應(yīng)用透射式微波水分儀在線檢測(cè)煙包整體含水率

焦芃然 劉玉斌 寇建波 陳景正 李紅京 劉柏松 段海濤 鐘良 趙彬 胡立朝 張彥偉 解民 鄭松錦

摘 要：片煙煙包含水率是一個(gè)直接影響松散回潮工序出口煙葉含水率的重要工藝參數(shù)。傳統(tǒng)的紅外水分儀與微波水分儀因工作原理的限制難以用于煙包含水率的實(shí)時(shí)檢測(cè)。為解決此問(wèn)題，引入了一種透射式微波水分儀OMA-100，并建立了檢測(cè)煙包內(nèi)部整體含水率的取制樣方法。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明透射式微波水分儀能夠準(zhǔn)確地跟蹤煙包整體含水率的波動(dòng)，預(yù)測(cè)值與烘箱法檢測(cè)值二者之間Pearson相關(guān)系數(shù)為0.92，擬合優(yōu)度系數(shù)R2=0.843，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.45，含水率預(yù)測(cè)值不受牌號(hào)、等級(jí)等因素的影響。

關(guān)鍵詞：煙包 含水率 透射式微波水分儀 松散回潮

中圖分類號(hào)：TS43 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）03（c）-0075-02

松散回潮[1]工序是卷煙生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵工序，按照國(guó)家煙草總局頒發(fā)的卷煙工藝規(guī)范[2]的要求，該工序出口葉片含水率應(yīng)保持在±1.5%的允差范圍內(nèi)。目前，企業(yè)普遍存在松散回潮工序出口葉片含水率波動(dòng)大，難于控制的問(wèn)題。王劉勝等人的研究[3]表明，回潮機(jī)加水量與加料后和烘前水分平均值呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。該工序的水分控制對(duì)后續(xù)工序尤其是葉絲干燥的影響作用明顯。造成松散回潮出口葉片含水率波動(dòng)大的主要原因是來(lái)料煙包產(chǎn)地多樣，各等級(jí)水分偏差大，并缺乏有效的煙包含水率檢測(cè)手段[4-5]。

目前煙草生產(chǎn)企業(yè)大部分采用紅外水分儀[6]與基于諧振腔原理的微波水分儀[7]。蘭濱杰[8]對(duì)兩種水分儀的性能進(jìn)行了比較性研究。紅外水分儀檢測(cè)的是物料表面水分，且測(cè)量結(jié)果受物料表面顏色與環(huán)境變換因素的影響較大。基于諧振腔原理的微波水分儀雖不受物料顏色的影響，但屬于接觸式測(cè)量，安裝與日常維護(hù)困難，對(duì)含水率超過(guò)20%的物料測(cè)量精度低。還有一種透射式微波水分儀，采用非接觸測(cè)量方式且檢測(cè)物料內(nèi)部整體含水率，已經(jīng)在打葉復(fù)烤原煙煙包含水率檢測(cè)[9]與庫(kù)房煙包霉變檢測(cè)[10]等環(huán)節(jié)取得了良好的應(yīng)用效果，然而在松散回潮工序來(lái)料煙包含水率的在線檢測(cè)方面尚未有相關(guān)報(bào)道。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

2013年某公司生產(chǎn)的三個(gè)不同卷煙牌號(hào)的來(lái)料煙包。

FED240型烘箱（德國(guó)BINDER公司）；AR223CN型電子天平（美國(guó)OHAUS公司）；OMA-100透射式微波水分分析儀（湖南合立拓普科技有限公司）。

1.2 標(biāo)定方法

1.2.1 子樣本數(shù)量的確定

從統(tǒng)計(jì)學(xué)的角度而言，不同的抽樣方式所需要的子樣數(shù)量是不同的。對(duì)重復(fù)抽樣（子樣取出檢驗(yàn)后重新放回總樣），子樣數(shù)量的計(jì)算公式如下

n=U2ɑ/2/Δ2 （1）

其中n為子樣數(shù)量，U2ɑ/2為置信區(qū)間ɑ所決定的可靠性系數(shù)，σ2為樣本的總體標(biāo)偏，Δ2為采樣的允許誤差。若抽樣方式為不重復(fù)抽樣，子樣數(shù)量的計(jì)算公式為

n=U2ɑ/2σ2N/（Δ2N+U2ɑ/2σ2） （2）

其中N為樣品數(shù)量。

由于總體煙葉樣本為200kg公斤的煙包煙葉，其數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于幾克至幾十克的子樣樣本。因此，盡管我們的抽樣方式為不重復(fù)抽樣，在實(shí)際中仍可利用公式（1）計(jì)算需要的子樣數(shù)量。取置信度1-ɑ=99.73%，可靠性系數(shù)經(jīng)查表后確定為9，σ確定為0.5，Δ也考慮為0.5。由公式（1）可以得到子樣數(shù)量需為9。

1.2.2 子樣本的取樣與化驗(yàn)方法

由于200kg煙包通過(guò)切片機(jī)后被切分成大小一致的5片，分別在第2、3、4片的中部左、中、右位置9個(gè)獨(dú)立子樣，每個(gè)子樣約50g左右，裝入密封袋中后予以密封。檢驗(yàn)場(chǎng)地環(huán)境溫度22±2?C，環(huán)境濕度60±5%。按煙草行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)YC/T 31-1996[11]中要求將每個(gè)子樣制樣后分成兩個(gè)平行樣品，每個(gè)樣品在4～6g之間，進(jìn)行烘箱法檢測(cè)。

2 結(jié)果與討論

獲取某煙廠三個(gè)牌號(hào)產(chǎn)品松散回潮入口煙包116組樣本，進(jìn)行單因素方差分析。首先利用Bartlett檢驗(yàn)驗(yàn)證兩個(gè)變量是否滿足方差齊次性。計(jì)算結(jié)果為檢驗(yàn)Bartlett統(tǒng)計(jì)量為15.25，P=0.292>0.05。因此兩變量方差齊，即兩變量離散程度接近。單因素方差分析結(jié)果如表1所示。由于F值遠(yuǎn)小于F臨界值，說(shuō)明烘箱法與OMA-100顯示值之間的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即可利用OMA-100顯示值均值替代烘箱法均值。

建立烘箱法（y）與OMA-100顯示值（x）之間的一元線性回歸模型y=b1x+a1。取95%的置信區(qū)間，利用最小二乘法確定線性回歸模型為y=（1.0001±3·0.0405）·x+0.0843。為檢驗(yàn)該回歸模型系數(shù)是否顯著，建立原假設(shè)H0：回歸模型系數(shù)b=0。引入統(tǒng)計(jì)量β1= b1/Sb ，其中Sb1為回歸方程系數(shù)b1的標(biāo)準(zhǔn)誤差，計(jì)算該統(tǒng)計(jì)量為24.750，其值應(yīng)該滿足學(xué)生t分布。由于以上回歸模型中自由度為1，經(jīng)查表可知t0.05（1）臨界值為6.316。由于24.750大于6.316，因此有超過(guò)95%的信心水平認(rèn)為該變量應(yīng)該被引入回歸方程，即烘箱法數(shù)值（y）與OMA-100預(yù)測(cè)值（x）確實(shí)存在線性相關(guān)性。計(jì)算二者之間Pearson相關(guān)系數(shù)為0.92，回歸方程擬合優(yōu)度系數(shù)R2=0.843。

本次檢驗(yàn)結(jié)果顯示OMA-100顯示值與烘箱法檢測(cè)值之間的標(biāo)準(zhǔn)偏差為0.45。對(duì)烘箱法與OMA-100顯示值之間的偏差進(jìn)行Anderson-Darling正態(tài)分布性檢驗(yàn)，可以得出結(jié)論偏差符合正態(tài)分布（P=0.438>0.05），即偏差是獨(dú)立隨機(jī)分布的，不依賴于任何可控的外部因素。

3 結(jié)論

穿透式微波水分儀OMA-100的標(biāo)定周期較長(zhǎng)，應(yīng)用OMA-100預(yù)測(cè)煙包含水率不受牌號(hào)、等級(jí)等因素的影響。檢測(cè)煙包含水率與烘箱法檢測(cè)對(duì)比結(jié)果顯示，二者之間Pearson相關(guān)系數(shù)為0.92，擬合優(yōu)度系數(shù)R2=0.843，標(biāo)準(zhǔn)偏差0.45。

采用穿透式微波水分儀能夠能夠?qū)崟r(shí)檢測(cè)制絲線松散回潮工序來(lái)料煙包含水率的波動(dòng)。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)造有效的前饋-反饋水分控制系統(tǒng)可進(jìn)一步解決因無(wú)法預(yù)測(cè)來(lái)料煙包含水率而造成的松散回潮工序過(guò)程控制能力低、出口含水率波動(dòng)大的問(wèn)題。

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