用于片烟或烟丝生物质水分等温吸附脱附的检测装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种用于生物质水分等温吸附脱附的装置，具体是一种应用在烟草加 工领域检测片烟或烟丝(生物质）中水分等温吸附和脱附过程的装置。
【背景技术】
[0002] 片烟或烟丝是由复杂有机物质组成的多孔介质，在烟草加工过程的热湿处理中可 能对烟叶或烟丝孔结构产生一些变化，同时加工过程中一些外部料液的加入改变了烟叶或 烟丝表面物理化学性质，造成处理后片烟或烟丝样品中水分在一定温湿度条件下吸收水分 和脱除水分的能力产生一定的变化。在评价处理后片烟或烟丝样品对水分的等温吸附和脱 附能力和变化规律时，通常会包括多个连续的热质传递过程，只有通过对该过程进行动态 在线检测，才能对样品水分吸附与脱附能力进行有效的检测和评价。通过这种评价可知片 烟或烟丝对水分吸附与脱附性能、添加保润剂的物理保润效果、最优的贮存条件和高温烘 烤与回潮性能等。
[0003] 片烟或烟丝等生物质中水分在一定的温湿度条件下会发生吸附和脱附等迀移现 象。目前多数检测方法是在恒温恒湿箱中设置不同温湿度条件，开展过程的检测，通过离线 称重获得过程变化的数据，而现有商品化在线检测产品对样品承载量多数为30mg以下水 分迀移的检测，温度控制范围在常温以上(无法低于常温）或是无法利用同一台套设备完成 湿度连续调整的实验检测工作。此外，现有的检测装置湿度与温度的调整控制响应时间长， 稳定性难以满足实验要求。由于片烟或烟丝中水分迀移过程是一个连续过程，所以需要结 合在线与离线两种方法的优点，研制用于片烟或烟丝中水分等温吸附脱附的装置。
[0004] 本案发明人曾经申请一项专利号为201210267723. 9的发明专利，其名称为《用于 生物质水分等温吸附脱附的装置》，其原理是通过调节干湿空气的流量配比从而达到调节 吸附脱附室内的湿度；与此同时，采用恒温水浴的方法控制吸附脱附室内的温度，样品重量 的变化通过高精度天平实时采集样品的重量，实现了对吸附脱附过程在线检测，测量样品 的重量可以达到40g以上，同时，实现了在较大温度范围内进行实验测试，检测装置湿度与 温度的调整控制响应时间较短。但是该装置在测试应用中存在以下不足：1)由于天平处于 保温箱内的原因，所以恒温箱温度应设置在5°C - 50°C (此温度范围为天平的正常条件，天 平在接近或超过50°C时，易产生温度漂移或损坏)，很难实现测试高于50°C以上的吸附脱附 实验(对片烟烘烤和回潮性能测试中多数需要在50°C~90°C范围内进行操作和试验，高于 50°C具有应用价值）；2)由于饱和湿空气通过水浴直接产生，饱和湿空气温度略低于吸附脱 附室内的温度，相对湿度在高于室温条件下很难达到90% RH，给高湿度试验的快速调整造 成困难；3)饱和湿空气的温度由于上述2)中原因，极易在高湿条件下发生冷凝，影响测试 效果和测试精度，同时，损坏天平。
【发明内容】
[0005] 针对上述问题，本发明的目的是提供一种用于片烟或烟丝等生物质材料水分等温 吸附脱附的装置，该装置能够在一定的温度和湿度条件下进行片烟或烟丝中水分等温吸 附和脱附过程的检测。通过分析样品中水分随时间的变化情况，得到不同样品中水分吸附 和脱附的速率及平衡状态下含水率的结果，从而表征片烟或烟丝等生物质材料中水分吸附 与脱附性能。
[0006] 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的： 一种用于片烟或烟丝生物质水分等温吸附脱附的检测装置，由气体混和单元、吸附脱 附单元、称量单元、数据采集和控制单元组成，且气体混和单元、吸附脱附单元分别独立设 置； 所述气体混和单元包括高压气瓶、恒温水浴箱、设置在恒温水浴箱中的混和气室，恒温 水浴箱中通入a、b两路进气管线，其中a路进气管线进入恒温水浴箱后通过蛇形盘管进入 混合气室，b路进气管线的出气端连接气泡发生装置后直接暴露于恒温水浴箱下部，两路进 气管线分别通过空气流量检测控制装置与高压气瓶连接，在混合气室中设有一饱和湿空气 进气管，饱和湿空气进气管的进气口端暴露于恒温水浴箱的水面上方，在恒温水浴箱中还 设有加热器和温度传感器； 所述吸附脱附单元包括带有绝热密封盖的恒温箱体、设置在恒温箱体中的吸附脱附室 以及外置于恒温箱体且通过循环管路与恒温箱体相连通的加热制冷循环器，在吸附脱附室 中设置有温湿度传感器，且在吸附脱附室与气体混合单元中的混合气室之间连接有湿空气 进气管； 所述称重单元包括位于称重传感器保护室中的称重传感器、通过托盘支杆设置在称重 传感器上方且位于吸附脱附室中的称重托盘以及保护气进气管路和排气管路，称重传感器 保护室中还设有温度传感器，托盘支杆采用绝热材料制成，且在称重传感器保护室与吸附 脱附室之间设置有用于穿装托盘支杆的保护气道，保护气道下部通过保护气进气管与高压 气瓶连通并通过空气流量检测控制装置控制，保护气道上部设有可通入大气的排气管； 所述数据采集和控制单元包括温度采集卡、湿度采集卡、加热控制器、流量控制器、加 热制冷循环控制器、吸附脱附数据记录采集器和工控机组成。
[0007] 本发明中，在恒温水浴箱中还设有液位计、注液管和排液阀；所述饱和湿空气进气 管为一弧心向下的弧形管，更便于饱和湿空气的吸入。
[0008] 所述气体混和单元中的恒温水浴箱外箱体以及吸附脱附单元中的恒温箱体的箱 体外层均设置有保温隔热层。
[0009] 设置在恒温箱体中的吸附脱附室为一高导热金属内胆。
[0010] 吸附脱附单元中的加热制冷循环介质为蒸馏水，加热制冷介质进口管路与出口管 路设置在恒温箱体内的对角位置。
[0011] 本发明以下结合控制过程对各组成单元工作原理做进一步说明： 气体混和单元主要包括高压气瓶、a路空气流量检测控制装置、a路空气预热蛇形管 路、b路空气流量检测控制装置、b路气泡发生装置、恒温水浴箱、加热器、混和气室、湿空气 进气管、液位计、注液管、排液管等部分组成。高压气瓶用于产生测试所需的干燥无水气体， a路和b路两路气体用于产生测试所需的干湿空气。单元主体结构是一个恒温水浴箱体，恒 温箱体外层设置保温隔热层。液位计用于显示水浴箱的液面的高度，注液管和排液管用于 加注和排放水浴箱的液体。整个单元的基本工作原理：两路气体经过一定的处理后混和得 到一定温度和湿度的气体，混和后的气体作为处理介质进入吸附脱附的环境中。气体混和 过程可描述为：空气经气瓶输出后在流量检测控制装置的作用下分成两路进入恒温水浴箱 内，其中一路空气进入恒温水浴箱体后，通过蛇形盘管进入混和气室，蛇形盘管浸没在恒温 水浴箱内，该路空气通过蛇形管时与恒温水浴箱中水发生热交换，达到一定温度后进入混 和气室。另一路空气进入恒温水浴箱后，通过管道末端设置的气泡发生装置进入恒温水浴 箱体内的水中，气体进入一定温度的水中析出后，则成为在一定温度下的饱和湿空气，由特 殊设计的管路进入混和气室；在混合气室内充分混和后的两路气体由进口管进入吸附脱附 单元的环境中。通过调节控制两路空气的流量，在混合气室可以形成温度在常温~90°C、相 对湿度在5%~95%范围内的湿空气。
[0012] 吸附脱附单元包括恒温箱体、吸附脱附室、绝热密封盖、温湿度传感器、外