一种卷烟燃吸过程中耗氧量检测装置的制作方法

本实用新型涉及燃烧烟气的检测，具体是一种卷烟燃吸过程中耗氧量检测装置。

背景技术：

卷烟在抽吸过程中，烟丝发生一系列的物理和化学反应，形成大量的产物，有5000多种。其中有害成分有149种,包括焦油，CO，亚硝胺，醛和硝基烃等，它们对人体具有危害作用。吸烟有害健康，虽然控烟的理念在不断推广，但仍有很多人在抽烟。为了降低卷烟抽吸过程中有害物质的产生量，研究在卷烟抽吸过程中影响有害物质产生的因素变得至关重要。卷烟抽吸产生的有害物质大部分由烟草中的大分子化合物不完全燃烧和裂解生成，烟草特有亚硝胺由是烟草物理作用产生，而此类反应与抽吸过程中产生的热量密切相关，又由于反应产热量与抽吸过程中消耗的氧气正相关。而且氧气消耗的越多，产热量越大，反应地越充分，卷烟燃烧耗氧量的多少能反映烟支燃烧过程中反应的完全程度的大小。因此，研究卷烟抽吸过程中的耗氧量对研究卷烟的反应程度和降低有害物质的产生量具有重要的研究价值。

质谱法具有灵敏度高、检测速度快等优点，但如不对卷烟烟气进行前处理，在定量分析时容易受到卷烟主流烟气中其他物质电离碎片的干扰、难以准确实现定量检测。可调谐二极管激光吸收光谱（TDLAS）技术由于利用激光的高分辨率特性，能够有效地排除其他物质的吸收干扰，具有抗干扰能力强、灵敏度高、响应速度快和性价比高等优点，是一种在复杂气体条件下实现检测的有效技术手段。

技术实现要素：

本实用新型的目的正是基于上述现有技术状况，为研究卷烟燃吸耗氧量的研究而提供的一种卷烟燃吸过程中耗氧量检测装置，利用该装置即可实现对卷烟燃吸时的耗氧量进行测量。

本实用新型的目的是通过以下技术方案来实现的：

一种卷烟燃吸过程中耗氧量检测装置，包括集成式气体吸收池以及与该集成式气体吸收池相连接的烟气抽吸捕集系统、氮气清洗系统、抽真空系统以及光电检测系统。

所述烟气抽吸捕集系统依次包括通过管路连通的烟支夹持器、三通阀b、滤片、烟气抽吸单元、伺服电机，在滤片与抽吸单元之间的管路上通过两通阀a与集成式气体吸收池的烟气进口连通；

所述氮气清洗系统包括氮气瓶、减压阀，并通过三通阀a与烟气捕集系统中的烟支夹持器、三通阀b连通；

所述抽真空系统包括真空泵，并通过三通阀c、两通阀b与集成式气体吸收池的烟气出口连通；

所述光电检测系统包括激光器、激光控制器、温度控制器、数据采集器以及计算机，激光器通过激光准直器与集成式气体吸收池的光线入射端连接，数据采集器通过光电探测器与集成式气体吸收池的光线出射端相连接，所述激光控制器、温度控制器、数据采集器均与计算机连接，并由计算机软件控制进行相应处理。

在本实用新型装置中，所述三通阀a与三通阀b之间的管道容积大于100mL。

利用上述装置检测卷烟燃吸过程中耗氧量的过程如下：首先用氮气瓶中的氮气对系统气路进行彻底吹扫，接着用真空泵把气体吸收池抽成真空，之后抽吸单元对烟支进行国际标准模式的抽吸，抽吸结束后，采集到的烟气被吸入被抽成真空的气体吸收池；与此同时，温度控制器、激光控制器对激光器进行温度和电流调谐，调谐后的激光光束扫描过氧气的吸收谱线，经过激光准直器进入吸收池，被待测气体吸收，经过多次反射后被光电探测器接收，由数据采集器采集存储，最后经计算机进行处理，待测气体的吸收信号经过标定即可得到待测气体的浓度。分别检测卷烟未点燃和点燃抽吸后待测气体的浓度，两个浓度相减即可得到卷烟燃吸一口的耗氧量，进行连续抽吸，即可得到卷烟燃吸的逐口耗氧量。

具体步骤如下：

1. 三通阀a、三通阀b、两通阀a、两通阀b、三通阀c同时得电互相连通，之后氮气瓶中的氮气对整个导通管道进行10s清洗，使管道中充满氮气；

2. 三通阀a切出系统管路，使其连接大气；两通阀a关闭；两通阀b保持打开；

3. 1s后三通阀c切换状态使其连接真空泵，真空泵抽吸9s，使气体吸收池被抽成真空状态；

4. 两通阀b关闭；1s后三通阀c切出系统管路，使其连接大气，三通阀b连接抽吸单元抽吸单元抽吸2s，完成35ml的抽吸；

5. 切换三通阀b，使其连接三通阀a，抽吸的35mL烟气进入后续管道，被保存在三通阀a与抽吸单元之间。3s后两通阀a打开，管道中的待测气体被吸入已抽成真空的集成式气体吸收池，进行氧气含量的检测，检测时间为32s，等待2s后进入下一个循环。

该检测方法的依据是巧妙地借助恒温恒压恒湿条件下氧气含量为常量的规律，按照国际标准抽吸模式进行抽吸，首先检测卷烟未点燃前抽吸一口时氧气的浓度，再检测卷烟燃吸时每一口后氧气剩余的浓度，两个浓度的差值即为卷烟每口燃吸过程中的耗氧量。

更具体的说，所述的光电检测系统由激光控制器和温度控制器分别提供低频的锯齿波调制信号和高频的正弦波调制信号，激光器被调制。调制后的激光光束经集成式气体吸收池中气体吸收和光电转换后，经数据采集器二倍频解调后送入计算机的上位机软件进行处理，得到待测气体被吸收的二次谐波强度信号。二次谐波的峰值信号经标准气体标定后，得到待测气体的浓度。

所述的烟气抽吸捕集系统中三通阀a与三通阀b之间的管道的规格需要满足一定的要求，管道的容积为50-500mL。因为卷烟经过由伺服电机驱动的抽吸单元抽吸后，烟气被排进气体管道。由于烟气不能被空气污染，因此管道需充满氮气，使抽吸的烟气在氮气氛围中。同时烟气被吸进抽为真空的集成式气体吸收池的过程中不能引入杂质气体。综上，管道中氮气的体积应该大于集成式气体吸收池的体积与烟支夹持器到集成式气体吸收池前端之间管道体积之和。

本实用新型的优点在于：检测装置设计简单合理、装置运行稳定可靠、性价比高、使用方便、维护便捷；检测方法操作简单，无污染，抗干扰能力强、非接触、无破坏性，响应速度快，检测精度高，灵敏度较高，实时性好。

附图说明

图1 是本实用新型检测装置结构示意图。

图中：1.氮气瓶，2.减压阀，3.烟支夹持器，4.三通阀a，5.三通阀b，6.两通阀a，7.滤片，8.数据采集器，9.抽吸单元，10.计算机，11.伺服电机，12.激光器，13.温度控制器，14.激光控制器，15.集成式气体吸收池，16.两通阀b，17.三通阀c，18.真空泵，19.卷烟。

图2 是集成式气体吸收池组成原理图，

图中：15-1.激光准直器，15-2.气体吸收池池体，15-3.光电探测器。

图3 是卷烟逐口耗氧量检测结果图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型实施例作进一步说明。

如图1、2所示：一种卷烟燃吸过程中耗氧量检测装置，其特征在于：包括集成式气体吸收池以及与该集成式气体吸收池相连接的烟气抽吸捕集系统、氮气清洗系统、抽真空系统以及光电检测系统。

所述烟气抽吸捕集系统依次包括通过管路连通的烟支夹持器[3]、三通阀b[5]、滤片[7]、烟气抽吸单元[9]、伺服电机[11]，在滤片[7]与抽吸单元[9]之间的管路上通过两通阀a[6]与集成式气体吸收池[15]的烟气进口连通；

所述氮气清洗系统包括氮气瓶[1]、减压阀[2]，并通过三通阀a[4]与烟气捕集系统中的烟支夹持器[3]、三通阀b[5]连通；

所述抽真空系统包括真空泵[18]，并通过三通阀c[17]、两通阀b[16]与集成式气体吸收池[15]的烟气出口连通；

所述光电检测系统包括激光器[12]、激光控制器[14]、温度控制器[13]、数据采集器[8]以及计算机[10]，激光器[12]通过激光准直器[15-1]与集成式气体吸收池[15]的光线入射端连接，数据采集器[8]通过光电探测器[15-3]与集成式气体吸收池[15]的光线出射端相连接，所述激光控制器[14]、温度控制器[13]、数据采集器[8]均与计算机[10]连接，并由计算机软件控制进行相应处理。

在本实用新型装置中，所述三通阀a[4]与三通阀b[5]之间的管道容积大于100mL，这样可防止空气进入到集成式气体吸收池[15]中，影响检测结果。因为卷烟[19]经过由伺服电机[11]驱动的抽吸单元[9]抽吸后，烟气被排进气体管道。由于烟气不能被空气污染，因此管道需充满氮气，使抽吸的烟气在氮气氛围中。同时烟气被吸进抽为真空的集成式气体吸收池的过程中不能引入杂质气体。综上，管道中氮气的体积应该大于集成式气体吸收池[15]的体积与烟支夹持器[3]到集成式气体吸收池[15]前端之间管道体积之和。

集成式气体吸收池[15]由激光准直器[15-1]，气体吸收池池体[15-2]，光电探测器[15-3]组成，如图2所示。

利用上述述装置检测卷烟燃吸过程中耗氧量的过程如下：所述装置检测卷烟燃吸过程中耗氧量的方法，首先用氮气瓶[1]中的氮气对系统气路进行彻底吹扫，接着用真空泵[18]把气体吸收池抽成真空，之后抽吸单元[9]对烟支进行国际标准模式的抽吸，抽吸结束后，采集到的烟气被吸入被抽成真空的气体吸收池[15]；与此同时，激光控制器[14]对激光器[12]进行温度和电流调谐，调谐后的激光光束扫描过氧气的吸收谱线，经过光纤准直器进入吸收池，被待测气体吸收，经过多次反射后被光电探测器[15-5]接收，由数据采集器[8]采集存储，最后经计算机[10]进行处理，待测气体的吸收信号经过标定即可得到待测气体的浓度。分别检测卷烟未点燃和点燃抽吸后待测气体的浓度，两个浓度相减即可得到卷烟燃吸一口的耗氧量，进行连续抽吸，即可得到卷烟燃吸的逐口耗氧量。进行多次连续抽吸，即可达到卷烟燃吸的逐口耗氧量。

具体步骤如下：

（1）三通阀a[4]、三通阀b[5]、两通阀a[6]、两通阀b[16]、三通阀c[17]同时得电互相连通，之后氮气瓶[1]中的氮气对整个导通管道进行10s清洗，使管道中充满氮气；

（2）三通阀a[4] 切出系统管路，使其连接大气；两通阀a[6]关闭；两通阀

b[16]保持打开；

（3）1s后三通阀c[17]切换状态使其连接真空泵，真空泵抽吸9s，使气体吸收池被抽成真空状态；

（4）两通阀b[16]关闭；1s后三通阀c[17]切出系统管路，使其连接大气，三通阀b[5]连接抽吸单元[9]抽吸单元抽吸2s，完成35ml的抽吸；

(5)切换三通阀b[5]，使其连接三通阀a[4]，抽吸的35mL烟气进入后续管道，被保存在三通阀a[4]与抽吸单元[9]之间。3s后两通阀a[6]打开，管道中的待测气体被吸入已抽成真空的集成式气体吸收池[15]，进行氧气含量的检测，检测时间为32s，等待2s后进入下一个循环。