随着社會(huì)的發展及人們(men)生活水平的提(ti)高，對消費産品(pǐn)質量和生産效(xiào)率提出了更高(gao)的要求，要求灌(guàn)裝裝置系💁統能(néng)夠快速、安全、準(zhun)确地完成灌裝(zhuāng)。無菌灌裝系統(tǒng)以其固有的🔞優(you)點，在食品、飲料(liào)、制藥等行業得(dé)到越來越廣泛(fàn)的應用。無菌灌(guan)裝系統的要求(qiu)使用于灌裝定(dìng)量控制的方式(shi)發生了變化，一(yi)些專業灌裝用(yòng)途電磁流量計(ji) 進入灌裝應用(yòng)領域，這種動态(tai)在線的測量和(he)控制方式💋帶來(lai)了新的挑戰，使(shi)用中不僅需要(yao)考慮流量計本(běn)🏃‍♂️身的安裝✨和使(shǐ)用，還要綜合考(kao)慮流量計集成(chéng)在系統中時和(hé)其他部分的相(xiàng)互影響。
1 無菌灌(guan)裝系統介紹
1.1 無(wú)菌灌裝系統的(de)要求
（1）易于清洗(xi)和消毒殺菌；（2）高(gāo)産量、周期短；（3）精(jing)度佳和高重⚽複(fú)性；（4）低消耗和損(sun)耗；（5）快速處理不(bú)同産品灌裝和(hé)不同批量灌裝(zhuāng)；（6）對産品和産品(pin)質量因素有較(jiao)高的透明度；（7）不(bu)用維護或者易(yi)于維修。
1.2 無菌灌(guàn)裝的設計特點(diǎn)
（1）機器的簡單化(huà)；（2）表面光滑、無凹(āo)凸、無死角、氣密(mi)密封性好🌈；（3）排❓水(shuǐ)流暢，無積水；（4）閉(bì)密性要好，防止(zhǐ)外界微生❤️物深(shēn)💘入；（5）選擇适當材(cai)料，耐高溫、耐化(huà)學腐蝕；（6）自動化(hua)的CIP（原位清洗）/SIP（原(yuán)位殺菌）；（7）關鍵設(shè)備的定期養護(hù)；（8）劃分生産區域(yu)，無菌和非無菌(jun1)，生産區域物料(liào)、人等隔離和管(guǎn)制。
1.3 灌裝定量控(kòng)制
　　在各個分系(xì)統中，灌裝的定(dìng)量控制系統是(shì)zui核心的系✏️統之(zhī)一，整個灌裝機(jī)的灌裝速度和(he)精度往往由該(gāi)系統的性能所(suǒ)決定。灌裝定量(liàng)控制系統關鍵(jian)部件包括❤️流量(liang)計💯、控制器、閥門(mén)（如圖1）。灌裝📞量的(de)測量由流量計(jì)完成，它能快速(sù)、準确地計量灌(guan)裝頭的連接管(guǎn)道中的流體流(liú)量，并把信号上(shàng)傳到控制器，由(yóu)控制器根據設(shè)👣定的定量，控制(zhì)灌裝閥門的啓(qi)/停☀️，以達到準确(què)灌裝。
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1.4 無菌灌裝(zhuang)對流量計的要(yao)求
1.4.1 快速反應能(néng)力和準确的測(cè)量能力。每次灌(guàn)裝通常持續2~5秒(miǎo)，這要求流量計(jì)的測量速度非(fei)常快，測量間隔(ge)短，隻有🚶‍♀️這樣才(cái)能跟得上流量(liang)的變化曲線。
1.4.2 衛(wèi)生型設計和連(lián)接。特殊的材質(zhi)和連接方式。
1.4.3 CIP和(hé)SIP的要求。原位清(qīng)洗和殺菌涉及(jí)到酸堿等腐蝕(shí)性㊙️介🎯質，如果采(cǎi)用高溫蒸汽殺(shā)菌，則過程中會(huì)出現約140℃的溫度(dù)。
1.4.4 穩定性和重複(fu)性好。
2 電磁流量(liàng)計簡介
　　專業灌(guan)裝電磁流量計(jì)，能保證很高的(de)準确性和重複(fú)性，緊湊的❌外形(xíng)結構确保了在(zai)灌裝生産線的(de)各個單元能⭐安(an)裝得很近。有快(kuai)速準确的測量(liang)能力，測量周期(qī)短，測量頻率高(gao)。
　　流量計的測量(liàng)原理：根據法拉(lā)第電磁感應定(dìng)律，因磁通🏃🏻量變(biàn)化産生感應電(diàn)動勢，閉合電路(lù)的一部分導體(tǐ)在磁場中做切(qiē)割磁🐆感線運動(dòng)，導體中就會産(chan)生感應🐆電流。在(zài)電磁測量原理(li)中，流動的介質(zhì)就相💜當于運動(dòng)🌈的導體，感⚽應電(dian)壓和介質的流(liú)速成正比🌈，并且(qiě)通過兩個電極(ji)直接送到放大(da)器。流體的容積(ji)🧑🏾‍🤝‍🧑🏼通過管道的截(jie)面積可以算出(chu)🌂。

Ue=B×L×v
Q=A×v
Q=A×v=A×Ue/B×L
式中：Ue——感應(ying)電壓
B——磁場強度(dù)
L——磁極間距
v——流體(tǐ)速度
Q——流體流量(liàng)
A——管道截面積
I——電(dian)流強度
從以上(shang)公式可以看出(chū)，當磁場強度和(he)磁極間距一定(dìng)時，流體流量和(he)感應電壓成正(zheng)比。
3 Dosimag流量計特性(xìng)
3.1 特點
（1）快速測量(liang)能力，每秒鍾完(wán)成80次以上的準(zhǔn)确測量；（2）流量達(da)1.66L/s；（3）流體溫度可達(da)130℃，半小時内耐受(shou)150℃；（4）工作壓力可達(da)🌈16bar；（5）可進行在線原(yuan)位清洗（CIP）和✌️在線(xiàn)原位殺菌（SIP）；（6）特殊(shū)應用内襯：PFA（可溶(róng)性聚四氟乙烯(xi)）；（7）不鏽鋼外殼。
3.2 應(yīng)用領域
可用于(yú)導電率大于等(deng)于5μs/cm的液體測量(liang)，如食品行業、化(huà)妝品行業👌、制藥(yào)行業、化學藥品(pin)行業
3.3 食品/衛生(shēng)行業相關認證(zhèng)
3A認證/EHEDG測試/符合(he)FDA要求。
4 安裝方式(shì)、使用條件及注(zhu)意事項
4.1 安裝條(tiáo)件
（1）進口管道長(zhang)度大于5倍DN，如圖(tu)3；（2）出口管道長度(du)大于2倍DN，如🤟圖3；（3）傳(chuán)感😘器和變送器(qi)必須接地；（4）傳感(gan)器在管道中🍉居(ju)中安裝。
4.2 安裝方(fāng)式及位置
　　灌裝(zhuāng)流量計安裝調(diào)試簡單；對管道(dao)的震動不是很(hěn)敏感。灌裝流量(liang)計隻有在管道(dao)完全滿地條件(jiàn)下才能正确測(cè)💰量，基于這個原(yuán)因，建議在批量(liàng)生産
4.2.1 安裝方式(shì)一般來講有旋(xuán)轉灌裝模式和(hé)線形灌裝模式(shì)，如圖4和⭕圖5所示(shì)：


4.2.2 安裝位置。安裝(zhuang)在閥門附近，灌(guan)裝流量計不能(néng)安裝在💰控制閥(fá)㊙️的下遊（圖6），如果(guǒ)裝在控制閥的(de)下遊，在一個灌(guàn)🈲裝周期結束後(hòu)，傳感器的測量(liang)管道完全排空(kōng)，這樣會嚴重影(yǐng)響下個周期的(de)測量。

4.2.3　安裝方向(xiang)。合理的安裝方(fang)向（圖7），可以避免(mian)空氣在測量管(guǎn)道中的堆積和(he)存放。

4.2.4 安裝注意(yi)事項。
（1）在過熱的(de)條件中使用時(shi)（比如在線清洗(xi)和在線消🥰毒），強(qiáng)🔱烈要🏒求變送器(qì)裝在下面，這樣(yàng)可以降低變送(song)🏃器部分過熱的(de)風險，如圖8。
（2）在震(zhen)動非常厲害的(de)條件下，要确保(bao)管道和傳感器(qì)的安全。

4.3 影響灌(guan)裝的一般因素(su)
4.3.1 流量計的計量(liàng)精度：該項指标(biāo)受流速、灌裝持(chí)續時間、測量流(liu)體情況等影響(xiang)。

4.3.2 灌裝系統中可(kě)動部件的動作(zuo)速度和機械重(zhong)複性：主要是🏃🏻切(qiē)斷閥的開啓和(hé)關閉操作的速(su)度和一緻🙇🏻性。
4.3.3 灌(guan)裝機械中流體(ti)的狀态穩定性(xìng)，包括溫度變化(hua)（影響📧密♊度❗）、背壓(ya)是否穩定（影響(xiǎng)流速）、液位高低(di)。
4.3.4 控制系統的工(gong)作方式和控制(zhì)程序設計是否(fou)優化。
5 Dosimag灌裝流量(liang)計的實際應用(yòng)問題分析
下面(mian)以灌裝流量計(ji)在國内某企業(yè)使用過程中出(chū)現重🧑🏾‍🤝‍🧑🏼複🐇性差的(de)問題爲例來分(fèn)析。
5.1 現場灌裝的(de)基本情況
　　直線(xian)式灌裝模式，灌(guàn)裝機上安裝有(you)20台Dosimag5BH12/17，分别對應于(yu)20根灌💃裝頭，如圖(tú)5所示的線性安(an)裝方式；灌裝液(yè)體來自于設備(bei)🥵上方的儲🌈罐，通(tong)過下流管道進(jin)入兩路分流支(zhi)總管（DN40），每分流支(zhī)總管下帶☎️10個DN15的(de)灌裝管；流量計(ji)後方，灌裝口上(shang)方100mm處安裝有氣(qì)動切斷閥⛷️（結構(gou)較特殊，兩級行(háng)程，切斷閥杆位(wèi)于管道内流🚶‍♀️體(ti)中）；每次灌裝約(yue)220mL，但是誤差不穩(wěn)定，從偏差⛱️1~2mL到5~6mL。
5.2 該(gai)應用中影響精(jīng)度的原因
　　電磁(ci)流量計 屬于速(sù)度式流量儀表(biao)，它通過測量管(guǎn)道流速來計算(suàn)體積流量，流速(sù)的突變會一定(ding)程度增大測量(liàng)誤差。影響精度(dù)的原因是管道(dào)内的液體流速(su)，通過試驗分析(xī)液體的❤️流速受(shòu)以下三✏️個方面(mian)的影響。
5.2.1 工藝影(yǐng)響。管道的選型(xing)和排設對液體(ti)的流速會有影(ying)響。如果下流管(guan)道進入兩路分(fèn)流支總管遠小(xiao)于DN40，那麽🛀流過各(gè)灌裝管🔴内的液(ye)體流速會有比(bi)較大的偏差，選(xuan)用合适的總支(zhī)㊙️管和正确的排(pai)㊙️設，可以改善♻️灌(guan)裝管内液體流(liu)速🌐的不平衡性(xing)。
5.2.2 其他元件的影(ying)響。在無菌灌裝(zhuang)系統中，一般用(yong)到四種閥，即定(dìng)量閥（加料閥）、導(dao)向閥、壓力控制(zhì)閥、控制閥。
　　在灌(guan)裝系統中用到(dao)快速切斷閥（定(dìng)量閥）來控制灌(guàn)裝👣的啓停。快速(sù)切斷閥的控制(zhi)原理：當電磁閥(fa)接收到PLC的輸出(chu)信号（由PLC采集灌(guàn)裝流量計的脈(mo)沖信号後處理(li)的輸出信号）時(shi)開始動作，通過(guò)執行機構帶動(dong)✏️閥杆和閥芯向(xiang)上運動，閥芯和(hé)閥座分開，流體(ti)通過閥座進入(rù)灌裝管道，開始(shǐ)灌裝，當電磁🔞閥(fá)接收到PLC輸出信(xìn)号關閉閥💰門時(shí)，閥杆向下💃🏻運動(dong)，帶動閥芯向下(xia)運動，使閥芯和(hé)閥座接觸，從而(er)切斷🏒流體達到(dào)結束灌裝。控制(zhì)閥的閥杆🔞在管(guǎn)道中，流體從上(shàng)向下流經整個(gè)閥體，閥杆的動(dong)作行程分兩級(jí)，對應于小流量(liang)和較大流量。
　　開(kāi)啓時，閥杆向上(shàng)擡起，逆流而上(shang)，對于管道中的(de)流體造成🌈逆沖(chong)，瞬間減小管道(dao)流速；相對速度(dù)越大，影響越大(dà)；閉合時，閥杆向(xiàng)下壓下，對于管(guǎn)道中的流體産(chǎn)生加㊙️速，瞬間🌈增(zēng)大管道流速（圖(tú)9）。
　　灌裝控制閥有(yǒu)兩級行程，在從(cong)小流量變換爲(wei)大流量時，閥杆(gan)的🌈二次動作使(shǐ)管道内的流速(sù)顯著減小🐕，增大(dà)了測量誤差（圖(tú)9）。灌裝控制閥的(de)結構和工作方(fang)式，影響了管道(dào)⚽中的液體流速(sù)，是誤差的主要(yào)形成因素來源(yuán)。但試驗證明，可(kě)以通過調整閥(fá)杆的行程來改(gǎi)善。

5.2.3 液位控制及(jí)背壓控制。液位(wei)和背壓影響灌(guan)裝過程中的流(liu)速⭐，流速的波動(dòng)會造成灌裝量(liàng)的波動。該波🏃🏻‍♂️動(dong)的影響主要體(tǐ)現在系統發出(chu)閥門切斷指令(lìng)到🈲閥門完全關(guan)閉的延遲時間(jian)段中。
　　灌裝系統(tǒng)中的上部罐體(ti)尺寸較小，約60L。如(ru)果液位控制在(zai)80%，則上部🔴的氣體(tǐ)空間爲12L，下部液(yè)體空間爲48L；若每(měi)次灌裝250mL，2s内完成(chéng)，則20個瓶需要5000mL，即(jí)5L，對液位的影響(xiang)爲8%，對氣壓的影(ying)響爲5L/12L=40%；由于灌裝(zhuāng)有間歇性停頓(dun)，對于液位和背(bèi)壓的自動控制(zhì)來說，過程💔爲非(fēi)連續穩定狀态(tai)，控制的難度☔比(bǐ)一般過程要大(dà)（壓力變送器上(shàng)看到有壓力值(zhi)的變化，實際上(shàng)可能有1~2秒鍾以(yǐ)内的阻尼，實際(ji)過程中的快速(sù)波動可能更大(da)）。
灌裝頭由于安(an)裝灌裝控制閥(fa)的需要，在灌裝(zhuāng)控制閥及🈲下部(bù)的灌裝頭共約(yue)400mm。
　　部分爲DN25的管道(dao)，灌裝流量計及(ji)流量計之上的(de)管道内徑💚爲15mm/16mm。二(er)者管道截面積(jī)相差近2倍。在穩(wěn)定流量下，則這(zhè)兩部分的♌流速(sù)相差近2倍，表現(xian)爲流量計處快(kuai)，下部管道内慢(man)。考慮到🌂閥杆的(de)影響，則流速相(xiang)差約1倍。
　　灌裝頭(tóu)的zui終出口部分(fen)爲10~14mm的可更換縮(suō)口。通過縮口，可(kě)以産生背壓，一(yi)般縮口内置蜂(fēng)窩狀虹吸管，保(bao)證🈚灌裝前後的(de)管道滿♊管。從⚽測(ce)試的流量波形(xíng)上看，10mm的灌裝頭(tou)産生适當的阻(zǔ)尼效果，流量曲(qu)線較穩定。
5.3 解決(jue)方案
方案1：采用(yòng)灌裝閥一級控(kòng)制，即采用小流(liú)量行程的單次(ci)開啓和閉合。
測(ce)試結果：流量平(píng)穩度增加，灌裝(zhuang)的誤差顯著減(jian)小。
方案2：對灌裝(zhuāng)閥的第二次行(háng)程變化進行控(kòng)制，通過減緩閥(fá)的氣動排氣，降(jiang)低閥杆第二次(ci)上台的速度，見(jian)圖💋10：

方案3：适當降(jiang)低液位，如控制(zhi)在50%或更低，以減(jian)小批次🚶‍♀️灌裝對(duì)🙇🏻背壓👅的影響，同(tóng)時有助于提高(gao)背壓穩定性。
6 結(jie)語
　　從分析可以(yi)看出，灌裝電磁(ci)流量計作爲測(ce)量的關㊙️鍵元件(jian)，它💰是保證罐裝(zhuāng)精度實現的要(yào)素之一，整個罐(guan)裝㊙️系統的設計(ji)在滿足無菌灌(guan)裝的工藝要求(qiu)和生産效率要(yao)求的前提下，必(bi)須☔考慮如🔅何保(bǎo)證罐裝流量計(jì)穩定、可靠地💃工(gong)作以及如何選(xuǎn)用合适的部件(jian)，如控制閥，并優(yōu)化控制方式，将(jiang)各種可能的幹(gàn)擾因素降到最(zui)低，以實現系統(tǒng)誤差最小。

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