数据存储装置，其中阻挡层可由另一阻挡层替代，以使该装置能通过用检测器测量参数并应用存储在数据存储装置中的校准参数来确定与跨该另一阻挡层的扩散通量有关的参数。
如此，该装置能准确地确定阻挡层的扩散能力。这可通过测量与气体透过阻挡层 从一个区域至另一区域的扩散通量有关的参数、施加校准参数以及基于经校准的测量来计 算扩散能力来达成。通过检测器作出的实际测量可以是已从腔室的一个区域扩散至另一区 域的气体的浓度。这种测量当然与透过阻挡层从一个区域至另一区域的扩散通量有关。在 其它实施例中，检测器可测量例如透过阻挡层的气体流速之类的其它参数，因为这些参数 也与气体从一个区域至另一区域的扩散通量有关。
由于扩散能力的测量可能是不准确的，因而对装置的校准是重要的。这在需要对 卷纸扩散能力的精确测量的香烟卷纸制造中是尤为有利的。
在业内，通常参照阻挡层的扩散率或扩散能力以参照阻挡层允许扩散的倾向。扩 散能力经常表示为D*并以经常用于测量渗透性的相同单位ms-Ι为单位来测量。
较佳地，该测量装置包括预存储在数据存储装置中的校准系数，该校准系数用于 将测得的参数转换成与气体跨阻挡层的扩散通量有关的经校准参数。通过处理器计算出的 校准参数可取代该预存储的校准系数，或可用作修正因子。
校准参数可联系各种不同的参数。例如，处理器可配置成基于通孔的已知性质来 计算与透过阻挡层的理论扩散通量有关的参数，并且计算出的校准参数可将测得的参数与 计算出的参数联系起来。因此，校准参数可将在检测器处测得的实际气体浓度与预期的理 论气体浓度联系起来。在替代方案中，处理器可从与通孔的预期性质有关的测得参数计算 参数。在本例中，校准参数可基于检测器的测量将通孔的已知性质与预期性质联系起来。
较佳地，通孔的所述已知性质包括通孔的深度和面积。如此，跨阻挡层的理论扩散 通量可根据菲克扩散定律第一原理计算出。跨阻挡层的理论扩散通量可转换成另一参数， 例如预期由检测器检测的理论气体浓度。
每个孔的已知面积可基于每个孔的直径或半径。因此，通孔的已知性质可包括通 孔的深度和直径。通孔可采取任何形状，但最方便的是提供圆形。
当校准该装置时，希望提供具有低扩散能力的阻挡层。当旨在将该装置用来测量 跨例如某些香烟卷纸之类的材料的扩散通量时，这是可取的，因为已知这些材料也具有低 扩散能力。可通过用具有与接下来要分析的那些阻挡层的扩散能力尽可能相似的扩散能力 的阻挡层来校准该装置的方式获得更高的准确性。
具有低扩散能力的阻挡层可包括具有大深度的通孔，和/或少量通孔，和/或具有 小面积的通孔。尤为方便的是通过提供深度大于阻挡层厚度的通孔来提供具有低扩散能力 的阻挡层。这可通过将导管固定于阻挡层来达成。阻挡层中的全部通孔可如此至少部分地由导管界定。
具有大于阻挡层厚度的深度的至少一个通孔可至少部分地由固定于阻挡层的导 管界定。由于导管可制造成具有良好定义的性质，因此尤其希望用导管来界定通孔。例如， 导管可以是具有良好定义、光滑开口的规则圆柱。如此，当空气因扩散而被抽吸通过导管 时，可以发生可预测的效果。因此，可减小由于通孔中的紊乱气流导致的与跨阻挡层的理论 扩散通量有关的计算参数的任何误差。
可选择孔面积或周长与深度之比以确保跨阻挡层具有低压降的扩散流动。
导管可从阻挡层表面伸出，并且导管可熔接或固定于阻挡层。导管还可延伸通过阻挡层以从阻挡层的相对表面伸出。导管优选为玻璃或陶瓷材料。 阻挡层中的至少一个通孔可具有等于阻挡层厚度的深度。如此，通孔可以是阻挡 层材料中的简单孔。由于容易制造，这是理想的。通孔可通过例如激光器之类的任意便利 装置在阻挡层中钻凿出。阻挡层优选在没有任何通孔时是由空气基本无法透过的材料制成的。因此，跨阻 挡层的任何扩散可以仅是由于通过已知通孔的扩散而造成的。阻挡层可由金属、玻璃、陶瓷 和聚合物材料其中之一制成。优选地，阻挡层由薄且扁平的金属箔制成。阻挡层的材料可具有低的线性膨胀系数。如此，通孔的性质可基本上不受少量温 度变化的影响，以使得阻挡层的扩散能力基本上与少量温度变化无关。所选材料的另一要 求性质可以是其使用激光器或类似设备来钻孔的倾向。阻挡层材料的合适选择能允许阻挡层的简单清洗。例如，阻挡层可通过具有合适 溶剂的超声清洗浴或通过加热来清洗。阻挡层的常规清洗可以是避免例如可能因大气污染 而发生的任意通孔阻塞所希望的。这能避免计算得到的跨阻挡层的理论扩散通量与由于通 孔阻塞而变得较低的实际扩散通量之间的任何误差。优选地，阻挡层在被保持时被夹紧以将腔室分为第一和第二区域。较佳地选择阻 挡层的材料以使阻挡层不存在因夹紧导致的变形，因为这种变形可能影响跨阻挡层的扩散 流动。优选地，检测器设置在第一区域内且该检测器配置成测量第一区域内气体的浓 度，至少一些气体已透过阻挡层从第二区域扩散进入第一区域。因此，在第一区域内检测出 的气体浓度可取决于气体从第一区域至第二区域的扩散速度。扩散率测量装置可包括设置在第二区域内的另一检测器，该检测器配置成测量至 少部分地由于气体从第一区域透过阻挡层的扩散而位于第二区域内的气体的浓度。因此， 可通过来自第一和/或第二区域内的检测器的测量来校准该装置。可基于来自一个区域的 测量来校准该装置并根据来自另一区域的测量来确定其它阻挡层的扩散能力。根据本发明的另一方面，提供一种校准测量装置的方法，该方法包括以下步骤用 阻挡层将腔室分成第一和第二区域，其中阻挡层包括各自具有已知性质的一个或多个通 孔；测量与气体透过阻挡层从一个区域至另一区域的扩散通量有关的参数；计算校准参数 以将源自测量的参数与源自通孔的已知性质的参数联系起来；以及记录校准参数，以使得 该装置能通过测量参数和施加所记录的校准参数来确定与跨另一阻挡层的扩散通量有关 的参数。优选地，该方法包括又一步骤计算与透过阻挡层的理论扩散通量有关的参数，其 中该计算基于通孔的已知性质，并且其中计算出的校准参数将计算出的参数与测得的参数 联系起来。优选地，一个或多个通孔的性质(例如通孔深度和通孔面积)是已知的，因为这些 性质已被测得。对一个或多个通孔的性质的测量可用光学方法或采用任何其它标准技术来 着手进行，从而已知它们具有高的准确度。根据本发明的又一方面，提供一种确定透过烟产品卷纸的经校准气体扩散通量的 方法，该方法包括以下步骤根据之前定义的方法校准扩散率测量装置；用另一阻挡层代 替该阻挡层以将腔室分为第一和第二区域；测量与气体透过阻挡层从一个区域至另一区域的扩散通量有关的参数；以及至少部分地通过将记录的校准参数应用于测得参数的方式来 计算经校准的扩散通量。
如此，由于测量装置已被正确地校准，因此可准确地确定跨烟产品卷纸(例如顺 应于防火标准的香烟的卷纸)的扩散通量。也可以如此方式确定烟产品卷纸的扩散能力和 其它有关特征。
该测量装置的腔室可包括用于主动管理跨阻挡层的压力差以维持最小压力差的 装置。压力差优选地维持在足够低以使得扩散通量大于压力驱动流的水平。理想地，扩散通 量与压力驱动流之比应当大于100 1。根据阻挡层的特性，可取的压力差可以低至0.01 帕到0. 1帕。
为使本发明更容易理解，现在通过示例参照附图，在附图中
图1示出在本发明的一个实施例中配置在校准布置中的测量装置的横截面图2示出在本发明的一个实施例中用于校准测量装置的校准阻挡层的第一实施 例的立体图；以及
图3示出在本发明的一个实施例中用于校准测量装置的校准阻挡层的第二实施 例的立体图。
具体实施方式
图1示出配置在校准布置中的测量装置。该装置包括其外围由夹具4夹紧的阻挡 层2。阻挡层2将腔室分为第一区域10和第二区域20。设置气体流动装置(未示出)以 在第一区域10中提供二氧化碳流12而在第二区域20中提供氮气流22。当然，可以使用任 何其它气体而非二氧化碳和氮气，并且第一和第二气体甚至可包括不同相对浓度的同一种 气体。
二氧化碳和氮气12、22经由进气端口 14J4进入第一和第二区域10、20。提供出 气端口 16、26以排出气体12、22。一般而言，二氧化碳和氮气12、22提供有质量流以使阻挡 层2两侧没有取决于这两条通路的下游大气压降的压力差。
第一和第二区域10、20包括各自的气体CO2检测器18、28。如此，气体检测器18、 28可检测气体从相对区域跨阻挡层2扩散的程度。
气体检测器18J8连接至包括处理器32和数据存储单元34的计算机30。计算机 30还包括键盘36、鼠标38和视觉显示单元40。
图2示出可用于图1的装置的阻挡层50的立体图。阻挡层50由金属箔制成并且 包括数个孔42。该阻挡层被配置成在其外围44周围由夹具4夹住，如图2中可以看出的那样。
阻挡层50具有已知厚度T，而每个孔的半径R是已知的。厚度T和每个孔的半径 R可通过光学检查或通过任意其它常规手段来确定。孔42可通过激光钻孔或任意其它合适 手段形成在阻挡层50中。
当夹紧在测量装置中时，任何透过阻挡层50的扩散是由于透过孔42的扩散而发 生的。金属箔是不透气的，因此除孔42以外通过材料构造的扩散是不可能的。
在使用中，阻挡层50被夹紧在夹具4中，二氧化碳流被施加于第一区域10，而氮 气流22被施加于第二区域20。一旦已获得稳态(一般在几秒内)，气体检测器28就测量 CO2的浓度。当阻挡层50的扩散能力高时，通过气体检测器28测得的CO2浓度较高，当阻 挡层50的扩散能力低时，通过气体检测器28测得的CO2浓度则较低。气体检测器28将对 CO2浓度的测量传达给计算机30中的处理器32。通过气体检测器28的CO2浓度测量可被转换成CO2从第一区域10跨阻挡层50至 第二区域20的测得扩散通量。由于许多环境影响和设备漂移，因而该测得的扩散通量可能 是不准确的。因此，需要进行装置的校准。用户通过键盘36将阻挡层50中的通孔的性质输入计算机30。处理器32随后能 够计算CO2跨阻挡层50的理论扩散通量，从而将该理论扩散通量与通过气体检测器28测 得的扩散通量进行比较。理论扩散通量是根据下面的表达式计算出的
权利要求
1.测量装置，包括腔室；将所述腔室分成第一和第二区域的阻挡层，其中所述阻挡层包括各自具有已知特性的 一个或多个通孔；检测器，设置成测量与气体透过所述阻挡层从一个区域至另一区域的扩散通量有关的 参数；处理器，配置成计算校准参数以将源自测量的参数与源自所述通孔的所述已知特性的 参数联系起来；以及用于存储由所述处理器计算的所述校准参数的数据存储装置，其中所述阻挡层能够由另一阻挡层取代，以使得所述测量装置能通过用所述检测器测 量参数并应用存储在所述数据存储装置中的所述校准参数来确定与跨所述另一阻挡层的 扩散通量有关的参数。
2.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述处理器配置成计算与透过所述阻 挡层的理论扩散通量有关的参数，其中所述计算基于所述通孔的所述已知特性，并且计算 出的校准参数将测得的参数与计算出的参数联系起来。
3.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述通孔的所述已知特性包括所述通 孔的深度和面积。
4.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述阻挡层中的至少一个通孔具有大 于所述阻挡层的厚度的深度。
5.如权利要求4所述的测量装置，其特征在于，所述具有大于所述阻挡层的厚度的深 度的至少一个通孔至少部分地由固定于所述阻挡层的导管界定。
6.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述阻挡层中的至少一个通孔具有等 于所述阻挡层的厚度的深度。
7.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述检测器设置在所述第一区域中并 且所述检测器配置成测量所述第一区域中的气体的浓度，所述气体中的至少一些已从所述 第二区域透过所述阻挡层扩散入所述第一区域。
8.如权利要求7所述的测量装置，其特征在于，包括设置在所述第二区域内的另一检 测器，所述另一检测器配置成测量至少部分地由于气体从所述第一区域透过所述阻挡层的 扩散而位于所述第二区域内的气体的浓度。
9.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述阻挡层是由在没有任何通孔的情 形下基本上不透气的材料制成的。
10.如权利要求1所述的测量装置，其特征在于，所述阻挡层由金属、玻璃、陶瓷和/或 聚合物材料中的一者制成。
11.一种用于校准测量装置的方法，所述方法包括以下步骤通过阻挡层将腔室分成第一和第二区域，其中所述阻挡层包括各自具有已知特性的一 个或多个通孔；测量与气体透过所述阻挡层从一个区域至另一区域的扩散通量有关的参数；计算校准参数以将源自测量的参数与源自所述通孔的所述已知特性的参数联系起来；以及记录所述校准参数，以使得所述装置能通过测量参数并应用所记录的校准参数来确定 与跨另一阻挡层的扩散通量有关的参数。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，还包括步骤计算与透过所述阻挡层的理 论扩散通量有关的参数，其中所述计算基于所述通孔的所述已知特性，并且其中计算出的 校准参数将计算出的参数与测得的参数联系起来。
13.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述通孔的所述已知特性包括所述通孔 的深度和面积。
14.如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述测量参数的步骤包括测量至少部分 地由于气体从所述腔室的第二区域透过所述阻挡层的扩散而位于所述腔室的第一区域内 的气体的浓度。
15.一种确定透过烟产品卷纸的经校准气体扩散通量的方法，包括以下步骤根据权利要求11的方法校准扩散率测量装置；用另一阻挡层取代所述阻挡层以将所述腔室分成第一区域和第二区域；测量与气体透过所述阻挡层从一个区域至另一区域的扩散通量有关的参数；以及至少部分地通过将记录的校准参数应用于测得的参数来计算经校准的扩散通量。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述卷纸是顺应于防火标准的香烟卷纸。
全文摘要
披露一种测量装置，其中阻挡层(2)将腔室分成第一区域(10)和第二区域(20)。阻挡层(50)具有已知厚度(T)并包括具有已知半径(R)的孔。气流装置在第一区域(10)内提供二氧化碳流(12)并在第二区域(20)内提供氮气流(22)。气体检测器(28)测量第二区域(20)中的二氧化碳浓度，而处理器(32)基于已知的通孔特性来计算从一个区域至另一区域的理论扩散通量。处理器(32)配置成基于已知的通孔特性来计算校准参数以将测得的参数与理论扩散通量联系起来。
文档编号G01N13/04GK102033030SQ20101050064
公开日2011年4月27日 申请日期2010年9月25日 优先权日2009年9月25日
发明者I·F·廷德尔, J·H·文森特, L·P·克鲁姆普勒 申请人:莫林斯股份有限公司