一种利用空气膨胀法测定烟草物料膨胀率的装置及方法

摘要

本发明公开了一种利用空气膨胀法测定烟草物料体积的装置及方法，包括样品盒、样品盒支架、检测箱、检测箱支架、调压装置和数字压力表；样品盒和样品盒支架均固定设置在检测箱内部；调压装置包括活塞筒，与活塞筒相匹配的活塞杆和用于驱动活塞杆的活塞杆驱动装置，所述的活塞杆采用带有数字行程计的活塞杆；所述的数字压力表用于检测检测箱内的压强；本发明提供了一种新的测定烟草物料体积的装置，不仅能够测量烟草物料加工前的体积，还能够测量烟草物料经过加工膨胀后的体积，解决了对烟草物料膨胀率的检测既无国家标准，也无行业标准的问题；同时，本发明不仅结构简单，易于装配和维修，而且造价还很低廉，易于推广。

说明书

技术领域

本发明涉及烟草检测技术领域，尤其涉及一种利用空气膨胀法测定烟草物料膨胀率的装置及方法。

背景技术

烟草物料膨胀率与其填充值具有直接关系，是烟草行业最关注的指标之一，烟草物料的膨胀率对卷烟制造过程、产品风格、成本及其他经济指标都有着非常重要的影响，如烟梗微波膨胀前后膨胀率、烟丝CO₂膨胀、烟丝气流干燥和烟丝薄板干燥前后的膨胀率等；快速测定烟草物料的平均膨胀率，对烟草生产的质量检测、工艺优化、指导生产及降低实物成本具有重要意义；

目前，对烟草物料膨胀率的检测既无国家标准，也无行业标准，中国专利(CN103196942B)公开了一种利用烟梗排开三醋酸甘油酯的体积测定烟梗体积的方法，即分别测定烟梗膨胀前后的体积，然后计算出烟梗的平均膨胀率；该方法虽然对测定烟梗膨胀前后的体积具有较好的适应性，但因该方法采用“排液”称重法检测物料平均膨胀率，操作较为麻烦，且不适应测定烟丝、梗丝等因易吸收检测介质而导致体积发生变化的物料，因此，该方法具有一定的局限性。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用空气膨胀法测定烟草物料膨胀率的装置及方法，不仅解决了传统烟草物料膨胀率的检测方法操作麻烦、局限性强的问题，并且还为烟草物料膨胀率的检测提供了一种简单的检测装置和易行的检测方法。

为了实现上述目的，本发明采用一下技术方案：

一种利用空气膨胀法测定烟草物料膨胀率的装置，包括样品盒、样品盒支架、检测箱、检测箱支架、调压装置和数字压力表；样品盒设置在样品盒支架上，样品盒和样品盒支架均固定设置在检测箱内部；检测箱由互相匹配的箱体和箱盖构成，检测箱的底部开设有第一调压孔；检测箱固定设置在检测箱支架上，检测箱支架上包括支撑面和固定设置在支撑面下方用于支撑支撑面的支柱，支撑面上与第一调压孔的对应位置开设有第二调压孔；调压装置包括活塞筒，与活塞筒相匹配的活塞杆和用于驱动活塞杆的活塞杆驱动装置，活塞筒的上端固定设置在第二调压孔内且活塞筒与第二调压孔之间密封连接，活塞杆上端设置在活塞筒内，活塞杆下端与活塞杆驱动装置固定连接，活塞杆驱动装置固定在检测箱支架上；所述的活塞杆采用带有数字行程计的活塞杆；所述的数字压力表用于检测检测箱内的压强。

所述检测箱箱体的侧壁顶端开设有限位槽，限位槽上固定设置有与限位槽相匹配的密封垫，箱盖的大小和形状与开设有限位槽的箱体开口的大小和形状相匹配。

所述的检测箱支架还包括中间面板和下部面板，中间面板和下部面板均水平固定在检测箱支架的支柱之间；中间面板上开设有活塞杆孔，活塞筒的下端通过活塞筒支座固定在中间面板上，活塞杆下端通过活塞杆孔伸到中间面板上方且与活塞杆驱动装置固定连接，活塞杆驱动装置固定连接在下部面板上。

所述的检测箱支架的支柱的下方还设置有调平螺丝。

所述的密封垫采用橡胶垫。

一种利用空气膨胀法测定烟草物料膨胀率的装置进行的测定烟草物料膨胀率的方法，包括以下步骤：

A：对加工前的烟草物料进行取样，按标准YC/31—1996测定加工前的烟草物料所含的水分，记为W₀，进入下一步；

B：利用空气膨胀法计算加工前烟草物料样品的体积，具体计算方法包括以下步骤；

B1：称取质量为m_样，体积为V_样的未经加工的烟草物料样品，放入样品盒，将样品盒放入检测箱中的样品盒支架上，盖上箱盖，此时读出气压表上的气压值；因为检测箱内的气压值应为常规大气压，即通过数字压力表读出此时检测箱内的气压值应为P₀，设此时检测箱内的气体体积为V₀₀，由于样品放入后，空气被排出，设排出空气的体积等于样品的体积V_样，因此，V₀＝V₀₀+V_样；

B2：打开电源，利用活塞杆检测装置带动活塞杆向下缓慢运动，当数字压力表上的气压值为P₁时，关闭电源，活塞杆停止运动，读出数字行程计的示数，设为H₀₁；检测箱内的气体膨胀，设此时检测箱内的气体体积为V₀₁，即V₀₁＝V₀₀+S>01，其中S为活塞筒的横截面积；

B3：根据波意耳定律可得出：P₀V₀₀＝P₁V₀₁；

又由C2步骤可知V₀₁＝V₀₀+S>01，所以有：

P₀V₀₀＝P₁(V₀₀+S>01)，即：V₀₀＝(P₁S>01)/(P₀-P₁)；

又由C1步骤可知V₀＝V₀₀+V_样，即：V_样＝V₀-V₀₀＝V₀-(P₁S>01)/(P₀-P₁)，将V₀、P₀、P₁、S和H₀₁代入公式V_样＝V₀-V₀₀＝V₀-(P₁S>01)/(P₀-P₁)即可求得V_样；

进入下一步；

C：重复步骤B至少三次，并计算出V样的平均值

D：取加工后烟草物料样品冷却至室温后，按标准YC/31—1996测定其水分W₁；

E：计算加工后烟草物料样品的体积V_加，具体计算方法包括以下步骤；

E1：称取质量为m_加，体积为V_加的加工后的烟草物料样品，放入样品盒，将样品盒放入检测箱中的样品盒支架上，盖上箱盖，读出气压表上的气压值；检测箱内的气压值应为常规大气压，即通过数字压力表读出此时检测箱内的气压值应为P₀，设此时检测箱内的气体体积为V₀₀₀由于样品放入后，空气被排出，排出空气的体积等于样品的体积V_加，因此，V₀＝V₀₀₀+V_加；

E2：打开电源，利用活塞杆检测装置带动活塞杆向下缓慢运动，当数字压力表上的气压值为P₁时，关闭电源，活塞杆停止运动，读出活塞杆的数字行程计的示数，设为H₀₀₁；检测箱内的气体膨胀，设此时检测箱内的气体体积为V₀₀₁，即V₀₀₁＝V₀₀₀+S>001，其中S为活塞筒的横截面积；

E3：根据波意耳定律可得出：P₀V₀₀₀＝P₁V₀₀₁；

又由F2步骤可知V₀₀₁＝V₀₀₀+S>001，所以有：

P₀V₀₀₀＝P₁(V₀₀₀+S>001)，即：V₀₀₀＝(P₁S>001)/(P₀-P₁)；

又由F1步骤可知V₀＝V₀₀₀+V_加，即：V_加＝V₀-V₀₀₀＝V₀-(P₁S>001)/(P₀-P₁)，进入下一后步；

F：重复步骤E至少三次，并计算出V加的平均值

G：检测完毕后，计算膨胀率P：

本发明所述的一种利用空气膨胀法测定烟草物料膨胀率的装置和方法，不仅提供了一种新的测定烟草物料膨胀率的装置和方法，还解决了传统烟草物料膨胀率的检测方法操作麻烦、局限性强的问题；同时，本发明所述的利用空气膨胀法测定烟草物料膨胀率的装置不仅结构简单，易于装配和维修，而且造价还很低廉，易于推广。

附图说明

图1为利用空气膨胀法测定烟草物料膨胀率的装置的结构示意图；

图2为利用空气膨胀法测定烟草物料膨胀率的方法的流程示意图；

具体实施方式

如图1所示，本发明了提供了一种利用空气膨胀法测定烟草物料膨胀率的装置，包括样品盒2、样品盒支架5、检测箱、检测箱支架、调压装置和数字压力表14；样品盒2设置在样品盒支架5上，样品盒2和样品盒支架5均设置在检测箱内部；

检测箱由相互匹配的箱体4和箱盖1构成，为了便于密封，检测箱采用圆柱形检测箱，且检测箱横截面与活塞筒横截面完全相同；为了保证密封良好，检测箱箱体4的侧壁顶端开设有限位槽3，限位槽3上固定设置有与限位槽3相匹配的密封垫，密封垫可以采用密封效果较好的橡胶垫，箱盖1的大小和形状与开设有限位槽3的箱体4开口的大小和形状相匹配；检测箱的底部开设有第一调压孔；

检测箱通过螺钉7固定设置在检测箱支架上，检测箱支架上包括支撑面6和固定设置在支撑面6下方用于支撑支撑面6的支柱13，为了便于调节支柱13的高低，支柱13的下方还设置有调平螺丝12，支撑面6上与第一调压孔的对应位置开设有第二调压孔；调压装置包括活塞筒，与活塞筒相匹配的活塞杆8和用于驱动活塞杆8的活塞杆驱动装置10，活塞筒的上端固定设置在第一调压孔内且活塞筒与第一调压孔之间密封连接，活塞杆8下端与活塞杆驱动装置10固定连接，活塞杆驱动装置10固定在检测箱支架上；所述的活塞杆8采用带有数字行程计的活塞杆8；所述的数字压力表14用于检测检测箱内的压强。

所述的检测箱支架还包括中间面板9和下部面板11，中间面板9和下部面板11均水平固定在检测箱支架的支柱13之间；中间面板9上开设有活塞杆孔，活塞筒的下端通过活塞筒支座固定在中间面板9上，活塞杆8下端通过活塞杆孔伸到中间面板9上方且与活塞杆驱动装置10固定连接，活塞杆驱动装置10固定连接在下部面板11上。

如图2所示，利用上述一种利用空气膨胀法测定烟草物料膨胀率的装置进行的测定烟草物料膨胀率的方法，包括以下步骤：

A：对加工前的烟草物料进行取样，按标准YC/31—1996测定加工前的烟草物料所含的水分，记为W₀，进入下一步；

B：利用空气膨胀法计算加工前烟草物料样品的体积，具体计算方法包括以下步骤；

B1：称取质量为m_样，体积为V_样的未经加工的烟草物料样品，放入样品盒2，将样品盒2放入检测箱中的样品盒支架5上，盖上箱盖1，此时读出气压表上的气压值；因为检测箱内的气压值应为常规大气压，即通过数字压力表14读出此时检测箱内的气压值应为P₀，设此时检测箱内的气体体积为V₀₀，由于样品放入后，空气被排出，设排出空气的体积等于样品的体积V_样，因此，V₀＝V₀₀+V_样；

B2：打开电源，利用活塞杆驱动装置10带动活塞杆8向下缓慢运动，当数字压力表14上的气压值为P₁时，关闭电源，活塞杆8停止运动，读出数字行程计的示数，设为H₀₁；检测箱内的气体膨胀，设此时检测箱内的气体体积为V₀₁，即V₀₁＝V₀₀+S>01，其中S为活塞筒的横截面积；

B3：根据波意耳定律可得出：P₀V₀₀＝P₁V₀₁；

又由C2步骤可知V₀₁＝V₀₀+S>01，所以有：

P₀V₀₀＝P₁(V₀₀+S>01)，即：V₀₀＝(P₁S>01)/(P₀-P₁)；

又由C1步骤可知V₀＝V₀₀+V_样，即：V_样＝V₀-V₀₀＝V₀-(P₁S>01)/(P₀-P₁)，将V₀、P₀、P₁、S和H₀₁代入公式V_样＝V₀-V₀₀＝V₀-(P₁S>01)/(P₀-P₁)即可求得V_样；

进入下一步；

C：重复步骤B至少三次，并计算出V样的平均值

D：取加工后烟草物料样品冷却至室温后，按标准YC/31—1996测定其水分W₁；

E：计算加工后烟草物料样品的体积V_加，具体计算方法包括以下步骤；

E1：称取质量为m_加，体积为V_加的加工后的烟草物料样品，放入样品盒2，将样品盒2放入检测箱中的样品盒支架5上，盖上箱盖1，读出气压表上的气压值；检测箱内的气压值应为常规大气压，即通过数字压力表14读出此时检测箱内的气压值应为P₀，设此时检测箱内的气体体积为V₀₀₀由于样品放入后，空气被排出，排出空气的体积等于样品的体积V_加，因此，V₀＝V₀₀₀+V_加；

E2：打开电源，利用活塞杆驱动装置10带动活塞杆8向下缓慢运动，当数字压力表14上的气压值为P₁时，关闭电源，活塞杆8停止运动，读出活塞杆8的数字行程计的示数，设为H₀₀₁；检测箱内的气体膨胀，设此时检测箱内的气体体积为V₀₀₁，即V₀₀₁＝V₀₀₀+S>001，其中S为活塞筒的横截面积；

E3：根据波意耳定律可得出：P₀V₀₀₀＝P₁V₀₀₁；

又由F2步骤可知V₀₀₁＝V₀₀₀+S>001，所以有：

P₀V₀₀₀＝P₁(V₀₀₀+S>001)，即：V₀₀₀＝(P₁S>001)/(P₀-P₁)；

又由F1步骤可知V₀＝V₀₀₀+V_加，即：V_加＝V₀-V₀₀₀＝V₀-(P₁S>001)/(P₀-P₁)，进入下一后步；

F：重复步骤E至少三次，并计算出V加的平均值

G：检测完毕后，计算膨胀率P：

本发明所述的一种利用空气膨胀法测定烟草物料膨胀率的装置和方法，不仅提供了一种新的测定烟草物料膨胀率的装置和方法，还解决了传统烟草物料膨胀率的检测方法操作麻烦、局限性强的问题；同时，本发明所述的利用空气膨胀法测定烟草物料膨胀率的装置不仅结构简单，易于装配和维修，而且造价还很低廉，易于推广。