包裝測試技術

緒論包裝測試技術的內容：測量原理，測量方法，測試系統(tǒng)，數據處理包裝測試技術的任務：a檢測包裝材料、包裝容器、包裝件的性能，評定其質量b模擬流通環(huán)境，檢測被包裝產品的可靠性c實現自動化包裝d為包裝工程科學研究奠定基礎測試系統(tǒng)的定義：測試系統(tǒng)是指為完成某種物理量的測量而由具有一種或多種變換特性的物理裝置構成的總體。測試系統(tǒng)的組成：激勵裝置→被測對象→傳感器→信號調理→信號處理→顯示記錄→觀察者↑---------反饋、控制------------------------↓信號及其描述按信號隨時間的變化特征分類，可分為確定性信號與非確定性信號按信號幅值隨時間變化的連續(xù)性分類，可分為連續(xù)信號與離散信號按信號的能量特征分類，可分為能量信號與功率信號從分許域上分類，可分為時域信號與頻域信號按信號隨時間的變化特征分類，可分為確定性信號與非確定性信號確定性信號分為：周期信號和非周期信號周期信號分為：諧波信號(最簡單的周期信號，只有一個頻率成分）和一般周期信號非周期信號分為：準周期信號和一般非周期信號非確定性信號（隨機信號）：平穩(wěn)隨機信號和非平穩(wěn)隨機信號數字信號的定義：信號的幅值和獨立變量均離散模擬信號的定義：信號的幅值與獨立變量均連續(xù)一個信號包含了很多有用的信息：信號強度、波動程度、頻率結構以及在不同頻率上的強度、信號本身或相互之間的相似程度、信號大小取各種可能值的概率等。直接檢測或記錄到的信號一般是隨時間變化的物理量，稱為信號的時域描述。這種描述能夠反映信號幅值隨時間變化的關系，但不能揭示信號的頻率結構特征。因此在測試中常把時域描述的信號進行變換，轉換成各個頻率對應的幅值、相位，稱為信號的頻域描述，即以頻率為獨立變量來表示信號。頻域描述可以反映信號各頻率成分的幅值和相位特征。下圖為周期方波信號的時域、頻域描述，含有相同的信息量，而且時、頻域描述可以通過數學工具進行相互轉換。一般從時域數學表達式轉換為頻域表達式稱為頻譜分析，以頻率為橫坐標、分別以幅值和相位為縱坐標，便可得到信號的幅頻譜和相頻譜。諧波信號是最簡單的周期信號，只有一個頻率成分。一般周期信號可以利用傅里葉級數展開成多個乃至無窮多個不同頻率的諧波信號的線性疊加周期信號頻譜的特點：離散性：離散譜線諧波性：基波w1的整數倍頻率收斂性：高次諧波幅度漸小周期信號強度以峰值、絕對均值、有效值和平均功率來描述時域描述→頻域描述（隨時間變化）（隨頻率變化）非周期性信號和周期信號雖然都可用無限個正弦信號之和來表示，但周期信號用傅里葉級數來描述，各分量的頻率是離散的，相鄰分量的頻率相差一個或幾個基頻數。非周期信號用傅里葉積分來描述，各分量的頻率是連續(xù)的。傅里葉變換的主要性質：奇偶虛實性、線性疊加性、時移和頻移性質、卷積特性隨機信號的參數：a.均值、均方值、均方根值和方差b.概率密度函數c.自相關函數和互相關函數例1.4求正弦函數的自相關函數。 測試系統(tǒng)理想的測試系統(tǒng)應該具有單值的、確定的輸入－輸出關系。對于每一輸入量都應該只有單一的輸出量與之對應。知道其中一個量就可以確定另一個量。其中以輸出和輸入成線性關系最佳。線性系統(tǒng)的性質：疊加原理、比例特性、微分特性、積分特性、頻率保持性。靜態(tài)測量：如果測量時，測試裝置的輸入、輸出信號不隨時間而變化（或變化比較緩慢）。測量裝置的動態(tài)特性，當被測量(輸入量)隨時間快速變化時，測量輸入與相應輸出之間動態(tài)關系的數學描述測試系統(tǒng)的靜態(tài)特性：非線性度：是指測試系統(tǒng)的輸入、輸出關系保持常值線性比例關系的程度。（理想狀態(tài)為線性關系；實際狀態(tài)為非線性關系）靈敏度：表征的是測試系統(tǒng)對輸入信號變化的一種反應能力。（線性檢測系統(tǒng)，靈敏度為常數；非線性檢測系統(tǒng)，靈敏度為變數）分辨力：是指測試系統(tǒng)所能檢測出來的輸入量的最小變化量，通常是以最小單位輸出量所對應的輸入量來表示?；爻陶`差：測量器具對同一個尺寸進行正向和反向測量時，由于結構上的原因，其指示值不可能完全相同這種誤差被稱作回程誤差。漂移：是指測試系統(tǒng)在輸入不變的條件下，輸出隨時間而變化的趨勢。信噪比：信號功率與干擾功率之比稱為信噪比。溫標：溫度是指表征物體冷熱程度的物理量，溫度量值用溫標表示。測量方法通常分兩大類：接觸式測溫法和非接觸式測溫法。接觸式測溫法是使被測量物體與溫度計的感溫元件直接接觸，使其溫度相同，便可以得到被測物體的溫度。非接觸式測溫時，溫度計的感溫元件與被測物體有一定的距離，是靠接收被測物體的輻射能實現測溫，所以不會破壞被測物體的熱平衡狀態(tài)，具有較好的動態(tài)響應，適宜高溫測量。絕對濕度：單位體積氣體中所含水蒸氣的質量定義為絕對濕度。單位g/m3相對濕度：某一溫度下的水蒸氣壓與該溫度下的飽和水蒸氣壓之比測試系統(tǒng)的動態(tài)特性描述動態(tài)測試系統(tǒng)的函數：拉普拉斯變換傳遞函數頻率響應函數常見測試系統(tǒng)的動態(tài)特性一階系統(tǒng)的定義：可用一階常系數微分方程描述的系統(tǒng)二階系統(tǒng)的定義：可用二階常系數微分方程描述的系統(tǒng)測試系統(tǒng)靜態(tài)特性和動態(tài)特性的測定測試系統(tǒng)靜態(tài)特性的測定步驟：作輸入、輸出特性曲線，求重復性誤差，求作正反行程的平均輸入輸出曲線，求回程誤差，求作定度曲線，求作擬合直線，計算非線性誤差和靈敏度測試系統(tǒng)動態(tài)特性的測定常用的動態(tài)標定方法有階躍響應法和頻率響應法該系統(tǒng)的輸出波形與輸入信號的波形精確地一致，只是幅值放大了A0倍，在時間上延遲了t0而已。這種情況下，認為測試系統(tǒng)具有不失真的特性。不失真的條件：設測試系統(tǒng)的輸出y(t)與輸入x(t)滿足關系y(t)=A0x(t-t0)誤差章節(jié)誤差的分類：1、系統(tǒng)誤差：是指在相同測試條件下，多次測量同一被測量是，測量誤差的大小和符號保持不變或按一定的函數規(guī)律變化的誤差，服從確定的分布規(guī)律。其產生的原因主要有：測量設備的缺陷、測量環(huán)境變化、測量時使用的方法不完善、所依據的理論不嚴密或采用了某些近似公式等造成的。2、隨機誤差：在同一測試條件下，多次重復測量同一量時，誤差大小，符號均以不可預定的方式變化著的誤差稱為隨機誤差。其產生的原因：溫度、適度以及空氣的凈化程度等3、疏失誤差：是指在一定的測量條件下，測量的值明顯偏離其真值，既不具有確定分布規(guī)律，也不具有隨機分布規(guī)律。其產生原因：由于測試人員對儀器不了解或思想不集中、粗心大意導致錯誤的讀書，使得結果明顯偏離真值。真值：是指在一定條件下，被測量客觀存在的實際值（理論真值，規(guī)定真值，相對真值）傳感器分類傳感器傳感器的定義傳感器是一種以一定的精確度把被測量轉換為與之有確定對應關系的、便于應用的某種物理量的測量裝置。2.傳感器的組成傳感器一般由敏感元件、轉換元件、轉換電路三部分組成。3.傳感器的分類按被測量分:位移式傳感器,力傳感器,溫度傳感器等；按工作原理分:機械式,電氣式,光學式,流體式等；按信號變換特征分:物性型和結構型；按敏感元件與被測對象之間的能量關系:能量轉換型與能量控制型按輸出信號分:模擬式和數字式3.1傳感器性能的主要要求：①靈敏度高，輸入和輸出之間應具有較好的線形關系；②噪聲小、并且具有抗外部噪聲的性能；③滯后、漂移誤差??；④動態(tài)特性良好；⑤接入測量系統(tǒng)時對被測量產生影響??；⑥功耗小，復現性好，有互換性；⑦防水及抗腐蝕等性能好，能長期使用；⑧結構簡單，容易維修和校正；⑨低成本、通用性強。4.傳感器的選用原則=1\*GB3①靈敏度：一般說來，傳感器靈敏度越高越好，但在確定靈敏度時，要考慮以下幾個問題。a)靈敏度過高引起的干擾問題；b)量程范圍；c)交叉靈敏度問題。=2\*GB3②響應特性:傳感器的響應特性是指在所測頻率范圍內，保持不失真的測量條件。實際上傳感器的響應總不可避免地有一定延遲，但總希望延遲的時間越短越好。=3\*GB3③線性范圍：任何傳感器都有一定線性工作范圍。在線性范圍內輸出與輸入成比例關系，線性范圍愈寬，則表明傳感器的工作量程愈大。傳感器工作在線性區(qū)域內，是保證測量精度的基本條件。=4\*GB3④穩(wěn)定性：穩(wěn)定性是表示傳感器經過長期使用以后，其輸出特性不發(fā)生變化的性能。影響傳感器穩(wěn)定性的因素是時間與環(huán)境。=5\*GB3⑤精確度：傳感器的精確度是表示傳感器的輸出與被測量的對應程度。=6\*GB3⑥測量方式：傳感器在實際條件下的工作方式；=7\*GB3⑦其他：還應盡可能兼顧結構簡單、體積小、質量輕、價格便宜、易于維修、易于更換等條件。5.電感式傳感器：=1\*GB3①原理：電感式傳感器是基于電磁感應原理，它是把被測量轉化為電感量的一種裝置。按變換方式的不同可分為自感型（可變磁阻式和渦流式）和互感型（差動變形器式）。=2\*GB3②可變磁阻式：由線圈、鐵心和銜鐵組成，在鐵心和銜鐵間有氣隙，改變氣隙來改變磁阻。=3\*GB3③渦流式：原理是利用金屬體在交變磁場中的渦電流效應。當金屬板置于變化磁場中或者在磁場中運動時，在金屬板中產生感應電流，這種電流在金屬體內是閉合的，稱為渦流。6.電容式傳感器：①原理：電容傳感器是將被測物理量的變化轉化為電容量變化的裝置，是一個具有可變參數的電容器。②分類：極距變化型、面積變化型和介質變化型。7.壓電式傳感器①原理：壓電式傳感器是利用某些物質的壓電效應將被測量轉換為電量的一種傳感器。某些物質，如石英，當受到外力作用時，不僅幾何尺寸會發(fā)生變化，而且內部被極化，表面會產生電荷，形成電場；當外力去掉時，又重新回到原來的狀態(tài)，這種現象稱為壓電效應。相反，如果這些物質置于電場中，其幾何尺寸也發(fā)生變化，這種現象稱為逆壓電效應。②壓電材料：常用的壓電材料大致分為三類：壓電單晶（機械強度好）、壓電陶瓷（壓電常數大）和有機壓電薄膜（可大量生產）。8、磁電式傳感器：磁電式傳感器是把被測量的物理量轉換為感應電動勢的一種轉換器。9.光電傳感器：通常是指能敏感到由紫外線到紅外線光的光能量，并能將光能轉化成電信號的器件。其工作原理是基于一些物質的光電效應。10.電阻式傳感器：是一種把被測量轉化為電阻變化的傳感器。按其工作原理可分為變阻器式和應變片式兩類。11.電橋①定義：電橋是將電阻、電感、電容等參量的變化轉為電壓或電流輸出的一種測量電路。②直流和交流電橋的不同：直流電橋是采用直流激勵，其橋臂只能拿是電阻，只能用于測量電阻的變化，平衡條件為相對兩臂的阻值乘積相等，而交流電橋采用交流激勵電壓，其橋臂是電感、電容或電阻，可以測量電阻、電容及電感的變換，其平衡條件為：相對兩橋臂的阻抗模之積相等、阻抗角之和相等。12.①調制：將低頻信號變換為高頻信號的過程，或者說是使一個信號的某些參數在另一信號的控制下發(fā)生變化的過程。前一信號（被控制信號）稱為載波，一般為高頻交流信號；后一信號（控制信號）稱為調制信號，一般為低頻信號；最后的輸出是已調制信號。②解調：從已調制信號中不失真地恢復出調制信號的過程。③調制解調的作用是解決微弱緩變信號的放大以及信號的傳輸問題。13.濾波器：是一種選頻裝置，可以使信號中特定頻率成分通過，而極大地衰減其他頻率成分。①基本作用：選頻。①提取有用信號②濾除干擾噪聲。②分類：按選頻作用分:低通、高通、帶通、帶阻濾波器；按構成元件分：RC諧振、LC諧振、晶體諧振；按構成電路性質：有源和無源；按所處理的信號分：模擬和數字濾波器。③RC濾波器：具有較好的低頻特性。RC低通：輸出與輸入的積分成正比，起積分器的作用，工作頻率為QUOTEQUOTE；RC高通：輸出與輸入的微分成正比，起積分器的作用，QUOTEQUOTE；RC帶通：由低通和高哦那個串聯成，QUOTE。14.將模擬量轉換成與其對用的數字量的過程稱為模/數轉換（A/D）；數/模（D/A）轉換器是把輸入的數字信號轉換為模擬電壓或電流信號的裝置。進行轉換的目的是位了便于計算機或設備識別，因為模擬量是不能直接送入數字計算機里進行處理的，必須先把這些模擬量轉換成數字信號，再送入數字系統(tǒng)中進行處理，處理完之后，然后把處理完的數字信號轉換為模擬量，再送去控制元件去執(zhí)行。A/D轉換包括采樣、量化和編碼三個步驟。典型參數的測定溫度是表征物體冷熱程度的物理量，溫度量值用溫標表示。溫標的種類很多，華氏溫標、列氏溫標、攝氏溫標等經驗溫標，還有以熱力學理論為基礎的熱力學溫標和便于實測的國際實用溫標。開爾文溫度與攝氏溫度之間的關系為：溫度檢測方法就地指標：雙金屬溫度計；在線檢測時：熱電偶、熱電阻和輻射式溫度計等。濕度是指氣體中水蒸氣含量的多少，可以表示為絕對濕度和相對濕度。絕對濕度：單位體積氣體中所含水蒸氣的質量定義為絕對濕度，單位g/m3。濕度與水蒸氣壓、溫度有關，在一個大氣壓（101325Pa）下，絕對濕度D與水蒸氣壓、溫度的關系為（e——溫度為t攝氏度時的水蒸氣壓，Pa。）飽和水蒸氣壓：氣體中所含水蒸氣的量是有限度的，達到限度的狀態(tài)即稱之為飽和，此時的水蒸氣壓即稱為飽和水蒸汽壓。相對濕度：某一溫度下的水蒸氣壓與該溫度下的飽和水蒸氣壓之比定義為相對濕度，即（H——相對濕度RH、es——飽和水蒸氣壓）絕對濕度與相對濕度、飽和水蒸氣壓的關系為空氣完全干燥時H為0，H越小表示當時空氣越干燥。H越大表示空氣很潮濕。露點溫度：指空氣在水蒸氣含量和氣壓都不改變的條件下，冷卻到飽和時的溫度。當空氣中水蒸氣已達到飽和時，氣溫與露點溫度相同；當水蒸氣未到達飽和時，氣溫一定高于露點溫度，所以露點與氣溫的差值可以表示空氣中的水蒸氣距離飽和的程度。干濕球濕度計：干濕球濕度計由兩個結構相同的溫度計（如水銀溫度計或酒精溫度計）組成。一個謂干球，其感溫部暴露在被測氣體中；另一個謂濕球，其感溫部被水濕棉布包裹。干濕球溫度差值的大小與當時空氣濕度有關，濕度越小，溫差就越大；反之，溫差就越小。電阻式濕度計（濕敏電阻濕度計、熱敏電阻濕度計）和電容式濕度計濕敏電阻濕度計：在基片上覆蓋一層用感濕材料制成的膜，當空氣中的水蒸氣吸附在感濕膜上時，元件的電阻率和電阻值都發(fā)生變化，利用這一特性可測量濕度。熱敏電阻濕度計：熱敏電阻濕度計是利用干、濕空氣熱傳導率的差異來測定濕度的。即電阻隨溫度的變化而變化，這一特性稱為熱敏特性。質量測試：在包裝工程中，物料的充填方式之一是稱重式充填，即將產品按預定質量充填到包裝容器內。稱重方式有間歇式和連續(xù)式稱重兩種，采用的裝置有機械式和電子式。測重傳感器:電阻式、電感式、電容式、壓磁式、壓電式等。皮帶電子秤是一種連續(xù)式稱重充填機，主要用于測量輸送過程中固體散料的流量，并對散料流量進行積分，求得被輸送物料的總重量。其稱重過程是連續(xù)的。所求的稱重值，實際上是對一段時間內物料流量的累計。定量電子秤用于稱量液體、粉狀、粒狀、塊狀等物料，其精度可達0.5～1.0％。激振器是一種按預定的要求對被測對象施加一定形式激振力的裝置。常用的電動式、電磁式、電液式。9、機械振動測試方法一般有機械方法、光學方法和電測方法。機械方法常用于振動頻率低、振幅大、精度不高的場合。光學方法主要用于精密測量和振動傳感器的標定。電測法應用范圍最廣。10、表達振動信號特性的基本參數是位移、速度、加速度、頻率和相位。標準1、ISO：國際標準化組織，IEC：國際電工委員會2、包裝國際標準主要是ISO標準和“國際海上危險貨物運輸規(guī)則”（簡稱“國際危規(guī)”）。國際危規(guī)是由國際海事組織IMO發(fā)布的。3、ISO/TC122(國際標準化組織第122技術委員會)主要任務是制定包裝國際標準，協調世界范圍內的包裝標準化工作，與其他國際性組織合作研究有關包裝標準化問題。4、ISO/TC6（紙與紙板技術委員會）、ISO/TC51（托盤技術委員會）、ISO/TC52（金屬容器技術委員會）、ISO/TC63（玻璃容器技術委員會）、ISO/TC104（集裝箱技術委員會）。5、ISO標準鐘所包括的包裝試驗方法標準有包裝基礎標準、包裝材料標準及試驗方法標準、包裝容器標準及其試驗方法標準、托盤與集裝箱標準等。6、我國參考較多的是：國際標準（ISO)、美國標準（美國材料與試驗協會ASTM，美國聯邦標準FED，美國軍用標準MIL），我國標準（國家標準GB,國家軍用標準GJB)。測試項目：紙與紙板的測試項目主要有:1、一般性能：定量、厚度、緊度、松厚度、尺寸穩(wěn)定性、均勻性等2、表面性能：粗糙度、平滑度、摩擦系數等3、光學性能：白度、顏色、光澤度、透明度、不透明度等4、結構性能：透氣性、透濕性、施膠度等5、強度性能：拉伸性能、抗壓強度、耐破度、戳穿強度、挺度、耐折度等。6、印刷適性7、其他特殊性能：如絕緣性能、介電性能、擊穿性能塑料薄膜性能測試項目一般性能：厚度、長度、寬度、尺寸變化率外觀性能：光澤度、透明度、色調、挺度、耐劃傷性強度性能：拉伸強度、撕裂強度、黏合性、抗針孔性等物理化學性能：透氣性、透濕性、熱封性、熱收縮性、易燃性、耐藥性等。包裝容器性能測試軟包裝袋容器性能測試項目A耐壓強度測試B熱封強度測試C