CN112432745B - 一种卷烟小盒包装密封度的无损检测方法 - Google Patents

一种卷烟小盒包装密封度的无损检测方法 Download PDF

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Abstract

本申请提供一种卷烟小盒包装密封度的无损检测方法，其特征在于，包括将被测卷烟小盒放置于密闭室中，利用平衡舱体使得密闭室快速形成稳定负压；持续测定密封室的压力变化直到平衡，利用达西定律、菲克扩散定律和分子运动论的物理过程分析建立数据模型。通过本发明的一种卷烟小盒包装密封度的无损检测方法，将传统测量卷烟小盒密封度的有损测量(损坏小盒包装)改变为无损检测；测试结果有明确的物理意义；将单个样品的测试时间缩减为有损测试所用时间的1/5。

Description

一种卷烟小盒包装密封度的无损检测方法
技术领域
本发明涉及卷烟质量检测领域，尤其是一种卷烟小盒包装密封度的无损检测方法。
背景技术
卷烟包装是成品卷烟的最后一个生产环节。随着生产技术的发展，卷烟包装工艺主要使用机器对烟盒两端折叠处进行密封。密封度差的卷烟在长时间储存时，潮湿的环境下会出现霉变，气候干燥的环境下会出现烟支干裂易碎，同时烟支的香味也会大量泄漏，这直接影响了消费者的利益和卷烟生产企业的信誉。近年来，有消费者提出，部分烟支出现霉变和干裂现象。由此可见，测量出卷烟包装的密封度，这对如何改进卷烟包装工艺和提高卷烟包装的密封度至关重要。
密封度检测最早应用于军工产品，密封是保证军工产品在长期贮存后能可靠作用的重要措施之一。随着经济发展和科技进步，人们对包装件的性能和品质提出了越来越高的要求，有些产品对其密封度也提出了相应的国家标准。在包装密封度检测方面，现有充气法、目视法、滑石粉法、密封性能检测仪和气泡法等方法。
充气法用途广泛，ASTM(美国材料试验协会)F2095描述了一种方法，通过向包装盒内部充气后，通过压力逐步衰减，测量包装盒的密封度。该方法是一种破坏性的检测方法，同时充气的压力控制对检测结果(泄露气体的平均速度表达)具有显著影响。该方法为有损检测方法，并适用于软盒包装的检测。对于有边界限制的硬盒包装，充气检测就无法应用，也无法适用于卷烟包装的密封度检测。
国家烟草专卖局于1998年颁布了行业标准YC/T140-1998《卷烟小盒密封度的测定充气法》。该方法只适用于软包卷烟的密封度测量，测试精度不高，该方法已于2013年废止。
上述几种方法都不适用于卷烟包装的密封度检测，中国专利(公开号：CN104792470 A)描述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。但此方法需要对烟包进行打孔定位，测量完后，该烟包不能回收使用，且存在混入正常烟包的风险。另外，测量时需要以定流量对测量室进行抽气，对烟包薄膜可能造成破坏，影响小盒包装密封度的测量精度。该方法也是一种有损的小盒密封度的检测方法。
发明内容
为克服上述现有技术的缺陷，本发明提出一种卷烟小盒包装密封度的无损检测方法。该方法运用反映多孔介质压差与流速基本规律的达西定律、浓度梯度存在下的气体扩散规律的菲克扩散定律，通过分子运动论(气体状态方程)的物理过程分析建立数据模型，获得所述密封度指标。实现无损检测。
一种卷烟小盒包装密封度的无损检测方法，包括
将被测卷烟小盒放置于密闭室中，利用平衡舱体使得密闭室快速形成稳定负压(-3500pa～-5000pa之间，操作时间小于5s)；
持续测定密封室的压力变化直到平衡，利用达西定律、菲克扩散定律和分子运动论的物理过程分析建立数据模型；
对密封空间压力与时间的数据，获得三个指标。其中小盒包装有效透气度(单位是cm/min，即CORESTA)，其原理在于气体通过多孔介质流动时呈现压降与流速的线性关系-达西定律；小盒包装有效扩散系数“k“(单位是m2/s)，其原理在于在压差或浓度作为推动力是质量通量与浓度梯度呈现线性关系-菲克扩散定律；小盒包装有效泄露面积“A”(单位是m2)，其原理在于物质的量通过泄露点不断质量平衡或气体状态方程-分子运动论。三个可以独立反映不同程度的卷烟小盒密封度，三个数据值越大，则密封度越差。
其中，卷烟小盒包装密封度的无损检测方法的检测装置包括，
调压阀、真空发生器、平衡舱体、压力表、密闭室、卷烟小盒、压差传感器和计算机，
所述真空发生器一端连接调压阀，另一端连接消声器；其中，所述调压阀连通气源；
所述真空发生器依次连接第一截止阀，平衡舱体，压力表，第二截止阀，密闭室，卷烟小盒，压差传感器和计算机。
检测过程中，
(1开始检测前，制备一罐含真空的平衡舱体，打开气源，关闭截止阀；
(2打开第一截止阀，慢慢旋拧调压阀，此时真空发生器工作，同时平衡舱体产生负压；继续旋拧调压阀，使压力表显示在-3500Pa--5000Pa之间时，待压力表指针稳定后，关闭第一截止阀，此时，平衡舱体的负压等于压力表所示值；
(3打开密闭室，将卷烟小盒放置于密闭室后，将密闭室关闭，密封；
(4启动计算机，打开数据采集软件，与压差传感器输出信号相连，采集数据频率设置为10Hz。
(5点击数据采集软件开始采集数据，随后立即打开第二截止阀再迅速关闭(2s～4s)，待测量压力值Pt稳定时，停止采集数据，将数据导出保存，随后打开测量室取出卷烟小盒，完成该烟包的密封度测量；连续测量几组卷烟小盒后，当压力表所示负压值大于-3500Pa时，重复步骤；
(6将保存的测量数据保存，依据数据卷烟小盒外体积V1、密闭室最终压力Pe、密闭室测量压力Pt、时间t、密闭室初始压力Pt0，利用三种模型对数据进行计算，计算获得小盒包装有效透气度“α”，小盒包装有效扩散系数“k”和小盒包装有效泄露面积“A”三个指标，得到该烟包的密封度大小；
小盒包装有效透气度“α”，小盒包装有效扩散系数“k”和小盒包装有效泄露面积“A”三个指标可以独立反映卷烟小盒密封度，其值越大，密封度越差。
通过本发明的一种卷烟小盒包装密封度的无损检测方法，将传统测量卷烟小盒密封度的有损测量(损坏小盒包装)改变为无损检测；测试结果有明确的物理意义，使得初始负压的控制可以在一个范围内，获得的数据重复性优异；将单个样品的测试时间缩减为有损测试所用时间的1/5。
附图说明
图1为一种卷烟小盒包装密封度的无损检测装置的示意图。
图2为测量数据pt—t数据及三个模型最小二乘法拟合数据图。
图3a为获得的小盒包装有效透气度“α”与传统测量法(有损)得到结果对比图。
图3b为获得小盒包装有效扩散系数“k”与传统测量法(有损)得到结果对比图。
图3c为获得小盒包装有效泄露面积“A”与传统测量法(有损)得到结果对比图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明提供的一种卷烟小盒包装密封度的无损检测方法进行详细描述。
一种卷烟小盒包装密封度的无损检测方法，包括将被测卷烟小盒放置于密闭室中，利用平衡舱体使得密闭室快速形成稳定负压；
持续测定密封室的压力变化直到平衡，利用达西定律、菲克扩散定律和分子运动论的物理过程分析建立数据模型；
对密封空间压力与时间的数据，获得具有物理意义的小盒包装有效透气度，小盒包装有效扩散系数和小盒包装有效泄露面积三个指标，三个指标可以独立反映不同的密封程度，其三个数据值越大，则密封度越差。
图1所示，卷烟小盒包装密封度的无损检测方法的检测装置包括，调压阀2、真空发生器3、平衡舱体6、压力表7、密闭室9、卷烟小盒10、微压差传感器11和计算机12，
真空发生器3一端连接调压阀2，另一端连接消声器4；其中，所述调压阀2连通气源1；
真空发生器3依次连接第一截止阀5，平衡舱体6，压力表7，第二截止阀8，密闭室9，卷烟小盒10，压差传感器11和计算机12。
具体实施步骤如下：
(1开始检测前，先制备一罐含一定真空度的平衡舱体6。打开气源1，第二关闭截止阀8。
(2打开第一截止阀5，用手慢慢旋拧调压阀2，此时真空发生器3工作，同时平衡舱体6产生负压。消音器4的作用为降低真空发生器3工作时产生的噪音。继续旋拧调压阀2，使压力表7显示在-3500Pa--5000Pa之间时，待压力表7指针稳定后，关闭第一截止阀5。此时，平衡舱体6的负压等于压力表7所示值。
(3打开密闭室9，将某牌号某一烟包10放置于密闭室9后，将密闭室9关闭密封。
(4启动计算机12，打开数据采集软件并与微压差传感器11输出信号相连，采集数据频率设置为10Hz。
(5点击数据采集软件的‘开始’键开始采集数据，随后立即打开第二截止阀8再迅速关闭(2s～4s)，待测量压力值Pt稳定时，停止采集数据，将数据导出保存，随后打开测量室9取出烟包10，完成该烟包的密封度测量。连续测量几组烟包后，当压力表7所示负压值大于-3500Pa时，重复步骤(2)。
(6将保存的测量数据保存，依据数据卷烟小盒外体积V1(m3)、密闭室最终压力Pe(Pa)、密闭室测量压力(Pa)～时间t、密闭室初始测量压力Pt0(Pa)，利用三种模型的公式分别对数据进行计算，如图2所示。
计算获得小盒包装有效透气度“α”(单位是cm/min，即CU)，小盒包装有效扩散系数“k”(单位是m2/s)和小盒包装有效泄露面积“A”(单位是m2)等三个指标，得到该烟包的密封度大小。
重复以上操作，测试10个卷烟小盒样品，所得的数据与传统有损检测方法(中国专利(公开号：CN 104792470 A))进行对比，
图3示出，小盒包装有效透气度“α”(图3a)(单位是cm/min，即CU)，小盒包装有效扩散系数“k”(图3b)(单位是m2/s)和小盒包装有效泄露面积“A”(图3c)(单位是m2)等三个指标与传统有损检测小盒密封度测量结果(压差绝对值表示)，数据显示该发明的测量结果与传统有损检测数据相关，随着三项数据指标的降低，卷烟小盒密封度改善。
步骤(6中，基于达西定律：
Figure BDA0002178905270000091
α：小盒包装有效透气度(cm/min)；A：小盒表面积(m2)；V1：盒外体积(m3)；V1：卷烟小盒外体积(m3)；P0：卷烟小盒初始压力(1.01*105Pa)；Pe：密闭室最终压力(Pa)；Pt：密闭室测量压力(Pa)；Pt0：密闭室初始压力(Pa)。
步骤(6中，基于菲克扩散定律：
Figure BDA0002178905270000101
k：小盒包装有效扩散系数(m2/s)；L：有效距离(m)；V1：卷烟小盒外体积(m3)；Pe：密闭室最终压力(Pa)；Pt：密闭室测量压力(Pa)；Pt0：密闭室初始压力(Pa)。
步骤(6中，基于分子运动论：
Figure BDA0002178905270000102
A：小盒包装有效泄露面积(m2)，KB：玻尔兹曼常数(1.38*10-23J/K)，m：分子质量(29*1.67*10-27kg)；V1：卷烟小盒外体积(m3)；Pe：密闭室最终压力(Pa)；Pt：密闭室测量压力(Pa)；Pt0：密闭室初始压力(Pa)。
最后应说明的是，以上实施例仅用以描述本发明的技术方案而不是对本技术方法进行限制，本发明在应用上可以延伸为其他的修改、变化、应用和实施例，并且因此认为所有这样的修改、变化、应用、实施例都在本发明的精神和教导范围内。

Claims (3)

1.一种卷烟小盒包装密封度的无损检测方法，其特征在于，包括
将被测卷烟小盒放置于密闭室中，利用平衡舱体使得密闭室快速形成稳定负压；
持续测定密封室的压力变化直到平衡，利用达西定律、菲克扩散定律和分子运动论的物理过程分析建立三个数据模型如下：
基于所述达西定律：
Figure FDA0003415735780000011
α：小盒包装有效透气度(cm/min)；A：小盒表面积(m2)；V1：卷烟小盒外体积(m3)；P0：卷烟小盒初始压力(1.01*105Pa)；Pe：密闭室最终压力(Pa)；Pt：密闭室测量压力(Pa)；Pt0：密闭室初始测量压力(Pa)；
基于所述菲克扩散定律：
Figure FDA0003415735780000012
k：小盒包装有效扩散系数(m2/s)；L:有效距离(m)；V1：卷烟小盒外体积(m3)；Pe：密闭室最终压力(Pa)；Pt：密闭室测量压力(Pa)；Pt0：密闭室初始测量压力(Pa)；
基于所述分子运动论：
Figure FDA0003415735780000021
A:小盒包装有效泄露面积(m2)，KB：玻尔兹曼常数(1.38*10-23J/K)，m：分子质量(29*1.67*10-27kg)；V1：卷烟小盒外体积(m3)；Pe：密闭室最终压力(Pa)；Pt：密闭室测量压力(Pa)；Pt0：密闭室初始测量压力(Pa)；
通过密封空间压力与时间的数据，基于三个数据模型分别获得小盒包装有效透气度“α”，小盒包装有效扩散系数“k”和小盒包装有效泄露面积“A”三个指标，通过三个指标反映不同的密封程度，其三个数据值越大，则密封度越差。
2.根据权利要求1所述的卷烟小盒包装密封度的无损检测方法，其特征在于，实现所述卷烟小盒包装密封度的无损检测方法的检测装置包括，调压阀(2)、真空发生器(3)、平衡舱体(6)、压力表(7)、密闭室(9)、卷烟小盒(10)、压差传感器(11)和计算机(12)，
所述真空发生器(3)一端连接调压阀(2)，另一端连接消声器(4)；其中，所述调压阀(2)连通气源(1)；所述真空发生器(3)依次连接第一截止阀(5)，平衡舱体(6)，压力表(7)，第二截止阀(8)，密闭室(9)，卷烟小盒(10)，压差传感器(11)和计算机(12)。
3.根据权利要求1或2所述的卷烟小盒包装密封度的无损检测方法，其特征在于，
(1开始检测前，制备一罐含一定真空度的平衡舱体(6)，关闭第二截止阀(8)；
(2打开气源(1)，打开第一截止阀(5)，慢慢旋拧调压阀(2)，此时真空发生器(3)工作，同时平衡舱体(6)产生负压；继续旋拧调压阀(2)，使压力表(7)显示在-3500Pa--5000Pa之间时，待压力表(7)指针稳定后，关闭第一截止阀(5)，此时，平衡舱体(6)的负压等于压力表(7)所示值；
(3打开密闭室(9)，将卷烟小盒(10)放置于密闭室(9)后，将密闭室(9)关闭密封；
(4启动计算机(12)，打开数据采集软件并与压差传感器(11)输出信号相连，采集数据频率设置为10Hz；
(5点击数据采集软件开始采集数据，随后立即打开第二截止阀(8)再迅速关闭(2s～4s)，待测量压力值Pt稳定时，停止采集数据，将数据导出保存，随后打开密闭室(9)取出卷烟小盒(10)，完成所述卷烟小盒包装的密封度测量；连续测量几组卷烟小盒(10)后，当压力表(7)所示负压值大于-3500Pa时，重复步骤(2)；
(6将测量数据保存，依据卷烟小盒外体积V1、密闭室最终压力Pe、密闭室测量压力Pt、时间t、密闭室初始测量压力Pt0，利用三种模型分别对数据进行计算，获得小盒包装有效透气度“α”，小盒包装有效扩散系数“k”和小盒包装有效泄露面积“A”三个指标，三个指标均能够独立反映该卷烟小盒的密封度大小；小盒包装有效透气度“α”，小盒包装有效扩散系数“k”和小盒包装有效泄露面积“A”三个指标分别代表卷烟小盒包装密封度，其值越大，密封度越差。
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