本发明涉及烟草热物性测量领域，具体涉及一种适应于烟草热物性测量的恒温恒湿试验装置及方法。
背景技术：
烟草是一种热敏性生物质材料，在变温条件下，烟草热物理状态容易发生改变，而烟草热物性测量要求测试样品状态稳定。以往烟草变温条件下热物性测量控温控湿装置相对简单，控温控湿不够精确，因此，研究设计一套有效的恒温恒湿装置对烟草热物性测量有着重要的意义。
烟草热物性测量过程中温度和湿度是两个重要的参数，温湿度控制是否精确直接影响烟草热物性测量结果的有效性和可靠性。在烟草体系的温度趋于均匀的过程中，水分会发生迁移，这样会导致烟草水分分布不均，从而导致烟草热物性测量结果不可靠。
烟草的热物性参数对烟机设备设计开发和热工过程控制参数具有指导性的作用，而温度和湿度是烟草热物性测量过程中的两个重要参数，所以，温湿度准确控制对烟草热物性测量至关重要。但是，以往烟草热物性测量温湿度控制装置相对简单，难以避免温度不均、水分迁移等问题，很难得到变温条件下准确可靠的热物性参数。
技术实现要素：
针对烟草热物性测量现状和现有技术的上述不足，本发明的目的是提供一种适用于烟草热物性测量的恒温恒湿试验装置，该装置适应于不同的热物理状态，可为烟草变温条件下热物性测量提供试验平台，以使测试样品内温度和湿度均匀，提高烟草热物性测量的准确性和可靠性。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
一种适用于烟草热物性测量的恒温恒湿试验装置，包括样品仓、为样品仓外部提供恒温的水浴恒温系统、为样品仓内提供恒温恒湿气体的气路恒温恒湿系统、以及数据采集系统、控制系统和计算机；所述水浴恒温系统包括恒温循环水泵、恒温水浴箱及相应循环管路，样品仓设置在恒温水浴箱中；所述气路恒温恒湿系统包括恒温水箱,设置在恒温水箱中的加热棒、气泡盘、气体混合腔以及饱和蒸汽腔，气体混合腔上分别设有与饱和蒸汽腔连通的饱和蒸汽入口、以及与绝干空气气源连通的干空气入口，气体混合腔的出气口通过管路与样品仓连通，在气体混合腔的干空气进气管路上设有换热器；所述数据采集系统包括设置在样品仓上的进、出口气流温湿度传感器，相应设置在水浴恒温系统、气路恒温恒湿系统中的温度传感器以及数据采集卡构成；所述控制系统包括设在干空气进气管路上的干空气流量控制器，设在气泡盘进气管路上的饱和蒸汽流量控制器，用于控制恒温水箱水温的PID温控仪和继电器；所述数据采集系统和控制系统均与计算机相连接。
在本发明中，样品仓的数量为两个，均设置在恒温水浴箱中，样品仓内均与气路恒温恒湿系统连通，在两样品仓上均设置有进、出口气流温湿度传感器。
设置在水浴恒温系统、气路恒温恒湿系统中的温度传感包括设在样品仓上的进、出口气流温湿度传感器，设在恒温水浴箱上的温度传感器，设在恒温水箱上的水箱温度传感器，以及饱和蒸汽传感器和气体混合腔温度传感器。
在本发明中，控制系统的控制方式采用闭环回路控制，即恒温水箱采用PID自整定的恒温控制方法，通过将恒温水箱温度传感器测量反馈的温度值与设定值比较，控制继电器的通断进而控制加热棒是否工作。
该试验装置的各管路上均包覆有保温隔热材料。
利用上述试验装置进行样品恒温恒湿试验的方法，是通过分别对恒温水箱水温、水浴箱水温、混合腔内的气流温度、湿度以及流量参数进行有效控制，使得水浴箱水温和进入样品仓的混合气流温湿度保持恒定值，从而保证样品仓内的烟草样品自身含水率与温度保持恒定，提高烟草热物性测量的准确性。
采用上述结构的烟草热物性测量恒温恒湿试验装置，其特点为：
1)恒温循环水泵具备加热与控温功能，与水浴箱连接的管路外覆有保温材料，一定温度的水通过恒温循环水泵建立封闭循环，保证样品仓四周维持在设定的温度，温度调节范围为0～100℃，温度控温精度±0.2℃。
2)气泡盘产生气泡到达恒温水箱上部成饱和蒸汽，饱和蒸汽与经加热的干空气按设定比例充分混合，混合比例在0～100%范围内，湿度控制精度±0.5%。
3)一定温湿度的混合气体不断的通入样品仓中，一定时间后，样品仓内烟草样品处于水分吸附脱附动态平衡，此时，烟草样品具备均匀的温度和湿度，达到烟草热物性测量的条件。
本发明的优点如下：在温度控制方面，采用恒温循环水泵对样品仓进行水浴加热，并辅以对通入样品仓混合气体进行恒温加热，可对样品仓进行精确控温，控温范围0～100℃，控温精度±0.2℃；湿度控制方面，采用饱和蒸汽和干空气任意比例混合通入烟草样品，使烟草样品处于吸附脱附动态平衡的方式使样品含水率保持恒定，避免了变温过程中水分迁移对烟草热物性测量的影响，控湿范围0～100%，调节范围广，控湿精度±0.5%。
附图说明
图1为本发明的用于烟草热物性测量的恒温恒湿试验装置结构示意图。
图1中：1-恒温水箱，1.1-恒温水箱温度传感器；1.2-混合腔温度传感器，1.3-饱和蒸汽温度传感器；2-水浴箱，2.1-水浴箱温度传感器；3-样品仓；3.1-样品仓进口气流温湿度传感器；3.2-样品仓出口气流温湿度传感器；4-饱和蒸汽腔,5-混合腔；6-换热器；7.1-饱和蒸汽流量控制器；7.2-干空气流量控制器；8-加热棒；9-气泡盘；10-PID温控仪；11-继电器；12-数据采集卡；13-恒温循环水泵；14-串口服务器；15-电脑。
图1中：1.1-恒温水箱；1.2-水浴箱；2-样品仓；2.1-样品仓进口气流温湿度传感器；2.2-样品仓出口气流温湿度传感器；3-水浴温度传感器；4.1-水箱温度传感器；4.2-混合腔温度传感器，4.3-饱和蒸汽温度传感器；5-混合腔；6-换热器；7.1-饱和蒸汽流量控制器；7.2-干空气流量控制器；8-加热棒；9-气泡盘；10-PID温控仪；11-继电器；12-数据采集卡；13-恒温循环水泵；14-串口服务器；15-电脑。
具体实施方式
本发明以下结合附图做进一步描述：
如图1所示：一种用于烟草热物性测量的恒温恒湿试验装置，包括样品仓3、为样品仓外部提供恒温的水浴恒温系统、为样品仓内提供恒温恒湿气体的气路恒温恒湿系统、以及数据采集系统、控制系统和计算机；所述水浴恒温系统包括恒温循环水泵12、恒温水浴箱2及相应循环管路，样品仓3设置在恒温水浴箱2中；所述气路恒温恒湿系统包括恒温水箱1,设置在恒温水箱中的加热棒7、气泡盘8、气体混合腔5以及饱和蒸汽腔4，气体混合腔5上分别设有与饱和蒸汽腔4连通的饱和蒸汽入口、以及与绝干空气气源连通的干空气入口，气体混合腔4的出气口通过管路与样品仓3连通，在气体混合腔4的干空气进气管路上设有换热器6；所述数据采集系统包括设置在样品仓3上的进、出口气流温湿度传感器3.1、3.2，相应设置在水浴恒温系统、气路恒温恒湿系统中的温度传感器以及数据采集卡12构成；所述控制系统包括设在干空气进气管路上的干空气流量控制器7.2，设在气泡盘进气管路上的饱和蒸汽流量控制器7.1，用于控制恒温水箱1水温的PID温控仪10和继电器11；所述数据采集系统和控制系统均与计算机15相连接。
在本发明中，样品仓3的数量为两个，均设置在恒温水浴箱2中，样品仓内均与气路恒温恒湿系统连通，在两样品仓上均设置有进、出口气流温湿度传感器3.1、3.2。
设置在水浴恒温系统、气路恒温恒湿系统中的温度传感包括设在样品仓上的进、出口气流温湿度传感器3.1、3.2，设在恒温水浴箱上的温度传感器2.1，设在恒温水箱上的水箱温度传感器1.1，以及饱和蒸汽温度传感器1.3和气体混合腔温度传感器1.2。
具体工作步骤及控制过程如下：
如图1所示，恒温循环水泵13将恒定至设定温度的水送入水浴箱2中，以保持样品仓3四周恒温，同时通过水浴温度传感器2.1检测水浴箱2内水温是否达到设定值；通过加热棒8加热恒温水箱1中的水，同时由水箱温度传感器1.1测量其中水温，并将温度数据送入PID温控仪10与设定值进行对比，根据对比结果通过继电器11控制加热棒8是否加热，使恒温水箱1中水温保持恒定；一路压缩空气流量通过饱和蒸汽流量控制器7.1进行控制，经相应管路通入气泡盘9在水中产生微小气泡，从而产生该水温条件下的饱和蒸汽，饱和蒸汽温度由饱和蒸汽温度传感器4.3进行检测，饱和蒸汽随后进入混合腔5中；干空气流量由干空气流量控制器7.2控制，干空气经相应管路进入换热器6与恒温水箱1.1中水进行热量交换，使其温度加热至与水温相同，随后进入混合腔5中与饱和蒸汽按设定比例混合成一定温湿度的湿空气，混合腔中湿空气温度由混合腔温度传感器1.2进行检测；饱和蒸汽和压缩空气经混合后形成的混合气经相应管路进入样品仓3中，样品仓3进口气流温度由样品仓进口气流温湿度传感器3.1进行检测，样品仓3出口气流温度由样品仓出口气流温湿度传感器3.2进行测量。
通过分别对恒温水箱水温、水浴箱水温、混合气流温度、湿度以及流量等参数进行有效控制，使得水浴箱水温和进入样品的混合气流温湿度保持恒定值，从而保证烟草样品自身含水率与温度保持恒定，提高烟草热物性测量的准确性。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。