CN1432127A - 货架期的测试装置 - Google Patents

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CN1432127A CN01810230.1A CN01810230A CN1432127A CN 1432127 A CN1432127 A CN 1432127A CN 01810230 A CN01810230 A CN 01810230A CN 1432127 A CN1432127 A CN 1432127A
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Abstract

一种测试装置(10)，其用来测试碳酸饮料的塑料容器(15)内含气体在加压下的压力，该装置包括一个支管组件(14a－14i)以便连接一组被测容器(15)的嘴部。该装置(10)还包括一个供气装置(16)以便将所选择的气体将所需量供给每一个容器(15)，该气体优选为氦气。该装置(10)进一步包括用来测量每个容器中压力的测压装置以及一个数据采集系统(20)，该系统与测压装置相连以便随着时间周期性地采集压力数据和环境温度数据。分析所采集的数据以确定容器(15)的货架期。

Description

货架期的测试装置
技术领域
本发明涉及一种用来测试容器特别是用来承装碳酸饮料的塑料容器中内含二氧化碳水平的装置。本发明特别涉及这类容器货架期测试方法和装置的改进。
背景技术
标准的用来测试容器货架期的方法包括：将碳酸水引入一组容器中并用盖子将容器密封盖紧，该盖子包括一个可用尖锐的针阀穿透的隔膜。用一个针型压力表经盖子的隔膜对每一容器内的压力进行周期性地采集，通常为一周。记录所指示的内压(表压)用工业标准的转换方法(Zahm-Nagel，ASTM F1115-95)将压力转换成CO2的体积。一个体积的CO2被定义为在标准温度和压力下用来将容器内压力升高1个大气压(14.7psig)所需纯CO2的量。通常起动碳酸软饮料CO2的体积为4个体积，这里的CO2体积从1个绝对大气压起算(即，体积＝大气压值(绝对)-1)。
碳酸饮料所能接受的标准货架期在ASTMF1115-95中被定义为容器内保留有原先4个体积CO2的85％的时间。换种说法，这个时间是原先4个体积CO2的15％或0.6个体积的CO2通过容器壁扩散出去所必须的时间。由于被测容器的体积在测试中不会改变，容器所置的环境温度在测试中也基本不变，因此15％CO2的损失可由压力下降15％来测出。由于容器的内压对房间的温度变化非常敏感，因此该方法非常费力，同时精度也会由于CO2通过盖子密封的渗漏和隔膜穿透时的泄漏而大打折扣。
本发明总的目的是自动进行测试、减少温度影响并消除物理测量的误差。本发明一个特殊目的是开发出一种减少测试时间的快速测试方法。
发明内容
本发明一种用来测试容器中二氧化碳水平的装置，该装置包括连接装置，其用来连接所述容器中的开口，该开口通常为容器瓶嘴。该装置还包括供气装置，其用来为所每一容器供应所需量的选择气体，该气体通常为二氧化碳或氦，但也可用其它气体。该装置还包括：测压装置，其用来测量每一容器内的压力；数据采集单元，其与测压装置相连用来周期性地采集随时间变化的压力数据。还要测量环境温度。
容器的货架期是通过一系列的步骤来估出的，这些步骤包括：将多个容器安装到容器连接装置，并且连接为密封连接；用所选择的气体将容器中的空气吹出；并用所选择的气体将容器充到所选的体积。之后，对每一个容器单独进行评估；为每一个容器装上测压装置；将一个数据采集单元与测压装置相连；以及保存所采集的数值以及环境的温度值以便分析。
本发明的测试装置优选是一种全自动系统，其中用纯CO2气体对容器进行吹扫然后用纯CO2气体将容器充到所选体积都是自动进行的，只要使CO2的分子浓度达到标准碳酸水方法的CO2的分子浓度即可。用橡胶密封将该容器装在带有螺纹的铝制支管从而防止漏气，同时每一个支管都有一个单独的切断阀和压力变速器。一旦将容器装在各自独立的安装支管上，一个基于PC机的计算机系统就通过专为客户设计的多路器周期性地监测容器压力和室温并将数据保存在电子表格中以便以后分析。
本发明装置的一个优点是不用碳酸水来进行测试，现已发现用纯CO2气体进行测试的测试结果具有相同的测试结果。本发明的另一个优点是能用氦气来代替CO2的，这种替换能够更快地获得有效的测试结果。本发明还能使测试自动进行、将温度影响降到最小，并消除物理测量的误差从而在减少人力的条件下获得更可靠的结果。
结合附图并通过下面的说明，本领域的普通技术人员将清楚地理解本发明优选实施例中提出的其它特点和优点。本发明这里公开的实施例是发明者在商业条件下进行本发明的最佳模式，当然在本发明参数范围内，也可进行各种变化。
附图说明
图1是本发明货架期测试装置的立体图；
图2是图1中装置的局部正视图，其展示的是本发明装置上容器的一种布置；
图3是装置的局部端视图，其中示出有该装置的阀门、转换器以及支管；
图4是图3中阀门、转换器以及支管的剖视图；
图5是数据采集多路器的平面图；
图6是内容积为2升的容器中CO2浓度和He浓度随时间的变化曲线，测量单位为体积；
图7是内容积为20盎司的容器中CO2浓度和He浓度随时间的变化曲线，测量单位为体积。
具体实施方式
图1-3所示为本发明的货架期测试装置10，其在总体上包括一个架子12。该架子12优选安装在轮子11上从而使测试装置10能够方便地从一个环境移到另一个环境，例如在温度差别很大的房间之间移动。架子12包括几个货架13a-13d，通过悬挂在每一货架13下面的支架9将支管14a-14I支撑起来。每一个支管14都通过一管道18与气源16相连。每一根支管14上可连接上多个容器15以便根据本发明方法进行测试。尽管图1中仅示出与顶部货架13a上支撑的几个支管14a-14c相连的容器15，显然剩下支管14d-14i也通过类似方式与容器相连，这里为了图示的简便将这些容器省略了。
图2-4所示的阀门17将管道18与支管14相连。作为优选，阀门17用来对气源16的供气进行控制从而使每个容器15在测试之初都能单独地从气源16供给所需数量的气体。气源16通常为市场上可以买到的高压气罐，该气罐具有一个出口、一个入口与气罐出口相连的调压阀，该阀门出口与导向多个阀门17和管道18相连。所用气体优选采用氦气而不是二氧化碳，因为其在随后所述的后面进行的质量测试中可以显见出来。尽管也可使用其它的气体，但氦气获得容易且在其它气体具有危险性的大多数场合下其用起来很安全。架子12上还载有一个数据采集单元20，其可与一个标准PC型计算机19相连以便周期性地采集每一个容器15的内部压力数据以及容器15所置环境的信息。
每一个支管14a-14i都包括一个具有多个开口21的长杆34，如图2和4所示，其通过螺纹与多个容器15的端部22螺合。如图4所示，在该优选实施例中，长杆34中的每一个开口21都包括一个标准的28mm的螺纹30a，其共轴布置在标准的38mm的螺纹30b内，这样可在同一装置上对现有的开口或大开口容器进行测试。密封23a和23b优选由橡胶制成，其用来对各开口21的每一个容器15进行密封从而防止漏气。在该优选实施例中，开口21(最好如图2所示)分开布置，这样现有的20盎司或1升的软饮料瓶可如支管14b所示的那样沿着支管14的长度方向紧密地安装。在该优选实施例中，开口21在布置上可使现有的2升软饮料瓶安装成交错不用的开口21而间隔相邻，这一点结合支管14a和14c可以看出。
如图4所示，每一个开口21通过通向大体为T形并由垂直部分35和水平部分37构成的内部通道36。其中一个阀门17与水平部分37的开口端相连。每一个阀门17都包括有一个阀体38，其第一端通过螺纹连接、套接或其它方式连接到长杆34的一个水平部分37中。具有侧向延伸部分39a和39b的T形管接头40与阀体38的另一端相连。这两个侧向延伸部分39a和39b与管道18相连，管道18反过来与气源16相连。每一个阀体38都包括一个可由手柄42操纵的杆41从而对流过内部通道36并进到固定到开口21上相应的容器15的气体量进行控制。一个阀门17可以单独使用任易数量的的开口21、以与容器15相连。气体可单独引入每一个容器或同时引入几个容器。
在一优选实施例中，容器以一种松连接的形式连接到螺纹30a或30b中，并打开相应的阀门17使空气流过内部通道36的垂直部分35并向下流入容器。向下流过内部通道36的气流产生冲击作用从而使容器内的空气经容器端口和相应螺纹之间的松配合流出容器。经过适当的时间(通常为10秒)后，容器中将仅剩所需的气体。用相应的螺纹将容器拧紧从而容器的上沿与密封23a或23b密封。当整个这组容器都密封好后，通过气源16的压力控制阀来控制管道18的压力将这组容器加压到初始测试压力。当所有容器都达到合适的压力后，关闭所有的阀门17将各个容器与其它容器分隔开来。容器中可含有一些液体如碳酸水，但从下面的内容可以看出，优选不要这类液体。
通过螺纹或套接将压力转换器24与每一个垂直部分35的上端相连以便对各个容器15中的压力分别进行监测。用电线25将压力转换器24与数据采集单元20相连。该数据采集单元20包含有多个多路器26，其周期性地采集压力传感器所感受的压力。多路器26优选采用西门子或Koyo PLC Direct 205系列的可编程控制器27，其由PC型计算机19控制。一般是周期性地用控制器27对信息进行采集，并将该信息由电线29通过合适的串行或并行端口传送到计算机19。测试装置10所处区域的环境温度也由一个电子温度传感器28来记录。利用控制程序如用于Windows的AIMAX将压力和温度数据采集在传统的电子数据表格如Excel中以便以后分析。
为了确保测试装置10的可靠性，用2升的和20盎司的碳酸饮料容器进行了研究以便确定由该装置所采集的数据是否独立于容器的大小。这两组容器均在产生设备中加工出来并且样品组的测试如下：
测试1：将第一组容器装满碳酸水并按照ASTM标准F1115-95用Pepsi标准货架期程序进行测试，测试周期为1星期。
测试2：将相同的第二组容器装满碳酸水并用本发明装置进行测试。
测试3：将相同的第三组容器仅装满CO2气体并用本发明装置进行测试。
测试4：将相同的第四组容器装满CO2气体并用第一组程序进行测试。
测试5：将相同的第三组容器仅装满He气并用本发明装置进行测试。
对2升瓶体进行上面第一系列的测试1-5。在下表中，本发明装置和方法由缩写形式SLTU表示，而通常来说按照ASTM标准F1115-95进行的Pepsi标准货架期程序则用缩写形式“Regular”表示。
下面的表1所示为2升瓶体组中所测的量值：
                                表1
    测试方法和标号     初始采样值     最终采样值
Regular-碳酸水  #1     30     27
SLTU-碳酸水     #2     10     9
SLTU-CO2气     #3     9     8
Regular-CO2气  #4     30     30
SLTU-He气       #5     10     7
在每一个测试中，都要将每一时间点采集的、给定测试中所有被测容器的数据进行平均，并记录下每一测试样的平均值。2升容器测试的结果如图6所示，其中的曲线由相应的测试号来区分。图6的曲线说明采用碳酸水所进行的Regular货架期测试程序(测试1)与仅灌注纯CO2气的Regular货架期测试程序(测试2)之间没有很强的相关性。因此测试程序4是不可行的替代测试方法。与之相比，曲线1到3之间具有很好的相关性，这三个测试的分析比较见表2。
                          表2
    测试方法 损失15％的天数     差值的百分比
Regular-碳酸水  #1     71     无
SLTU-碳酸水     #2     64     9.9
SLTU-CO2气     #3     67     5.6
出乎意料的是，Regular货架期测试与本发明没有碳酸水的程序之间在一致性上最高。没有碳酸水使测试的进行更为容易，因为可以省去大量供应碳酸水的工作。没有碳酸水还可减少测试人员的劳动，因为其不再需要对大量装满液体的容器进行处理。
SLTU-CO2气测试方法和SLTU-He气测试方法#5在损失15％的测试中的比较结果见表3。采用He的测试方法与测试#3的测试结果非常接近，只是所用的这两种气体在相同的系统条件下其渗透性并不相同。本发明比Regular的测试方法对温度变化的敏感性更小，特别是在用He进行测试时其敏感性几乎消失。由于He气的高渗透性，因此其测试所用的时间仅是其它测试的1/7，因此优选用He进行测试。
                            表3
    测试方法 损失15％的天数     SLTU-CO2/He
 SLTU-CO2气   #3     67     N/A
 SLTU-He气     #5     10     6.7
与试验1-5相似，第二组测试标号为6-10是对20盎司的瓶体进行的。同样，在下表中，本发明装置和方法由缩写形式SLTU表示，而通常来说按照ASTM标准F1115-95进行的Pepsi标准货架期程序则用缩写形式“Regular”表示。20盎司测试的结果如图7所示。表4所示为20盎司瓶体组中所测的量值：
                         表4
    测试方法和标号     初始采样值     最终采样值
 Regular-碳酸水  #6     29     18
 SLTU-碳酸水     #7     10     10
 SLTU-CO2气     #8     10     10
 Regular-CO2气  #9     30     30
 SLTU-He气       #10     10     10
图7的曲线同样说明Regular货架期测试程序与仅灌注纯CO2气的Regular货架期测试程序(针式压力表和隔膜盖)之间没有很强的相关性。因此如2升容器的情况一样，测试程序9是20盎司容器不可行的替代测试方法。与之相比，曲线6到8之间具有很好的相关性，其分析比较见表5。
                             表5
  测试方法和标号 损失15％的天数     差值的百分
Regular        #6     44     无(N/A)
SLTU-碳酸水    #7     47     6.8
SLTU-CO2气    #8     47     6.8
SLTU-CO2气测试方法和SLTU-He气测试方法在损失15％的测试中的比较结果见表6。
                           表6
    测试方法及标号 损失15％的天数     SLTU-CO2/He
 SLTU-CO2气  #8     47     N/A
 SLTU-He气    #10     7     6.7
结果表明，本发明装置在仅使用纯CO2气时其结果与采用碳酸水的Regular测试方法的结果几乎相同，其误差小于7％，这说明货架期测试的误差对于2升容器来说小于1周，对于20盎司容器来说小于3天。该误差可归因于SLTU小的采样值、温度对SLTU方法的影响更小、以及采样组在一定误差范围内较好的可重复性。SLTU-碳酸水(测试7)和SLTU-CO2气(测试8)之间结果的高度一致性说明本发明的重复性要好于Regular货架期测试方法。因此，He对CO2的渗透率是连续的，并且与容器尺寸及几何形状无关。此外，He测试5和10说明其与CO2气在20盎司和2升条件下具有相同的渗透率比值6.7倍。因此，对于普通货架期测试，He渗透法只需1/7的时间就能准确地核定CO2气的渗透速率。这说明测试周期对于2升容器来说仅需1.5个星期，对20盎司容器来说仅需1个星期，其是一种新的更快的产品鉴定方法也是一种快速可靠的产品质量测试方法。

Claims (20)

1、一种用来测试多个容器中所加压力保持时间的装置，该装置包括：一个包括连接装置的组件，以便连接多个容器中每一个的开口；供气装置，通过连接装置为每一容器供应所需量的选择气体；测压装置，与连接装置相连以便测量每一容器内的压力；以及数据采集单元，其与测压装置相连用来周期性地采集随时间变化的压力数据从而测出容器的货架期。
2、如权利要求1所述的装置，其中，包括有连接装置的组件包括一个具有多个开口的支管，每个开口都有一端带有双螺纹部分，以便安装不同开口尺寸的容器。
3、如权利要求1所述的装置，其中，供气装置包括一个与所有容器和多个阀门相连的共用气源，每一个阀门都连接在共用气源和一个容器之间，从而使每一个容器都可与共用气源独立隔开。
4、如权利要求1所述的装置，其中，测压装置包括多个转换器，每个转换器都通过连接装置与多个容器中的一个相连，这样每个容器中的压力都能与所述多个容器中的其它所有容器以隔离的方式测得。
5、如权利要求1所述的装置，其中，数据采集单元包括一个多路器和一台计算机，其中，多路器与多个容器的测压装置相连，其中，计算机编程为能够通过多路器周期性地提取测压装置测得的、每个容器的压力，该计算机还用于保存所提取的每个容器的压力值并计算出所采集值的平均值以便确定多个容器的整体性能。
6、一种用来测试至少一组容器中所加压力保持时间的装置，该装置包括：一个支管组件，该支管具有多个开口，这些开口用来安装多个容器以便测试；气源，其与支管组件相连并包括多个阀门，这些阀门连接在气源和开口之间以便单独地对每个容器的进气进行控制；多个压力转换器，其与支管组件相连，并且每一个转换器都仅与一个容器相通；以及数据采集单元，其与压力转换器相连用来周期性地采集所加压力的数据从而测出每组容器的货架期。
7、如权利要求6所述的装置，其中，支管组件包括一个内有多个通道的杆，每个通道都通向一个开口，该开口构制成用来安装所测容器的嘴部，每个通道都还有一个与多个阀门中的一个相连的入口，和一个与多个压力转换器中的一个相连的入口。
8、如权利要求7所述的装置，其中支管组件的每一个开口都包括两个直径不同的螺纹部分以便安装开口直径不同的容器，以及在每一个螺纹部分中的密封以防止支管组件和安装在其上的任一容器之间产生渗漏。
9、如权利要求7所述的装置，其中多个通道中的每一个通道都包括一个与多个阀门中的一个相连的水平部分和一个垂直部分，该垂直部分用来将从气源进来的气流向下引入任一与嘴部相连的容器，从而通过用所述气源的气体替换不需要的气体而将不需要的气体从容器冲出。
10、如权利要求6所述的装置，进一步包括一个测温装置，该测温装置与数据采集单元相连以便测量装置附近的环境温度。
11、如权利要求6所述的装置，其中，气源包括一个内容高压气体的罐体，该罐体具有一个出口和一个调压阀，该阀具有一个与罐体出口相连的入口，该阀具有一个通向所述多个阀门管道的出口。
12、如权利要求11所述的装置，其中罐体中的气体主要为氦气。
13、如权利要求6所述的装置，其中，数据采集单元包括一个多路器和一台计算机，其中，多路器与压力转换器相连，其中，计算机编程为能够通过多路器周期性地提取压力转换器测得的每个压力值，该计算机还用于将所测的每个值都保存下来以便分析。
14、如权利要求6所述的装置，其中，数据采集单元包括一台保存压力数据的计算机以便估算压力随时间的损失情况，从而为所测容器形成一个能够接受的货架期。
15、如权利要求6所述的装置，其中，多个开口彼此分开，其间距约为6cm。
16、一种用来评估一组容器货架期的方法，其包括以下步骤：将多个容器安装到一个与所选气源相连的支管组件上；用所选择的气体将容器中的空气吹出；并用所选择的气体将容器充到一个选定的初始压力；将多个容器的每一个与气源和其它容器单独地隔开；为每一个容器装上压力转换器；用一个与压力转换器相连的数据采集单元周期性地采集每一个转换器的压力数据；计算出该组容器随时间变化的平均压力保持性能从而形成货架期。
17、如权利要求16所述的方法，其中所选择的气体主要由氦气构成，并在两个周期内对压力数据周期性地采集。
18、一种用来评估多组容器货架期特性的系统，其中每组容器都包括多个相同几何尺寸的容器，该系统包括：一个具有一组支管的单元，每一根支管都具有多个开口，每个开口都有带有双螺纹部分的一端，以便安装不同开口尺寸的容器；一个具有共同气源的供气装置，该气源与一根管线相连，该管线通向所有多个的支管和多个阀门，每一个阀门都连接在共用气源和一个支管开口之间从而能够从气源对每一个容器单独加压，并且该组容器中的每一个都能与共用气源和该组中的其它容器隔开；多个测压转换器，每个转换器都与一个支管相连并与一个开口相通，这样每个容器中的压力都能以与每组的其它所有容器隔开的方式测得；一与测压转换器相连的多路器，其用来周期性地对这些与开口相连的转换器进行信号采集从而获得每组容器中压力转换器测得的压力值，其中，开口通向每组容器；以及一台计算机，该计算机还用于保存所提取的每个容器的压力值并计算出所采集的每组容器的平均值以便确定每组容器的整体性能。
19、如权利要求18所述的系统，其中，气源包括一个内容基本为高压氦气的罐体，该罐体具有一个出口和一个调压阀，该阀具有一个与罐体出口相连的入口，该阀具有一个与所述多个阀门的管道相连的出口。
20、如权利要求19所述的系统，其中每一支管中都进一步包括多个通道，每一个通道都包括一个与多个阀门中的一个相连的水平部分和一个垂直部分，该垂直部分用来将从气源进来的气流向下引入任一与其中一个螺纹部分相连的容器，从而通过用所述气源的气体替换不需要的气体而将不需要的气体从容器冲出。
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