Brevet FR2470380A1 — publié le 19810529

La présente invention concerne un procédé pour déterminer la vitesse avec laquelle un article à fumer brûle et/ou se consume de lui-même>à l'aide d'un capteur de la radiation de la zone incandescente de l'article à fumer, ainsi qu'un dispositif pour l'exécution d'un tel procédé. Par l'expression "article à fumer", on en- tend dans le présent mémoire des cigares, des cigaril- los et notamment des cigarettes. Dans la suite on traitera des questions intéressant un tel article à fumer à propos de cigarettes. -La consommation du tabac lorsque l'on fume, donc pendant les phases d'aspiration ou pendant les intervalles de temps compris entre ces aspirations, est intéressante à plus d'un titre: d'une part on peut ain- si obtenir des indications sur la qualité du produit, tandis que d'autre part la consommation est une gran- deur auxiliaire importante pour la détermination du rendement en fumée et donc lors du développement du produit. Comme la mesure de la masse de tabac consu- mé par unité de temps n'a été accessible jusqu'ici qu'au prix d'expériences importantes et coûteuses, et ne peut pas être exécutée pour des essais de routine, on fait appel, à titre de grandeur auxiliaire utilisa- ble, à la vitesse avec laquelle se consume le produit à fumer, c'est-àdire que l'on mesure le déplacement par unité de temps de la zone incandescente ayant d'une manière générale la forme d'un c8ne lorsque la ciga- rette est laissée à elle-même, donc lorsque l'on ne tire pas sur celle-ci. Il s'agit donc de la vitesse de la zone incandescente pendant un long intervalle de temps unique entre les aspirations sans que celles-ci aient lieu. La détermination habituelle de routine de cette vitesse avec laquelle se consume un article à fumer s'effectue en mesurant la durée totale de combus- tion, c'est-à-dire que l'on détermine la durée néces- saire pour que la zone incandescente d'une cigarette Entrain de se consumer recule d'une longueur définie avec précision. Un dispositif pour déterminer cette vites- se, c'est-à-dire la vitesse de la zone incandescente sans aspiration, est connu d'après la demande de bre- vet publiée en République Fédérale Allemande sous le No. 1 757 660. A cet effetdeux phototransistors sta- tionnaires,à une distance l'un de l'autre définie a- vec précision, s'étendent parallèlement à la cigarette qui se consume dans un support; les deux phototransis- tors donnent chacun une impulsion lorsque la zone in- candescente de lalcigarette passe devant eux. De l'intervalle de temps compris entre l'apparition des deux impulsions, on peut déduire, à partir de la dis- tance fixe prescrite séparant les deux transistors, la vitesse avec laquelle la cigarette se consume. Mais avec ce dispositif connu, on ne peut av;oir qu'une mesure intégrale de cette vitesse, c'est- à-dire qu'à partir de la durée totale de combustion de la cigarette et de la distance prescrite, on peut dé- terminer par calcul une vitesse moyenne sans pouvoir appréhender une éventuelle variation de cette vitesse sur ladite longueur. Mais pour effectuer des contrôles de qualité pour des charges diverses de cigarettes ainsi que pour effectuer des comparaisons entre des produits diffé- rents, il faudrait pouvoir connattre non seulement la durée totale de la combustion, mais aussi les varia- tions en fonction du temps de la vitesse avec laquelle la cigarette se consume. En outreavec le dispositif connu, il n'est pas possible de mesurer la vitesse de combustion, c'est-à-dire la vitesse de la zone incandescente pen- 247038' dant les aspirations car pendant ces aspirations il se produit, en raison du tirage, une transformation plus grande du tabac en fumée et donc un mouvement plus rapide de la zone incandescente qui se superpose au simple déplacement plus lent obtenu lorsque la ci- garette se consume toute seule. Cette vitesse de com- bustion ne peut pas être obtenue à l'aide de l'appareil connu de mesure intégrale. L'invention vise un procédé et un dispositif du type précité qui remédie taux inconvénients mention- nés ci-dessus. En particulier, le procédé et le dispositif permettent de suivre et de déterminer de manière plus exacte, donc non seulement suivant une moyenne en fonc- tion du temps, non seulement la vitesse de la zone in- candescente lorsque la cigarette se consume d'elle-même pendant les intervalles compris entre les aspirations, mais-aussi sa vitesse de combustion pendant les aspira- tions. Le procédé suivant l'invention consiste à déplacer le capteur parallèlement à l'article à fumer en suivant la zone incandescente et à obtenir un signal correspondant au chemin parcouru par le capteur. De préférence le procédé consiste à: - déplacer le capteur et, lorsqu'il atteint un lieu d'intensité de radiation prescrite de la zone incan- descente, à l'arrêter. - ne déplaoerle capteur,qui est immobile,que lorsqu'il est proche d'un endroit o la zone incandescente a une in- tensité de radiation prescrite. Le dispositif suivant l'invention est carac- térisé par un rail,s'étendant parallèlement à l'article à fumer placé dans une machine à fumer et destiné au dé- placement du capteur, ieqlsuit la zone incandescente et affecte la forme d'une photodiode, le signal en fonction du trajet provenant de l'avance du capteur étant acheminé par le rail. De préférence: - un transducteur de mesure du déplacement de la photodiode donne le signal en fonction du trajet parcouru. - le rail est une broche filetée entraînée en rotation par un moteur et le moteur est couplé directement à un potentiomètre rotatif qui fournit une tension qui correspond à l'avance de la photodiode et qui est pro- portionnelle au nombre de tours de la broche filetée. - le potentiomètre rotatif est raccordé à un appareil enregistreur destiné à enregistrer la tension en fonc- tion du temps. ^ - lorsque la photodiode fonctionne, le circuit du mo- teur de la broche filetée est interrompu. - lorsque la photodiode fonctionne, le circuit du mo- teur de la broche filetée est fermé. - un élément de commutation est dans le circuit du moteur et est actionné lorsque la photodiode fonctionne. - l'élément de commutation est un transistor. - un commutateur sur le circuit d'alimentation du mo- teur est destiné à monter l'élément de commuta- tion au choix en parallèle ou en série. - ily a un aule ccmumiur pour modifier le sens de ro- tation du moteur de la broche filetée ou pour arrêter ce moteur. Les avantages procurés par l'invention tien- nent notamment à ce que l'on surveille le mouvement de la zone incandescente en continu et que l'on ob- tient un signal correspondant à ce mouvement,de sorte que l'on peut toujours faire la corrélation exacte entre le temps et l'endroit o se trouve précisément la zone incandescente. Des courÂes trajets/temps ainsi obtenus, on peut,par simple différentiation, obtenir la vitesse de la zone incandescente en chaque point de la longueur de l'article à fumer, de sorte que l'on peut faire des prédictions plus exactes sur la vitesse avec laquelle se consume de lui-même l'article essayé et/ou sur sa vitesse de combustion, notamment lorsqu'il se produit le cas échéant des variations de cette vitesse au cours du temps. C'est ainsi que l'on peut établir immédiatement par exemple si la vitesse avec laquelle se consume la cigarette et/ou avec laquelle elle brûle, est constante ou si elle varie au cours du temps. Pour déplacer le capteur, on dispose de deux procédés de base: suivant le prentier on fait déplacer le capteur constamment avec la zone incandescente et on ne l'arrête que lorsque l'on atteint un endroit ayant une intensité de radiation de la zone incandescente dé- finie avec précision; cela emporte en pratique que le capteur,considéré à partir de la pointe du cône incan- descent,est déplacé constamment. Ce procédé ne convient, si l'on a des exigences assez grandes de précision, que pour la mesure de la vitesse avec laquelle la cigarette se consume d'elle-même, donc pour la mesure du déplace- ment de la zone incandescente pendant l'intervalle de temps compris entre des aspirations, mais non pour la détermination de la vitesse de combustion, donc de la vitesse de la zone incandescente pendant les aspirations, puisque,pendant une aspiration, du tabac supplémentaire essentiellement au voisinage du front de combustion du papier est brûlé, de telle sorte que la pointe du cône incandescent reste pratiquement à la même place. Il s'ensuit quedans ce processus de mesure, le capteur reste immobile pendant l'aspiration. Néanmoins,la vi- tesse totale déterminée sur un intervalle de temps assez grand du déplacement du cone incandescent pendant une aspiration et penânt l'intervalle compris entre des aspirations est plus grande que la simple vitesse avec laquelle se consume d'elle-même une cigarette, donc la vitesse déterminée alors qu'il n'y a pas d aspiration. Dans l'autre procédé, on ne déplace le cap- teur que lorsqu'il est proche d'un endroit o la zone incandescente a une intensité de radiation prescrite. Cela signifie en pratique que le capteur est déplacé en avant de la zone incandescente en direction de l'em- bout de l'article. Dans ce procédé,on peut mesurer et enregistrer la vitesse avec laquelle se consume d'elle-même la cigarette et/ou sa vitesse de combustion, donc la vitesse de la zone incandescente pendant les intervalles entre les aspirations et pendant les as- pirations. Aux dessins annexés, donnés uniquement à ti- tre d'exemple La figure 1 est un schéma général de l'en- semble d'un dispositif suivant l'invention. La figure 2 est un schéma de câblage de la partie électrique du dispositif, et La figure 3 représente une famille de cour- bes qui ont été obtenues pour diverses cigarettes et qui ont été enregistrées par le dispositif suivant l'invention. Comme il ressort de la figure 1, une cigarette 2 est placée dans une machine 1 à fumer et y est fumée. Il s'ensuit que le cône 3 incandescent de la cigarette 2 se déplace en direction de l'embout 4 au fur et à mesure que la cigarette est fumée. Parallèlement à la cigarette 2 s'étend une broche 6 filetée,qui est entraînée par un moteur 5 et dont le filetage est tel qu'il y a à peu près 10 pas sur une longueur de 80 mm. Sur la broche 6 filetée est monté un support 247038a 8 d'une photodiode 7 qui peut suivre le cÈne 3 incandes- cent de la cigarette 2. Au moteur 5. est accouplé un potentiomètre 9 rotatif donnant une tensionqui dé- pend de l'avance de la photodiode 7 et qui peut être enregistrée en fonction du temps à l'aide d'un appareil d'enregistrement du trajet en fonction du temps. Le moteur 5 et le potentiomètre 9 sont alimentés par une même source 11 de tension. L'agencement électrique de la commande du moteur est explicité en se reportant à la figure 2. Dans le circuit 12 du moteur 5 se trouve un commutateur S1",grâce auquel on peut inverser le sens de rotation du moteur 5 ou l'arrêter. Ce commutateur SI a trois contacts mobiles qui chacun peuvent venir sur trois contacts stationnaires désignés par les réfé- rences A, B, C, A', B', C' et A", B", C". Quand les contacts mobiles viennent, comme illustré à la figure 2, sur les contacts C, C' et CI' infé- rieurs, le moteur est mis en service et tourne dans la direction normale de fonctionnement, de sorte que la photodiode 7 se déplace, suivant la représentation de la figure 1, de la gauche vers la droite sur la broche 6 filetée. Quand les contacts mobiles viennent, comme illustré à la figure 2, sur les contacts B, B' et B" intermédiaires, le moteur est mis hors circuit, de sorte que la broche 6 filetée ne peut pas tourner. Quand enfin les contacts mobiles viennent sur les contacts A, A' et A" stationnaires supérieurs, le sens de rotation du moteur est inversé, c'est-à-di- re que la photodiode 7 revient au début de la cigarette, de la droite à la position initiale de départ à gauche, tel que considéré à la figure 1. Au commutateur SI est relié un autre commu- tateur S2 grâce auquel on peut régler, comme on va le 247038 0 montrer, le mode de fonctionnement du dispositif. Plus particulièrement, un point de jonc- tion des deux contacts A' et C" stationnaires du commu- tateur SI est relié à un premier contact K2 mobile du commutateur S2, tandis qu'un point de jonction des deux contacts C' et A" stationnaires du commutateur SI est relié à un deuxième contact K3 mobile du com- mutateur S2. Enfin le contact A du commutateur SI est relié à un troisième contact Kl mobile du commu- tateur S2. Le contact Kl mobile du commutateur S2,qui se trouve à la partie supérieure dans la figure 2 et qui est relié au contact A stationnaire, peut passer d'une position I de commutation dans laquelle il est à la terre, à une position TT de commutation dans la- quelle il est relié par une résistance R2 à la borne positive d'une source 14 de tension. Le contact K2 intermédiaire,,comme représen- té à la figure 2,peut passer d'une position I' de com- mutation à une position II' de commutation, dans la- quelle il est en contact directement avec le pôle po- sitif de la source 14 de tension. Le contact K3 mobile,inférieur à la figure 2,du commutateur S2 peut enfin passer d'une position I" de commutation pour laquelle il est à la masse, à une position II" de commutation. Les deux positions I' et II" de commutation sont reliées par un point 30 commun qui, à son tour, est relié par une résistance Rl et par un conducteur 13 au pôle positif de la source 14 de tension ainsi qu'à la masse par l'intermédiaire de la région collec- teur/émetteur d'un transistor 21. La base du transis- tor 21 est reliée par un conducteur 22 au contact mo- bile supérieur du commutateur SI. Les deux autres con- tacts mobiles du commutateur Si sont reliés au moteur 5. 247 0 0 L'une des bornes de la photodiode 7 est à la masse par une résistance R3; tandis que l'autre borne est reliée par un conducteur 15 au pile positif de la source 14 de tension. Entre la résistance R3 et la photodiode 7, une dérivation 16 aboutit à un comparateur 17 auquel sont acheminés à la borne + le signal de sortie de la photodiode 7 et à la borne -, par l'intermédiaire d'un conducteur 18, une tension de référence dont on peut faire varier le niveau. Le réglage de la tension de référence s'effectue dans un circuit 19 de réaction qui comprend les résistances R4 et R5-, un condensa- teur C3 et un potentiomètre PI. A l'aide du potentio- mètre Pl on peut régler la tension de référence. La sortie du comparateur 17 est reliée par une autre résistance R6 et par un conducteur 20 à la base du transistor 21. Le pôle négatif de la source qui fournit une tension de 15 volts est relié par deux condensa- teurs Cl et C2 au pôle positif, comme cela ressort de la figure 2. Dans la position inférieure du commutateur S2,telle que représentée, le contact I' stationnaire est relié par l'intermédiaire du conducteur 13 etde la résistance Rl au pôle positif de la source 1-4 de ten- sion,tandis que le contact I" est à la masse. Le dispositif suivant l'invention fonc- tionne de la manière suivante. Après avoir placé la cigarette 2 dans la machine à fumer et après que cel- le-ci l'ait fumée, on retourne la photodiode 7 à l'extrémité gauche, tel que représenté à la figure 1, de la broche 6 filetée en réglant le commutateur SI de manière à ce que ses contacts mobiles viennent en contact avec les contacts A, A' et A" stationnaires. Quand l'extrémité gauche est atteinte, on inverse le commutateur SI de manière à ce que ses contacts mobiles viennent sur les contacts stationnaires C, C' et C", de manière à ce que le moteur tourne dans le sens nor- mal de fonctionnement et de manière à ce que la photo- diode 7 se déplace vers la gauche suivant la figure 1. Ce mouvement de la photodiode est couplé à la vitesse de déplacement de la zone incandescente de la cigarette 2, de sorte que la photodiode se déplace vers la droite en correspondance avec le déplacement de la zone in- candescente. Cette "fixation" de la photodiode 7 à la zone incandescente de la cigarette 2 peut être obtenue en fonction de la position du commutateur S2 de l'une des deux manières suivantes: quand le commutateur SI se trouve dans la position de fonctionnement, et quand les contacts mobiles du second commutateur S2 sont en contact avec les contacts I, I' et I" stationnaires, comme cela ressort de la figure 2, le courant passe du pôle positif de la source 14 par l'intermédiaire de la résistance Rl etdBoecontacts I', C", au moteur 5 ainsi qu'aux contacts C' et II", ce qui fait tourner le mo- teur et ce qui fait déplacer la photodiode 7 sur la broche 6 filetée. Mais quand la photodiode 7 atteint un endroit o elle recueille de la zone incandescente de la cigarette une radiation ayant une intensité dé- finie avec précision,la photodiode devient conductrice, c'est-à-dire qu'elle fonctionne. Un courant traverse alors la photodiode 7 et est comparé dans le compara- teur 17 à la grandeur de référence, le comparateur 17 envoyant un signal de sortie en cas d'égalité, signal qui est appliqué à la base du transistor 21 et le rend conducteur, de sorte que le courant venant du conduc- teur 13 ne passe plus par le moteur 5, mais directement par le transistor 21, ce qui arrête le moteur 5. Ceci signifie aussi que la photodiode 7 ne se déplace plus sur la broche 6 filetée, grâce à quoi la photo- diode 7 est fixée sur la zone incandescente de la ciga- 247O38 rette 2. Ce n'est que lorsque la zone 3 incandescente, ayant la forme générale d'un cône de la cigarette sort de la zone de réponse de la photodiode 7 que le transis- tor 21 est à nouveau bloqué et qu'ainsi le moteur 5 est remis en route. Dans ce mode de fonctionnement, la photodiode, considérée de la pointe du cône incandescent, est donc suiveuse. Lorsque l'on change la position de l'interrup- teur S2 sur les contacts II, II' et II" stationnaires, les contacts II' et II" étant reliés aux bornes du mo- teur, il ne passe pas de courant lorsque la photodiode 7 n'est pas conductrice et n'est donc pas mise en fonc- tionnement. En conséquence le moteur 5 ne tourne pas non plus, de sorte que la photodiode 7 reste station- naire. Ce n'est que lorsque le cône 3 incandescent de la cigarette s'approche de la zone de réponse de la photodiode 7 que celle-ci devient conductrice et fonc- tionne, grâce à quoi un signal est appliqué à la ma- nière indiquée ci-dessus à la base du transistor 21, si bien que celui-ci devient également passant et met ainsi le moteur 5 en marche et fait avancer la broche 6 filetée. Dans ce mode de travail, la photodiode 7 est donc déplacée en avant de la zone incandescente en direction de l'embout. Le premier processus avec les positions I, I' et -" des contacts mobiles du commutateur S2 con- vient particulièrement pour déterminer la variation de la vitesse avec laquelle la cigarette se consume d'elle-même, donc la vitesse de la zone incandescente pendant les intervalles de temps compris entre des aspirations, tandis que le deuxième processus avec les positions II, II' et II" des contacts mobiles du commutateur S2 convient particulièrement pour déter- miner la vitesse avec laquelle une cigarette brûle et/ou se consume d'elle-même pendant des aspirations et pen- dant les intervalles compris entre les aspirations, puisque,lors d'une aspiration,le tabac se consume d'a- bord essentiellement au voisinage du front de combus- * tion du papier et puisque la pointe du cône incandes- cent reste d'abord pratiquement dans la même position. Pour permettre un retour impeccable du mo- teur 5 lorsque le commutateur S2 est en position II, il faut que le transistor 21 soit passant. A cet ef- fet il est prévu un conducteur 22 de retour raccordé par les contacts II et A au point positif de la source 14 de tension, ce conducteur 22 étant relié à la base du transistor 21. La zone de réponse de la photodiode, c'est- à-dire l'intensité de radiation pour laquelle la photo- diode 7 répond, peut être déterminée à l'aide du poten- tiomètre Pl. Dans un tel dispositif, on peut donc détermi- ner non seulement la vitesse pure avec laquelle une ci- garette se consume d'elle-même, à savoir le mouvement de la zone incandescente, qui s'effectue lorsque l'on ne tire pas sur la cigarette, par le processus de combus- tion naturelle, mais aussi la vitesse de combustion, à savoir la vitesse avec laquelle la zone incandescente se déplace vers l'avant lorsque l'on tire sur la ci- garette. La figure 3 est un graphique donnant, sous forme de schéma, quelques résultats de mesure obtenus à l'aide du dispositif suivant l'invention. Il s'a- git d'une famille de courbes représentatives du tra- jet en fonction du temps pour le cône incandescent d'une cigarette, sur laquelle on ne tire pas et l'on peut voir nettement que la vitesse avec laquelle la cigarette se consume d'elle-même n'est pas constante sur toute la longueur de la cigarette et qu'elle se modifie donc au cours du temps. ú4703CO REVENDICATIONS 1) Procédé pour déterminer la vitesse avec la- quelle un article à fumer brûle et/ou se consume de lui-même à l'aide d'un capteur de la radiation de la zone incandescente de l'article à fumer, caractérisé en ce qu'il consiste à déplacer le capteur parallèle- ment à l'article à fumer en suivant la zone incandes- cente et à obtenir un signal correspondant au chemin parcouru par le capteur. 2) Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il consiste à déplacer le capteur et, lorsqu'il atteint un lieu d'intensité de radiation prescrite de la zone incandescente, à l'arrêter. 3) Procédé suivant la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il consiste à ne Iplaer le capteur,quiest immobile,que lorsqu'il est proche d'un endroit o la zone incandescente a une intensité de radiation pres- crite. 4) Dispositif pour exécuter le procédé suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par un rail(6),s'étendant parallèlement à l'article(2)à fumer placé dans une machine (1) à fumer et destiné au dé- placement du capteur, I*el suitla zone (3) incandescen- te et affecte la forme d'une photodiode(7),le signal en fonction du trajet provenant de l'avance du capteur (7) étant acheminé par le rail(6). ) Dispositif suivant la revendication 4, carac- térisé par un transducteur de mesure du déplacement de la photodiode (7) qui donne le signal en fonction du trajet parcouru. 6) Dispositif selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que le rail est une broche (6) filetée entraînée en rotation par un moteur (5) et le moteur (5) est couplé directement à un potentiomètre -470300 (9) rotatif qui fournit une tension,qui correspond à l'avance de la photodiode (7) et qui est proportionnelle au nombre de tours de la broche (6) filetée. 7) Dispositif suivant la revendication 6, ca- ractérisé en ce que le potentiomètre (9) rotatif est raccordé à un appareil (10) enregistreur destiné à enregistrer la tension en fonction du temps. 8) Dispositif suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce que,lorsque la photodiode (7) fonc- tionne, le circuit du moteur (5) de la broche (6) file- tée est interrompu. 9) Dispositif suivant la revendication 6 ou 7, caractérisé en ce quelorsque la photodiode (7) fonc- tionne, le circuit du moteur (5) de la broche (6) file- tée est fermé. ) Dispositif suivant la revendication 8 ou 9, caractérisé par un élément (21) de commutation qui est dans le circuit du moteur (5) et qui est actionné lors- que la photodiode (7) fonctionne. 11) Dispositif suivant la revendication 10, ca- ractérisé en ce que l'élément de commutation est un transistor (21). 12) Dispositif suivant la revendication 10 ou 11, caractérisé par un commutateur sur le circuit d'a- limentation du moteur (5) destiné à monter l'élément (21) de commutation au choix en parallèle ou en série. 13) Dispositif suivant l'une des revendications 6 à 12, caractérisé par un autre commutateur (SI) pour modifier le sens de rotation du moteur (5) de la broche (6) filetée ou pour arrêter ce moteur.