红外水分仪工作区域光线调节箱的设计

李 昆 1，彭 杨 1，王光敬 1

【摘要】针对卷烟工厂制丝车间红外水分仪工作区域光源强度不稳定的现状，设计了光线调节箱，该装置由上、下箱体及抽板组成，通过人工调整抽板开度，进而控制箱体内的进光量，从而保证红外水分仪工作区域环境光源强度的稳定。

【关键词】红外水分仪；工作区域；光线；调节

在烟草行业制丝工艺中，烟丝含水率是卷烟成品的一项重要质量指标，适当的烟丝含水率，能有效提升烟丝填充性能，降低生产过程中烟丝造碎，提升烟支卷接质量及防止虫蛀、霉变发生^[1-2]。

TM710烟草专用红外水分仪是采用红外线技术，根据O-H键、C-H键、N-H键吸收红外线能量的原理工作的^[3-5]。由安装在探头里的石英卤素光源灯发出光线，经光学系统后形成特定波长的红外光束照射到产品表面，部分光束经产品反射后回到探头，通过对比产品能够强烈吸收的已知波长红外线和吸收较弱的已知波长红外线的前后变化，产生一个和产品水分有一定关系的输出信号，经探头内置电路传递，并经过预先设置的数学函数计算后，转换成产品含水率（如图1所示）^[6]。其凭借测量精准、一机多能、操作简便等优点，在烟草行业制丝生产线得到了广泛应用^[7]。

图1 TM710红外水分仪测量原理示意图

1 问题提出

TM710红外水分仪对工作区域环境光源强度、距离等都有相应的要求。强烈的环境光直接照射进探头，会干扰仪器的正常测量，且会造成操作界面上显示相关的错误信息。因此，《TM710红外水分仪简明操作手册》对环境光源作了以下规定^[4]：

①稳定光源（色温2500°K，光通量250W/m²，产生的测量噪声<0.02%）。

②卤素灯(AC电源80W，距离2.5m，产生的测量噪声<0.1%)。

③白炽灯(AC电源100W，距离2.5m，产生的测量噪声<0.1%)。

④水银灯(AC 电源 250W，距离 2.5m，产生的测量噪声<0.1%)。

目前，在卷烟工厂制丝车间生产现场，由于红外水分仪完全暴露在环境光之下，其工作区域的光线强度，完全取决于环境光源强度，而生产现场时有照明灯具损坏的情况的发生，导致红外水分仪工作区域环境光源强度无法得到有效保障，进而影响红外水分仪的测量精度。

2 设计思路

2.1总体设计思路

采用暗箱包裹红外水分仪探头，暗箱顶部设置抽板，通过人工调整抽板开度，进而控制红外水分仪工作区域的光线强度。

2.2暗箱设计思路

红外水分仪探头形状呈长方体，其安装在支架上，故暗箱形状为长方体，出于暗箱安装方便的角度考虑，暗箱由上、下遮光罩组成。

红外水分仪探头尺寸为：329mm(长)×177mm(宽)×172mm(高) （如图2所示），为了保障红外水分仪探头的清洁，通常会给探头安装空气清洁窗（如图3所示），空气清洁窗尺寸为：75mm(高)×101mm(直径)，空气清洁窗安装时，与探头重合区域宽度为3mm，红外水分仪探头安装在支架上（如图4所示），支架由管、安装盘鞍形夹板和螺钉组成，装配后其高度为66mm。故安装空气清洁窗的红外水分仪探头固定在支架上的投影高度为：172mm+75mm-3mm+66mm=310mm，其尺寸为：329mm(长)×177mm(宽)×310mm(高)。

图2 TM710探头外形图

图3 TM710探头照片(左面的探头安装了空气清洁窗)

图4 探头安装支架

根据机械装配间隙配合原理及方便操作的角度考虑^[8]，用暗箱包裹红外水分仪探头时，其安装间隙为5mm，故暗箱尺寸为：339mm(长)×187mm(宽)×320mm(高)。上、下遮光罩在探头安装支架管的水平轴线处接触，上、下遮光罩上分别有半圆形安装槽，上、下遮光罩通过半圆形安装槽夹持在探头安装支架管外，并通过螺钉固定（如图5所示）。

图5 暗箱结构示意图

2.2.1下遮光罩设计思路

下遮光罩是由前、后、左、右、下护板组成的长方体（带E标志的为前），前后护板尺寸：187mm(宽)×282mm(高)；左右护板尺寸：339mm(长)×282mm(高)，左右护板顶部距前端249mm处，开直径40mm半圆孔，直径40mm半圆形安装槽与左右护板上的半圆孔焊接在一起，半圆形安装槽轴向长度为50mm；下护板尺寸：339mm(长)×187mm(宽)，为红外水分仪探头照射物料，在距离前端85mm中部开圆形孔，孔径111mm。

2.2.2上遮光罩设计思路

上遮光罩是由前、后、左、右护板组成的长方体（带E标志的为前），前后护板尺寸：187mm(宽)×38mm(高) ，前后护板顶部设卡槽，槽深10mm；左右护板尺寸：339mm(长)×38mm(高)，左右护板顶部距前端249mm处，开直径40mm半圆孔，直径40mm半圆形安装槽与左右护板上的半圆孔焊接在一起，半圆形安装槽轴向长度为50mm。

2.3抽板设计思路

根据机械装配间隙配合原理及方便操作的角度考虑^[8]，抽板尺寸：359mm(长)×187mm(宽)，抽板插入上遮光罩前后护板顶部的卡槽内，并在卡槽可抽拉移动。

3结论

针对卷烟工厂制丝车间环境光源强度不稳定的现状，设计了环境光线调控调节箱，该装置由上、下箱体及抽板组成。当光线较强时，人工推动抽板，减小暗箱内进光强度；当光线较弱时，人工抽拉抽板，增加暗箱内进光强度。通过人工调节抽板开度进而调控红外水分仪工作区域的光线强度，有效保障了红外水分仪的工作区域环境光源强度的稳定，为红外水分仪的测量精度提升提功了技术支撑。

参考文献

[1]杨守臣,吕健,李成富,陈建军,盛志艺.红外水分仪在卷烟制丝生产中测量误差分析及改进方法[J].测量与设备,2014,3:29-31.

[2]朱令宇. 制丝在线红外水分仪的测量系统分析[J].河南科技学院学报,2014,10:73-76.

[3]董文亮.简析MCT系列水分仪设备结构及工作原理[J].电脑知识与技术,2013,9（35）：8151-8153.

[4]NDC红外技术公司.TM710红外水分仪简明操作手册[S].
[5]王建腾,李松,董小卫.用于烟草水分检测的两种红外水分仪[J].计测技术.2011（10）： 50-52.

[6]龙亚平,田伟鹏.近红外快速水分检测技术的应用[J].分析测试技术与仪器,2006,12(4):232-234.

[7]王子成,杨泽军.红外水分仪选型中应注意的几个问题[J].烟草科技,2001(1):14-15.

[8]成大先.机械设计手册[M].五版.北京:化学工业出版社 ,2010.

第一作者：李昆（1988-），男，河南博爱人，助理工程师，研究方向：卷烟工艺。