張宏巍 劉加樹(shù) 梁毅

摘 要：在煙草產(chǎn)品生產(chǎn)過(guò)程中，水分儀是最重要的檢測(cè)設(shè)備，水分儀的檢測(cè)精度直接影響到煙草產(chǎn)品的過(guò)程和成品是否合格。對(duì)影響水分儀的主要因素進(jìn)行分析，對(duì)水分儀標(biāo)定進(jìn)行深入的研究，找出標(biāo)定水分儀的合適方法。

關(guān)鍵詞：在線水分；標(biāo)定；煙草；烘箱法

中圖分類(lèi)號(hào)：TS43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2018）08-0216-02

MCT360T紅外在線水分是世界領(lǐng)先的水分儀制造商，提供用于生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)品質(zhì)量控制的最為精確、穩(wěn)定、可靠的水分及其它成分檢測(cè)設(shè)備。MCT水分儀專(zhuān)為煙草應(yīng)用設(shè)計(jì)，高可靠，高穩(wěn)定性的水分傳感器。但在使用過(guò)程中總會(huì)出現(xiàn)水分儀在線測(cè)量值和烘箱法差異很大的情況發(fā)生，這是就需要計(jì)量人員能及時(shí)找出存在的問(wèn)題及采取的對(duì)策。

1 影響MCT360T水分儀準(zhǔn)測(cè)量的因素

在煙草產(chǎn)品檢測(cè)過(guò)程中，由于生產(chǎn)產(chǎn)品品牌眾多，生產(chǎn)時(shí)間周期間隔長(zhǎng)及校準(zhǔn)方法本身存在的缺陷，使得水分儀的準(zhǔn)確性受諸多因素的影響，產(chǎn)品水分質(zhì)量保障成為企業(yè)的一個(gè)難點(diǎn)。通過(guò)對(duì)影響水分儀準(zhǔn)確檢測(cè)的影響因素進(jìn)行分析，當(dāng)產(chǎn)品水分出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，可以一一排除影響因素，有針對(duì)性進(jìn)行改進(jìn)，才能更好的保障水分儀的準(zhǔn)確性。

1.1 校準(zhǔn)方法及過(guò)程的因素

烘箱法在不同溫度檢測(cè)A-2含水率的比較，實(shí)驗(yàn)煙草成品品牌代碼為A-1，實(shí)驗(yàn)方法取10組樣品，將每組樣品均分成兩份，分別在100℃和105℃條件下做煙草成品含水率比對(duì)。100℃煙草成品的平均值為11.29%，105℃煙草產(chǎn)品的平均值為11.68%，平均偏差為0.39。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明，在同一烘烤時(shí)間，隨著烘烤溫度的提高，煙草產(chǎn)品的含水率會(huì)增大。水分儀的校準(zhǔn)是采用烘箱法.用烘箱法來(lái)檢測(cè)煙草產(chǎn)品的水分值，通過(guò)對(duì)比在線水分儀取樣顯示值。烘箱法水分值和取樣顯示值之間差值作為水分儀的修正值，對(duì)在線水分儀進(jìn)行零點(diǎn)校正。根據(jù)烘箱法比對(duì)在線水分儀不確定度。煙草產(chǎn)品水分在15%以上的水分要求烘箱法測(cè)定水分值和水分儀取樣顯示值之間不超過(guò)0.5%作為是否校正標(biāo)準(zhǔn)。在15%以下以不超過(guò)0.3%作為是否校正標(biāo)準(zhǔn)。烘箱法在實(shí)際檢測(cè)水分過(guò)程中，不完全是煙草產(chǎn)品的水分含量，也包括了煙草產(chǎn)品中有機(jī)類(lèi)等揮發(fā)物的含量，因此烘箱法檢測(cè)煙草產(chǎn)品水分值和煙草加工和原料都有關(guān)。這樣檢測(cè)會(huì)造成實(shí)際物料的水分失真。

1.2 物料因素

通過(guò)對(duì)不同品牌煙草成品在烘絲出口水分儀一通道的偏差統(tǒng)計(jì)，來(lái)分析不同品牌物料對(duì)水分儀的準(zhǔn)確度影響。平均偏差統(tǒng)計(jì)如表1。

由表1可以看出其中最小平均偏差A(yù)-3為-0.051，最大平均偏差A(yù)-6為-0.263。物料顏色主要影響水分儀檢測(cè)顯示值。從水分儀的原理可知近紅外光對(duì)物料表面顏色的反射非常敏感，具有相同水分的不同顏色的物料水分儀檢測(cè)值差異很大，有的差異較大，實(shí)際上水分儀可能非常穩(wěn)定。由于生產(chǎn)不同品牌不同工藝煙草成品的物料顏色不相同，是水分儀為什么要分通道檢測(cè)一個(gè)重要原因。同時(shí)由于煙草產(chǎn)品加工過(guò)程中不同等級(jí)煙葉、煙梗，加工過(guò)程不同的工藝段，以及加工過(guò)程中所添加的香料、香精等物質(zhì)的影響。每個(gè)工藝段煙草產(chǎn)品非水分揮發(fā)量十分不同，這就造成烘箱法測(cè)定水分值帶來(lái)一定難度。要真正搞清楚水分值必須要做大量揮發(fā)物檢測(cè)實(shí)驗(yàn)才能得出。由于這樣因素的影響，在線水分儀顯示值也會(huì)帶來(lái)測(cè)量誤差。煙草分組加工和柔性化加工在某種意義上來(lái)講是由此產(chǎn)生的新工藝?yán)砟睢?/p>

1.3 水分儀自身因素

紅外水分儀自身的特性決定了其只能有效地檢測(cè)物料表面的水分，并不能反映深層次和內(nèi)部水分。煙草產(chǎn)品水分的均勻性直接影響到在線水分儀和烘箱法檢測(cè)之間的誤差。在線水分儀只能檢測(cè)煙草產(chǎn)品的表面水分值。烘箱法檢測(cè)取樣時(shí)，檢驗(yàn)人員按取樣鍵后有規(guī)律低在煙草產(chǎn)品上層取樣，取樣結(jié)束后且要求過(guò)程標(biāo)準(zhǔn)偏差在一定范圍內(nèi)才算取樣有效。實(shí)際狀況更為復(fù)雜，在線物料截面分為上、中、下三層。水分儀只能檢測(cè)到上層表面水分值。烘箱法測(cè)定的是上層水分值，實(shí)際需要的是整個(gè)上、中、下三層混合水分值。為了解決這個(gè)問(wèn)題，如烘箱法測(cè)量混合后的煙草成品物料水分值，這才是真正的整體水分值。水分控制系統(tǒng)會(huì)根據(jù)混合后的物料水分值和校正后的在線水分儀差值作調(diào)整，若差值為0.3%。在先不考慮過(guò)程水分變化的情況下，煙草成品物料水分值為11.8%，而水分控制系統(tǒng)要求把設(shè)備出口水分值控制設(shè)定值設(shè)在11.5%。

2 紅外水分儀全標(biāo)定研究

2.1 紅外水分儀全標(biāo)定測(cè)試原理

水分儀是利用物料對(duì)某個(gè)頻率的光吸收率來(lái)計(jì)算水分含量。實(shí)際上隨著物料水分值的變化吸收率并不是線性變化。為了提高檢測(cè)精度，水分儀在設(shè)備內(nèi)部預(yù)設(shè)了大量經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)庫(kù)，這些數(shù)據(jù)庫(kù)有時(shí)也不能全覆蓋所有煙草產(chǎn)品。這就需要采用線性回歸的方法計(jì)算烘箱法測(cè)定值和在線水分測(cè)量值的斜率和截距。以修正以前存儲(chǔ)在水分儀的斜率和截距，使得在線水分儀測(cè)量精度控制在合格的范圍內(nèi)。

2.2 水分儀的全校準(zhǔn)

合格的紅外水分儀的測(cè)量值與實(shí)驗(yàn)值虛線區(qū)間內(nèi)，其歸一化曲線接近Y=S0X+T0（理想曲線），S0為原設(shè)定斜率值，T0為原設(shè)定截距值。在使用過(guò)程中當(dāng)曲線偏離區(qū)間時(shí)，就要進(jìn)行校準(zhǔn)。將實(shí)驗(yàn)值作為自變量X，水分儀測(cè)量平均值作為因變量Y，則Y=Mx+c，M為直線的斜率，c為直線的截距計(jì)算新斜率值S1=S0/m，S0為原設(shè)定斜率值；新截距T1=（T0-c）/m，T0為原設(shè)定截距值。

2.3 斜率測(cè)試與計(jì)算

為了更好的測(cè)試烘絲機(jī)出口水分儀的斜率，采用數(shù)據(jù)測(cè)試和研究，一共有28組，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖1，烘筒出口水分?jǐn)?shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，其中實(shí)驗(yàn)室即為烘箱法，顯示值為在線水分儀顯示值。

利用Excel的圖表制作功能，計(jì)算出斜率與截距，計(jì)算后新斜率為25.07，零點(diǎn)為-19.68.現(xiàn)斜率為25，零點(diǎn)為-19.5。

3 數(shù)據(jù)發(fā)整理與分析

為了更好低分析出水分儀校準(zhǔn)的方法的可靠性，由于水分儀矯正采用零點(diǎn)校準(zhǔn)方法，斜率通常不校準(zhǔn)。假設(shè)水分儀和實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)為準(zhǔn)確的前提下，進(jìn)行修改斜率和不修改斜率的偏差計(jì)算。項(xiàng)目組對(duì)全標(biāo)定的兩組數(shù)據(jù)進(jìn)行整理分析，結(jié)果如表2。

從表2數(shù)據(jù)中可以看出，即使數(shù)據(jù)樣本很小的情況下，需要校驗(yàn)的斜率和水分儀經(jīng)驗(yàn)庫(kù)中的標(biāo)準(zhǔn)斜率，水分偏差也很小，平均偏差只有0.03，誤差百分比也很小-0.2792%，水分儀校準(zhǔn)規(guī)定通常是水分偏差大于0.3才需要進(jìn)行水分儀零點(diǎn)校正。測(cè)試中的實(shí)際誤差只有0.03，完全可以忽略不計(jì)。

由全標(biāo)定研究可以得出結(jié)論，在PSC紅外在線水分儀標(biāo)定中，由于進(jìn)行斜率校準(zhǔn)和斜率不校準(zhǔn)之間誤差極小，不能影響到水分儀測(cè)量的精確性，所以測(cè)試紅外水分儀標(biāo)定通常只需要改變trim值即零點(diǎn)的方式矯正水分儀測(cè)量精度，就能滿足水分儀測(cè)試水分值的精度的要求。

4 結(jié)語(yǔ)

在線水分儀的標(biāo)定是一個(gè)復(fù)制的過(guò)程，只有對(duì)水分儀測(cè)量原理、測(cè)量過(guò)程以及各種因素綜合研究，才能把水分儀檢測(cè)精度控制在合格的范圍內(nèi)，以減小測(cè)量誤差。保障煙草生產(chǎn)中水分全過(guò)程受控，提高煙草產(chǎn)品的內(nèi)在質(zhì)量，制造出水分合格的煙草產(chǎn)品。

參考文獻(xiàn)

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