随着(zhe)社會的(de)發展及(ji)人們生(sheng)活水平(ping)的提高(gao)，對消費(fei)😘産品質(zhi)量和生(sheng)産效率(lü)提出了(le)更高的(de)要求，要(yao)求灌裝(zhuang)裝置系(xi)統能夠(gou)快速、安(an)全、準确(que)地完成(cheng)灌裝。無(wu)菌灌裝(zhuang)系統以(yi)其固有(you)的優點(dian)，在食品(pin)、飲㊙️料、制(zhi)藥等行(hang)業得到(dao)越來越(yue)廣泛的(de)應用。無(wu)菌灌裝(zhuang)系統的(de)要求💜使(shi)用于灌(guan)裝定量(liang)控制的(de)方式發(fa)生了變(bian)化，一些(xie)專業灌(guan)裝用途(tu)電磁流(liu)量計 進(jin)入灌裝(zhuang)應用領(ling)域，這種(zhong)動态在(zai)線的測(ce)量和控(kong)制方式(shi)🈲帶來了(le)新的挑(tiao)戰，使用(yong)中不僅(jin)需要考(kao)慮流量(liang)計本㊙️身(shen)的安裝(zhuang)🐪和使⛱️用(yong)，還🌏要綜(zong)合考慮(lü)流量計(ji)集成🙇🏻在(zai)系統中(zhong)時和其(qi)他部分(fen)的相互(hu)影響。
1 無(wu)菌灌裝(zhuang)系統介(jie)紹
1.1 無菌(jun)灌裝系(xi)統的要(yao)求
（1）易于(yu)清洗和(he)消毒殺(sha)菌；（2）高産(chan)量、周期(qi)短；（3）精度(du)佳和高(gao)🍉重複👅性(xing)；（4）低🏒消耗(hao)和損耗(hao)；（5）快速處(chu)理不同(tong)産品灌(guan)裝和不(bu)同批量(liang)🤩灌裝；（6）對(dui)産品和(he)産品質(zhi)量因素(su)有較高(gao)的透明(ming)度；（7）不用(yong)維護或(huo)者易于(yu)維修。
1.2 無(wu)菌灌裝(zhuang)的設計(ji)特點
（1）機(ji)器的簡(jian)單化；（2）表(biao)面光滑(hua)、無凹凸(tu)、無死角(jiao)、氣密密(mi)封性好(hao)；（3）排水💘流(liu)暢，無積(ji)水；（4）閉密(mi)性要好(hao)，防止外(wai)界微生(sheng)物深⁉️入(ru)；（5）選擇适(shi)當材料(liao)，耐高溫(wen)、耐化學(xue)腐蝕；（6）自(zi)動化的(de)CIP（原位清(qing)洗）/SIP（原位(wei)殺菌）；（7）關(guan)鍵設備(bei)的定期(qi)養護；（8）劃(hua)分生産(chan)區域，無(wu)菌和非(fei)無菌，生(sheng)産🏃🏻區域(yu)物料🔞、人(ren)等隔離(li)㊙️和管制(zhi)。
1.3 灌裝定(ding)量控制(zhi)
　　在各個(ge)分系統(tong)中，灌裝(zhuang)的定量(liang)控制系(xi)統是zui核(he)心的系(xi)統之一(yi)，整個灌(guan)裝機的(de)灌裝速(su)度和精(jing)度往往(wang)由該系(xi)統的性(xing)能所決(jue)定。灌裝(zhuang)定量控(kong)制系統(tong)關鍵部(bu)件包括(kuo)流量計(ji)、控制器(qi)、閥門（如(ru)圖1）。灌裝(zhuang)量的測(ce)量由流(liu)量計完(wan)成，它能(neng)快🔞速、準(zhun)确地計(ji)量灌裝(zhuang)頭的連(lian)接管道(dao)中的流(liu)體流量(liang)，并把信(xin)号上傳(chuan)到控制(zhi)器，由控(kong)制器根(gen)據設定(ding)的定量(liang)，控制灌(guan)裝閥門(men)的啓/停(ting)，以達到(dao)準确灌(guan)裝。
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1.4 無菌(jun)灌裝對(dui)流量計(ji)的要求(qiu)
1.4.1 快速反(fan)應能力(li)和準确(que)的測量(liang)能力。每(mei)次灌裝(zhuang)通常持(chi)續2~5秒，這(zhe)要求流(liu)量計的(de)測量速(su)度非常(chang)快，測量(liang)間隔短(duan)，隻有這(zhe)樣才能(neng)跟得上(shang)流量的(de)變化曲(qu)線。
1.4.2 衛生(sheng)型設計(ji)和連接(jie)。特殊的(de)材質和(he)連接方(fang)式。
1.4.3 CIP和SIP的(de)要求。原(yuan)位清洗(xi)和殺菌(jun)涉及到(dao)酸堿等(deng)腐蝕性(xing)☀️介質，如(ru)果采用(yong)高溫蒸(zheng)汽殺菌(jun)，則過程(cheng)中會出(chu)現約📧140℃的(de)溫度。
1.4.4 穩(wen)定性和(he)重複性(xing)好。
2 電磁(ci)流量計(ji)簡介
　　專(zhuan)業灌裝(zhuang)電磁流(liu)量計，能(neng)保證很(hen)高的準(zhun)确性和(he)重複☎️性(xing)，緊湊的(de)外形結(jie)構确保(bao)了在灌(guan)裝生産(chan)線的各(ge)個單元(yuan)能安裝(zhuang)得很近(jin)。有快速(su)準确的(de)測量能(neng)力，測量(liang)周期短(duan)，測量頻(pin)率高。
　　流(liu)量計的(de)測量原(yuan)理：根據(ju)法拉第(di)電磁感(gan)應定律(lü)，因♊磁☁️通(tong)♉量變化(hua)産生感(gan)應電動(dong)勢，閉合(he)電路的(de)一部分(fen)導體在(zai)磁場中(zhong)做切⭐割(ge)磁感線(xian)運動，導(dao)體中就(jiu)會産生(sheng)感應🍉電(dian)流。在電(dian)磁測量(liang)原理中(zhong)，流動的(de)介質就(jiu)相當于(yu)運動的(de)導體，感(gan)應電壓(ya)和介質(zhi)的流⭕速(su)成正比(bi)，并且通(tong)過兩🌂個(ge)電極直(zhi)接送到(dao)放大器(qi)。流體的(de)容積通(tong)過管道(dao)的✉️截面(mian)積可以(yi)算出。

Ue=B×L×v
Q=A×v
Q=A×v=A×Ue/B×L
式中(zhong)：Ue——感應電(dian)壓
B——磁場(chang)強度
L——磁(ci)極間距(ju)
v——流體速(su)度
Q——流體(ti)流量
A——管(guan)道截面(mian)積
I——電流(liu)強度
從(cong)以上公(gong)式可以(yi)看出，當(dang)磁場強(qiang)度和磁(ci)極間距(ju)一定時(shi)，流體流(liu)量和感(gan)應電壓(ya)成正比(bi)。
3 Dosimag流量計(ji)特性
3.1 特(te)點
（1）快速(su)測量能(neng)力，每秒(miao)鍾完成(cheng)80次以上(shang)的準确(que)測量；（2）流(liu)量達1.66L/s；（3）流(liu)體溫度(du)可達130℃，半(ban)小時内(nei)耐受150℃；（4）工(gong)作壓力(li)可達16bar；（5）可(ke)進行在(zai)線原位(wei)清洗（CIP）和(he)在線原(yuan)位殺菌(jun)（SIP）；（6）特殊應(ying)用内襯(chen)：PFA（可溶性(xing)聚四氟(fu)乙烯）；（7）不(bu)鏽🎯鋼外(wai)殼👄。
3.2 應用(yong)領域
可(ke)用于導(dao)電率大(da)于等于(yu)5μs/cm的液體(ti)測量，如(ru)食品行(hang)業、化妝(zhuang)品行⛷️業(ye)、制藥行(hang)業、化學(xue)藥品行(hang)業
3.3 食品(pin)/衛生行(hang)業相關(guan)認證
3A認(ren)證/EHEDG測試(shi)/符合FDA要(yao)求。
4 安裝(zhuang)方式、使(shi)用條件(jian)及注意(yi)事項
4.1 安(an)裝條件(jian)
（1）進口管(guan)道長度(du)大于5倍(bei)DN，如圖3；（2）出(chu)口管道(dao)長度大(da)于2倍DN，如(ru)圖3；（3）傳感(gan)✊器和變(bian)送器必(bi)須接地(di)；（4）傳感器(qi)在管道(dao)中🛀🏻居中(zhong)安裝。
4.2 安(an)裝方式(shi)及位置(zhi)
　　灌裝流(liu)量計安(an)裝調試(shi)簡單；對(dui)管道的(de)震動不(bu)是很敏(min)感💃。灌裝(zhuang)流💋量計(ji)隻有在(zai)管道完(wan)全滿地(di)條件下(xia)才能正(zheng)确測量(liang)，基于這(zhe)個原因(yin)，建議在(zai)批量生(sheng)産
4.2.1 安裝(zhuang)方式一(yi)般來講(jiang)有旋轉(zhuan)灌裝模(mo)式和線(xian)形灌裝(zhuang)模式，如(ru)圖4和🍉圖(tu)5所示：


4.2.2 安(an)裝位置(zhi)。安裝在(zai)閥門附(fu)近，灌裝(zhuang)流量計(ji)不能安(an)裝在控(kong)制閥的(de)下遊（圖(tu)6），如果裝(zhuang)在控制(zhi)閥的下(xia)遊，在一(yi)個灌裝(zhuang)周期結(jie)束後，傳(chuan)感器的(de)測量管(guan)道完全(quan)排空，這(zhe)樣會💋嚴(yan)重影響(xiang)下個周(zhou)期的測(ce)量。

4.2.3　安裝(zhuang)方向。合(he)理的安(an)裝方向(xiang)（圖7），可以(yi)避免空(kong)氣在測(ce)量🚩管⚽道(dao)中的堆(dui)積和存(cun)放。

4.2.4 安裝(zhuang)注意事(shi)項。
（1）在過(guo)熱的條(tiao)件中使(shi)用時（比(bi)如在線(xian)清洗和(he)在線消(xiao)毒），強烈(lie)要求變(bian)送器裝(zhuang)在下面(mian)，這樣可(ke)以降低(di)變送‼️器(qi)部分過(guo)熱的風(feng)險，如圖(tu)8。
（2）在震動(dong)非常厲(li)害的條(tiao)件下，要(yao)确保管(guan)道和傳(chuan)感器的(de)安全。

4.3 影(ying)響灌裝(zhuang)的一般(ban)因素
4.3.1 流(liu)量計的(de)計量精(jing)度：該項(xiang)指标受(shou)流速、灌(guan)裝持續(xu)時👌間、測(ce)量🥰流體(ti)情況等(deng)影響。

4.3.2 灌(guan)裝系統(tong)中可動(dong)部件的(de)動作速(su)度和機(ji)械重複(fu)性：主要(yao)是切斷(duan)閥的開(kai)啓和關(guan)閉操作(zuo)的速度(du)和一緻(zhi)♻️性。
4.3.3 灌裝(zhuang)機械中(zhong)流體的(de)狀态穩(wen)定性，包(bao)括溫度(du)變化（影(ying)響密度(du)）、背🍉壓是(shi)否穩定(ding)（影響流(liu)速）、液位(wei)高低。
4.3.4 控(kong)制系統(tong)的工作(zuo)方式和(he)控制程(cheng)序設計(ji)是否優(you)化。
5 Dosimag灌裝(zhuang)流量計(ji)的實際(ji)應用問(wen)題分析(xi)
下面以(yi)灌裝流(liu)量計在(zai)國内某(mou)企業使(shi)用過程(cheng)中出現(xian)重複性(xing)差的問(wen)題爲例(li)來分析(xi)。
5.1 現場灌(guan)裝的基(ji)本情況(kuang)
　　直線式(shi)灌裝模(mo)式，灌裝(zhuang)機上安(an)裝有20台(tai)Dosimag5BH11/26，分别對(dui)應于20根(gen)灌裝頭(tou)，如圖5所(suo)示的線(xian)性安裝(zhuang)方式；灌(guan)裝液體(ti)來㊙️自于(yu)設備上(shang)方的儲(chu)罐，通過(guo)下流管(guan)道進入(ru)兩路分(fen)流支總(zong)管（DN40），每分(fen)流支總(zong)管下帶(dai)10個DN15的灌(guan)裝管；流(liu)量計後(hou)方，灌裝(zhuang)口上方(fang)100mm處安裝(zhuang)有氣動(dong)切斷閥(fa)（結構較(jiao)特殊，兩(liang)級行程(cheng)，切斷閥(fa)杆位🌏于(yu)管道内(nei)流體中(zhong)）；每次灌(guan)裝約220mL，但(dan)是誤差(cha)🌈不穩定(ding)，從偏差(cha)1~2mL到5~6mL。
5.2 該應(ying)用中影(ying)響精度(du)的原因(yin)
　　電磁流(liu)量計 屬(shu)于速度(du)式流量(liang)儀表，它(ta)通過測(ce)量管道(dao)流速來(lai)計算體(ti)積流量(liang)，流速的(de)突變會(hui)一定程(cheng)度增大(da)測量誤(wu)差。影響(xiang)精度的(de)原因是(shi)管道内(nei)的液體(ti)流速，通(tong)過試驗(yan)分析液(ye)體的流(liu)速受以(yi)下三個(ge)方面的(de)影響。
5.2.1 工(gong)藝影響(xiang)。管道的(de)選型和(he)排設對(dui)液體的(de)流速會(hui)有影響(xiang)。如果🐕下(xia)流管道(dao)進入兩(liang)路分流(liu)支總管(guan)遠小于(yu)DN40，那麽流(liu)過各灌(guan)裝管内(nei)的☂️液體(ti)流速會(hui)有比較(jiao)大的偏(pian)差，選用(yong)合适的(de)總支管(guan)和正🌐确(que)的排設(she)，可以改(gai)善灌裝(zhuang)管内🤩液(ye)體流速(su)的不平(ping)衡🚶性。
5.2.2 其(qi)他元件(jian)的影響(xiang)。在無菌(jun)灌裝系(xi)統中，一(yi)般用到(dao)四種閥(fa)，即定量(liang)♋閥（加料(liao)閥）、導向(xiang)閥、壓力(li)控制閥(fa)、控制閥(fa)。
　　在灌裝(zhuang)系統中(zhong)用到快(kuai)速切斷(duan)閥（定量(liang)閥）來控(kong)制灌裝(zhuang)🐆的啓✍️停(ting)。快速切(qie)斷閥的(de)控制原(yuan)理：當電(dian)磁閥接(jie)收到PLC的(de)輸出信(xin)号✂️（由PLC采(cai)⭐集灌裝(zhuang)流量計(ji)的脈沖(chong)信号後(hou)處理的(de)輸出信(xin)号）時開(kai)始動作(zuo)，通過執(zhi)行機構(gou)帶動閥(fa)杆和閥(fa)芯向上(shang)運動，閥(fa)芯和閥(fa)座分開(kai)🍉，流體通(tong)過閥座(zuo)進入灌(guan)裝管道(dao)，開始✔️灌(guan)裝，當電(dian)磁閥接(jie)收到PLC輸(shu)出信号(hao)關閉閥(fa)門時，閥(fa)杆向下(xia)運動，帶(dai)動閥芯(xin)向下運(yun)動，使閥(fa)芯和閥(fa)座接觸(chu)，從而切(qie)斷流體(ti)達到結(jie)束灌裝(zhuang)。控制閥(fa)的閥杆(gan)🐆在管道(dao)中，流體(ti)從上向(xiang)下流經(jing)整個閥(fa)體，閥杆(gan)的動作(zuo)✍️行程分(fen)兩級，對(dui)應于小(xiao)流量和(he)較大流(liu)量。
　　開啓(qi)時，閥杆(gan)向上擡(tai)起，逆流(liu)而上，對(dui)于管道(dao)中的流(liu)體造成(cheng)逆沖，瞬(shun)間減小(xiao)管道流(liu)速；相對(dui)速度越(yue)大，影響(xiang)越大；閉(bi)👅合時，閥(fa)杆向下(xia)壓下，對(dui)于管道(dao)中的流(liu)體産生(sheng)加速，瞬(shun)間增大(da)管道流(liu)速（圖9）。
　　灌(guan)裝控制(zhi)閥有兩(liang)級行程(cheng)，在從小(xiao)流量變(bian)換爲大(da)流量時(shi)🈲，閥杆的(de)二次動(dong)作使管(guan)道内的(de)流速顯(xian)著減小(xiao)，增大了(le)測量誤(wu)差（圖9）。灌(guan)裝控制(zhi)閥的結(jie)構和工(gong)作方式(shi)，影響了(le)管道中(zhong)的液體(ti)流速，是(shi)誤差的(de)主要形(xing)成因素(su)來源。但(dan)試驗證(zheng)明，可以(yi)通過調(diao)整閥杆(gan)的行程(cheng)來改善(shan)。

5.2.3 液位控(kong)制及背(bei)壓控制(zhi)。液位和(he)背壓影(ying)響灌裝(zhuang)過程🎯中(zhong)🚶的流速(su)，流速的(de)波動會(hui)造成灌(guan)裝量的(de)波動。該(gai)波動的(de)影響主(zhu)要體現(xian)🔆在系統(tong)發出閥(fa)門切斷(duan)指令到(dao)🔆閥門完(wan)全關閉(bi)的延遲(chi)時間段(duan)中。
　　灌裝(zhuang)系統中(zhong)的上部(bu)罐體尺(chi)寸較小(xiao)，約60L。如果(guo)液位控(kong)🐕制在✂️80%，則(ze)上部的(de)氣體空(kong)間爲12L，下(xia)部液體(ti)空間爲(wei)48L；若每⚽次(ci)灌裝250mL，2s内(nei)完成，則(ze)20個瓶需(xu)要5000mL，即5L，對(dui)液位的(de)影響爲(wei)8%，對氣壓(ya)的影響(xiang)爲5L/12L=40%；由于(yu)灌🌏裝有(you)間歇性(xing)停🔴頓，對(dui)于液位(wei)和背壓(ya)的♉自動(dong)控制來(lai)說，過程(cheng)🈲爲非連(lian)續穩定(ding)狀态，控(kong)制的難(nan)度比一(yi)般過程(cheng)要大（壓(ya)力變送(song)器上看(kan)到有壓(ya)力值的(de)變📐化，實(shi)際上可(ke)能有1~2秒(miao)鍾以内(nei)的阻尼(ni)，實際過(guo)程中的(de)快速波(bo)動可能(neng)更大）。
灌(guan)裝頭由(you)于安裝(zhuang)灌裝控(kong)制閥的(de)需要，在(zai)灌裝控(kong)制閥及(ji)🐆下♋部的(de)灌裝頭(tou)共約400mm。
　　部(bu)分爲DN25的(de)管道，灌(guan)裝流量(liang)計及流(liu)量計之(zhi)上的管(guan)道内徑(jing)爲15mm/16mm。二者(zhe)管道截(jie)面積相(xiang)差近2倍(bei)。在穩定(ding)流量下(xia)，則這兩(liang)部🎯分的(de)流速相(xiang)差近2倍(bei)，表現爲(wei)流量計(ji)處快，下(xia)部管💚道(dao)内慢。考(kao)慮到閥(fa)杆的影(ying)響，則流(liu)速相差(cha)約1倍。
　　灌(guan)裝頭的(de)zui終出口(kou)部分爲(wei)10~14mm的可更(geng)換縮口(kou)。通過縮(suo)口，可💃🏻以(yi)産生背(bei)壓，一般(ban)縮口内(nei)置蜂窩(wo)狀虹吸(xi)管，保證(zheng)灌裝✌️前(qian)後的管(guan)道滿管(guan)。從測試(shi)的流量(liang)波形上(shang)看，10mm的灌(guan)裝頭産(chan)生适當(dang)的阻尼(ni)效果，流(liu)量曲線(xian)較穩定(ding)。
5.3 解決方(fang)案
方案(an)1：采用灌(guan)裝閥一(yi)級控制(zhi)，即采用(yong)小流量(liang)行程的(de)✊單次🈚開(kai)啓和閉(bi)合。
測試(shi)結果：流(liu)量平穩(wen)度增加(jia)，灌裝的(de)誤差顯(xian)著減小(xiao)。
方案2：對(dui)灌裝閥(fa)的第二(er)次行程(cheng)變化進(jin)行控制(zhi)，通過減(jian)緩閥的(de)氣動排(pai)氣，降低(di)閥杆第(di)二次上(shang)台的速(su)度，見圖(tu)10：

方案3：适(shi)當降低(di)液位，如(ru)控制在(zai)50%或更低(di)，以減小(xiao)批次灌(guan)裝對背(bei)壓的影(ying)響，同時(shi)有助于(yu)提高背(bei)壓穩定(ding)性。
6 結語(yu)
　　從分析(xi)可以看(kan)出，灌裝(zhuang)電磁流(liu)量計作(zuo)爲測量(liang)的關鍵(jian)元件，它(ta)是保證(zheng)罐裝精(jing)度實現(xian)的要素(su)之一，整(zheng)個罐裝(zhuang)✌️系統的(de)設計在(zai)滿足🚶‍♀️無(wu)菌灌裝(zhuang)的工藝(yi)要求和(he)生産效(xiao)率要求(qiu)的前提(ti)下，必須(xu)考慮如(ru)☁️何保證(zheng)罐裝流(liu)量計穩(wen)定、可靠(kao)地工作(zuo)以及如(ru)何選用(yong)合适的(de)部件，如(ru)控制閥(fa)，并優化(hua)控制方(fang)式，将各(ge)種可能(neng)的幹擾(rao)因素降(jiang)到最低(di)，以實現(xian)系統誤(wu)差最小(xiao)。

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