[发明专利]卷烟燃烧锥气相温度测量装置及燃烧锥气相温度测量方法

说明书

技术领域

本发明属于卷烟试验技术领域，具体涉及一种卷烟燃烧锥气相温度测量装置，及一种卷烟燃烧锥气相温度测量方法。

背景技术

现有技术中，卷烟在燃烧过程中，会形成燃烧锥，燃烧锥的温度以及温度场分布是影响卷烟品质和降焦减害的重要参数之一。为实现对卷烟燃烧过程温度场分布的监测，一般用吸烟机来模拟吸烟的过程，并同时用卷烟燃烧锥温度测定仪测定卷烟在燃烧过程中的温度信息。卷烟燃烧锥温度包括固相温度和气相温度，卷烟燃烧锥表面的固相温度采用红外温度传感器来测量。卷烟燃烧锥内部气相温度的测量，需要采用热电偶插入到燃烧锥内，测量其内部气相温度。现有的用于卷烟燃烧锥气相温度场测量的测量系统包括四个部分：(1)热电偶；(2)热电偶支架；(3)数据采集硬件部分；(4)计算机控制系统及软件部分。

现有技术中，这几个部分的不足之处分别为：

(1)热电偶。现有技术的热电偶能满足卷烟燃烧锥的测温基本需求，但耐用性较差，导致整个测量系统的稳定性难以保证。

热电偶是整个测量系统的温度传感器，由于卷烟的尺寸限制(直径小于8mm，长度小于50mm)，卷烟的热容也很小。另外，卷烟的燃烧是动态向前推进的过程，在抽吸过程中温度变化速率快。所以要比较准确的测量卷烟燃烧锥内气相的温度，所用的温度传感器必须满足如下要求：尺寸很小，插入卷烟内部不至于对卷烟的物理性质造成很大的影响；热容小，响应时间短，能实时准确感知气相的温度变化。尺寸小的其热容也相应小，响应快；测温范围宽，燃烧的卷烟内部温度可达到1000℃，因此测温范围应在室温至1000℃之间；测温精度较高，目前用于卷烟燃烧锥气相温度场测量的测量系统，所采用的热电偶基本能达到以上基本要求。但是，由于热电偶要插入卷烟进行温度测量，为得到卷烟燃烧锥气相温度场的分布，需要多次平行测量，所以所用的热电偶，除满足以上条件外，还必须具有一定的耐用性，即能承受一定的机械强度。目前用于卷烟燃烧锥气相温度场测量的测量系统所采用的热电偶的耐用性较差，寿命短。

(2)热电偶支架：现有技术中，热电偶插入卷烟的位置和深度不可调节或不能方便调节；热电偶固定程序繁琐，不灵活，操作不方便，实验耗时长；热电偶支架太贴近卷烟。

热电偶是利用塞贝克效应测量温度的传感器。将两种金属丝一端焊接在一起，作为热端；另一端接电压测量仪表，作为冷端。为测量卷烟燃烧锥的温度场的分布，需同时将多只热电偶插入一只烟的设定部位，为保证该热电偶能稳定的插入到卷烟中，需要合适的热电偶固定装置。目前用于卷烟燃烧锥气相温度场测量的测量系统，所采用的固定装置存在的问题是：热电偶插入卷烟的位置和深度不可调节或不能方便调节；热电偶固定程序繁琐，不灵活，操作不方便，实验耗时长；热电偶支架太贴近卷烟。

(3)数据采集硬件部分：稳定性差，容易死机；通道数较少；现有技术使用的工业型数据记录器，其精度偏低，采集速率低；无法识别跟踪吸烟机的抽吸动作。

卷烟在抽吸过程中，燃烧锥的温度场的变化速率非常快，为了准确的测量卷烟燃烧锥气相的温度，数据采集硬件必须满足以下几个条件：较好的稳定性，较高的精度，较快的采集速率，能识别跟踪吸烟机的抽吸动作，使所采集到的温度信息与卷烟的实际抽吸过程同步。但目前已经有的该系统的数据采集的硬件没有很好的满足以上要求。

(4)计算机控制系统及软件部分：现有技术的软件具备基本功能，但自动化程度较差。

软件系统的基本功能是负责将硬件系统送来的信号读取并转换成可读的数据，并实时绘制曲线图和保存数据到文件。目前用于卷烟燃烧锥气相温度场测量的测量系统，软件部分能实现以上基本功能，但不具备以下应有的自动化功能：

(1)不具备与开始抽吸同步的自动开始采集。卷烟在抽吸过程中的温度变化速率非常快，为准确监测卷烟在抽吸过程中的温度场的变化规律，除了用高速率的数据采集系统外，还必须使卷烟燃烧锥温度测试仪的软件采集的开始与吸烟机的抽吸过程开始严格同步，否则采集到的温度场的信息会与实际过程错位。另外，吸烟机开始吸烟的过程包括了如下2个必须同时进行的过程和动作：一是点火过程，一是吸烟机接到抽吸指令后开始抽吸动作。若吸烟机的自动化程度不高，即点火和发出自动抽吸指令都需要人工完成时，必须要求该系统的软件具备自动开始采集的功能，否则1个实验操作者无法完成实验开始的操作。

(2)不具备自动停止功能。没有这一功能，设备采集一定的时间后，数据采集软件不能自动停止采集数据，实验操作者的必须手动完成，从而增加了操作步骤和工作量。