CN117529243A - 用于确定在用于电子烟的烟草纸中的添加剂含量的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种用于确定在用于电子烟的烟草纸中的添加剂含量(体积％或重量％)的方法，所述烟草纸由添加剂、水、芳香物质和烟草的浆状物质制造，其中，所述浆状物质干燥成单层的烟草纸，其中，以至少一个微波谐振器测量所述烟草纸，所述至少一个微波谐振器具有带有两个谐振频率的两个谐振模式，所述两个谐振频率中较小的谐振频率在小于1GHz的频率范围内，并且所述两个谐振频率中较大的谐振频率在超过2GHz的微波范围内，针对所述两个谐振模式中的每个谐振模式，计算与密度无关的湿度值，并且根据这两个与密度无关的湿度值确定添加剂含量。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于确定在用于电子烟的烟草纸中的添加剂含量的方法。
背景技术
甘油(E422)是一种作为用于烟草产品的保湿剂使用的添加剂。在卷烟烟草(Zigarettentabak)和烟斗烟草(Pfeifentabak)中，保湿剂主要应当延长产品的储存时间并防止其干燥。在水烟烟草(Shisha-Tabak)中，在烟草中混入大量的保湿剂，以一方面防止烟草的燃烧并且另一方面产生尽可能浓密的蒸气。此外，甘油也用作电子烟中的雾流，其在加热作用下形成白色的浓密蒸气。
在制造确定类型的电子烟时，将甘油、粘合剂、芳香物质和烟草以及其他形成气雾的添加剂混合成浆料。将这种浆料轧制并干燥，由此产生所谓的烟草纸。随后将该烟草纸例如在卷制机中卷曲并加工成丝。在制作浆料时添加规定份额的甘油。然而，不确定份额的甘油可能在干燥过程中损失。因此，甘油含量的后续控制对于最终产品的质量保证而言非常重要。
由DE102007041429A1已知一种在使用至少一个微波谐振器的情况下用于测量介电材料的湿度值F的方法，其中，对于各自具有不同谐振频率的至少两种谐振模式，分别评估谐振频率A的偏移并由测量到的谐振频率偏移计算出与密度无关的湿度值。已知的是，针对彼此距离远的谐振频率测量谐振频率偏移。在此，在一个低于1GHz的谐振频率下进行测量，而另一个谐振频率偏移在高于7GHz的频率下进行测量。
由WO2017/080982A1已知一种用于确定在含烟草的物质中的至少一种添加剂的份额的装置和方法。为了确定烟草和水的份额，由交变电磁场获得两个测量参量。进一步解释：为了确定至少一种另外的添加剂的份额，必须通过用第二测量频率下的第二交变电磁场进行测量来获得另外的测量参量。通过在彼此独立的两个不同测量频率下测量测量参量、例如交变电磁场的数值和相位或谐振偏移和谐振扩宽，总共获得四个测量参量，由此可以得出关于烟草、水和所述至少一种添加剂的重量份额的推论。还指出：三个测量参量原则上足以确定烟草、水和添加剂，然而四个测量参量进一步提高测量的准确性。由现有技术已知的这种手段在于，有利地由在数据处理装置中确定的这至少四个测量参量来将湿度以及烟草和添加剂重量份额作为超定方程组的最佳解、例如具有最小平方误差的最佳解来确定。在此，附加于烟草的湿度和重量份额之外，还可以确定添加剂的重量份额。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于测量在烟草纸中的添加剂含量的方法，所述方法以简单的手段提供尽可能准确的值。
根据本发明，所述目的通过具有权利要求1的特征的方法来实现。有利的设计方案形成从属权利要求的主题。
根据本发明的方法旨在尽可能准确地测量在用于电子烟的烟草纸中的添加剂含量。添加剂含量以体积％或重量％确定。所述烟草纸由添加剂、水、芳香物质和烟草的浆状物质制造，其中，优选在卷绕步骤之后将浆状物质干燥成单层的烟草纸。在干燥过程中逸出不可预测的量的添加剂和水，从而必须进行测量以确定烟草纸的添加剂含量。以至少一个微波谐振器来进行测量，所述至少一个微波谐振器具有带有两个不同的谐振频率的两个谐振模式。所述两个谐振频率中较小的谐振频率处于小于1GHz的频率范围内，所述两个谐振频率中较大的谐振频率具有大于2GHz的值，其中，较低的范围可以处于800MHz的较低微波范围内。针对所述两个谐振频率中的每个谐振频率，分别计算与密度无关的湿度值，其中，根据这两个与密度无关的湿度值确定添加剂含量。与密度无关的湿度值优选分别是与密度无关的湿度角。相应的与密度无关的湿度值的特征在于，所述湿度值与密度无关并且指示在测量材料中的湿度。与现有技术不同，不是将四个测量值组成方程组，而是将通过所述两个共振模式获得的值处理成与密度无关的湿度值。通过经由与密度无关的参量(例如湿度角)来与烟草含量无关地确定添加剂含量，能够获得明显更精确的值。从物理学来说，这意味着与对广泛状态参量的评估相比，对作为密集状态变量出现的状态参量的评估提供明显更好的结果。
优选地，将甘油作为在烟草加工工业中的添加剂。正是对于甘油，与密度无关的湿度值提供非常精确的结果。
在优选的实施方案中，甘油含量g线性地由两个湿度角和一个偏移值确定。对于甘油含量g来说重要的是，两个湿度值、即不仅来自高频范围的谐振频率而且在微波范围内的谐振频率的两个湿度值，都对甘油含量有贡献。
在也优选的进一步改进方案中，根据在所述较大的频率下的湿度值测量针对烟草纸的湿度。重要的是要认识到，对烟草纸的湿度的测量仅与在较高频率下的与密度无关的湿度值有关，并且较低谐振频率的任何贡献都可以忽略。而恰恰在对甘油含量的测量中没有显示出这种特性，因为甘油含量取决于两个湿度值。
在优选的进一步改进方案中，所述至少一个微波谐振器构造为平面传感器。所述平面传感器具有从谐振体发出的场，所述场与测量对象相互作用。在使用平面传感器时，烟草纸在平坦的传感器面上被过滤并在此被传送穿过测量场。
除了平面传感器之外，原则上还可以设置间隙传感器，在所述间隙传感器中，烟草纸经由间隙被传送穿过谐振腔。
在一种可行的实施方案中，可以直接在单层的烟草纸上进行测量。然而，已经发现所述测量也可以在卷绕成筒管的烟草纸上进行。原则上也可行的是，依次进行这两种测量。备选地或附加地，测量还可以在干燥步骤中或直接在干燥步骤之后进行。在此，测量可以在干燥过程结束之后进行或也在干燥过程期间在限定的时间点进行。
在一种优选的实施方案中可行的是，在烟草纸进一步加工成捆束(Strang)之前、即在烟草纸进入卷制机之前测量烟草纸的甘油含量。
根据本发明的测量方法非常可靠并且可以根据所测量的湿度值来控制水和/或甘油到浆状物质中的添加。以这种方式，能够调节对于甘油含量和湿度含量的所期望的值。
在一种优选的进一步改进方案中，湿度值是湿度角。所述湿度角确定为谐振频率偏移与半值宽度的扩宽的商。对于谐振频率偏移，在空的谐振器与被填充的谐振器之间比较频率(以赫兹为单位)的变化。也考虑到在谐振器未填充时谐振曲线的半值宽度。代替于半值宽度，也可以考虑其他由谐振的阻尼引起的参量、例如谐振曲线的幅度。已证明为有利的是，将湿度角确定为谐振频率偏移与半值宽度的扩宽的与密度无关的商的反正切。
附图说明
下面借助实施例更详细地阐述根据本发明的方法。图中：
图1以示意性的示图示出在初级阶段中用于甘油测量的位置，
图2示出在卷制机中用于甘油测量的可能位置，
图3示出针对两种模式的湿度角的与湿度含量和甘油含量有关的测量值，以及
图4示出甘油测量的结果。
具体实施方式
图1以非常示意性的示图示出混合器10，在所述混合器中，将甘油与水、粘合剂、芳香物质、其他形成气雾的添加剂和烟草混合成浆料以用于在电子香烟中使用。该实施例基于甘油，但是也能以相同方式使用和测量含有或不含甘油的其他添加剂。在此将这些配料以精确定义的比例添加并在混合器中加工成以浆料形式的均匀混合物。这样形成的浆料在辊压机12中轧制并作为扁平材料供给至干燥器14。干燥过程在干燥器14中进行，在干燥过程中，从烟草纸中损失了不确定量的水和甘油。将经干燥的烟草纸在16中卷成筒管。为了控制湿度和测量甘油含量，可能的测量位置MP例如处于干燥器14中、在经干燥的烟草纸从干燥器14到筒管16的路径上和直接处于筒管16处。所获得的针对甘油含量和/或湿度含量的值可以报告回混合器10，以便将甘油含量调节至所期望的值。还可以调节湿度含量。所测量的值还可用于使干燥过程的参数匹配于针对湿度和甘油的所期望的值。
图2以示意性的示图示出烟草纸18如何沿着输送方向T从筒管16展开。烟草纸经由传送辊18供给到卷制机20。纸22还被供给至卷制机20以用于捆束包裹(Strangumhüllung)，以便在区域24中形成捆束。可能的测量位置MP沿着从筒管到卷制机20的路径定位，在卷制机处供给另外的纸以形成捆束。
图3示出针对0.9GHz和5.6GHz两个频率，关于湿度角Φ所绘出的湿度值(湿度含量，以％为单位)。湿度角Φ作为B/A的商的反正切形成，其中，A描述谐振频率偏移，并且B描述谐振曲线的扩宽。
测量是在不同的甘油含量和不同的湿度含量下实施的。第二测量是在相同材料上针对较高的频率进行的。
在5.6GHz下的测量表明，湿度角Φ与样品的甘油含量无关，并且仅取决于样品的湿度含量。这是由在不同的甘油含量的情况下湿度角与湿度含量的成比例性产生的。因此，图3中所示的回归直线可以用作用于与甘油无关的湿度测量的校准。
与此相对，在0.9GHz下的测量表明，所测量的湿度角Φ与湿度含量和甘油含量有关。具有相同甘油含量的样品在图中通过单独的线性回归来表征。为了补偿材料湿度变化的影响，必须针对甘油含量的测量考虑两个频率的湿度角Φ。
图4示出评估的结果，其中，相对于所测量的甘油值绘出针对甘油含量的参考值。在使用两个频率的湿度角Φ的情况下以下面列出的校准方程进行计算。可以清楚地看到各个值与拟合直线的良好一致性，其中，所测量的值仅偏离参考值几个百分点。
针对湿度的测量，使用具有高频ΦH的谐振模式的测量值。用于湿度值u的一种方式是：
u＝a1·ΦH+a2
其中a1、a2在这里表示校准系数。如果校准系数是确定的，则可以由所测量的湿度角ΦH直接确定湿度值。
针对甘油含量的确定，使用两种模式的湿度角：
g＝b1·ΦL+b2·ΦH+b3
其中b1、b2和b3是校准系数。在这里重要的是，两个湿度角都作为与质量无关的参量包含在对甘油含量的确定中，并且因此湿度含量和甘油含量的测量与被测产品的质量无关。如现有技术中那样通过可能超定的方程组来确定的被测产品的质量份额损害了测量精度。对烟草份额的附加确定在根据本发明的方式(其基于与质量无关的测量参量)中不能进行。
Claims (14)
1.一种用于测量在用于电子烟的烟草纸中的添加剂含量的方法，所述烟草纸由添加剂、水、芳香物质和烟草的浆状物质制造，其中，所述浆状物质干燥成单层的烟草纸，其特征在于，以至少一个微波谐振器测量所述烟草纸，所述至少一个微波谐振器具有带有两个谐振频率(fL、fH)的两个谐振模式，所述两个谐振频率中较小的谐振频率(fL)在小于1GHz的频率范围内，并且所述两个谐振频率中较大的谐振频率在超过2GHz的微波范围内，针对所述两个谐振模式中的每个谐振模式，计算与密度无关的湿度值(ΦL,H)，根据这两个湿度值(ΦL,H)确定甘油含量(g)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述添加剂完全地或部分地由甘油组成。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述添加剂含量(g)线性地取决于两个与密度无关的湿度值(ΦL,H)和偏移值。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其特征在于，根据在所述较大的频率下的与密度无关的湿度值(ΦH)测量针对烟草纸的湿度。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，与所述烟草纸的质量无关地确定所述添加剂含量(g)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个微波谐振器具有平面传感器。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的方法，其特征在于，所述至少一个微波谐振器具有间隙传感器。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其特征在于，所述测量在单层的烟草纸上进行。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的方法，其特征在于，所述测量在卷绕成筒管的烟草纸上进行。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的方法，其特征在于，所述测量在干燥器中或直接在干燥器之后进行。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的方法，其特征在于，所述测量在卷制设备前进行。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其特征在于，根据与密度无关的湿度值中的至少一个湿度值来将水和/或甘油添加到浆状物质中。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，分别设置如下湿度值(Φ)作为湿度值，所述湿度值确定为半值宽度的扩宽(B)与谐振频率偏移(A)的商，其中，分别将空的谐振器与被填充的谐振器彼此比较。
14.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其特征在于，分别设置如下湿度值(Φ)作为湿度值，所述湿度值作为半值宽度的扩宽(B)与谐振频率偏移(A)的商的反正切来得出。
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