MCT360T在线水分仪在测量烟草产品中的标定研究

张宏巍 刘加树 梁毅

摘 要：在烟草产品生产过程中，水分仪是最重要的检测设备，水分仪的检测精度直接影响到烟草产品的过程和成品是否合格。对影响水分仪的主要因素进行分析，对水分仪标定进行深入的研究，找出标定水分仪的合适方法。

关键词：在线水分；标定；烟草；烘箱法

中图分类号：TS43 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）08-0216-02

MCT360T红外在线水分是世界领先的水分仪制造商，提供用于生产过程中产品质量控制的最为精确、稳定、可靠的水分及其它成分检测设备。MCT水分仪专为烟草应用设计，高可靠，高稳定性的水分传感器。但在使用过程中总会出现水分仪在线测量值和烘箱法差异很大的情况发生，这是就需要计量人员能及时找出存在的问题及采取的对策。

1 影响MCT360T水分仪准测量的因素

在烟草产品检测过程中，由于生产产品品牌众多，生产时间周期间隔长及校准方法本身存在的缺陷，使得水分仪的准确性受诸多因素的影响，产品水分质量保障成为企业的一个难点。通过对影响水分仪准确检测的影响因素进行分析，当产品水分出现问题时，可以一一排除影响因素，有针对性进行改进，才能更好的保障水分仪的准确性。

1.1 校准方法及过程的因素

烘箱法在不同温度检测A-2含水率的比较，实验烟草成品品牌代码为A-1，实验方法取10组样品，将每组样品均分成两份，分别在100℃和105℃条件下做烟草成品含水率比对。100℃烟草成品的平均值为11.29%，105℃烟草产品的平均值为11.68%，平均偏差为0.39。

通过实验研究表明，在同一烘烤时间，随着烘烤温度的提高，烟草产品的含水率会增大。水分仪的校准是采用烘箱法.用烘箱法来检测烟草产品的水分值，通过对比在线水分仪取样显示值。烘箱法水分值和取样显示值之间差值作为水分仪的修正值，对在线水分仪进行零点校正。根据烘箱法比对在线水分仪不确定度。烟草产品水分在15%以上的水分要求烘箱法测定水分值和水分仪取样显示值之间不超过0.5%作为是否校正标准。在15%以下以不超过0.3%作为是否校正标准。烘箱法在实际检测水分过程中，不完全是烟草产品的水分含量，也包括了烟草产品中有机类等挥发物的含量，因此烘箱法检测烟草产品水分值和烟草加工和原料都有关。这样检测会造成实际物料的水分失真。

1.2 物料因素

通过对不同品牌烟草成品在烘丝出口水分仪一通道的偏差统计，来分析不同品牌物料对水分仪的准确度影响。平均偏差统计如表1。

由表1可以看出其中最小平均偏差A-3为-0.051，最大平均偏差A-6为-0.263。物料颜色主要影响水分仪检测显示值。从水分仪的原理可知近红外光对物料表面颜色的反射非常敏感，具有相同水分的不同颜色的物料水分仪检测值差异很大，有的差异较大，实际上水分仪可能非常稳定。由于生产不同品牌不同工艺烟草成品的物料颜色不相同，是水分仪为什么要分通道检测一个重要原因。同时由于烟草产品加工过程中不同等级烟叶、烟梗，加工过程不同的工艺段，以及加工过程中所添加的香料、香精等物质的影响。每个工艺段烟草产品非水分挥发量十分不同，这就造成烘箱法测定水分值带来一定难度。要真正搞清楚水分值必须要做大量挥发物检测实验才能得出。由于这样因素的影响，在线水分仪显示值也会带来测量误差。烟草分组加工和柔性化加工在某种意义上来讲是由此产生的新工艺理念。

1.3 水分仪自身因素

红外水分仪自身的特性决定了其只能有效地检测物料表面的水分，并不能反映深层次和内部水分。烟草产品水分的均匀性直接影响到在线水分仪和烘箱法检测之间的误差。在线水分仪只能检测烟草产品的表面水分值。烘箱法检测取样时，检验人员按取样键后有规律低在烟草产品上层取样，取样结束后且要求过程标准偏差在一定范围内才算取样有效。实际状况更为复杂，在线物料截面分为上、中、下三层。水分仪只能检测到上层表面水分值。烘箱法测定的是上层水分值，实际需要的是整个上、中、下三层混合水分值。为了解决这个问题，如烘箱法测量混合后的烟草成品物料水分值，这才是真正的整体水分值。水分控制系统会根据混合后的物料水分值和校正后的在线水分仪差值作调整，若差值为0.3%。在先不考虑过程水分变化的情况下，烟草成品物料水分值为11.8%，而水分控制系统要求把设备出口水分值控制设定值设在11.5%。

2 红外水分仪全标定研究

2.1 红外水分仪全标定测试原理

水分仪是利用物料对某个频率的光吸收率来计算水分含量。实际上随着物料水分值的变化吸收率并不是线性变化。为了提高检测精度，水分仪在设备内部预设了大量经验数据库，这些数据库有时也不能全覆盖所有烟草产品。这就需要采用线性回归的方法计算烘箱法测定值和在线水分测量值的斜率和截距。以修正以前存储在水分仪的斜率和截距，使得在线水分仪测量精度控制在合格的范围内。

2.2 水分仪的全校准

合格的红外水分仪的测量值与实验值虚线区间内，其归一化曲线接近Y=S0X+T0（理想曲线），S0为原设定斜率值，T0为原设定截距值。在使用过程中当曲线偏离区间时，就要进行校准。将实验值作为自变量X，水分仪测量平均值作为因变量Y，则Y=Mx+c，M为直线的斜率，c为直线的截距计算新斜率值S1=S0/m，S0为原设定斜率值；新截距T1=（T0-c）/m，T0为原设定截距值。

2.3 斜率测试与计算

为了更好的测试烘丝机出口水分仪的斜率，采用数据测试和研究，一共有28组，实验数据如图1，烘筒出口水分数据统计，其中实验室即为烘箱法，显示值为在线水分仪显示值。

利用Excel的图表制作功能，计算出斜率与截距，计算后新斜率为25.07，零点为-19.68.现斜率为25，零点为-19.5。

3 数据发整理与分析

为了更好低分析出水分仪校准的方法的可靠性，由于水分仪矫正采用零点校准方法，斜率通常不校准。假设水分仪和实验室数据为准确的前提下，进行修改斜率和不修改斜率的偏差计算。项目组对全标定的两组数据进行整理分析，结果如表2。

从表2数据中可以看出，即使数据样本很小的情况下，需要校验的斜率和水分仪经验库中的标准斜率，水分偏差也很小，平均偏差只有0.03，误差百分比也很小-0.2792%，水分仪校准规定通常是水分偏差大于0.3才需要进行水分仪零点校正。测试中的实际误差只有0.03，完全可以忽略不计。

由全标定研究可以得出结论，在PSC红外在线水分仪标定中，由于进行斜率校准和斜率不校准之间误差极小，不能影响到水分仪测量的精确性，所以测试红外水分仪标定通常只需要改变trim值即零点的方式矫正水分仪测量精度，就能满足水分仪测试水分值的精度的要求。

4 结语

在线水分仪的标定是一个复制的过程，只有对水分仪测量原理、测量过程以及各种因素综合研究，才能把水分儀检测精度控制在合格的范围内，以减小测量误差。保障烟草生产中水分全过程受控，提高烟草产品的内在质量，制造出水分合格的烟草产品。

参考文献

[1]曾旭东，谢雨红，等.浅谈红外水分仪在检测中的影响因素及对策[J].计量与测试技术，2013，40（5）：21-23.

[2]张蒙生，王喜军，等.利用Excel计算红外水分仪校准过程中的斜率和截距[J].烟草科技，2006，（6）： 22-23.