清洁压空对在线红外水分仪检测准确性的影响

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摘要：摘 要：为解决生产过程中在线红外水分仪检测探头蒙尘及结露现象，使用固定范围内的清洁压空不间断地对其进行吹扫清洁，可有效提高在线红外水分仪对不同水分下烟丝检测的准确性和稳定性，利于物料水分的在线检测与控制。运用单因素多水平试验的方法，选择卷烟

　　摘 要：为解决生产过程中在线红外水分仪检测探头蒙尘及结露现象，使用固定范围内的清洁压空不间断地对其进行吹扫清洁，可有效提高在线红外水分仪对不同水分下烟丝检测的准确性和稳定性，利于物料水分的在线检测与控制。运用单因素多水平试验的方法，选择卷烟制丝生产线上3种不同物料状态和水分的样品，比较清洁压空使用量对其各自在线红外水分仪检测结果影响程度，进一步确定出对提高水分仪检测准确性最适宜的清洁压空使用量。通过对梯度测试结果进行比较分析，得出适宜的清洁压空使用量为0.033～0.066 MPa。

　　关键词：清洁压空;红外水分仪;检测误差

　　在線红外水分仪是用特定波长的红外光照射物料，物料中含水量越多，吸收红外光的能量也越多，进而通过测量反射光的减少量来计算物料的水分[1]，被广泛应用于食品加工、卷烟制丝等生产线的物料含水率监测[2]。在线红外水分仪对于监控产品质量和自动化生产具有重要作用[3]。但物料的表面状态、颜色、结构等不同的吸收特性及发散特性因素，以及不同安装位置、不同物料状态、不同测试环境等各种不同的外部因素，会影响红外线的反射率，从而干扰水分的准确测量[4]。消除此类影响因素的手段之一，就是在生产时使用清洁压空对在线红外水分仪探头进行不间断的吹扫清洁[5]，以保证探头的干净程度。查阅相关加工技术标准等资料，均没有对水分仪清洁压空压力设置参数的要求。

　　1 研究原因分析

　　食品加工、卷烟制丝等类型企业的生产现场是粉尘较为集中的场所[6]，加工工艺流程中多有对物料增温、增湿等环节[7]，以使最终产品的质量特性达到要求。而在线红外水分仪附近扬尘较大，扬尘极易积聚于检测探头上，造成探头蒙尘。若物料温度较高(50～70 ℃)，会造成检测探头表面有水蒸气凝结成露，无法检测到真实物料水分。

　　若忽略清洁压空对在线红外水分仪检测准确性的影响，物料水分影响因素查找往往不得要领，造成检测误差偏大的同时，会向自动控制系统发出错误的信号，导致物料真实水分的控制难度增大。即使生产现场水分仪设置有清洁压空，其启停开关多为手动，需要在生产前后手动打开或关闭清洁压空开关;而在实际生产中，经常存在忘记打开清洁压空开关的现象;在设备保养、清洁时，也可能误触清洁压空开关，造成清洁压空实际压空量为0 MPa，不能对水分仪探头起到吹扫和清洁的作用。

　　2 使用和不使用清洁压空的效果对比

　　选择使用和不使用清洁压空两种情况进行效果对比。选定固定点(烘丝机出口)为效果对比位置，待生产稳定后进行取样，并用烘箱法[8]测量其真实含水率，与在线红外水分仪检测值进行比对，检测误差计算公式为：

　　检测结果如表1所示。

　　使用和不使用清洁压空两种情况下，在线红外水分仪检测探头清洁效果对比图如图1所示。

　　从对比结果可以看出，使用清洁压空时，在线红外水分仪检测探头无蒙尘现象，检测误差平均值为0.14%;不使用清洁压空时，在线红外水分仪检测探头蒙尘现象严重，检测误差平均值为0.26%，使用清洁压空的检测准确度高于不使用清洁压空。

　　实际生产过程中，在不使用清洁压空的情况下，过料一批次之后，水分仪探头上就会存在蒙尘现象。为更准确地监控生产线上物料水分状况，消除粉尘、水露等造成的干扰，应选择不间断地清洁压空对在线红外水分仪探头进行清洁，并固定清洁压空使用量。

　　3 试验设计

　　通过单因素多水平试验的方法，选择卷烟工厂制丝生产线上3种不同物料状态和水分的样品，比较清洁压空使用量对其各自的在线红外水分仪检测结果影响程度，进一步确定出对提高水分仪检测准确性最适宜的清洁压空使用量，并采取相应的固化措施。

　　3.1 主要仪器

　　TM710e系列红外水分仪(精度±0.1%～±0.8%，英国NDC公司)，压力表(0～1.6 MPa，红旗仪表公司)，热风循环型烘箱(德国3M公司)，烟丝(黄果树系列某品牌，贵州中烟公司)。

　　3.2 测试要求

　　测试样品选取制丝生产线上使用在线红外水分仪的加料机设备出口(正常环境下50 ℃高水分片烟，加工技术要求检测误差≤0.5%，日常管控要求检测误差≤0.25%)，SIROX增温增湿设备出口(高湿环境下70 ℃高水分烟丝，加工技术要求检测误差≤0.5%，日常管控要求检测误差≤0.3%)，烘丝机设备出口(正常环境下60 ℃低水分烟丝，加工技术要求检测误差≤0.3%，日常管控要求检测误差≤0.15%)3个主要对物料进行水分控制的物料。

　　所有样品均使用同一品牌烟丝或烟叶。取样工作在生产运行及物料水分控制稳定的情况下进行。每个位置、每个梯度进行测试取样不少于三次，每次不少于三组平行样品。试验使用的在线红外水分仪及烘箱均经过专业机構鉴定，且鉴定结果合格。若试验过程中出现停机、断料等异常情况，则中断测试工作。烘箱使用前需预热30 min，且烘箱内温度达到(100±2) ℃等。

　　3.3 梯度试验

　　通过对3种不同物料进行状态和水分下的初步测试，发现当清洁压空压力增大至0.2 MPa左右时，物料被压空明显吹出凹陷，在线红外水分仪检测误差明显增大。原因为：较大的压缩空气加速了烟丝或烟片中水分的散失，测量内层物料水分显示值的同时，取样操作仅抓取表层物料进行烘箱实际值检测，使得显示值与检测值有较大偏差。由此，确定试验梯度上限为0.2 MPa。

　　该型号压力表0.20 MPa及以下的刻度线标定有0、0.033、0.066、0.100、0.120、0.140、0.160、0.180 MPa和0.200 MPa，共9条。因清洁压空使用量为0.200 MPa左右时，物料被明显吹出凹陷;当不使用清洁压空即使用量为0 MPa时，在线红外水分仪检测探头表面蒙尘严重，效果对比明显、检测误差较大，梯度试验起始值应略大于0 MPa便定为0.010 MPa左右。因此，在以压力表刻度线值为梯度的基础上，确定出0.010、0.033、0.066、0.100、0.120、0.140、0.160、0.180共8个梯度值进行测试，以找出清洁压空使用量的影响趋势。各梯度下多次测试结果平均误差如表2所示。

　　对各个位置的检测误差数据分布情况进行趋势对比，结果见图2。

　　从图2可以得出，清洁压空使用量对各点在线红外水分仪检测误差影响明显，基本呈现出在一定区间内检测误差较小、检测误差随着清洁压空使用量增大而增大的现象。其中：烘丝机设备出口(正常环境下60 ℃低水分烟丝)在线红外水分仪检测误差达到日常管控要求的清洁压空使用量为0.010～0.100 MPa;加料机设备出口(正常环境下50 ℃高水分片烟)在线红外水分仪检测误差达到日常管控要求的清洁压空使用量为0.010～0.066 MPa;SIROX增温增湿设备出口(高湿环境下70 ℃高水分烟丝)在线红外水分仪检测误差达到日常管控要求的清洁压空使用量为0.033～0.066 MPa。

　　当清洁压空使用量为0.033～0.066 MPa时，各种不同状态下的物料水分检测误差均能满足日常管控要求。

　　在此基础上，对清洁压空使用量为0.033～0.066 MPa，各个位置的在线红外水分仪检测误差和探头清洁状况进行跟踪验证。在验证周期内，其他外部因素未发生改变的条件下，在线红外水分仪检测误差较小且稳定，均满足日常管控要求;持续生产约20 h后，仅有少许灰尘颗粒或水痕斑点出现在水分仪探头上。进行深度保养或次日开机前例行擦拭，对水分仪探头进行清洁，不影响水分仪检测效果。

　　3.4 固化措施

　　在压空管路上增加一个电磁控制阀，并将控制程序写入控制系统，用电磁阀来自动控制清洁压空的启停动作。调节并固定好清洁压空手动控制开关，使清洁压空压力达到适宜的范围，电磁阀的启、停与批次开始和批次结束一致：批次开始，阀门自动打开，清洁压空量自动控制到合适的范围，设备开始正常生产;物料输送完毕，批次结束，电磁阀自动关闭，清洁压空停止。

　　在设备工艺性能点检中，增加对水分仪清洁压空使用情况的点检，点检方法为：在正常情况下，清洁压空能随着批次的开始与结束进行自动启停，并能达到合适的压空使用量范围0.033～0.066 MPa，且水分仪探头无结露、无蒙尘;被检测烟丝未被吹起，用手轻触探头正下方，有轻微风感。

　　4 结语

　　通过使用清洁压空对在线红外水分仪检测探头进行吹扫清洁，并用电磁阀来自动控制清洁压空的启停，可有效解决水分仪探头结雾、蒙尘等问题，减小检测值与真实值的误差，提高检测结果的准确性，达到更好地控制产品质量的目的。受物料状态、外部环境和保养效果的影响，清洁压空使用量对各工序点在线红外水分仪检测结果影响程度不同，较为适宜的清洁压空使用量为0.033～0.066 MPa。

　　参考文献：

　　[1]邢蕾.烟草制丝过程中含水率在线监测及控制改进[D].长沙：湖南农业大学，2016：23.

　　[2]王会，卢雅婷.近红外水分测定仪的发展及在食品水分检测中的应用[J].农业工程，2016(1)：58-61.

　　[3]杨守臣. 卷烟厂红外水分仪测量误差分析及改进方法探讨[J]. 科技风，2018(21)：7.

　　[4]罗志雪，周文滨，林水艇，等.外部因素对TM710e水分仪检测结果的影响[J].烟草科技，2017(5)：87-93.

　　[5]陈文明，张贤. 浅析影响TM710红外水分仪在线测量误差的因素及对策[J]. 河南科技，2013(15)：21.

　　[6]胡月红.烟草加工与燃吸全过程的环境影响与危害分析[J].北方环境，2013(5)：18-25.

　　[7]国家烟草专卖局.卷烟工艺规范[M]. 北京：中国轻工业出版社 ，2016：23.

　　[8]国家烟草专卖局.烟草加工在线水分仪检定规程：JJG(烟草)29—2011[S].北京：中国标准出版社，2011.

　　[9]杨传敏，潘玥. 红外水分仪的精细化管理方法与应用[J]. 江西农业，2017(11)：59.[1] 2

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