包装测试复习资料

一，绪论与传感器
1,测试的定义：测试是人们认识客观事物的方法。

其包括测量和实验两个方面的技术
2，包装测试的主要内容和任务：
内容（1），测量原理：物理，化学，生物等科学知识。

(2)，测量方法：直接测量和间接测量，电测和非电测量，模拟测量和数字测量等等。

(3)，测试系统：选择和设计测试仪器和方法。

（4），数据处理：科学处理测试结果。

任务（1），检测包装材料：评定包装容器和包装件的质量。

（2），模拟流通环境：检测被包装产品和包装件的可靠性。

（3），实现自动化包装。

（4），为包装工程科学研究奠定基础
3，包装测试系统的组成
4，传感器：能够感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置。

5，传感器的分类
（1），按被测量的性质来分
A，机械量传感器（几个尺寸，力，速度，加速度等）
B，热量传感器（温度，压力，流量等）
C，化学量传感器，生物传感器（气体，细菌传感器
（2），按传感器变换原理分类
A，无源型传感器:输出无源参量（电阻，电容，电感）
B，有源型传感器:输出有源量（电势，电荷，电流等）
6，传感器的性能评价
（1），输入和输出呈线性关系，灵敏度适中。

（2），噪音小。

（3），回程误差，滞后，飘逸小。

（4），动态响应好。

（5），功耗小。

（6），不是被测对象受到影响。

（7），重现性能好，有互换性。

（8），容易校准
7，电阻式传感器
7.1 变阻器式传感器特点：阻式传感器的优点。

结构简单、尺寸小、重量轻、价格低廉且性能稳定。

受环境因素(如温度、湿度、电磁场干扰等)影响小。

可以实现输出—输入间任意函数关系。

输出信号大，一般不需放大。

7.2 变阻器式传感器缺点是：因为存在电刷与线圈或电阻膜之间摩擦，因此需要较大的输入能量；由于磨损不仅影响使用寿命和降低可靠性，而且会降低测量精度，分辨力较低；动态响应较差，适合于测量变化较缓慢的量。

7.3 变阻器按期制作材料科分为线绕式和薄膜式；按其结构科分为直线式和旋转式两类
7.4 线绕式变阻器称为滑线电阻式变阻器，
（1），直线位移型传感器
其中x=nr（r为金属丝线长度，n=1，2，3，）
（2），角位移型变阻式传感器（P47）
（3），非线性变阻式传感器
此得到是一种非线性传感器，得到的电阻与位移X2成正比。

而如果想得到与X三次方成正比，课使用抛物线形状
7.5 变阻器式传感器的特点
(1)，变阻器长安其可以主要测量位移变化
（2)，其结构简单，性能稳定，使用方便
（3），其分辨率不高，有前式可知，其位移精度量只能是r的整数倍，所以其精度一般大于20um
（4），由于存在电刷和电阻之间的摩擦，噪音较大
8，电阻应变式传感器
电阻是应变式传感器就是把电阻应变片贴在弹性形体上，被测量使弹性体发生变形，从而应变片也随之变形，电阻值发生相应的变化，通过测量电阻值的变化量，就可以测得被测量。

8.1，金属电阻应变片p48
8.2，半导体应变片p48
9，电容式传感器
定义：将被测物理量转换成电容量变化的装置p49-p51
10, 电感式传感器
电感式传感器就是将被测量，如位移，转换成电感量变化的一种装置
差动电感传感器特点：
比较单线圈，差动式的灵敏度提高了一倍；
线性度得到改善。

差动式的两个电感结构，可抵消温度、噪声干扰的影响。

11，压磁式传感器
铁磁性材料受到机械力的作用时，它的内部产生应变，导致导磁率发生变化，产生压磁效应。

其包括：铁氧体压磁材料，Fe-Co-Sm-B 系非晶材料，记忆合金等等
磁致伸缩效应：在磁化过程中，材料内部磁畴结构发生变化导致材料发生机械形变。

压磁效应： 铁磁材料在外力作用下，材料的磁化强度发生变化，这种应力导致的材料的磁性发生变化的现象叫做压磁效应
压磁传感器具有输出功率大，抗干扰能力强，过载性能好，结构和电路简单，能在恶劣环境工作，寿命长等一系列优点。

目前，这种传感器已成功地用在冶金，矿山，造纸，印刷，运输等各个工业部门。

例如，用来测量轧钢的轧制力，钢带的张力，纸张的张力，吊车提物的自动测量，配料的称重等。

12，光电式传感器
（1），光电式传感器是将光量转换为电量，光电器件的物理基础是光电效应
（2），光电传感器的构成：光源、光学通路、光电元件。

应用：
A,光量变化的非电量；B、能转换成光量变化的其他非电量。

特点：非接触、响应快、性能可靠。

C，光电效应：在光线作用下，物体吸收光能量而产生相应电效应的一种物理现象。

外光电效应：在光线作用下，电子从物体表面逸出的物理现象
内光电效应：在光线作用下，物体电导性能发生变化或产生一定方向电动势的现象
光敏传感器的特点：A，它是非接触式传感器，不会对被测系统产生影响，B，与光学系统组合，既可感知微细光束，又可感知大面积图像，C，响应速度极快，D，适用的波长范围广，从紫外到红外都可使用E，易于实现多功能化、集成化
13，半导体气敏传感器
定义：用半导体气敏元件组成的气敏传感器主要用于工业上天然气、煤气、石油化工等部门的易燃、易爆、有毒、有害气体的监测、预报和自动控制, 气敏元件是以化学物质的成分为检测参数的化学敏感元件。

SnO2半导体气敏电阻工作原理
经实验发现，多晶SnO2对多种气体具有气敏特性。

对于多孔型SnO2半导体材料，其电导率随接触的气体种类而变化。

一般吸附还原性气体时电导率升高。

而吸附氧化性气体时其电导率降低。

SnO2气敏元件主要有三种类型：烧结型，薄膜型，厚薄型
重点复习第四章一至六节
典型物理量测量（第五章）
一，温度测量
1，定义：温度是反映物体冷热状态的物理参数。

2，温标：摄氏温标，华氏温标，热力学温标，国际实用温标
3，温度检测方法：应用热膨胀测温，应用工作物质的压力随温度变化的原理测温，应用热电效应测温，应用热电阻原理测温，应用热辐射原理测温
4，
5，热电
偶温度
计
5.1热电效应
1821年首先由（Seeback）发现，两种不同的导体构成一个闭合回路，若接点处温度不同，回路中将产生热电势。

热电势由接触电势和温差电势组成
接触电势：接触电势的大小与温度高低及导体中的电子密度有关。

温差电势：
5.2 热电偶的基本定律
中间导体定律：一个由几种不同导体材料连接成的闭合回路，只要它们彼此连接的接点温度相同，则此回路各接点产生的热电势的代数和为零。

中间温度定律：热电偶回路中，两接点温度分别为T、T0时的热电势，等于接点温度为T、T N和T N、T0的两支同性质热电偶的热电势的代数和。

E AB(T,T0)=E AB(T,T N)+E AB(T N,T0)
5.3热电偶材料应满足：
物理性能稳定，热电特性不随时间改变；化学性能稳定，以保证在不同介质中测量时不被腐蚀；热电势高，导电率高，且电阻温度系数小；便于制造；复现性好，便于成批生产6，热敏电阻温度传感器
热敏电阻是利用某种半导体材料的电阻率随温度变化而变化的性质制成的。

在温度传感器中应用最多的有热电偶、热电阻（如铂、铜电阻温度计等）和热敏电阻。

热敏电阻发展最为迅速，由于其性能得到不断改进，稳定性已大为提高，在许多场合下（-40～＋350℃）热敏电阻已逐渐取代传统的温度传感器。

金属电阻温度计工业上广泛应用电阻温度计来测量-200～＋500℃之间的温度。

电阻温度计的特点是准确度高；在中低温下（500℃以下）测温, 它的输出信号比热电偶的要大得多,故灵敏度高；电阻温度计的输出是电信号，因此便于信号的远传和实现多点切换测量。

电阻温度计由热电阻、显示仪表和连接导线组成，热电阻由电阻体、绝缘管和保护套管等主要部件组成。

金属导体的测温电阻要求：1，温度系数大2，电阻温度系数的一致性好，有互换性3，电阻温度成直线变化4，热性能，化学性能，机械性能好
常用金属电阻温度计：铂电阻，铜电阻
半导体热敏电阻温度计：热敏电阻是一种利用半导体制成的敏感元件，其特点是电阻率随温度而显著变化。

热敏电阻因其电阻温度系数大，灵敏度高；热惯性小，反应速度快；体积小，结构简单；使用方便，寿命长，易于实现远距离测量等特点得到广泛地应用。

优点：测温准确度高，信号便于传送。

缺点：不能测太高的温度，需外部电源供电，连接导线的电阻易受环境温度影响而产生测量误差
二，湿度测量
绝对湿度：绝对湿度定义为每平方米湿空气，在标准状态下所含水蒸汽的重量，（单位是克/米3）。

绝对湿度只能说明湿空气中实际所含水蒸汽的质量，而不能说明湿空气干燥或潮湿的程度及吸湿能力的大小。

相对湿度：相对湿度就是空气中水蒸汽分压力Pn与同温度下饱和水蒸汽分压力Pb之比值。

相对湿度表征湿空气中水蒸气接近饱和含量的程度。

φ值小，说明湿空气饱和程度小，吸收水蒸气的能力强；φ值大则说明湿空气饱和程度大，吸收水蒸气的能力弱。

普通干湿球湿度计：它由两支相同的
液体膨胀式温度计组成，一支为干球
温度计，另一支为湿球温度计。

干湿
球温度计就是利用干湿球温度差及干
球温度来测量空气相对湿度的。

在测
得干湿球温度后，可利用公式计算，
也可以利用有关图表，查出相应的相
对湿度值。

干湿球电信号传感器与温度计：为了
能自动显示空气的相对湿度和远距离
传送湿度信号，采用电动干湿球温度
计。

它的干湿球是用金属电阻（镍电
阻）代替膨胀式温度计，并设置一个
微型轴流风机，以便在热电阻周围造成2.5m/s的风速，提高测量精度。

湿敏电阻：湿敏电阻是利用湿敏材料吸收空气中的水分而导致本身电阻值发生变化这一原理而制成的。

工业上流行的湿敏电阻主要有：1、半导体陶瓷湿敏元件2、氯化锂湿敏电阻3、有机高分子膜湿敏电阻
三，重量测量
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填充到包装容器内。

称重式有间歇式和连续称重两种，采用装置有机械式和电子式。

随着包装工业的发展，自动化包装水平的提高，现代称重常常要求能自动显示、记录。

1，应变片重量传感器
应变效应的应用十分广泛。

它可以测量应变应力、弯矩、扭矩、加速度、位移等物理量。

电阻应变片的应用可分为两大类：第一类是将应变片粘贴于某些弹性体上，并将其接到测量转换电路，这样就构成测量各种物理量的专用应变式传感器。

应变式传感器中，敏感元件一般为各种弹性体，传感元件就是应变片，测量转换电路一般为桥路；第二类是将应变片贴于被测试件上，然后将其接到应变仪上就可直接从应变仪上读取被测试件的应变
2，电子皮带秤
电子皮带秤是一种能连续称量散状颗粒物料重量的装置，它不但可以对某一瞬间在输送带上的输送物料重量进行称重，而且还可以在某段时间内对输送的物料总重进行称重。

因此，电子皮带秤在建材水泥、煤矿、冶金化工和粮仓、码头等场合中得到了普遍的应用。

电子皮带秤主要由称重桥架与称重传感器、测速传感器、称重仪表等组成；皮带秤上使用着两个传感器，一个是测力传感器，它通过皮带下方的称架感受称量区间L的物料重量；另一个为测速传感器，它和皮带导轮同轴，当皮带传动时，通过导轮随动检测皮带的运行速度。

四, 压力测试
1，压力单位
压力是指气体,液体作用于单位面积上的力, 国际标准单位为Pa(帕，N/m2)。

除了国际单位常用的单位还有
水银柱高度mmHg或者托（=133.3Pa），标准大气压（=101325Pa），巴（1bar=100kPa），Kgf/cm2(=98066.5Pa)
2，绝对压，表压和真空压
压力，根据基准点选取的不同，可分为绝对压，表压和真空压。

绝对压：以真空作为零点的压力
表压：以大气压为零点，高于大气压的部分叫表压
真空压：以大气压为零点，低于大气压的部分叫真空压或者负压
真空度分类
低真空：压力>133.3 ×10-3Pa
高真空：133.3 ×10-3Pa～133.3 ×10-8Pa
超高真空：< 133.3 ×10-8Pa
膜片：使用时周边夹紧，测低压、微压。

将两块膜片沿周边对焊起来，形成一膜盒，膜盒式微压计通常用于测量炉膛和烟道尾部负压。

波纹管：开口端固定，封闭端的位移作为输出，由于波纹管的位移相对较大，故灵敏度高，常用于测量较低的压力（1.0-106Pa）精度等级1.5级。

4，压力传感器
应变式压力传感器：膜片四周固定，当膜片受均布压力时，膜
片大声弯曲变形，另一面上（应变片粘贴面）各点的应变不同，
在膜片中心处，切向应力和径向应力相等，且为正向最大值。

在膜片边缘处，径向应变为负值最大值，且切向应变为零
优点：结构简单
缺点:
(1)流体温度的变化通过膜片传至应变片
(2)膜片两侧的温度差使膜片向温度高的一侧凸起，产生
附加应力
(3)膜片材料的弹性模量和泊松比随膜片温度变化而变化
压阻式压力传感器：压阻式传感器是以单晶硅膜片作为敏感元
件，是该膜片采用集成电路工艺制作四个电阻，并且组成惠斯
登电桥。

压电式压力传感器：压电式压电传感器利用某些具有压
电效应的压电晶体制成的。

压电式传感器是一种发电类
传感器，无需外界供电的情况下，传感器受力即有电压
输出。

5，真空度的测量
粗真空或低真空：U型管压差计真空表
较高或高真空：真空规：绝对真空规麦氏真空规相对真空规热偶真空规电离真空规
电阻规管的工作原理
电阻规管是用一根电阻温度系数大的热丝制成，热丝构成惠斯顿电桥的一臂，经稳定的电源加热后，其电阻随气体压力而变，由测量电阻的变化可得到压力的变化。

按热丝电阻变化的测量方法，电阻计分为定压式、定流式和定温式三种(即分别维持热丝的电压、电流和温度不变)。

电阻计的测量范围10~1×10-1帕。

压阻规的工作原理
压阻规是用“硅环膜片”作为金属弹性薄膜，硅环膜片内侧为标准压力10-3帕，外侧为被测压力，当膜片外侧的压力变化时，由于硅的压阻效应，阻值发生变化，对应于被测压力的电压信号输出压力显示值。

测量范围105~10帕。

压阻规的灵敏度与被测气体种类无关，线性测量精度高，量程能自动转换。

电离规的工作原理
通过加热阴极发射电子，使待测气体电离，所产生的离子流与压力有关的原理所制成的一种真空计(热规)。

热阴极电离真空计
由电离规管和测量电路组成，电离规管由阴极（灯丝）、栅极和板极（收集极）组成，普通电离真空计的测量范围是10－1～10－6Pa
电离规管的结构和测量电路原理
五，位移测量
位移测量按被测量来分有线位移和角位移测量，在包装工程中经常应用线位移测量；按测量参数分有静态位移和动态位移测量，位移测量同时又是其他动态参数，如力，速度，加速度测量的基础。

常用的位移传感器根据原理分类，可分为电阻式，电感式，差动变压器式，感应同步，磁尺，光栅尺和激光等位移计
五，流量测量
在包装工程中，液体（酒，牛奶，饮料，酱油，药水等）灌装主要控制和调节的参数是压力，流量和流速。

流体的流量是工程测试领域中的一个重要参数，通常所说的流量是指单位时间内流过管道某一截面的的流体的数量，流量分为体积流量q v和质量流量q m之分：
q m=ρq v（ρ 液体或者气体的密度）
按工作原理分类的流量测试方法
六，振动测试技术
在产品流通环节，导致产品破损的原因主要是运输环节的冲击和振动。

其主要是破坏方式有两种：一是共振情况下，运输工具传递给产品的加速度超过产品本身的承受能力，直接导致产品破损，二是长期振动是产品产生疲劳损失和内装物同容器间的摩擦损伤。

6.1振动的激励
在对运输包装件进行振动测试时，需要对被测对被测对象施加一个频率可控的简谐振动激振力，使其做受迫振动或者自由振动，以获得相应的激励及其响应。

（1），稳态正弦激励
它是借助于激振设备对被测对象施加一个频率可控的简谐激振力而得到激振效果。

其优点是激振功率大，信噪比高，能保证响应测试的精度。

但是因为其频率单一，所以需要对多个频率进行试验材料能得到整个系统的响应，测试时间较长。

（2），瞬态激励
瞬态激振是对被测对象施加一个瞬态变化的力，是一种宽带激励的方法。

常用的是激励方式是快速正弦扫描。

激振信号频率在扫描周期T内成线性增加，而幅值保持恒定。

扫描信号的频谱曲线几乎是一根平坦的曲线，从而能达到宽频带激励的目的。

6.2激振器
1，电动式激振器
当Fi以简谐规律变化时，则作用在激振对象上的力F也为同频
率的简谐力，在使用时，往往在顶杆与激振对象之间加一个力
传感器，以精确地测出激振力F(t)．
激振器安装原则：
为了使激振器的能量尽量用于激振对象的激励上,在激振时最好
让激振器壳体在空间基本上保持静止；
在高频激振时，往往用弹簧将激振器悬挂起来，降低安装的自然频率，使之低于激振频率的1／3；
在低频激振时，则将激振器的基座与静止的地基刚性相连，使安装的自然频率高于激振频率3倍以上。

2，电磁式激振器
激振器是由通入线圈中的交变电流产生交变
磁场，而被测对象作为衔铁，在交变磁场作
用下产生振动。

电磁激振器是非接触式的，没有附加质量和
刚度的影响，频率上限约为500-800Hz。

由于在电磁铁与衔铁之间的作用力F(t)只会
是吸力，而无斥力，为了形成往复的正弦激
励，应该在其间施加一恒定的吸力F0，然后
才能叠加上一个交变的谐波力F(t)，
3,电液式激振器
利用小功率电动激振器带动液压伺服阀，控
制管道中的液压力介质，在液压缸中的活塞上便产生很大的激励力，从而使被激件获得振动。

4,脉冲锤
脉冲锤由锤体、手柄和可以调换的锤头和配重组成，产生瞬态激励力；
锤击力的大小由锤击质量和锤击被测系统时的运动速度决
定。

激励的频率范围主要由接触表面刚度决定，锤头的材料越硬
则脉冲的持续时间越短，上限频率ω越高。

为了能调整激励
频率范围，通常使用一套不同材料的锤头。