清潔壓空對在線紅外水分儀檢測準(zhǔn)確性的影響

王中山

摘 要：為解決生產(chǎn)過程中在線紅外水分儀檢測探頭蒙塵及結(jié)露現(xiàn)象，使用固定范圍內(nèi)的清潔壓空不間斷地對其進(jìn)行吹掃清潔，可有效提高在線紅外水分儀對不同水分下煙絲檢測的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，利于物料水分的在線檢測與控制。運(yùn)用單因素多水平試驗(yàn)的方法，選擇卷煙制絲生產(chǎn)線上3種不同物料狀態(tài)和水分的樣品，比較清潔壓空使用量對其各自在線紅外水分儀檢測結(jié)果影響程度，進(jìn)一步確定出對提高水分儀檢測準(zhǔn)確性最適宜的清潔壓空使用量。通過對梯度測試結(jié)果進(jìn)行比較分析，得出適宜的清潔壓空使用量為0.033～0.066 MPa。

關(guān)鍵詞：清潔壓空;紅外水分儀;檢測誤差

中圖分類號：TS439.3文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1003-5168（2021）01-0028-04

Abstract： In order to solve the phenomenon of dust and condensation on the detection probe of the online infrared moisture meter in the production process， the cleaning pressure within a fixed range was used in the production process to continuously purge and clean it， which could effectively improve the on-line infrared moisture meter to cut tobacco under different moisture levels. The accuracy and stability of the detection were conducive to the online detection and control of material moisture. In this paper， using the method of single factor and multi-level test， three kinds of samples with different material states and moisture content in the cigarette making production line were selected to compare the influence of the usage of clean air on the detection results of their respective on-line infrared moisture meter， and further determine the most appropriate usage of clean air for improving the detection accuracy of moisture meter.Comparing and analyzing the results of the gradient test， it was concluded that the appropriate amount of clean air pressure was 0.033～0.066 MPa.

Keywords： clean compressed air;infrared moisture meter;detection error

在線紅外水分儀是用特定波長的紅外光照射物料，物料中含水量越多，吸收紅外光的能量也越多，進(jìn)而通過測量反射光的減少量來計算物料的水分[1]，被廣泛應(yīng)用于食品加工、卷煙制絲等生產(chǎn)線的物料含水率監(jiān)測[2]。在線紅外水分儀對于監(jiān)控產(chǎn)品質(zhì)量和自動化生產(chǎn)具有重要作用[3]。但物料的表面狀態(tài)、顏色、結(jié)構(gòu)等不同的吸收特性及發(fā)散特性因素，以及不同安裝位置、不同物料狀態(tài)、不同測試環(huán)境等各種不同的外部因素，會影響紅外線的反射率，從而干擾水分的準(zhǔn)確測量[4]。消除此類影響因素的手段之一，就是在生產(chǎn)時使用清潔壓空對在線紅外水分儀探頭進(jìn)行不間斷的吹掃清潔[5]，以保證探頭的干凈程度。查閱相關(guān)加工技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等資料，均沒有對水分儀清潔壓空壓力設(shè)置參數(shù)的要求。

1 研究原因分析

食品加工、卷煙制絲等類型企業(yè)的生產(chǎn)現(xiàn)場是粉塵較為集中的場所[6]，加工工藝流程中多有對物料增溫、增濕等環(huán)節(jié)[7]，以使最終產(chǎn)品的質(zhì)量特性達(dá)到要求。而在線紅外水分儀附近揚(yáng)塵較大，揚(yáng)塵極易積聚于檢測探頭上，造成探頭蒙塵。若物料溫度較高（50～70 ℃），會造成檢測探頭表面有水蒸氣凝結(jié)成露，無法檢測到真實(shí)物料水分。

若忽略清潔壓空對在線紅外水分儀檢測準(zhǔn)確性的影響，物料水分影響因素查找往往不得要領(lǐng)，造成檢測誤差偏大的同時，會向自動控制系統(tǒng)發(fā)出錯誤的信號，導(dǎo)致物料真實(shí)水分的控制難度增大。即使生產(chǎn)現(xiàn)場水分儀設(shè)置有清潔壓空，其啟停開關(guān)多為手動，需要在生產(chǎn)前后手動打開或關(guān)閉清潔壓空開關(guān);而在實(shí)際生產(chǎn)中，經(jīng)常存在忘記打開清潔壓空開關(guān)的現(xiàn)象;在設(shè)備保養(yǎng)、清潔時，也可能誤觸清潔壓空開關(guān)，造成清潔壓空實(shí)際壓空量為0 MPa，不能對水分儀探頭起到吹掃和清潔的作用。

2 使用和不使用清潔壓空的效果對比

選擇使用和不使用清潔壓空兩種情況進(jìn)行效果對比。選定固定點(diǎn)（烘絲機(jī)出口）為效果對比位置，待生產(chǎn)穩(wěn)定后進(jìn)行取樣，并用烘箱法[8]測量其真實(shí)含水率，與在線紅外水分儀檢測值進(jìn)行比對，檢測誤差計算公式為：

檢測結(jié)果如表1所示。

使用和不使用清潔壓空兩種情況下，在線紅外水分儀檢測探頭清潔效果對比圖如圖1所示。

從對比結(jié)果可以看出，使用清潔壓空時，在線紅外水分儀檢測探頭無蒙塵現(xiàn)象，檢測誤差平均值為0.14%;不使用清潔壓空時，在線紅外水分儀檢測探頭蒙塵現(xiàn)象嚴(yán)重，檢測誤差平均值為0.26%，使用清潔壓空的檢測準(zhǔn)確度高于不使用清潔壓空。

實(shí)際生產(chǎn)過程中，在不使用清潔壓空的情況下，過料一批次之后，水分儀探頭上就會存在蒙塵現(xiàn)象。為更準(zhǔn)確地監(jiān)控生產(chǎn)線上物料水分狀況，消除粉塵、水露等造成的干擾，應(yīng)選擇不間斷地清潔壓空對在線紅外水分儀探頭進(jìn)行清潔，并固定清潔壓空使用量。

3 試驗(yàn)設(shè)計

通過單因素多水平試驗(yàn)的方法，選擇卷煙工廠制絲生產(chǎn)線上3種不同物料狀態(tài)和水分的樣品，比較清潔壓空使用量對其各自的在線紅外水分儀檢測結(jié)果影響程度，進(jìn)一步確定出對提高水分儀檢測準(zhǔn)確性最適宜的清潔壓空使用量，并采取相應(yīng)的固化措施。

3.1 主要儀器

TM710e系列紅外水分儀（精度±0.1%～±0.8%，英國NDC公司），壓力表（0～1.6 MPa，紅旗儀表公司），熱風(fēng)循環(huán)型烘箱（德國3M公司），煙絲（黃果樹系列某品牌，貴州中煙公司）。

3.2 測試要求

測試樣品選取制絲生產(chǎn)線上使用在線紅外水分儀的加料機(jī)設(shè)備出口（正常環(huán)境下50 ℃高水分片煙，加工技術(shù)要求檢測誤差≤0.5%，日常管控要求檢測誤差≤0.25%），SIROX增溫增濕設(shè)備出口（高濕環(huán)境下70 ℃高水分煙絲，加工技術(shù)要求檢測誤差≤0.5%，日常管控要求檢測誤差≤0.3%），烘絲機(jī)設(shè)備出口（正常環(huán)境下60 ℃低水分煙絲，加工技術(shù)要求檢測誤差≤0.3%，日常管控要求檢測誤差≤0.15%）3個主要對物料進(jìn)行水分控制的物料。

所有樣品均使用同一品牌煙絲或煙葉。取樣工作在生產(chǎn)運(yùn)行及物料水分控制穩(wěn)定的情況下進(jìn)行。每個位置、每個梯度進(jìn)行測試取樣不少于三次，每次不少于三組平行樣品。試驗(yàn)使用的在線紅外水分儀及烘箱均經(jīng)過專業(yè)機(jī)構(gòu)鑒定，且鑒定結(jié)果合格。若試驗(yàn)過程中出現(xiàn)停機(jī)、斷料等異常情況，則中斷測試工作。烘箱使用前需預(yù)熱30 min，且烘箱內(nèi)溫度達(dá)到（100±2） ℃等。

3.3 梯度試驗(yàn)

通過對3種不同物料進(jìn)行狀態(tài)和水分下的初步測試，發(fā)現(xiàn)當(dāng)清潔壓空壓力增大至0.2 MPa左右時，物料被壓空明顯吹出凹陷，在線紅外水分儀檢測誤差明顯增大。原因?yàn)椋狠^大的壓縮空氣加速了煙絲或煙片中水分的散失，測量內(nèi)層物料水分顯示值的同時，取樣操作僅抓取表層物料進(jìn)行烘箱實(shí)際值檢測，使得顯示值與檢測值有較大偏差。由此，確定試驗(yàn)梯度上限為0.2 MPa。

該型號壓力表0.20 MPa及以下的刻度線標(biāo)定有0、0.033、0.066、0.100、0.120、0.140、0.160、0.180 MPa和0.200 MPa，共9條。因清潔壓空使用量為0.200 MPa左右時，物料被明顯吹出凹陷;當(dāng)不使用清潔壓空即使用量為0 MPa時，在線紅外水分儀檢測探頭表面蒙塵嚴(yán)重，效果對比明顯、檢測誤差較大，梯度試驗(yàn)起始值應(yīng)略大于0 MPa便定為0.010 MPa左右。因此，在以壓力表刻度線值為梯度的基礎(chǔ)上，確定出0.010、0.033、0.066、0.100、0.120、0.140、0.160、0.180共8個梯度值進(jìn)行測試，以找出清潔壓空使用量的影響趨勢。各梯度下多次測試結(jié)果平均誤差如表2所示。

對各個位置的檢測誤差數(shù)據(jù)分布情況進(jìn)行趨勢對比，結(jié)果見圖2。

從圖2可以得出，清潔壓空使用量對各點(diǎn)在線紅外水分儀檢測誤差影響明顯，基本呈現(xiàn)出在一定區(qū)間內(nèi)檢測誤差較小、檢測誤差隨著清潔壓空使用量增大而增大的現(xiàn)象。其中：烘絲機(jī)設(shè)備出口（正常環(huán)境下60 ℃低水分煙絲）在線紅外水分儀檢測誤差達(dá)到日常管控要求的清潔壓空使用量為0.010～0.100 MPa;加料機(jī)設(shè)備出口（正常環(huán)境下50 ℃高水分片煙）在線紅外水分儀檢測誤差達(dá)到日常管控要求的清潔壓空使用量為0.010～0.066 MPa;SIROX增溫增濕設(shè)備出口（高濕環(huán)境下70 ℃高水分煙絲）在線紅外水分儀檢測誤差達(dá)到日常管控要求的清潔壓空使用量為0.033～0.066 MPa。

當(dāng)清潔壓空使用量為0.033～0.066 MPa時，各種不同狀態(tài)下的物料水分檢測誤差均能滿足日常管控要求。

在此基礎(chǔ)上，對清潔壓空使用量為0.033～0.066 MPa，各個位置的在線紅外水分儀檢測誤差和探頭清潔狀況進(jìn)行跟蹤驗(yàn)證。在驗(yàn)證周期內(nèi)，其他外部因素未發(fā)生改變的條件下，在線紅外水分儀檢測誤差較小且穩(wěn)定，均滿足日常管控要求;持續(xù)生產(chǎn)約20 h后，僅有少許灰塵顆?；蛩郯唿c(diǎn)出現(xiàn)在水分儀探頭上。進(jìn)行深度保養(yǎng)或次日開機(jī)前例行擦拭，對水分儀探頭進(jìn)行清潔，不影響水分儀檢測效果。

3.4 固化措施

在壓空管路上增加一個電磁控制閥，并將控制程序?qū)懭肟刂葡到y(tǒng)，用電磁閥來自動控制清潔壓空的啟停動作。調(diào)節(jié)并固定好清潔壓空手動控制開關(guān)，使清潔壓空壓力達(dá)到適宜的范圍，電磁閥的啟、停與批次開始和批次結(jié)束一致：批次開始，閥門自動打開，清潔壓空量自動控制到合適的范圍，設(shè)備開始正常生產(chǎn);物料輸送完畢，批次結(jié)束，電磁閥自動關(guān)閉，清潔壓空停止。

在設(shè)備工藝性能點(diǎn)檢中，增加對水分儀清潔壓空使用情況的點(diǎn)檢，點(diǎn)檢方法為：在正常情況下，清潔壓空能隨著批次的開始與結(jié)束進(jìn)行自動啟停，并能達(dá)到合適的壓空使用量范圍0.033～0.066 MPa，且水分儀探頭無結(jié)露、無蒙塵;被檢測煙絲未被吹起，用手輕觸探頭正下方，有輕微風(fēng)感。

4 結(jié)語

通過使用清潔壓空對在線紅外水分儀檢測探頭進(jìn)行吹掃清潔，并用電磁閥來自動控制清潔壓空的啟停，可有效解決水分儀探頭結(jié)霧、蒙塵等問題，減小檢測值與真實(shí)值的誤差，提高檢測結(jié)果的準(zhǔn)確性，達(dá)到更好地控制產(chǎn)品質(zhì)量的目的。受物料狀態(tài)、外部環(huán)境和保養(yǎng)效果的影響，清潔壓空使用量對各工序點(diǎn)在線紅外水分儀檢測結(jié)果影響程度不同，較為適宜的清潔壓空使用量為0.033～0.066 MPa。

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