随着社會(hui)的發展及人(rén)們生活水平(ping)的提高，對消(xiāo)費産品質量(liàng)🔅和生産效率(lü)提出了更高(gāo)的要求，要求(qiú)灌裝裝🔱置系(xì)🔅統能夠快速(su)、安全、準确地(dì)完成灌裝。無(wú)菌灌裝系統(tong)以其固有的(de)優點，在食品(pin)、飲料、制藥等(deng)行業得到越(yuè)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(shēng)了🧑🏽‍🤝‍🧑🏻變化，一些(xie)專業灌裝用(yong)途電磁流量(liàng)計 進入灌裝(zhuang)應用領域，這(zhè)種動态在線(xian)的測量和控(kòng)制🏃🏻方式帶來(lai)了新的挑戰(zhan)，使用中不僅(jin)需要考慮流(liu)量計本身的(de)安裝🌈和使💔用(yong)，還要綜合考(kao)慮流量計集(ji)成在系統👈中(zhong)時和其他部(bu)分的相互影(yǐng)響。
1 無菌灌裝(zhuang)系統介紹
1.1 無(wu)菌灌裝系統(tong)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(he)損耗；（5）快速處(chu)理不同産品(pin)灌裝和不同(tong)❗批量灌裝；（6）對(duì)産品和産品(pǐn)質量因素有(you)較高的透明(míng)度；（7）不用維護(hù)或者易于維(wei)修。
1.2 無菌灌裝(zhuāng)的設計特點(diǎn)
（1）機器的簡單(dān)化；（2）表面光滑(hua)、無凹凸、無死(si)角、氣密密封(fēng)🈚性好🐉；（3）排水流(liú)✔️暢，無積水；（4）閉(bì)密性要好，防(fang)止外界微生(sheng)物深入；（5）選擇(zé)适當材料，耐(nai)高溫、耐化學(xué)腐蝕；（6）自動化(hua)的CIP（原位清洗(xi)）/SIP（原位殺菌）；（7）關(guān)鍵設🤞備的定(dìng)期養護；（8）劃分(fen)生産區域，無(wu)菌和非無菌(jun)，生産區域物(wu)料、人等隔離(lí)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(tong)是zui核心的系(xi)統之🔞一，整個(gè)灌裝機的灌(guan)裝速度和精(jīng)度往往由該(gai)系統的性能(néng)所決⭐定。灌🔴裝(zhuang)定量控制系(xi)統關鍵部件(jian)包括流量計(ji)、控制器、閥門(men)（如圖1）。灌裝量(liàng)的測量由流(liu)量計完成，它(ta)能快速、準确(que)地🏃‍♀️計量灌裝(zhuāng)頭的連接管(guǎn)道中的流✨體(ti)流量，并把信(xìn)号上傳到控(kong)制器，由控制(zhi)器根據設定(dìng)的定量，控制(zhì)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(měi)次灌裝通常(cháng)持續2~5秒，這要(yao)🥰求流量計的(de)測量速度非(fei)常快，測量間(jiān)隔短，隻有🌈這(zhè)樣才能💋跟得(dé)☔上流量的變(biàn)化曲線。
1.4.2 衛生(sheng)型設計和連(lián)接。特殊的材(cái)質和連接方(fāng)式。
1.4.3 CIP和SIP的要求(qiú)。原位清洗和(he)殺菌涉及到(dao)酸堿等腐蝕(shí)性🈲介🔞質，如果(guo)采用高溫蒸(zhēng)汽殺菌，則過(guò)程中會出現(xiàn)約🐪140℃的溫度。
1.4.4 穩(wen)定性和重複(fu)性好。
2 電磁流(liú)量計簡介
　　專(zhuān)業灌裝電磁(cí)流量計，能保(bǎo)證很高的準(zhun)确性和重複(fu)性，緊湊的外(wai)形結構确保(bǎo)了在灌裝生(shēng)産線的各個(ge)單元能安裝(zhuang)得很近。有快(kuài)速準确的測(cè)量能力，測量(liàng)周期短，測量(liang)頻率高。
　　流量(liàng)計的測量原(yuan)理：根據法拉(la)第電磁感應(yīng)定律，因磁通(tōng)🐪量變化産生(sheng)感應電動勢(shì)，閉合電路的(de)一部分導體(ti)在磁場中做(zuò)切割磁感線(xiàn)運動，導體中(zhōng)就會産生感(gan)應🚶電流。在電(dian)磁測量原理(li)中，流動☁️的介(jie)質就相當于(yu)運動的導體(tǐ)，感應電壓和(he)✊介質的流速(su)成正比，并且(qiě)通過兩個電(dian)極直接送到(dao)放大器。流體(tǐ)的容積🏒通過(guò)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(zhōng)：Ue——感應電壓
B——磁(ci)場強度
L——磁極(ji)間距
v——流體速(su)度
Q——流體流量(liang)
A——管道截面積(ji)
I——電流強度
從(cóng)以上公式可(ke)以看出，當磁(ci)場強度和磁(ci)極間距一定(ding)時，流體流⚽量(liàng)和感應電壓(yā)成正比。
3 Dosimag流量(liàng)計特性
3.1 特點(diǎn)
（1）快速測量能(neng)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(wen)度可達130℃，半小(xiǎo)時内耐受150℃；（4）工(gōng)作壓力可達(da)🍓16bar；（5）可進行在線(xiàn)原位清洗（CIP）和(hé)在線原位殺(shā)菌（SIP）；（6）特殊應用(yòng)内襯：PFA（可溶性(xìng)聚🛀🏻四氟乙烯(xi)）；（7）不鏽👄鋼外殼(ke)。
3.2 應用領域
可(kě)用于導電率(lǜ)大于等于5μs/cm的(de)液體測量，如(ru)食品行業、化(hua)妝品💘行🐅業、制(zhi)藥行業、化學(xue)藥品行業
3.3 食(shi)品/衛生行業(ye)相關認證
3A認(ren)證/EHEDG測試/符合(he)FDA要求。
4 安裝方(fāng)式、使用條件(jian)及注意事項(xiang)
4.1 安裝條件
（1）進(jìn)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(rú)圖3；（3）傳感💃器和(he)變送器必須(xū)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(jì)安裝調試簡(jiǎn)單；對管道的(de)震動不是很(hěn)敏🏃🏻‍♂️感。灌♋裝流(liú)🏃‍♂️量計隻有在(zai)管道完全滿(mǎn)地條件下才(cái)能正确測量(liàng)，基于這🛀🏻個原(yuan)因，建議在批(pī)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(xiàn)形灌裝模式(shi)，如🤞圖4和圖5所(suǒ)示：


4.2.2 安裝位置(zhi)。安裝在閥門(mén)附近，灌裝流(liu)量計不能安(ān)裝在控制🤞閥(fá)的下遊（圖6），如(rú)果裝在控制(zhi)閥的下遊，在(zài)一個灌裝周(zhou)期結束後，傳(chuán)感器的測量(liàng)管道完全排(pai)空，這樣會嚴(yán)重影響下個(gè)周期的❄️測量(liàng)。

4.2.3　安裝方向。合(he)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(yong)時（比如在線(xian)清洗和在線(xian)消毒✉️），強烈要(yao)求💜變送器裝(zhuāng)在下面，這樣(yang)可以降低變(biàn)送器部分過(guo)熱的風險，如(rú)圖8。
（2）在震動非(fei)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(ying)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(zhuang)持續時間、測(cè)量流體情況(kuang)等影響。

4.3.2 灌裝(zhuāng)系統中可動(dòng)部件的動作(zuò)速度和機械(xie)重複性：主要(yao)是切斷閥的(de)開啓和關閉(bi)操作的速度(du)和一緻♍性。
4.3.3 灌(guàn)裝機械中流(liu)體的狀态穩(wen)定性，包括溫(wēn)度變化（影響(xiang)密度）、背壓😍是(shì)否穩定（影響(xiǎng)流速）、液位高(gao)低。
4.3.4 控制系統(tong)的工作方式(shi)和控制程序(xu)設計是否優(you)化。
5 Dosimag灌裝流量(liang)計的實際應(yīng)用問題分析(xi)
下面以灌裝(zhuāng)流量計在國(guo)内某企業使(shǐ)用過程中出(chu)現重複性差(cha)的問題爲例(lì)來分析。
5.1 現場(chang)灌裝的基本(ben)情況
　　直線式(shi)灌裝模式，灌(guàn)裝機上安裝(zhuāng)有20台Dosimag5BH12/15，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(she)備上方的儲(chu)罐，通過下流(liu)管道進入兩(liǎng)路分流支總(zong)🏃管（DN40），每分流支(zhī)總管下帶10個(ge)DN15的灌裝管；流(liú)量計後方，灌(guan)裝☔口上方100mm處(chù)安裝有氣❄️動(dòng)切斷閥（結構(gòu)較特殊，兩級(ji)行程，切斷閥(fá)杆位于管道(dào)内流體中）；每(měi)次灌裝約220mL，但(dan)是誤差☔不穩(wen)定，從偏差🎯1~2mL到(dào)5~6mL。
5.2 該應用中影(yǐng)響精度的原(yuan)因
　　電磁流量(liang)計 屬于速度(du)式流量儀表(biǎo)，它通過測量(liàng)管道流速來(lai)計算㊙️體👌積🌏流(liu)量，流速的突(tu)變會一定程(cheng)度增大測量(liàng)誤差。影響精(jīng)度的原因是(shì)管道内的液(yè)體流速，通過(guo)試驗分析液(yè)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(dào)的選型和排(pai)設對液體的(de)流速會有影(ying)響。如果下🌈流(liu)管道進入兩(liǎng)路分流支總(zong)管遠小于DN40，那(nà)麽流過各灌(guàn)裝管内的液(ye)體流速會有(yǒu)比較大的偏(piān)差，選用合适(shì)的總支管和(he)正确的排設(shè)，可以改善灌(guàn)裝管内液體(ti)流速的不平(ping)衡性。
5.2.2 其他元(yuán)件的影響。在(zài)無菌灌裝系(xì)統中，一般用(yong)到四種閥，即(ji)定量閥（加料(liao)閥）、導向閥、壓(ya)力控制閥、控(kòng)制閥。
　　在灌裝(zhuang)系統中用到(dao)快速切斷閥(fa)（定量閥）來控(kòng)制灌裝的啓(qi)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(cai)集灌👌裝流量(liang)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(ti)通過🌂閥座進(jin)入灌裝管道(dao)，開始灌裝，當(dang)電磁閥接收(shou)到PLC輸出信号(hào)關閉閥門時(shí)，閥杆向下運(yùn)動，帶動閥芯(xīn)向下運動，使(shǐ)閥芯和閥座(zuo)接觸，從而切(qie)斷流體達到(dào)結束灌裝。控(kong)制閥的閥杆(gan)⭕在管道中，流(liú)體從上向下(xia)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(da)流量。
　　開啓時(shi)，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(jian)小管道流速(su)；相對速度越(yuè)大，影響越大(da)；閉合時，閥杆(gan)向下壓下，對(duì)于管道中的(de)流體産生加(jiā)速，瞬間增大(dà)管⚽道流速（圖(tú)9）。
　　灌裝控制閥(fa)有兩級行程(chéng)，在從小流量(liàng)變換爲大流(liu)量時，閥杆的(de)二次動作使(shi)管道内的流(liú)速顯著減小(xiǎo)，增大了測量(liang)誤💚差（圖9）。灌裝(zhuāng)控制閥的結(jie)構和工作方(fang)式，影響了管(guan)道中的液體(ti)流速，是誤差(cha)的主要形成(cheng)因素來源。但(dan)試驗證明，可(kě)以通過調整(zhěng)閥杆的行程(chéng)👨‍❤️‍👨來改善。

5.2.3 液位(wei)控制及背壓(yā)控制。液位和(hé)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(tǐ)現在系統發(fā)出閥門切斷(duan)指令到閥門(men)完🌈全關閉的(de)延遲時間段(duan)📧中。
　　灌裝系統(tǒng)中的上部罐(guàn)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(ruò)每次灌裝250mL，2s内(nèi)🔱完成，則20個瓶(píng)需要5000mL，即5L，對液(yè)位的影響爲(wei)8%，對氣壓的影(yǐng)響爲5L/12L=40%；由于灌(guàn)📐裝有間歇性(xing)停頓，對于液(yè)位和背壓的(de)自動控制來(lai)說，過程爲非(fei)連續🛀穩定狀(zhuang)态，控制的難(nan)度🌈比一般過(guò)程要大（壓力(lì)變送器上看(kan)到有壓力值(zhi)的變化，實際(jì)上可能有1~2秒(miao)鍾以内的阻(zu)尼，實際過程(chéng)🈚中的快速波(bo)動可能更大(dà)）。
灌裝頭由于(yu)安裝灌裝控(kòng)制閥的需要(yào)，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(guan)道，灌裝流量(liang)計及流量計(jì)之上的管道(dao)内徑爲15mm/16mm。二者(zhe)管道截面積(ji)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(wei)流量計處快(kuài)🔱，下部管道内(nei)慢。考慮到閥(fa)杆的💔影響，則(ze)流速相差約(yuē)1倍。
　　灌裝頭的(de)zui終出口部分(fèn)爲10~14mm的可更換(huàn)縮口。通過縮(suo)口，可以産生(sheng)背壓，一般縮(suō)口内置蜂窩(wō)狀虹吸管，保(bao)證灌裝前後(hou)的管👌道滿管(guan)。從測試的流(liú)量波形上看(kàn)，10mm的灌裝頭産(chan)生适當的阻(zǔ)尼效果，流量(liàng)曲線較穩定(ding)。
5.3 解決方案
方(fang)案1：采用灌裝(zhuāng)閥一級控制(zhì)，即采用小流(liú)量行程的單(dan)次開啓和閉(bì)合。
測試結果(guǒ)：流量平穩度(du)增加，灌裝的(de)誤差顯著減(jiǎn)小。
方案2：對灌(guan)裝閥的第二(èr)次行程變化(huà)進行控制，通(tong)過👣減😄緩閥💜的(de)🈚氣動排氣，降(jiang)低閥杆第二(èr)次上台的速(su)度，見圖10：

方案(an)3：适當降低液(ye)位，如控制在(zài)50%或更低，以減(jian)小批次灌裝(zhuāng)🔱對背壓的影(ying)響，同時有助(zhù)于提高背壓(ya)穩定性❌。
6 結語(yu)
　　從分析可以(yǐ)看出，灌裝電(dian)磁流量計作(zuo)爲測量的關(guān)♌鍵元件，它是(shi)保證罐裝精(jing)度實現的要(yao)素之一，整個(gè)罐裝系統的(de)設⚽計在滿足(zu)無菌灌裝的(de)工藝要求和(hé)👉生産效率要(yao)求的前提下(xià)，必須考慮如(ru)何保證罐裝(zhuāng)流量計穩🔴定(ding)、可靠地工作(zuò)以及如何選(xuan)用合适的部(bu)🐆件，如控制閥(fá)，并優化控制(zhì)🔞方式，将各種(zhǒng)可能的幹擾(rǎo)🐆因素降到最(zui)低，以實現系(xì)統誤差最小(xiao)。

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