0. 前言

真空是在指定的空间内，低于大气压力的气体状态统称为真空。真空状态下气体稀薄程度称为真空度，通常用压力值表示^[1]。真空包装是将物料装入包装袋，抽出包装袋内的空气，达到预定真空度后，完成封口的工序。真空包装的主要作用是除氧，有利于防止物品氧化。因食品霉腐变质主要由微生物的活动造成，大多数微生物（如霉菌和酵母菌）的生存是需要氧气的，真空包装就是运用这个原理，把包装袋内和食品细胞内的氧气抽掉，使微生物失去生存的环境，从而达到保鲜的目的。实验证明：当包装袋内的氧气浓度≤1% 时，微生物的生长和繁殖速度就急剧下降；氧气浓度≤0.5% 时，大多数微生物将受到抑制而停止繁殖^[2]。

真空包装具有抗氧化、保水、防潮、保鲜和延长产品保质期等优点，因而在食品工业中应用十分广泛。在食品工业中应用的真空包装机基本上是腔式真空包装机，此类型的真空包装机需要有一个比较大的真空室，装好物料的真空袋需要放置在真空室内，然后再对真空室进行抽真空。所以，此类型机器的体积一般都较大。

随着社会的发展，人们生活水平的提高，人们对食品安全的要求越来越高，真空保鲜技术逐渐向家庭使用方向发展。但是，现有的工业用真空包装机体积大，价格高，且受真空室大小的限制，并且不能对比真空室大的真空袋进行抽真空。

 

1. 设计的目标及要求

由于此款机器是面向家庭用户，因此有以下的设计目标和要求：

1）体积小、质量轻；

2）价格便宜；

3）使用方便；

4）具有较强的适用性，尽量能使用不同规格的真空袋；

5）尽量减少真空泵的油烟污染。

2. 结构及工作原理
   1. 结构

家用微型真空包装机主要由外壳、电机、真空泵、真空室、密封圈、热压封口装置、活塞式气缸、控制系统等零部件组成，见图1。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.活塞式气缸A；2.上真空室；3.下真空室；4.压力传感器；5.压力表；

6.电磁阀A；7.电磁阀B；8.真空泵A；9.真空泵B；10.电磁阀C；

11.电磁阀D；12.活塞式气缸B；13.热压封口装置；14.真空袋；

15.食物；16.橡塑发泡密封圈

图1   微型真空包装机原理示意图

 

为了达到设计目标和要求，本机构舍弃工业领域中应用广泛的腔式真空包装机的结构形式和油封真空泵，而是采用外抽式真空包装机的形式和小型双活塞无油真空泵。控制系统采用单片机控制各电器元件，液晶屏及真空表显示工作状态，方便家庭用户使用。

1. 2. 工作原理

通过单片机的程序控制，电机转动，真空泵工作。首先，打开电磁阀B所在的通道，活塞式气缸A形成真空状态， 从而推动上真空室往下运动，并与下真空室以及真空袋形成密闭的一个空间。然后再关闭电磁阀B，让上下真空室保持密封的状态。

第二步，打开电磁阀A所在的通道，真空泵对上下真空室以及真空袋所形成的密封空间抽真空，真空袋与真空室的空气被抽出。当真空度达到我们预定的真空值后，压力传感器工作，并反馈到控制系统，然后指令电磁阀A关闭其通道。

第三步，打开电磁阀D所在的通道，真空泵对活塞式气缸B抽真空，从而推动热压封口装置往上运动，压紧真空袋口并开始发热。真空袋热封完成后停止发热。

第四步，真空泵停止工作，然后打开全部电磁阀的通道，外界空气通过电磁阀C所在的通道进入整个机器的所有管道，真空室、活塞式气缸A和活塞式气缸B的真空状态解除， 热压封口装置和上真空室回复到原来的位置。

第五步，取出真空袋，真空包装工作完成。

 

3. 主要部件的设计和选用
   1. 真空室

本机构为外抽式真空包装机，工作时，只需要把真空袋的袋口放入真空室即可进行抽真空工作，真空袋的长度不受限制，可以装更多的物料。

本真空包装机的真空室体积只有同规格的腔式真空包装机的真空室体积的1/40左右。那么，在相同的真空状态下， 其所受的压力也比腔式真空包装机所受的压力要少，所以选用了质量较轻的聚碳酸酯塑胶作为真空室和外壳的材料。因此，本机构的整体质量和体积都比腔式真空包装机要小。

1. 2. 真空泵及电机

本真空包装机在对真空袋抽真空的整个过程中，真空袋的空气不断减少，在外界大气压的作用下，真空袋逐渐被压扁，直达贴紧食物为止。真空泵的真空能力与真空室以及真空袋的真空度是基本上保持一致。

工业用的腔式真空包装机在抽真空的过程中，由于真空袋放是整个放置于真空室内，真空袋与真空腔的真空度是一致的，所以真空袋并不会逐渐被压扁，而是在热封完成后， 真空袋才在外界大气压的作用下才被压扁并贴紧食物。

经过试验验证，腔式真空包装机的真空泵的真空能力达到1.33 kPa，被抽真空后的真空袋内的真空度一般只能达到

8 kPa左右（视抽真空前真空袋内除食物外的空间的大小而定）。

所以，本真空包装机采用真空度能力为8 kPa的真空泵与采用真空能力为1.33 kPa的真空泵的腔式真空包装机的包装效果是基本一样的。

另外，本真空包装机主要是面向家庭用户，而家庭用户使用特点是使用频率较低，对真空泵产生的油烟的污染要求高。

结合上述两个条件，在设计的过程中，我们舍弃了腔式真空包装机常用的真空能力较高，但有油烟污染的油封式真空泵，而是采用双活塞无油真空泵配以特殊定制的直流电机，见图2。本真空包装机采用一个电机带动2个真空泵，结构紧凑。另外，真空泵B的排气口与真空泵A的进气口通过管道串联连接，有效提高整体的真空能力。经过实验验证，其真空能力达到8 kPa。而相同规格的单个真空泵或者2个不串联连接的真空泵工作，其真空度只有23 kPa。