一种烟草制品烟气比热容测量装置及其测量方法与流程

文档序号:15516434发布日期:2018-09-25 18:23阅读:263来源:国知局

本发明涉及一种烟草制品烟气比热容测量装置及其测量方法,属于烟草制品检测领域。

技术背景

随着公众对卷烟危害性认识的加强和政府对卷烟管制力度的加大,世界各国烟草企业均加强了对新型烟草制品的开发。而以加热非燃烧烟草为特点的新型卷烟在生理感受、心理感知、吸食方式等方面比较接近传统卷烟,烟草消费者容易接受,是一类极具发展潜力的新型烟草制品。现阶段,国内各大烟草企业及研发机构注重对新型卷烟烟具的研发。为了使烟草制品更好的适配新型卷烟烟具,研究机构通过烟草制品抽吸过程所需热量的特性设置烟具电路方案。烟草制品单口抽吸所需功率可为烟具电路设计提供直接的参考,但实际每口抽吸所需功率因抽吸力度不同而不同,无法精确量化多种类别烟草制品在不同抽吸过程所需热量值。现有的烟草制品的性能参数的相关检测不完善,比热容测量过程较为繁杂,不能对多种类别烟草制品的烟气比热容进行实时抽吸检测。



技术实现要素:

本发明要解决的技术问题是提供一种烟草制品烟气比热容测量装置及其测量方法,用于测量烟气的比热容检测装置;同时通过烟草制品烟气比热容检测装置采用相关方法实现不同烟支烟气比热容测量。

本发明采用的技术方案是:一种烟草制品烟气比热容测量装置,包括控制模块、抽吸模块、检测模块、电源模块;

检测模块与控制模块进行电性连接,控制模块与抽吸模块进行电性连接,检测模块、控制模块、抽吸模块均与电源模块电性连接,检测模块与抽吸模块密闭连接;

所述控制模块包括:触控屏1、mcu控制器2、高精度滑动变阻器5,所述检测模块包括信号放大器3、置烟夹具6、中空保温管7、铂热电阻温度传感器i8、电阻箱9、检测装置10、剑桥滤片11、烟气捕及器12、精密电子天平13,所述抽吸模块包括抽吸装置14、步进电机控制装置15,抽吸装置14包括螺旋金属棒39、抽吸活塞40、出气单向阀41、进气单向阀42、可调容量抽吸管43,所述电源模块包括高精度可调稳压电源4;

所述触控屏1与mcu控制器2电性连接,mcu控制器2电性连接到高精度可调稳压电源4,mcu控制器2与步进电机控制装置15电性连接,步进电机控制装置15与抽吸活塞40通过螺旋金属棒39连接,抽吸活塞40可密封容纳于可调容量抽吸管43内,可调容量抽吸管43一端连接至抽吸活塞40活动密封,另一端为两个气孔的密封面,下端气孔设计为进气单向阀42通过塑胶管与烟气捕及器12左端密封连接,上端气孔设计为出气单向阀41直接与空气接触,在触控屏1设置抽吸时间,反馈给mcu控制器2,mcu控制器2发出脉冲信号控制步进电机控制装置15以调节转速与扭矩值,步进电机控制装置15连动螺旋金属棒39调节抽吸活塞40在可调容量抽吸管43中位置,达到控制可调容量抽吸管43的抽吸时间及抽吸流量;检测装置10电性连接至mcu控制器2,mcu控制器2根据接收到的反馈温度与预设电压的差值控制检测装置10断电降温,加压升温,使温度控制在预设温度值;信号放大器3电性连接到mcu控制器2,高精度滑动变阻器5滑片电性连接至高精度可调稳压电源4的正极,高精度可调稳压电源4的负极通过导线24与检测装置10,电阻箱9内固定有电阻i44和电阻ii45两个等值电阻,电阻i44、电阻ii45、高精度滑动变阻器5及检测装置10中的部件形成桥型电路;检测装置10的出气道33通过中空保温管7与烟气捕及器12右端连接,烟气捕及器12下方放置有精密电子天平13,检测装置10中进气道20通过中空保温管7与置烟夹具6相连接,在中空保温管7的内部密封放置有与mcu控制器2连接的铂热电阻温度传感器i8,置于置烟夹具6上的烟草制品产生的烟气经过中空保温管7进入检测装置10中,铂热电阻温度传感器i8用于将初始烟气温度反馈给mcu控制器2。

具体地,所述检测装置10包括不锈钢保温盒16、金属体19、进气道20、金属弹片i21、无感不锈钢金属加热棒22、水平气道23、导线24、压紧螺栓25、镀金微型螺旋状热敏元件i26、竖直平行管i27、节流孔i28、分气道i29、压紧螺栓ii30、镀金微型螺旋状热敏元件ii31、竖直平行管ii32、出气道33、锁定销34和铂热电阻温度传感器ii35、节流孔ii36、分气道ii37;

所述检测装置10采用一个不锈钢圆柱体结构,上面有两个上端带丝扣的竖直平行管i27和竖直平行管ii32,镀金微型螺旋状热敏元件i26和镀金微型螺旋状热敏元件ii31分别被压紧螺栓i25和压紧螺栓ii30密封在竖直平行管i27和竖直平行管ii32内,水平气道23与竖直平行管i27和竖直平行管ii32的底部连通,且水平气道23两端各与一个小横向孔相通,并由不锈钢保温盒16左右两端的侧面孔里分别引出,形成进气道20和出气道33,水平气道23的进气道20和出气道33分别由金属弹片i21和金属弹片ii38弹性贴封,竖直平行管i27和竖直平行管ii32的左侧分别连接分气道i29和分气道ii37,刚好与竖直平行管i27和竖直平行管ii32和水平气道23相通;不锈钢保温盒16的底上面由锁定销34锁定有金属加热块即金属体19,水平气道23下端的金属体19平均放置着两个无感不锈钢金属加热棒22,金属体19中央放置有一个与mcu控制器2电连接的铂热电阻温度传感器ii35,铂热电阻温度传感器ii35用于将水平气道23温度信号反馈给mcu控制器2,高精度可调稳压电源4的负极通过导线24与检测装置10中镀金微型螺旋状热敏元件i26连接,电阻i44、电阻ii45、检测装置10中镀金微型螺旋状热敏元件i26、检测装置10中镀金微型螺旋状热敏元件ii31、高精度滑动变阻器5形成桥型电路,检测装置10中出气道33通过中空保温管7与烟气捕及器12右端连接,所述竖直平行管i27、竖直平行管ii32、水平气道23、分气道i29和分气道ii37均在金属体19上加工所制,置于置烟夹具6上的烟草制品产生的烟气进入检测装置10中水平气道23、竖直平行管i27和竖直平行管ii32,两只镀金微型螺旋状热敏元件的引线由不锈钢保温盒16上面的竖直平行管里引出;分气道i29与竖直平行管连接部分设计有节流孔i28,分气道ii37与竖直平行管连接部分设计有节流孔ii36;以上部件装在一个不锈钢保温盒16里,不锈钢保温盒16内周围装有保温硅棉板17,硅棉板17所包围的内部空间装满微型玻璃珠18形成浴恒温模式;

所述镀金微型螺旋状热敏元件i26引出的导线24与电阻i44进行串联,串联节点为a;电阻i44的另一端连接到高精度滑动变阻器5的最大阻值端,连接点为b;高精度滑动变阻器5另一个最大阻值端与镀金微型螺旋状热敏元件ii31引出的导线24串联,串联节点为c;镀金微型螺旋状热敏元件ii31引出导线24的另一端串联接到电阻ii45,串联节点为d;电阻ii45的另一端与镀金微型螺旋状热敏元件i26连接,节点为e;信号放大器3信号采集端分别电性连接到a节点和d节点。

优选地,所述竖直平行管i27、竖直平行管ii32的体积小于100μl,呈圆柱状,且在工作的初始状态预设温度维持在100℃,高于烟气温度。

优选地,所述步进电机控制装置15包括步进电机46及与步进电机46适配的步进电机控制器47,可在触控屏1上输入指令使步进电机控制器47直接控制步进电机46以调节转速与扭矩值,连动螺旋金属棒39调节抽吸活塞40在可调容量抽吸管43中位置,达到控制可调容量抽吸管43的抽吸时间及抽吸流量。

优选地,所述镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31为钨丝或铂丝或徕丝或徕钨丝或铂钨合金丝。

优选地,所述的金属弹片i21和金属弹片ii38为镁铝合金。

一种烟草制品烟气比热容测量装置的测量方法,包括如下步骤:

a、将检测装置10安装完成,将烟草制品放置于置烟夹具6中;开启高精度可调稳压电源4,设计电路中镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31、电阻i44、电阻ii45、高精度滑动变阻器5形成桥型电路,高精度可调稳压电源4给镀金微型螺旋状热敏元件i26和镀金微型螺旋状热敏元件ii31提供电源进行持续加热,当温度稳定后调节高精度滑动变阻器5的滑片,使得a、d接点两端电压uad=0v;其中,所述镀金微型螺旋状热敏元件i26引出的导线24与电阻i44进行串联,串联节点为a;镀金微型螺旋状热敏元件ii31引出的导线24的另一端串联接到电阻ii45,串联节点为d;在开启抽吸装置14后,烟气通过中空保温套管7,通过铂热电阻温度传感器i8检测烟气温度,并存储在mcu控制器2中,烟气因吸力流入检测装置10中进行进一步检测;

b、在触控屏1上设定水平气道23温度,通过mcu控制器2的控制对无感不锈钢金属加热棒22进行相应的升温和降温,当铂热电阻温度传感器ii35反馈的温度高于预设温度时则断电降温,低于预设温度时则通电升温,使水平气道23温度保持在设定温度;

c、待铂热电阻温度传感器ii35检测到水平气道23温度稳定后,反馈至mcu控制器2,根据触控屏1设定的抽吸条件,步进电机控制装置15通过对与抽吸活塞40通过螺旋金属棒39连接,抽吸活塞40可密封容纳于可调容量抽吸管43内,在显示屏设置抽吸时间,反馈给mcu控制器2,发出脉冲信号控制步进电机46适配的步进电机控制器47以调节转速与扭矩值,连动螺旋金属棒39调节抽吸活塞40在可调容量抽吸管43中位置,调节抽吸时间及抽吸力度;

d、在开启抽吸装置14后,烟气通过中空保温套管7,通过铂热电阻温度传感器i8检测烟气温度,并存储在mcu控制器2中,烟气因气压差,金属弹片i21、金属弹片ii38打开,烟草制品产生的烟气经进气道20进入水平气道23,并流入竖直平行管i27和竖直平行管ii32内;烟气导热,使得镀金微型螺旋状热敏元件i26和镀金微型螺旋状热敏元件ii31热量散失,镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31电阻减小,a、d接点两端电压失衡,烟气导热系数与a、d接点两端电压关系:其中,λm为烟气导热系数,l为镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31的有效长度,rc为竖直平行管i27和竖直平行管ii32的半径,rn为镀金微型螺旋状热敏元件i26或镀金微型螺旋状热敏元件ii31的半径,rs为电阻i44或电阻ii45的阻值,α为镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31随温度变化系数,i为高精度可调稳压电源4显示电流值的一半,r0为无电流时镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31的阻值,u为高精度稳压电源4显示的电压,uad为信号放大器3检测到a、d接点的电压信号,tc为稳定时竖直平行管i27和竖直平行管ii32的温度;

e、测量出烟气导热系数后,将烟草制品由置烟夹具6中取下,再一次通过mcu控制器2控制步进电机控制装置15以控制抽吸装置14进行空抽,使得检测装置10中的烟气因气压差从检测装置10中流入烟气捕及装置,即将烟气采集至烟气捕及器12中的剑桥滤片11上,通过高精密电子秤测量出烟气质量;

f、根据热量交换情况下烟气吸收的能量q0=cmδt,推算出其中c为烟气比热容,t0为初始烟气温度,tc为稳定时竖直平行管i27和竖直平行管ii32的温度,δt为初始烟气温度t0与稳定时竖直平行管i27和竖直平行管ii32的温度tc的差值,tn为热敏元件在电流作用下达到的平衡温度,m为所测烟气质量,rs为电阻i44或电阻ii45的阻值,α为镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31随温度变化系数,i为高精度可调稳压电源4显示电流值的一半,r0为无电流时镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31的阻值,u为高精度稳压电源4显示的电压,uad为信号放大器3检测到a、d接点的电压信号。

本发明的有益效果是:本发明通过合理的构成及连接建立的烟草制品烟气比热容检测装置可以有效地用于烟草制品烟气比热容测量;提供研究烟气的比热容方法,以单口实际抽吸烟气的质量及温度实时表征比热容,简化测量过程,通过烟气比热容以表征抽吸过程中不同抽吸力度带走的热量值,可为烟具的开发与设计提供技术参数支撑;同时通过烟草制品烟气比热容检测装置采用相关方法可以实现烟草制品烟气比热容测量,具体体现为:通过烟气质量大小以及平衡前后烟气温度差,引起测量腔内热敏元件电阻的变化,产生电压差经放大器放大传送至mcu控制器2根据热敏元件传递给烟气的热量等于烟气增加的热量值处理转化成烟气比热容值,从而实现烟草制品烟气比热容测量。

附图说明

图1为本发明结构框图;

图2为本发明中检测装置的剖视图;

图3为本发明抽吸装置的结构图;

图4为本发明电阻箱的剖视图;

图5为本发明步进电机控制装置结构示意图;

图6为本发明连接节点示意图。

图中各标号:1-触控屏,2-mcu控制器,3-信号放大器,4-高精度可调稳压电源,5-高精度滑动变阻器,6-置烟夹具,7-中空保温管,8-铂热电阻温度传感器i,9-电阻箱,10-检测装置,11-剑桥滤片,12-烟气捕及器,13-精密电子天平,14-抽吸装置,15-步进电机控制装置,16-不锈钢保温盒,17-硅棉板,18-微型玻璃珠,19-金属体,20-进气道,21-金属弹片i,22-无感不锈钢金属加热棒,23-水平气道,24-导线,25-压紧螺栓i,26-镀金微型螺旋状热敏元件i,27-竖直平行管i,28-节流孔i,29-分气道i,30-压紧螺栓ii,31-镀金微型螺旋状热敏元件ii,32-竖直平行管ii,33-出气道,34-锁定销,35-铂热电阻温度传感器ii,36-节流孔ii,37-分气道ii,38-金属弹片ii,39-螺旋金属棒,40-抽吸活塞,41-出气单向阀,42-进气单向阀,43-可调容量抽吸管,44-电阻i,45-电阻ii,46-步进电机,47-步进电机控制器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例,对本发明作进一步说明,但本发明的内容并不限于所述范围。

实施例1:如图1-6所示,一种烟草制品烟气比热容测量装置,包括控制模块、抽吸模块、检测模块、电源模块;

检测模块与控制模块进行电性连接,控制模块与抽吸模块进行电性连接,检测模块、控制模块、抽吸模块均与电源模块电性连接,检测模块与抽吸模块密闭连接;

检测模块用于检测烟气温度信号、热敏元件温度变化、装置温度信号、采集烟气并测量采集到烟气的质量;

控制模块用于接收检测模块中检测装置温度信号,并将检测模块检测的温度信号与其内部预设温度进行比较,然后一方面通过控制电源模块对检测模块的通断电来控制检测模块供电升温、断电降温,使检测模块中的检测装置维持在预设温度,另一方面通过控制电源模块对抽吸模块的通断电来控制抽吸模块对烟草制品的抽吸时间及抽吸容量,最后根据检测模块的检测数据计算出烟草制品烟气比热容;

所述控制模块包括:触控屏1、mcu控制器2、高精度滑动变阻器5,所述检测模块包括信号放大器3、置烟夹具6、中空保温管7、铂热电阻温度传感器i8、电阻箱9、检测装置10、剑桥滤片11、烟气捕及器12、精密电子天平13,所述抽吸模块包括抽吸装置14、步进电机控制装置15,抽吸装置14包括螺旋金属棒39、抽吸活塞40、出气单向阀41、进气单向阀42、可调容量抽吸管43,所述电源模块包括高精度可调稳压电源4;

所述触控屏1与mcu控制器2电性连接,mcu控制器2电性连接到高精度可调稳压电源4,mcu控制器2与步进电机控制装置15电性连接,步进电机控制装置15与抽吸活塞40通过螺旋金属棒39连接,抽吸活塞40可密封容纳于可调容量抽吸管43内,可调容量抽吸管43一端连接至抽吸活塞40活动密封,另一端为两个气孔的密封面,下端气孔设计为进气单向阀42通过塑胶管与烟气捕及器12左端密封连接,上端气孔设计为出气单向阀41直接与空气接触,在触控屏1设置抽吸时间,反馈给mcu控制器2,mcu控制器2发出脉冲信号控制步进电机控制装置15以调节转速与扭矩值,步进电机控制装置15连动螺旋金属棒39调节抽吸活塞40在可调容量抽吸管43中位置,抽吸开始后从进气单向阀42进气,步进电机及控制器15控制螺旋金属棒39的运动以控制抽吸活塞40运动,抽吸结束后在可调容量抽吸管43的上端将空气排出,完成一次抽吸动作,以此控制可调容量抽吸管43的抽吸时间及抽吸流量,调节抽吸时间及流量大小;检测装置10电性连接至mcu控制器2,mcu控制器2根据接收到的反馈温度与预设电压的差值控制检测装置10断电降温,加压升温,使温度控制在预设温度值;信号放大器3电性连接到mcu控制器2,高精度滑动变阻器5滑片电性连接至高精度可调稳压电源4的正极,高精度可调稳压电源4的负极通过导线24与检测装置10,电阻箱9内固定有电阻i44和电阻ii45两个等值电阻,电阻i44、电阻ii45、高精度滑动变阻器5及检测装置10中的部件形成桥型电路;检测装置10的出气道33通过中空保温管7与烟气捕及器12右端连接,烟气捕及器12下方放置有精密电子天平13,检测装置10中进气道20通过中空保温管7与置烟夹具6相连接,在中空保温管7的内部密封放置有与mcu控制器2连接的铂热电阻温度传感器i8,置于置烟夹具6上的烟草制品产生的烟气经过中空保温管7进入检测装置10中,铂热电阻温度传感器i8用于将初始烟气温度反馈给mcu控制器2。

进一步地,所述检测装置10包括不锈钢保温盒16、金属体19、进气道20、金属弹片i21、无感不锈钢金属加热棒22、水平气道23、导线24、压紧螺栓25、镀金微型螺旋状热敏元件i26、竖直平行管i27、节流孔i28、分气道i29、压紧螺栓ii30、镀金微型螺旋状热敏元件ii31、竖直平行管ii32、出气道33、锁定销34和铂热电阻温度传感器ii35、节流孔ii36、分气道ii37;

所述检测装置10采用一个不锈钢圆柱体结构,上面有两个上端带丝扣的竖直平行管i27和竖直平行管ii32,检测装置10中的水平气道23下方的铂热电阻温度传感器ii35电性连接至mcu控制器2,由mcu控制器2接收到的反馈温度与预设电压的差值控制无感不锈钢金属加热棒22的电压,断电降温,加压升温,使温度控制在预设温度值,镀金微型螺旋状热敏元件i26和镀金微型螺旋状热敏元件ii31分别被压紧螺栓i25和压紧螺栓ii30密封在竖直平行管i27和竖直平行管ii32内,水平气道23与竖直平行管i27和竖直平行管ii32的底部连通,且水平气道23两端各与一个小横向孔相通,并由不锈钢保温盒16左右两端的侧面孔里分别引出,形成进气道20和出气道33,水平气道23的进气道20和出气道33分别由金属弹片i21和金属弹片ii38弹性贴封(金属弹片i21和金属弹片ii38均为一边连接,一边自由),竖直平行管i27和竖直平行管ii32的左侧分别连接分气道i29和分气道ii37,刚好与竖直平行管i27和竖直平行管ii32和水平气道23相通;不锈钢保温盒16的底上面由锁定销34锁定有金属加热块即金属体19,水平气道23下端的金属体19平均放置着两个无感不锈钢金属加热棒22,金属体19中央放置有一个与mcu控制器2电连接的铂热电阻温度传感器ii35,铂热电阻温度传感器ii35用于将水平气道23温度信号反馈给mcu控制器2,高精度可调稳压电源4的负极通过导线24与检测装置10中镀金微型螺旋状热敏元件i26连接,电阻i44、电阻ii45、检测装置10中镀金微型螺旋状热敏元件i26、检测装置10中镀金微型螺旋状热敏元件ii31、高精度滑动变阻器5形成桥型电路,检测装置10中出气道33通过中空保温管7与烟气捕及器12右端连接,所述竖直平行管i27、竖直平行管ii32、水平气道23、分气道i29和分气道ii37均在金属体19上加工所制,置于置烟夹具6上的烟草制品产生的烟气进入检测装置10中水平气道23、竖直平行管i27和竖直平行管ii32,两只镀金微型螺旋状热敏元件的引线由不锈钢保温盒16上面的竖直平行管里引出;分气道i29与竖直平行管连接部分设计有节流孔i28,分气道ii37与竖直平行管连接部分设计有节流孔ii36(节流孔i28和节流孔ii36分别防止因气流波动对镀金微型螺旋状热敏元件i26和镀金微型螺旋状热敏元件ii31热量产生影响;当抽吸装置进行抽吸时,金属弹片i18和金属弹片ii19因气压差而打开,停止抽吸时,金属弹片i21和金属弹片ii38因弹性特性将进气道20和出气道33密封,防止气体向外部扩散浓度变化);以上部件装在一个不锈钢保温盒16里,不锈钢保温盒16内周围装有保温硅棉板17,硅棉板17所包围的内部空间装满微型玻璃珠18形成浴恒温模式;

所述镀金微型螺旋状热敏元件i26引出的导线24与电阻i44进行串联,串联节点为a;电阻i44的另一端连接到高精度滑动变阻器5的最大阻值端,连接点为b;高精度滑动变阻器5另一个最大阻值端与镀金微型螺旋状热敏元件ii31引出的导线24串联,串联节点为c;镀金微型螺旋状热敏元件ii31引出导线24的另一端串联接到电阻ii45,串联节点为d;电阻ii45的另一端与镀金微型螺旋状热敏元件i26连接,节点为e;信号放大器3信号采集端分别电性连接到a节点和d节点。

进一步地,所述竖直平行管i27、竖直平行管ii32的体积小于100μl,呈圆柱状,且在工作的初始状态预设温度维持在100℃,高于烟气温度。

进一步地,所述步进电机控制装置15包括步进电机46及与步进电机46适配的步进电机控制器47,可在触控屏1上输入指令使步进电机控制器47直接控制步进电机46以调节转速与扭矩值,连动螺旋金属棒39调节抽吸活塞40在可调容量抽吸管43中位置,达到控制可调容量抽吸管43的抽吸时间及抽吸流量。

进一步地,所述镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31为钨丝或铂丝或徕丝或徕钨丝或铂钨合金丝。

进一步地,所述的金属弹片i21和金属弹片ii38为镁铝合金。

一种烟草制品烟气比热容测量装置的测量方法,包括如下步骤:

a、将检测装置10安装完成,将烟草制品放置于置烟夹具6中;开启高精度可调稳压电源4,设计电路中镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31、电阻i44、电阻ii45、高精度滑动变阻器5形成桥型电路,高精度可调稳压电源4给镀金微型螺旋状热敏元件i26和镀金微型螺旋状热敏元件ii31提供电源进行持续加热,当温度稳定后调节高精度滑动变阻器5的滑片,使得a、d接点两端电压uad=0v;其中,所述镀金微型螺旋状热敏元件i26引出的导线24与电阻i44进行串联,串联节点为a;镀金微型螺旋状热敏元件ii31引出的导线24的另一端串联接到电阻ii45,串联节点为d;在开启抽吸装置14后,烟气通过中空保温套管7,通过铂热电阻温度传感器i8检测烟气温度,并存储在mcu控制器2中,烟气因吸力流入检测装置10中进行进一步检测;

b、在触控屏1上设定水平气道23温度,通过mcu控制器2的控制对无感不锈钢金属加热棒22进行相应的升温和降温,当铂热电阻温度传感器ii35反馈的温度高于预设温度时则断电降温,低于预设温度时则通电升温,使水平气道23温度保持在设定温度;

c、待铂热电阻温度传感器ii35检测到水平气道23温度稳定后,反馈至mcu控制器2,根据触控屏1设定的抽吸条件,步进电机控制装置15通过对与抽吸活塞40通过螺旋金属棒39连接,抽吸活塞40可密封容纳于可调容量抽吸管43内,在显示屏设置抽吸时间,反馈给mcu控制器2,发出脉冲信号控制步进电机46适配的步进电机控制器47以调节转速与扭矩值,连动螺旋金属棒39调节抽吸活塞40在可调容量抽吸管43中位置,调节抽吸时间及抽吸力度;

d、在开启抽吸装置14后,烟气通过中空保温套管7,通过铂热电阻温度传感器i8检测烟气温度,并存储在mcu控制器2中,烟气因气压差,金属弹片i21、金属弹片ii38打开,烟草制品产生的烟气经进气道20进入水平气道23,并流入竖直平行管i27和竖直平行管ii32内;烟气导热,使得镀金微型螺旋状热敏元件i26和镀金微型螺旋状热敏元件ii31热量散失,镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31电阻减小,a、d接点两端电压失衡,烟气导热系数与a、d接点两端电压关系:其中,λm为烟气导热系数,l为镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31的有效长度,rc为竖直平行管i27和竖直平行管ii32的半径,rn为镀金微型螺旋状热敏元件i26或镀金微型螺旋状热敏元件ii31的半径,rs为电阻i44或电阻ii45的阻值,α为镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31随温度变化系数,i为高精度可调稳压电源4显示电流值的一半,r0为无电流时镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31的阻值,u为高精度稳压电源4显示的电压,uad为信号放大器3检测到a、d接点的电压信号,tc为稳定时竖直平行管i27和竖直平行管ii32的温度;

e、测量出烟气导热系数后,将烟草制品由置烟夹具6中取下,再一次通过mcu控制器2控制步进电机控制装置15以控制抽吸装置14进行空抽,使得检测装置10中的烟气因气压差从检测装置10中流入烟气捕及装置,即将烟气采集至烟气捕及器12中的剑桥滤片11上,通过高精密电子秤测量出烟气质量;

f、根据热量交换情况下烟气吸收的能量q0=cmδt,推算出其中c为烟气比热容,t0为初始烟气温度,tc为稳定时竖直平行管i27和竖直平行管ii32的温度,δt为初始烟气温度t0与稳定时竖直平行管i27和竖直平行管ii32的温度tc的差值,tn为热敏元件在电流作用下达到的平衡温度,m为所测烟气质量,rs为电阻i44或电阻ii45的阻值,α为镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31随温度变化系数,i为高精度可调稳压电源4显示电流值的一半,r0为无电流时镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31的阻值,u为高精度稳压电源4显示的电压,uad为信号放大器3检测到a、d接点的电压信号。

本发明工作原理是:

1、镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31、电阻i44、电阻ii45、高精度滑动变阻器5构成的电桥稳定时uad=0v;

2、通入烟气后,因烟气传导至测量腔体吸收热敏元件热量,使得a、d接点电压改变:

其中δrm为热敏元件改变的阻值;rs为电阻i44或电阻ii45的阻值;u为高精度可调稳压电源4电压;

3、a.单位时间内从热敏元件传给测量腔体中被测气体的热量

其中,λm为烟气的导热系数;l为镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31的有效长度;rn为镀金微型螺旋状热敏元件i26或镀金微型螺旋状热敏元件ii31的半径;rc为测量腔体半径;tn为热敏元件在电流作用下达到的平衡温度;tc为稳定时竖直平行管i27和竖直平行管ii32的温度。

b.镀金微型螺旋状热敏元件发热量:

q1=0.24i2rn(3)

其中,r1为热敏元件通电后阻值,i为流过热敏元件的电流(高精度可调稳压电源4显示电流的一半)

c.热敏电阻上热量以导热换热原理向外传递以此换算出烟气热传递过程吸收的热量,当热平衡时,有q0=q1,即:

又因为rn=r0(1+αtn),带入上式得;

其中,α为热敏元件阻值随温度变化系数,r0为无电流时镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31的阻值。

令结构参数

并忽略高阶无穷小,则:

又因

将(6)、(8)带入(1)整理得:

再根据烟气比热容与烟气质量以及烟气通入检测装置吸收热量q0之间的关系q0=cm(tc-t0)得:

即烟气比热容

将(9)带入(11)整理得(12)

其中,c为烟气比热容,t0为初始烟气温度,tc为稳定时竖直平行管i27和竖直平行管ii32的温度,tn为热敏元件在电流作用下达到的平衡温度,m为所测烟气质量,rs为电阻i44或电阻ii45的阻值,α为镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31随温度变化系数,i为高精度可调稳压电源4显示电流值的一半,r0为无电流时镀金微型螺旋状热敏元件i26、镀金微型螺旋状热敏元件ii31的阻值,u为高精度稳压电源4显示的电压,uad为信号放大器3检测到a、d接点的电压信号。

本发明通过构建比热容测试平台装置,并通过相关方法实现烟气比热容的测量,具体体现为:因烟气温度的不同,引起检测装置中竖直平行管内热敏电阻阻值变化,利用热阻公式以及热平衡状态下热敏电阻和腔体内壁温差值可求出从热敏元件上传给检测装置中被测气体热量值,测量出初始烟气温度以及热平衡后烟气的温度,将热敏电阻上热量以导热换热原理向外传递以此换算出烟气热传递过程吸收的热量,通过表征烟气吸收热量前后温度差及质量,再进行推算可得到烟气比热容。

本发明提供研究烟气的比热容方法,以单口实际抽吸烟气的质量及温度实时表征比热容,简化测量过程,通过烟气比热容以表征抽吸过程中不同抽吸力度带走的热量值,可为烟具的开发与设计提供技术参数支撑,为新型卷烟烟支及烟具的工程设计提高参数准确性提供了重要借鉴,对指导研发新型卷烟烟具具有重大意义。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了详细说明,但是本发明并不限于上述实施方式,在本领域普通技术人员所具备的知识范围内,还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。

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