卷烟爆珠强度测试仪压力校准研究

卷烟爆珠强度测试仪压力校准研究
摘要：卷烟爆珠强度测试仪是检测爆珠压力的常用仪器，面临着压力尚未溯源的难题。

本文介绍了卷烟爆珠强度测试仪的工作原理，分析了压力校准的两种校准路径。

实验结果表明：标准砝码与自研压力校准装置，均可实现压力的有效校准；自研压力校准装置仅能实现单点校准，标准砝码可实现多点校准；采用标准砝码进行压力校准更为科学合理。

关键词：卷烟爆珠强度压力校准
中图分类号：TS452 文献标识码：A 文章编
号：
爆珠卷烟是将爆珠作为卷烟加香的载体，可有效避免传统加香手段存在的香料易分解、易挥发等问题，已成为烟草行业的一个重要创新方向[1]。

卷烟中爆珠的强度能够直接影响用户的体验感受，是爆珠卷烟最重要的物理指标，由于加工工艺与生产材料的不同，爆珠强度也会存在差异，强度过大会导致消费者捏破困难，强度过小会导致包装运输环节造成破损。

对于卷烟中爆珠强度的检测，广泛采用的是机械加压法[2]，国内外生产企业也已经开发出相关测试仪器。

目前，爆珠强度的测试仪器主要分为通用仪器和专用仪器两类，通用仪器主要是万能力学试验机和质构仪，专用仪器目前国内市场有合肥众沃公司的爆珠强度测试仪、成都瑞拓公司的爆珠强度测试仪和韩国KARDIN公司的爆珠强度测试仪。

国际标准对卷烟爆珠强度测定仪的压力和速度提出了明确规定[3]，卷烟爆珠强度测试仪的压力测定和记录装置，精度应满足±0.1N。

为保障爆珠强度检测的准确性和可靠性，卷烟爆珠强度测试仪压力校准成为急需解决的问题。

1 校准思路
1.1 现状分析
卷烟爆珠强度测试仪是一款专门用于检测烟用爆珠、爆珠滤棒、爆珠卷烟的
破碎强度和破裂形变量的专用设备，在恒速加压的条件下，对试样施加垂直方向
的压力，将试样压缩至破裂，测定其破裂时的最大力。

如需要，还可测定试样破
裂时的形变量，计算其弹性指数。

卷烟爆珠强度测试仪一般由驱动电机、精密丝杠、压力传感器、位移传感器、样品平台、样品压头、基座等组成。

以合肥众沃仪器技术有限公司生产的CST1000型卷烟爆珠强度测试仪为研究
对象，进行压力溯源研究。

卷烟爆珠强度测试仪共有10个压头，分别由10个电
机驱动。

压头下降过程分为两段，第一段下降速度较快，以最快速度靠近爆珠；
第二段下降速度为恒速，行程为10mm左右，在即将接近爆珠时，将速度降至
（20±5）mm/min，最大允许误差为±10%，以此速度将爆珠压破。

压头在将爆珠
压缩的过程中，压力测定和记录装置实时记录压力，压力测量范围（0~50）N，
最大允许误差为±0.02N，分辨力为0.1N。

1.2 校准思路
爆珠强度测试仪压力溯源，采用标准砝码和自研压力校准装置进行同步研究，对比两种校准方法的优缺点，判断压力校准的有效性。

1.3 标准砝码
标准砝码是压力传递的通用计量标准，具有稳定性好、使用方便的优点，选
用的一组标准砝码如图1所示。

图1 标准砝码
1.4 校准装置研制
自研压力校准装置由压力传感器、传感器底座、控制箱、显示记录屏等组成，结构示意图如图2所示。

压力传感器可实时测量爆珠强度测试仪压头施压时的压
力变化，将被测压力按一定比例转换成可传输的电信号；传感器底座用于压力传
感器的固定与安装；控制箱内含控制器，用于压力信号的读取、记录、处理；显示记录屏用于实时显示并记录压力校准结果。

图2 压力校准装置结构示意图
2实验验证
2.1压力校准装置
由于爆珠强度测定仪压力校准装置的结构特殊性，仅能选用某一点进行测试实验，因此选择爆珠强度测定仪“固定强度测试”模式，设定实验值为10N。

首先，不对爆珠强度测定仪进行标定，将校准装置与仪器显示值直接进行比较；然后，采用仪器自带的10.296N砝码对爆珠强度测定仪进行标定后，将校准装置与仪器显示值直接进行比较，实验结果如表1所示。

表1 标定前后压力校准装置测试结果（单位：N）
最大误差
最小误差
标
定前
-0.014-0.002
标定后-0.009-0.001
从上表可以看出，仪器标定前，爆珠强度测定仪10个通道的最大误差为-0.014N，满足最大允许误差±0.02N的要求；仪器标定后，爆珠强度测定仪10个通道的最大误差为-0.009N，比仪器标定前降低35.7%，表明仪器标定的有效性。

2.2标准砝码
首先，不对爆珠强度测定仪进行标定，选用检定值为0.1kg（0.980N）、
0.2kg（1.960N）、0.5kg（4.900N）、0.9kg（8.820N）、1.0kg（9.800N）、
1.4kg（13.720N）的一组砝码，对爆珠强度测定仪的压力进行测试实验，实验结果如表2所示。

表2 标定前标准砝码测试结果（单位：N）
标准值
10通
道平均值
最大误
差
0.
9800.978-0.006
1.
960 1.958-0.007
4.
900 4.898-0.008
8.
8208.820-0.010
9.
8009.8030.012
13
.72013.7270.019
从上表可以看出，爆珠强度测定仪10个通道的最大误差为0.019N，满足最大允许误差±0.02N的要求。

然后，采用仪器自带的10.296N砝码对爆珠强度测定仪进行标定，继续选用检定值为0.1kg（0.980N）、0.2kg（1.960N）、0.5kg（4.900N）、0.9kg
（8.820N）、1.0kg（9.800N）、1.4kg（13.720N）的一组砝码，对爆珠强度测定仪的压力进行测试实验，实验结果见表3。

表3 标定前标准砝码测试结果（单位：N）
标准值
10通
道平均值
最大误
差
0. 9800.977
-0.006
1. 9601.956
-0.008
4. 9004.897
-0.005
8. 8208.819
-0.006
9.
9.8010.008
800
13 .72013.723
0.011
从上表可以看出，爆珠强度测定仪10个通道的最大误差为0.011N，比仪器标定前降低42.1%，表明仪器标定的有效性。

3结论
本文采用标准砝码与自研压力校准装置，同时对卷烟爆珠强度测试仪进行校准实验，实验结果证明了两种方式的可行性。

由于卷烟爆珠强度测试仪固有结构的特殊性，采用自研压力校准装置，仅能实现单点校准；而采用标准砝码，可实现多点校准。

选用标准砝码作为计量标准，对卷烟爆珠强度测试仪进行压力校准更为科学合理。

参考文献
[1]李龙津, 乔枞, 顾文博, 等. 卷烟用爆珠压破强度和变形量检测参数的优化[J]. 理化检验-物理分册, 2020, 56(9): 11-15.
[2]彭黔荣, 周明珠, 韩慧杰, 等. 烟用胶囊颗粒强度检测装置的设计[J]. 烟草科技, 2017, 50(11): 93-97.
[3]CRM 94: 2020 Determination of crush strength flavor capsules for filters—definitions and measurements principles[S].
①作者简介：张朕（1984-），男，汉族，河南郑州人，硕士，助理工程师，研究方向：烟草工艺技术。