随(suí)着社會(hui)的發展(zhan)及人們(men)生活水(shui)平的提(tí)高，對消(xiāo)費産⛷️品(pin)質量和(he)生産效(xiao)率提出(chū)了更高(gāo)的要求(qiú)，要求灌(guan)裝裝置(zhi)系統能(néng)夠快速(sù)、安全、準(zhǔn)确地完(wán)成灌裝(zhuāng)。無菌灌(guàn)裝系統(tǒng)以其固(gu)有的優(yōu)點，在食(shí)品、飲⛱️料(liào)、制藥等(děng)行業得(de)到越來(lái)越廣泛(fan)的應用(yong)。無菌灌(guan)裝系✨統(tong)的要求(qiu)☔使用于(yú)灌裝🔞定(ding)量控制(zhi)的💛方式(shi)發生了(le)變化，一(yī)些專🚩業(yè)灌裝用(yong)途電磁(cí)流量計(jì) 進入灌(guan)裝應用(yòng)領域，這(zhè)種動态(tài)在線的(de)測量和(he)控制♋方(fāng)式帶來(lai)了新的(de)挑戰，使(shi)用中不(bú)僅需要(yao)考慮流(liú)量計本(ben)身的安(ān)裝和使(shǐ)用，還要(yào)綜合考(kao)慮流量(liàng)計集成(chéng)在系統(tǒng)中時和(hé)其他部(bu)🚶‍♀️分的相(xiang)互影響(xiang)。
1 無菌灌(guàn)裝系統(tong)介紹
1.1 無(wú)菌灌裝(zhuang)系統的(de)要求
（1）易(yì)于清洗(xǐ)和消毒(du)殺菌；（2）高(gāo)産量、周(zhōu)期短；（3）精(jīng)度佳和(hé)高💚重👌複(fú)性；（4）低消(xiao)耗和損(sǔn)耗；（5）快速(su)處理不(bu)同産品(pin)灌裝和(hé)不同批(pī)量灌裝(zhuāng)；（6）對産品(pǐn)和産品(pǐn)質量因(yīn)素有較(jiao)高的透(tòu)明度；（7）不(bú)用維護(hù)或者易(yi)于維修(xiu)。
1.2 無菌灌(guàn)裝的設(she)計特點(dian)
（1）機器的(de)簡單化(huà)；（2）表面光(guāng)滑、無凹(ao)凸、無死(sǐ)角、氣密(mi)密封性(xing)好；（3）排水(shui)流暢，無(wú)積水；（4）閉(bì)密性要(yào)好，防止(zhi)外界微(wēi)生物深(shēn)入；（5）選擇(ze)适當材(cai)🔞料，耐高(gāo)溫、耐化(huà)學腐蝕(shi)；（6）自動化(huà)的CIP（原位(wèi)清洗）/SIP（原(yuan)位殺菌(jun1)）；（7）關鍵設(shè)🤩備的定(dìng)期養護(hu)；（8）劃分生(sheng)産區域(yu)，無菌和(hé)非無菌(jun1)，生産👉區(qu)域物料(liào)、人等隔(ge)離🚩和管(guan)制。
1.3 灌裝(zhuāng)定量控(kong)制
　　在各(gè)個分系(xi)統中，灌(guàn)裝的定(dìng)量控制(zhì)系統是(shi)zui核心的(de)㊙️系😍統之(zhī)一，整🐉個(ge)灌裝機(jī)的灌裝(zhuāng)速度和(hé)精度往(wang)往由該(gāi)系統的(de)性能所(suo)決定。灌(guan)🎯裝定量(liàng)控制系(xi)統關鍵(jiàn)部🌈件包(bao)括流量(liàng)計、控制(zhi)器、閥門(mén)（如圖1）。灌(guàn)裝量的(de)測量由(you)流量計(jì)完成，它(ta)能快速(su)、準确地(dì)計量灌(guàn)裝👈頭的(de)連接🛀管(guan)道中的(de)流體流(liú)量，并把(ba)信号上(shang)傳到控(kòng)制器，由(yóu)控制器(qi)根據設(shè)定🧡的定(dìng)量，控制(zhì)灌裝閥(fa)門的啓(qǐ)/停，以達(dá)🚩到準确(que)灌裝。
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1.4 無(wu)菌灌裝(zhuāng)對流量(liang)計的要(yao)求
1.4.1 快速(sù)反應能(néng)力和準(zhun)确的測(ce)量能力(li)。每次灌(guan)裝通常(chang)💯持🏃‍♀️續2~5秒(miao)，這😄要求(qiú)流量計(jì)的測量(liàng)速度非(fei)常快，測(ce)量間🏃🏻‍♂️隔(ge)短💋，隻有(yǒu)這樣才(cái)能跟得(de)上流量(liang)的變化(hua)曲線。
1.4.2 衛(wei)生型設(shè)計和連(lián)接。特殊(shu)的材質(zhi)和連接(jie)方式。
1.4.3 CIP和(he)SIP的要求(qiu)。原位清(qīng)洗和殺(shā)菌涉及(ji)到酸堿(jiǎn)等腐蝕(shi)性介質(zhi)，如果采(cai)用高溫(wēn)蒸汽殺(sha)菌，則過(guo)程中會(huì)出現約(yue)140℃的溫度(du)。
1.4.4 穩定性(xing)和重複(fu)性好。
2 電(dian)磁流量(liàng)計簡介(jiè)
　　專業灌(guàn)裝電磁(cí)流量計(ji)，能保證(zhèng)很高的(de)準确性(xìng)和重複(fu)性，緊湊(cou)的外形(xíng)結構确(què)保了在(zai)灌裝生(sheng)産線的(de)各個單(dan)元能❄️安(an)裝得很(hen)近。有快(kuài)速準确(què)的測量(liàng)能力，測(ce)量周期(qī)短，測量(liang)頻率高(gāo)。
　　流量計(jì)的測量(liàng)原理：根(gen)據法拉(lā)第電磁(ci)感應定(dìng)律，因磁(cí)通量變(biàn)化産生(sheng)感應電(dian)動勢，閉(bi)合電路(lu)的一部(bù)分🍓導體(tǐ)在磁⛷️場(chǎng)中☂️做切(qiē)割磁💜感(gǎn)線運動(dòng)，導體中(zhong)就會産(chan)生感應(yīng)電流。在(zai)電磁測(cè)❗量原理(lǐ)中，流動(dong)的介質(zhi)就相當(dāng)于運動(dòng)的導體(ti)，感應電(diàn)壓和介(jiè)質的流(liu)速成正(zhèng)比，并且(qie)通過兩(liang)⛱️個電極(ji)直接送(song)到放大(dà)器。流體(ti)的容積(jī)通過管(guan)道的截(jie)面積可(ke)以算出(chū)。

Ue=B×L×v
Q=A×v
Q=A×v=A×Ue/B×L
式(shì)中：Ue——感應(ying)電壓
B——磁(cí)場強度(dù)
L——磁極間(jiān)距
v——流體(ti)速度
Q——流(liú)體流量(liang)
A——管道截(jié)面積
I——電(dian)流強度(du)
從以上(shàng)公式可(ke)以看出(chu)，當磁場(chang)強度和(hé)磁極間(jian)距一定(ding)❗時，流體(tǐ)流量和(hé)感應電(diàn)壓成正(zheng)比。
3 Dosimag流量(liang)計特性(xing)
3.1 特點
（1）快(kuai)速測量(liàng)能力，每(měi)秒鍾完(wán)成80次以(yi)上的準(zhun)确測量(liàng)；（2）流量達(da)1.66L/s；（3）流📞體溫(wen)度可達(dá)130℃，半小時(shi)内耐受(shou)150℃；（4）工作壓(yā)力可達(da)16bar；（5）可進行(háng)在線原(yuán)位清🔅洗(xi)（CIP）和在線(xian)原位殺(sha)菌（SIP）；（6）特殊(shū)應用内(nèi)襯：PFA（可溶(róng)性聚四(sì)氟乙烯(xi)）；（7）不鏽鋼(gāng)外殼。
3.2 應(ying)用領域(yù)
可用于(yu)導電率(lü)大于等(děng)于5μs/cm的液(ye)體測量(liàng)，如食品(pin)行業、化(huà)妝品行(háng)⛷️業、制藥(yào)行業、化(huà)學藥品(pǐn)行業
3.3 食(shí)品/衛生(shēng)行業相(xiàng)關認證(zhèng)
3A認證/EHEDG測(ce)試/符合(hé)FDA要求。
4 安(ān)裝方式(shì)、使用條(tiáo)件及注(zhù)意事項(xiang)
4.1 安裝條(tiao)件
（1）進口(kou)管道長(zhang)度大于(yu)5倍DN，如圖(tú)3；（2）出口管(guǎn)道長度(dù)大于2倍(bèi)DN，如圖3；（3）傳(chuan)🌍感器和(hé)變送器(qì)必須接(jiē)地；（4）傳感(gan)器在管(guǎn)道中居(jū)中🈲安裝(zhuāng)。
4.2 安裝方(fang)式及位(wei)置
　　灌裝(zhuāng)流量計(ji)安裝調(diào)試簡單(dan)；對管道(dao)的震動(dong)不是很(hěn)敏感。灌(guàn)裝流量(liang)計隻有(you)在管道(dao)完全滿(mǎn)地條件(jian)下才能(néng)正确測(cè)量，基于(yú)這個原(yuan)因，建議(yì)在批量(liàng)生産
4.2.1 安(ān)裝方式(shi)一般來(lai)講有旋(xuán)轉灌裝(zhuang)模式和(he)線形灌(guàn)裝模式(shì)，如圖4和(hé)💃圖5所示(shi)：


4.2.2 安裝位(wèi)置。安裝(zhuāng)在閥門(men)附近，灌(guàn)裝流量(liang)計不能(neng)安裝在(zai)控制閥(fa)🈲的下遊(you)（圖6），如果(guǒ)裝在控(kong)制閥的(de)下遊，在(zai)一個灌(guàn)裝周⭐期(qi)結束後(hou)，傳感器(qì)的測量(liàng)管道完(wán)全排空(kong)，這樣會(hui)嚴重影(yǐng)響下個(gè)周期的(de)測量。

4.2.3　安(an)裝方向(xiàng)。合理的(de)安裝方(fāng)向（圖7），可(kě)以避免(miǎn)空氣在(zai)測量管(guan)道中的(de)堆積和(hé)存放。

4.2.4 安(ān)裝注意(yi)事項。
（1）在(zai)過熱的(de)條件中(zhong)使用時(shí)（比如在(zài)線清洗(xi)和在線(xian)消毒），強(qiang)烈要求(qiu)變送器(qì)裝在下(xià)面，這樣(yang)可以降(jiang)低變送(sòng)器部分(fèn)過熱的(de)♈風險，如(ru)圖8。
（2）在震(zhen)動非常(cháng)厲害的(de)條件下(xia)，要确保(bǎo)管道和(hé)傳感器(qì)的🏃🏻安全(quán)。

4.3 影響灌(guan)裝的一(yi)般因素(su)
4.3.1 流量計(jì)的計量(liang)精度：該(gāi)項指标(biao)受流速(sù)、灌裝持(chí)續時間(jiān)、測量流(liu)體🔞情況(kuang)等影響(xiǎng)。

4.3.2 灌裝系(xi)統中可(kě)動部件(jiàn)的動作(zuo)速度和(hé)機械重(zhong)複性：主(zhu)要是切(qie)斷閥的(de)開啓和(hé)關閉操(cāo)作的速(su)度和一(yi)緻性。
4.3.3 灌(guan)裝機械(xiè)中流體(tǐ)的狀态(tai)穩定性(xing)，包括溫(wēn)度變化(hua)（影響密(mi)度❤️）、背壓(ya)🍉是否穩(wěn)定（影響(xiang)流速）、液(yè)位高低(di)。
4.3.4 控制系(xì)統的工(gong)作方式(shì)和控制(zhi)程序設(shè)計是否(fou)優化。
5 Dosimag灌(guan)裝流量(liang)計的實(shí)際應用(yòng)問題分(fen)析
下面(mian)以灌裝(zhuang)流量計(ji)在國内(nèi)某企業(yè)使用過(guò)程中出(chu)現重複(fu)性差的(de)問題爲(wei)例來分(fèn)析。
5.1 現場(chǎng)灌裝的(de)基本情(qíng)況
　　直線(xian)式灌裝(zhuāng)模式，灌(guàn)裝機上(shang)安裝有(yǒu)20台Dosimag5BH12/15，分别(bie)對應于(yu)🏃20根灌裝(zhuāng)頭，如圖(tu)5所示的(de)線性安(an)裝方式(shì)；灌裝液(yè)體來⛱️自(zi)于設備(bei)上方的(de)儲罐，通(tong)過下流(liú)管道進(jin)入兩路(lù)分流支(zhi)總管（DN40），每(mei)分流支(zhī)總管下(xià)帶10個DN15的(de)灌裝管(guǎn)；流量計(ji)後方，灌(guàn)裝口上(shàng)方100mm處安(ān)裝有氣(qi)動切斷(duan)閥（結構(gòu)較特✨殊(shu)，兩級行(hang)程，切斷(duàn)閥杆位(wèi)🐕于管道(dào)内流體(tǐ)中）；每次(cì)灌裝約(yuē)220mL，但是誤(wu)差不穩(wen)定，從偏(piān)差1~2mL到5~6mL。
5.2 該(gāi)應用中(zhōng)影響精(jīng)度的原(yuán)因
　　電磁(ci)流量計(jì) 屬于速(sù)度式流(liu)量儀表(biǎo)，它通過(guò)測量管(guǎn)道流速(su)來計算(suan)體👄積流(liu)量，流速(sù)的突變(biàn)會一定(ding)程度增(zeng)大測量(liang)誤差。影(yǐng)響精🌂度(dù)的原因(yīn)🌐是管💔道(dao)内的液(ye)體流速(su)，通過試(shi)驗分析(xī)液體的(de)流速受(shou)以下三(sān)個方面(mian)🔆的影響(xiǎng)。
5.2.1 工藝影(ying)響。管道(dào)的選型(xing)和排設(shè)對液體(ti)的流速(sù)會有影(ying)響。如果(guǒ)下流管(guǎn)道進入(rù)兩路分(fen)流支總(zong)管遠小(xiǎo)于DN40，那麽(me)❌流過各(gè)灌裝管(guan)内的🔅液(yè)體流速(su)會有比(bǐ)較大的(de)偏差，選(xuan)用合适(shì)的總支(zhī)管和正(zheng)确的排(pái)設，可以(yǐ)改善灌(guàn)裝管内(nei)液體流(liu)速的不(bú)平衡性(xìng)。
5.2.2 其他元(yuan)件的影(ying)響。在無(wú)菌灌裝(zhuāng)系統中(zhong)，一般用(yòng)到四種(zhǒng)💞閥，即定(ding)量閥（加(jia)料閥）、導(dǎo)向閥、壓(yā)力控制(zhi)閥、控制(zhi)閥。
　　在灌(guàn)裝系統(tǒng)中用到(dao)快速切(qiē)斷閥（定(ding)量閥）來(lai)控制灌(guan)裝的啓(qi)✔️停🚶。快速(sù)切斷閥(fá)的控制(zhi)原理：當(dang)電磁閥(fa)接收到(dao)PLC的⚽輸出(chu)信号（由(yóu)PLC采集灌(guan)裝流量(liang)計的脈(mò)沖信号(hào)後🏃‍♂️處理(li)的輸出(chū)信号）時(shí)開始動(dòng)作，通過(guo)執行機(jī)構帶動(dong)🤟閥杆和(hé)閥芯向(xiang)上運動(dòng)，閥芯和(hé)閥座分(fèn)開，流體(ti)通過⚽閥(fa)座進入(ru)灌裝管(guan)道，開始(shǐ)灌裝，當(dang)電磁閥(fa)接收到(dào)PLC輸出信(xìn)号關閉(bi)閥✏️門時(shí)，閥杆向(xiàng)下運動(dong)，帶動閥(fa)芯向下(xià)運動，使(shi)閥芯和(hé)閥座接(jiē)觸，從而(ér)切斷👅流(liú)體達到(dào)結束灌(guan)裝。控制(zhi)閥的閥(fá)杆💔在管(guan)道中，流(liu)體從上(shang)㊙️向下流(liú)經整個(gè)閥體🤞，閥(fá)杆的動(dong)作行程(cheng)分兩級(jí)，對應于(yu)小流量(liang)和較大(da)流量。
　　開(kāi)啓時，閥(fa)杆向上(shang)擡起，逆(ni)流而上(shang)，對于管(guǎn)道中的(de)流體🌐造(zao)成逆沖(chong)🐪，瞬間減(jian)小管道(dao)流速；相(xiang)對速度(du)越大，影(ying)🔴響越大(da)；閉㊙️合時(shi)，閥杆💔向(xiàng)下壓下(xià)，對于管(guǎn)道中的(de)流體産(chan)生加速(sù)，瞬間增(zēng)大管💞道(dao)流速（圖(tú)9）。
　　灌裝控(kòng)制閥有(yǒu)兩級行(hang)程，在從(cong)小流量(liang)變換爲(wei)大流量(liang)時，閥杆(gǎn)的二次(ci)動作使(shi)管道内(nei)的流速(su)顯著減(jiǎn)小，增大(dà)了測🛀🏻量(liang)誤差（圖(tú)9）。灌裝控(kòng)制閥的(de)結構和(hé)工作方(fang)式，影響(xiang)了管道(dào)♉中的液(yè)體流速(sù)，是誤差(chà)💃的主要(yào)形成🔞因(yin)素來源(yuán)。但試驗(yan)證明，可(ke)以通過(guo)調整閥(fá)杆的行(háng)程來改(gǎi)善。

5.2.3 液位(wei)控制及(ji)背壓控(kong)制。液位(wei)和背壓(yā)影響灌(guàn)裝過程(chéng)中💃🏻的流(liu)速，流速(sù)的波動(dong)會造成(chéng)灌裝量(liang)的波動(dong)。該波🌂動(dong)的影響(xiang)🚶‍♀️主要體(ti)現🤟在系(xi)統發出(chu)閥門切(qiē)斷指令(lìng)到閥門(mén)完🌈全關(guān)閉的延(yán)遲時間(jian)段中。
　　灌(guàn)裝系統(tong)中的上(shang)部罐體(ti)尺寸較(jiào)小，約60L。如(ru)果液位(wèi)控制在(zai)80%，則🥰上部(bu)的氣體(ti)空間爲(wèi)12L，下部液(yè)體空間(jian)爲48L；若每(mei)次灌裝(zhuāng)250mL，2s内完成(cheng)，則20個瓶(píng)需要5000mL，即(ji)5L，對液位(wèi)的影響(xiang)爲8%，對氣(qì)壓的影(yǐng)響爲5L/12L=40%；由(you)于灌裝(zhuāng)有間♌歇(xiē)性停頓(dùn)，對于液(yè)位和背(bei)壓的自(zì)動控制(zhì)來說，過(guò)程爲非(fei)連續🏒穩(wěn)定狀态(tai)，控制的(de)難度比(bi)一般過(guo)程要大(da)（壓力變(biàn)送器上(shàng)看到有(you)壓力值(zhí)的變化(huà)，實際上(shang)可能🏃‍♂️有(yǒu)1~2秒鍾以(yi)内的阻(zu)尼✨，實際(ji)過程中(zhong)的快速(sù)波動可(kě)能更大(dà)♋）。
灌裝頭(tou)由于安(ān)裝灌裝(zhuang)控制閥(fá)的需要(yao)，在灌裝(zhuāng)控制閥(fa)及🚶‍♀️下部(bu)的灌裝(zhuang)頭共約(yue)400mm。
　　部分爲(wèi)DN25的管道(dào)，灌裝流(liu)量計及(ji)流量計(jì)之上的(de)管道内(nèi)徑爲15mm/16mm。二(èr)者⛱️管道(dào)截面積(ji)相差近(jìn)2倍。在穩(wen)定流量(liang)下，則這(zhè)兩部分(fen)的流速(sù)相差近(jìn)2倍，表現(xiàn)爲流量(liang)計處快(kuài)，下部管(guan)道内慢(man)。考慮到(dao)閥杆的(de)影響，則(ze)流速相(xiàng)差約1倍(bèi)。
　　灌裝頭(tou)的zui終出(chu)口部分(fèn)爲10~14mm的可(ke)更換縮(suo)口。通過(guò)縮口，可(kě)以産生(shēng)背🌍壓，一(yī)般縮口(kou)内置蜂(feng)窩狀虹(hong)吸管，保(bao)證灌裝(zhuāng)前後的(de)管㊙️道滿(mǎn)管。從測(cè)試的流(liu)量波形(xing)上看，10mm的(de)🔴灌裝頭(tou)産生适(shì)當的阻(zǔ)尼效果(guǒ)，流量曲(qǔ)線較穩(wen)定。
5.3 解決(jué)方案
方(fāng)案1：采用(yòng)灌裝閥(fa)一級控(kòng)制，即采(cai)用小流(liu)量行程(chéng)的單次(ci)開啓和(he)閉合。
測(ce)試結果(guo)：流量平(píng)穩度增(zēng)加，灌裝(zhuāng)的誤差(chà)顯著減(jiǎn)小。
方案(an)2：對灌裝(zhuāng)閥的第(di)二次行(hang)程變化(hua)進行控(kong)制，通過(guo)減🍉緩閥(fa)的🔆氣動(dong)排氣，降(jiang)低閥杆(gǎn)第二次(cì)上台的(de)速度，見(jiàn)圖10：

方案(àn)3：适當降(jiang)低液位(wèi)，如控制(zhì)在50%或更(gèng)低，以減(jiǎn)小批次(ci)灌裝對(duì)背壓的(de)影響，同(tóng)時有助(zhù)于提高(gāo)背壓穩(wěn)定性。
6 結(jié)語
　　從分(fen)析可以(yi)看出，灌(guàn)裝電磁(ci)流量計(ji)作爲測(ce)量的關(guan)🌏鍵✨元件(jiàn)，它是保(bǎo)證罐裝(zhuāng)精度實(shí)現的要(yao)素之一(yi)，整個罐(guàn)裝系統(tǒng)的設計(ji)在🈚滿足(zú)無菌灌(guan)裝的工(gong)藝要求(qiú)和💁生産(chan)效率要(yào)求的前(qian)提下，必(bì)須考慮(lü)如何保(bao)證罐裝(zhuāng)流量計(jì)穩定、可(ke)靠地工(gong)作以及(ji)如何選(xuan)用合适(shi)的部💞件(jiàn)，如控制(zhi)閥🌈，并優(you)化控制(zhi)方式，将(jiāng)各種可(kě)能的幹(gàn)擾因素(sù)降到最(zui)低🔞，以實(shi)現系統(tong)誤🐇差最(zui)小。

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