微波水分仪在烟支密度测量中的应用

微波水分仪在烟支密度测量中的应用

作者：邓来红廖旭东卢彦华孔伟

来源：《中国新技术新产品》2010年第01期

摘要:烟支密度是卷烟产品的一个重要的指标,烟支密度的大小不仅影响卷烟的内在质量,同时也影响着烟支的重量、硬度、吸阻、烟支端部落丝量等物理指标。由于烟丝在烟支内的分布是不均匀的,烟支密度同时也反应出烟丝在烟支内的分布情况,也可反应出卷烟机劈刀的位置,劈刀的位置影响着烟支松紧头的位置,烟支松紧头的位置对端部落丝量、空头烟、散头烟有着重要的影响。目前对烟支密度的检测方法只有靠人工检验,检测的过程复杂,工作量较大,耗时长,环节多,人为因素较多,检测结果的误差也较大,且人工检测无法分析烟丝在烟支中的分布情况。通过微波水分(密度)仪不仅可以检测出烟支的密度,也可以分析出烟丝在烟支中的分布情况。

关键词:微波水分仪;烟支密度;测量;应用

0 引言

烟支密度是描述烟支中烟丝填充的紧密程度,对烟支燃烧的完全程度及快慢有很大的影响。新版《卷烟工艺规范》给出了烟支密度的计算公式[1],目前对烟支密度的检测方法也只有依靠人工检验,测量时需要检验20支卷烟的密度,大约耗时30分钟左右,工作量较大,环节多,人为因素较多,检测结果也只能反映出烟支的平均密度,不能反映出烟丝在烟支中各个部位的分布情况。

德国TEWS公司的MW3300型微波水分仪,具有密度检测功能,其原理是通过其谐振仓产生的电磁微波对不同密度的烟丝等物质产生的谐振波不同,可以使电磁微波值与被测物质密度形成某种线性关系,从而达到测试密度的功能,但是由于微波水分仪密度测量功能在开发时仅对食品进行实验过,密度测量功能还未有在卷烟行业使用的先例,所以在测量方式上未有一种规范的方法可以借鉴,为了给卷烟生产和工艺提供准确而又快速的质量信息反馈,准确指导生产,开发利用微波水分仪密度测量功能是非常有必要的。利用微波水分仪对烟支密度进行测量30秒左右即可出结果,不但可以给卷烟生产和工艺提供准确而又快速的质量信息反馈,准确指导生产,而且还可通过改变测量部位分析出烟丝在烟支中的发布情况。

本文利用微波水分仪的密度检测原理,使用现有的卷烟生产牌号,对烟支密度的检测功能进行测试和试验,寻找线性关系,在微波水分仪中建立相应的数学模型,即可应用于对物质密度的测量。

1 材料与方法

1.1 材料与设备仪器

青岛卷烟厂X牌号卷烟;MW2300型微波水分仪、PB153型Mettler电子天平(感量为

0.001g)、标准取样盘(袋)。为保证烟丝在烟支中分布均匀,需要制作一套平板劈刀1。

1.2 方法

1.2.1 样品制备

选定一台卷烟机,将平板劈刀装入。使用X牌号卷烟的原料和材料,按单支质量

0.88g.0.93g、0.98g三种不同的标准进行加工,待设备运转平稳后,分别取三种不同加工标准的卷烟各200支,用密封袋封好,标注取样时间及牌号名称。

1.2.2 测量

1.2.2.1 将每种标准生产的卷烟各随机抽取10支,分别用综合测试台检测烟支长度、圆周、重量,对所测烟支进行编号,记录下数据并计算实测烟支密度。

1.2.2.2 对已编号的烟支进行微波值测量,记录下微波检测的测量值。

1.2.3 数据分析

对应实测烟支密度值和微波测量值的数据,并进行线性回归分析,设微波值测量值为变量x,烟支实测密度值为y,他们的线性回归方程为y=a+bx;利用MINITAB软件进行分析后,确定测量曲线。

1.2.4测量曲线的验证

取正常生产的烟支10支,对所得的曲线进行验证和校准,即用微波水分仪测得的数据与人工法测得的数据进行对比,计算出平均值和标准偏差,再根据计算结果将测量曲线的offset(截距)设为1.0左右。设定完成后重新进行验证其测量精度。修正完成后,进行验证测量结果,计算测量精度直至达到要求。

1.2.5 通过对烟支密度测量分析烟丝在烟支中的分布

取里外排各10支,测量不同部位的烟丝密度,对比烟丝在烟支中的分布情况,用以指导生产。

2 结果与讨论

2.1确定测量曲线

将30卷烟烟支的实测密度值和微波测量值对应(见表1)。

设微波值测量值为变量x,烟支实测密度值为y,坐出散点图(见图1),从图中可以看出,两个变量呈现明显的线性关系,按下列计算方法计算线性回归方程[2]:

根据上述公式计算表1的数据,可以得出实测密度值与微波值的函数关系式为一元回归方程:y=8.802x+98.517(见图1)。

对所得的回归方程进行分析:S=1.50188

R-Sq=97.8%R-Sq(调整)=97.8%(见表2)

方差分析(见表3):

得出分析可知:在实验室环境下,实测密度值与微波值的相关系数为R=0.9892,属于强相关,其P值约为0,其一元回归方密度值与微波值的函数关系式为:“y=8.802x+98.517”,实测密度值与微波值具有很强的线性相关关系,由此建立的微波值与烟支密度值之间的数学模型形成的微波水分仪密度测量曲线,可用做微波水分仪测量烟支密度的曲线。

2.2测量曲线的验证

从所取的样品中取单支重量按0.88g加工的烟支10,对所得的测量曲线进行对比修正,即用微波水分仪测得的数据与人工法测得的数据进行对比,计算出标准偏差为0.18mg/cm3,平均差值为0.14mg/cm3(见表4)。测量精度较高。由此可见,可应用于对烟支密度的测量。方法如下:从所取样品中随机取10支烟支(可自定烟支数),依次放入微波水分仪检测仓中,仪器将自动检测烟支的密度,并自动计算出10支样品的密度平均值,该测量值便是所取样品的密度的平均值。

2.3通过对烟支密度测量分析烟丝在烟支中的分布

在正常情况下,卷烟机生产的是双倍长的烟支,双倍长烟支在一切二时,应是在烟丝分布最多的中心处切开,即里外排烟支的烟丝分布是一致的,因此同一部位烟支密度也应是一致的,如果密度测量结果不一致则说明卷烟机劈刀发生磨损或偏移。因此,取样时要分清里外排烟支,测量时将按如下方法将烟支分成四等份: