MCT360T在線水分儀在測量煙草產品中的標定研究

張宏巍 劉加樹 梁毅

摘 要：在煙草產品生產過程中，水分儀是最重要的檢測設備，水分儀的檢測精度直接影響到煙草產品的過程和成品是否合格。對影響水分儀的主要因素進行分析，對水分儀標定進行深入的研究，找出標定水分儀的合適方法。

關鍵詞：在線水分；標定；煙草；烘箱法

中圖分類號：TS43 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）08-0216-02

MCT360T紅外在線水分是世界領先的水分儀制造商，提供用于生產過程中產品質量控制的最為精確、穩定、可靠的水分及其它成分檢測設備。MCT水分儀專為煙草應用設計，高可靠，高穩定性的水分傳感器。但在使用過程中總會出現水分儀在線測量值和烘箱法差異很大的情況發生，這是就需要計量人員能及時找出存在的問題及采取的對策。

1 影響MCT360T水分儀準測量的因素

在煙草產品檢測過程中，由于生產產品品牌眾多，生產時間周期間隔長及校準方法本身存在的缺陷，使得水分儀的準確性受諸多因素的影響，產品水分質量保障成為企業的一個難點。通過對影響水分儀準確檢測的影響因素進行分析，當產品水分出現問題時，可以一一排除影響因素，有針對性進行改進，才能更好的保障水分儀的準確性。

1.1 校準方法及過程的因素

烘箱法在不同溫度檢測A-2含水率的比較，實驗煙草成品品牌代碼為A-1，實驗方法取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。100℃煙草成品的平均值為11.29%，105℃煙草產品的平均值為11.68%，平均偏差為0.39。

通過實驗研究表明，在同一烘烤時間，隨著烘烤溫度的提高，煙草產品的含水率會增大。水分儀的校準是采用烘箱法.用烘箱法來檢測煙草產品的水分值，通過對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，對在線水分儀進行零點校正。根據烘箱法比對在線水分儀不確定度。煙草產品水分在15%以上的水分要求烘箱法測定水分值和水分儀取樣顯示值之間不超過0.5%作為是否校正標準。在15%以下以不超過0.3%作為是否校正標準。烘箱法在實際檢測水分過程中，不完全是煙草產品的水分含量，也包括了煙草產品中有機類等揮發物的含量，因此烘箱法檢測煙草產品水分值和煙草加工和原料都有關。這樣檢測會造成實際物料的水分失真。

1.2 物料因素

通過對不同品牌煙草成品在烘絲出口水分儀一通道的偏差統計，來分析不同品牌物料對水分儀的準確度影響。平均偏差統計如表1。

由表1可以看出其中最小平均偏差A-3為-0.051，最大平均偏差A-6為-0.263。物料顏色主要影響水分儀檢測顯示值。從水分儀的原理可知近紅外光對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值差異很大，有的差異較大，實際上水分儀可能非常穩定。由于生產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一個重要原因。同時由于煙草產品加工過程中不同等級煙葉、煙梗，加工過程不同的工藝段，以及加工過程中所添加的香料、香精等物質的影響。每個工藝段煙草產品非水分揮發量十分不同，這就造成烘箱法測定水分值帶來一定難度。要真正搞清楚水分值必須要做大量揮發物檢測實驗才能得出。由于這樣因素的影響，在線水分儀顯示值也會帶來測量誤差。煙草分組加工和柔性化加工在某種意義上來講是由此產生的新工藝理念。

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物料表面的水分，并不能反映深層次和內部水分。煙草產品水分的均勻性直接影響到在線水分儀和烘箱法檢測之間的誤差。在線水分儀只能檢測煙草產品的表面水分值。烘箱法檢測取樣時，檢驗人員按取樣鍵后有規律低在煙草產品上層取樣，取樣結束后且要求過程標準偏差在一定范圍內才算取樣有效。實際狀況更為復雜，在線物料截面分為上、中、下三層。水分儀只能檢測到上層表面水分值。烘箱法測定的是上層水分值，實際需要的是整個上、中、下三層混合水分值。為了解決這個問題，如烘箱法測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。水分控制系統會根據混合后的物料水分值和校正后的在線水分儀差值作調整，若差值為0.3%。在先不考慮過程水分變化的情況下，煙草成品物料水分值為11.8%，而水分控制系統要求把設備出口水分值控制設定值設在11.5%。

2 紅外水分儀全標定研究

2.1 紅外水分儀全標定測試原理

水分儀是利用物料對某個頻率的光吸收率來計算水分含量。實際上隨著物料水分值的變化吸收率并不是線性變化。為了提高檢測精度，水分儀在設備內部預設了大量經驗數據庫，這些數據庫有時也不能全覆蓋所有煙草產品。這就需要采用線性回歸的方法計算烘箱法測定值和在線水分測量值的斜率和截距。以修正以前存儲在水分儀的斜率和截距，使得在線水分儀測量精度控制在合格的范圍內。

2.2 水分儀的全校準

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

2.3 斜率測試與計算

為了更好的測試烘絲機出口水分儀的斜率，采用數據測試和研究，一共有28組，實驗數據如圖1，烘筒出口水分數據統計，其中實驗室即為烘箱法，顯示值為在線水分儀顯示值。

利用Excel的圖表制作功能，計算出斜率與截距，計算后新斜率為25.07，零點為-19.68.現斜率為25，零點為-19.5。

3 數據發整理與分析

為了更好低分析出水分儀校準的方法的可靠性，由于水分儀矯正采用零點校準方法，斜率通常不校準。假設水分儀和實驗室數據為準確的前提下，進行修改斜率和不修改斜率的偏差計算。項目組對全標定的兩組數據進行整理分析，結果如表2。

從表2數據中可以看出，即使數據樣本很小的情況下，需要校驗的斜率和水分儀經驗庫中的標準斜率，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%，水分儀校準規定通常是水分偏差大于0.3才需要進行水分儀零點校正。測試中的實際誤差只有0.03，完全可以忽略不計。

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

4 結語

在線水分儀的標定是一個復制的過程，只有對水分儀測量原理、測量過程以及各種因素綜合研究，才能把水分儀檢測精度控制在合格的范圍內，以減小測量誤差。保障煙草生產中水分全過程受控，提高煙草產品的內在質量，制造出水分合格的煙草產品。

參考文獻

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