CN111323181B - 消除系统误差的无损检测卷烟小盒包装密封度的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无损检测卷烟小盒包装密封度的方法，其使用的检测装置包括顺序连接的负压发生器、检测盒和计算机，检测盒包括具有置物空腔的盒体和可开合的盖板。所述方法包括：将标准模具放在置物空腔内，盖上盖板并保持密封；通过负压发生器将置物空腔内的气压迅速降低到负压，并实时记录置物空腔内的气压变化以获得系统标定曲线；打开盖板取出标准模具，将烟包小盒放到置物空腔内并关闭盖板；将置物空腔内的气压迅速降低到负压，并实时记录置物空腔内的气压变化以获得烟包样品检测曲线；将烟包样品检测曲线减去系统标定曲线，以获得去差曲线；和对去差曲线进行拟合。根据本发明的检测方法可以在不损坏烟包的情况下有效地消除卷烟小盒密封度检测的系统误差。

Description

消除系统误差的无损检测卷烟小盒包装密封度的方法
技术领域
本发明涉及卷烟包装检测技术领域，更具体地，涉及一种消除系统误差的无损检测卷烟小盒包装的密封度的方法。
背景技术
卷烟包装是成品卷烟的最后一个生产环节，卷烟小盒包装的密封度对卷烟的品质有着重要的影响。卷烟小盒包装密封度的准确检测，不仅是保证消费者利益的前提，同时也是指导卷烟生产企业改进卷烟包装工艺、提高卷烟产品品质的前提。
中国专利(公开号：CN 104792470 A)公开了一种卷烟小盒包装密封度的测量方法，该方法是基于压力传感的卷烟包装密封度检测，且能够辨别出漏气点位置。中国专利(公开号：CN 207662572 U)公开了一种卷烟包装密封度检测装置，包括测试主机A和热封仪B，能够直观断定卷烟包装密封度和泄露部位。然而，上述方法均需要对烟包进行打孔，是有损检测；并且检测过程中需要将烟盒浸入水中，测量完后的正常的卷烟产品也不能回收使用，这与烟草行业高质量发展中节能降耗的要求不符。
中国专利(公开号：CN 103969423 B)公开了一种基于压力传感的卷烟包装透明纸密封度检测方法和装置，使烟包内、外部环境产生压差；实时采集烟包外部环境压强值，直到烟包内、外部压强达到平衡；根据各个时刻的烟包外部环境压强值，获取压强变化曲线；根据压强变化速率确定卷烟包装透明纸密封度。该检测方法虽然属于非破坏性检测，但是其存在两个显著缺陷，一是卷烟包装透明纸密封度的检测指标是烟包外压强的变化速率，该物理量对于不同的烟包来说差异性较小；二是在达到烟包内外压力平衡的过程中由于系统的密封性、负压装置和管路的死体积等，会产生较大的系统误差，该方法没有提出消除系统误差的方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种无损检测卷烟小盒包装的密封度的方法，所述方法能够有效地消除检测过程中的系统误差。
根据本发明的密封度检测方法使用密封度检测装置进行检测，所述检测装置包括顺序连接的负压发生器、检测盒和计算机，其中检测盒包括盒体和连接到盒体且能够相对于盒体打开和关闭的盖板，盒体设置有置物空腔和形成在置物空腔相对的两个侧壁上以使空气进出置物空腔的两个通孔，所述方法包括以下步骤：
将具有烟包尺寸的标准模具放置在置物空腔内，盖上盖板并保持置物空腔相对于盖板密封；
通过负压发生器将置物空腔内的气压迅速降低到负压，并实时记录置物空腔内的气压变化，以获得系统标定曲线；
打开盖板并取出标准模具，将烟包小盒放置到置物空腔内，然后关闭盖板并保持置物空腔相对于盖板密封；
通过负压发生器将置物空腔内的气压迅速降低到所述负压，并实时记录置物空腔内的气压变化，以获得烟包样品检测曲线；
将烟包样品检测曲线减去系统标定曲线，以获得消除系统误差后的去差曲线；和
通过计算机对去差曲线进行拟合，以获得表征烟包小盒的密封度的薄膜透气度(α)、有效扩散系数(k)和溢出孔面积(A)。
根据本发明的一个实施例，所述密封度检测装置还可以包括连接到负压发生器的上游端部的气体质量流量计、连接到负压发生器的下游端部的第一电磁阀、连接到第一电磁阀的平衡罐、连接在平衡罐和第二电磁阀之间的第一压差传感器、以及第二压差传感器，其中第二电磁阀和第二压差传感器分别连接到两个通孔中相应的一个通孔，第一压差传感器和第二压差传感器与计算机相连。
进一步可选地，所述获得系统标定曲线的步骤可以进一步包括：打开第一电磁阀并关闭第二电磁阀；通过第一压差传感器实时感测平衡罐内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机，并通过气体质量流量计调节空气流量，直到第一压差传感器感测的压差达到初始压差并保持稳定为止；和关闭第一电磁阀并开启第二电磁阀，通过第二压差传感器实时感测置物空腔内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机，直到置物空腔内的压力趋于稳定为止，从而获得系统标定曲线。
进一步可选地，所述获得烟包样品检测曲线的步骤可以进一步包括：打开第一电磁阀并关闭第二电磁阀；通过第一压差传感器实时感测平衡罐内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机，并通过气体质量流量计调节空气流量，直到第一压差传感器感测的压差达到初始压差并保持稳定为止；和关闭第一电磁阀并开启第二电磁阀，通过第二压差传感器实时感测置物空腔内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机，直到置物空腔内的压力趋于稳定为止，从而获得烟包样品检测曲线。
另外，可选地，对所述去差曲线进行拟合的步骤可以进一步包括分别根据以下物理模型对去差曲线进行拟合：
(1)达西定律模型：
Figure GDA0003302895270000031
(2)有效扩散理论模型：
Figure GDA0003302895270000032
(3)分子运动理论模型：
Figure GDA0003302895270000041
其中,Pt为检测盒外的测量压力，pt0为检测盒外的初始测量压力，pe为检测盒内外气压平衡时的最终测量压力，P0为检测盒内的初始压力，S为烟包小盒的表面积，V1为烟包小盒的外体积，t为时间，L为有效距离，KB为玻尔兹曼常数(1.38×10-23J/K)，T为理想气体的绝对温度，m为空气的平均分子质量(29×1.67×10-27Kg)。
根据本发明的一个实施例，初始压差可以为-3000Pa。
可选地，第一压差传感器可以为数字压差传感器。
可选地，第二压差传感器可以为高精度压差传感器。
根据本发明的另一个实施例，第一压差传感器可以通过三通接头连接在平衡罐与第二电磁阀之间。
根据本发明的又一个实施例，盒体的上表面可以围绕置物空腔设置有密封圈，以便在关闭盖板进行检测期间保持置物空腔相对于盖板密封。
根据本发明的密封度检测方法可以在不损坏待测烟包小盒的情况下，将对烟包小盒检测后获得的样品检测曲线减去对标准模具检测后获得的系统标定曲线，从而获得消除系统误差后的去差曲线。因此，根据本发明的检测方法能够有效地消除系统误差，从而更准确地检测和评估烟包小盒的密封度。
附图说明
本发明的上述及其它方面和特征将从以下结合附图对实施例的说明清楚呈现，其中：
图1为根据本发明的一个示例性实施例的密封度检测装置的结构示意图；
图2显示采用图1所示的密封度检测装置无损检测卷烟小盒包装密封度所获得的曲线图，其中示出系统标定曲线、样品检测曲线和去差曲线；
图3A为根据达西定律模型对图2所示的去差曲线拟合获得的拟合曲线；
图3B为根据有效扩散理论模型对图2所示的去差曲线拟合获得的拟合曲线；以及
图3C为根据分子运动理论模型对图2所示的去差曲线拟合获得的拟合曲线。
具体实施方式
下面参照附图详细描述本发明的说明性、非限制性实施例，对根据本发明的无损检测卷烟小盒包装密封度的方法进行进一步说明。
根据本发明的无损检测卷烟小盒包装密封度的方法使用密封度检测装置对卷烟小盒样品进行检测。所述密封度检测装置包括顺序连接的负压发生器、检测盒和计算机。检测盒包括盒体和连接到盒体且可相对于盒体打开和关闭的盖板，所述盒体设置有置物空腔和形成在所述置物空腔相对的两个侧壁上的两个通孔，以使空气进出置物空腔。
具体地，本发明的无损检测卷烟小盒包装密封度的方法包括以下步骤：将具有烟包尺寸的标准模具放置在检测盒的置物空腔内，盖上盖板并保持置物空腔相对于盖板密封；通过负压发生器将置物空腔内的气压迅速降低到负压，并实时记录置物空腔内的气压变化，以获得系统标定曲线；打开盖板并取出标准模具，将烟包小盒放置到置物空腔内，然后关闭盖板并保持置物空腔相对于盖板密封；通过负压发生器将置物空腔内的气压迅速降低到所述负压，并实时记录置物空腔内的气压变化，以获得烟包样品检测曲线；将所述烟包样品检测曲线减去所述系统标定曲线，以获得消除系统误差后的去差曲线；和通过计算机对所述去差曲线进行拟合，以获得表征烟包小盒的密封度的薄膜透气度(α)、有效扩散系数(k)和溢出孔面积(A)。
根据本发明的密封度检测方法不需要对待测的烟包小盒进行打孔，因此可以在不破坏烟包小盒的外观的前提下进行检测，从而在检测完成后可以回收使用已检测的卷烟产品，由此实现节能降耗。另外，根据本发明的密封度检测方法在相同的检测条件下分别对标准模具和烟包小盒进行相同的检测，然后将对烟包小盒检测后获得的样品检测曲线减去对标准模具检测后获得的系统标定曲线，从而获得消除系统误差后的去差曲线。对去差曲线进行拟合，可得到表征烟包小盒的密封度的薄膜透气度(α(cm/min或CU))、有效扩散系数(k(m2/s))和溢出孔面积(A(m2))。α越大，则烟包小盒的薄膜透气度越好，即烟包小盒包装的密封度越差；k越大，则烟包小盒包装的气体扩散越容易，即密封度越差；A越大，则烟包小盒包装的气体溢出孔面积越大，即密封度越差。
根据本发明的可选实施例，密封度检测装置还可以包括连接到负压发生器的上游端部的气体质量流量计、连接到负压发生器的下游端部的第一电磁阀、连接到第一电磁阀的平衡罐、连接在平衡罐和第二电磁阀之间的第一压差传感器、以及第二压差传感器。第二电磁阀和第二压差传感器分别连接到置物空腔侧壁上形成的两个通孔中相应的一个通孔，并且第一压差传感器和第二压差传感器与计算机相连。例如，第一压差传感器可以通过三通接头连接在平衡罐与第二电磁阀之间。
优选地，所述获得系统标定曲线的步骤可以进一步包括：打开第一电磁阀并关闭第二电磁阀；通过第一压差传感器实时感测平衡罐内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机，并通过气体质量流量计调节空气流量，直到第一压差传感器感测的压差达到初始压差(例如，所述初始压差可以为在-1000-6000Pa之间的定值，例如-3000Pa)并保持稳定为止；和关闭第一电磁阀并开启第二电磁阀，通过第二压差传感器实时感测置物空腔内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机，直到置物空腔内的压力趋于稳定为止，从而获得系统标定曲线。
进一步优选地，所述获得烟包样品检测曲线的步骤可以进一步包括：打开第一电磁阀并关闭第二电磁阀；通过第一压差传感器实时感测平衡罐内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机，并通过气体质量流量计调节空气流量，直到第一压差传感器感测的压差达到所述初始压差并保持稳定为止；和关闭第一电磁阀并开启第二电磁阀，通过第二压差传感器实时感测置物空腔内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机，直到置物空腔内的压力趋于稳定为止，从而获得烟包样品检测曲线。
根据本发明的一个实施例，对所述去差曲线进行拟合的步骤可以进一步包括分别根据以下物理模型对去差曲线进行拟合：
(1)达西定律模型：
Figure GDA0003302895270000071
(2)有效扩散理论模型：
Figure GDA0003302895270000072
(3)分子运动理论模型：
Figure GDA0003302895270000073
其中,Pt为检测盒外的测量压力(Pa)，pt0为检测盒外的初始测量压力(Pa)，pe为检测盒内外气压平衡时的最终测量压力(Pa)，P0为检测盒内的初始压力(例如，1.01×105Pa)，S为烟包小盒的表面积(m2)，V1为烟包小盒的外体积(m3)，t为时间(s)，L为有效距离(m)，KB为玻尔兹曼常数(1.38×10-23J/K)，T为理想气体的绝对温度(K)，m为空气的平均分子质量(29×1.67×10-27Kg)。
下面将参照图1-图3C说明根据本发明的一个示例性实施例的卷烟小盒包装密封度的检测方法。
在图1中所示的示例性实施例中，用于无损检测卷烟小盒包装的密封度的检测装置包括顺序连接的气体质量流量计1、负压发生器2、第一电磁阀3、平衡罐5、第一压差传感器6、第二电磁阀4、检测盒、第二压差传感器14和计算机16。例如，第一压差传感器6可以为数字压差传感器，第二压差传感器14可以为高精度压差传感器。所述检测盒可以包括盒体和连接到盒体且可相对于盒体打开和关闭的盖板9，其中所述盒体设置有置物空腔8和形成在置物空腔8的两个相对侧壁上以使空气进出所述置物空腔的两个通孔12。通孔12可以例如通过接头13分别与第二电磁阀4和第二压差传感器14相连。置物空腔8的尺寸比烟盒的尺寸略大，以便于在检测期间放入标准模具15或者待测的卷烟小盒。置物空腔8的腔体在两个相对侧壁上形成两个通孔12，而根据一个优选实施例，在另外两个相对的内壁上可以分别形成有半圆形凹槽10，以便于烟盒取出。另外可选地，在一个示例中，所述盒体的上表面围绕置物空腔8可以设置有密封圈11，以便在关闭盖板9进行检测期间保持置物空腔相对于盖板密封。第二电磁阀4和第二压差传感器14分别连接到所述两个通孔中相应的一个通孔。第一压差传感器6和第二压差传感器14可以以无线或有线连接方式与计算机16相连，以便将传感器感测到的压差传送给计算机并由计算机上的软件实时读取压力并记录和绘制曲线。在所述实施例中，第一压差传感器6可以例如通过三通接头7连接在平衡罐5与第二电磁阀4之间，以感测平衡罐5内的压力。
接下来，将详细说明根据本发明的采用上述示例性实施例的检测装置对烟包小盒包装密封度进行检测的方法。在检测过程中，空气依次经过气体质量流量计1、负压发生器2、第一电磁阀3、平衡罐5、第二电磁阀4和检测盒，各部件之间通过气体导管相连接。
首先打开盖板9，此时置物空腔8内的气压与大气压相等，将标准模具15放置于置物空腔8内，盖上盖板9并锁定以保持置物空腔相对于盖板密封。标准模具15的尺寸与待测烟包的尺寸相同，并且由不易形变且不易产生气体吸附的硬质材料形成，例如铝合金、不锈钢、有机玻璃等。然后打开第一电磁阀3，关闭第二电磁阀4，通过负压发生器2将平衡罐5内的气压迅速降低到负压。第一压差传感器6实时感测平衡罐5内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机16，并通过气体质量流量计1调节空气流量，直到第一压差传感器6感测的压差达到初始压差(例如，-3000Pa)并保持稳定为止。接下来，关闭第一电磁阀3并开启第二电磁阀4。第二压差传感器14实时感测置物空腔8内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机16，直到置物空腔内的压力趋于稳定为止，例如图2中所示的曲线接近平直，从而获得系统标定曲线。所述系统标定曲线表征整个检测系统由于系统密封不严、存在气体吸附、测量管路存在死体积等原因而产生的系统误差。
接着打开盖板9并取出标准模具15，将待测的烟包小盒放置到置物空腔8内，然后关闭盖板9并保持置物空腔相对于盖板密封。然后打开第一电磁阀3，关闭第二电磁阀4，通过负压发生器2将平衡罐5内的气压迅速降低到负压。第一压差传感器6实时感测平衡罐5内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机16，并通过气体质量流量计1调节空气流量，直到第一压差传感器6感测的压差达到初始压差(例如，-3000Pa)并保持稳定为止。接下来，关闭第一电磁阀3并开启第二电磁阀4。第二压差传感器14实时感测置物空腔8内的压力与大气压的压差并将该压差传送到计算机16，直到置物空腔内的压力趋于稳定为止，例如图2中所示的曲线接近平直，从而获得烟包样品检测曲线。
再用获得的烟包样品检测曲线减去系统标定曲线，即获得消除系统误差后的检测曲线，记作去差曲线。然后通过计算机对所述去差曲线进行拟合，以获得表征烟包小盒的密封度的薄膜透气度(α)、有效扩散系数(k)和溢出孔面积(A)。
尽管对本发明的示例性实施例进行了说明，但是显然本领域技术人员可以理解，在不背离本发明的精神和原理的情况下可以对这些实施例进行改变，本发明的保护范围在权利要求书及其等效形式中进行了限定。

Claims (10)

1.一种消除系统误差的无损检测卷烟小盒包装密封度的方法，所述方法使用的密封度检测装置包括顺序连接的负压发生器、检测盒和计算机，其中所述检测盒包括盒体和连接到所述盒体且能够相对于所述盒体打开和关闭的盖板，所述盒体设置有置物空腔和形成在所述置物空腔相对的两个侧壁上以使空气进出所述置物空腔的两个通孔，所述方法包括以下步骤：
将具有烟包尺寸的标准模具放置在所述置物空腔内，盖上所述盖板并保持所述置物空腔相对于所述盖板密封；
通过所述负压发生器将所述置物空腔内的气压迅速降低到负压，并实时记录所述置物空腔内的气压变化，以获得系统标定曲线；
打开所述盖板并取出所述标准模具，将烟包小盒放置到所述置物空腔内，然后关闭所述盖板并保持所述置物空腔相对于所述盖板密封；
通过所述负压发生器将所述置物空腔内的气压迅速降低到所述负压，并实时记录所述置物空腔内的气压变化，以获得烟包样品检测曲线；
将所述烟包样品检测曲线减去所述系统标定曲线，以获得消除系统误差后的去差曲线；和
通过所述计算机对所述去差曲线进行拟合，以获得表征所述烟包小盒的密封度的薄膜透气度(α)、有效扩散系数(k)和溢出孔面积(A)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述密封度检测装置还包括连接到所述负压发生器的上游端部的气体质量流量计、连接到所述负压发生器的下游端部的第一电磁阀、连接到所述第一电磁阀的平衡罐、连接在所述平衡罐和第二电磁阀之间的第一压差传感器、以及第二压差传感器，其中所述第二电磁阀和所述第二压差传感器分别连接到所述两个通孔中相应的一个通孔，所述第一压差传感器和所述第二压差传感器与所述计算机相连。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述获得系统标定曲线的步骤进一步包括：
打开所述第一电磁阀并关闭所述第二电磁阀；
通过所述第一压差传感器实时感测所述平衡罐内的压力与大气压的压差并将该压差传送到所述计算机，并通过所述气体质量流量计调节空气流量，直到所述第一压差传感器感测的压差达到初始压差并保持稳定为止；和
关闭所述第一电磁阀并开启所述第二电磁阀，通过所述第二压差传感器实时感测所述置物空腔内的压力与大气压的压差并将该压差传送到所述计算机，直到所述置物空腔内的压力趋于稳定为止，从而获得所述系统标定曲线。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述获得烟包样品检测曲线的步骤进一步包括：
打开所述第一电磁阀并关闭所述第二电磁阀；
通过所述第一压差传感器实时感测所述平衡罐内的压力与大气压的压差并将该压差传送到所述计算机，并通过所述气体质量流量计调节空气流量，直到所述第一压差传感器感测的压差达到所述初始压差并保持稳定为止；和
关闭所述第一电磁阀并开启所述第二电磁阀，通过所述第二压差传感器实时感测所述置物空腔内的压力与大气压的压差并将该压差传送到所述计算机，直到所述置物空腔内的压力趋于稳定为止，从而获得所述烟包样品检测曲线。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，对所述去差曲线进行拟合的步骤进一步包括分别根据以下物理模型对所述去差曲线进行拟合：
(1)达西定律模型：
Figure FDA0003302895260000021
(2)有效扩散理论模型：
Figure FDA0003302895260000031
(3)分子运动理论模型：
Figure FDA0003302895260000032
其中,Pt为所述检测盒外的测量压力，pt0为所述检测盒外的初始测量压力，pe为所述检测盒内外气压平衡时的最终测量压力，P0为所述检测盒内的初始压力，S为所述烟包小盒的表面积，V1为所述烟包小盒的外体积，t为时间，L为有效距离，KB为玻尔兹曼常数(1.38×10-23J/K)，T为理想气体的绝对温度，m为空气的平均分子质量(29×1.67×10-27Kg)。
6.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述初始压差为在-1000-6000Pa之间的定值。
7.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一压差传感器为数字压差传感器。
8.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二压差传感器为高精度压差传感器。
9.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第一压差传感器通过三通接头连接在所述平衡罐与所述第二电磁阀之间。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，所述盒体的上表面围绕所述置物空腔设置有密封圈，以便在关闭所述盖板进行检测期间保持所述置物空腔相对于所述盖板密封。
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