标准烘箱法对烟草水分测试的影响分析

谢忱

【摘 要】烟草制品水分测试的方法有多种，如直接快速的红外线检测法，但标准烘箱法仍然是烟草制品水分测试最终的校准方法，不过该方法在实际应用中会受到各种因素的影响。文章从生产实践出发，从温度设置、载荷、通风与温度波动度、温度均匀度、新鲜空气的供应调节等方面研究分析标准烘箱法应用在烟草制品水分测试过程中存在的各种影响因素，同时提出相应的经验值，供相关人员参考。

【关键词】标准烘箱；烟草；水分

【中图分类号】TS47 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2017）03-0090-03

在烟草生产实践中，对烟草水分的测试方法有多种，如通过红外线检测的Infralab710E实验室红外水分仪测试法、Infralab710E TM710在线水分仪测试法及采用微波轮廓修正的MW4420水分密度仪测试法等。这些方法都很先进，效率极高，但易受环境温度、湿度甚至地域等外界因素的影响，最终都以最原始的标准烘箱法作为校准依据。标准烘箱法也并非绝对准确，该方法在实际应用中同样受到各种因素的影响，以至于不同实验人员、不同设备、不同环境會对测试结果产生不同的影响。本文结合生产实践，具体分析研究标准烘箱测试法应用过程中存在的各种影响因素。

标准烘箱法测定原理：试验样品在规定的烘干温度下烘至恒重时，所减少的质量（即水分质量）与试验样品原质量之比即为试验样品水分，以质量百分比表示。

本文进行影响因素分析如下。

1 温度设置及偏差

以不带斜坡功能的FED热风循环烘箱为例，FED热风循环烘箱的温度范围为室温以上5～300 ℃。在烟草水分的测试实验中，根据烟草行业《烟用恒温干燥箱检定规程》[JJG（烟草）10—2014]的要求，标准烘箱的温度必须设置为100 ℃，偏差要求为0～+0.5 ℃。有的恒温干燥箱虽然设置为100 ℃，但实际温度偏差为负值，或者超过+0.5 ℃，要求调校至符合要求。

2 样品（载荷）

根据烟草水分测试操作规程，样品取样时必须在规定的时间内完成，所取样品个样间水分差不应超过0.30%，否则应重新取样。样品取回后应放置实验室24 h，以平衡样品水分。称取样品时必须尽量快速，最大限度地减少水分的损失。把称好质量的样品打开盒盖，放入标准烘箱中层，密度≤1个/120 cm2。样品如果放置太密则会影响通风效果及温度的均匀度，从而影响测试结果。实验证明，样品在热风循环的烘烤中存在吸潮现象，为了保证样品水分测量的准确性，特别规定水分大于16%的样品必须独立烘烤，不能与水分小于16%的样品同一批次烘烤。

3 通风、温度波动度、温度均匀度

标准烘箱内部的通风通过设置内置风扇的速率来实现，风扇速率为0%～100%。按 键进入风扇速度显示 ，用 键设置所需风扇的百分比速率。选定所需风扇速率后，显示约2 s，仪器默认该值为设定值。按 键返回实际温度（或60 s后自动返回）。

风扇速率的设置会引起标准烘箱温度波动度、温度均匀度的变化。如果风扇速率太低，内部空气不流通，温度均匀度则会增大。温度均匀度增大又会影响加热器的响应时间，从而影响温度的波动度。温度均匀度增大，加热器的响应时间延长，温度的波动范围增大。风扇速率越大，温度越均匀，温度波动范围越小，标准烘箱的测试结果也就越精确，因此风扇速率设置越大越好。但在烟草水分测试实验中，由于烟丝样品较轻，如果风扇速率太大，样品会被吹走；样品损失的直接后果就是实验数据不准确。风扇速率一般设置为60%～90%为宜。图1为检定某标准烘箱的测量点分布图，表1为风扇速率设置在80%时的相应测量点数据。从表1中的数据可看出，该标准烘箱下层温度略高，上层温度偏低，但温度偏差为+0.1 ℃；温度波动度为±0.1 ℃；温度均匀度为1.5 ℃，符合《环境试验设备温度、湿度校准规范》（JJF 1101—2003）。

4 新鲜空气的供应

在标准烘箱三角形控制面板的左下角安装有空气开关，可调节新鲜空气的供应。若空气开关全开，由于新鲜空气的加入，会引起烘箱内腔温度的波动，会对温度的均匀度产生影响；同时，由于内腔温度的波动，加热器不断加热及排气，烘箱内腔温度的精确度也将受到一定的影响。但如果通风装置全关或开度太小，由于烘箱内腔湿度较大的气体没有及时排出，烟草样品具有吸湿性，则测试结果将会偏小。为研究标准烘箱空气开关开合度与烘箱的温度偏差、样品水分偏离值的关系，笔者做了一组实验（见表2）：空气开关开合度与温度偏差、样品水分偏离值的关系表数据，图2为空气开关开合度与温度偏差、样品水分关系的堆积折线图。分析表2和图2可得出，本实验中，空气开关的开合度≤80%时，烘箱温度偏差稳定在0.1 ℃，符合烟草行业《烟用恒温干燥箱检定规程》[JJG（烟草）10—2014]关于温度设置为100 ℃、偏差为0～+0.5 ℃的要求；当空气开关开合度≥90%时，烘箱温度偏差由0.1 ℃降为0 ℃，烘箱温度不稳定；当空气开关的开合度≤10%时，烘箱温度偏差虽然稳定在0.1 ℃，但样品水分测试结果会受到很大的影响，随着空气开关的开合度的增大，样品水分偏离值迅速变小；当空气开关的开合度调节至20%～30%时，样品水分偏离值逐渐变小并接近0；当取空气开关的开合度为40%～70%时，烘箱温度偏差稳定在0.1℃，样品水分偏离值为0；当空气开关开合度≥80%时，样品水分偏离值呈缓慢增大的趋势，但幅度很小。综合以上分析，在测试烟草水分的实验中，标准烘箱空气开关开合度调节至50%～70%为宜。

5 电子天平

本实验中，烘前样品质量、烘后样品质量及金属样品盒的质量都由电子天平测量。根据烟草制品水分测试实验的计算公式：

上式中，A为样品含水率（%）；m1为烘前样品质量（g）；m2为烘后样品质量（g）。

电子天平的称量误差可积累为最终的实验误差，因此电子天平的精度直接影响烟草水分的测试精度。烟草水分测试实验所用电子天平要求精度為0.001 g。

6 金属样品盒

金属样品盒是烟草水分测试实验中盛放烟草样品的器皿。因为称量烘后样品质量时金属样品盒是干燥的，所以在称量烘烤前样品质量时也必须确保其干燥。在计算样品水分前，必须同时减去其质量。若某金属样品盒干燥时质量为A，某样品烘烤前样品与金属盒的总质量为m1'，烘后样品与金属盒的总质量为m2'，则该样品烘烤前样品质量m1=m1'-A，烘后样品质量m2=m2'-A。为了得到精确的金属样品盒质量，实验前，将盒盖打开，放置烘箱内100 ℃的温度下烘烤30 min，确保金属样品盒上的水分彻底蒸发后，取出置于硅胶干燥皿中冷却，至常温后称量。由于每个金属样品盒的质量是不同的，所以实验前必须编号，以防混用。

7 升温梯度

在有些情况下，考虑加热时样品内部应力的影响，为延长加热时间，标准烘箱设置的升温梯度，在使用中根据实际需要进行该项设置。在烟草水分测试实验中不必考虑应力，因此应关闭此项功能。“rASd 0”表示升温梯度功能关闭，设备以最大加热功率输出。

参 考 文 献

[1]李辉，麦林，王冬秀，等.基于Web的智能教学系统关键技术研究[J].企业科技与发展，2008（24）：104-

106.

[2]JJG（烟草）10—2014，烟用恒温干燥箱检定规程[S].

[3]JJF 1101—2003，环境试验设备温度、湿度校准规范[S].

[4]德国Binder FED公司.Binder FED系列热风循环烘箱技术说明书[Z].2016.

[责任编辑：陈泽琦]