薄膜絕緣感溫探頭及在測定捲菸燃燒時內部溫度上的應用的製作方法
2024-03-02 03:42:15
專利名稱：薄膜絕緣感溫探頭及在測定捲菸燃燒時內部溫度上的應用的製作方法
技術領域：
本發明屬於菸草測試設備技術領域，具體涉及一種薄膜絕緣感溫探頭及其在測定捲菸燃燒時內部動態溫度上的應用。
背景技術：
捲菸燃燒溫度是影響捲菸煙氣化學組成的重要因素，對煙氣有害成分的形成密切相關，對捲菸主、側流煙氣中化學成分和含量的形成起重要作用，是影響捲菸品質最重要的參數之一。測定捲菸的動態燃燒溫度及其內部氣相溫度對研究捲菸煙氣化學組成，降低捲菸的有害成分具有非常積極的作用。
20世紀50年代末期開始對捲菸燃燒溫度有了相應的研究。到了60年代和70年代，捲菸燃燒溫度的測定開始成為一個比較活躍的研究領域。這期間出現不少有關捲菸燃燒溫度分布的研究文章，其中以英美菸草公司RICHARDR BAKER博士在Nature上發表的兩篇關於捲菸燃燒溫度的重要論文影響最為廣泛，他將捲菸燃燒溫度的研究工作推到了新的高度。RICHARD R BAKER博士在1974年Nature上發表的文章(Temperature distribution inside a burningcigarette)中提到用於測定捲菸燃燒溫度的設備主要有兩種，一種是採用鉑銠金屬絲組成感溫探頭測定，另一種是採用紅外技術測定。使用鉑銠金屬絲組成感溫探頭為避免兩根金屬絲之間發生短路，金屬絲之間要填充絕緣材料。例如用石英管隔離鉑銠金屬絲，這是國外測定捲菸燃燒溫度比較常用的方法。但此種方法由於石英管的阻隔導致感溫探頭無法直接接觸到測溫點，對溫度反應不靈敏，不準確；並且由於石英管易碎致使操作不簡便。而使用其它的絕緣材料填充在金屬絲之間會導致感溫探頭的體積較大，也對溫度的變化反應不靈敏，操作不方便。使用紅外設備測定捲菸燃燒溫度是目前國外用於多孔道吸菸機上測定捲菸燃燒溫度最常用的方法。但是紅外技術原理決定了紅外設備測定溫度是一種模擬測定，不像感溫探頭是直接接觸測量物，而是依據物質自身輻射的紅外能量來測量，這就使紅外設備測定溫度時具有很大的誤差。並且紅外設備只能測量表面溫度，因其測量厚度≤10μm，不能直接測量內部溫度。因此使用紅外設備只能測量捲菸燃燒錐的表面溫度無法準確測量捲菸燃燒時的軸心溫度。
國外在捲菸中使用感溫探頭測定溫度的專利報導很少。專利GB2369493，報導的是利用感溫探頭控制溫度來保存雪茄菸。而使用感溫探頭測定捲菸溫度在六、七十年代的菸草類文獻資料中有報導。(①Touey，G.P.，and Mumpower II，R.C.，Tobacco Sci.，1，33(1957).②Adams，P.I.，Tobacco Sci.，12，144(1968).③Muramatsu，M.，Obi，Y.，Fukuzumi，T.，and Keii，T.，J.agric.chem..Soc.Japan，46,569(1972).④Baker，R.R.，and Kiburn，K.D.，Beitr.Tabakforsch.，7，79(1973).)國內對捲菸燃燒溫度的研究很少，目前對燃燒溫度的測定有上海菸草(集團)公司技術中心鄭賽晶、劉百戰等人發表的用石英管(與國外採用相同的測定方式)隔離鉑銠金屬絲組成的感溫探頭測量捲菸內部溫度。以及他們使用高分辨的、快速紀錄的AGEMA SC3000紅外熱像儀對捲菸燃燒溫度進行測量。但總體來說，對於捲菸燃燒溫度的動態測定研究國內尚未見有專利報導。本發明針對現有鉑銠金屬絲感溫探頭對溫度反應不靈敏，不準確的不足，經過潛心研究，開發出了一種薄膜絕緣感溫探頭，用於測定捲菸內部動態燃燒溫度及氣相溫度效果良好。
發明內容
本發明的第一目的在於提供一種薄膜絕緣感溫探頭；
本發明的另一目的在於將薄膜絕緣感溫探頭應用於測定捲菸燃燒時內部動態溫度，即燃燒溫度及氣相溫度。
本發明的第一目的是這樣實現的薄膜絕緣感溫探頭其由鉑絲和鉑銠絲一端電性連接而成，所述的鉑(Pt)絲和鉑銠(Pt-Ph)絲表面塗敷一層薄膜絕緣材料。
本發明的另一目的是這樣實現的其包括溫度捕集器、測溫組件、信號處理器、模數轉換電路及控制計算機，溫度捕集器上設有測溫組件，測溫組件包括本發明薄膜絕緣結構的固定感溫探頭和活動感溫探頭，感溫探頭的信號端輸入到溫度捕集器的模數轉換電路的輸入端組，輸出信號進入數位訊號處理器進行信號處理，再經模數轉換電路傳輸到控制計算器。
由於薄膜絕緣感溫探頭的應用，使得溫度測量的靈敏度提高，動態採用計算機控制的信號輸出及模數轉換電路，接收來自感溫探頭及動態感溫探頭的信號進行處理，使得可以獲取捲菸內部的燃燒溫度，又可同時獲取動態燃燒錐的表面溫度，並可以獲取全煙支整個燃燒階段的內部動態溫度，便於對捲菸燃燒化學成分的變化進行動態分析，以控制、調整捲菸的品質，提高經濟效益。
下面結合附圖與實施例對本發明作進一步的說明，但不以任何方式對本發明加以限制。
圖1為本發明薄膜絕緣感溫探頭內部結構示意圖；圖2為本發明活動式薄膜絕緣感溫探頭內部結構示意圖；圖3為應用薄膜絕緣感溫探頭測定捲菸內部動態溫度設備結構關係圖；圖4為三感溫探頭動態測溫儀捲菸燃燒溫度的動態測溫圖；
圖5為十感溫探頭動態測溫儀捲菸燃燒溫度的動態測溫圖；圖6為十五感溫探頭動態測溫儀捲菸燃燒溫度的動態測溫圖；圖7為活動感溫探頭對捲菸燃燒區的測溫圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明的薄膜絕緣感溫探頭其由鉑絲5和鉑銠絲6一端電性連接而成，所述的鉑絲5和鉑銠絲6表面塗敷薄膜絕緣塗層10，中後部設有保護瓷管3。
所述的薄膜絕緣塗層10為高溫絕緣塗料。所述的高溫絕緣塗料為陶瓷類、複合樹脂類或有機氟聚合物類的耐高溫絕緣塗料，常用的有陶瓷類。
圖2示出了薄膜絕緣感溫探頭另一實施例，其在測定捲菸內部溫度設備中作為其活動感溫探頭7使用，其與圖1所示的固定感溫探頭結構略有不同，其中部設有高溫絕緣護套11，後部設有保護瓷管3，即其前部鉑絲5和鉑銠絲6表面塗敷薄膜絕緣塗層10，中部設有柔性高溫絕緣護套11，後部設有保護瓷管3。
圖3示出了應用薄膜絕緣感溫探頭的測定捲菸內部動態溫度設備結構關係。其包括溫度捕集器1、測溫組件、信號處理器4、模數轉換電路8及控制計算機9，溫度捕集器1上設有測溫組件，測溫組件包括本發明薄膜絕緣結構的固定感溫探頭2和活動感溫探頭7，感溫探頭的信號端輸入到溫度捕集器1的模數轉換電路8的輸入端組，輸出信號進入數位訊號處理器4進行信號處理，再經模數轉換電路8傳輸到控制計算器9。
所述的固定感溫探頭為3-15個，活動感溫探頭為2個，固定感溫探頭2與活動感溫探頭7組合配置。通常採用8-10個固定感溫探頭與2個活動感溫探頭組合配置。最常用為10個固定感溫探頭，2個活動感溫探頭。
採用3個固定感溫探頭可測定一支捲菸頭端、中端、底端三個點的燃燒溫度及氣相溫度，基本能反映氣流在捲菸內部的動態變化。採用15個固定感溫探頭能較全面的測定一支捲菸的燃燒溫度及內部的動態氣相溫度，但由於固定感溫探頭數量的增加，對煙支狀態的破壞性增加，測定過程中的誤差性就會增大。因此最佳的測定組合配置是採用10個固定感溫探頭加2個活動感溫探頭，不但可全面測定捲菸的燃燒溫度及內部動態氣相溫度，動態監測捲菸任意位置的溫度，而且對煙支狀態的影響不大。
所述測溫組件為固定感溫探頭2和活動感溫探頭7，固定感溫探頭2和活動感溫探頭7的保護瓷管直接固定於溫度捕集器上，用於裝置感溫探頭。
測量實例表1為測定捲菸內部動態燃燒溫度設備的感溫探頭數量與RSD值之間關係。測量條件將自製帶有10根感溫探頭的動態測溫儀，放置在溫度為22±1℃，溼度為60±2％的恆溫恆溼環境中測量溫度15分鐘，測量完畢後通過計算機對數據進行後續處理。
結果分析對10根感溫探頭2的溫度測量數據進行RSD值分析，分析結果見表1。可以看出，10根感溫探頭的相對標準偏差RSD值均小於5％，它反映了本發明的薄膜絕緣感溫探頭的測定結果精密度高，重現性好。
表1 感溫探頭位置與標準偏差RSD關係
圖4為三感溫探頭動態測溫儀捲菸燃燒溫度的動態測溫圖。
測量條件動態測溫儀設有3根感溫探頭，RM1/PLUS吸菸機(borgwaldttechnik)，某品牌商品捲菸，挑選重量範圍在0.94±0.01g的合格煙支，並在溫度22±1℃，溼度60±2％條件下平衡48小時。
測量方法距離煙支水松紙5mm處劃線作為最後一個感溫探頭的插入點，將3個感溫探頭插入煙支，深度為煙支圓周的半徑，打開吸菸機點燃捲菸，同時開啟溫度測定設備測量煙支燃燒溫度和軸心氣相溫度。待捲菸抽吸完畢後，通過計算機對數據進行後續處理。
由圖4可以看出，3根感溫探頭反映在捲菸抽吸和陰燃過程中對煙支內部軸心上三個不同點的氣相溫度，大致說明了氣流在燃燒的捲菸內部的動態變化。可以看出捲菸在燃吸過程中最高溫度為645度。
圖5為十感溫探頭動態測溫儀捲菸燃燒溫度的動態測溫圖。
測量條件動態測溫儀設有10根感溫探頭，RM1/PLUS吸菸機(borgwaldttechnik)，某品牌商品捲菸，挑選重量範圍在0.94±0.01g的合格煙支，並在溫度22±1℃，溼度60±2％條件下平衡48小時。
測量方法距離煙支水松紙5mm處劃線作為最後一個感溫探頭的插入點，將10個感溫探頭插入煙支，深度為煙支圓周的半徑，打開吸菸機點燃捲菸，同時開啟溫度測定設備測量煙支燃燒溫度和軸心氣相溫度。待捲菸抽吸完畢後，通過計算機對數據進行後續處理。
由圖5可以看出，10根感溫探頭反映在捲菸抽吸和陰燃過程中對煙支內部軸心不同點的氣相溫度，說明了氣流在燃燒的捲菸內部的動態變化。可以看出捲菸在燃吸過程中最高溫度為700度。
圖6為十五感溫探頭動態測溫儀捲菸燃燒溫度的動態測溫圖。
測量條件動態測溫儀設有15根感溫探頭，RM1/PLUS吸菸機(borgwaldttechnik)，某品牌商品捲菸，挑選重量範圍在0.94±0.01g的合格煙支，並在溫度22±1℃，溼度60±2％條件下平衡48小時。
測量方法距離煙支水松紙2mm處劃線作為最後一個感溫探頭的插入點，將15個感溫探頭插入煙支，深度為煙支圓周的半徑，打開吸菸機點燃捲菸，同時開啟溫度測定設備測量煙支燃燒溫度和軸心氣相溫度。待捲菸抽吸完畢後，通過計算機對數據進行後續處理。
由圖6可以看出，由於感溫探頭數量增多到15根，我們選擇最後一個感溫探頭的插入點距離煙支水松紙2mm處，而第一個感溫探頭距離煙支頂端5mm，因此15根感溫探頭測定的數據基本反映了一支捲菸抽吸和陰燃過程中對煙支內部軸心不同點的氣相溫度。由於第一個感溫探頭距離煙支頭端5mm，在點火器點菸時距離點火器過近，受點火器的溫度影響第一個感溫探頭測量的初始溫度為330度，燃吸過程中最高溫度為819度。
圖7、活動感溫探頭對捲菸燃燒區溫度的動態測溫圖。
測量條件動態測溫儀設有2根活動感溫探頭，RM1/PLUS吸菸機(borgwaldt technik)，某品牌商品捲菸，挑選重量範圍在0.94±0.01g的合格煙支，並在溫度22±1℃，溼度60±2％條件下平衡48小時。
測量方法在標準條件下抽吸捲菸，選擇第四口抽吸時作為捲菸燃燒區溫度的檢測點。根據觀察第四口抽吸開始時燃燒線距離煙支頭端16±1mm，在距離煙支頭端16mm處劃線作為燃燒線的標記點，待點燃捲菸後，利用手動方式調整捲菸在標記線處開始第四口抽吸，並在距離標記線的不同位置、不同深度插入活動感溫探頭測量煙支燃燒區不同點的氣相溫度。待捲菸抽吸完畢後，通過計算機對數據進行後續處理。
圖7為第四口抽吸時活動感溫探頭的測溫圖。圖7中燃燒線的位置定為橫軸的0點，燃燒線後面離開燃燒線的距離定為負值，燃燒線前面離開燃燒線的距離定為正值。抽吸過程中的最高溫度發生在燃燒線前的3～4mm，是燃燒錐的中心。圖7中的溫度分布，形象反應了距離燃燒線的不同位置的溫度分布情況。
本發明的特點1、本發明的鉑-鉑銠合金類型感溫探頭是工業上最常用的溫度檢測元件之一。由於採用了薄膜絕緣取代了傳統套管絕緣。既保證了鉑銠感溫探頭的絕緣性又能直接接觸測溫點，對溫度變化的反應靈敏性沒有影響，並且體積小操作簡便。測量精度高，不受中間介質的影響，而且測量的溫度範圍廣。
2、活動感溫探頭可在捲菸抽吸和陰燃過程中隨機的測定煙支上任意位置的氣相溫度。便於對捲菸燃燒過程中任意點位置進行動態監測。同時活動感溫探頭還可在捲菸的燃吸過程中測定周圍環境的氣相溫度，對環境溫度的穩定性進行檢測。並通過對環境溫度的檢測結果來校準捲菸燃燒溫度，儘量排除環境條件的影響。
3、溫度捕集器上有3至15個感溫探頭(2)和2個活動感溫探頭(7)，根據感溫探頭的不同組合方式，既可測定捲菸抽吸和陰燃過程中同一時刻煙支內部不同位置的軸心氣相溫度，又可動態測定一支捲菸在抽吸和陰燃過程中的軸心氣相溫度。對捲菸整個燃燒過程進行動態溫度測量，反映氣流在燃燒的捲菸內部的動態變化，有助於驗證捲菸內部燃燒過程中的氣流變化情況。
3、測定捲菸內部動態燃燒溫度設備適合與單孔道吸菸機配套使用。
4、運用此發明提供的設備對溫度變化反應靈敏，並根據感溫探頭的不同組合，可測定捲菸陰燃和抽吸過程中的動態軸心氣流溫度，任意時刻任意點的溫度，以及燃燒錐各個點的溫度。對捲菸整個燃燒過程進行動態溫度測量，捲菸燃燒溫度的測定有助於構建捲菸降焦、降CO添加劑的篩選平臺，捲菸輔料品質改進的檢測平臺，對中式捲菸的發展提供技術支持平臺。
權利要求
1.一種薄膜絕緣感溫探頭，其由鉑絲(5)和鉑銠絲(6)一端電性連接而成，中後部設有保護瓷管(3)，其特徵是所述的鉑絲(5)和鉑銠絲(6)表面塗敷薄膜絕緣塗層(10)。
2.如權利要求1所述的薄膜絕緣感溫探頭，其特徵是所述的薄膜絕緣塗層(10)為高溫絕緣塗料。
3.如權利要求2所述的薄膜絕緣感溫探頭，其特徵是所述的高溫絕緣塗料為陶瓷類、複合樹脂類或有機氟聚合物類的耐高溫絕緣塗料，常用的有陶瓷類。
4.如權利要求1所述的薄膜絕緣感溫探頭，其特徵是所述的感溫探頭的前部鉑絲(5)和鉑銠絲(6)表面塗敷薄膜絕緣塗層，中部設有柔性高溫絕緣護套(11)，後部設有保護瓷管3。
5.一種應用權利要求1感溫探頭的測定捲菸內部動態溫度設備，其特徵是其包括溫度捕集器(1)、測溫組件、信號處理器(4)、模數轉換電路(8)及控制計算機(9)，溫度捕集器(1)上設有測溫組件，測溫組件包括膜絕緣結構的固定感溫探頭(2)和活動感溫探頭(7)，感溫探頭的信號端輸入到溫度捕集器(1)的模數轉換電路(8)的輸入端組，輸出信號進入數位訊號處理器(4)進行信號處理，再經模數轉換電路(8)傳輸到控制計算器(9)。
6.如權利要求5所述的測定捲菸內部動態溫度設備，其特徵是所述的固定感溫探頭(2)為3-15個，活動感溫探頭(7)為2個，固定感溫探頭(2)與活動感溫探頭(7)組合配置；常用8-10個固定感溫探頭與2個活動感溫探頭組合配置。
7.如權利要求5所述的測定捲菸內部動態溫度設備，其特徵是所述測溫組件為固定感溫探頭(2)和活動感溫探頭(7)，固定感溫探頭(2)和活動感溫探頭(7)的保護瓷管(3)直接固定於溫度捕集器(1)上，用於固定感溫探頭。
全文摘要
本發明公開了一種薄膜絕緣感溫探頭和應用薄膜絕緣感溫探頭測定捲菸內部動態溫度的設備。薄膜絕緣感溫探頭的鉑絲(5)和鉑銠絲(6)表面塗敷薄膜絕緣塗層(10)。測定捲菸內部動態溫度設備的溫度捕集器(1)上設有測溫組件，測溫組件包括膜絕緣結構的固定感溫探頭(2)和活動感溫探頭(7)，感溫探頭的信號端輸入到溫度捕集器(1)的模數轉換電路(8)的輸入端組，輸出信號進入數位訊號處理器(4)進行信號處理，再經模數轉換電路(8)傳輸到控制計算器(9)。薄膜絕緣感溫探頭測量精度高，不受中間介質的影響，測量的溫度範圍廣。
文檔編號G01K7/20GK1851423SQ20061001092
公開日2006年10月25日 申請日期2006年5月29日 優先權日2006年5月29日
發明者楊濤, 楊偉祖 申請人:雲南瑞升菸草技術(集團)有限公司