一種輻射測量菸絲填充值的裝置的製作方法
2023-09-13 00:08:10 1
專利名稱：一種輻射測量菸絲填充值的裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種菸草加工設備，尤其涉及一種測量菸絲填充值的裝置。
背景技術：
菸絲填充值(determination of filling power)是指捲菸菸絲在一定時間、一定壓力的持續作用下，單位質量所佔的容積。其原理是將一定質量的菸絲置於測量桶中，測量菸絲在一定時間和一定壓力作用下所保持的容積。填充值是影響卷制香菸質量的重要因素之一，當填充值大時，卷制的香菸用菸絲量少，香菸燃燒時透氣性好，煙氣中的焦油、尼古丁和一氧化碳含量也少，口感好；當填充值小時，卷制的香菸用菸絲量多，香菸燃燒時透氣性差，煙氣中的焦油、尼古丁和一氧化碳含量也多，口感差。因此及時測量出菸絲的填充值，並控制生產出填充值高的菸絲，對卷制出高質量的香菸有著重要意義。
目前我國各煙廠測量菸絲填充值絕大多數採用定時取樣、靜態測量的方法，這遠不能及時準確地反映出菸絲在實際生產中菸絲的填充值。因而卷制的香菸質量得不到保證。在我國已專門制定了行業標準《捲菸、菸絲填充值的測定行業標準》YC/T152-2001。
目前世界上只有德國生產在線菸絲填充值測量儀，它是採用50mm寬的三個壓輥測量皮帶機上菸絲的厚度，用電子皮帶秤計量皮帶上菸絲的重量。由於測量被三個壓輥壓過的菸絲厚度不能準確地代表整個皮帶上菸絲的厚度，其次，電子秤稱過的整個皮帶上菸絲的重量不是三個壓輥壓過的菸絲重量。因此，用該測量儀測得的菸絲填充值誤差較大。
用輻射法測量菸絲的重量如用核子秤，它是將放射源和輻射探測器橫跨安裝在皮帶機上皮帶上、下，它所測量的重量是皮帶上的菸絲重量，如用輻射方法測量菸絲的填充值時，則要求測量壓輥壓過的菸絲重量，如何測得壓輥壓過的這些菸絲重量，是輻射法測量菸絲填充值的一大難題。其次，核子秤計量，採用的計量公式為F＝KlnUi/Uo；式中F-皮帶上單位面積上物料重量(kg/M2)Uo-無物料時γ探測器輸出電壓Ui-有物料時γ探測器輸出電壓K-標定係數該係數K是用總重量法確定的。所謂總重量法，就是將假定的係數K1輸入到計算機，核子秤將連續地對一定量的菸絲稱重，得Wh；再將收集起來的這些菸絲用標準秤稱量，得重量W標，此後用Wh和W標對係數K1進行修正，K修＝(W標/Wh)×K1，再將K修輸入到計算機，重複上述步驟，直到誤差δ＝(W標-Wh)/W標×100％≤要求允許誤差為止。
在此，由於皮帶上的菸絲與壓輥壓過的菸絲混擾在一起，難以分開，因而無法稱量經壓輥壓過的菸絲重量，也就是無法用總重量法確定係數K。顯然，確定係數K是輻射法測量菸絲填充值的又一難題在專利號為ZL00235663.5專利中雖然提出了用輻射法稱重進行菸絲填充值的測量裝置，但該專利並未詳細公開該測量裝置如何有效地解決上述兩個問題。該測量裝置是在參照德國生產在線菸絲填充值測量儀工作原理的基礎上將電子秤測量改為核子秤測量，由於簡單用核子秤替代電子秤並沒有解決測量不準確的問題，甚至在一定程度上不能實現在線測量菸絲填充值。
本實用新型內容本實用新型所要解決的技術問題是提供一種輻射測量菸絲填充值的裝置，其能夠自動在線測量菸絲填充值，且測量準確度高，穩定性好、可靠性高、維修量小。
為了實現上述目的，本實用新型提供了一種實現輻射測量菸絲填充值的裝置，包括安裝在支架上的γ放射源、γ射線探測器、壓輥式測厚裝置、傳輸帶、控制處理系統，所述控制處理系統分別連接所述射線探測器和壓輥式測厚裝置，所述壓輥式測厚裝置的壓輥設置在所述傳輸帶上方和所述γ放射源的前方；其特點在於，所述控制處理系統至少包括一動態標定測量菸絲填充值的數據處理模塊；所述傳輸帶的下、上方或上、下方相對應的位置設置γ放射源和γ射線探測器；所述放射源和探測器沿傳輸帶移動方向的中心線或中心點和中心線形成一個平面，所述平面基本垂直於所述傳輸帶，且與所述傳輸帶交接線與所述壓輥壓過的菸絲流的中心線基本重合而形成重合區；所述γ放射源發出的γ射線通過所述重合區照射到所述探測器的射線靈敏區內。
上述的裝置，其特點在於，在所述探測器上方還設置一中間開有通孔的屏蔽板，所述γ放射源的γ射線可通過所述通孔照射到所述探測器的射線靈敏區內。
上述的裝置，其特點在於，所述通孔的寬度D≤壓輥寬度D1，所述通孔的長度L≤所述射線靈敏區的長度。
上述的裝置，其特點在於，所述屏蔽板的通孔面積是可調的。
上述的裝置，其特點在於，所述測厚裝置的壓輥為按直線排列的多個，最後的壓輥連接直線位移傳感器或角位移傳感器。
上述的裝置，其特點在於，壓輥式測位裝置包括安裝在支架上的壓輥、滑塊、導軌、直線位移傳感器，所述壓輥安裝在所述滑塊上，所述導軌連接到所述直線位移傳感器，所述滑塊和直線位移傳感器安裝在所述導軌內；所述直線位移傳感器與所述控制處理器電連接。
上述的裝置，其特點在於，壓輥式測厚裝置包括壓輥、連杆、支承軸、角位移傳感器，所述壓輥通過所述連杆和支承軸安裝在支架上，所述連杆與所述角位移傳感器連接，所述角位移傳感器與所述控制處理器電連接。
上述的裝置，其特點在於，所述壓輥為自旋轉壓輥，所述壓輥在接觸菸絲時的切線運動方向與傳輸帶移動方向相一致。
上述的裝置，其特點在於，在所述壓輥式測厚裝置前，還設有一菸絲整形料倉。
上述的裝置，其特點在於，所述壓輥為自旋轉壓輥，所述壓輥在接觸菸絲時的切線運動方向與傳輸帶移動方向相一致。
上述的裝置，其特點在於，所述γ放射源採用線源或點源，γ射線探測器採用電離室、或正比計數管、或G-M管、或NaI閃爍計數器，或塑料閃爍體。
採用上述技術方案的輻射測量菸絲填充值的裝置，其測厚裝置可準確地測出菸絲厚度，γ放射源與探測器能準確地測出被壓輥壓過的菸絲重量因而填充值測重裝置能夠自動在線測量菸絲填充值，且測量準確度高，穩定性好、可靠性高、維修量小。
以下結合附圖進一步說明本實用新型的具體實施例
圖1是本實用新型所示的第一種輻射自動測量菸絲填充值的裝置圖1a是圖1中A-A視圖圖2是本實用新型所示的第二種輻射自動測量菸絲填充值的裝置圖2a是圖2中I處的放大圖圖3是圖1和圖2中屏蔽板的主視圖圖3a是圖3的側視圖圖4是圖1中測厚裝置的示意圖圖4a是圖4中A-A處的剖視圖圖5是本實用新型所示的第三種輻射自動測量菸絲填充值的裝置圖5a是圖5中測厚裝置的示意圖圖5b是圖5a中B-B處的剖視圖圖6是本實用新型的控制處理系統根據測得的hi對k進行修正的框圖。
其中，附圖標註說明1-控制處理系統，2-γ射線探測器，21-電離室收集極，22-電離室高壓極，3-屏蔽板，4-壓輥，5-連杆，51-支承軸，5』-滑塊，6-導軌，7-角位移傳感器，7』-直線位移傳感器，8-菸絲，9-放射源，10-支架，11-上皮帶，12-螺杆，12a-調整螺母，20-外殼。
具體實施方式
在圖1中，本實用新型為了使放射源9和γ射線探測器2僅僅給出壓輥壓過的菸絲重量，將放射源9和γ射線探測器2縱向安裝在皮帶機的上皮帶11的上、下，並置於壓輥4的後邊，使放射源9和γ射線探測器2的中心線相互平行，且在一個平面內，該平面垂直於上皮帶11，平面與上皮帶11的交接線應與壓輥4壓過的菸絲流的中心線相重合，以便使壓輥壓過的菸絲，由輸送帶傳送、穿過γ放射源到控測器間的γ射線區。
其次，在γ射線探測器2上方置有γ射線屏蔽板3，其上開有寬為D，長為L的長方孔，這裡D和L分別與壓輥4的寬度和γ射線探測器2的γ射線靈敏區的長度相適應，以保證準確地測出壓輥4壓過的菸絲8重量。
在控制處理系統1中本實用新型的實施例設計了一種測量菸絲填充值的數學模型計算模塊填充值的定義捲菸菸絲在一定時間、一定壓力的持續作用下，單位質量所佔的容積。
靜態測量填充值的方法是用一個圓柱型直徑為60mm的量筒，將被測菸絲填充值的20g菸絲(含水分約12.5％)均勻地散落在量筒內，上壓3公斤的施壓測塊，持續30秒後，讀出菸絲的高度，便可求出菸絲的填充值d＝πr2.h/m……①式中d——菸絲填充值，cm3/g；r——測筒的半徑，cm；h-受壓後菸絲的高度，cm；m——菸絲的質量，g。
用輻射測量方法測量菸絲填充值，假設V-菸絲佔有的體積W-菸絲的重量皮帶速度為υi，壓輥寬度D，在ti秒內測厚裝置測量的菸絲平均厚度為hi，則通過壓輥的菸絲體積為Vi＝D·υi·ti..·hi在t秒內，輻射探測器2給出的菸絲重量Wi＝F·υi·ti·D，因F＝Kln(Ui/Uo)，所以Wi＝Kln(Ui/Uo)·υi·ti·D根據公式①d＝V/W＝(D·υi·ti.·hi)/(Kln(Ui/Uo)·υi·ti·D)＝hi/Kln(Ui/Uo)---②式中hi-測厚裝置測出的菸絲厚度Uo-無物料時γ射線探測器輸出電壓Ui-有物料時γ射線探測器輸出電壓K-標定係數公式②就是本實用新型用輻射法測量菸絲填充值的運算處理模塊。
上述公式中的係數K是用已知菸絲填充值(用靜態測量方法測出)經實物標定、修正而確定的。填充值標定方法就是先將設定好的係數Kl輸入到控制處理系統1的計算機，再將具有一定量的、同一填充值d的菸絲餵入輸送機通過多個壓輥4和γ射線探測器2，此時計算機按公式d＝h/KlnUi/Uo，對菸絲填充值進行測量，得d1，接著再用d和d1對K1進行修正得K2，K2＝(d1/d)·K1，以此類推，反覆多次，直至Ki滿足δ＝(d-di)/d·100％≤所要求的誤差為止。
由於皮帶11上菸絲厚度不同，所以散射因子影響也不同，因而不能將K視為常數，所以必須求出菸絲厚度hi與係數Ki之間的變化關係，其方法是用已知相同d值的菸絲，在不同厚度h1、h2……hi情況下對係數K進行標定，相應的得到K1、K2……Ki，得到hi與Ki的變化關係曲線，再用曲線擬合法得到hi和Ki之間的變化關係，並存入控制處理系統1的計算機。在對菸絲填充值進行測量時，根據測得的菸絲厚度hi對Ki進行修正。
具體操作步驟如下步驟一、用已知填充值d0的菸絲對係數k進行修正假設空帶運行了3分鐘，測得U0＝4.35V；用靜態方法測得菸絲的平均填充值d0為4.5cm3/g；先設標定係數k1＝20，並輸入控制處理系統1的計算機，再將菸絲填充值為d0＝4.cm3/g的菸絲餵入輸送機，並使其通過壓輥4和該探測器，此時該計算機進行採集來自測厚儀信號和探測器信號，並在t秒內，測出菸絲平均高度為h1＝4.88cm，探測器的輸出電壓信號平均值為U1＝4.1V，最後，該計算機測得的菸絲填充值d1=h1k1LnU1U0=4.8820Ln4.14.35=4.88200.05919=4.126]]>而後，用d0＝4.5cm3/g，d1＝4.126cm3/g和k1＝20對k進行修正，得k2=d1d0k1=4.1264.520=18.342;]]>將k2再輸入該計算機，再將d0＝4.5的菸絲餵入輸送機，並使其通過壓輥和探測器，此時該計算機進行採集信號，在t秒內得出菸絲平均高度h2為4.83cm，探測器輸出電壓平均值為U2＝4.102V，最後，計算機測得菸絲填充值d2=h2k2LnU2U0=4.8318.342Ln4.1024.35=4.8318.3420.05871=4.485]]>=d0-d2d0100%=4.5-4.4854.5100%=0.3%]]>要求誤差時，標定完畢。如δ滿足不了要求，按上述方法，繼續對k進行修正，直至滿足要求為止。
步驟二，求h1，……，hi與k1，……，ki的變化關係在上面(1)中已找到第一點h1＝4.83時，k1＝18.342，仍用已知d0＝4.5的菸絲，在h2≤h1，某一穩定高度時餵料，通過壓輥和探測器，此時計算機進行信號採集，在t秒時間內，測得平均h2＝6.32cm，探測器輸出電壓U2＝4.02V，計算機計算出d2=h2k1LnU2U0=6.3218.342Ln4.024.35=6.3218.3420.07889=4.367,]]>而後用d0＝4.5和d2＝4.367和k1＝18.342對k進行修正，求出k2=d2d0k1=4.3674.518.342=17.79,]]>由此得到hi和ki之間的第二點，h2＝6.32cm，k2＝17.79；以此類推，用同樣的方法求出第三點h3＝7.8，k3＝17.13，Ui的平均值為3.931；第四點h4＝9.4，k4＝16.21，Ui的平均值為3.824等等。由此可得hi和ki之間的變化關係。將上述數據列表如下 以ki為縱坐標，hi為橫坐標畫出點1，2，3，4，連接1-2，2-3，3-4各線便求出了hi和ki的關係曲線。
從關係曲線中不難得出，在h2和hi之間k值的變化方程式為ki=k1-k1-k2h2-hi(hi-h1)=18.342-18.342-17.796.32-4.83(hi-4.83)(a)]]>在h2和h3之間，k值變化方程式為ki=k2-k2-k3h3-h2(hi-h2)=17.79-17.79-17.137.8-6.32(hi-6.32)(b)]]>在h3和h4之間k值變化方程式為ki=k3-k3-k4h4-h3(hi-h3)=17.13-17.13-16.219.4-7.8(hi-7.8)(c)]]>在計量時，要求所餵入的菸絲高度保持在h1-h4之間變化。控制處理系統1根據測得的hi按圖6所示步驟對k進行修正。
最後按公式di=hikiLnUiU0]]>求出菸絲填充值。
由於菸絲填充值的大小與菸絲的溫度、含水量有關，本裝置可與紅外測溫儀和紅外水分測量儀聯用，做出溫度、水分對填充值影響的關係曲線，在測量填充值時，根據測得的菸絲溫度、水分對菸絲的影響量，對填充值進行修正。
在圖1、圖1a、圖3、圖4、圖4a中，本實用新型揭示了採用控制處理系統1進行菸絲填充值測量的裝置。該裝置主要有輻射稱重裝置(含放射源9、γ射線探測器2、屏蔽板3)、多輥式菸絲測厚裝置(含多個壓輥4、連杆5、支撐軸51、角位移傳感器7)、控制處理系統1及支架10和外殼20等組成。γ射線探測器2和角位移傳感器7的輸出信號通過電纜與控制處理系統1相連接。放射源9安裝在外殼20頂板上，γ射線探測器2固定在外殼20的底版上，屏蔽板3安裝在γ射線探測器2的上方，測厚裝置安裝在γ射線探測器2的前方，並使測厚裝置的多個壓輥4與上皮帶11相接觸。
該裝置主要特點(1)γ射線放射源9和γ射線探測器2分別安裝在輸送機上皮帶11的上、下，且兩者的中心線與上皮帶11運行方向一致；屏蔽板3安裝在γ射線探測器9的上方；測厚裝置的多個壓輥4安裝在輻射稱重裝置前方並與上皮帶11相接觸，又要求γ射線放射源9和γ射線探測器2的中心線相互平行，且在一個平面內，該平面與皮帶相交線與多個壓輥4壓過的菸絲流的中心線相重合，以便使壓輥壓過的菸絲，由輸送帶傳送、穿過γ放射源到控測器間的γ射線區。
(2)γ射線放射源9採用241Am線狀放射源，γ射線探測器2採用薄壁正比計數管。
(3)測厚裝置採用多輥式測厚裝置，它是由多個壓輥4、連杆5、支撐軸51、角位移傳感器7和固定支架10組成。壓輥4的連杆5與角位移傳感器7相連，採用多個壓輥5的目的是使菸絲8受到一定持續時間的壓力。
(4)屏蔽板3開有長方孔，開孔尺寸與壓輥4寬度和γ射線探測器3的γ射線靈敏區長度相適應，可保證準確測出被壓菸絲的重量。用雙螺母12a將屏蔽板3安裝在已固定在外殼20頂板上或底板上的四根螺杆12上，並可調節屏蔽板到放射源或探測器之間的距離。
(5)位移傳感器可選用光柵或磁柵。
(6)控制系統可選用PLC或工業控制PC機。
在圖5、圖5a和圖5b中，本實用新型的另一實施例放射源9採用241Am線源，長度為300mm的兩個源，強度100-150毫居，它安裝在輸送帶的下方，γ射線探測器2採用薄壁電離室，它安裝在輸送帶的上方，其靈敏區長度為600mm；屏蔽板3採用厚度為6mm，長為1000mm，寬為200mm的鐵板，在其中間開有長方孔(55mm×600mm)，它安裝在放射源的上方；測厚裝置的壓輥4為不鏽鋼φ100mm，寬50mm，其重量應滿足靜態測量填充值的壓力要求；測量厚裝置包括壓輥4、滑塊5』，導軌6，直線位移傳感器7』，其中直線位移傳感器7』採用直線光柵式位移傳感器；控制處理系統採用PLC。
本實用新型的另一實施例採用241Am點源，強度100-150毫居，γ射線探測器2採用φ55mm NaI閃爍晶體；屏蔽板3採用100mm×100mm、中間開Φ50mm的圓孔的鐵板，其他與以上方案相同。
此外，為了調整屏蔽板3與該γ射線探測器2之間的距離，在屏蔽板上利用一調節螺杆12和螺母12a固定該屏蔽板3，當調節該螺杆12和螺母12a時可以調整調整屏蔽板3與該γ射線探測器2之間的距離，從而使γ射線通過屏蔽板通孔後照射到γ射線探測器2射線靈敏區內的範圍發生變化，進而調整了照射面積，提高了測量精度。此外，該屏蔽板3的長方形通孔也可設計成通孔面積大小可調的形式，如通過插板、折板等均可調整通孔面積。
為了使上述方案更好地實施，在壓輥4上還可以設置有自旋轉機構，讓壓輥在皮帶移動的同時自轉，以防止菸絲因壓輥4受阻而在皮帶上起堆，影響測量。自旋轉機構可通過設置一微型馬達通過減速驅動壓輥，當壓輥4自轉時，菸絲隨皮帶11在同一運動方向上移動很容易進入壓輥4下方。
同進，為了儘可能減少菸絲在皮帶上起堆，本實施例中，還可在菸絲料倉料門處設置一整形壓輥使菸絲餵入皮帶時經過一整形壓輥，菸絲被壓形成比較平整的形狀，這有助於測量壓輥工作，保護菸絲在遇到測量壓輥時不起堆。
本實用新型的有益效果
(1)該裝置可準確地測出菸絲的厚度；輻射稱重裝置可準確地測出經壓輥壓過的菸絲重量，固而該裝置的測量準確度高。
(2)該裝置實時地對菸絲填充值進行測量與控制，確保菸絲的質量。
(3)該裝置採用輻射稱重法，該法為非接觸式稱重，它具有穩定性好、可靠性高、維修量小等優點。
權利要求1.一種實現輻射測量菸絲填充值的裝置，包括安裝在支架上的γ放射源、γ射線探測器、壓輥式測厚裝置、傳輸帶、控制處理系統，所述控制處理系統分別連接所述射線探測器和壓輥式測厚裝置，所述壓輥式測厚裝置的壓輥設置在所述傳輸帶上方和所述γ放射源的前方；其特徵在於，所述控制處理系統至少包括一動態標定測量菸絲填充值的數據處理模塊；所述傳輸帶的下、上方或上、下方相對應的位置設置γ放射源和γ射線探測器；所述放射源和探測器沿傳輸帶移動方向的中心線或中心點和中心線形成一個平面，所述平面基本垂直於所述傳輸帶，且與所述傳輸帶交接線與所述壓輥壓過的菸絲流的中心線基本重合而形成重合區；所述γ放射源發出的γ射線通過所述重合區照射到所述探測器的射線靈敏區內。
2.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，在所述探測器上方還設置一中間開有通孔的屏蔽板，所述γ放射源的γ射線可通過所述通孔照射到所述探測器的射線靈敏區內。
3.根據權利要求2所述的裝置，其特徵在於，所述通孔的寬度D≤壓輥寬度D1，所述通孔的長度L≤所述射線靈敏區的長度。
4.根據權利要求2或3所述的裝置，其特徵在於，所述屏蔽板的通孔面積是可調的。
5.根據權利要求1或2所述的裝置，其特徵在於，所述測厚裝置的壓輥為按直線排列的多個，最後的壓輥連接直線位移傳感器或角位移傳感器。
6.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，壓輥式測位裝置包括安裝在支架上的壓輥、滑塊、導軌、直線位移傳感器，所述壓輥安裝在所述滑塊上，所述導軌連接到所述直線位移傳感器，所述滑塊和直線位移傳感器安裝在所述導軌內；所述直線位移傳感器與所述控制處理器電連接。
7.根據權利要求1所述的裝置，其特徵在於，壓輥式測厚裝置包括壓輥、連杆、支承軸、角位移傳感器，所述壓輥通過所述連杆和支承軸安裝在支架上，所述連杆與所述角位移傳感器連接，所述角位移傳感器與所述控制處理器電連接。
8.根據權利要求6所述的裝置，其特徵在於，所述壓輥為自旋轉壓輥，所述壓輥在接觸菸絲時的切線運動方向與傳輸帶移動方向相一致。
9.根據權利要求1、2、3、4、6、7或8所述的裝置，其特徵在於，在所述壓輥式測厚裝置前，還設有一菸絲整形料倉。
10.根據權利要求4所述的裝置，其特徵在於，所述壓輥為自旋轉壓輥，所述壓輥在接觸菸絲時的切線運動方向與傳輸帶移動方向相一致。
11.根據權利要求1或2所述的裝置，其特徵在於，所述γ放射源採用線源或點源，γ射線探測器採用電離室、或正比計數管、或G-M管、或NaI閃爍計數器，或塑料閃爍體。
專利摘要本實用新型公開了一種實現輻射測量菸絲填充值的裝置，包括安裝在支架上的γ放射源、γ射線探測器、壓輥式測厚裝置、傳輸帶、控制處理系統，控制處理系統分別連接所述射線探測器和壓輥式測厚裝置，壓輥式測厚裝置的壓輥設置在傳輸帶上方和γ放射源的前方；控制處理系統至少包括一動態標定測量菸絲填充值的數據處理模塊；傳輸帶的下、上方或上、下方相對應的位置設置γ放射源和γ射線探測器；放射源和探測器沿傳輸帶移動方向的中心線或中心點和中心線形成一個平面，所述平面基本垂直於所述傳輸帶，且與傳輸帶交接線與壓輥壓過的菸絲流的中心線基本重合而形成重合區；所述γ放射源發出的γ射線通過所述重合區照射到所述探測器的射線靈敏區內。
文檔編號G01N23/00GK2676195SQ20032012950
公開日2005年2月2日 申請日期2003年12月18日 優先權日2003年6月20日
發明者邸生才 申請人:邸生才