專利名稱：薄膜絕緣感溫探頭及在測定卷煙燃燒時內(nèi)部溫度上的應用的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于煙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卷煙燃燒時內(nèi)部動態(tài)溫度上的應用。
背景技術：
卷煙燃燒溫度是影響卷煙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，對卷煙主、側(cè)流煙氣中化學成分和含量的形成起重要作用，是影響卷煙品質(zhì)最重要的參數(shù)之一。測定卷煙的動態(tài)燃燒溫度及其內(nèi)部氣相溫度對研究卷煙煙氣化學組成，降低卷煙的有害成分具有非常積極的作用。
20世紀50年代末期開始對卷煙燃燒溫度有了相應的研究。到了60年代和70年代，卷煙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(xiàn)不少有關卷煙燃燒溫度分布的研究文章，其中以英美煙草公司RICHARDR BAKER博士在Nature上發(fā)表的兩篇關于卷煙燃燒溫度的重要論文影響最為廣泛，他將卷煙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(fā)表的文章(Temperature distribution inside a burningcigarette)中提到用于測定卷煙燃燒溫度的設備主要有兩種，一種是采用鉑銠金屬絲組成感溫探頭測定，另一種是采用紅外技術測定。使用鉑銠金屬絲組成感溫探頭為避免兩根金屬絲之間發(fā)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，這是國外測定卷煙燃燒溫度比較常用的方法。但此種方法由于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；并且由于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。使用紅外設備測定卷煙燃燒溫度是目前國外用于多孔道吸煙機上測定卷煙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(jù)物質(zhì)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。并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(nèi)部溫度。因此使用紅外設備只能測量卷煙燃燒錐的表面溫度無法準確測量卷煙燃燒時的軸心溫度。
國外在卷煙中使用感溫探頭測定溫度的專利報道很少。專利GB2369493，報道的是利用感溫探頭控制溫度來保存雪茄煙。而使用感溫探頭測定卷煙溫度在六、七十年代的煙草類文獻資料中有報道。(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.，F(xiàn)ukuzumi，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(nèi)對卷煙燃燒溫度的研究很少，目前對燃燒溫度的測定有上海煙草(集團)公司技術中心鄭賽晶、劉百戰(zhàn)等人發(fā)表的用石英管(與國外采用相同的測定方式)隔離鉑銠金屬絲組成的感溫探頭測量卷煙內(nèi)部溫度。以及他們使用高分辨的、快速紀錄的AGEMA SC3000紅外熱像儀對卷煙燃燒溫度進行測量。但總體來說，對于卷煙燃燒溫度的動態(tài)測定研究國內(nèi)尚未見有專利報道。本發(fā)明針對現(xiàn)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(jīng)過潛心研究，開發(fā)出了一種薄膜絕緣感溫探頭，用于測定卷煙內(nèi)部動態(tài)燃燒溫度及氣相溫度效果良好。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的在于提供一種薄膜絕緣感溫探頭；
本發(fā)明的另一目的在于將薄膜絕緣感溫探頭應用于測定卷煙燃燒時內(nèi)部動態(tài)溫度，即燃燒溫度及氣相溫度。
本發(fā)明的第一目的是這樣實現(xiàn)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)絲表面涂敷一層薄膜絕緣材料。
本發(fā)明的另一目的是這樣實現(xiàn)的其包括溫度捕集器、測溫組件、信號處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)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(fā)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(shù)轉(zhuǎn)換電路的輸入端組，輸出信號進入數(shù)字信號處理器進行信號處理，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路傳輸?shù)娇刂朴嬎闫鳌?br> 由于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(tài)采用計算機控制的信號輸出及模數(shù)轉(zhuǎn)換電路，接收來自感溫探頭及動態(tài)感溫探頭的信號進行處理，使得可以獲取卷煙內(nèi)部的燃燒溫度，又可同時獲取動態(tài)燃燒錐的表面溫度，并可以獲取全煙支整個燃燒階段的內(nèi)部動態(tài)溫度，便于對卷煙燃燒化學成分的變化進行動態(tài)分析，以控制、調(diào)整卷煙的品質(zhì)，提高經(jīng)濟效益。


下面結合附圖與實施例對本發(fā)明作進一步的說明，但不以任何方式對本發(fā)明加以限制。
圖1為本發(fā)明薄膜絕緣感溫探頭內(nèi)部結構示意圖；圖2為本發(fā)明活動式薄膜絕緣感溫探頭內(nèi)部結構示意圖；圖3為應用薄膜絕緣感溫探頭測定卷煙內(nèi)部動態(tài)溫度設備結構關系圖；圖4為三感溫探頭動態(tài)測溫儀卷煙燃燒溫度的動態(tài)測溫圖；
圖5為十感溫探頭動態(tài)測溫儀卷煙燃燒溫度的動態(tài)測溫圖；圖6為十五感溫探頭動態(tài)測溫儀卷煙燃燒溫度的動態(tài)測溫圖；圖7為活動感溫探頭對卷煙燃燒區(qū)的測溫圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發(fā)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表面涂敷薄膜絕緣涂層10，中后部設有保護瓷管3。
所述的薄膜絕緣涂層10為高溫絕緣涂料。所述的高溫絕緣涂料為陶瓷類、復合樹脂類或有機氟聚合物類的耐高溫絕緣涂料，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，其在測定卷煙內(nèi)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，后部設有保護瓷管3，即其前部鉑絲5和鉑銠絲6表面涂敷薄膜絕緣涂層10，中部設有柔性高溫絕緣護套11，后部設有保護瓷管3。
圖3示出了應用薄膜絕緣感溫探頭的測定卷煙內(nèi)部動態(tài)溫度設備結構關系。其包括溫度捕集器1、測溫組件、信號處理器4、模數(shù)轉(zhuǎn)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(fā)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(shù)轉(zhuǎn)換電路8的輸入端組，輸出信號進入數(shù)字信號處理器4進行信號處理，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路8傳輸?shù)娇刂朴嬎闫?。
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。通常采用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。
采用3個固定感溫探頭可測定一支卷煙頭端、中端、底端三個點的燃燒溫度及氣相溫度，基本能反映氣流在卷煙內(nèi)部的動態(tài)變化。采用15個固定感溫探頭能較全面的測定一支卷煙的燃燒溫度及內(nèi)部的動態(tài)氣相溫度，但由于固定感溫探頭數(shù)量的增加，對煙支狀態(tài)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采用10個固定感溫探頭加2個活動感溫探頭，不但可全面測定卷煙的燃燒溫度及內(nèi)部動態(tài)氣相溫度，動態(tài)監(jiān)測卷煙任意位置的溫度，而且對煙支狀態(tài)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于溫度捕集器上，用于裝置感溫探頭。
測量實例表1為測定卷煙內(nèi)部動態(tài)燃燒溫度設備的感溫探頭數(shù)量與RSD值之間關系。測量條件將自制帶有10根感溫探頭的動態(tài)測溫儀，放置在溫度為22±1℃，濕度為60±2％的恒溫恒濕環(huán)境中測量溫度15分鐘，測量完畢后通過計算機對數(shù)據(jù)進行后續(xù)處理。
結果分析對10根感溫探頭2的溫度測量數(shù)據(jù)進行RSD值分析，分析結果見表1?？梢钥闯?，10根感溫探頭的相對標準偏差RSD值均小于5％，它反映了本發(fā)明的薄膜絕緣感溫探頭的測定結果精密度高，重現(xiàn)性好。
表1 感溫探頭位置與標準偏差RSD關系

圖4為三感溫探頭動態(tài)測溫儀卷煙燃燒溫度的動態(tài)測溫圖。
測量條件動態(tài)測溫儀設有3根感溫探頭，RM1/PLUS吸煙機(borgwaldttechnik)，某品牌商品卷煙，挑選重量范圍在0.94±0.01g的合格煙支，并在溫度22±1℃，濕度60±2％條件下平衡48小時。
測量方法距離煙支水松紙5mm處劃線作為最后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，打開吸煙機點燃卷煙，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。待卷煙抽吸完畢后，通過計算機對數(shù)據(jù)進行后續(xù)處理。
由圖4可以看出，3根感溫探頭反映在卷煙抽吸和陰燃過程中對煙支內(nèi)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卷煙內(nèi)部的動態(tài)變化?？梢钥闯鼍頍熢谌嘉^程中最高溫度為645度。
圖5為十感溫探頭動態(tài)測溫儀卷煙燃燒溫度的動態(tài)測溫圖。
測量條件動態(tài)測溫儀設有10根感溫探頭，RM1/PLUS吸煙機(borgwaldttechnik)，某品牌商品卷煙，挑選重量范圍在0.94±0.01g的合格煙支，并在溫度22±1℃，濕度60±2％條件下平衡48小時。
測量方法距離煙支水松紙5mm處劃線作為最后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，打開吸煙機點燃卷煙，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。待卷煙抽吸完畢后，通過計算機對數(shù)據(jù)進行后續(xù)處理。
由圖5可以看出，10根感溫探頭反映在卷煙抽吸和陰燃過程中對煙支內(nèi)部軸心不同點的氣相溫度，說明了氣流在燃燒的卷煙內(nèi)部的動態(tài)變化?？梢钥闯鼍頍熢谌嘉^程中最高溫度為700度。
圖6為十五感溫探頭動態(tài)測溫儀卷煙燃燒溫度的動態(tài)測溫圖。
測量條件動態(tài)測溫儀設有15根感溫探頭，RM1/PLUS吸煙機(borgwaldttechnik)，某品牌商品卷煙，挑選重量范圍在0.94±0.01g的合格煙支，并在溫度22±1℃，濕度60±2％條件下平衡48小時。
測量方法距離煙支水松紙2mm處劃線作為最后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，打開吸煙機點燃卷煙，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。待卷煙抽吸完畢后，通過計算機對數(shù)據(jù)進行后續(xù)處理。
由圖6可以看出，由于感溫探頭數(shù)量增多到15根，我們選擇最后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(shù)據(jù)基本反映了一支卷煙抽吸和陰燃過程中對煙支內(nèi)部軸心不同點的氣相溫度。由于第一個感溫探頭距離煙支頭端5mm，在點火器點煙時距離點火器過近，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、活動感溫探頭對卷煙燃燒區(qū)溫度的動態(tài)測溫圖。
測量條件動態(tài)測溫儀設有2根活動感溫探頭，RM1/PLUS吸煙機(borgwaldt technik)，某品牌商品卷煙，挑選重量范圍在0.94±0.01g的合格煙支，并在溫度22±1℃，濕度60±2％條件下平衡48小時。
測量方法在標準條件下抽吸卷煙，選擇第四口抽吸時作為卷煙燃燒區(qū)溫度的檢測點。根據(jù)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，待點燃卷煙后，利用手動方式調(diào)整卷煙在標記線處開始第四口抽吸，并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(qū)不同點的氣相溫度。待卷煙抽吸完畢后，通過計算機對數(shù)據(jù)進行后續(xù)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，燃燒線后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(fā)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(fā)明的特點1、本發(fā)明的鉑-鉑銠合金類型感溫探頭是工業(yè)上最常用的溫度檢測元件之一。由于采用了薄膜絕緣取代了傳統(tǒng)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，并且體積小操作簡便。測量精度高，不受中間介質(zhì)的影響，而且測量的溫度范圍廣。
2、活動感溫探頭可在卷煙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。便于對卷煙燃燒過程中任意點位置進行動態(tài)監(jiān)測。同時活動感溫探頭還可在卷煙的燃吸過程中測定周圍環(huán)境的氣相溫度，對環(huán)境溫度的穩(wěn)定性進行檢測。并通過對環(huán)境溫度的檢測結果來校準卷煙燃燒溫度，盡量排除環(huán)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(jù)感溫探頭的不同組合方式，既可測定卷煙抽吸和陰燃過程中同一時刻煙支內(nèi)部不同位置的軸心氣相溫度，又可動態(tài)測定一支卷煙在抽吸和陰燃過程中的軸心氣相溫度。對卷煙整個燃燒過程進行動態(tài)溫度測量，反映氣流在燃燒的卷煙內(nèi)部的動態(tài)變化，有助于驗證卷煙內(nèi)部燃燒過程中的氣流變化情況。
3、測定卷煙內(nèi)部動態(tài)燃燒溫度設備適合與單孔道吸煙機配套使用。
4、運用此發(fā)明提供的設備對溫度變化反應靈敏，并根據(jù)感溫探頭的不同組合，可測定卷煙陰燃和抽吸過程中的動態(tài)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。對卷煙整個燃燒過程進行動態(tài)溫度測量，卷煙燃燒溫度的測定有助于構建卷煙降焦、降CO添加劑的篩選平臺，卷煙輔料品質(zhì)改進的檢測平臺，對中式卷煙的發(fā)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，中后部設有保護瓷管(3)，其特征是所述的鉑絲(5)和鉑銠絲(6)表面涂敷薄膜絕緣涂層(10)。
2.如權利要求1所述的薄膜絕緣感溫探頭，其特征是所述的薄膜絕緣涂層(10)為高溫絕緣涂料。
3.如權利要求2所述的薄膜絕緣感溫探頭，其特征是所述的高溫絕緣涂料為陶瓷類、復合樹脂類或有機氟聚合物類的耐高溫絕緣涂料，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，其特征是所述的感溫探頭的前部鉑絲(5)和鉑銠絲(6)表面涂敷薄膜絕緣涂層，中部設有柔性高溫絕緣護套(11)，后部設有保護瓷管3。
5.一種應用權利要求1感溫探頭的測定卷煙內(nèi)部動態(tài)溫度設備，其特征是其包括溫度捕集器(1)、測溫組件、信號處理器(4)、模數(shù)轉(zhuǎn)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(shù)轉(zhuǎn)換電路(8)的輸入端組，輸出信號進入數(shù)字信號處理器(4)進行信號處理，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(8)傳輸?shù)娇刂朴嬎闫?9)。
6.如權利要求5所述的測定卷煙內(nèi)部動態(tài)溫度設備，其特征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所述的測定卷煙內(nèi)部動態(tài)溫度設備，其特征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)直接固定于溫度捕集器(1)上，用于固定感溫探頭。
全文摘要
本發(fā)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卷煙內(nèi)部動態(tài)溫度的設備。薄膜絕緣感溫探頭的鉑絲(5)和鉑銠絲(6)表面涂敷薄膜絕緣涂層(10)。測定卷煙內(nèi)部動態(tài)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(shù)轉(zhuǎn)換電路(8)的輸入端組，輸出信號進入數(shù)字信號處理器(4)進行信號處理，再經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換電路(8)傳輸?shù)娇刂朴嬎闫?9)。薄膜絕緣感溫探頭測量精度高，不受中間介質(zhì)的影響，測量的溫度范圍廣。
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(yōu)先權日2006年5月29日
發(fā)明者楊濤, 楊偉祖 申請人:云南瑞升煙草技術(集團)有限公司