DK166106B - Fremgangsmaade til maaling af trykket i en vakuum-pakning - Google Patents

Description

i

DK 166106 B

o

Pakningen af alle arter varer i fleksible folier, især fødevarer, sker ofte under vakuum, i hvert fald under et tryk, der er meget lavere end atmosfæretrykket.

En sådan pakning vil i det følgende blive betegnet som 5 en "vakuum-pakning". Det er i mange tilfælde vigtigt at bestemme trykket inde i en sådan pakning. Hvis trykket er for højt, kan det skyldes fejlfunktion i pakkemaskinen.

I andre tilfælde kan det betyde, at det pakkede produkt producerer gasser og har været utilstrækkeligt afgasset før indpakningen. Dette kan f.eks. være tilfældet med kaffe. Dette produkt indeholder carbondioxid, som efter ristning og eventuelt maling frigives langsomt. I andre tilfælde kan et for højt tryk indicere mikrobiologisk kon-^ taminering. I alle disse tilfælde er det vigtigt, at sådanne pakninger ikke sendes i cirkulation. "Bløde" pakninger vil i mange tilfælde ikke blive accepteret af offentligheden, hvilket naturligvis er en fornuftig beslutning, i tilfælde hvor der kan være tale om kontaminering.

^ Med hensyn til vakuum-pakket kaffe er det alminde ligt at kontrollere om trykket ikke er for højt ved prøveundersøgelse. Hvis trykket findes at være for højt umiddelbart efter pakning, indicerer dette fejlfunktionering i pakkeliniens vakuumblokke, der har været anvendt til at generere et reduceret tryk i pakningen. Hvis trykket er kor-rekt umiddelbart efter pakningen, men efter nogen tids forløb er højere end ønsket på dette tidspunkt, indicerer dette, at kaffen har haft for lidt tid til at blive afgasset inden pakningen.

Hidtil er trykket blevet målt på følgende måde: Pakningen placeres i en stiv klokke, kammeret lukkes hermetisk og trykket i kammeret reduceres ved hjælp af en vakuumpumpe indtil trykket i klokken er lavere end trykket i pakningen. Når trykket i klokken blivere lavere end 0_ trykket i pakningen, vil pakningen ekspandere. Det tryk, hvor dette sker, observeres enten visuelt (f.eks. USA-pa-tent nr. 3.667.281), eller det påvises med en føler (f.eks. GB-patent nr. 2.059.381).

DK 166106B

2

Den anvendte fremgangsmåde har følgende ulemper:

Trykket som bestemmes ved hjælp af en føler, er det tryk som hersker i pakningen, når den allerede har ekspanderet tilstrækkeligt til at bevæge føleren. Dette tryk er ofte 5 lavere end det tryk, som hersker inde i pakningen, når der er atmosfæretryk rundt om pakningen. Hvis pakningsmaterialet har steder, hvor det fortrinsvis buler ud, når det omgivende tryk er mindre end trykket i pakningen, så vil følerens reaktion i virkeligheden komme for sent. At 10 den visuelle påvisning er lidet pålidelig vil være selvindlysende. Endvidere kan de beskrevne metoder ikke anvendes, når vakuumpakningen er indeholdt i ydre svøb. De elektriske metoder (f.eks. ifølge GB-patent nr. 2.059.381) er også vanskelige og ret unøjagtige. Dette skyldes dels 15 at pakningerne kan variere i størrelse og form, medens den dielektriske konstant af pakningsmaterialet kun afviger lidt fra luftens dielektriske konstant.

Ved opfindelsen er tilvejebragt en fremgangsmåde til at bestemme trykket i en vakuum-pakning med en fleksibel 20 gastæt folie, der kan være omgivet af et ikke-gastæt svøb, og hvor vakuumpakningen eller i det mindste en del af overfladen af folien, der dækker pakningen, anbringes i en stiv klokke, der kan afspærres hermetisk fra yderluften og som evakueres til et tryk, der ligger under trykket i vakuumpak-25 ningen, at en elektrisk trykføler benyttes til at måle trykvariationen som funktion af tiden i rummet mellem pakningen og den stive vakuumklokke, når det nævnte rum ved hjælp af en gasmodstand er forbundet med et rum, hvori der hersker et vakuum eller i det mindste et konstant reduceret tryk 30 lavere end det ønskede tryk inde i pakningen, og det punkt bestemmes, hvor trykvariationen begynder at afvige fra trykvariationen, som den ville udvikle sig, hvis volumenet af pakningen ikke voksede under påvirkning af det nævnte vakuum eller i det mindste konstant reducerede tryk.

35

DK 166106B

3

Rummet mellem pakningen og indervæggen i vakummklokken betegnes i den efterfølgende forklaring det "fri volumen".

Ved en stiv vakuumklokke forstås i denne beskrivelse en beholder, der ikke deformeres under indflydelse af 5 en trykdifferens på mindst én atmosfære mellem det indre af klokken og ydersiden. Beholderen kan f.eks. have form som en omvendt kasse med en tætning, der tilvejebringes ved hjælp af et pakningsorgan, som sikrer gastæthed, når det komprimeres. Den kompression bør fortrinsvis være så-10 dan, at der, efterhånden som det indre tryk reduceres, ikke sker nogen yderligere volumenændring. Pakningsnorganet kan f.eks. have form som en elastisk ring, der er anbragt under randen af den stive vakuumklokke. Det omtalte vakuum er normalt et tryk på f.eks. 1 til 2 millibar.

15 Vakuumpakningen behøver ikke i alle tilfælde at være helt indesluttet i beholderen. Hvis vakuumpakningen ikke har noget udvendigt svøb, kan den stive vakuumklokke være et lille kammer, der er åbent i den ene side, og som holdes i kontakt med pakningen ved den åbne side ligesom 20 et stetoskop. Når vakuumklokken er forsynet med et fremspringende skørt i form af en fleksibel folie, vil dette skørt tilpasse sig til alle uregelmæssigheder i folien, der omgiver vakuumpakningen under udsugningen af et vakuum, og vil danne en lufttæt forsegling. Hvis pakningen er for-25 synet med et papirsvøb, vil der findes papir mellem det fremspringende skørts fleksible folie og folien, der omhyller det indpakkede produkt. Dette kan betyde en risiko for den hermetiske tætning. I dette tilfælde kan hele vakuumpakningen optages i en fleksibel, hermetisk tillukke-30 lig pose, med hvilken vakuumklokken er fast forbundet. Det ses, at idet kammeret, der skal evakueres er mindre, kræver udsugning til dannelse af et vakuum mindre tid.

En passende gasmodstand til anvendelse i forbindelse med opfindelsen er et kapillarrør, men en nøjagtig 35 justerbar ventil, som er delvis åben, er f.eks. også egnet.

DK 166106 B

4 o

Afhængigt af volumenet af kammeret, der skal evakueres, vælges gasmodstanden fortrinsvis således at, målingen efter alle forberedende operationer, tager 1 til 3 sekunder.

Opfindelsen beskrives nærmere i det følgende under 5 henvisning til tegningen, hvor fig. 1 skematisk viser et arrangement, i hvilken en pakning er anbragt helt inde i en stiv vakuumklokke, fig. 2 viser trykvariationen som funktion af tiden når rummet mellem pakningen og vakuumklokken er for- 10 bundet med en vakuumpumpe, fig. 3 viser en linie, der angiver logaritmen af trykvariationen som funktion af tiden, fig. 4 viser en linie, der angiver den første af- ledede funktion af linierne i fig. 3 (efter differentiering) 15 som funktion af tiden, fig. 5 viser et kredsløbsarrangement svarende til fig. 4, i hvilket der til sidst genereres et stopsignal ved hjælp af et digitalt voltmeter, hvorfra trykket kan aflæses, 20 fig. 6 angiver mere detaljeret som.funktion af tiden variationen af den første afledede funktion af logaritmen af trykket som funktion af tiden og også et referenceniveau, som er udledet derfra under anvendelse af kredsløb s arrangementet i fig. 5, og 25 fig. 7 viser skematisk et arrangement, i hvilket en lille, stiv vakuumklokke holdes i kontakt med en del af folien, der omslutter en pakning, idet der med fuldt optrukne linier er vist det tilfælde, hvor vakuumklokken har et fleksibelt skørt, medens der med punkterede linier er vist det 30 tilfælde hvor vakuumklokken udgør en del af en fleksibel pose, som pakningen er optaget i.

Fig. 1 viser en vakuumpakning 1, en stiv vakuumklokke 2, en gasmodstand 3, en vakuumpumpe 4, en elektrisk trykføler 5 og en ventil 6. De følgende angivelser er anført 35 som et eksempel. Den stive vakuumklokke er en rund kasse af 3 aluminium med et totalt indvendigt volumen på 350 cm . Den- 0

DK 166106 B

5 ne kasse anbringes på en plade, og tætning tilvejebringes ved hjælp af en elastisk ring (f.eks, af gummi) mellem pladen og randen af vakuumklokken. Gasmodstanden er et kapillarrør med en indvendig diameter på 0,5 mm og en læng- 5 de på 5 mm. Ventilen 6 er af en type, der normalt forekommer i handelen, og den elektriske trykføler er Valydine DP15.

Ved anvendelse af dette apparat blev opnået udmærkede resultater med vakuum-pakninger med malet kaffe og med et vo-lumen på 250 cm .

10 Fig. 2 viser trykvariationen (Pt) begyndende med trykket PQ (normalt atmosfæretryk) som funktion af tiden, efter at ventilen 6 i fig. 1 er blevet åbnet. Denne tryk-variation er angivet ved formlen P^ = PQ *e , hvor e er grundtallet for den naturlige logaritme, og x er en funk- 15 tion af gasmodstanden R og det fri volumen V af rummet mellem pakningen 1 og indervæggen i vakuumklokken 2. Af foranstående formel udledes: In P. = In P - tan xt. I fig. 3 to er ln afsat som funktion af tiden t. Når x er konstant er linien naturligvis ret. Idet x = f.RV (V » det fri vo- 20 lumen i vakuumklokken som foran defineret) og R og f er konstant er der en entydig sammenhæng mellem x og V. Når folien, som produktet er indpakket i, begynder at ekspandere, bliver V og dermed x mindre. Hældningen af linien i fig. 3 aftager derfor, og resultatet er et billede af to linier 25 omtrent som vist. Punktet S hvor disse linier skærer hinanden kan f.eks. betragtes svarende til det øjeblik, hvor folien omkring det indpakkede produkt begynder at ekspandere. I dette øjeblik vil trykket inde i det fri rum i vakuumklokken 2 være lig med trykket inde i vakuumpaknin-30 gen. Trykket i det fri rum kan måles meget nøjagtigt ad elektrisk vej. Dette kan f.eks. gøres med en elektrik trykmåler, der frembringer et elektrisk signal som funktion af trykket. Dette elektriske signal kan behandles på i sig selv velkendte måder til tilvejebringelse af en klar af-35 læselig registrering af skæringspunktet S. Som eksempel på egnede måleinstrumenter kan nævnes: et digitalt volt 0

DK 166106 B

6 meter med et indgangssignal og et såkaldt "stop"-indgangssignal, et dobbelt-kanalregistreringsapparat, der er i stand til at markere både trykket som funktion af tiden og logaritmen af trykket som funktion af tiden, eller der 5 kan anvendes et hvilket som helst andet signalbehandlingssystem (f.eks. en computer).

Et specielt eksempel på denne registrering er vist i fig. 4, i hvilken som nævnt den først afledede funktion CLilaTX p —-3—t afsættes som funktion af tiden. Skæringspunktet S' 10 at svarer til punkt S i fig. 3 og altså til det formodede tryk inde i vakuumpakningen.

Det i fig. 5 viste kredsløb anvendes til at måle —som funktion af tiden, svarende til fig. 4.

15 at:

Det elektriske signal fra den elektriske trykføler DR (5 i fig. 1) føres til en logaritmisk omsætter "log”. Indgangsspændingen (i) i denne omsætter kan angives som P.j_ = PQ *e tan xt. Udgangsspændingen er u = In Pt = ln PQ ’e~^~an 5 Denne udgangsspænding føres til et differentieringskredsløb med 20 kondensatorer Cd CO, en modstand Rd og en forstærker VI. Signalet fra differentieringskredsløbet føres til et inverterende forstærkerkredsløb der består af en forstærker V2 og modstande R2 og R3. Ved hjælp af et potentiometer Pd, påføres en del af udgangsspændingen (U2) fra dette inverterende 25 forstærkningskredsløb via en diode D til kondensatoren Cl og tilføres til en komparator com. Samtidig føres den u-delte udgangsspænding (Ul) direkte til komparatoren. Det ses at U2 er mindre end Ul og også følger efter Ul (dvs. den er forsinket). U2 bruges som referenceniveau. I denne komparator vil udgangsspændingen f.eks. være nul, nar spændingen ved minusindgangen (Ul) er højere end spændingen (U2) ved plusindgangen. Hvis spændingen ved minusindgangen er mindre end spændingen ved plusindgangen, vil udgangsspændingen ændres til nogle få volt (f.eks. 5 volt). Denne 35 spænding påføres "holde"-indgangen i et digitalt voltmeter PCA6. Voltmeteret angiver udgangsspændingen i trykmåleren DR.

0

DK 166106B

7 Når "holde"-spændingen ledes til volmeteret PCA6, standser dette følgelig ved en værdi, som svarer til trykket i rummet mellem pakningen og vakuumklokken og dermed som antaget til trykket inden i pakningen.

5

Det foran anførte er illustreret yderligere i fig. 6. På denne figur repræsenterer den øverste linie

værdierne af dlnPt^ aer SVarer til den ovenfor nævnte u-cU

delte spænding Ul. Den nederste linie repræsenterer svarende til den forsinkede delte spænding U2. Skæ- 10 dt ringspunktet S" angiver, når det digitale voltmeter i fig.

5 standser.

Det er foran antydet at det således bestemte tryk ikke svarer nøjagtigt til trykket inde i pakningen. En af grundene hertil er, at pakningen er lidt s ammen trykkelig (har 15 en vis elasticitet), således at gastrykket i pakningen, når denne befinder sig i atmosfæretryk, er forskellig fra gastrykket i pakningen, når denne befinder sig inde i va-kuumklokken under måling. En anden grund er, at der foreligger en vis tilfældighed i valget af punktet S". Det 20 "forsinkede" niveau i fig. 6 kan ligge mere eller mindre under det ikke forsinkede niveau. Om nødvendig kan der kompenseres herfor ved at udarbejde en korrektionstabel for en given type pakning. Dette kan gøres ved at anvende en fremgangsmåde, hvor det indre af pakningen er di-25 rekte forbundet med en trykføler.

I stedet for det ovenfor beskrevne analoge trykregistreringskredsløb kan der anvendes et digitalt kredsløb .

Foruden trykket i vakuumpakningen kan det somme-30 tider være vigtigt at bestemme pakningens volumen f.eks. i forbindelse med et ønske om at holde volumenet af pakningen inden for visse grænser. Uønskede afvigelser fra dette volumen kan f.eks. optræde ved variationer i fin- hedsgraden af formalingen. Af ovenstående formel fremgår 35 det, at:

DK 166106 B

8 o

Ln P^ = In PQ - x^. Da ln PQ er konstant giver differentiering d ln Pt - = -tan x.

dt 5 Værdien x kan tages fra fig. 6 og svarer til den flade del af kurven for den udelte spænding Ul.

x = fRV. Hvis fR er kendt (f.eks. fra en kallibre- ret måling med et kendt V) kan V beregnes i hvert enkelt tilfælde. Det fri volumen (dvs. rummet mellem pakningen og 10 den stive vakuumklokke) er lig med det totale indre volumen

(V, ) af den stive vakuumklokke minus volument (V) af pak-jc P

ningen, som skal måles, dvs. V = V, - V , hvoraf følger JC p at Vp = - V. Når er kendt, og V er bestemt som oven for angivet, kan V altså beregnes.

15 ^

Det er også muligt at bestemme hastigheden af af-gasningen i et vakuumpakket produkt såsom kaffe ved at måle trykket i pakningen på forskellige tidspunkter. En hurtigere metode kan tilvejebringes ved at lukke ventilen 6 i fig. 1 i det Øjeblik, hvor pakningen begynder 20 at ekspandere (S i fig. 3) og gennem en differenstrykmåler forbinde det fri rum i den stive vakuumklokke med et referencerum, der har samme tryk i dette øjeblik. Som følge af afgasningen ekspanderer pakningen, og trykket i det fri rum vokser. Denne trykforøgelse kan bestemmes me-25 get nøjagtigt ved hjælp af differenstrykmåleren. Disse data kan være vigtige til at fastslå, om der kan frygtes blød-gøring og i så fald efter hvor lang tids samlet oplagring.

I fig. 7, som illustrerer den udførelsesform, hvor der anvendes en lille påtrykkelig vakuumklokke har denne 30 en rand 8, der er forsynet med et skørt af fleksibel folie 9. Når vakuumklokken presses ind i kontakt med vakuumpakningen, der er omgivet af en uregelmæssig folie 10, og vakuum frembringes ved udsugning gennem en gasmodstand i en ledning 12, vil den fleksible folie 9 slutte tæt til 35 uregelmæssighederne i folien 10 og danne et hermetisk lukke mellem det indre af vakuumklokken og yderluften. Med 9

DK 166106 B

0 punkterede linier er vist hvorledes den lille vakuumklokke kan være formet ud i ét stykke med en fleksibel pose, i hvilken hele vakuumpakningen optages. I denne udførelsesform betegner henvisningstallet 13 posens hermetiske lukke.

5 10 15 20 25 30 35

Claims (1)

1. DK 166106B PATENTKRAV. Fremgangsmåde til bestemmelse af trykket i en vakuumpakning, der har en fleksibel gastæt folie, som eventuelt er omgivet af et ikke-gastæt svøb, og hvor vakuumpakningen 5 eller i det mindste en del af overfladen af folien, som omgiver pakningen, anbringes i en stiv vakuumklokke, som kan afspærres hermetisk tæt fra yderluften, og som evakueres til et tryk, der ligger under trykket i vakuumpakningen, kendetegnet ved, at en elektrisk trykføler anven-10 des til måling af trykvariationen som funktion af tiden i rummet mellem pakningen og den stive vakuumklokke, når dette rum gennem en gasmodstand forbindes med et rum, hvori der hersker vakuum eller i det mindste et konstant reduceret tryk, der er lavere det end ønskede tryk i pakningen, og at 15 det punkt bestemmes, hvor trykvariationen begynder at afvige fra den trykvariation, som ville forekomme, hvis pakningens volumen ikke voksede under påvirknig af det nævnte vakuum eller i det mindste konstant reducerede tryk.