随着社(shè)會的發展(zhǎn)及人們生(shēng)活水平的提高(gāo)，對消費産品質(zhì)量和生産(chǎn)效率(lǜ)提出了更高的(de)要求，要求(qiú)灌裝裝置(zhì)系統能夠(gòu)快速、安(ān)全、準确地完(wán)成(chéng)灌裝。無菌灌裝系統以(yǐ)其固有的優點(diǎn)，在食(shí)品、飲料、制(zhì)藥等(děng)行業得到(dào)越來越廣(guǎng)泛的應用。無(wú)菌灌裝系統(tǒng)的要求使用于灌裝(zhuāng)定量(liàng)控制的方式發(fā)生了(le)變化，一些專業灌裝用途電磁流量計 進(jìn)入(rù)灌裝應用領(lǐng)域，這種動态在線的測量和控(kòng)制方(fāng)式帶來了(le)新的挑戰，使用(yòng)中不僅需要考(kǎo)慮流量計本身的安(ān)裝(zhuāng)和使用(yòng)，還要綜合考慮(lǜ)流量計集成在(zài)系(xì)統中時和其他部(bù)分(fèn)的相(xiàng)互(hù)影響。
1 無菌灌裝系統介紹
1.1 無菌灌裝系統的要(yào)求
（1）易(yì)于清洗和(hé)消毒殺(shā)菌(jun1)；（2）高(gāo)産(chǎn)量、周期短(duǎn)；（3）精度(dù)佳和高重(zhòng)複性(xìng)；（4）低消(xiāo)耗(hào)和損耗；（5）快速處理不同(tóng)産品(pǐn)灌(guàn)裝和(hé)不(bú)同批(pī)量灌(guàn)裝；（6）對産品和(hé)産品質量因素有較高(gāo)的透明度；（7）不用(yòng)維護或(huò)者易(yì)于(yú)維修(xiū)。
1.2 無菌灌裝(zhuāng)的設計(jì)特點
（1）機(jī)器的簡(jiǎn)單化；（2）表(biǎo)面光滑、無凹凸(tū)、無死(sǐ)角、氣密密(mì)封性好；（3）排(pái)水流(liú)暢，無(wú)積水(shuǐ)；（4）閉密(mì)性要(yào)好(hǎo)，防止外(wài)界微(wēi)生物深入(rù)；（5）選擇适當材料，耐高溫、耐化學(xué)腐蝕(shí)；（6）自動(dòng)化的(de)cip（原位(wèi)清洗）/sip（原位(wèi)殺(shā)菌）；（7）關鍵(jiàn)設備(bèi)的定期養護；（8）劃(huà)分生産區(qū)域，無(wú)菌和非無(wú)菌，生産區域(yù)物料、人等隔離和管制(zhì)。
1.3 灌裝(zhuāng)定量(liàng)控制(zhì)
　　在各個分系統(tǒng)中，灌裝的(de)定量控制(zhì)系統是zui核(hé)心的系統之一(yī)，整個(gè)灌裝機(jī)的灌裝(zhuāng)速(sù)度和精(jīng)度往(wǎng)往由該系(xì)統的(de)性能所決(jué)定(dìng)。灌裝定量控(kòng)制系統關(guān)鍵部(bù)件包括(kuò)流(liú)量計(jì)、控制器、閥門（如圖1）。灌(guàn)裝量的測(cè)量由流(liú)量計完(wán)成，它(tā)能快速、準(zhǔn)确地(dì)計量(liàng)灌裝(zhuāng)頭的(de)連接管道(dào)中的(de)流體(tǐ)流量(liàng)，并把信号上傳(chuán)到控制器(qì)，由控(kòng)制器(qì)根據設定(dìng)的定量(liàng)，控制灌(guàn)裝閥(fá)門的(de)啓/停，以達到準确灌裝。
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1.4 無菌(jun1)灌(guàn)裝對流量計的要求(qiú)
1.4.1 快速反(fǎn)應能力(lì)和準确的測量(liàng)能力(lì)。每次灌裝(zhuāng)通常持續2~5秒(miǎo)，這(zhè)要求流量(liàng)計的測量速度(dù)非常(cháng)快，測量間隔短(duǎn)，隻有這樣(yàng)才能(néng)跟得(dé)上流(liú)量(liàng)的(de)變化(huà)曲線。
1.4.2 衛生型設(shè)計和連接(jiē)。特殊(shū)的(de)材(cái)質和(hé)連接(jiē)方式。
1.4.3 cip和sip的(de)要求。原位(wèi)清洗和殺菌涉(shè)及到(dào)酸堿等腐蝕性介質(zhì)，如果采用(yòng)高(gāo)溫蒸汽(qì)殺菌(jun1)，則過程中會出(chū)現約140℃的溫(wēn)度。
1.4.4 穩(wěn)定性(xìng)和(hé)重(zhòng)複性(xìng)好。
2 電(diàn)磁(cí)流(liú)量計簡介(jiè)
　　專業灌裝(zhuāng)電磁流量計，能保證(zhèng)很高的準(zhǔn)确性和重複性(xìng)，緊湊(còu)的外形結(jié)構确保(bǎo)了在灌(guàn)裝生(shēng)産線(xiàn)的各(gè)個單元能安裝(zhuāng)得很近。有快速(sù)準确的(de)測量能(néng)力，測量周期短(duǎn)，測量頻率(lǜ)高(gāo)。
　　流(liú)量計的測(cè)量原(yuán)理：根據法(fǎ)拉第電磁感應(yīng)定律(lǜ)，因磁通(tōng)量(liàng)變化(huà)産生(shēng)感應電動(dòng)勢，閉合(hé)電(diàn)路的(de)一部分導(dǎo)體在磁場(chǎng)中做(zuò)切割(gē)磁感線運動，導(dǎo)體中就會産生(shēng)感應(yīng)電流(liú)。在電(diàn)磁測量原(yuán)理中，流動(dòng)的(de)介質就(jiù)相當于(yú)運(yùn)動的(de)導體，感應電壓(yā)和介質的流速(sù)成正(zhèng)比，并且通過兩(liǎng)個(gè)電極直(zhí)接送到放大器(qì)。流體的容積通(tōng)過管道的截面(miàn)積可以算出。

ue=b×l×v
q=a×v
q=a×v=a×ue/b×l
式中：ue——感應電(diàn)壓
b——磁(cí)場強(qiáng)度
l——磁極間(jiān)距
v——流體速(sù)度
q——流(liú)體流量
a——管(guǎn)道截面(miàn)積
i——電流(liú)強(qiáng)度(dù)
從以上公(gōng)式可以(yǐ)看(kàn)出，當(dāng)磁場(chǎng)強(qiáng)度和磁(cí)極間距(jù)一定時，流體(tǐ)流(liú)量和感(gǎn)應電壓成(chéng)正比。
3 dosimag流量計特性
3.1 特(tè)點
（1）快速測(cè)量能(néng)力，每秒鍾完成(chéng)80次以上的準确(què)測量；（2）流量達1.66l/s；（3）流(liú)體溫(wēn)度(dù)可(kě)達(dá)130℃，半小時(shí)内(nèi)耐(nài)受150℃；（4）工(gōng)作壓(yā)力(lì)可(kě)達16bar；（5）可(kě)進行在(zài)線原位清洗（cip）和(hé)在(zài)線原(yuán)位殺菌（sip）；（6）特殊應(yīng)用内襯(chèn)：pfa（可溶性(xìng)聚四(sì)氟乙烯）；（7）不(bú)鏽鋼外殼。
3.2 應用(yòng)領域(yù)
可用于導(dǎo)電率大于等于(yú)5μs/cm的液(yè)體(tǐ)測(cè)量，如(rú)食品行(háng)業、化妝(zhuāng)品行(háng)業(yè)、制(zhì)藥行業、化(huà)學藥品行業
3.3 食(shí)品(pǐn)/衛(wèi)生行(háng)業相關(guān)認(rèn)證
3a認證/ehedg測試(shì)/符合fda要(yào)求。
4 安(ān)裝(zhuāng)方式、使(shǐ)用條(tiáo)件及注意(yì)事項
4.1 安(ān)裝(zhuāng)條件
（1）進口(kǒu)管道(dào)長度(dù)大于(yú)5倍dn，如圖3；（2）出口管(guǎn)道長度大(dà)于2倍(bèi)dn，如圖(tú)3；（3）傳感(gǎn)器和變送器必(bì)須接地；（4）傳感器(qì)在管道中居中(zhōng)安裝(zhuāng)。
4.2 安裝方式(shì)及位置
　　灌(guàn)裝流(liú)量計安裝調試簡單；對管(guǎn)道的震動不(bú)是(shì)很敏感。灌裝(zhuāng)流量計隻有在管道完(wán)全滿(mǎn)地條件(jiàn)下(xià)才能正确(què)測量，基于這個原因(yīn)，建議在(zài)批(pī)量生産(chǎn)
4.2.1 安裝方(fāng)式一(yī)般來講(jiǎng)有(yǒu)旋轉(zhuǎn)灌裝模式和線形灌裝模式，如(rú)圖4和圖5所示：


4.2.2 安裝位置(zhì)。安(ān)裝在(zài)閥門附(fù)近，灌裝(zhuāng)流量計不(bú)能安裝在控(kòng)制(zhì)閥的(de)下遊(yóu)（圖6），如果裝在控制(zhì)閥的下(xià)遊，在一(yī)個灌裝周期(qī)結(jié)束(shù)後，傳感器的(de)測量管道完全排空，這(zhè)樣會(huì)嚴重影響(xiǎng)下個周期(qī)的測(cè)量。

4.2.3　安(ān)裝方向。合理的(de)安裝方向(xiàng)（圖7），可以(yǐ)避免空(kōng)氣在(zài)測量管道(dào)中的(de)堆積和存(cún)放。

4.2.4 安(ān)裝注(zhù)意事項。
（1）在過(guò)熱(rè)的條件中(zhōng)使用時（比(bǐ)如(rú)在線清(qīng)洗和(hé)在線消毒），強(qiáng)烈(liè)要求變送(sòng)器裝在下面，這樣可以降低變送器(qì)部分過熱(rè)的風(fēng)險，如圖(tú)8。
（2）在(zài)震(zhèn)動(dòng)非常(cháng)厲害(hài)的條(tiáo)件下，要确保管(guǎn)道和傳(chuán)感器的(de)安全。

4.3 影響灌裝(zhuāng)的一(yī)般因素
4.3.1 流(liú)量計(jì)的(de)計(jì)量精(jīng)度：該(gāi)項指标受(shòu)流速(sù)、灌裝(zhuāng)持續(xù)時間、測量流體(tǐ)情況等影響。

4.3.2 灌(guàn)裝系統中可動部件的(de)動(dòng)作速(sù)度和機械重複(fú)性：主要(yào)是切斷(duàn)閥的開啓和關(guān)閉操作的速度(dù)和一(yī)緻性。
4.3.3 灌裝機械(xiè)中流體的(de)狀态穩定性，包(bāo)括溫度(dù)變化（影響密(mì)度）、背壓是否穩定（影響流(liú)速）、液(yè)位高低。
4.3.4 控(kòng)制系統的工作方式(shì)和控(kòng)制程(chéng)序設計是(shì)否優化。
5 dosimag灌(guàn)裝(zhuāng)流量計的實(shí)際應(yīng)用問題(tí)分(fèn)析(xī)
下面以(yǐ)灌裝(zhuāng)流量計在(zài)國内某(mǒu)企業使(shǐ)用過(guò)程中(zhōng)出現重複(fú)性差的問(wèn)題爲例來(lái)分析。
5.1 現場灌裝的基本情況
　　直線式灌裝(zhuāng)模(mó)式，灌裝(zhuāng)機上(shàng)安裝(zhuāng)有20台dosimag5bh12/15，分别對(duì)應(yīng)于20根(gēn)灌裝(zhuāng)頭，如圖5所示的(de)線性安裝方式；灌(guàn)裝(zhuāng)液體(tǐ)來自于設備上方的儲罐(guàn)，通過(guò)下流管道進入(rù)兩路分流支總管（dn40），每(měi)分流支總(zǒng)管下帶10個dn15的灌裝管(guǎn)；流量計後(hòu)方，灌(guàn)裝口上(shàng)方(fāng)100mm處安裝有(yǒu)氣動(dòng)切斷(duàn)閥（結(jié)構較特殊(shū)，兩級行程(chéng)，切斷(duàn)閥杆(gǎn)位于(yú)管道内流體中(zhōng)）；每次(cì)灌(guàn)裝(zhuāng)約220ml，但(dàn)是誤(wù)差不(bú)穩定(dìng)，從偏差1~2ml到5~6ml。
5.2 該應用中影響精度(dù)的原因(yīn)
　　電磁流量計(jì) 屬于速度(dù)式流量(liàng)儀表，它通過測量管道流速(sù)來(lái)計(jì)算體積流(liú)量，流速(sù)的突變會一(yī)定程度增大(dà)測量誤(wù)差。影響精度的(de)原因是(shì)管道内(nèi)的液體流(liú)速(sù)，通過試驗分析液(yè)體的流(liú)速受以(yǐ)下三個(gè)方面的(de)影響(xiǎng)。
5.2.1 工(gōng)藝(yì)影響(xiǎng)。管道的選型和排設對液體的流速(sù)會有(yǒu)影響。如果下流管道(dào)進(jìn)入兩路分流(liú)支總管遠(yuǎn)小(xiǎo)于(yú)dn40，那麽(me)流過(guò)各灌(guàn)裝管(guǎn)内的液體流速(sù)會有比較(jiào)大的偏(piān)差，選用(yòng)合适的(de)總支(zhī)管(guǎn)和正(zhèng)确的排設，可以(yǐ)改(gǎi)善灌裝(zhuāng)管内液體流速(sù)的(de)不(bú)平(píng)衡(héng)性。
5.2.2 其(qí)他元件(jiàn)的影響(xiǎng)。在無菌灌裝系(xì)統中，一般(bān)用到(dào)四種(zhǒng)閥，即定量(liàng)閥(fá)（加料(liào)閥）、導向(xiàng)閥、壓力(lì)控(kòng)制(zhì)閥(fá)、控制閥。
　　在灌裝(zhuāng)系統中(zhōng)用(yòng)到快(kuài)速切(qiē)斷閥（定量閥）來控制灌裝(zhuāng)的啓停。快速切(qiē)斷閥的(de)控制原(yuán)理：當(dāng)電磁(cí)閥接(jiē)收到(dào)plc的輸(shū)出信号（由plc采(cǎi)集灌裝(zhuāng)流量計(jì)的脈沖(chòng)信号後處(chù)理的輸出信号）時開始動(dòng)作(zuò)，通過執(zhí)行機(jī)構(gòu)帶動閥(fá)杆和(hé)閥芯向上運動(dòng)，閥芯和閥座分開，流(liú)體通(tōng)過閥(fá)座進入灌(guàn)裝管道(dào)，開始灌(guàn)裝，當電磁閥(fá)接(jiē)收到plc輸出(chū)信号關閉(bì)閥門時，閥杆向(xiàng)下運動，帶動閥芯向下運(yùn)動，使閥芯(xīn)和閥(fá)座接(jiē)觸，從而切斷流體(tǐ)達到結(jié)束灌裝。控制閥(fá)的閥杆在管道(dào)中，流(liú)體從上向(xiàng)下流經整(zhěng)個閥體，閥(fá)杆的動作(zuò)行程分兩級，對(duì)應(yīng)于小(xiǎo)流量和(hé)較大流量(liàng)。
　　開啓時，閥(fá)杆向(xiàng)上擡(tái)起，逆流而(ér)上，對于管道中的流體(tǐ)造成逆沖，瞬間減小(xiǎo)管(guǎn)道流(liú)速；相對速(sù)度越大，影(yǐng)響越大；閉(bì)合時，閥杆向下(xià)壓下，對(duì)于管道(dào)中的流體(tǐ)産生(shēng)加速，瞬(shùn)間增大(dà)管道(dào)流(liú)速(sù)（圖9）。
　　灌裝控制(zhì)閥有兩(liǎng)級行程，在從小(xiǎo)流量(liàng)變換爲大(dà)流量(liàng)時，閥杆的二次動(dòng)作使管道内的流(liú)速顯著減小(xiǎo)，增大了(le)測量誤差（圖9）。灌(guàn)裝控(kòng)制閥(fá)的結構和工作方式，影響了管道中(zhōng)的液體流速，是誤差(chà)的主要(yào)形(xíng)成因(yīn)素來(lái)源。但(dàn)試驗證(zhèng)明，可以(yǐ)通過(guò)調整閥杆的行(háng)程(chéng)來改善(shàn)。

5.2.3 液位(wèi)控制及背壓控(kòng)制。液位和(hé)背壓影(yǐng)響(xiǎng)灌裝過程(chéng)中的流速(sù)，流速的波動會(huì)造成灌裝量的波動。該波(bō)動的(de)影響主(zhǔ)要體現在系(xì)統(tǒng)發出閥(fá)門切(qiē)斷指令到(dào)閥門完全(quán)關閉的延(yán)遲時間段(duàn)中。
　　灌裝(zhuāng)系(xì)統中(zhōng)的上部(bù)罐體尺(chǐ)寸較(jiào)小，約(yuē)60l。如果(guǒ)液位(wèi)控制在80%，則(zé)上部的(de)氣(qì)體空間爲12l，下部液體(tǐ)空間(jiān)爲48l；若(ruò)每次灌裝250ml，2s内完成，則(zé)20個瓶需要5000ml，即5l，對(duì)液位的影(yǐng)響爲(wèi)8%，對氣壓的影響(xiǎng)爲5l/12l=40%；由(yóu)于灌裝有(yǒu)間(jiān)歇性停頓，對(duì)于液位和(hé)背壓(yā)的自動控(kòng)制來說，過程爲非連(lián)續穩(wěn)定狀(zhuàng)态，控制(zhì)的(de)難度比一(yī)般過程(chéng)要大（壓(yā)力變送器上看(kàn)到有壓力值的變化，實際上可能有(yǒu)1~2秒鍾(zhōng)以内的阻尼，實際過(guò)程中(zhōng)的快(kuài)速波動可能(néng)更大）。
灌裝頭由于安裝(zhuāng)灌裝(zhuāng)控制(zhì)閥的(de)需要，在灌(guàn)裝控制閥(fá)及下(xià)部的(de)灌裝頭共約400mm。
　　部分爲dn25的管(guǎn)道，灌裝流量計及流(liú)量計(jì)之上(shàng)的管(guǎn)道内徑爲15mm/16mm。二者管道(dào)截(jié)面積相(xiàng)差近2倍。在(zài)穩定流量(liàng)下，則這兩(liǎng)部分的流速相差近2倍，表現爲(wèi)流量計處快，下部管(guǎn)道内慢。考(kǎo)慮到閥杆(gǎn)的影響，則(zé)流速(sù)相差(chà)約1倍。
　　灌(guàn)裝(zhuāng)頭的zui終出口部分爲(wèi)10~14mm的可更(gèng)換縮口(kǒu)。通過縮口，可以(yǐ)産生(shēng)背壓(yā)，一般(bān)縮口内置(zhì)蜂窩狀虹吸(xī)管，保證(zhèng)灌裝(zhuāng)前(qián)後(hòu)的管(guǎn)道滿管。從(cóng)測試的流量波形上看，10mm的灌裝(zhuāng)頭産(chǎn)生适(shì)當(dāng)的阻尼(ní)效果(guǒ)，流量(liàng)曲線(xiàn)較穩(wěn)定。
5.3 解(jiě)決方(fāng)案
方案(àn)1：采(cǎi)用(yòng)灌裝閥(fá)一(yī)級控制，即采(cǎi)用(yòng)小(xiǎo)流量(liàng)行程(chéng)的單次開啓和(hé)閉合。
測試(shì)結果：流量平穩度增加(jiā)，灌(guàn)裝的(de)誤差顯(xiǎn)著減小(xiǎo)。
方案(àn)2：對灌(guàn)裝閥(fá)的第(dì)二(èr)次行程(chéng)變化進行控制(zhì)，通過減緩(huǎn)閥的(de)氣動排(pái)氣(qì)，降低(dī)閥杆(gǎn)第二次上(shàng)台的速度，見圖(tú)10：

方案(àn)3：适當降低(dī)液位，如(rú)控(kòng)制在(zài)50%或更低(dī)，以減小批次(cì)灌裝(zhuāng)對背壓的(de)影響，同時(shí)有助于提高背壓穩(wěn)定性。
6 結語(yǔ)
　　從分析(xī)可以看(kàn)出，灌裝電磁流(liú)量計作爲(wèi)測量的關鍵(jiàn)元(yuán)件(jiàn)，它(tā)是保證(zhèng)罐裝精(jīng)度實(shí)現的(de)要素之一，整個(gè)罐裝(zhuāng)系統的設(shè)計在(zài)滿足(zú)無(wú)菌灌裝(zhuāng)的工(gōng)藝要(yào)求和生産(chǎn)效(xiào)率(lǜ)要求(qiú)的前(qián)提下，必須考慮(lǜ)如何(hé)保證(zhèng)罐裝流量(liàng)計穩(wěn)定、可靠(kào)地工作(zuò)以及如(rú)何選用(yòng)合适(shì)的部(bù)件，如(rú)控(kòng)制閥，并優化(huà)控制方式，将各(gè)種可能的(de)幹擾(rǎo)因素降到最低(dī)，以實現系統誤(wù)差(chà)最(zuì)小。

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