用於確定香菸製造機上纖狀材料流密度的方法和裝置的製作方法
2023-06-10 23:17:16
專利名稱：用於確定香菸製造機上纖狀材料流密度的方法和裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及用於確定香菸製造機上纖狀材料流密度的方法和裝置。
在下列的描述中，將只參考一種香菸製造機和一種確定連續香菸棒中菸絲密度的方法。
眾所周知，在香菸製造機上，真空輸送機從料箱中提取菸絲，並將菸絲放置在連續的紙帶上；然後，紙帶的縱向邊緣彼此重疊地包捲菸絲；這樣形成的連續香菸棒被傳送到切割部分，切割裝置將連續的香菸棒切割成單香菸或雙香菸。
通常，菸絲在香菸中的分布應是不均勻的，並且特別地，其兩端的密度要大於中部的密度，以防止菸絲的掉出和過濾嘴的脫落，同時也保證香菸中部的正確通風。為了做到這一點，與香菸中部相比，應在香菸的兩端處布置更多的菸絲，為此，在輸送機輸送菸絲的路線上裝有一臺轉動刮削裝置，用於將菸絲刮削成具有與所要求的密度相應的形狀。刮削裝置的高度是可調節的，以便控制每根香菸的平均菸絲量(平均密度或重量)，並且刮削裝置的速度也是可調的，以便使連續香菸棒的切割處(兩根香菸的連接處)獲得較多的菸絲；上述調節是根據要求的菸絲分布與切割部分上遊處實際菸絲分布之間的偏差來進行的。
目前，用於確定菸絲實際分布的方法很多，多數方法都是在成形部分和切割部分之間的香菸棒傳送路線上使用β射線傳感器，這種傳感器包括放射源和布置在香菸棒兩側的β射線檢測器。放射源通常包括一個鍶芯(Sr90)，並封裝在一個防護容器中，容器上開有一個面向香菸棒的孔；檢測器包括一個電離室和一個用於測量入射輻射能量的電位計。根據入射輻射能量的波動，與檢測器相連的電子系統確定出菸絲密度的變化，並根據情況控制刮刀的動作。
雖然上述方法是準確和可靠的，但主要由於使用了有害的射線，這種方法也帶來了許多問題，一方面，需要對操作人員採取特殊的保護措施，另一方面，存在著廢棄放射芯的存放問題。此外，所需要的輻射能量與香菸棒的運動速度有關，因此，現代的、生產高速機器的趨勢要求提供更大的輻射能量。為了解決這些問題，人們設計出了各種不同類型的傳感器，然而，由於這些傳感器對菸絲的溼度，顏色以及或多或少地對菸絲的纖狀結構比較敏感，所以這些傳感器的效率受到很大影響。
本發明的目的在於在不使用涉及有害射線的傳感器的條件下，提供一種準確、可靠的方法和裝置，用於確定材料流中的菸絲的質量。
根據本發明，提供了一種確定香菸製造機上纖狀材料流密度的方法，上述纖狀材料流中包括固體成分和液體，它們的比例是變化和未知的；這種方法的特徵在於包括下列步驟進行第一電容測量，用於獲得第一信號，此信號是上述纖狀材料流中固體成分密度和液體密度的函數；進行第二超聲波測量，用於獲得第二信號，此信號與上述纖狀材料流中固體成分的密度有關；以及根據上述的第一和第二信號，生成表示上述纖狀材料流密度的第三信號。
根據本發明，也提供了一種確定香菸製造機上纖狀材料流密度的裝置，上述纖狀材料流包括固體成分和液體，它們的比例是變化和未知的；這種裝置的特徵在於包括第一電容傳感器，用於產生第一信號，此信號是上述纖狀材料流中固體成分密度和液體密度的函數；第二超聲波傳感器，用於產生第二信號，此信號與上述纖狀材料流中固體成分的密度有關；以及輸入有第一和第二信號的第一生成裝置，用於生成表示上述纖狀材料流密度的第三信號。
下面將通過參考附圖對本發明的若干非限定性實施例進行說明，其中
圖1是一臺裝有根據本發明實施例裝置的香菸製造機的示意圖2是根據本發明裝置的框圖；圖3表示的是由電容傳感器測定的、關於菸絲外廓形狀的實驗室試驗曲線；圖4是一機器的斷面圖，表示了根據本發明裝置的細部結構；圖5是一機器的斷面圖，進一步表示了根據本發明裝置的細部結構；圖6是一香菸製造機的斷面圖，表示了根據本發明裝置的細部變化；圖7和8是安裝在根據本發明的裝置上的傳感器電路圖。
圖1中的數字1表示的是香菸製造機，它包括菸絲供料機構2(只表示了局部)和供紙機構3。在菸絲供料機構2中只示出了上流輸送管4和輸送機5，輸送機5在輸送管4和菸絲卸料部分6之間延伸；而供紙機構3包括具有皮帶8的輸送機7，成形梁9以及切割部分10。按照已知的方式，導管11在輸送機5的內部產生真空，利用沿底部布置的孔12，輸送機5從輸送管4中提取菸絲，從而形成了連續的菸絲層13；並且在菸絲輸送路線上，在輸送機5的下方，裝有一個具有凹槽15的轉動刮削裝置14，轉動刮削裝置14按照已知的方式刮去多餘的菸絲，以便獲得預定的菸絲層13的外廓形狀。
在卸料部分6，經過刮削的菸絲層13被放置在連續的紙帶16上，紙帶16的兩個縱向邊緣在成形梁中彼此重疊包卷和粘貼，從而形成了連續的香菸棒17。在棒17的輸送路線上，裝有兩個作為本發明裝置一部分的傳感器18，19，用於確定棒17中菸絲的分布，並且其中的傳感器18位於香菸棒17下遊側的成形梁9的內部，而傳感器19布置在切割部分10上遊側的梁9的出口處。然後，棒17經過切割部分10，在該處，棒17被切割成香菸部分20。雖然在圖1中未示出，機器1的部件(除了輸送管4)都是雙聯的，從而形成了兩條並排的和平行的工作線。
傳感器18和19與處理單元21相連，處理單元21用於處理由傳感器18和19所產生的信號，並確定棒17中的實際菸絲分布情況，根據實際菸絲分布與預定菸絲分布的偏差，處理單元21調整刮削裝置14的高度和速度。處理單元21也提供其它功能，例如數據統計的計算，偏差百分比的計算等。
如圖2所示，把由傳感器18，19提供的信號合併在一起，以便準確地確定棒17中的實際菸絲分布。更詳細地說，傳感器19是電容傳感器，其電容量既取決於固體菸絲也取決於香菸棒中的水分，因此，經過適當處理的傳感器19的輸出信號根據下列關係變化DC=K1×mT×(K2+mW/mT) (1)其中K1和K2是兩個已知的、取決於傳感器、菸絲和水特性的常數；而mT是固體菸絲的質量，以及mW是香菸棒中水的質量。
因此，電容傳感器19提供了一個電壓輸出信號(圖3)，這個信號能夠準確地再現沿香菸棒方向的菸絲質量(密度)，但這種信號對香菸棒中的水分高度敏感。由於絕緣特性不同，事實上，電容傳感器對水的敏感性遠比對固體菸絲的敏感性高得多。此外，由於電容傳感器的輸出信號沒有直接反映出香菸棒的總密度，即兩種成分的總密度，因此電容傳感器本身不能測量香菸棒的密度，甚至不能區分固體菸絲和水各自佔的比重。
為了計算香菸棒中材料(固體菸絲和水)的實際質量，應獨立地對固體菸絲的質量(密度)進行測量，以便將固體菸絲成分與電容傳感器19的輸出信號中水的成分分開，並從而計算出總的密度(質量)。由於具有適當頻率的超聲波對所檢測材料中的溼度不敏感，使得輸出信號能夠直接表示固體菸絲的質量mT，因此，第二測量使用了第二超聲波傳感器18。
超聲波傳感器18本身也不能提供香菸棒17的總密度，但通過將由傳感器18測量的mT值代入式(1)，可以確定水的質量mW，並且再通過把水的質量和固體菸絲的質量相加，則可以確定出總質量。通過測量香菸棒上非常小的部分(特別是傳感器所「觀察」到的體積)，可以計算出固體菸絲和水的總密度，從而獲得逐點的密度樣本，或通過測量預定長度上的香菸棒部分，可以得到上述部分中固體菸絲和水的平均質量值。在後一種情況下，可以獲得平均的總密度值，而香菸棒的總密度的變化由電容傳感器所確定。
傳感器18，19的輸出信號輸入到單元22，單元22用於確定香菸棒17中水的密度和材料的總密度。如上所述，單元22在理論上可分為兩部分用於計算香菸棒材料中水的質量(密度)的部分22a；以及通過把固體菸絲的質量(密度)與香菸棒中水的質量(密度)相加從而計算出香菸棒材料的總質量(密度)的部分22b。然後，單元22的輸出信號輸入到單元23，根據所要求的香菸棒17的材料分布，單元23以已知的方式產生控制信號，用於調整刮削裝置14(圖1)的高度和速度。
單元23也具有數據統計處理的功能，並且可以根據傳感器的信號用於確定其它信息，例如，根據水質量和固體菸絲質量的比例(mW/mT)，確定菸絲的溼度等。單元22，23通常都是處理單元21的組成部分。
電容傳感器19的可能安裝位置如圖4所示，圖中24a，24b表示香菸製造機的兩條生產線，17a，17b表示兩個香菸棒的斷面，以及19a，19b分別表示傳感器。
每個電容傳感器19a，19b都包括各自的一對電極25a，25b，以及各自的電子信號處理及控制電路26a，26b。電子電路26a，26b的相應信號通過各自的線路27a，27b輸入到處理單元21。此外，電容傳感器19a，19b還有一個電源裝置28和外殼29。
為了使超聲波傳感器18具有最大的靈敏度，超聲波傳感器18安裝在成形梁9的內部、靠近出口的位置上，在此位置上，香菸棒17已經形成(紙帶的邊緣已經粘貼)，但仍由供紙輸送機7的皮帶8所包圍，如圖5所示，此圖表示了超聲波傳感器的一個可能的實施例。
圖5表示了分別用於生產線24a，24b的超聲波傳感器18a，18b，每個傳感器包括各自的超聲波發生器30a，30b；各自的超聲波接收器(麥克風)31a，31b；以及各自的、加工在成形梁9中的一對連接錐32a，32b。超聲波發生器30a，30b以及超聲波接收器31a，31b與各自的電子信號處理及控制電路33a，33b相連，詳見對圖8所作的說明；而電子電路33a，33b的輸出信號通過各自的線路34a，34b輸入到處理單元21。此外，超聲波傳感器18a，18b還有一個電源裝置35和外殼36。
根據本發明的一種變化，超聲波傳感器可以布置在機器1下遊側的過濾嘴安裝機的內部，如圖6所示。
現在參考圖6，過濾嘴安裝機37包括一對中空的鼓或滾筒38，39(只示出了局部)，用於將香菸部分20從鼓38的座41上傳送到鼓39的座42上。在圖示的實施例中，超聲波傳感器40的一部分安裝在鼓38上，另一部分安裝在鼓39上，並且在香菸部分20的傳送過程中，當上述兩部分彼此相對時，它們共同用於確定固體菸絲的密度。在圖示的實施例中，發生器43安裝在鼓38的內側(未示出)，並與機器1的機體固聯；接收器45安裝在鼓39的內側，也與機器1的機體固聯；並且在鼓38，39上與座41，42相應的位置處加工有相應的孔44，46，用於使發生器43發出的壓力波能夠通過。當香菸部分20從第一鼓38傳送到第二鼓39時，座41，42的孔44和46與傳感器40處於同一軸線(即連接發生器43和接收器45的軸線)，因此使得能夠對香菸部分20進行超聲波測定。
通過加工適當形狀的孔或安裝一定數量的源一檢測器，上述實施例可對香菸部分20的一部分或整個長度進行檢測。也可以改變圖6中的機械布置，以便在運動部件(滑動表面)之間提供氣密的石墨表面。
圖7表示了電容傳感器19的電路圖，其中包括電子信號處理及控制電路26。在圖7中，位於連續香菸棒17兩側的兩個電極25以及電路47共同構成了一個高頻振蕩電路48，其振蕩輸出信號的頻率隨著電極25/香菸棒17組中的電容量的變化而變化，並且上述頻率與在兩個電極之間通過的材料的菸絲質量和水分質量成正。
在乘法器49中，振蕩電路48的輸出信號和由振蕩器50發出的參考信號相乘，從而得到一個振蕩信號，並且此信號的頻率等于振蕩電路48的輸出信號頻率與參考信號頻率的差。乘法器49的輸出信號經過低通濾波器51的濾波，並通過頻率/電壓轉換器52將其轉變為電壓信號，之後，此電壓輸出信號經過低通濾波器53的濾波，輸送到通過線路27與處理單元21(圖1)連接的輸出端54。輸入端55與參考振蕩器50相連，用於調整和校準參考振蕩信號。
圖8表示了超聲波傳感器18，40的電路，其中包括電子信號處理及控制電路33。電路33由一個偏壓發生器56，以及一個調製或噪聲發生器57所組成，噪聲發生器57的輸出與控制超聲波發生器30，43的驅動元件58相連。寬帶超聲波接收器或麥克風31，45與放大器59連接，而放大器59又與帶通濾波器60，整流器61以及低通濾波器62串聯，低通濾波器62的輸出63決定了電子電路33的輸出，並且此輸出63通過線路34與處理單元21相連。
在實際應用中，傳感器18，19產生兩個獨立的、與連續香菸棒的特性有關的信號，如上所述，對上述信號進行採樣和處理，從而能夠準確和可靠地並且實時地確定菸絲的總質量(密度)；密度的測量結果用於調整刮削裝置14與輸送機皮帶5之間的距離，以便因此改變菸絲的平均質量(密度)，以及用於略微降低或提高刮削裝置14的轉速(速度調整)，以便調整最厚的菸絲部分(成品香菸的端部)。
因此，為了在不受外部影響(菸絲的溼度，顏色和結構)的條件下準確地控制刮削裝置，兩個傳感器，即電容傳感器和超聲波傳感器是最基本的。
由於消除了有害的放射源，因此，根據本發明的裝置大大地簡化了操作，維修和部件更換的程序。
權利要求
1.一種確定香菸製造機(1)上纖狀材料(17)流密度的方法，上述纖狀材料(17)流中包括固體成分和液體，它們的比例是變化和未知的；上述方法的特徵在於包括下列步驟進行第一電容測量，用於獲得第一信號，此信號是上述纖狀材料流中固體成分密度和液體密度的函數；進行第二超聲波測量，用於獲得第二信號，此信號與上述纖狀材料流中固體成分的密度有關；以及根據上述的第一和第二信號，生成表示上述纖狀材料流密度的第三信號。
2.根據權利要求1的方法，其特徵在於，上述生成第三信號的步驟又包括下列步驟根據上述第一和第二信號，生成表示上述纖狀材料流中液體密度的第四信號；以及將上述第二信號與上述第四信號相加。
3.根據權利要求1或2的方法，其特徵在於，上述方法包括在上述纖狀材料流的一部分中計算上述第二信號平均值的步驟；以及生成第三信號的上述步驟又包括根據上述第一信號和上述第二信號的上述平均值，確定上述纖狀材料流平均密度。
4.一種確定香菸製造機(1)上纖狀材料(17)流密度的裝置，上述纖狀材料(17)流包括固體成分和液體，它們的比例是變化和未知的；上述裝置的特徵在於包括第一電容傳感器(19)，用於產生第一信號，此信號是上述纖狀材料流中固體成分密度和液體密度的函數；第二超聲波傳感器(18；40)，用於產生第二信號，此信號與上述纖狀材料流中固體成分的密度有關；以及輸入有上述第一和第二信號的第一生成裝置(22)，用於生成表示上述纖狀材料流密度的第三信號。
5.根據權利要求4的裝置，其特徵在於，上述第一生成裝置(22)包括輸入有上述第一和第二信號的第二生成裝置(22a)，用於生成表示上述纖狀材料流中液體密度的第四信號；以及加法裝置(22b)，用於將上述第二信號與上述第四信號相加。
6.根據權利要求4或5的裝置，其特徵在於，上述第一生成裝置(22)是中央處理單元(21)的一部分。
7.根據權利要求4至6中任何一項權利要求的裝置，其特徵在於，對於具有流成形裝置(9)和香菸切割部分(10)的製造機(1)，至少上述第一傳感器(19)布置在上述機器的上述流成形裝置(9)和上述香菸切割部分(10)之間。
8.根據權利要求7的裝置，其特徵在於，上述第二超聲波傳感器(18)位於上述流成形裝置(9)的內部。
9.根據權利要求7的裝置，其特徵在於，在上述製造機(1)的下遊，布置有具有第一和第二鼓(38，39)的過濾嘴安裝機(37)；其特徵還在於，上述第二超聲波傳感器(40)包括與上述第一鼓(38)相關的部件(43)和與上述第二鼓(39)相關的部件(45)。
10.根據權利要求4至9中任何一項權利要求的裝置，其特徵在於，上述電容傳感器(19)包括具有一對電極(25)的振蕩電路(48)，上述電極(25)沿著上述纖狀材料(17)流的輸送路線布置；參考頻率電壓發生器(50)；與上述振蕩電路(48)和上述參考頻率電壓發生器(50)連接的乘法器(49)；以及與上述乘法器(49)連接的頻率/電壓轉換器(52)，上述頻率/電壓轉換器(52)用於生成與上述纖狀材料(17)流中固體成分密度和液體密度有關的電壓信號。
11.根據權利要求4至10中任何一項權利要求的裝置，其特徵在於，上述超聲波傳感器(18，40)包括超聲波發射器(30，43)；位於上述超聲波發射器附近的第一中空錐形連接元件(32；44)和第二中空錐形連接元件(32，46)，上述連接元件布置在上述纖狀材料(17)流的輸送路線附近；位於上述第二連接元件(32，46)附近的超聲波麥克風(31，45)；以及與上述超聲波麥克風(31；45)相連的放大裝置(59)，濾波裝置(60)和整流裝置(61)。
12.一種確定香菸製造機上纖狀材料流密度的方法，基本如同在參照附圖時所做的說明和描述。
13.一種確定香菸製造機上纖狀材料流密度的裝置，基本如同在參照附圖時所做的說明和描述。
全文摘要
為了確定香菸製造機(1)上纖狀材料(17)流密度，進行兩項不同的測量，第一項測量為電容測量，用於獲得第一信號，此信號是纖狀材料流中固體成分密度和液體密度的函數，第二項測量為超聲波測量，用於獲得表示纖狀材料流中固體成分密度的第二信號；將第二信號與第一信號合併，獲得表示纖狀材料流中液體密度的第三信號；以及根據第三和第二信號，獲得表示纖狀材料流密度的第四信號，此信號是纖狀材料流中固體成分密度和液體密度之和。
文檔編號A24C5/34GK1108910SQ9411988
公開日1995年9月27日 申請日期1994年12月3日 優先權日1993年12月3日
發明者阿曼多·尼裡, 詹卡羅·桑蒂恩, 喬瓦尼·斯誇佐尼 申請人:吉第聯合股份公司