[发明专利]用于泄漏检测的方法和设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于高速测试充气容器中泄漏的方法和设备（arrangement，布置）。这种类型的应用通常在包装行业使用并且本发明旨在全速生产下检测容纳易腐产品（为化妆产品、化学产品或医药产品、牙膏、食品或类似物的形式）的密封包装中的泄漏。根据本发明的该设备允许对在这种包装上的密封部（seal）的完整性和密封性的高速、在线、无损坏测试。

背景技术

众所周知，通过将在填充产品后余留在包装中的自由空间中的气体调节，而延长和维护易腐产品的保质期。在调节气体包装（MAP，调气包装）中所使用的最常见气体是氮气、CO₂和氧气或它们的混合物。氧气主要用于使鲜肉保持红色或控制水果和蔬菜的成熟率，而氮气和CO₂用于减少氧气的老化效应并减少在众多产品中微生物的好氧生长。

MAP中的包装材料可以是任一实质上的气密材料，包括塑料膜或涂层、涂膜纸和薄金属箔。

由于生产故障或由于后来的损伤而导致的包装中的泄漏将促使调节气体的至少部分损失并且预测的保质期可能会缩短。

泄漏的常见原因是：在采用焊接或其他技术进行封闭之前，产品残留物或飞溅物沉淀在密封表面上。因此对不同泄漏直径的影响的研究假定了几毫米级的泄漏路径的长度。

根据包装的容纳物和目的，食品工业的最大容许泄漏直径的范围为从5到150μm。

对于MAP来说，旨在防止微生物生长和无菌氧化和防腐剂含量最大值，该泄漏直径通常被观察到在5-25μm的范围内，而对于具有较短保质期的即食食品的容许泄漏在30-50μm的范围内。

主要容易受到霉菌生长和湿度变化的烘烤和干燥商品通常能容忍50到130μm的泄漏直径。

已存在各种泄漏检测设备，并且在某些情况下，这些泄漏检测设备还用来防止泄漏包装到达商店货架上。

许多已知方法中的常见限制是，它们不能对以超过每分钟30个包装的全生产线速度的各个包装上被引用的泄漏直径执行100%的测试。该问题可通过离线点测试或者通过对在同一测试周期中合适数量的包装进行分批测试而被规避。

一种提高测试能力的可能方法是提供大量的平行测试设备，每个都以低速工作但共同地匹配填充线的周期时间。

EP0894252B1披露一种泄漏测试方法，据称能“非常快地，通常在约一秒中”执行单个包装测试，指示高达每分钟60个包装的测试容量。

在EP0894252B1中披露的该方法采用稀释氢气作为示踪气体。氢气和氦气通常用作泄漏测试的示踪气体。这些气体的一个问题是它们通过聚合物薄膜和在包装材料中用作气体屏障的其他包装材料的相对较高的扩散速率。如果示踪气体通过包装的非泄漏壁扩散，则存在泄漏检测设备将检测到不是包装完整性问题的扩散泄漏的风险。该问题可被克服，如果填充气体和泄漏测试之间的时间足够短，这样在气体渗透穿过屏障材料之前执行泄漏检测。该穿透时间是在几秒到几分钟的数量级上，这取决于所使用的材料和膜的厚度。

在EP0894252B1中披露的该方法实际上未被证明达到所承诺的生产速度。其主要原因是：

-所提出类型的传感器（钯膜）的响应时间对于高速泄漏测试来说太长。对于几乎所有市售氢传感器，这都是事实。

-所提出的传感器的恢复时间太长。恢复时间在1-10秒的数量级上，对于大多数市售传感器，这也是事实。

-在检测到更大的泄漏之后，存在传感器呈现下降的灵敏度的时期，这意味着在检测到大的泄漏之后存在一段通常15-90秒的时期，在这段时期内传感器不能检测较小的泄漏

传感器的响应时间被定义为，当暴露在一定浓度的气体中时，传感器达到90%的最终信号值所需的时间。大多数市售氢传感器的通常响应时间是在5-30秒的数量级。即使响应时间减少算法，对于通常在EP08942528所使用的浓度值，通过市售传感器所实现的响应时间从未低于一秒。

反应时间，其为达到10%的全信号的时间，通常被引用并且常被错误地称为“响应时间”。对于最好的市售传感器，反应时间可以降到0.1秒。

对于低浓度来说，反应时间和响应时间通常更长。这是由于在传感器壳体内和在传感器的活性物质内的扩散过程。在传感器壳体内和在传感材料内的气体的浓度增加的速率越慢，处在传感器前面的浓度梯度越低，这导致对于低浓度来说越慢的反应和响应。