随着社會(hui)的發展及人(ren)們生活水平(píng)的提高，對消(xiāo)費産品質⛱️量(liang)和生産效率(lǜ)提出了更高(gāo)的要求，要求(qiu)灌裝裝置系(xi)統能夠快速(su)、安全、準确地(di)完成灌裝。無(wú)菌💃灌裝系統(tǒng)以其🔴固有的(de)優點，在食品(pǐn)、飲料、制藥等(děng)行♌業得到越(yue)來越廣泛的(de)應用。無🔞菌灌(guan)裝系統的要(yao)求✊使用于灌(guan)裝✊定量控制(zhi)的方式發生(sheng)了🌈變化，一些(xie)專業灌裝用(yòng)途電磁流量(liàng)計 進入灌裝(zhuang)應用領域，這(zhè)種動态在線(xiàn)的測量和控(kong)制方式帶來(lai)了新的挑戰(zhàn)，使用中不僅(jin)需要考慮流(liú)量計本身的(de)安裝和使用(yòng)，還♊要綜合考(kao)慮流量計集(jí)成在系統中(zhōng)時和其他部(bù)✔️分的相👉互影(ying)響。
1 無菌灌裝(zhuang)系統介紹
1.1 無(wú)菌灌裝系統(tǒng)的要求
（1）易于(yú)清洗和消毒(dú)殺菌；（2）高産量(liàng)、周期短；（3）精度(dù)佳和高重複(fú)性；（4）低消耗和(hé)損耗；（5）快速處(chu)理不同産品(pǐn)灌裝和不同(tong)批量灌裝🔱；（6）對(duì)産品和産品(pǐn)質量因素有(yǒu)較高的透明(míng)度🌈；（7）不用維護(hu)或者易于維(wei)修。
1.2 無菌灌裝(zhuang)的設計特點(diǎn)
（1）機器的簡單(dan)化；（2）表面光滑(hua)、無凹凸、無死(si)角、氣密密封(feng)性好🚩；（3）排水🧑🏽‍🤝‍🧑🏻流(liu)暢，無積水；（4）閉(bì)密性要好，防(fáng)止外界微生(shēng)物深入；（5）選擇(ze)适當材料，耐(nai)高溫、耐化學(xue)腐蝕；（6）自動化(hua)的CIP（原位清洗(xi)）/SIP（原位殺菌）；（7）關(guan)鍵設備的定(dìng)期養護；（8）劃分(fèn)生産區域，無(wú)菌和非無菌(jun1)，生産💃區域物(wu)料、人等隔離(li)和管制。
1.3 灌裝(zhuāng)定量控制
　　在(zài)各個分系統(tong)中，灌裝的定(dìng)量控制系統(tǒng)是zui核心的系(xì)統之一，整🌈個(ge)灌裝機的灌(guàn)裝速度和精(jīng)度往往由⛷️該(gāi)系統的性能(neng)🐪所決定。灌裝(zhuang)定量控制系(xi)統關鍵部件(jiàn)包括🥵流量計(jì)、控制器、閥門(men)（如圖1）。灌裝量(liàng)的測量由流(liu)量計完成，它(tā)能快速、準确(què)地計量灌裝(zhuang)頭的連接💃🏻管(guǎn)道中的流體(tǐ)流量，并把信(xin)号上傳到控(kòng)制器，由控♊制(zhì)器根據設定(dìng)🐪的定量，控制(zhi)灌裝閥門的(de)啓/停，以達💚到(dào)準确灌裝。
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1.4 無(wú)菌灌裝對流(liú)量計的要求(qiu)
1.4.1 快速反應能(neng)力和準确的(de)測量能力。每(mei)次灌裝通常(cháng)🤞持續2~5秒，這要(yào)求流量計的(de)測量速度非(fēi)常快，測量間(jian)隔短，隻有這(zhè)樣才能跟得(dé)㊙️上流量的變(bian)化曲線。
1.4.2 衛生(sheng)型設計和連(lian)接。特殊的材(cai)質和連接方(fāng)式。
1.4.3 CIP和SIP的要求(qiu)。原位清洗和(hé)殺菌涉及到(dào)酸堿等腐蝕(shi)性介質，如果(guo)采用高溫蒸(zhēng)汽殺菌，則過(guo)程中會出現(xian)約140℃的溫🧡度。
1.4.4 穩(wěn)定性和重複(fu)性好。
2 電磁流(liu)量計簡介
　　專(zhuan)業灌裝電磁(cí)流量計，能保(bǎo)證很高的準(zhǔn)确性和重複(fu)性，緊湊的💁外(wài)形結構确保(bǎo)了在灌裝生(sheng)産線的各⚽個(ge)單💔元能安裝(zhuāng)得很近。有快(kuai)速準确的測(ce)量能力，測❗量(liàng)周期短，測量(liàng)頻率高♋。
　　流量(liàng)計的測量原(yuán)理：根據法拉(la)第電磁感應(yīng)定律，因磁通(tong)量變化産生(sheng)感應電動勢(shi)，閉合電路的(de)一部分🈲導體(tǐ)在磁🍓場中做(zuo)切割磁感線(xian)運動，導體中(zhong)就會産生感(gan)應電流。在電(dian)磁測量原理(li)中，流動的介(jiè)質就相當于(yú)運動的導體(ti)，感應電壓和(hé)介質的流速(sù)成正比，并且(qie)通過兩個電(dian)極直接送到(dào)放大器。流體(ti)的容積通過(guo)管道的截面(mian)積可以算出(chu)。

Ue=B×L×v
Q=A×v
Q=A×v=A×Ue/B×L
式中(zhong)：Ue——感應電壓
B——磁(cí)場強度
L——磁極(ji)間距
v——流體速(sù)度
Q——流體流量(liàng)
A——管道截面積(jī)
I——電流強度
從(cong)以上公式可(ke)以看出，當磁(ci)場強度和磁(cí)極間距一☀️定(dìng)時，流體流量(liang)和感應電壓(ya)成正比。
3 Dosimag流量(liàng)計特性
3.1 特點(diǎn)
（1）快速測量能(néng)力，每秒鍾完(wán)成80次以上的(de)準确測量；（2）流(liu)量達♈1.66L/s；（3）流體溫(wēn)☁️度可達130℃，半小(xiǎo)時内耐受150℃；（4）工(gong)作壓力可達(dá)16bar；（5）可進行在線(xian)原位清洗（CIP）和(he)🥰在線原位殺(shā)菌（SIP）；（6）特殊應用(yong)内襯：PFA（可🏃🏻溶性(xìng)聚📧四氟乙烯(xi)）；（7）不鏽鋼外殼(ké)。
3.2 應用領域
可(ke)用于導電率(lü)大于等于5μs/cm的(de)液體測量，如(rú)食品行業、化(hua)妝⛱️品行業、制(zhi)藥行業、化學(xué)藥品行業
3.3 食(shi)品/衛生行業(ye)相關認證
3A認(rèn)證/EHEDG測試/符合(he)FDA要求。
4 安裝方(fang)式、使用條件(jiàn)及注意事項(xiàng)
4.1 安裝條件
（1）進(jin)口管道長度(du)大于5倍DN，如圖(tú)3；（2）出口管道長(zhang)度大于2倍🐇DN，如(ru)圖3；（3）傳感器和(he)變送器必須(xu)接地；（4）傳感器(qi)在管道中居(ju)中安裝。
4.2 安裝(zhuāng)方式及位置(zhì)
　　灌裝流量計(ji)安裝調試簡(jian)單；對管道的(de)震動不是很(hěn)🏃‍♂️敏感。灌裝流(liu)量計隻有在(zai)管道完全滿(man)地條件下才(cai)能正💯确測量(liang)，基💜于這個原(yuan)因，建議在批(pi)量生産
4.2.1 安裝(zhuang)方式一般來(lai)講有旋轉灌(guàn)裝模式和線(xian)形灌裝模式(shi)，如圖4和圖5所(suǒ)示：


4.2.2 安裝位置(zhì)。安裝在閥門(mén)附近，灌裝流(liu)量計不能安(an)裝在控制閥(fá)的下遊（圖6），如(ru)果裝在控制(zhì)閥的下遊，在(zai)一個灌🛀🏻裝周(zhou)期結束後，傳(chuán)感器的測量(liàng)管道完全排(pái)空，這樣會嚴(yán)重影♉響下個(ge)周期的測量(liang)。

4.2.3　安裝方向。合(hé)理的安裝方(fang)向（圖7），可以避(bi)免空氣在測(cè)量管道♌中的(de)堆積和存放(fang)。

4.2.4 安裝注意事(shi)項。
（1）在過熱的(de)條件中使用(yòng)時（比如在線(xiàn)清洗和在線(xian)消毒），強㊙️烈要(yào)求變送器裝(zhuang)在下面，這樣(yang)可以降低變(bian)送器部分過(guò)熱的風險，如(ru)圖8。
（2）在震動非(fēi)常厲害的條(tiáo)件下，要确保(bǎo)管道和傳感(gan)器的安全🈲。

4.3 影(yǐng)響灌裝的一(yī)般因素
4.3.1 流量(liang)計的計量精(jīng)度：該項指标(biao)受流速、灌裝(zhuāng)持續時間、測(cè)量流體情況(kuàng)等影響。

4.3.2 灌裝(zhuāng)系統中可動(dong)部件的動作(zuo)速度和機械(xiè)重複性：主要(yào)是切斷閥的(de)開啓和關閉(bì)操作的速度(du)和一緻性。
4.3.3 灌(guàn)裝機械中流(liú)體的狀态穩(wěn)定性，包括溫(wēn)度變化（影響(xiang)⛹🏻‍♀️密度）、背壓是(shi)否穩定（影響(xiang)流速）、液位高(gāo)低。
4.3.4 控制系統(tong)的工作方式(shi)和控制程序(xù)設計是否優(yōu)化💛。
5 Dosimag灌裝流量(liàng)計的實際應(yīng)用問題分析(xi)
下面以灌裝(zhuāng)流量計在國(guó)内某企業使(shǐ)用過程中出(chū)現重複🐇性差(chà)🔞的問題爲例(li)來分析。
5.1 現場(chǎng)灌裝的基本(běn)情況
　　直線式(shi)灌裝模式，灌(guàn)裝機上安裝(zhuāng)有20台Dosimag5BH12/16，分别對(duì)應于20根灌裝(zhuang)頭，如圖5所示(shì)的線性安裝(zhuāng)方式；灌裝液(ye)體來自于設(shè)備上方的儲(chǔ)罐，通過下流(liu)管道進入兩(liǎng)路分👄流支總(zǒng)管（DN40），每分🌂流支(zhī)總✉️管下帶10個(gè)DN15的灌裝管；流(liu)量計⭕後方，灌(guan)裝口上方100mm處(chu)安裝有氣動(dòng)切斷閥（結構(gou)較特殊，兩級(jí)行程⁉️，切斷閥(fá)杆位😄于管道(dao)内流體中）；每(mei)次灌✨裝約220mL，但(dan)是誤差不穩(wěn)定，從偏差🏃‍♀️1~2mL到(dào)5~6mL。
5.2 該應用中影(yǐng)響精度的原(yuán)因
　　電磁流量(liàng)計 屬于速度(dù)式流量儀表(biǎo)，它通過測量(liang)管道流速來(lái)計算體積流(liú)量，流速的突(tu)變會一定程(cheng)度增大測量(liang)誤差。影響精(jīng)度的原因❓是(shi)管⛹🏻‍♀️道内的液(yè)體流速，通過(guo)試驗分析液(ye)體的👉流速受(shou)以下三個方(fang)面的影響。
5.2.1 工(gong)藝影響。管道(dao)的選型和排(pái)設對液體的(de)流速會有影(ying)☔響。如🌈果下流(liú)管道進入兩(liǎng)路分流支總(zǒng)管遠小于DN40，那(na)麽流過✏️各灌(guan)🚩裝管内的液(ye)體流速會有(you)比較大的🆚偏(piān)差，選用合适(shì)的總支管和(hé)正确的排💁設(shè)，可以改善灌(guàn)裝管内液體(ti)流速的不平(píng)衡性。
5.2.2 其他元(yuán)件的影響。在(zai)無菌灌裝系(xì)統中，一般用(yong)到四種閥，即(ji)定量閥（加料(liào)閥）、導向閥、壓(ya)力控制閥、控(kong)制閥。
　　在灌裝(zhuāng)系統中用到(dao)快速切斷閥(fá)（定量閥）來控(kong)制灌🌐裝的啓(qǐ)停。快速切斷(duan)閥的控制原(yuan)理：當電磁閥(fá)接收到PLC的輸(shu)出🧡信号（由PLC采(cǎi)集灌裝流量(liàng)計的脈沖信(xin)号後處理的(de)輸出信号）時(shi)開始動作，通(tong)過執行機構(gòu)帶動閥杆和(hé)閥🈲芯向上運(yùn)動，閥芯和閥(fa)座分開，流體(tǐ)通過閥座進(jìn)入灌裝管道(dào)，開始💞灌裝，當(dāng)電磁閥接收(shou)到PLC輸出信号(hao)關閉閥門時(shí)，閥杆向下運(yun)動，帶動閥芯(xin)向下運動，使(shǐ)閥🥵芯和閥🛀🏻座(zuò)接觸，從而切(qie)斷流體達到(dào)結束灌裝。控(kòng)制閥的閥杆(gan)在管道中，流(liú)體從上向下(xià)流經整個閥(fa)體，閥杆的動(dong)作行程分兩(liang)級，對應于小(xiao)流量和較大(dà)流量。
　　開啓時(shí)，閥杆向上擡(tai)起，逆流而上(shàng)，對于管道中(zhōng)的流體造成(cheng)逆沖，瞬間減(jiǎn)小管道流速(su)；相對速度越(yue)大，影響越🌂大(da)；閉📧合時，閥杆(gǎn)♋向下壓下，對(dui)于管道中的(de)流體産生加(jiā)速，瞬間增大(da)管🔞道流速♻️（圖(tu)9）。
　　灌裝控制閥(fa)有兩級行程(cheng)，在從小流量(liàng)變換爲大流(liú)量時，閥杆的(de)二次動作使(shi)管道内的流(liu)速顯著減小(xiao)，增大😄了測❤️量(liàng)誤差（圖9）。灌裝(zhuang)控制閥的結(jie)構和工作方(fang)式，影響了管(guan)道中的液體(tǐ)流速，是誤差(cha)的主要形成(cheng)❗因素來源。但(dàn)試驗證明，可(ke)以通過調整(zheng)閥杆的行程(chéng)來改善。

5.2.3 液位(wèi)控制及背壓(yā)控制。液位和(he)背壓影響灌(guan)裝過程中的(de)流速，流速的(de)波動會造成(chéng)灌裝量的波(bo)動。該波動的(de)影響主要體(ti)現❄️在系統發(fa)出閥門切斷(duàn)指令到閥門(men)完全關閉的(de)延遲時間段(duàn)中。
　　灌裝系統(tong)中的上部罐(guan)體尺寸較小(xiao)，約60L。如果液位(wei)控制在80%，則上(shàng)🐆部的氣體空(kong)間爲12L，下部液(yè)體空間爲48L；若(ruo)每次灌裝250mL，2s内(nèi)‼️完成㊙️，則20個💚瓶(ping)需要5000mL，即5L，對液(yè)位的影響爲(wèi)8%，對氣壓的🍉影(ying)響爲5L/12L=40%；由于灌(guàn)裝有間☀️歇性(xing)停☁️頓，對于液(ye)位和背壓的(de)自動控制🏃‍♂️來(lái)說，過程爲非(fēi)連續穩定狀(zhuang)态，控制的難(nan)度比一般過(guo)程💛要大（壓力(lì)變🚶送器上看(kàn)到有壓力值(zhi)的❄️變♻️化，實際(jì)上可能有1~2秒(miǎo)鍾以内的阻(zǔ)尼，實際過程(cheng)中的快速波(bō)動可能更大(dà)）。
灌裝頭由于(yú)安裝灌裝控(kòng)制閥的需要(yao)，在灌裝控制(zhì)閥及下🌈部🌈的(de)灌裝頭共約(yue)400mm。
　　部分爲DN25的管(guǎn)道，灌裝流量(liang)計及流量計(jì)之上的管道(dào)内徑爲☂️15mm/16mm。二者(zhe)管道截面積(jī)相差近2倍。在(zai)穩定流量下(xia)⁉️，則這兩部分(fèn)的流速🌂相差(chà)近2倍，表現爲(wèi)流量計處快(kuài)，下部管道内(nèi)慢。考慮到⭕閥(fa)杆的影響，則(zé)流速相差約(yuē)1倍。
　　灌裝頭的(de)zui終出口部分(fen)爲10~14mm的可更換(huan)縮口。通過縮(suō)口，可以👣産🐇生(sheng)背壓，一般縮(suo)口内置蜂窩(wo)狀虹吸管，保(bǎo)證灌裝前後(hou)的管道滿管(guan)。從🌂測試的流(liu)量波形上看(kan)，10mm的灌裝頭産(chǎn)生适當的阻(zu)📞尼效果，流量(liàng)曲🐉線較穩定(dìng)。
5.3 解決方案
方(fang)案1：采用灌裝(zhuang)閥一級控制(zhì)，即采用小流(liu)量行程的單(dān)次⭐開啓💰和📞閉(bì)合。
測試結果(guo)：流量平穩度(du)增加，灌裝的(de)誤差顯著減(jian)小。
方案2：對灌(guan)裝閥的第二(èr)次行程變化(hua)進行控制，通(tong)過減緩閥的(de)氣動排氣，降(jiang)低閥杆第二(er)次上台的速(sù)度，見圖10：

方案(àn)3：适當降低液(ye)位，如控制在(zai)50%或更低，以減(jian)小批次灌🙇🏻裝(zhuāng)對背壓🈲的影(ying)響，同時有助(zhu)于提高背壓(yā)穩定性。
6 結語(yu)
　　從分析可以(yi)看出，灌裝電(dian)磁流量計作(zuò)爲測量的關(guan)鍵元件，它是(shi)保證罐裝精(jing)度實現的要(yào)素之一，整個(ge)罐裝系統的(de)設計在滿足(zu)無菌灌裝的(de)工藝要求和(he)生産效率要(yào)求的前提下(xià)，必須考慮如(rú)何保證罐裝(zhuang)流量計穩定(ding)、可靠地工作(zuo)以及如何選(xuan)用合适的部(bu)🔆件，如控制閥(fa)，并優化控制(zhì)方式，将各種(zhǒng)可能的幹擾(rao)因素降到最(zui)低🈲，以實現系(xi)統誤☎️差最小(xiao)。

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