包装测试技术

绪论包装测试技术的内容：测量原理，测量方法，测试系统，数据处理包装测试技术的任务：a检测包装材料、包装容器、包装件的性能，评定其质量b模拟流通环境，检测被包装产品的可靠性c实现自动化包装d为包装工程科学研究奠定基础测试系统的定义：测试系统是指为完成某种物理量的测量而由具有一种或多种变换特性的物理装置构成的总体。测试系统的组成：激励装置→被测对象→传感器→信号调理→信号处理→显示记录→观察者↑---------反馈、控制------------------------↓信号及其描述按信号随时间的变化特征分类，可分为确定性信号与非确定性信号按信号幅值随时间变化的连续性分类，可分为连续信号与离散信号按信号的能量特征分类，可分为能量信号与功率信号从分许域上分类，可分为时域信号与频域信号按信号随时间的变化特征分类，可分为确定性信号与非确定性信号确定性信号分为：周期信号和非周期信号周期信号分为：谐波信号(最简单的周期信号，只有一个频率成分）和一般周期信号非周期信号分为：准周期信号和一般非周期信号非确定性信号（随机信号）：平稳随机信号和非平稳随机信号数字信号的定义：信号的幅值和独立变量均离散模拟信号的定义：信号的幅值与独立变量均连续一个信号包含了很多有用的信息：信号强度、波动程度、频率结构以及在不同频率上的强度、信号本身或相互之间的相似程度、信号大小取各种可能值的概率等。直接检测或记录到的信号一般是随时间变化的物理量，称为信号的时域描述。这种描述能够反映信号幅值随时间变化的关系，但不能揭示信号的频率结构特征。因此在测试中常把时域描述的信号进行变换，转换成各个频率对应的幅值、相位，称为信号的频域描述，即以频率为独立变量来表示信号。频域描述可以反映信号各频率成分的幅值和相位特征。下图为周期方波信号的时域、频域描述，含有相同的信息量，而且时、频域描述可以通过数学工具进行相互转换。一般从时域数学表达式转换为频域表达式称为频谱分析，以频率为横坐标、分别以幅值和相位为纵坐标，便可得到信号的幅频谱和相频谱。谐波信号是最简单的周期信号，只有一个频率成分。一般周期信号可以利用傅里叶级数展开成多个乃至无穷多个不同频率的谐波信号的线性叠加周期信号频谱的特点：离散性：离散谱线谐波性：基波w1的整数倍频率收敛性：高次谐波幅度渐小周期信号强度以峰值、绝对均值、有效值和平均功率来描述时域描述→频域描述（随时间变化）（随频率变化）非周期性信号和周期信号虽然都可用无限个正弦信号之和来表示，但周期信号用傅里叶级数来描述，各分量的频率是离散的，相邻分量的频率相差一个或几个基频数。非周期信号用傅里叶积分来描述，各分量的频率是连续的。傅里叶变换的主要性质：奇偶虚实性、线性叠加性、时移和频移性质、卷积特性随机信号的参数：a.均值、均方值、均方根值和方差b.概率密度函数c.自相关函数和互相关函数例1.4求正弦函数的自相关函数。 测试系统理想的测试系统应该具有单值的、确定的输入－输出关系。对于每一输入量都应该只有单一的输出量与之对应。知道其中一个量就可以确定另一个量。其中以输出和输入成线性关系最佳。线性系统的性质：叠加原理、比例特性、微分特性、积分特性、频率保持性。静态测量：如果测量时，测试装置的输入、输出信号不随时间而变化（或变化比较缓慢）。测量装置的动态特性，当被测量(输入量)随时间快速变化时，测量输入与相应输出之间动态关系的数学描述测试系统的静态特性：非线性度：是指测试系统的输入、输出关系保持常值线性比例关系的程度。（理想状态为线性关系；实际状态为非线性关系）灵敏度：表征的是测试系统对输入信号变化的一种反应能力。（线性检测系统，灵敏度为常数；非线性检测系统，灵敏度为变数）分辨力：是指测试系统所能检测出来的输入量的最小变化量，通常是以最小单位输出量所对应的输入量来表示。回程误差：测量器具对同一个尺寸进行正向和反向测量时，由于结构上的原因，其指示值不可能完全相同这种误差被称作回程误差。漂移：是指测试系统在输入不变的条件下，输出随时间而变化的趋势。信噪比：信号功率与干扰功率之比称为信噪比。温标：温度是指表征物体冷热程度的物理量，温度量值用温标表示。测量方法通常分两大类：接触式测温法和非接触式测温法。接触式测温法是使被测量物体与温度计的感温元件直接接触，使其温度相同，便可以得到被测物体的温度。非接触式测温时，温度计的感温元件与被测物体有一定的距离，是靠接收被测物体的辐射能实现测温，所以不会破坏被测物体的热平衡状态，具有较好的动态响应，适宜高温测量。绝对湿度：单位体积气体中所含水蒸气的质量定义为绝对湿度。单位g/m3相对湿度：某一温度下的水蒸气压与该温度下的饱和水蒸气压之比测试系统的动态特性描述动态测试系统的函数：拉普拉斯变换传递函数频率响应函数常见测试系统的动态特性一阶系统的定义：可用一阶常系数微分方程描述的系统二阶系统的定义：可用二阶常系数微分方程描述的系统测试系统静态特性和动态特性的测定测试系统静态特性的测定步骤：作输入、输出特性曲线，求重复性误差，求作正反行程的平均输入输出曲线，求回程误差，求作定度曲线，求作拟合直线，计算非线性误差和灵敏度测试系统动态特性的测定常用的动态标定方法有阶跃响应法和频率响应法该系统的输出波形与输入信号的波形精确地一致，只是幅值放大了A0倍，在时间上延迟了t0而已。这种情况下，认为测试系统具有不失真的特性。不失真的条件：设测试系统的输出y(t)与输入x(t)满足关系y(t)=A0x(t-t0)误差章节误差的分类：1、系统误差：是指在相同测试条件下，多次测量同一被测量是，测量误差的大小和符号保持不变或按一定的函数规律变化的误差，服从确定的分布规律。其产生的原因主要有：测量设备的缺陷、测量环境变化、测量时使用的方法不完善、所依据的理论不严密或采用了某些近似公式等造成的。2、随机误差：在同一测试条件下，多次重复测量同一量时，误差大小，符号均以不可预定的方式变化着的误差称为随机误差。其产生的原因：温度、适度以及空气的净化程度等3、疏失误差：是指在一定的测量条件下，测量的值明显偏离其真值，既不具有确定分布规律，也不具有随机分布规律。其产生原因：由于测试人员对仪器不了解或思想不集中、粗心大意导致错误的读书，使得结果明显偏离真值。真值：是指在一定条件下，被测量客观存在的实际值（理论真值，规定真值，相对真值）传感器分类传感器传感器的定义传感器是一种以一定的精确度把被测量转换为与之有确定对应关系的、便于应用的某种物理量的测量装置。2.传感器的组成传感器一般由敏感元件、转换元件、转换电路三部分组成。3.传感器的分类按被测量分:位移式传感器,力传感器,温度传感器等；按工作原理分:机械式,电气式,光学式,流体式等；按信号变换特征分:物性型和结构型；按敏感元件与被测对象之间的能量关系:能量转换型与能量控制型按输出信号分:模拟式和数字式3.1传感器性能的主要要求：①灵敏度高，输入和输出之间应具有较好的线形关系；②噪声小、并且具有抗外部噪声的性能；③滞后、漂移误差小；④动态特性良好；⑤接入测量系统时对被测量产生影响小；⑥功耗小，复现性好，有互换性；⑦防水及抗腐蚀等性能好，能长期使用；⑧结构简单，容易维修和校正；⑨低成本、通用性强。4.传感器的选用原则=1\*GB3①灵敏度：一般说来，传感器灵敏度越高越好，但在确定灵敏度时，要考虑以下几个问题。a)灵敏度过高引起的干扰问题；b)量程范围；c)交叉灵敏度问题。=2\*GB3②响应特性:传感器的响应特性是指在所测频率范围内，保持不失真的测量条件。实际上传感器的响应总不可避免地有一定延迟，但总希望延迟的时间越短越好。=3\*GB3③线性范围：任何传感器都有一定线性工作范围。在线性范围内输出与输入成比例关系，线性范围愈宽，则表明传感器的工作量程愈大。传感器工作在线性区域内，是保证测量精度的基本条件。=4\*GB3④稳定性：稳定性是表示传感器经过长期使用以后，其输出特性不发生变化的性能。影响传感器稳定性的因素是时间与环境。=5\*GB3⑤精确度：传感器的精确度是表示传感器的输出与被测量的对应程度。=6\*GB3⑥测量方式：传感器在实际条件下的工作方式；=7\*GB3⑦其他：还应尽可能兼顾结构简单、体积小、质量轻、价格便宜、易于维修、易于更换等条件。5.电感式传感器：=1\*GB3①原理：电感式传感器是基于电磁感应原理，它是把被测量转化为电感量的一种装置。按变换方式的不同可分为自感型（可变磁阻式和涡流式）和互感型（差动变形器式）。=2\*GB3②可变磁阻式：由线圈、铁心和衔铁组成，在铁心和衔铁间有气隙，改变气隙来改变磁阻。=3\*GB3③涡流式：原理是利用金属体在交变磁场中的涡电流效应。当金属板置于变化磁场中或者在磁场中运动时，在金属板中产生感应电流，这种电流在金属体内是闭合的，称为涡流。6.电容式传感器：①原理：电容传感器是将被测物理量的变化转化为电容量变化的装置，是一个具有可变参数的电容器。②分类：极距变化型、面积变化型和介质变化型。7.压电式传感器①原理：压电式传感器是利用某些物质的压电效应将被测量转换为电量的一种传感器。某些物质，如石英，当受到外力作用时，不仅几何尺寸会发生变化，而且内部被极化，表面会产生电荷，形成电场；当外力去掉时，又重新回到原来的状态，这种现象称为压电效应。相反，如果这些物质置于电场中，其几何尺寸也发生变化，这种现象称为逆压电效应。②压电材料：常用的压电材料大致分为三类：压电单晶（机械强度好）、压电陶瓷（压电常数大）和有机压电薄膜（可大量生产）。8、磁电式传感器：磁电式传感器是把被测量的物理量转换为感应电动势的一种转换器。9.光电传感器：通常是指能敏感到由紫外线到红外线光的光能量，并能将光能转化成电信号的器件。其工作原理是基于一些物质的光电效应。10.电阻式传感器：是一种把被测量转化为电阻变化的传感器。按其工作原理可分为变阻器式和应变片式两类。11.电桥①定义：电桥是将电阻、电感、电容等参量的变化转为电压或电流输出的一种测量电路。②直流和交流电桥的不同：直流电桥是采用直流激励，其桥臂只能拿是电阻，只能用于测量电阻的变化，平衡条件为相对两臂的阻值乘积相等，而交流电桥采用交流激励电压，其桥臂是电感、电容或电阻，可以测量电阻、电容及电感的变换，其平衡条件为：相对两桥臂的阻抗模之积相等、阻抗角之和相等。12.①调制：将低频信号变换为高频信号的过程，或者说是使一个信号的某些参数在另一信号的控制下发生变化的过程。前一信号（被控制信号）称为载波，一般为高频交流信号；后一信号（控制信号）称为调制信号，一般为低频信号；最后的输出是已调制信号。②解调：从已调制信号中不失真地恢复出调制信号的过程。③调制解调的作用是解决微弱缓变信号的放大以及信号的传输问题。13.滤波器：是一种选频装置，可以使信号中特定频率成分通过，而极大地衰减其他频率成分。①基本作用：选频。①提取有用信号②滤除干扰噪声。②分类：按选频作用分:低通、高通、带通、带阻滤波器；按构成元件分：RC谐振、LC谐振、晶体谐振；按构成电路性质：有源和无源；按所处理的信号分：模拟和数字滤波器。③RC滤波器：具有较好的低频特性。RC低通：输出与输入的积分成正比，起积分器的作用，工作频率为QUOTEQUOTE；RC高通：输出与输入的微分成正比，起积分器的作用，QUOTEQUOTE；RC带通：由低通和高哦那个串联成，QUOTE。14.将模拟量转换成与其对用的数字量的过程称为模/数转换（A/D）；数/模（D/A）转换器是把输入的数字信号转换为模拟电压或电流信号的装置。进行转换的目的是位了便于计算机或设备识别，因为模拟量是不能直接送入数字计算机里进行处理的，必须先把这些模拟量转换成数字信号，再送入数字系统中进行处理，处理完之后，然后把处理完的数字信号转换为模拟量，再送去控制元件去执行。A/D转换包括采样、量化和编码三个步骤。典型参数的测定温度是表征物体冷热程度的物理量，温度量值用温标表示。温标的种类很多，华氏温标、列氏温标、摄氏温标等经验温标，还有以热力学理论为基础的热力学温标和便于实测的国际实用温标。开尔文温度与摄氏温度之间的关系为：温度检测方法就地指标：双金属温度计；在线检测时：热电偶、热电阻和辐射式温度计等。湿度是指气体中水蒸气含量的多少，可以表示为绝对湿度和相对湿度。绝对湿度：单位体积气体中所含水蒸气的质量定义为绝对湿度，单位g/m3。湿度与水蒸气压、温度有关，在一个大气压（101325Pa）下，绝对湿度D与水蒸气压、温度的关系为（e——温度为t摄氏度时的水蒸气压，Pa。）饱和水蒸气压：气体中所含水蒸气的量是有限度的，达到限度的状态即称之为饱和，此时的水蒸气压即称为饱和水蒸汽压。相对湿度：某一温度下的水蒸气压与该温度下的饱和水蒸气压之比定义为相对湿度，即（H——相对湿度RH、es——饱和水蒸气压）绝对湿度与相对湿度、饱和水蒸气压的关系为空气完全干燥时H为0，H越小表示当时空气越干燥。H越大表示空气很潮湿。露点温度：指空气在水蒸气含量和气压都不改变的条件下，冷却到饱和时的温度。当空气中水蒸气已达到饱和时，气温与露点温度相同；当水蒸气未到达饱和时，气温一定高于露点温度，所以露点与气温的差值可以表示空气中的水蒸气距离饱和的程度。干湿球湿度计：干湿球湿度计由两个结构相同的温度计（如水银温度计或酒精温度计）组成。一个谓干球，其感温部暴露在被测气体中；另一个谓湿球，其感温部被水湿棉布包裹。干湿球温度差值的大小与当时空气湿度有关，湿度越小，温差就越大；反之，温差就越小。电阻式湿度计（湿敏电阻湿度计、热敏电阻湿度计）和电容式湿度计湿敏电阻湿度计：在基片上覆盖一层用感湿材料制成的膜，当空气中的水蒸气吸附在感湿膜上时，元件的电阻率和电阻值都发生变化，利用这一特性可测量湿度。热敏电阻湿度计：热敏电阻湿度计是利用干、湿空气热传导率的差异来测定湿度的。即电阻随温度的变化而变化，这一特性称为热敏特性。质量测试：在包装工程中，物料的充填方式之一是称重式充填，即将产品按预定质量充填到包装容器内。称重方式有间歇式和连续式称重两种，采用的装置有机械式和电子式。测重传感器:电阻式、电感式、电容式、压磁式、压电式等。皮带电子秤是一种连续式称重充填机，主要用于测量输送过程中固体散料的流量，并对散料流量进行积分，求得被输送物料的总重量。其称重过程是连续的。所求的称重值，实际上是对一段时间内物料流量的累计。定量电子秤用于称量液体、粉状、粒状、块状等物料，其精度可达0.5～1.0％。激振器是一种按预定的要求对被测对象施加一定形式激振力的装置。常用的电动式、电磁式、电液式。9、机械振动测试方法一般有机械方法、光学方法和电测方法。机械方法常用于振动频率低、振幅大、精度不高的场合。光学方法主要用于精密测量和振动传感器的标定。电测法应用范围最广。10、表达振动信号特性的基本参数是位移、速度、加速度、频率和相位。标准1、ISO：国际标准化组织，IEC：国际电工委员会2、包装国际标准主要是ISO标准和“国际海上危险货物运输规则”（简称“国际危规”）。国际危规是由国际海事组织IMO发布的。3、ISO/TC122(国际标准化组织第122技术委员会)主要任务是制定包装国际标准，协调世界范围内的包装标准化工作，与其他国际性组织合作研究有关包装标准化问题。4、ISO/TC6（纸与纸板技术委员会）、ISO/TC51（托盘技术委员会）、ISO/TC52（金属容器技术委员会）、ISO/TC63（玻璃容器技术委员会）、ISO/TC104（集装箱技术委员会）。5、ISO标准钟所包括的包装试验方法标准有包装基础标准、包装材料标准及试验方法标准、包装容器标准及其试验方法标准、托盘与集装箱标准等。6、我国参考较多的是：国际标准（ISO)、美国标准（美国材料与试验协会ASTM，美国联邦标准FED，美国军用标准MIL），我国标准（国家标准GB,国家军用标准GJB)。测试项目：纸与纸板的测试项目主要有:1、一般性能：定量、厚度、紧度、松厚度、尺寸稳定性、均匀性等2、表面性能：粗糙度、平滑度、摩擦系数等3、光学性能：白度、颜色、光泽度、透明度、不透明度等4、结构性能：透气性、透湿性、施胶度等5、强度性能：拉伸性能、抗压强度、耐破度、戳穿强度、挺度、耐折度等。6、印刷适性7、其他特殊性能：如绝缘性能、介电性能、击穿性能塑料薄膜性能测试项目一般性能：厚度、长度、宽度、尺寸变化率外观性能：光泽度、透明度、色调、挺度、耐划伤性强度性能：拉伸强度、撕裂强度、黏合性、抗针孔性等物理化学性能：透气性、透湿性、热封性、热收缩性、易燃性、耐药性等。包装容器性能测试软包装袋容器性能测试项目A耐压强度测试B热封强度测试C