0. 前言

真空是在指定的空間內，低於大氣壓力的氣體狀態統稱為真空。真空狀態下氣體稀薄程度稱為真空度，通常用壓力值表示^[1]。真空包裝是將物料裝入包裝袋，抽出包裝袋內的空氣，達到預定真空度後，完成封口的工序。真空包裝的主要作用是除氧，有利於防止物品氧化。因食品黴腐變質主要由微生物的活動造成，大多數微生物（如黴菌和酵母菌）的生存是需要氧氣的，真空包裝就是運用這個原理，把包裝袋內和食品細胞內的氧氣抽掉，使微生物失去生存的環境，從而達到保鮮的目的。實驗證明：當包裝袋內的氧氣濃度≤1% 時，微生物的生長和繁殖速度就急劇下降；氧氣濃度≤0.5% 時，大多數微生物將受到抑製而停止繁殖^[2]。

真空包裝具有抗氧化、保水、防潮、保鮮和延長產品保質期等優點，因而在食品工業中應用十分廣泛。在食品工業中應用的真空包裝機基本上是腔式真空包裝機，此類型的真空包裝機需要有一個比較大的真空室，裝好物料的真空袋需要放置在真空室內，然後再對真空室進行抽真空。所以，此類型機器的體積一般都較大。

隨著社會的發展，人們生活水平的提高，人們對食品安全的要求越來越高，真空保鮮技術逐漸向家庭使用方向發展。但是，現有的工業用真空包裝機體積大，價格高，且受真空室大小的限製，並且不能對比真空室大的真空袋進行抽真空。

1. 設計的目標及要求

由於此款機器是麵向家庭用戶，因此有以下的設計目標和要求：

1）體積小、質量輕；

2）價格便宜；

3）使用方便；

4）具有較強的適用性，盡量能使用不同規格的真空袋；

5）盡量減少真空泵的油煙汙染。

2. 結構及工作原理
   1. 結構

家用微型真空包裝機主要由外殼、電機、真空泵、真空室、密封圈、熱壓封口裝置、活塞式氣缸、控製係統等零部件組成，見圖1。

1.活塞式氣缸A；2.上真空室；3.下真空室；4.壓力傳感器；5.壓力表；

6.電磁閥A；7.電磁閥B；8.真空泵A；9.真空泵B；10.電磁閥C；

11.電磁閥D；12.活塞式氣缸B；13.熱壓封口裝置；14.真空袋；

15.食物；16.橡塑發泡密封圈

圖1   微型真空包裝機原理示意圖

為了達到設計目標和要求，本機構舍棄工業領域中應用廣泛的腔式真空包裝機的結構形式和油封真空泵，而是采用外抽式真空包裝機的形式和小型雙活塞無油真空泵。控製係統采用單片機控製各電器元件，液晶屏及真空表顯示工作狀態，方便家庭用戶使用。

1. 2. 工作原理

通過單片機的程序控製，電機轉動，真空泵工作。首先，打開電磁閥B所在的通道，活塞式氣缸A形成真空狀態， 從而推動上真空室往下運動，並與下真空室以及真空袋形成密閉的一個空間。然後再關閉電磁閥B，讓上下真空室保持密封的狀態。

第二步，打開電磁閥A所在的通道，真空泵對上下真空室以及真空袋所形成的密封空間抽真空，真空袋與真空室的空氣被抽出。當真空度達到我們預定的真空值後，壓力傳感器工作，並反饋到控製係統，然後指令電磁閥A關閉其通道。

第三步，打開電磁閥D所在的通道，真空泵對活塞式氣缸B抽真空，從而推動熱壓封口裝置往上運動，壓緊真空袋口並開始發熱。真空袋熱封完成後停止發熱。

第四步，真空泵停止工作，然後打開全部電磁閥的通道，外界空氣通過電磁閥C所在的通道進入整個機器的所有管道，真空室、活塞式氣缸A和活塞式氣缸B的真空狀態解除， 熱壓封口裝置和上真空室回複到原來的位置。

第五步，取出真空袋，真空包裝工作完成。

3. 主要部件的設計和選用
   1. 真空室

本機構為外抽式真空包裝機，工作時，隻需要把真空袋的袋口放入真空室即可進行抽真空工作，真空袋的長度不受限製，可以裝更多的物料。

本真空包裝機的真空室體積隻有同規格的腔式真空包裝機的真空室體積的1/40左右。那麽，在相同的真空狀態下， 其所受的壓力也比腔式真空包裝機所受的壓力要少，所以選用了質量較輕的聚碳酸酯塑膠作為真空室和外殼的材料。因此，本機構的整體質量和體積都比腔式真空包裝機要小。

1. 2. 真空泵及電機

本真空包裝機在對真空袋抽真空的整個過程中，真空袋的空氣不斷減少，在外界大氣壓的作用下，真空袋逐漸被壓扁，直達貼緊食物為止。真空泵的真空能力與真空室以及真空袋的真空度是基本上保持一致。

工業用的腔式真空包裝機在抽真空的過程中，由於真空袋放是整個放置於真空室內，真空袋與真空腔的真空度是一致的，所以真空袋並不會逐漸被壓扁，而是在熱封完成後， 真空袋才在外界大氣壓的作用下才被壓扁並貼緊食物。

經過試驗驗證，腔式真空包裝機的真空泵的真空能力達到1.33 kPa，被抽真空後的真空袋內的真空度一般隻能達到

8 kPa左右（視抽真空前真空袋內除食物外的空間的大小而定）。

所以，本真空包裝機采用真空度能力為8 kPa的真空泵與采用真空能力為1.33 kPa的真空泵的腔式真空包裝機的包裝效果是基本一樣的。

另外，本真空包裝機主要是麵向家庭用戶，而家庭用戶使用特點是使用頻率較低，對真空泵產生的油煙的汙染要求高。

結合上述兩個條件，在設計的過程中，我們舍棄了腔式真空包裝機常用的真空能力較高，但有油煙汙染的油封式真空泵，而是采用雙活塞無油真空泵配以特殊定製的直流電機，見圖2。本真空包裝機采用一個電機帶動2個真空泵，結構緊湊。另外，真空泵B的排氣口與真空泵A的進氣口通過管道串聯連接，有效提高整體的真空能力。經過實驗驗證，其真空能力達到8 kPa。而相同規格的單個真空泵或者2個不串聯連接的真空泵工作，其真空度隻有23 kPa。