专利名称：一种用于卷烟燃吸过程温度分布的检测方法
技术领域：
本发明涉及卷烟燃烧温度的检测方法，特别是一种用于卷烟燃吸过程温度分布的检测方法。
背景技术：
卷烟本身看作一个复杂的反应器，在其内部发生燃烧、裂解等一系列化学反应，卷烟燃烧锥内部温度分布是影响烟气成分生成的重要因素，测定卷烟燃吸过程中温度分布对研究卷烟烟气气溶胶的形成、传递以及最终烟气的组成都具有重要意义。国外此类工作开展较早，英美烟草公司R. R. Baker检测并绘制出卷烟在阴燃和抽吸时的温度分布，国内主要是上海烟草公司郑赛晶等、郑州烟草研究院李斌等利用微细热电偶检测得到燃烧过程中的温度分布。对于温度分布检测，前人做了大量的工作，形成一些检测装置与方法。英美烟草公司R. R. Baker (nature, 1974)利用多支石英管隔离钼错与钼形成热电偶与微细的光导纤维检测了卷烟燃吸中的温度分布，这为卷烟燃吸过程中内部温度分布的测定确定了基本的方法。由云南瑞升烟草技术有限公司申请的发明专利(2006100010926. 4)和上海烟草(集团)公司的实用新型(200420114253. 3)开发了一种用于卷烟燃吸过程温度的检测元器件(即微细热电偶)，其制作的技术方案为采用钼丝与钼铑合金丝，其中绝缘材料采用石英毛细管。由郑州烟草研究院李斌等申请的发明专利(201010564689. 2)、(201010564712. 8)、(201010564676. 5)开发了一套自动化程度较高的用卷烟燃吸温度分布检测仪，该检测仪通过PLC、计算机以及与吸烟机的联用，实现了卷烟燃吸温度分布自动的化检测，能够精确控制温度传感器在被测卷烟中的位置，提供了一种自动化程度较高的卷烟燃吸温度分布检测仪及其自动控制方法，可满足研究人员和质量检测人员检测卷烟燃吸过程中温度分布的需要。但该装置仅实现了卷烟燃吸温度的检测，未能就具体检测方法做进一步的说明。郑州烟草研究院李斌申请的软件著作权(VI. 0 2010SR071683)提到一种烟支燃吸温度分布数据分析软件，该软件根据计算精度要求，将烟支划分为不同数量的计算网格，进行插值计算，可显示烟支内部温度场随燃烧过程的变化。该方法同样未能就具体检测方法做进一步的说明。综上所述，前人开发的各种检测装置已经逐步走向成熟，但与之对应的检测方法还有待提高，主要存在以下关键问题1、温度分布检测点的确定，包括轴向位置和径向深度梯度；2、传统工作中利用燃烧线确定抽吸时刻，由于燃烧线推进速度慢且不是匀速推进且不整齐，需要肉眼观察燃烧线是否到达标记线，使得传统工作中利用燃烧线确定抽吸时刻的方法灵敏度较低；3、原始温度数据无法直接用来插值计算，需要进行预处理，以确保抽吸时刻的一致；4、只得到卷烟温度场信息对于研究卷烟燃烧机理及烟气生成机制等还稍显不足。本发明针对以上关键技术问题，结合卷烟燃吸温度分布检测仪，发明一种卷烟燃吸过程温度分布检测方法。
发明内容
本发明的目的正是针对上述分析所需要解决的关键问题，结合卷烟燃吸温度分布仪，开发了一种卷烟燃吸过程温度分布检测方法。本发明的目的通过以下技术措施实现本发明的用于卷烟燃吸过程温度分布的检测方法，包括以下步骤
(1)温度分布检测点的确定
将卷烟沿半径等分若干个深度梯度(可分为5个深度)，每个深度的轴向设置不低于8个检测点，间隔不低于2mm，检测轴向位置选择在烟支密度较为均匀的距卷烟燃烧端20 40mm之间，如此，在卷烟纵剖面上均匀分布形成若干个网格节点；
(2)抽吸基准的确定
以形成的若干个网格节点中某一个轴向位置和不同深度、某时刻、烟支静燃时的检测温度数据为基准，在特定深度检测时，达到该温度后，启动吸烟机开始抽吸；
(3)多次重复实验的原始温度数据定值平移平均
对于同一深度进行多次重复实验，为保证抽吸时刻的一致性，对多次重复实验的原始数据进行定值平移平均处理。实施过程为，对于同一深度实验数据，由于卷烟内部烟丝结构的细微差异，导致抽吸时刻不尽相同，每条曲线首先达到以上对应温度值均存在一个横坐
标\，求多个横坐标的平均值A，
平移温度曲线使其横坐标A至平均值％处，对同一时刻多个温度数据通过二倍标准差剔
除异常值后取平均，得到一条新的温度曲线，对数据进行保存时可根据需求设置抽吸前后一定时间范围内的温度数据。本发明的优点在于1、提供了一种用于可标准化的卷烟燃吸过程温度分布检测方法；2、利用基准温度确定抽吸时刻，使得抽吸前状态保持较好的一致性，提高了检测方法的重复性；3、标准化的检测与数据预处理方法能够给检测者的后续分析提供更丰富的信息。可满足研究人员和质量检测人员检测卷烟燃吸过程中的燃烧机理及烟气生成、温度分布的需要，对卷烟烟气研究提供相关基础性数据支持。
图I为卷烟燃吸温度数据检测网格点。图2为卷烟静燃过程不同深度热电偶检测到的温度曲线。图3为5次重复实验的抽吸温度曲线。图4为定值平移后的抽吸温度曲线。图5为不同热电偶插入深度的抽吸温度曲线。图6为卷烟抽吸前后燃烧锥内部温度分布。 图7为卷烟燃吸过程中各温度区间体积变化曲线。图8为燃吸过程中卷烟径向温度变化三维图。图9为燃吸过程中卷烟各温度区间体积变化三维图。图10为热电偶及待插卷烟示意图。
具体实施例方式本发明以下将结合附图对检测方法做进一步说明
步骤I、温度分布检测 点的确定。如图I所示，将卷烟直径等分为9个深度梯度，每个深度有8个温度检测点，间隔2mm，检测轴向位置选择在烟支密度较为均匀的距卷烟燃烧端22 36mm之间，如此，在卷烟纵剖面上均匀分布8 X 9=72个网格节点。实际测试过程中，将8支做在同一热电偶模块上，一次实验可得到同一深度的8个网格点的温度数据，每个深度测试4次。步骤2、抽吸基准的确定。如图2所示，对静燃过程中，在卷烟直径中心处，静燃温度在480°C左右时升温速率相对较快，以此时的温度为基准确定抽吸时刻最为灵敏，当卷烟中心温度达到480°C时，其他4个深度的温度分别为450 V、400°C、330°C、250°C，各深度热电偶温度达到对应的温度值时开始抽吸。(例如当测0. 97mm深度时，热电偶达到330°C时开始抽吸。)
步骤3、原始温度数据定值平移平均，对于同一深度需进行多次重复实验，为保证抽吸时刻的一致性，需对原始数据进行定值平移平均处理。对于同一深度实验数据，由于卷烟内部烟丝结构的细微差异，导致抽吸时刻不尽相同，见图3所示。每条曲线首先达到步骤2中
对应相应深度位置的温度值均存在一个横坐标巧，求多个横坐标的平均值A，平移温度曲
线使其横坐标巧至平均值处，对同一时刻多个温度数据通过二倍标准差剔除异常值后
取平均，得到一条新的温度曲线，见图4所示。根据需求设置抽吸前后一定时间范围保存温度数据。保存的数据类型见表I所示。步骤4、检测结果可以得到温度分布的数据结果，见表I所示，同时，还可以利用一些插值算法对温度检测数据重构，得到更多丰富的温度分布信息不同深度的抽吸温度曲线，见图5所示；卷烟抽吸前后燃烧锥内部温度分布，见图6所示；卷烟燃吸过程中各温度区间体积变化曲线，见图7所示；燃吸过程中卷烟径向温度变化三维图，见图8所示；燃吸过程中卷烟各温度区间体积变化三维图，见图9所示。
权利要求
1.一种用于卷烟燃吸过程温度分布的检测方法，其特征在于包括以下步骤 温度分布检测点的确定 将卷烟沿半径等分若干个深度梯度，每个深度的轴向设置不低于8个检测点，间隔不低于2mm，检测轴向位置选择在烟支密度较为均匀的距卷烟燃烧端20 40mm之间，如此，在卷烟纵剖面上均匀分布形成若干个网格节点； 抽吸基准的确定 以形成的若干个网格节点中某一个轴向位置和不同深度、某时刻烟支静燃时的检测数据为基准，在特定深度检测时，达到该温度后，启动吸烟机开始抽吸； 原始温度数据定值平移平均 对于同一深度进行多次重复实验，为保证抽吸时刻的一致性，对原始数据进行定值平移平均处理。
2.根据权利要求I所述的用于卷烟燃吸过程温度分布的检测方法，其特征在于步骤(3)中的原始温度数据定值平移平均的具体方式是对于同一深度实验数据，由于卷烟内部烟丝结构的细微差异，导致抽吸时刻不尽相同，每条曲线首先达到以上对应温度值均存在一个横坐标，求多个横坐标的平均值A，平移温度曲线使其横坐标％至平均值而处，对同一时刻多个温度数据通过二倍标准差剔除异常值后取平均，得到一条新的温度曲线，对数据进行保存时可根据需求设置抽吸前后一定时间范围内的温度数据。
3.根据权利要求I所述的用于卷烟燃吸过程温度分布的检测方法，其特征在于步骤(I)中将卷烟沿半径等分5个梯度。
全文摘要
一种用于卷烟燃吸过程温度分布的检测方法，包括以下步骤(1)温度分布检测点的确定，将卷烟沿半径等分若干个深度梯度，每个深度的轴向设置不低于8个检测点，如此，在卷烟纵剖面上均匀分布形成若干个网格节点；(2)抽吸基准的确定，以形成的若干个网格节点中某一个轴向位置和不同深度、某时刻、烟支静燃时的检测数据为基准，在特定深度检测时，达到该温度后，启动吸烟机开始抽吸；(3)温度数据定值平移平均，对于同一深度进行多次重复实验，为保证抽吸时刻的一致性，对多次实验的原始数据进行定值平移平均处理。本发明特点是可满足研究人员和质量检测人员检测卷烟燃吸过程中的燃烧机理及烟气生成、温度分布的需要，对卷烟烟气研究提供相关基础性数据支持。
文档编号G01K7/02GK102636276SQ201210060868
公开日2012年8月15日 申请日期2012年3月9日 优先权日2012年3月9日
发明者刘晓萍, 刘民昌, 李斌, 王兵, 秦国鑫 申请人:中国烟草总公司郑州烟草研究院